JPH04196026A

JPH04196026A - 電界放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH04196026A
Application number: JP2322515A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ito; 茂生伊藤; Tatsuo Yamaura; 辰雄山浦; Yukio Ogawa; 小川　行雄; Teruo Watanabe; 渡辺　照男
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-15
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JP2950380B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、絶縁層のホール内にコーン形状のエミッタを
有するいわゆるスピンド型の電界放出素子の製造方法に
係り、特に絶縁層にホールを量産的に製造する方法に関
するものである。

［従来の技術１スピンド型の電界放出素子の従来の製造方法について図
５を用いて説明する。

■図５（ａ）に示すように、絶縁基板１００土に、カソ
ード電極１０１と、絶縁層１０２と、ゲート電極層１０
３を積層被着する。

■その」二にレジストを被着し、例えばＩ　１１ｍ径程
度のゲートパターンの露光を光露光又は電子ビーム露光
により順次行う。その後、露光部のレジストを除去し、
さらにゲート電極層１０３と絶縁層１．０２をエツチン
グし、図５（ｂ）に示すようにゲーｈ　１．０４及びポ
ール１０５を形成する。

■レジスト除去後、絶縁基板１．　ＯＯを同一平面内で
回転させながら斜め上方から同基板の表面にＡ　ｆｌ　
＋−０６を蒸着し、図５（ｃ）に示すようにゲー１−１
０４の開口部を狭くするとともに、剥離層を形成する。

■図５（ｄ）に示すように、基板に対して垂直上方から
エミッタ材料」０７を蒸着させ、ホール１、０５内にコ
ーン形状のエミッタ１０８を形成する。

０図５（ｅ）に示すように、斜め蒸着させたＡｊ２１０
６と不要なエミッタ材料１０７を除去する。

［発明が解決しようとする課題１ゲー１−１０４の開口部及びポール１．０５をエツチン
グで形成するため、従来はレジス１−にゲートパターン
の露光を行っていたが、従来の露光装置は基板をミクロ
ン単位で正確に送り、小面積を露光しながら全面を走査
するものであった。このため、ゲートパターンの形状及
び間隔はきオフめで正確になるものの、−回の露光面積
が小さいために基板の全面にゲートパターンを露光する
のには相当の時間がかかり、小面積の基板にしか利用で
きなかった。即ち、近年まずまず大面積化しつつあるデ
イスプレィ装置用基板等に対しては量産性が良くないと
いう問題があった。

また、図５（ｃ）に示したようなＡ℃の斜め蒸着の蒸着
効率は大面積化には極めて悪く、デイスプレィ装置用基
板のようにがなり広い面積に対して斜めｈ向からの蒸着
を行なうと、ゲートの開口部の位置によって蒸着状態に
違いが生じてしまう。このため、形成されるエミッタの
形状の均一性に問題が生じ、この点においても量産に適
していないという問題、屯があった。

［課題を解決するための手段］本発明に係る電界放出素子の製造方法は、絶縁基板上に
カソード電極を形成する工程と、前記カソード電極を含
む絶縁基板上に絶縁層とゲート電極層を順次積層させて
形成する工程と、前記グー１−電極層」二にレジストと
微粒子からなるマスク層を形成する工程と、前記マスク
層に露光する工程と、前記マスク層から前記微粒子を除
去して前記レジストに微小孔を形成する工程と、前記微
小孔から前記ゲート電極層と前記絶縁層をエツチングし
てゲート電極とホールを形成する工程と、前記レジスト
を除去する工程と、前記ゲート電極の表面に剥離層を形
成する工程と、前記ホール内に向けてエミッタ材料を蒸
着することによってポール内にエミッタを形成する工程
と、前記剥離層を除ノ（することにより、この剥離層上
に被着したエミッタ材料を除去する工程とを有している
。

また、本発明によれば、前記製造方法に用いる前記微粒
子をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のような有
機化合物で構成してもよい。

また、本発明によれば、ＰＭＭＡ粒子を染色した光吸収
性のものを前記微粒子として用いてもよい。

また、本発明によれば、光分解形のホトレジストを被覆
したＰＭＭＡ粒子を前記微粒子として用いてもよい。

［実施例１本発明に係る電界放出素子の製造方法の第１実施例を図
１によって説明する。

（１）図１　（ａ）に示すように、ガラス等の絶縁基板
１の上面に約０．３μｍの厚さでＡ１２層２を全面に蒸
着し、さらに必要に応じて約０．４Ｉ１ｍの厚さでＳｎ
○２からなる抵抗層３を全面に蒸着する。そして、これ
をフ１トリソグラフィ法によってストライプ状にしてカ
ソード電極４を形成する。

