JPH05290720A - 電界放出型マイクロカソードの作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＦＥＤ等の薄型平面表示装置の表示エリアを
対角で１０インチ程度と比較的大面積化する場合におい
ても、全面的に均一な電界放出型マイクロカソードを制
御性良く形成できる作製方法を提供する。 【構成】 電界放出型マイクロカソードのカソードホー
ルの作製に当たって、レンズ２１と感光材料表面との距
離を計測する光学的手段と、レンズ２１を光軸方向に移
動するアクチュエータ２３とを有し、レンズ２１と感光
材料表面との距離を常に一定に保つフォーカスサーボ機
構２４により、レーザ光Ｌを微小なスポットに集光して
感光材料を露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に例えばフィールド
エミッションディスプレイ（ＦＥＤ）のカソードとして
用いられる電界放出型マイクロカソードの作製方法に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】近年平面型表示装置、即ちパネル型表示
装置として種々のものが提案されており、明るい画像表
示を行うものでは一般に蛍光面に電子ビームを衝撃して
発光させる陰極線管型構成がとられる。

【０００３】例えばフィールドエミッションディスプレ
イ（ＦＥＤ）は、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いわゆるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）
型の電界放出型マイクロカソードを用いて電子を取出
し、これを蛍光体に加速照射することによって、自発光
表示させる薄型平面表示装置である。

【０００４】図４にその一例の分解斜視図を示すよう
に、この薄型平面表示装置においては、例えばＲ，Ｇ及
びＢ（赤、緑及び青）で示す三原色の各蛍光体素子が枡
目状に配列された蛍光面１が被着されて成る光透過性の
前面パネル２と、上述の電界放出型マイクロカソードを
有する電極構体５が形成された背面パネル３とが、シー
ル材等により気密に封止されて、所定の真空度に保持さ
れて構成される。図示しないが、各パネル２及び３は、
その間隔を一定に保持するために所要の高さのスペーサ
を介して封止される。

【０００５】電極構体５としては、背面パネル３の内面
上に例えば図４においてｘ軸で示す方向に延長する帯状
のカソード電極７がストライプ状に平行配列され、これ
らカソード電極７上に絶縁層８を介してカソード電極７
の延長方向とほぼ直交するｙ軸方向に延長する帯状のゲ
ート電極９がストライプ状に平行配列されて成る。

【０００６】そして、各カソード電極７とゲート電極９
との互いの交叉部２３に、蛍光面１におけるＲ，Ｇ，Ｂ
で示す三原色の各蛍光体素子に対応するように所定の開
孔幅ｗを有するカソードホール１０が例えば複数個穿設
され、これらカソードホール１０内においてカソード電
極７上にそれぞれ例えば図５にその要部の略線的拡大斜
視図を示すように、円錐状の電界放出型マイクロカソー
ド１６が被着形成されて電極構体５が構成される。図５
において、図４に対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。

【０００７】この電界放出型マイクロカソードの作製方
法の一例を図６Ａ〜Ｅの製造工程図を参照して詳細に説
明する。先ず、図４で説明したように、背面パネルを構
成する基体１３の内面に、一方向例えば垂直走査線方向
に沿ってカソード電極７を形成する。このカソード電極
７は、例えば４２６合金、Ｃｒ等の金属層を全面的に蒸
着、スパッタリング等によって形成して後、これをフォ
トリソグラフィ等の適用による選択的エッチング、即ち
レジストの塗布、パターン露光、現像及びＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）等の異方性エッチングによって所
定のパターンに、即ち上述したストライプ状の平行パタ
ーンに形成する。或いはカーボン塗膜をスクリーン印刷
法等により所定のパターンに印刷することによってこの
カソード電極７を形成することもできる。

【０００８】そして更にこのカソード電極７上を覆って
ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等より成る絶縁層８を蒸着、スパ
ッタリング等により被着した後、高融点金属の例えばＭ
ｏ，Ｗより成るゲート電極９をカソード電極７と同様に
パターニング形成する。即ちこの場合図４に示したカソ
ード電極７の延長方向と直交する水平方向に延長する帯
状のゲート電極９をストライプ状に形成する。

【０００９】そして図６Ｂに示すように、フォトリソグ
ラフィ等の適用によって、各カソード電極７及びゲート
電極９の交叉部に、絶縁層８の全厚さに渡る深さをもっ
て複数の開孔１０ａを所定の開孔幅ｗをもって穿設す
る。

