JP2012156034A - 電子放出素子、電子線装置及び画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板１上に順次積層された第一の絶縁材料層３ａと第二の絶縁材料層３ｂで構成された段差形成部材４の上面にゲート７を有し、第一の絶縁材料層３ａの側面部２０に先端がゲート７に対向するカソード８が設けられた電子放出素子の製造に際し、カソード８の断線を防止しつつ均一な電子放出特性の電子放出素子を製造できるようにし、もって安定した性能の電子線装置及び画像表示装置を歩留まりよく製造できるようにする。
【解決手段】第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の上端から高さ方向中間部までの上段側面部２１の傾斜角θ１を８０度乃至９０度とすると共に、高さ方向中間部から下端までの下段側面部２２の傾斜角θ２が８０度より小さく、しかも上段側面部２１の高さＴ１を５乃至１５ｎｍとした側面部２０に対して、カソード８の構成材料を基板１の表面に対する垂直方向から供給してカソード８を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子放出素子、この電子放出素子を用いた電子線装置及びこの電子線装置を用いた画像表示装置の製造方法に関する。

従来、電子放出素子の製造方法として、特許文献１に示される製造方法が知られている。この特許文献１に示される電子放出素子の製造方法では、まず、基板上に第一の絶縁材料、第二の絶縁材料、第一の導電材料の順に積層し、レジストパターンを形成した後に第一のエッチング工程を施す。これにより、上面にゲートを構成する第一の導電材料層を有し、基板の表面から立ち上がる少なくとも一の側壁面を有する段差形成部材を基板上に形成する。次いで、レジストを剥離した後、第二のエッチング工程により、第二の絶縁材料層をエッチングすることで、上記一の側壁面の第一の導電材料層の直下に凹部を形成する。その後、上記一の側壁面を構成する第一の絶縁材料層の側面部に対して斜め方向から、カソードを構成する第二の導電材料を供給する。これにより、第二の導電材料を凹部の下縁に付着させて、該下縁から上方に向かって突起した突起部を形成すると共に、上記第一の絶縁材料層の側面部に突起部に連なって付着させる。また、特許文献１の実施例には、第一のエッチング工程によって得た第一の絶縁材料層の側面部の角度が基板の水平面に対しておよそ８０度の斜面であったことと、この側面部への第二の導電材料の付着を入射角度を４０度又は２０度として行ったことも開示されている。

特許第４３８０７９２号公報

上記従来の製造方法では、第一の絶縁材料層の側面部は、ほぼ一様な傾斜面として形成しており、しかもこの側面部に対して比較的小さな入射角度で第二の導電材料を供給して付着させている。この従来の製造方法の場合、得られる電子放出素子の電子放出特性にばらつきを生じやすいという問題がある。このため、上記従来の製造方法で製造した電子放出素子を用いて電子線装置を製造したり、この電子線装置を用いて画像形成装置を製造すると、性能の安定性が得にくいという問題がある。

ところで、詳しくは後述するが、本発明者は、この電子放出特性のばらつきを、第二の導電材料を供給する際の第一の絶縁材料層の側面部への入射角度を大きくすることで低減することができることを見出した。

しかしながら、第二の導電材料の入射角度を大きくすると、その後にウエットプロセス等を施したときに、第一の絶縁材料層の側面部へ付着させた第二の導電材料層の一部が剥がれやすくなる問題がある。第二の導電材料層はカソードを構成するもので、製造された電子放出素子のカソードは、第一の絶縁材料層の側面部に付着された第二の導電材料層部分を介して駆動用の配線へ接続されるが、上記剥離を生じると断線状態となる。このため、第二の導電材料の入射角度を大きくして製造した電子放出素子を用いて電子線装置を製造したり、この電子線装置を用いて画像形成装置を製造すると、歩留まりが低下してしまう問題がある。

本発明は、基板上に順次積層された第一の絶縁材料層と第二の絶縁材料層で構成された段差形成部材の上面にゲートを有し、第一の絶縁材料層の側面部に先端がゲートに対向するカソードが設けられた電子放出素子の製造方法を改善することを目的とする。具体的には、カソードの断線を防止しつつ均一な電子放出特性の電子放出素子を製造できるようにし、もって安定した性能の電子線装置及び画像表示装置を歩留まりよく製造できるようにすることを目的とする。

本発明は、基板上に第一の絶縁材料、第二の絶縁材料及び第一の導電材料を順次積層した積層体をエッチングし、上面にゲートを構成する第一の導電材料層を有し、基板の表面から立ち上がる少なくとも一の側壁面を有する絶縁性の段差形成部材を基板上に形成する第一のエッチング工程と、
前記第二の絶縁材料層をエッチングし、前記一の側壁面における前記第一の導電材料層の直下に凹部を形成する第二のエッチング工程と、
カソードを構成する第二の導電材料を供給し、前記凹部の下縁に付着させて、該下縁から上方へ突起した突起部を形成すると共に、前記一の側壁面を構成する前記第一の絶縁材料層の側面部に前記突起部に連なって付着させる工程と
を備えた電子放出素子の製造方法において、
前記第一の絶縁材料層の前記側面部の上端から高さ方向中間部までの上段側面部の傾斜角を８０度乃至９０度とすると共に、前記高さ方向中間部から下端までの下段側面部の傾斜角が８０度より小さく、しかも前記上段側面部の高さを５ｎｍ乃至１５ｎｍとした前記側面部に対して、前記第二の導電材料の供給を前記基板の表面に対する垂直方向から行うことを特徴とする電子放出素子の製造方法を提供するものである。

また、本発明は、上記電子放出素子の製造方法で製造した電子放出素子の前記第二の導電材料層で構成されたカソードを、前記側面部の下段に付着した前記第二の導電材料層部分である下段カソード部を介して配線に接続し、前記突起部に前記ゲートを介して対向させてアノード電極を配置することを特徴とする電子線装置の製造方法と、この電子線装置の製造方法で製造した電子線装置の前記アノード電極側に、電子の照射によって発光する発光部材を配置することを特徴とする画像表示装置の製造方法を提供するものでもある。

本発明では、第一の絶縁材料層の側面部における上段側面部の傾斜角を８０度乃至９０度とすると共に、第二の導電材料を基板の表面に対する垂直方向から供給している。このため、上段側面部に供給される第二の導電材料の入射角は８０度乃至９０度となり、従来に比して大きな入射角度となっている。また、上段側面部の傾斜角が８０度乃至９０度であると、図６に示すように、傾斜角の変動に伴う電子放出効率の変動が極めて小さいことから、製造される電子放出素子の特性が均一になる。従って、製造した電子放出素子を用いて製造した電子線装置や、この電子線装置を用いて製造した画像形成装置の性能の安定性が向上する。

