JPH0660805A - 点状電極の製造方法 - Google Patents

点状電極の製造方法

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JPH0660805A
JPH0660805A JP7705193A JP7705193A JPH0660805A JP H0660805 A JPH0660805 A JP H0660805A JP 7705193 A JP7705193 A JP 7705193A JP 7705193 A JP7705193 A JP 7705193A JP H0660805 A JPH0660805 A JP H0660805A
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アントニウス ファン デン ヘウヴェル コルネリウス
Veen Gerardus N A Van
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数の材料を簡単に使用し得る点状電極の製
造方法をていきょうせんとするものである。 【構成】 点状電極28（フィールドエミッタ）を蒸着の
代わりに指向性スパッタリング堆積により極めて簡単に
得る。スパッタリングすべき材料12の指向性堆積はコリ
メーティングフィルタ４および所望に応じカバープレー
ト８により行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板の主面に平行な断面
が頂部よりも基部大きくなる少なくとも１つの電極を基
板に製造するに当たり、この電極を形成する材料を基板
の主面に平行に且つ形成すべき電極の位置に開口が設け
られたマスクを介して基板に堆積し、前記マスクでは前
記材料を堆積中前記開口内に横方向にも成長させるよう
にした点状電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】かかる電極は円錐状またはピラミッド状
あるいは例えば楔状とすることができる。この主面にお
いては、表面に電極材料が堆積された例えば金属細条が
既に基板に設けられている。
【０００３】また、本発明は、かかる方法によって製造
され、例えば電子源（フィールドエミッタ）またはイオ
ナイザとして作用し得る電極に関するものである。
【０００４】かかる電子源は特に平坦な表示装置に用い
られる。特にイオナイザは特定の装置に用いられる。
【０００５】上述した点状電極の製造方法は米国特許願
第5,007,873 号明細書に記載されている。この方法で
は、電極を製造する材料が電子ビーム蒸着により材料源
から蒸発する蒸着法を用いて電極材料をマスクを経て基
板に蒸着することによりかかる電極を得るようにしてい
る。電極材料の大部分は基板の表面に垂直に、即ち、法
線に対し僅かな角度で蒸着される。マスクの開口の箇所
で電極材料が横方向に成長するため、この材料の一部分
によってこれら開口を徐々に小さくし、且つ成長する電
極の断面が小さくしなり、従って電極は点状、例えば円
錐状となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる電極を（フィー
ルド）エミッタとして用いる場合には、満足な２次電子
放出を行うために、かかる点状、即ち、円錐は鋭敏な頂
角を有するようにする必要がある。さらに、画素あたり
複数のエミッタを有する大きな平坦表示装置を用いる場
合に画像全体に亘り均一な設定を行うためには、エミッ
タの形状に充分に拡散し過ぎるようにする必要はない。
これは電極材料を蒸発させる蒸着源を基板から離して位
置させるようにする必要があることを意味する。従って
使用すべき真空装置は不釣り合いに大型且つ高価とな
り、しかも排気に長時間を必要とする。さらに、この種
の方法（蒸着、電子ビーム蒸着）を用いる場合には材料
の選択が制限される。その理由はこれらの手段ではマス
ク上に成長する層に機械的歪みを緩和させるようにする
必要があるからである。
【０００７】本発明の目的は産業的見地で使用し得る方
法を簡単な装置で達成せんとするものである。本発明の
他の目的は多数の材料を簡単に使用し得る方法を提供せ
んとするにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は基板の主面に平行な断面が頂部よりも基部