【００１０】この場合、図示しないが更にこの開孔１０
ａを通じて、ゲート電極９に対してエッチング性を示さ
ず、絶縁層８に対して等方性のエッチング性を示す例え
ば化学的エッチングを行って開孔１０ａの開口幅Ｗより
大なる幅を有するキャビティを絶縁層８内に形成しても
よい。

【００１１】次に図６Ｃに示すように、ゲート電極９上
に例えばＮｉ等より成る剥離層１１を矢印ａで示すよう
に斜め蒸着により被着する。この斜め蒸着は、基体１３
をその面内において例えば一点鎖線ｃを中心軸として矢
印ｄで示すように回転させながら行って、開孔１０ａ上
の周囲に円錐面上の内周形状を有する円孔１２が生じる
ように形成する。またこの場合剥離層１１の蒸着は、開
孔１０ａ内には被着されることがないような角度に選定
される。

【００１２】そして次に図６Ｄに示すように、基体１３
の表面に対し垂直な方向から、この基体１を矢印ｄで示
すように回転しながらＷ，Ｍｏ等の高融点且つ低仕事関
数のカソード材料層１４を、蒸着、スパッタリング等に
よって矢印ｂで示すように全面的に被着する。このとき
その蒸着は垂直に行っても、その材料層１４は円孔１２
上の周囲で剥離層１１の内側斜面に続くような斜面が形
成されることから、ある厚さに達すると、円孔１２が塞
がる状態となることによって、各開孔１０内にはそれぞ
れ断面三角形状の円錐型をなすカソード１５が形成され
る。

【００１３】その後、図６Ｅに示すように、図６Ｄにお
ける剥離層１１及びこれの上に形成されたカソード材料
層１４をウェットエッチング等により剥離することによ
って、ストライプ状のカソード電極７上の開孔１０ａ内
にそれぞれ円錐状の電界放出型マイクロカソードがドッ
ト状に形成される。そしてその周囲には絶縁層８が存在
し、これによってカソード電極７と電気的に絶縁されて
各カソード１５に対向するように上述の開孔１０ａ即ち
カソードホール１０が穿設されたゲート電極９が配置さ
れ、電極構体５が構成される。

【００１４】このようにして構成される電界放出型マイ
クロカソードを用いたＦＥＤでは、開孔幅ｗが０．５〜
２μｍ程度とされた微小なカソードホールを表示エリア
全面にわたって均一に形成することが必要となる。上述
したようにこのカソードホールの形成は、フォトリソグ
ラフィの適用によって即ちレジストを塗布した後パター
ン露光、現像及びウェット又はドライエッチングを行っ
て形成しているものであるが、このようなμｍ以下のオ
ーダーの微小サイズパターンのレジストを露光するとき
は、ＥＢ（電子ビーム）による直接露光か、或いはレチ
クルを縮小露光する半導体用ステッパを用いて行ってい
る。

【００１５】しかしながら、例えば対角で１０インチ程
度以上の比較的大面積の表示エリアを有するディスプレ
イを製造する場合に半導体用ステッパを用いるときは、
パネル基体の反りによる露光のむらが生じて開孔幅や形
状が不均一となる場合がある。またその縮小露光する場
合は露光用光としてインコヒーレントなハロゲンランプ
等を用いているためそのスポットの微細化に限界があ
り、またレチクルの位置擦れの問題から全露光面積の増
大化にも限界が生ずる。従って、上述したようなＦＥＤ
を実用化、特に大面積の表示エリアを有するＦＥＤを実
用化することは現状では難しい。ＥＢ露光による場合は
その装置が非常に高価であり、また真空中での露光とす
る必要があり、スループットの向上が難しいという問題
がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うなＦＥＤ等の薄型平面表示装置の表示エリアを対角で
１０インチ程度と比較的大面積化する場合においても、
全面的に均一な電界放出型マイクロカソードを制御性良
く形成できる作製方法を提供する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明電界放出型マイク
ロカソードの作製方法は、これを実施する装置の一例の
構成図を図１に示すように、そのカソードホールの作製
に当たって、レンズ２１と感光材料表面との距離を計測
する光学的手段と、レンズ２１を光軸方向に移動するア
クチュエータ２３とを有し、レンズ２１と感光材料表面
との距離を常に一定に保つフォーカスサーボ機構２４に
より、レーザ光Ｌを微小なスポットに集光して感光材料
を露光する。

【００１８】

【作用】本発明電界放出型マイクロカソードの作製方法
においては、そのカソードホールの作製に当たって、レ
ーザ光照射により露光を行うと共にフォーカスサーボ機
構２４によりその露光距離を制御することにより、所定
の微小形状のカソードホールを均一に作製することがで
きるようにしたものである。