一方、本発明では、第一の絶縁材料層の側面部における下段側面部の傾斜角が８０度より小さくなっている。図９に示すように、傾斜角が小さいほど形成される第二の導電材料層の抵抗は小さくなる。これは傾斜角が小さいほど形成される第二の導電材料層の密度が高くなっていることを示している。つまり、下段側面部の傾斜角が８０度より小さいことから、下段側面部の第二の導電材料層部分の密度は、上段側面部の第二の導電材料層部分より高くなっている。このため、下段側面部の第二の導電材料層部分は、耐剥離性が高く、その後の処理による剥離を防止することができる。また、上段側面部の傾斜角は下段側面部に比して大きいが、上段側面部の高さは５乃至１５ｎｍと小さい。しかも、密度の高い下段側面部の第二の導電材料層部分と、ほぼ水平な凹部の下縁に堆積された、密度が高い突起部分の第二の導電材料層部分とに挟まれることから、上段側面部の第二の導電材料層部分の剥離をも防止することができる。

本発明の第一の実施の形態により製造した電子放出素子の一例を示す模式図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１で説明した電子放出素子を用いた電子線装置の一例を示す模式図である。 本発明の第一の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法の手順を示す図である。 本発明の第二の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法の手順を示す図である。 本発明の第二の実施の形態によって製造した電子放出素子の一例を示す模式図で、（Ａ）は図１のＡ−Ａと同様の位置での断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂと同様の位置での断面図ある。 傾斜角と電子放出効率の関係を示すグラフである。 第一のエッチング工程における側面部の目標傾斜角と傾斜角分布の関係を示す図である。 傾斜角が大きい側面部に形成された第二の導電材料層のウエットプロセス後の状態の説明図である。 指向性のある成膜方法でＭｏを成膜したときの、基板の傾斜角と成膜されたＭｏ膜の電気抵抗値との関係を示すグラフである。 上段側面部の高さと電子放出効率の関係を示すグラフである。 図２で説明した電子線装置を用いた画像表示装置の一例を示す模式図である。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図において同じ符号は同様の構成要素を示す。

＜本発明により製造される電子放出素子＞
まず、本発明で製造される電子放出素子の一例について図１を用いて説明する。

図１中、１は基板、２は電極、３ａは第一の絶縁材料で形成された第一の絶縁材料層、３ｂは第二の絶縁材料で形成された第二の絶縁材料層、５は第一の導電材料で形成された第一の導電材料層である。第一の絶縁材料層３ａ及び第二の絶縁材料層３ｂは、基板１の上に絶縁性の段差形成部材４を構成している。この段差形成部材４は、基板１の表面から立ち上がる少なくとも一の側壁面を有しており、この側壁面における第二の絶縁材料層３ｂの側面部はエッチングにより後退しており、第一の導電材料層５の直下に凹部９が形成されている。また、上記段差形成部材４の側壁面を構成する第一の絶縁材料層３ａの側面部２０は、二種類の傾斜角を有している。即ち、側面部２０は、その上端から高さ方向中間部までの上段側面部２１と、高さ方向中間部から下端までの下段側面部２２とから構成されており、この上段側面部２１と下段側面部２２とは互いに傾斜角と高さが異なっている。上段側面部２１の傾斜角をθ１、下段側面部２２の傾斜角をθ２とすると、θ１よりθ２が小さくなっている。また、上段側面部２１の高さをＴ１、下段側面部２２の高さをＴ２とすると、Ｔ１よりＴ２の方が大きくなっている。なお、傾斜角とは、基板１に平行な面と斜面とがなす角を意味している。

第一の導電材料層５の上面及び上記第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の上方の側面と、凹部９の下縁と、第一の絶縁材料層３ａの側面部２０と、側面部２０に連なる基板１の表面上には、第二の導電材料で形成された第二の導電材料層６が設けられている。

第一の導電材料層５と、その上と側面に設けられた第二の導電材料層６は、一体となってゲート７を構成している。なお、本例においては第一の導電材料層５と第二の導電材料層６とでゲート７を構成しているが、第一の導電材料層５単独でゲート７を構成するものとすることもできる。

凹部９の下縁と、第一の絶縁材料層３ａの側面部２０と、基板１の表面上に設けられた第二の導電材料層６は一連に連なっており、カソード８を構成している。凹部９の下縁に付着した第二の導電材料は、この下縁から上方へ突起した突起部８ａを形成している。カソード８は、その先端である突起部８ａから電子を放出するもので、平面カソード部８ｄに電気的に接続された素子電極２を介して駆動のための配線（図示されていない）に接続されている。つまり、カソード８の電子放出部である突起部８ａは、下段カソード部８ｃを介して配線に接続されている。なお、第二の導電材料層６の上段側面部２１に設けられた部分を上段カソード部８ｂ、第二の導電材料層６の下段側面部２２に設けられた部分を下段カソード部８ｃ、第二の導電材料層６の基板１の表面上に設けられた部分を平面カソード部８ｄとする。

上記電子放出素子の駆動に際しては、カソード８はゲート７よりも低電位に規定される。ゲート７の電位がカソード８の電位よりも高くなるように電圧を印加することで、カソード８の突起部８ａから電子が電界放出される。また、図１では不図示であるが、ゲート７を介してカソード８の突起部８ａと対向する位置には、これらよりも高電位に規定されたアノードを設けることで、突起部８ａから放出された電子の一部を真空中に取り出すことができる。

＜上記電子放出素子を用いた電子線装置＞
図２に、本発明により製造した電子放出素子を用いた電子線装置の一例を示す。この電子線装置は、カソード８を、下段カソード部８ｃを介して駆動のための配線（図示されていない）に接続し、突起部８ａにゲート７を介して対向させてアノード４９を配置することで得ることができる。カソード８の突起部８ａは、基板上に設けられた段差形成部材４の凹部９の下縁からゲート７の方向へ突出しているので、アノード４９は基板１に対向して配置されているとも言える。

図２において、Ｖｆは素子のゲート７とカソード８の間に印加される電圧、Ｉｆはこの時流れる素子電流、Ｖａはカソード８とアノード４９の間に印加される電圧、Ｉｅは電子放出電流である。ここで、電子放出効率ηとは、電子放出素子に電圧を印加した時に検出される電流Ｉｆと、真空中に取り出されてフェースプレートへ到達する電流Ｉｅとを用いて、一般には電子放出効率η＝Ｉｅ／（Ｉｆ＋Ｉｅ）で与えられる。

＜上記電子線装置を用いた画像表示装置＞
図１１に、図２で説明した電子線装置を用いた画像表示装置の一例を示す。この画像表示装置は、アノード４９側に、電子の照射によって発光する発光部材４８を配置することで製造することができる。

