JPH04282530A - パターニング方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターニング方法に係
わり、特に例えば電界放出型マイクロカソードの形成に
適用して好適なパターニング方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】カソードの大きさが数μｍ以下程度とさ
れた微小サイズの電界放出型カソードとして、スピント
（Ｓｐｉｎｄｔ）型の電界放出型マイクロカソードが知
られている。このスピント型の電界放出型マイクロカソ
ードを図２を参照して説明する。

【０００３】図２において、１は導電性の例えばＳｉ等
より成る基板で、この基体１上に例えば錐体状のＷ，Ｍ
ｏ等の高融点かつ低仕事関数の金属から成り、尖鋭な先
端形状を有する例えば円錐状のカソード９が形成され、
その周囲にＳｉＯ２　等より成る絶縁層２が形成され、
この絶縁層２の上には、例えばＭｏ，Ｗ，Ｃｒ等の高融
点金属から成るゲート電極３がカソード９に対する対向
電極として配置された構造を採る。

【０００４】このような電界放出型マイクロカソードを
得る方法としては、例えば図３Ａに示すように、先ずＳ
ｉ等より成る基体１を用意し、これの上に所要の厚さの
例えば１〜１．５μｍ程度の厚さを有するＳｉＯ２　等
より成る絶縁層２をＣＶＤ（化学的気相成長）法等によ
り全面的に被着し、更にＭｏ等より成る金属層３ａを厚
さ数千Å程度例えば４０００Åとして蒸着、スパッタリ
ング等により全面的に被着し、更にこの上にレジスト４
を全面的に塗布する。

【０００５】そして図３Ｂに示すように、フォトリソグ
ラフィ等の適用によって、パターン露光、現像を施して
レジスト４に例えば円形の開口５ａを、例えばその開口
幅ｗ即ち直径を１μｍ程度として穿設する。そして更に
この開口５ａを通じて金属層３ａに対してＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）等の異方性エッチングを行い、開
口５ａと同様の開口幅即ち同様の直径を有する開口５を
穿設して、電極層３ａより成るゲート電極３を形成する
。そしてこの開口５を通じて絶縁層２に対する等方性の
例えばウェットエッチングを行い、キャビティ６を形成
する。この絶縁層２に対するエッチングはオーバーエッ
チングとし、ゲート電極３の開口５の周辺部が、絶縁層
２のキャビティ６の内壁よりひさし状に突出するように
なす。

【０００６】次に図３Ｃにおいて矢印ａで示すように、
開口５内及びキャビティ６内に被着しない角度をもって
基体１を回転しながら斜め蒸着を行い、ゲート電極３上
に中間層７を被着形成する。この中間層７は、この上に
被着する後述する材料層に対してエッチング選択性を有
する、例えばＡｌ等により構成し、またこのときの基体
１の表面に対する斜め蒸着の角度θは５°〜２０°程度
とする。この斜め蒸着によって、開口５上において中間
層７の径が実質的に狭められて被着される。

【０００７】そしてこの後図３Ｄに示すように、例えば
Ｍｏ等より成る材料層８を垂直蒸着等により全面的に被
着して、キャビティ６内に例えば円錐状のカソード９を
形成する。このとき、開口５周辺の中間層７の径が上述
の斜め蒸着によって狭められて被着されて成るため、こ
れに従って材料層８の開口５周辺の実質的な径が時間と
共に狭められ、この開口５を通じて基体１上に堆積され
るカソード９は、漸次その厚みの成長に伴って小径とな
る錐状例えば円錐状として形成される。

【０００８】そしてこの後、例えばＮａＯＨ等の中間層
７のみを溶融除去し得るエッチング液を用いて中間層７
を除去し、同時にこれの上の材料層８を除去するいわゆ
るリフトオフを行って、図２に示す電界放出型マイクロ
カソードを得ることができる。