【００１９】例えば波長λのレーザ光を開口数ＮＡのレ
ンズで集光した場合のスポットサイズＤは、 Ｄ＝ｋ×λ／ＮＡ で求められる。但しｋは定数を示す。

【００２０】ここで一例としてＨｅ−Ｃｄレーザを用い
て波長λが４４２ｎｍの光を開口数ＮＡが０．９のレン
ズで集光すると、最大強度の１／ｅ² となるスポットサ
イズＤ（１／ｅ² ）は、約０．４０μｍとなる。強度分
布図の一例を図２に示す。図２において矢印Ｄは、この
強度が１／ｅ² 以上となる範囲を示す。このときスポッ
トはガウシアンまたはエアリーディスクと呼ばれる形状
になる。このように、レーザ光を用いることによって、
μｍオーダー以下の微小なレーザスポットを得ることが
できる。

【００２１】そして本発明方法においては、このレーザ
光を集光するレンズ２１と感光材料の表面との距離を光
学的手段により計測して、図１に示すようにレンズ２１
の光軸方向に移動するアクチュエータ２３により、この
距離が一定となるようにレンズ２１の位置を制御するこ
とによって、例えば感光材料に対し常に一定の距離を保
ってレーザ光Ｌを一定の微小スポット径をもって集光さ
せることができる。このため、反りのある基板上に被着
した感光材料に対しても、均一で微小な大きさのスポッ
トによる露光を行うことができる。

【００２２】このような本発明方法を用いることによっ
て、反りのある基板上の感光材料に対しても、均一な露
光を行うことができ、またその形状の制御性も良好にで
きることから、比較的大面積にわたって電界放出型マイ
クロカソードのカソードホールを均一で且つ微小な開孔
幅をもって制御性良く作製することができる。

【００２３】

【実施例】以下本発明電界放出型マイクロカソードの作
製方法を、ＦＥＤの電極構体の作製に適用した場合につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。この例では、前
述の図６Ａ〜Ｅにおいて説明した電界放出型マイクロカ
ソードの作製工程の図６Ａから図６Ｂに移る途中の工程
において、図３に示すように、基体１３上にカソード電
極７、絶縁層８及びゲート電極９を被着形成した後、こ
の上にレジスト即ち感光材料１６を塗布して、レンズ２
１を介してレーザ光Ｌを照射して露光を行う場合に適用
するものである。

【００２４】図１において２０はこの感光材料に対して
感光性を示す波長の例えば波長４４２ｎｍのＨｅ−Ｃｄ
等のレーザ光源で、ここからのコヒーレントなレーザ光
がミラーＭ₁ を介して光変調器２５により強度変調され
て、ミラーＭ₂ 及びハーフミラーＭ₃ により、レンズ２
１を介して試料台２６上に照射される。光変調器２５と
しては例えば音響光学変調素子を用いることができる。

【００２５】また試料台２６は、例えば空気浮上の精密
空気軸受けを用いて構成され、且つ高精度の位置検出器
を備えて成り、図１においてＸ及びＹ軸方向に関して、
精度良く位置決めできると共に、その送り速度の制御を
も精度良く行うことができるようになす。

【００２６】またレンズ２１は例えばダンパに吊られた
状態で可動コイル等より成るアクチュエータ２３により
その光軸方向に例えば電磁的に移動するようになされ
る。またフォーカスサーボ機構２４のフォーカスの誤差
信号検出用の光源としては、感光材料が露光されない例
えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ（図示せず）を
用いて離軸法等を用いて感光材料とレンズ２１との距離
を検出して、これによりレンズ２１と感光材料表面との
距離を常に一定に保って、レーザ光を均一なスポット径
をもって感光材料に照射して露光することができる。

【００２７】この場合レンズ２１の開口数ＮＡを０．９
とすると、前述したように最大強度が１／ｅ² となるス
ポットサイズＤ（１／ｅ² ）は、約０．４０μｍとな
り、μｍオーダー以下の微小なレーザスポットを得るこ
とができる。

【００２８】このような構成において、レンズ２１にフ
ォーカスサーボをかけながらレーザ光Ｌの強度を光変調
器２５によりオン／オフすることによって、多数の微小
スポットを大面積にわたって均一な形状且つ均一な間隔
をもって感光材料に照射させることができる。