更に説明すると、図１１において、４１はリアプレート、４２はフェースプレート、４３は枠体である。リアプレート４１の表面には、図１で説明したような複数の電子放出素子４４が設けられた基板１が保持されている。図１１には示されていないが、各電子放出素子４４は、図１に示されるように、段差形成部材４、ゲート７、カソード８等を備えている。また、基板１の表面には、この複数の電子放出素子４４のカソード８（図１参照）を互いに接続するＸ方向配線４５と、ゲート５を互いに接続するＹ方向配線４６が設けられている。カソード８は、図１で説明した下段カソード８ｃを介してＸ方向配線４５に接続されている。フェースプレート４２は、透光性のガラス基板４７と、ガラス基板４７上に設けられた複数の発光部材（蛍光体）４８と、発光部材４８上に積層されたアノード４９とを有している。発光部材４８は、電子放出素子４４から放出された電子の照射を受けて発光するものである。上記リアプレレート４１とフェースプレート４２は、電子放出素子４４等の設置面と、アノード４９等の設置面とを向き合わせ、両者間の周囲に枠体４３を挟み込んで、間隔を開けて対向配置されている。そして、リアプレレート４１、フェースプレート４２及び枠体４３で囲まれて封止された空間内は真空に排気されて、画像表示装置を構成している。また、画像表示装置の大型化に伴って、耐大気圧支持構造であるスペーサ４０を、リアプレート４１とフェースプレート４２との間に介在させることもできる。画像表示装置を駆動させる際には、Ｘ方向配線４５に走査信号、Ｙ方向配線４６に情報信号を入力する。これと共に、アノード４９に高電圧を印加して、電子放出素子４４から放出された電子をアノード４９に向けて加速させ、発光部材４８に加速された電子を照射する。これによって所望の発光部材４８を選択的に発光させることで画像を表示することができる。

なお、本発明で製造した電子放出素子を用いた電子線装置は、上記のような画像表示装置だけではなく、アノード４９として電子の照射によってＸ線を発生するターゲットを用いることで、Ｘ線装置を構成することもできる。

＜本発明の第一の実施の形態＞
次に、図３を用いて本発明の第一の実施の形態を説明する。図３は本発明の電子放出素子の製造手順を模式的断面図で示すものである。

最初に、図３（Ａ）に示すように、基板１上に第一の絶縁材料層３ａ、第二の絶縁材料層３ｂ、第一の導電材料層５を順次積層した積層体を形成する。

基板１は電子放出素子を機械的に支えるための基礎であり、例えば、石英ガラス，Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、シリコン基板等が用いられる。基板１に必要な機能としては、機械的強度が高いだけでなく、ドライエッチング、ウェットエッチング、現像液等のアルカリや酸に対して耐性があるものが望ましい。更に、ディスプレイパネルのような一体ものとして用いる場合は、成膜材料や他の積層部材と熱膨張差が小さいものが望ましい。また、熱処理に伴い、内部からのアルカリ元素等が拡散しづらい材料が望ましい。

第一の絶縁材料層３ａを構成する第一の絶縁材料としては、絶縁性で加工性に優れる材料が好ましく、例えばＳｉＮ（Ｓｉ_xＮ_y）やＳｉＯ₂が用いられる。その作製方法としては、一般的な真空成膜法、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ法等が用いられ、その厚さとしては、数ｎｍから数十μｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で選択される。

第二の絶縁材料層３ｂを構成する第二の絶縁材料も、絶縁性で加工性に優れる材料が好ましく、例えばＳｉＮ（Ｓｉ_xＮ_y）やＳｉＯ₂が用いられる。その作製方法としては、一般的な真空成膜法、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ法等が用いられ、その厚さとしては、数ｎｍから数百ｎｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから数十ｎｍの範囲で選択される。

第一の絶縁材料層３ａと第二の絶縁材料層３ｂは、後述するように、絶縁性の段差形成部材４を構成するもので、この段差形成部材４には凹部９が形成される。この凹部９の形成を容易にするために、第二の絶縁材料層３ｂは、第二のエッチング工程で行われるウェットエッチングにおいて、第一の絶縁材料層３ａに比して大きいエッチングレートを持つように設定されている。第二のエッチング工程において、第一の絶縁材料層３ａのエッチングレートは第二絶縁材料層３ｂのエッチングレートの１０倍以上であることが望ましく、できれば５０倍以上とれることが望ましい。第一の絶縁材料層３ａと第二の絶縁材料層３ｂの組合せ例としては、Ｓｉ_xＮ_yの第一の絶縁材料層３ａと、ＳｉＯ₂、リン濃度の高いＰＳＧ、ホウ素濃度の高いＢＳＧの第二の絶縁材料層３ｂとの組合せを挙げることができる。

第一の導電材料層５は導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成することができる。第一の導電材料層５を構成する第一の導電材料としては、導電性に加えて高い熱伝導率があり、融点が高い材料が望ましい。例えばＢｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属又は合金材料を用いることができる。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ、ＴａＮ等の窒化物を用いることもできる。更に、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も適宜使用可能である。第一の導電材料層５の厚さとしては、数ｎｍから数百ｎｍの範囲で設定し、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で選択される。

次に、図３（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により第一の導電材料層５上にレジストパターン１２を形成した後、第一のエッチング工程を施す。この第一のエッチング工程では、エッチング手法を用いて、上面に第一の導電材料層５が設けられ、基板１の表面から立ち上がる少なくとも一の側壁部を有する絶縁性の段差形成部材４を基板１の上に形成する。本例の第一のエッチング工程では、図３（Ｃ）に示す一段の側面部２０を有する段差形成部材４とした後、図３（Ｄ）に示す二段の側面部２０を有する段差形成部材４へと加工する。

更に説明すると、第一のエッチング工程では、エッチング手法を用いて、第一の導電材料層５、第二の絶縁材料層３ｂ、第一の絶縁材料層３ａを順に加工する。この第一のエッチング工程におけるエッチング加工では、一般的に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）が用いられる。ＲＩＥは、エッチングガスをプラズマ化し材料に照射することで精密なエッチング加工が可能な手法である。この際の加工ガスとしては、加工する対象部材がフッ化物を形成する場合はＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＳＦ₆等のフッ素系ガスが選ばれる。また、加工する対象部材が、ＳｉやＡｌのように、塩化物を形成する場合は、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等の塩素系ガスが選ばれる。エッチング面の平滑性の確保又はエッチングスピードを上げるために、水素、酸素、アルゴンガス等が随時添加される。加工ガスの種類、ガス圧力、エッチングパワー等のエッチング条件を調整することで、段差形成部材４の側壁部における第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の傾斜角を制御することができる。本例の第一のエッチング工程では、エッチング条件を変えて複数回のエッチングを行うことで、図３（Ｄ）に示す上段側面部２１と下段側面部２２を形成する。

まず、図３（Ｃ）に示すように、本工程の一回目のエッチングで当初形成する側面部２０は一段の傾斜面で、その傾斜角は４５度乃至６０度とすることが好ましい。

次に、エッチング条件を変えた二回目のエッチングで、第二の導電材料層５、第二の絶縁材料層３ｂ、第一の絶縁材料層３ａを順に加工する。そして、図３（Ｄ）に示すように、第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の上部に、傾斜角が８０度乃至９０度の上段側面部２１を形成し、その下方の下段側面部２２には４５度乃至６０度の傾斜角を維持させる。この二回目のエッチングは、第一の導電材料層５よりも段差形成部材４が大きいエッチングレートを持つようにエッチング条件を設定することで、上記二段の傾斜の側面部２０を形成することができる。段差形成部材４のエッチングレートは第一の導電材料層５のエッチングレートの５倍以上が望ましく、できれば１０倍以上であることが望ましい。また、二回目のエッチングは、上段側面部２１の高さＴ１〔図１（Ｃ）参照〕が５ｎｍ乃至１５ｎｍとなる範囲で行う。このような条件で加工することで、８０度から９０度の切り立った傾斜角を有する上段側面部２１を形成すると共に、この上段側面部２１よりも傾斜角が小さく緩やかな傾斜の下段側面部２２を形成することができる。