（２）図１　（ｂ）に示すように、前記カソード電極４
を含む絶縁基板１上に５ｉｎ２を］Ｉ２　ｍの厚さに蒸
着して絶縁層５を形成する。さらに、その上にＭｏを０
．５μｍの厚さに蒸着してゲート電極層６を形成する。

（３）図１　（Ｃ）に示すように、前記ゲート電極層６
の表面に、平均粒径が０．４μｍのポリメチルメタクリ
レ−ｈ（ＰＭＭＡ）粒子７を分散させる。この場合、Ｐ
ＭＭＡ粒子７の表面を接触帯電させた状態でスプレー法
等によって分散させ、ゲート電極層６上で各ＰＭＭＡ粒
子７どうしが接触せずに適当な間隔があくようにする。

（４）図１　（ｄ）に示すように、前記絶縁基板１の全
体を１５０℃に加熱する。これによって前記ＰＭＭＡ粒
子７は軟化して自重でつぶれ、その底面は点でなく面で
ゲート電極層６と接するようになる。

（５）図１　（ｅ）に示すように、前記ＰＭＭＡ粒子７
を覆うように光架橋形レジスト８（以下、レジスト８と
呼ぶ。）をゲート電極層６上にスピンコード法で被着さ
せ、前記ＰＭＭＡ粒子７と共にゲート電極層６上にマス
ク層９を形成する。そして、マスク層９の全面に紫外線
を露光して前記レジスト８を硬化させる。さらに、０２
プラズマアツシングによってＰＭＭＡ粒子７の頂部のレ
ジスト８のみを選択的に焼却除去し、ＰＭＭＡ粒子７の
頂部のみをレジスト８から露出させる。

（６）図１　（ｆ）に示すように、レジスト８を溶かさ
ずにＰＭＭＡ粒子のみを溶解する溶剤を用いて現像し、
ＰＭＭＡ粒子７を除去する。これによってレジスト８に
は、適当な間隔でほぼ一定の径の多数の微小孔１０が広
範囲にわたって形成される。

（７）図１　（ｇ）に示すように、前記微小孔１０から
ゲート電極層６と絶縁層５をそれぞれケミカルエツチン
グする。即ち、ゲート電極層６にはＨ３ＰＯ４＋ＨＮＯ
３を用いてエツチングを行い、１μｍ径位の開口部６ａ
を形成する。また、絶縁層５にはＨＦでサイドエツチン
グを行い、ゲート電極層６の開口部６ａより大きい径の
空洞を形成してホール１１をつくる。

（８）ゲート電極層６上に残ったレジスト８を溶剤で除
去する。そして、露出したゲート電極層６の表面を熱で
酸化させ、０．２μｍ位の薄い酸化モリブデン（Ｍ　ｎ
　Ｏ３）からなる剥離層１２を形成する。

（９）次に、ゲート電極層６の上方から基板に対して垂
直下方に向けてエミッタ材料１３のＭＯを蒸着し、前記
ホール１１内にエミッタ１４を形成する。図１　（ｈ）
に示すように、ゲート電極層６上にエミッタ材料１３が
積もるにつれて開口部６ａ上方の孔は次第に小さくなり
、これに伴ってホール１１内に入るエミッタ材料１３の
量も少なくなる。従って開口部６ａが塞がるまで蒸着を
行うと、ホール１１内にはコーン形状のエミッタ１４が
形成される。

（１０）　　前記剥離層１２の酸化モリブデンは水溶性
なので、図１　（ｉ）に示すように、これを水で溶かし
て不要なエミッタ材料１３をゲート電極層６から剥離す
る。そして、ゲート電極層６上にホトレジストを被着し
、フォトリングラフィ法によって前記カソード電極４と
直交するストライプ状のパターンに加工し、ゲート電極
１５を形成する。

以上のように製造された電界放出素子によれば、カソー
ド電極４とゲート電極１５は互いに直交するストライブ
状であり、画電極はマトリクスを構成している。従って
、図示しないコレクタに所定の電位を与えるとともに、
カソード電極４とゲート電極１５を適宜のタイミングで
駆動すれば、絶縁基板１上の所望の領域にあるエミッタ
群を選択して電子を放出させることができる。

図４は、このような電界放出素子１６を用いた蛍光表示
装置を示している。前述した７トリクス状の電子放出部
が形成されている絶縁基板１の上方には、透光性を有す
る絶縁基板１７が設けられている。該絶縁基板１７の内
面には、透光性の電極１８に蛍光体１９をベタ状に被着
させた発光表示部としてのコレクタ２０が形成されてい
る。両絶縁基板１，１７の外周は図示しない側面板で封
止されており、内部は高真空状態に排気されている。