【０００９】このようにして形成した電界放出型マイク
ロカソードは、ゲート電極３とカソード９との間に、約
１０６　Ｖ／ｃｍ程度以上の電圧を印加することにより
、カソード９を熱することなく電子放出を行わせること
ができる。そして、このような微小サイズの電界放出型
マイクロカソードによれば、実質的にゲート電圧を数十
〜数百Ｖ程度とできて、比較的低電圧による動作が可能
となる。

【００１０】しかしながら、上述したような電界放出型
マイクロカソードのように、パターニングによって得よ
うとする構造即ちカソード９が円錐形状であるためにこ
れの上に被着する材料層８がひさし状となる場合、この
ひさし状材料層８によって開口５が塞がるために、中間
層７に対するエッチング液が中間層７に達しない部分が
生じる場合がある。このため、中間層７の剥離を充分行
えない場合があり、中間層７上の材料層８が被着したま
ま残留してしまう恐れがあった。特に、例えば平面型デ
ィスプレイ等においてその電子銃としてこの電界放出型
マイクロカソードを用いる場合は、数億個程度の微小な
サイズの電界放出型マイクロカソードを１０μｍピッチ
程度で配置する必要があり、導電性を有する材料層８や
、中間層７等の残留する部分が生じると、電子放出特性
やカットオフ特性の変動が生じ、またゲート電極３とカ
ソード９との短絡等により不良品の増加を招く等して、
歩留りの低下を来す恐れがある。

【００１１】また本出願人は、先に特開昭５６−１６０
７４０号公開公報において、このような斜め蒸着を用い
ない電界放出型マイクロカソードの製造方法を提案した
。この方法は、上述の電界放出型マイクロカソードを形
成する基体として単結晶Ｓｉ等の結晶性基体を用いるも
のである。先ずＳｉ基体等の一方の主面に所要の透孔を
有するマスク層を形成し、この透孔を通じて結晶学的エ
ッチングを行って例えば錐状凹部を形成し、この錐状凹
部内に所要のＷ等より成る電極層を蒸着、スパッタリン
グ等により被着し、更に絶縁性の補強材を凹部内を埋込
むように被着する。そしてこの基体の他の面即ち裏面上
から通常の即ち非結晶学的エッチングを行い、主面上に
形成した凹部内の電極層の錐体頂部を露出させるように
してこれをカソード先端部とし、その後この裏面上に一
旦露出させたカソードを埋込むように絶縁層を被着し、
更に導電層を被着した後、上述の図３Ａ〜Ｂにおいて説
明した例と同様の製法をもって絶縁層及び導電層に透孔
を穿設し、カソードを露出させて電界放出型マイクロカ
ソードを得ている。

【００１２】このような方法による場合は、カソードの
先端を確実に鋭角をもって錐状に形成することができる
。しかしながら、上述したように結晶学的エッチングを
もってその形状を制御する方法を採るため、基体の材料
の選択性が限定されることとなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな例えば電界放出型マイクロカソードの製造工程にお
けるように、不要部分の即ち中間層７上の材料層８のみ
を確実に除去して、所要のパターンの材料層を得るパタ
ーニング方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明エッチング方法を
示す製造工程図を図１Ａ〜Ｃに示す。本発明は、図１Ａ
に示すように、所要のパターンの中間層７を被着形成す
る工程と、この中間層７上を含んで全面的に目的とする
パターンを形成する材料層８を被着する工程と、図１Ｂ
に示すように、その後この材料層８に対して、その少な
くとも一部の厚みに関して斜めイオンエッチングを行う
工程と、その後図１Ｃに示すように、中間層７を除去し
て材料層８のパターニングを行う工程とを有する。

【００１５】

【作用】上述したように、本発明パターニング方法では
、所要のパターンの中間層７を被着形成した後、中間層
７上を含んで全面的に目的とするパターンを構成する材
料層８を被着して、その後この材料層８に対して、その
少なくとも一部の厚みに関して斜めイオンエッチングを
行って後、中間層７を除去してこの材料層８のパターニ
ングを行うものであるが、このように斜めイオンエッチ
ングによって材料層８を確実に除去することによって、
下層構造即ち得ようとするパターンの材料層に対して損
傷を与えることなく、上層の不要部分の材料層８のみを
除去することができる。