レジストパターン１２を剥離した後、第二のエッチング工程を施し、図３（Ｅ）に示すように、段差形成部材４の側壁面における第二の絶縁材料層３ｂの側面を後退させ、第一の導電材料層５の直下に凹部９を形成する。このエッチングは、例えば第二の絶縁材料層３ｂの構成材料がＳｉＯ₂であれば、通称バッファードフッ酸（ＢＨＦ）と呼ばれるフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液を用いて行うことができる。また、第二の絶縁材料層３ｂの構成材料がＳｉ_xＮ_yであれば、熱リン酸系エッチング液を用いて行うことができる。形成する凹部９の深さ（第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の上端から第二の絶縁材料層３ｂの側面までの距離）は、得られる電子放出素子のリーク電流に深く関わり、凹部９を深く形成するほどリーク電流の値が小さくなる。しかしながら、凹部９を非常に深く形成すると、ゲート７が変形する等の問題を生じるため、３０ｎｍから２００ｎｍ程度とすることが好ましい。

上記第二のエッチング工程は、前記第一のエッチング工程で形成した上段側面部２１と下段側面部２２の傾斜角を大きく変動させない条件下で行うことが好ましい。第二のエッチング工程でも第一の絶縁材料層３ａを積極的にエッチングして、上段側面部２１の傾斜角を８０度乃至９０度とすると共に、上段側面部２１の傾斜角より下段側面部２２の傾斜角を小さくすることは可能である。しかし、エッチングの調整が煩雑になることから、第一のエッチング工程で必要な傾斜角と高さの上段側面部２１と下段側面部２２を形成し、これを第二のエッチング工程では大きく変動させないようにすることが好ましい。

次に、第二の導電材料を基板１の表面に対する垂直方向から供給し、図３（Ｆ）に示すように、第一の導電材料層５の上面及び側面部２０の上方の側面と、凹部９の下縁と、第一の絶縁材料層３ａの側面部２０とに第二の導電材料層６を付設する。第一の導電材料層５の上面及び側面に設けられた第二の導電材料層６は、第一の導電材料層３ｂと一体となってゲート７を構成する。また、第二の導電材料層６の凹部９の下縁に付着した部分はこの下縁から上方へ突起した突起部８ａを構成し、突起部８ａに連なって上段側面部に付着した第二の導電材料層６の部分は上段カソード部８ｂを構成している。また、第二の導電材料層６の下段側面部２２に付着した部分は下段カソード部８ｃを構成し、第二の導電材料層６の基板１の表面上に付着した部分は平面カソード部８ｄを構成している。これらの突起部８ａ、上段カソード部８ｂ、下段カソード部８ｃ及び平面カソード部８ｄは一連に連なってカソード８を構成している。

第二の導電材料は、導電性があり、電子を電界放出する材料であればよく、一般的には２０００℃以上の高融点、５ｅＶ以下の仕事関数材料であり、酸化物等の化学反応層を形成しづらいか、あるいは簡易に反応層を除去可能な材料が好ましい。このような材料としては、例えばＨｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属又はこれらの合金材料を挙げることができる。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ、ＴａＮ等の窒化物も挙げられる。更に、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も挙げられる。第二の導電材料層６の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術を用いることができる。

カソード８は、通常、幅方向（図の奥行き方向）に複数に分割される。この分割は、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて行われる。この際の加工ガスとしては、加工する対象部材がフッ化物を形成する場合は、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＳＦ₆等のフッ素系ガスが選ばれる。また、加工する対象部材がＳｉやＡｌのように塩化物を形成する場合は、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃等の塩素系ガスが選ばれる。エッチング面の平滑性の確保又はエッチングスピードを上げるために、水素、酸素、アルゴンガス等が随時添加される。分割後の各カソード８の幅は、通常、数μｍから数ｍｍの範囲で設定され、好ましくは数μｍから数百μｍの範囲で選択する。

次に、図３（Ｇ）に示すように、カソード８と電気的な導通を取るために素子電極２を形成する。この素子電極２は、前記カソード８と同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成することができる。素子電極２の材料は、例えばＢｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属又はこれらの合金材料が使用可能である。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物も使用可能である。更には、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も使用可能である。

素子電極２の厚さとしては、数十ｎｍから数百μｍの範囲で設定し、好ましくは数十ｎｍから数十μｍの範囲で選択する。素子電極２及びゲート７の構成材料は、同一材料でも異種材料でも良く、また同一形成方法で形成したものでも異種方法で形成したものでも良い。しかし、ゲート７は素子極２に比べてその膜厚が薄い範囲で設定する場合があり、低抵抗材料が望ましい。また、上記作製例では、第一の導電材料層５の上と側面に第二の導電材料層６を残して両者でゲート７を構成している。しかし、第二の導電材料を堆積する前に予め第一の導電材料層５の表面に剥離層を設けておき、第一の導電材料層５の上面及び側面に堆積した第二の導電材料層６をその後除去し、第一の導電材料層５単独でゲート７を構成することもできる。更に、上段側面部２１と下段側面部２２は、第一の絶縁材料層３ａを複数回に分けて成膜し、第一のエッチング工程におけるエッチングレートを、第一の絶縁材料層３ａの上部に比して下部を大きくしておくことでも形成できる。

＜側面部２０に複数の傾斜角を形成する理由＞
図６に、側面部２０の傾斜角が一段の時の傾斜角と電子放出効率の関係を示す。図６から明らかなように、傾斜角が大きい範囲（８０度から９０度）では、傾斜角が変動しても電子放出効率がほぼ一定になる。また、傾斜角が小さくなるにつれて、電子放出効率が下がると共に、傾斜角の変動に伴い電子放出効率も大きく変動する。即ち、傾斜角が大きい範囲では傾斜角に対する電子放出効率の感度が小さいが、傾斜角が小さい範囲（特に７５度以下）では感度が大きくなる。従って、傾斜角が小さい範囲では、傾斜角がばらつくと、電子放出効率がばらつくことになる。

図７（Ａ）に、側面部２０の傾斜角が一段のときの傾斜角と傾斜角のばらつく幅を角度分布として示す。図の縦軸は、エッチングレートが中心値から±２５％ばらついたときの傾斜角のばらつく幅を示している。図７（Ａ）より、傾斜角が９０度に近いほど傾斜角のばらつきが小さいことがわかる。図７（Ｂ）、（Ｃ）に傾斜角のばらつき幅の概念について示す。図７（Ｂ）は傾斜角が小さい場合、図（Ｃ）は傾斜角が大きい場合をそれぞれ示す。図７（Ｂ）、（Ｃ）中のベクトルＶ_1X、Ｖ_2Xはレジストの後退速度、Ｖ_1Z、Ｖ_2Zは段差形成部材４のエッチングレートを表している。ここでレジスト後退速度とは、エッチングにより基板１と水平方向にレジストが削られる速度のことを指す。図７（Ｂ）、（Ｃ）内の左右それぞれの図は、段差形成部材４のエッチングレートＶ_1Z、Ｖ_2Zが、Ｖ_1Z’、Ｖ_2Z’へとばらついた場合を表す。傾斜角は、レジスト後退速度と段差形成部材４のエッチングレートから幾何学的に決まる。図７（Ｂ）に示すように、傾斜角がθ_Sのように小さいときには、エッチングレートがＶ_1ZからＶ_1Z’への変動すると傾斜角もθ_S’へと大きく変動する。一方、図７（Ｃ）に示すように、傾斜角がθ_Lのように大きいと、エッチングレートがＶ_2ZからＶ_2Z’へ変動しても傾斜角はθ_L’のように影響されにくい。このため傾斜角が大きいほど、傾斜角のばらつきが小さくなる。従って、図６と図７より、上段側面部２１の傾斜角θ１〔図１（Ｃ）参照〕を８０度から９０度にすることで、電子放出効率のばらつきを抑えることができることが分かる。