大きくなる少なくとも１つの電極を基板に製造するに当
たり、この電極を形成する材料を基板の主面に平行に且
つ形成すべき電極の位置に開口が設けられたマスクを介
して基板に堆積し、前記マスクでは前記材料を堆積中前
記開口内に横方向にも成長させるようにした点状電極の
製造方法において、前記電極を製造する材料を基板の主
面にほぼ垂直にスパッタリングすることにより堆積する
少なくとも１つのステップを具えるようにしたことを特
徴とする。
【０００９】ここに云うほぼ垂直とはスパッタリングす
べき材料の一部が法線に対し僅かな角度（ほぼ15度ま
で）で主面に堆積し得ることを意味する。
【００１０】スパッタリング方法を用いることによって
蒸着よりも僅かな真空度で充分であるとともに蒸着方法
を用いる場合のように蒸着最終層の機械的歪みを緩和す
る第２の材料を用いる必要なく多数の材料を蒸着に用い
ることができる利点がある。さらに、スパッタリングに
よって（例えば極めて低い仕事関数を有する炭化ジルコ
ニウムのような）複数の組成から簡単に材料を蒸着する
ことができる。これらの成分が蒸発する蒸着源における
スパッタリング速度が等しくないため、成分が正比例し
て蒸発しない場合でも、所望の組成の材料が基板に蒸着
される蒸着源においてかかる状態、即ち、バランスが得
られるようになる。
【００１１】しかし、蒸着な場合には（基板に対し）僅
かに異なる角度に配置される必要のある２つの蒸着源を
成分の蒸着圧を僅かに相違させて用いる必要がある。材
料のほぼ垂直な入射を得るためにはこれら２つの蒸着源
は基板から離間して配置する必要があり、これにより製
造を一層複雑（従って一層高価）にし、しかもかかる装
置の排気に長時間を要し、さらに高価となる。
【００１２】一般に、スパッタリングは蒸着よりも少な
いスペースで足り、従って小さな排気容量で充分であ
る。蒸着と比較するにスパッタリングの他の利点は次の
通りである。 （１）材料お一層有効に使用することができる。 （２）良好な品質の堆積材料を使用することができ、エ
ミッタの寿命を長くすることができる。 （３）処理公差を広くとることができる。スパッタリン
グ技術では例えばスパッタリング圧力（スパッタリング
スペースに存在するアルゴンのような不活性ガスの圧
力）や基板の電圧のような多数のパラメータを調整する
ことができる。
【００１３】例えば主面にほぼ垂直な方向におけるスパ
ッタリングは次のようにして達成することができる。即
ち、スパッタリングすべき材料またはその成分は出口開
口を有する粒子発生部分に得るとともに少なくとも１つ
の粒子−コリメーティングフィルタを前記出口開口追い
前記マスク間に存在させるようにする。粒子発生部分を
除去した後の方向性成分の著しい空間的広がりを有する
粒子の流れはあたかもフィルタによって指向され、かつ
粒子が基板の主面にほぼ垂直に堆積される方向性成分の
かかる分布が得られるようになる。出口開口は基板の主
面よりも大きくして周辺効果を防止し得るようにする。
【００１４】粒子は、ヨーロッパ特許出願第0 440 377
号に記載されているように、堆積すべき材料を有する蒸
着源を内蔵するマグネトロンで発生させることができ
る。
【００１５】他の例では粒子は、米国特許願4,824,544
号に詳細に記載されているように、中空陰極を有するマ
グネトロンで発生させることができる。
【００１６】一般に、フィルタは例えば方形断面、六角
断面または円形断面を有する複数の平行ダクトを具え
る。
【００１７】前述したように、フィールド電子放出陰極
はこれを使用する表示装置を製造する場合にできるだけ
均一である構成をとるようにするのが重要である。この
目的のため、フィルタおよびスパッタリング源は例えば
蒸着中主面に対し互いに平行に移動させることができ
る。これは回転を含むとともに例えば基板を種々の異な
る蒸着源に沿って導入するとともに蒸着の形式（材料、
蒸着速度）をスパッタリング源に依存して変化させる並
進をも含む。
【００１８】この均一性は、前記粒子−コリメーティン
グフィルタおよび前記マスク間に少なくとも１つのカバ
ープレートを存在させ、このカバープレートは前記フィ
ルタの軸線に垂直なフィルタの断面に見て、前記粒子−
通過口とほぼ同一の大きさの開口を有するようにして改
善することができる。ここに云う同一の大きさとはカバ