【００２９】即ち上述の本発明電界放出型マイクロカソ
ード作製方法によれば、フォーカスサーボ機構２４を用
いることから、反りのある基体上に被着した感光材料に
対しても全面的に均一な露光ができて、均一なカソード
ホールを再現性良く形成することができる。そしてこの
後、前述の図６Ｂ〜Ｅにおいて説明したように剥離層の
斜め蒸着、カソード材料の垂直蒸着及び剥離層除去等の
通常の電界放出型カソードの形成過程を経て、均一な形
状のカソードを形成することができ、比較的大面積のＦ
ＥＤを得ることができる。

【００３０】この場合、大型の精密送り機構を試料台２
６として用いることによって、対角数１０インチ程度の
大面積の表示エリアを有するＦＥＤにおいても、その電
界放出型マイクロカソードを均一に形成することができ
る。

【００３１】また上述したように波長と対物レンズの開
口数を適切に選定することによって、カソードホールの
幅を任意に設定することができる。特に紫外線レーザと
高い開口数のレンズを利用することによって、０．５μ
ｍ以下のサイズのカソードホールを形成することができ
る。

【００３２】また、光変調器を併用して強度を適切に制
御することによって、その形状を円形や楕円形の他、線
状等各種パターンの微小スポットに集光させることがで
きる。

【００３３】更に、従来方法のようにレチクルを用いる
ことがないため、そのつなぎ目がずれる等の問題を回避
でき、大面積に均一に露光することができ、またレチク
ル自体の欠陥による露光の欠陥を回避できる。

【００３４】また、電子ビーム露光による場合に比しそ
の装置が比較的安価で、且つ真空中の露光とする必要が
なく、作業の簡単化をはかると共に高速処理を可能にし
て、スループットを向上することができる。

【００３５】尚、上述のレーザ光源としてはＨｅ−Ｃｄ
レーザを用いたが、その他波長４５８ｎｍのＡｒイオン
レーザ、又は波長３５２ｎｍ乃至３６４ｎｍ等のＵＶ
（紫外線）線等、種々の波長のレーザ光源を用いること
ができる等、本発明電界放出型マイクロカソードの作製
方法は、上述の実施例において説明した装置構成に限る
ことなく、種々の装置構成又は材料構成等の変形変更を
なし得ることはいうまでもない。

【００３６】

【発明の効果】上述したように、本発明電界放出型マイ
クロカソードの作製方法によれば、フォーカスサーボ機
構により反りのある基体上に露光する場合においても全
面的に均一な露光を行うことができ、形状の再現性も良
好となる。また、試料台として大型の精密送り機構を用
いることによって、例えば数１０インチ程度の大面積に
わたって均一にカソードを形成することができる。

【００３７】また、レーザ光源の波長とレンズの開口数
を適切に選定することによって、形成するカソードホー
ルの大きさを任意に選択することができ、特に紫外線等
の短波長のレーザと高い開口数のレンズを用いることに
よって、０．５μｍ以下の微小なサイズのカソードホー
ルを形成することもできる。

【００３８】また更に、レチクルを使用しないため、位
置ずれ等を考慮することなく大型化することができると
共に、レチクル自体の欠陥による露光の欠陥を回避でき
る。

【００３９】また、電子ビームにより露光する場合に比
しその装置が比較的安価で、且つ真空中の露光とする必
要がなく、作業の簡単化をはかると共にデータ処理の簡
単化、描画速度の高速化により高速処理を可能にして、
スループットを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電界放出型マイクロカソードの作製方法
を実施する装置の一例の構成図である。

【図２】レーザ光の強度分布を示す図である。

【図３】本発明電界放出型マイクロカソードの作製方法
の一例の一製造工程図である。

【図４】薄型平面表示装置の一例の分解斜視図である。

【図５】電界放出型マイクロカソードの一例の略線的拡
大斜視図である。

【図６】電界放出型マイクロカソードの一例の製造工程
図である。

【符号の説明】 １ 蛍光面 ２ 前面パネル ３ 背面パネル ７ カソード電極 ８ 絶縁層 ９ ゲート電極 １０ カソードホール １１ 剥離層 １２ 円孔 １３ 基体 １４ カソード材料層 １５ カソード １６ 感光材料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界放出型マイクロカソードの作製方法
   において、 そのカソードホールの作製に当たって、 レンズと感光材料の表面との距離を計測する光学的手段
   と、上記レンズを光軸方向に移動するアクチュエータと
   を有し、上記レンズと上記感光材料表面との距離を常に
   一定に保つフォーカスサーボ機構により、レーザ光を微
   小なスポットに集光し、上記感光材料を露光するように
   したことを特徴とする電界放出型マイクロカソードの作
   製方法。