次に、図１に示される下段側面部２２の傾斜角θ２について説明する。傾斜角θ２は、第二の導電材料層６の下段側面部２２に設けられる部分の膜質の観点から、８０度より小さいことが必要である。傾斜角θ２は７０度より小さいことが好ましく、特に４５度から６０度の範囲に設定するのが好ましい。第一の絶縁材料層３ａの側面部２０に形成される第二の導電材料層６の膜質について図８を使って説明する。

図８は、第一の絶縁材料層３ａの側面部２２を、傾斜角θが８０度乃至９０度の一段の角度の斜面とした電子放出素子を表す。図８（Ａ）は断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の矢印方向から見た正面図をそれぞれ表す。また、図８に示す電子放出素子の状態は、第二の導電材料層６の付着後に、この第二の導電材料層６を複数に分割したカソード８への加工や洗浄を行うために、ウェットプロセスを通した後の状態である。本発明者らが検討した結果、傾斜角θが大きい場合、ウェットプロセスを通したときに、図８に示すように、特に側面部２２上の第二の導電材料層６が剥がれ落ちてしまい、部分的に側面部２２が露出して断線状態となってしまう場合があることが分かった。

図９を使って、傾斜角と膜質の関係について説明する。図９は、水平面に対して傾斜させた試験基板上に、水平面に対して垂直方向から、指向性を有する成膜方法でＭｏを成膜したときの試験基板の傾斜角と、成膜されたＭｏ膜の電気抵抗値との関係を示す。横軸は試験基板の傾斜角（水平面に対する試験基板の角度）を表し、縦軸は抵抗値を表す。

指向性を有する成膜方法としては、例えば、指向性スパッタリング法や蒸着法を用いることができる。指向性を有する成膜方法を用いることで、Ｍｏが試験基板に入射する角度を制御できる。具体的には、試験基板とターゲットとの角度を設定した上で、試験基板とターゲットの間に遮蔽板を設け、基板とターゲット間の距離をスパッタ粒子の平均自由行程近傍にする等を行う。このようにして、限られた角度のスパッタ粒子のみが被成膜面に入射されるようにする。図９の例では、試験基板に対し、３０度から９０度の角度を持つようにして成膜を行った。また、Ｍｏスパッタの時間は試験基板の傾きが０度の時にＭｏが５５ｎｍ堆積するのに相当する時間とした。

図９より、傾斜角が大きくなるにつれて抵抗も大きくなり、６０度以上で抵抗値の上昇率が高くなり、８０度以上では急激に抵抗値が高くなることが分かる。電気抵抗と傾斜面に堆積された膜の膜密度には相関があり、高抵抗なものほど膜密度が疎となる。膜密度が疎になると、図８のように、レジストを剥離する処理等を有するウェットプロセス時に膜が剥がれ落ちてしまうことがあり、断線等を引き起こす場合がある。このことからすると、第一の絶縁材料層３ａの下段側面部２２の傾斜角θ２〔図１（Ｃ）参照〕は、少なくとも８０度より小さいことが必要で、７０度以下であることが好ましく、６０度以下であることがより好ましい。一方、傾斜角を小さくすると、素子面積が大きくなるために高精細化が難しくなる。下段の傾斜角θ２は４５度以上であれば、表示面積の大きさはあまり大きくならない。以上から、膜質の観点では、下段側面部２２の傾斜角θ２は４５度乃至６０度の範囲に設定することが最も好ましい。

次に、上段側面部２１の高さＴ１の上限について説明する。上段側面部２１の高さＴ１は、膜質の観点から、１５ｎｍ以下にすることが好ましい。図１（Ｃ）に示すように、Ｔ１は第一の絶縁材料層３ａの上面から上段の側面部２１の下端までの距離を表している。本発明においては上段側面部２１に８０度から９０度の傾斜角を持たせているが、上段側面部２１の高さＴ１を小さく規定することで、上段側面部２１上の上段カソード部８ｂにウェットプロセスに対する耐性を持たせている。カソード８は、図１（ｂ）に示すように、先端に設けられた突起部８ａ、上段側面部２１上の上段カソード８ｂ、下段側面部２２上の下段カソード部８ｃ、基板１上の平面カソード部８ｄから構成されている。突起部８ａ、下段カソード部８ｃ、平面カソード部８ｄは小さい傾斜角の面に堆積されるために、良好な膜質で、ウェットプロセスに耐性がある。上段側面部２１上の上段カソード部８ｂは、大きな傾斜角の上段側面部２１に形成されているが、上下方向においては、膜質の良い突起部８ａ及び下段カソード部８ｃに接続されている。従って、上段側面部２１上の上段カソード部８ｂもウェットプロセスに耐性を持たせることができる。

ところで、上段側面部２１の高さＴ１を大きくしていった場合、徐々に上下の膜質の良い部分との接続効果が小さくなっていく。本発明者らが鋭意検討した結果、上段側面部２１の高さＴ１を１５ｎｍ以下にすれば、ウェットプロセスの耐性が保たれることが確認された。一方、図１０に、上段側面部２１の高さＴ１と電子放出効率の関係を示す。図１０に示すように、上段側面部２１の高さＴ１が５ｎｍ未満であると、電子放出効率が低下する。これは、Ｔ１が小さいと、下段側面部２２の影響で電界強度が弱くなるためであると考えられる。このため、上段側面部２１の高さＴ１は５ｎｍ以上とし、下段側面部２２が電子放出効率へ影響しないようにしておく必要がある。これらのことから、本発明では、上段側面部２１の高さＴ１を５ｎｍ乃至１５ｎｍとしているものである。また、下段側面部２２の高さＴ２は、下段側面部２２に設けられる下段カソード部８ｃの付着状態を安定させやくするために、上段側面部２１の高Ｔ１より高いことが好ましい。

以上のように、図１に示す上段側面部２１の傾斜角θ１は、電子放出効率のばらつきを抑えるために８０度から９０度にすることが必要である。下段側面部２２の傾斜角θ２は下段カソード部８ｂを構成する第二導電材料層６の膜質を良好に保つ観点から８０度より小さいことが必要で、６０度以下であることが好ましく、高精細化を容易にする上で４５度以上であることが好ましい。また、上段側面部２１の高さＴ１は、ウェットプロセスへの耐性の観点から１５ｎｍ以下、電子放出効率向上の観点から５ｎｍ以上である。これらの条件を満たすことにより、電子放出特性の安定化とデバイスの信頼性の向上を同時に達成することができる。