ープレートの開口の直径がフィルタの開口の直径から多
くとも20％だけ相違させることを意味するものとする。
【００１９】本発明方法の他の好適な例では、前記コリ
メーティングフィルタを前記マスクに設けるようにす
る。従って材料が僅かに消失されるようになる。この場
合にはフィルタは電極材料を堆積すべき区域の箇所に開
口を有するプレートを具える。特に、画素当たり複数の
エミッタを具える画素を形成し、且つ開口が１画素の面
積と一致する場合にはかかる手段のため、１画素内のエ
ミッタの形状を等しくし、従って均一な電子放出特性を
有するようになる；所望に応じフィルタは複数のかかる
プレートを具えることができる。（またはこれを堆積技
術により基板に位置時的に設けることもできる。）
【００２０】また、かかる方法は例えば金属層および絶
縁層の余分の層をさらに設ける構体の製造に用いること
もできる。グリッド電極を設ける電子発生源（フィール
ドエミッタ）はかかる方法によって得ることができる。
【００２１】本発明の他の方法では、前記電極は複数の
工程で製造し、前記粒子−コリメーティングフィルタは
順次の工程で用い、その断面に見て粒子を通過せしめる
開口が順次の工程で小さな寸法を有するようにする。
【００２２】この方法では、少量の材料および大きな開
口を有するフィルタを用いながら、粗い構体をまず最初
設け、次いで、例えばフィールド電子放出を必要とする
最終ポイントを小さな開口を有するフィルタを経て得る
ようにする。
【００２３】
【実施例】図１は壁部２を有する例えば円筒形スパッタ
ーリング装置１を示す。例えばモリブデン粒子11を発生
する粒子−発生部分３をこの円筒形スパッターリング装
置１内に設ける。この粒子−発生部分３をさらには説明
しない手段10によって壁部２に固着する。粒子は例えば
複数の密にパックされた管状部分で構成されたコリメー
タフィルタ４を通過して装着テーブル６に設けられた基
板７に入射する。この装着テーブル６には複数の基板７
を設ける。従って粒子11はフィルタ４で基板７にほぼ垂
直な方向を得るようにする（粒子12）。本例では以下に
その機能を説明する開口を有するカバープレート８をフ
ィルタ４および基板７間に設ける。また、装置１にはプ
ラズマを発生する手段（図示せず）、圧力および温度を
設定する手段等を設ける。
【００２４】粒子12の１部分はこの特定の方向に対し僅
かだけ（例えば15度まで）変位させるようにする。その
最大変位は合成管状部分の長さおよび直径の比、通常
１：２および１：10によって決めるようにする。
【００２５】基板７（図２）は、例えば最初にモリブデ
ンの層21を設け、次いで好適なエッチング材のパターン
に従ってエッチングを行うことにより厚さがほぼ0.3 μ
m のモリブデン細条が設けられた主面20を有するガラス
層を具える。次に、酸化シリコン22の層を設け、その上
にモリブデンの層23を被覆する。
【００２６】所望に応じ、最初モリブデン層23を細条状
バンドに分割し、これらバンドは細条21と相俟ってマト
リックス構体を規定する。また、細条状バンドには開口
25を設ける；酸化シリコンはこれら開口の箇所で例えば
ドライエッチングにより除去する。次いで傾斜蒸着処理
により酸化アルミニウムのリフトオフ層24を設ける。蒸
着を傾斜して行うことにより、酸化アルミニウムが開口
25の底部（および壁部）に蒸着されるのを防止する。か
ようにして、図２ａの装置を得る。この２重の層23,24
は次の工程でマスクとして用いる。
【００２７】１つ以上のこれら基板はスパッターリング
装置１のテーブル６に位置させる。部分３に発生し、フ
ィルタ４を通過するモリブデン粒子は基板７の設けた２
重の層23,24 および細条21に（本例では）スパッターリ
ングにより蒸着する。このスパッターリング作動は表面
26に垂直な角度では行われないが、ある広がりが生じる
（例えばこの方向に対してほぼ10度まで）ため、かかる
成長が開口26上でモリブデンの成長層27に生じ、これら
開口の箇所に横方向に層が成長し、この層は図２ｂの位
置に到達するまで徐々に小さくなり閉成する。
【００２８】また、層27が閉成すると、堆積すべき材料
が通過する開口が小さくなるため、点状本体28が開口25
内に形成されるようになる。本例では、この点状本体28
を立上がり円錐状とする。その理由は開口25を丸くなる