【００１６】

【実施例】以下図１及び図２を参照して本発明パターニ
ング方法を詳細に説明する。この例では、本発明パター
ニング方法を例えば円錐状の電界放出型マイクロカソー
ドの製造工程に適用した場合を示す。図１Ａにおいて、
図３Ａ〜Ｄに対応する部分には同一符号を付して説明す
る。

【００１７】先ず図１Ａに示すように、Ｓｉ等より成る
基体１を用意し、これの上に所要の厚さの例えば１〜１
．５μｍ程度の厚さを有するＳｉＯ２　等より成る絶縁
層２をＣＶＤ法等により全面的に被着し、更にＭｏ等の
金属層を、厚さ数千Å程度例えば４０００Åとして蒸着
、スパッタリング等により全面的に被着した後、図示し
ないがフォトリソグラフィ等の適用によって、フォトレ
ジストの塗布、パターン露光、現像の後、ＲＩＥ等の異
方性エッチングを行って例えば直径１〜１．５μｍ程度
の円形の開口５を穿設して、ゲート電極３を形成する。 そしてこの開口５を通じて絶縁層２に対するエッチング
を行い、キャビティ６を形成する。図３Ａ〜Ｄにおいて
説明した例と同様に、この場合においてもこの絶縁層２
に対するエッチングはオーバーエッチングとし、ゲート
電極３の開口５の周辺部分が、絶縁層２のキャビティ６
の内壁よりひさし状に突出するようになす。そして開口
５内及びキャビティ６内に被着しない角度例えば５°〜
２０°程度の角度をもって、基体１を回転しながら斜め
蒸着を行い、ゲート電極３上に中間層７を被着形成する
。この中間層７は、この上に被着する後述する材料層に
対してエッチング選択性を有する、例えばＡｌ等により
形成する。この斜め蒸着によって、開口５上において中
間層７の径が実質的に狭められて被着されるため、続い
て例えばＭｏ等より成る材料層８を垂直蒸着等により全
面的に被着しても、開口５上の狭められた径に従って材
料層８の開口５周辺の実質的な径が時間と共に狭められ
、キャビティ６内においてカソード９が漸次その厚みの
成長に伴って小径となる錐状例えば円錐状として形成さ
れる。

【００１８】そしてこの後、図１Ｂにおいて矢印ｃで示
すように、例えばＡｒ＋　等の成分比率の大なるイオン
性の高いスパッタリングによって、イオン粒子の加速電
圧を数十〜数千Ｖとして、Ｍｏ等より成る材料層８に対
して異方性に優れた斜めイオンエッチングを行う。この
とき材料層８に対するエッチングが進行して、開口５上
に孔部１０が開き始めても、イオンがこの孔部１０内に
入り込まないように、その開口５の幅ｗに応じて、基体
１の表面に対するイオンの照射角度θを５°〜２０°程
度に選定する。このようにある程度の角度をもってエッ
チングを行うことにより、キャビティ６内のカソード９
にはイオンは到達せず、カソード９への損傷を確実に回
避することができる。

【００１９】そしてこのイオンエッチングを続けると、
Ａｌ等より成る中間層７上においてそのエッチングが停
止する。そして更にこの中間層７をＮａＯＨ，ＫＯＨ等
のエッチング液を用いたウェットエッチングによって除
去するか、或いは例えば図１Ｃに示すように、斜めイオ
ンエッチング等によって除去する。このようにして、中
間層７を除去して、図２に示す電界放出型マイクロカソ
ードを得ることができ、従ってこのような電界放出型マ
イクロカソードを電子銃として用いるディスプレイ等に
おいて、数億個程度の電界放出型マイクロカソードを確
実に形成して、特性の均一なディスプレイを得ることが
できる。