＜本発明の第二の実施の形態＞
次に、第二の実施の形態について図４で説明する。この第二の実施の形態で製造される電子放出素子を図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。第二の実施の形態と第一の実施の態の違いは、第二の実施の形態で得られる電子放出素子の下段側面部３２が二種類の傾斜角を有することである。即ち、第二の実施の形態で得られる電子放出素子における第一の絶縁材料層３ａの側面部３０は、上段側面部３１、下段第一側面部３３、下段第二側面部３４の三段構成になっている。図４（Ａ）、（Ｂ）の工程は、既に時３（Ａ）、（Ｂ）で説明した第一の実施の形態の工程と同様である。第二の実施の形態においては、図４（Ｃ）のように、第一のエッチング工程の一回目のエッチングにおいて、形成される段差形成部材４の側壁部における第一の絶縁材料３ａの側面部３０の傾斜角と、第二の絶縁材料層３ｂの側面部３５の傾斜角とを異ならせる。具体的には、第一の絶縁性材料３ａの側面部３０の傾斜角を第二の絶縁材料層３ｂの側面部３５の傾斜角より大きくしておく。そして、二回目のエッチングにおいて、第二の絶縁材料層３ｂの側面部３５の傾斜角を第一の絶縁性材料３ａの側面部３０の上部の傾斜角として転写させる。これにより、図４（Ｄ）のように、第二の絶縁材料層３ｂの側面部３５の傾斜角が転写された上段側面部３１と、下段第一側面部３３及び下段第二側面部３４の二段構成の下段側面部３２とを形成することができる。

本第二の実施の形態は、基本的には第一の実施の形態と同じであるが、第一の絶縁材料層３ａと第二の絶縁材料層３ｂのエッチングレートを揃える必要がない。このため、第一の実施の形態に比して第一及び第二の絶縁材料層３ａ，３ｂの組合せを比較的自由に選ぶことができる。図５（Ｂ）に示す、下段第一側面部３３と下段第二側面部３４の傾斜角θ２１，θ２２の大きさは、第一の実施の形態における下段側面部２２の傾斜角θ２の範囲内で選択することができる。一回目のエッチングにおいて、第一の絶縁材料層３ａのエッチングレートが第二の絶縁材料層３ｂのエッチングレートよりも大きい場合、θ２１＜θ２２となり、第一の絶縁材料層３のエッチングレートが第二の絶縁材料層３ｂのエッチングレートよりも小さい場合、θ２１＞θ２２とすることができる。

これ以降の工程は第一の実施の形態と同様の方法で電子放出素子を作製することができる。なお、３８ａは凹部９の下縁に形成された突起部、３８ｂは第二の導電材料層６の上段側面部３１に設けられた部分である上段カソード部、３８ｃは第二の導電材料層６の下段第一側面部３３に設けられた部分である下段第一カソード部である。また、３８ｄは第二の導電材料層６の下段第二側面部３４に設けられた部分である下段第二カソード部、３８ｅは第二の導電材料層６の基板１の表面上に設けられた部分である平面カソード部である。

以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳述する。
実施例１−１、１−２、１−３

まず、図３（Ａ）に示すように、基板１上に第一の絶縁材料層３ａ、第二の絶縁層３ｂ及び第一の導電材料層５を積層した。基板１としては、プラズマディスプレイ用に開発された高歪点ガラスである「ＰＤ２００」を用いた。第一の絶縁材料層３ａとしては、ＳｉＮ（ＳｉｘＮｙ）をスパッタ法にて成膜し、その厚さは５００ｎｍとした。第二の絶縁材料層３ｂとしては、ＳｉＯ₂をスパッタ法にて成膜し、その厚さは２５ｎｍとした。第一の導電材料層５としては、ＴａＮをスパッタ法にて成膜し、その厚さは３０ｎｍとした。

次に、図３（Ｂ）に示すように、積層の後にフォトリソグラフィー技術により第一の導電材料層５上にレジストパターン１２を形成した。レジストパターン１２の形成後、図３（Ｃ）に示すように、ドライエッチング手法を用いて第一の導電材料層５、第二の絶縁材料層３ｂ、第一の絶縁材料層３ａを順に加工し、絶縁性の段差形成部材４を形成した。この時の加工ガスとしては、第一の絶縁材料層３ａ、第二の絶縁材料層３ｂ及び第一の導電材料層５として、前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているため、ＣＦ₄及びＳＦ₆を混合したガスを用いた。ＣＦ₄の供給量を７００ｓｃｃｍ、ＳＦ₆の供給量を１００ｓｃｃｍとしてＲＩＥを行った結果、第一の絶縁材料層３ａ、第二の絶縁材料層３ｂ、第一の導電材料層５のエッチング後の角度は基板１の表面に対しておよそ５５度であった（第一のエッチング工程の一回目のエッチング）。

次に、二回目のエッチングを施し段差形成部材４の側壁面における第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の上部に、図３（Ｄ）に示すように、一回目のエッチングで形成した傾斜角より大きな傾斜角の斜面を形成した。この時の加工ガスとしては、第一の絶縁材料層３ａ、第二の絶縁材料層３ｂ及び第一の導電材料層５のエッチングレートの選択比を取るために、ＣＦ₄を用いた。このガスを用いてＲＩＥを行った結果、エッチング後の段差形成部材４における第一の絶縁材料層３ａ上段に基板１の表面に対して約８０度の斜面が形成され、下段の傾斜角は前記約５５度を保っていた。また、得られた上段側面部２１の高さＴ１（図１参照）は１０ｎｍとなるように形成した（第一のエッチング工程の二回目のエッチング）。

レジストパターン１２を剥離した後、図３（Ｅ）に示すように、ＢＨＦを用いて、深さ約７０ｎｍの凹部９が形成されるように第二の絶縁材料層３ｂをエッチングし、第二導電材料層５直下の側面部２０に凹部９を形成した（第二のエッチング工程）。

図３（Ｆ）に示すように、カソード８を構成する第二の導電材料であるモリブデン（Ｍｏ）を、基板１の表面に対する垂直方向から指向性を持って供給し、第一の導電材料層５の表面及び第一の絶縁材料層３ａの側面部２０に第二の導電材料層６を形成した。本実施例では成膜方法としてスパッタ成膜法を用いた。Ｍｏの供給方向に対して直交する方向の面でのＭｏの厚さが３０ｎｍになるように成膜した。

次に、カソード８の幅が２００μｍになるようにフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成した。その後、ドライエッチング手法を用いてＭｏからなるカソード８を加工した。このときの加工ガスとしては、ＣＦ₄系のガスを用いた。これによって、第一の絶縁材料層３ａの凹部９の下縁に沿って位置する突起部８ａから基板１の表面上の平面カソード部８ｄまで一連に連なった短冊状のカソード８を形成した。