ように選定し、且つスパッターリングを開口が完全に閉
成されるまで継続するからである。次いでリフトオフ層
24、従って層27を除去し図２ｃに示される装置が得られ
るようになる。
【００２９】（モリブデン）粒子11は、ヨーロッパ特許
出願第0 440 377 号に記載されているように粒子を形成
する材料を有する蒸着源を陰極プレートに設けたマグネ
トロンによって部分３に発生させることができる。（真
空）壁が陽極として作用するチャンバ内でマグネトロン
配置に蒸着源を配置し、陰極を真空壁から分離されえた
中空陰極とした他の粒子発生手段を米国特許願第4,824,
544 号に示す。かくして得られた合成プラズマのイオン
は粒子源をを衝撃し、これにより粒子11またはスパッタ
ーリングすべき合成粒子を供給する。これら粒子は出口
開口13を経て粒子−発生部分３から排出されるようにな
る。
【００３０】次いで、かくして得られた粒子11はフィル
タ４に到達し、且つ、このフィルタでは、これら粒子は
装着テーブル６に対し（従って基板７の主面に対し）ほ
ぼ垂直な成分を有する方向を得るようになる。フィルタ
の出口開口の箇所では、複数の排出粒子12が変位方向成
分を有する。次いで図２ｂにつき説明したような成長に
よって層27を閉成するようになる。
【００３１】前述したように、均一な電子放出を行うに
は、本体28をフィールドエミッタとして用いる場合にで
きるだけ相互に等しくするのが重要である。これは余分
の手段を用いなければ、特にダクトの壁部14の下側で良
好に実施することはできない。フィルタの合成部分のダ
クト壁部14は層22の併置開口25の相互距離と比較する
に、その厚さが厚い。これがため、特にこれらダクト壁
部の下側に位置する点状エミッタ28の成長が均一となら
なくなる。この点を図３につきさらに説明する。
【００３２】開口15ａおよび15ｂ間に位置するエミッタ
28ａは（ライン16ａおよび16ｂにほぼ沿って）双方の開
口からほぼ等量の材料を受ける。しかし、この材料は、
開口15の１つのすぐ下側に位置するエミッタの水平方向
成分よりも大きな水平方向成分で堆積されるため、この
エミッタは開口15のすぐ下側のエミッタよりも丸い（且
つ低い）点を有する。エミッタ28ｂは開口15ｂ（ライン
17ｂ）とは異なる水平方向の速度成分（ライン17ａ）で
開口15ａから材料を受ける。これはエミッタ28ｃに対し
ても当てはまる。これがため、これらエミッタの成長は
均一ではなくなり、従って最終表示装置の電子放出も均
一ではなくなる。
【００３３】この不均一な成長は基板に中心軸を中心と
する回転または並進のような連続運動を与えることによ
って防止することができる。所望に応じ、フィルタ４の
カバープレートに相当するカバープレートの開口を有す
るマスク23,24 を設けるものとすると、フィルタ４およ
び基板７間にカバープレート８を設けることができる。
従って層27の横方向成長は小さな水平方向成分を有する
粒子12によってのみ発生する。従って特定の形状の点を
有するエミッタ28を得ることができる。
【００３４】フィルタの開口15の直径が小さいため、粒
子12の速度の水平方向の成分は減少してエミッタ28の点
が先鋭となり従って製造すべきエミッタの効率を改善す
ることができる。また、閉成した層25も著しく厚くな
り、材料の大部分がカバープレート８上に残存するよう
になる。これは図４に示す装置を用いて充分に防止する
ことができる。例えばこの装置は図１に示すように２つ
の装置1a,1b を具える。第１の装置1aでは、フィルタ4a
（およびカバープレート）は例えば大きな６角形状の開
口15（図５）を有する粗い構体とする。粒子12の法線に
対し垂直な速度成分を大きくし、従って層25は成長して
一層迅速に閉成されるようになる。最初エミッタ28が左
程ほど鋭敏でない傾斜で成長するが、消失する材料は僅
かであり、従って処理は迅速となる。しかし、フィルタ
4aの開口15の直径が小さいものとすると（図６参照）、
層25が完全に成長して閉成される前に基板を真空ロック
18または他の手段を経て装置1aの場合と同様に装置1bに
向かって移動させるようにする。次いでエミッタの最終
部分を装置1bに形成する。図７は装置1aに形成された部
分28a および装置1bに形成された鋭敏な点28b を具える
複雑なエミッタ28を示す。表示装置に装着した後、実際