以上の構成において、コレクタ２０に所定の正電圧を与
えた状態で、電子放出部のカソード電極４とゲート電極
１５を適宜に駆動すれば、マトリクス上の所望の位置に
あるエミッタ群を駆動できる。そして、ベク状の蛍光体
１９のうち、駆動されたエミッタ群の上方にある所望の
領域に電子を射突さゼで発光させることができるので、
文字・図形等のグラフィック表示を行うことができる。

この表示は、透光性の電極１８及び絶縁基鈑１７を介し
て、該絶縁基板ｊ７の外側から観察することができる。

次に、本発明に係る電界放出素子の製造方法の第２実施
例を図２によって説明する。

（１）図２（ａ）において、３１は絶縁基板、３４はＡ
ｊ２層３２及び抵抗層３３からなるカソード電極、３５
は絶縁層、３６はゲート電極層であり、これらの材質及
び製法等は第１実施例と同じである。そして、前記ゲー
ト電極層３６の表面に光架橋形レジスｌ−３７（レジス
ト３７と呼ぶ。）を１μｍの厚さでスピンコートシ、乾
燥して溶剤を蒸発させる。

（２）０．６ｕｍ径のＰＭＭＡ粒子３８を赤黒等の染料
溶液で染色して着色し、紫外線を吸収するＰＭＭＡ粒子
３９を形成する。これをレジス１へ３７の」二に接触帯
電等により均一に分散・被着させてマスク層４０とする
。そしてこれを加熱すると、粒子３９とレジスト３７け
軟化し、図２（ｂ）に示すように粒子３９の底部がレジ
スト３７の中に入り込んで粒子３９とレジスト３７が固
着する。

（３）図２（Ｃ）に示すように、ＰＭＭＡ粒子３９の上
方から紫外線の平行光線を全面に露光する。前記染料で
着色されたＰＭＭＡ粒子３９の下には紫外線が届かない
ので当該部分のレジスト３７ｂは硬化しないが、他の部
分のレジスト３７ａは紫外線により硬化する。

（４）ここで現像を行うと、前記染料で着色されたＰＭ
ＭＡ粒子３９の下方にあるレジスト３７ｂのみが溶解す
る。これによってレジスト３７には、図２（ｄ）に示す
ように、適当な間隔でほぼ０．６μｍ径の多数の微小孔
４１が広範囲にわたって形成される。微小孔４１を形成
した後、ボス１ヘベークを行なう。

（５）次に、図２（ｅ）に示すように、前記微小孔４１
からゲート電極層３６をケミカルエツチングして開口部
３６ａを形成し、さらに絶縁層３５をＨＦ系のエツチン
グ剤で処理してホール４２を形成する。

（６）図２（ｆ）に示すように、レジスト３７を除去す
る。次に、第１実施例と同様、図２（ｇ）、（ｈ）、（
ｉ）に示すようにゲート電極層３６を酸化させて剥離層
４３を形成した後、上方からエミッタ材料４４を蒸着し
て各ホール４２内にエミッタ４５を形成し、その後前記
剥離層４３とどもにグー１−電極層３６上の不要なエミ
ッタ材料４４を除去する。

次に、本発明に係る電界放出素子の製造方法の第３実施
例を第３図によって説明する。

（１）図３（ａ）において、５１は絶縁基板、５４はＡ
ρ層５２及び抵抗層５３からなるカッ−ド電極、５５は
絶縁層、５６はゲート電極層であり、これらの材質及び
製法等は第１実施例と同じである。

（２）０．６ｕｍ径のＰＭＭＡ粒子５６に、光分解形の
フォトレジストを０．１μｍの厚さで被着する。図３（
ｂ）に示すように、このＰＭＭＡ粒子を接触帯電させた
状態でスプレー法によってゲート電極層５６上に均一に
分散する。

（３）前記絶縁基板５１の全体を約１５０°Ｃに加熱す
る。これによってＰＭＭＡ粒子５７は軟化して自重でつ
ぶれ、図３（ｃ）に示すように底面が点でな（面でゲー
ト電極層５６と接するようになる。その後、前記光分解
形のフォトレジストよりも表面張力が大きく、かつゲー
ト電極層５６よりも表面張力が小さい光架橋形レジスト
５８を、スピンコードにより０．４１上ｍ厚でゲート電
極層５６上に被着する。