次に図３（Ｇ）に示す素子電極２を銅（Ｃｕ）を用いて形成した。その作製方法はスパッタ法にて形成し、その厚さは５００ｎｍとした。

以上の方法で作製した電子放出素子の断面形状を図１（Ｂ）に示す。図２に示した電子線装置の構成を組み、電子放出素子の特性を評価した。ゲート７の電位を２０Ｖとし、素子電極２を介してカソード８の電位を０Ｖに規定することによって、ゲート７とカソード８の間に２０Ｖの駆動電圧を印加した。また、Ｖａは１１．８ｋＶとした。複数の電子放出素子の電子放出特性の評価後に、各電子放出素子について、ＳＥＭにより図１（Ｃ）の上段側面部２１の傾斜角θ１、下段側面部２２の傾斜角θ２、上段側面部２１の高さＴ１を測定した。傾斜角θ１、θ２の大きさ、高さＴ１及び電子放出特性の評価結果を表１に示す。表１は複数作製した電子放出素子の傾斜角θ１、θ２、高さＴ１、電子放出効率の平均値、及び電子放出効率の素子間ばらつきを示している。素子間ばらつきとしては、標準偏差をσとしたときの、３σ／平均値の値を示した。表１に示すように、傾斜角の平均値は、θ１は８０度、θ２は５５度であった。上段の傾斜部２１の深さＴの平均値は１０ｎｍ、素子電流Ｉｆの平均値は１１５μＡ、電子放出電流Ｉｅの平均値は１２μＡ、電子放出効率は平均値９．３％に対して、電子放出効率ばらつきは２．０％であった。電圧を印加しても電界放出電流が得られない素子は見られなかった（膜質「○」）。実施例１では、特性が均一で信頼性の高い素子が得られた。

また、実施例１−２、１−３として、表２に示す混合比のガスを用いて第一のエッチング工程の１回目のエッチングを行い、下段側面部２２の傾斜角θ２を変えた電子放出素子も作製して同様に評価した結果、実施例１−１とほぼ同等な特性が確認された。実施例１−１、１−２、１−３の傾斜角θ１、θ２、一回目のエッチングにおけるガスの混合比を表２に示す。

比較例１
比較例１として、下段側面部２２の傾斜角θ２が大きい場合の例を示す。基本的な作製方法は実施例１と同様である。第一のエッチング工程における一回目のエッチングのエッチング条件のみが実施例１と異なっている。この一回目のエッチングに使用した混合ガスの混合比を傾斜角θ１、θ２と共に表２に示す。以降、実施例１と同様の方法で電子放出素子を作製した。

こうして得られた電子源を用いて実施例１同様の特性評価を行った。傾斜角θ１、θ２と共に電子放出特性の評価結果を表１に示す。傾斜角θ１の平均値は８０度、θ２は７０度、上段側面部２１の高さＴ１の平均値は１０ｎｍ、電子放出効率は平均値９．５％に対して、電子放出効率ばらつきは１．９％であった。比較例１は実施例１と同等な電子放出特性であったが、電圧を印加しても電界放出電流が得られない素子が存在していた（膜質「×」）。これは下段側面部２２の傾斜角θ２が大きいために、カソード８を構成するＭｏの一部がウェットプロセスで剥がれ落ちたためである。

比較例２
比較例２として、上段側面部２１の傾斜角θ１が小さい場合の例を示す。基本的な作製方法は実施例１と同様である。第一のエッチング工程における一回目のエッチングのエッチング条件のみが実施例１と異なっている。この一回目のエッチングに使用した混合ガスの混合比を傾斜角θ１、θ２と共に表２に示す。以降、実施例１と同様の方法で電子放出素子を作製した。

こうして得られた電子源を用いて実施例１同様の特性評価を行った。傾斜角θ１、θ２と共に電子放出特性の評価結果を表１に示す。傾斜角θ１の平均値は７０度、θ２は５５度、上段側面部２１の高さＴ１の平均値は１０ｎｍ、電子放出効率は平均値９．９％に対して、電子放出効率ばらつきは８．７％であった。比較例３は実施例１と比較して電子放出効率のばらつきが大きかった。これは上段側面部２１の傾斜角θ１が小さいために、傾斜角がばらついていたことに起因する。

比較例３
比較例１として、段差形成部材４における第一の絶縁材料層３ａの側面部２０の傾斜角が一段である例を示す。第一のエッチング工程の一回目のエッチングを行う工程まで実施例１と同じである。実施例１との違いは、第一のエッチング工程で上段側面部２１を形成する二回目のエッチングを行わなかった点である。第一のエッチング工程で一回だけ行ったエッチングに使用した混合ガスの混合比を一段の傾斜角と共に表２に示す。以降、実施例１と同様の方法で電子放出素子を作製した。側面部２０の傾斜角は５５度の一段とした。

こうして得られた電子放出素子を用いて実施例１と同様の特性評価を行った。一段の傾斜角と共に電子放出特性の評価結果を表１に示す。傾斜角の平均値は５５度、傾斜角のばらつきは１１度であった。効率は平均値８．４％に対して、電子放出効率ばらつきは１．９６％であった。また、電圧を印加しても電界放出電流が得られない素子は見られなかった（膜質「○」）。比較例３は実施例１と比較して特に電子放出効率のばらつきが大きかった。これは傾斜角が５５度と小さかったために、傾斜角がばらついていたことに起因する。

実施例２、３
実施例２、３として、上段側面部２１の高さＴ１が異なる場合の例を示す。基本的な作製方法は実施例１と同様である。第一のエッチング工程の二回目のエッチングにおいてのエッチング時間のみが実施例１と異なっている。第一のエッチング工程の二回目のエッチングの時間を調整して上段側面部２１の高さＴ１を調整した。以降、実施例１と同様の方法で電子放出素子を作製した。

こうして得られた電子放出素子を用いて実施例１同様の評価を行ったところ、表１に示すように、実施例１とほぼ同等の結果が得られた。また電圧を印加しても電界放出電流が得られない電子放出素子は見られなかった（膜質「○」）。

比較例４、５
比較例４、５として、上段側面部２１の高さＴ１が本発明とは異なる場合の例を示す。基本的な作製方法は実施例１と同様である。第一のエッチング工程の二回目のエッチングにおいてのエッチング時間のみが実施例１と異なっている。第一のエッチング工程の二回目のエッチングの時間を調整して上段側面部２１の高さＴ１を調整した。以降、実施例１と同様の方法で電子放出素子を作製した。

こうして得られた電子源を用いて実施例１同様の特性評価を行った。傾斜角θ１、θ２及び高さＴ１と共に電子放出特性の評価結果を表１に示す。比較例４においては、傾斜角の平均値は、θ１は８０度、θ２は５５度、上段側面部２１の高さＴ１の平均値は３ｎｍ、電子放出効率は平均値８．５％に対して、電子放出効率ばらつきは２．２％であった。また、電圧を印加しても電界放出電流が得られない素子は見られなかった（膜質「○」）。比較例４は実施例１と比較して電子放出効率が低い特性を示した。これは高さＴ１が低く形成されているために、前述した通り、下段側面部２２の下段カソード部８ｃの影響で電界強度が弱くなったためだと考えられる。