の電子放出は極めて鋭敏な点28b で発生し、これら点で
は装置1bのスパッタリングパラメータおよびフィルタ寸
法を好適に選定することによりその電子放出特性が均一
となる。フィルタ4a（および関連するカバープレート）
をある時間後に小さな開口を有するフィルタ4b（および
関連するカバープレート）と置換すうることによって１
つの装置内で順次の工程を実行することができる。ま
た、これらフィルタ4aおよび4bは１つの装置１内に組込
むことができるが、異なる直径のフィルタ４を有する中
間工程でも可能である。
【００３５】図８は図1aの構成を既に有する他の基板７
にフィルタ４を設けた装置を示す。これは、例えばこれ
ら構体に例えばガラスのプレート９を設け、このプレー
トには電極材料をリフトオフ層24および開口25に堆積す
る必要のある区域の箇所に開口を有するようにして実行
することができる。画素当たり複数の電極を有する画素
と一致する開口を用いる場合には１画素内の電極はその
形状が殆ど変化せず、従って均一な電子放出特性を有す
るようになる。モリブデン粒子を法線に対し僅かな角度
で基板７の表面に堆積し得るようにするために、余分の
プレート９′を用いることができる。また、完成後に除
去される例えばピラミッド状の所望の形状の一時的なパ
ターンを用いることもできる。さもなくば参照番号が図
１に示す部分と同一の部分を示すようになる。また、法
線に対しある角度の最大変位をプレート９の開口の長さ
および直径の比およびプレートアッセンブリによって決
めるようにする。
【００３６】図９は画素当たり多数のフィールドエミッ
タ28を有する平坦な表示装置50を斜視図で示す。この表
示装置は基板30上に行導体31および列導体32の交差即
ち、マトリックスシステムを具え、これら導体を列導体
32の下側の酸化シリコン層34によって相互に絶縁する。
簡単のため、列導体32および層34は図８の大部分に全体
として示した、交差箇所では二重層32,34 は開口33（交
差当たりほぼ200 ）を有し、この開口内で前述する方法
で（フィールド）エミッタ28を達成し得るようにする。
製造手段によりこれらエミッタは表示装置の表面全体に
亘り極めて均一の電子放出特性を有する。
【００３７】フェースプレート35は導電層36および蛍光
体（図示せず）を有する。この導電層36および行導体31
間に電源37により電圧を印加してプレート30および35間
に加速電界を発生し得るようにし、従って（フィール
ド）エミッタ28により発生した電子がフェースプレート
35に向かって加速されこれら電子により画素38を発光せ
しめるようにする。この目的のため、制御ユニット39に
よって制御ライン40と相俟ってスイッチ43を介して行導
体31を順次電圧ライン42に接続する。到来情報43は列導
体32（例えばシフトレジスタ44を経て）および接続ライ
ン45に供給する。相互同期はライン46を経て行う。
【００３８】本発明は上述した例にもに限定されるもの
ではなく要旨を変更しない範囲内で種々の変形や変更が
可能である。例えば第１リフトオフマスク24を設ける前
に金属層および絶縁材料の第２層29を設けることができ
る。本発明方法を用いた後に余分のグリッド19を有する
図１０に示すような装置を得ることができる。
【００３９】粒子は単一のコリメータフィルタ４を通過
させる代わりに、種々の寸法の開口15を有する複数のフ
ィルタに交互に通過させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施し得るスパッターリン
グ装置を示す線図的に示す側面図である。
【図２】（ａ）は本発明方法に従う１つの製造工程中の
フィールドエミッタの構成を示す断面図であり、（ｂ）
は本発明方法に従う１つの製造工程中のフィールドエミ
ッタの構成を示す断面図であり、（ｃ）は本発明方法に
従う１つの製造工程中のフィールドエミッタの構成を示
す断面図である。
【図３】図１の装置の拡大部分図である。
【図４】本発明方法を実施する複数のスパッターリング
装置の配列を示す側面図である。
【図５】図４のV-V 線上の断面図である。
【図６】図４のVI-VI 線上の断面図である。
【図７】図４の配列により得たフィールドエミッタを示
す断面図である。
【図８】本発明による他の装置を示す断面図である。