（４）図３（ｄ）に示すように全面に紫外線を露光し、
光架橋形レジスト５８を硬化させるとともに、ＰＭＭＡ
粒子５７の光分解形のフォトレジストを分解する。

（５）フォトレジストの剥離された前記ＰＭＭＡ粒子５
７を現像液中で除去する。これによって、硬化した前記
光架橋形レジスト５８上には、適当な間隔でほぼ０．６
＋ｔｍ径の多数の微小孔が広範囲にわたって形成される
。

（６）図３（ｅ）に示すように、この微小孔からエツチ
ングを行ない、ゲート電極層５６に開口部５６ａをあけ
るとともに絶縁層５５にはホール５９を形成する。この
後、図示はしないが、第１及び第２実施例と同様に、ゲ
ート電極層５６上に剥離層を形成し、上方からエミッタ
材料を蒸着して各ホール５９内にエミッタを形成する。

ゲート電極層５６上につもった不要なエミッタ材料は剥
離層とともに除去する。

［発明の効果］本発明に係る電界放出素子の製造方法によれば、レジス
トと微粒子からなるマスク層に露光した後、微粒子を除
去することにより、ゲート電極の開口部とホールを形成
する際の開ロバターンとなる微小孔を形成している。こ
のような製造方法によれば、次のような効果がある。

（１）高解像度の電子ビーム露光装置や光露光装置を用
いなくても大面積基板においても正確で均一な孔径をも
つサブミクロンのゲート孔加工ができ、しかも表示装置
等に必要な大面積の電子源を量産性よく作製することが
できる。

（２）蒸着効率及び均一性に問題のあるＡ４の斜め蒸着
を行なわなくても、サブミクロンのゲート孔を大面積基
板上に量産性よく作製することができる。

（３）ゲート孔を広い面積の全面に一度に形成すること
ができるので、製造時間を従来よりも大幅に短縮するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図１　（ａ）、’（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）。（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は、それぞ
れ本発明の第１実施例の各工程を示す図である。図２　（ａ）、（ｂ）、’　　（ｃ）、（ｄ）。（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は、それぞ
れ本発明の第２実施例の各工程を示す図で′ある。図３　（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、
それぞ本発明の第３実施例の各工程を示す図である。図４は本発明の第１実施例によって得た電界放出素子を
応用した蛍光表示装置の図である。図５　（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び。（ｅ）は、それぞれ従来の電界放出素子の製造工程を示
す図である。１．３１．５１・・・絶縁基板、４．３４．５４・・・カソード電極、５．３５．５５・・・絶縁層、６．３６．５６・・・ゲート電極層、７．３９．５７・・・微粒子としてのポリメチルメタク
リレート粒子（ＰＭＭＡ粒子）、８．３７．５８・・・レジスト、９．４０・・・マスク層、１０．４１・・・微小孔、１．１，４２．５９・・・ホール、１２．４３・・・剥離層、１３．４４・・・エミッタ材料、１４．４５・・・エミッタ、１５．４６・・・ゲート電極。特許出願人　双葉電子工業株式会社代理人・弁理士　西　　村　　教　　光１　只ぐ　　　　　　　　　　　　　　　　　くｒノー’１　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｒＪ−一図
５（ｄ）図５（ｅ）

Claims

【特許請求の範囲】１、絶縁基板上にカソード電極を形成する工程と、前記
カソード電極を含む絶縁基板上に絶縁層とゲート電極層
を順次積層させて形成する工程と、前記ゲート電極層上
にレジストと微粒子からなるマスク層を形成する工程と
、前記マスク層に露光する工程と、前記マスク層から前
記微粒子を除去して前記レジストに微小孔を形成する工
程と、前記微小孔から前記ゲート電極層と前記絶縁層を
エッチングしてゲート電極とホールを形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、前記ゲート電極の表面
に剥離層を形成する工程と、前記ホール内に向けてエミ
ッタ材料を蒸着することによってホール内にエミッタを
形成する工程と、前記剥離層を除去することにより、こ
の剥離層上に被着したエミッタ材料を除去する工程とを
有する電界放出素子の製造方法。２、前記微粒子が有機化合物である請求項１記載の電界
放出素子の製造方法。３、前記有機化合物がポリメチルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）である請求項２記載の電界放出素子の製造方法。４、前記微粒子が、光吸収性の染料により染色したＰＭ
ＭＡ粒子である請求項３記載の電界放出素子の製造方法
。５、前記微粒子が、ＰＭＭＡ粒子に光分解形のホトレジ
ストを被覆したものである請求項３記載の電界放出素子
の製造方法。