【００２０】尚、上述の実施例においては、図１Ｂ〜Ｃ
の工程において、中間層７上の材料層８を完全に除去す
るまで斜めイオンエッチングを行ったが、例えば中間層
７上の材料層８に対してその一部の厚みに対してエッチ
ングを行って、開口５上に孔部１０が穿設されたときに
その斜めイオンエッチングを停止し、この孔部１０を通
じて例えば中間層７に対してＮａＯＨ等によってウェッ
トエッチングを行い、中間層７及びこれの上の材料層８
を同時に剥離して即ちリフトオフを行って、目的とする
パターンの材料層即ちこの場合カソード９を得るように
してもよい。

【００２１】また、上述の斜めイオンエッチングの工程
において、基体１を回転させることによって、より均一
なエッチングを行うことができる。このように基体１を
回転させることによって、イオン源を複数個として、よ
り効率よくエッチングを行うこともできる。

【００２２】更にまた、上述の実施例においては、円錐
状のカソード９を形成した場合について説明したが、そ
の他例えば断面錐状のストライプ状のカソードを形成す
る場合に本発明を適用することもできる。その場合は、
図１Ａに示す工程おいて開口５の形状を例えば図１の紙
面に直交する方向に延長するストライプ状とし、中間層
７の斜め蒸着を、このストライプを挟む２方向から適切
な例えば５°〜２０°程度の角度をもって行い、また図
１Ｂに示す工程において、斜めイオンエッチングを同様
に、ストライプを挟む２方向から行うことによって、上
述の実施例と同様に、材料層を確実に選択的に除去する
ことができて、断面錐状のストライプ状カソードを確実
に形成することができる。

【００２３】また、上述の実施例においては、基体１と
して導電性を有するＳｉ等を用いたが、その他例えばガ
ラス基板上に導電層を被着して成る基体等、種々の基体
を用いることができる。

【００２４】また上述の実施例は、本発明パターニング
方法を電界放出型マイクロカソードの製造に用いた場合
であるが、その他例えばリフトオフ法によってパターニ
ングを行う場合、即ち所要のパターンの中間層を形成し
た後、この上にパターニングすべき材料層を全面的に被
着して、中間層上の材料層のみを除去して、目的とする
パターンの材料層を得る場合に、本発明パターニング方
法を適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】上述したように、本発明パターニング方
法では、除去すべき上層の材料層８を斜めイオンエッチ
ングによって除去することから、中間層７上の材料層９
を確実に除去することができて、即ちこの材料層９を選
択的に確実に除去することができる。特に基体１を回転
させながら斜めイオンエッチングを行う場合には、より
均一なエッチングを行うことができて、比較的大面積の
パターニングを確実に行うことができる。

【００２６】また中間層７と材料層８とにエッチング選
択性を持たせることによって、確実かつ簡単に材料層８
を除去することができる。

【００２７】更にまた、本発明パターニング方法を例え
ば電界放出型マイクロカソード等を有するディスプレイ
等の製造工程に適用した場合、その電子銃となる数億個
程度の電界放出型マイクロカソードを確実に形成するこ
とができて、各電界放出型マイクロカソードの特性の変
動を抑制して、ディスプレイの歩留りの向上をはかるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明パターニング方法の一例を示す製造工程
図である。

【図２】電界放出型マイクロカソードの略線的拡大断面
図である。

【図３】従来の電界放出型マイクロカソードの製法の一
例を示す製造工程図である。

【符号の説明】

１　　基体 ２　　絶縁層 ３　　ゲート電極 ３ａ　　金属層 ４　　レジスト ５　　開口 ６　　キャビティ ７　　中間層 ８　　材料層 ９　　カソード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所要のパターンの中間層を被着形成す
   る工程と、上記中間層上を含んで全面的に目的とするパ
   ターンを形成する材料層を被着する工程と、その後上記
   材料層に対して、その少なくとも一部の厚みに関して斜
   めイオンエッチングを行う工程と、その後上記中間層を
   除去して上記材料層のパターニングを行う工程とを有す
   ることを特徴とするパターニング方法。