【図９】本発明方法により製造したフィールドエミッタ
を具える表示装置の１部分を示す斜視図である。
【図１０】本発明方法により製造したフィールドエミッ
タの断面図である。
【符号の説明】
１ スパッタリング装置 ２ 壁部 ３ 粒子−発生部分 ４ コリメータフィルタ ５ ６ 装着テーブル ７ 基板 10 固着手段 11 粒子 12 粒子 13 出口開口 14 壁部 15 開口 16 ライン 17 ライン 19 グリッド 21 モリブデン細条（層） 22 酸化珪素層 23 モリブデン層 24 リフトオフ層 25 開口 26 表面 27 成長層 28 点状本体（エミッタ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コルネリウス アントニウス ファン デ ン ヘウヴェル オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ１ (72)発明者 ヘラルダス ニコラース アンネ ファン フェーン オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ１

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の主面に平行な断面が頂部よりも基
    部大きくなる少なくとも１つの電極を基板に製造するに
    当たり、この電極を形成する材料を基板の主面に平行に
    且つ形成すべき電極の位置に開口が設けられたマスクを
    介して基板に堆積し、前記マスクでは前記材料を堆積中
    前記開口内に横方向にも成長させるようにした点状電極
    の製造方法において、前記電極を製造する材料を基板の
    主面にほぼ垂直にスパッタリングすることにより堆積す
    る少なくとも１つのステップを具えるようにしたことを
    特徴とする点状電極の製造方法。
  2. 【請求項２】 スパッタリングすべき材料またはその成
    分は出口開口を有する粒子発生部分に得るとともに少な
    くとも１つの粒子−コリメーティングフィルタを前記出
    口開口追い前記マスク間に存在させるようにしたことを
    特徴とする請求項１に記載の点状電極の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記粒子−コリメーティングフィルタお
    よび前記マスク間に少なくとも１つのカバープレートを
    存在させ、このカバープレートは前記フィルタの軸線に
    垂直なフィルタの断面に見て、前記粒子−通過口とほぼ
    同一の大きさの開口を有することを特徴とする請求項２
    に記載の点状電極の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記コリメーティングフィルタは前記マ
    スクに設けるようにしたことを特徴とする請求項２に記
    載の点状電極の製造方法。
  5. 【請求項５】 コリメーティング中前記基板をその面内
    でスパッタリング源および／またはフィルタに対し移動
    させるようにしたことを特徴とする請求項２，３または
    ４に記載の点状電極の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記電極は複数の工程で製造し、前記粒
    子−コリメーティングフィルタは順次の工程で用い、そ
    の断面に見て粒子を通過せしめる開口が順次の工程で小
    さな寸法を有することを特徴とする請求項２または３に
    記載の点状電極の製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜３の何れかの項に記載の点状
    電極の製造方法により製造された点状電極を具える電子
    源、即ち、イオナイザ。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの特定のグリッドを有す
    ることを特徴とする請求項７に記載の電子源。
  9. 【請求項９】 請求項７または８に記載の少なくとも１
    つの電子源を画素当たり具えることを特徴とする平坦な
    表示装置。
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