比較例５は傾斜角の平均値は、θ１は８０度、θ２は５５度、上段側面部２１の高さＴ１の平均値は４０ｎｍ、電子放出効率は平均値９．１％に対して、電子放出効率ばらつきは２．０％と実施例１とほぼ同等の電子放出特性を示した。しかしながら、一部の電子放出素子において、電圧を印加しても電界放出電流が得られない素子がみられた（膜質「×」）。これは比較例５では上段側面部２１の高さＴ１を大きくしたために、上段カソード部８ｂと、良質な膜である突起部８ａ及び下段カソード部８ｂとの接続の効果が無くなり、上段カソード部８ｂの一部のＭｏがウェットプロセスで剥がれ落ちたためと考えられる。

実施例４
実施例４として、図４及び５に示すように、下段側面部３２が下段第一側面部３３と下段第二側面部３４に分かれる例を示す。基本的な作製方法は実施例１と同様であるので、ここでは実施例１との違いだけを述べる。

本例では第一のエッチング工程の一回目のエッチングにおいて、第一の絶縁材料層３ａ、第二の絶縁材料層３ｂに対するエッチングレートが異なるエッチング条件を用いてエッチングを行った。このとき、第一の絶縁材料層３ａの側面部３０と、第二の絶縁材料層３ｂの側面部３５には異なる傾斜角が形成されていた〔図４（Ｃ）〕。

続いて、第一のエッチング工程の二回目のエッチングを実施例１と同じ条件で行った。このエッチングにより、第一の絶縁材料層３ａの側面部３０には三種類の傾斜角が形成された。以降、実施例１と同様の方法で電子放出素子を作製した〔図４（Ｆ）、（Ｇ）〕。

こうして得られた電子放出素子を用いて実施例１同様の方法で評価した結果を表３に示す。傾斜角の平均値は、θ１１は８０度、θ２１は４５度、θ２２は５５度、上段側面部２１の高さＴ１の平均値は１０ｎｍ、電子放出効率は平均値９．３％に対して、電子放出効率ばらつきは２．０％と実施例１とほぼ同等の電子放出特性を示した。また電圧を印加しても電界放出電流が得られない素子は見られなかった（膜質「○」）。

実施例５
本実施例では、上述した本発明の実施例１で作製した電子放出素子と同様の製造方法によって形成した電子放出素子を多数基板上にマトリクス状に配列して電子源基板を形成し、この電子源基板を用いて図１１に示した画像表示装置を作製した。以下に本実施例で作製した画像表示装置の製造工程を説明する。

基板１上にＳｉＮ／ＳｉＯ₂に／ＴａＮ／Ｍｏ膜を順次成膜した後、実施例１のと同様の電子放出素子４４を形成した。次に、Ｙ方向配線４６をゲート７（図１参照）に接続するように配置した。このＹ方向配線４６は変調信号が印加される配線として機能する。

次に、次の工程で作製するＸ方向配線４５と前述のＹ方向配線４６を絶縁するために、酸化シリコンからなる絶縁層（図示されていない）を配置した。後述するＸ方向配線４５の下であって、且つ、先に形成したＹ方向配線４６を覆うように、絶縁層を配置した。

次に、銀を主成分とするＸ方向配線４５を、先に形成した絶縁層の上に形成した。Ｘ方向配線４５は絶縁層を挟んでＹ方向配線４６と交差している。このＸ方向配線４５は走査信号が印加される配線として機能する。このようにしてマトリクス配線を有する基板１が形成された。

次いで、上記基板１の２ｍｍ上方に、透光性のガラス基板４７の内面に発光部材４８とアノード４９（メタルバック）とが積層されたフェースプレート４２を、枠体４３を介して配置した。リアプレート４１を基板１の補強部材として設け、フェースプレート４２、枠体４３、リアプレート４１の接合部を、低融点金属であるインジウム（Ｉｎ）を加熱し冷却することによって封着した。また、この封着工程は、真空チャンバー中で行い、排気管を用いずに封着と封止を同時に行った。このように画像表示装置を作製したところ、表示画像の安定な表示装置を実現できた。

１：基板、２：素子電極、３ａ：第一の絶縁材料層、３ｂ第二の絶縁材料層、４：段差形成部材、５：第一の導電材料層、６：第二の導電材料層、７：ゲート、８：カソード、８ａ：突起部、８ｂ：上段カソード部、８ｃ：下段カソード部、８ｄ：平面カソード部、９：凹部、２０：側面部、２１：上段側面部、２２：下段側面部、１２：レジストパターン、３０：側面部、３１：上段側面部、３２：下段側面部、３３：下段第一側面部、３４：下段第二側面部、３８：カソード、３８ａ：突起部、３８ｂ：上段カソード部、３８ｃ：下段第一カソード部、３８ｄ：下段第二カソード部、３８ｅ：平面カソード部、４０：スペーサ、４１：リアプレート、４２：フェースプレート、４３：枠体、４４：電子放出素子、４５：Ｘ方向配線、４６：Ｙ方向配線、４７：ガラス基板、４８：発行部材（蛍光体）、４９：アノード

Claims (7)

1. 基板の上に第一の絶縁材料、第二の絶縁材料及び第一の導電材料を順次積層した積層体をエッチングし、上面にゲートを構成する第一の導電材料層を有し、基板の表面から立ち上がる少なくとも一の側壁面を有する絶縁性の段差形成部材を基板の上に形成する第一のエッチング工程と、
   前記第二の絶縁材料層をエッチングし、前記一の側壁面における前記第一の導電材料層の直下に凹部を形成する第二のエッチング工程と、
   カソードを構成する第二の導電材料を供給し、前記凹部の下縁に付着させて、該下縁から上方へ突起した突起部を形成すると共に、前記一の側壁面を構成する前記第一の絶縁材料層の側面部に前記突起部に連なって付着させる工程と
   を備えた電子放出素子の製造方法において、
   前記第一の絶縁材料層の前記側面部の上端から高さ方向中間部までの上段側面部の傾斜角を８０度乃至９０度とすると共に、前記高さ方向中間部から下端までの下段側面部の傾斜角が８０度より小さく、しかも前記上段側面部の高さを５ｎｍ乃至１５ｎｍとした前記側面部に対して、前記第二の導電材料の供給を前記基板の表面に対する垂直方向から行うことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 前記第一のエッチング工程でエッチング条件を変えて複数回のエッチングを行うことで、前記上段側面部と前記下段側面部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
3. 前記第一の絶縁材料層を複数回に分けて成膜し、前記第一のエッチング工程におけるエッチングレートを、前記第一の絶縁材料層の上部に比して下部を大きくしておくことで、前記第一のエッチング工程で前記上段側面部と前記下段側面部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
4. 前記下段側面部の傾斜角を４５度乃至６０度とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子放出素子の製造方法。
5. 前記上段側面部の高さより前記下段側面部の高さを高くすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子放出素子の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子放出素子の製造方法で製造した電子放出素子の前記第二の導電材料層で構成されたカソードを、前記第二の導電材料層の前記下段側面部に設けられた部分である下段カソード部を介して配線に接続し、前記突起部に前記ゲートを介して対向させてアノードを配置することを特徴とする電子線装置の製造方法。
7. 請求項７に記載の電子線装置の製造方法で製造した電子線装置の前記アノードの側に、電子の照射によって発光する発光部材を配置することを特徴とする画像表示装置の製造方法。

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