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技術 電子ビーム蒸発装置および方法

出願人 リンデインコーポレイテッド
発明者 ラッセルジェイヒルブライアンジェイケーマー
出願日 1996年11月28日 (24年1ヶ月経過) 出願番号 1996-317726
公開日 1997年7月8日 (23年5ヶ月経過) 公開番号 1997-176839
状態 未査定
技術分野 物理蒸着 電子管及び放電灯用電極の製造 冷陰極の製造
主要キーワード バキュームチャンバ 堆積角度 堆積角 通常フィールド 蒸気雲 移送ポート 堆積源 冷却チャンネル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年7月8日)のものです。
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図面 (4)

課題

最大許容堆積角度を越えないように、電子ビーム蒸発によって基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成物質堆積する装置と方法を提供する。

解決手段

本発明にしたがって、1以上の電子ビーム源が基板の2以上の隣接する領域にその物質を堆積させるために基板と反対側に配置される。パーティションが各領域の1つの領域に各蒸気雲を封じ込めるためにその2つ以上の電子ビーム蒸発源から放出される蒸気雲の間に配置され、これによって、隣接する領域において最大許容堆積角度を越えることが防止される。この電子ビーム蒸発源は基板の隣接する領域のそれぞれにおいて最大許容堆積角度を越えないように蒸発源から基板への距離だけ、基板から隔置されている。この蒸発源から基板への距離は、単一の電子ビーム蒸発源が基板の隣接する領域の全てに物質を同時に堆積させるように使用されるとした場合に最大許容堆積角度を越えないように要求されるものより小さい。

概要

背景

ディスプレーに使用されるようなフィールドエミッション源基板上にスピンド(Spindt)エミッターを形成することは、最大許容堆積角を越えないように行う堆積が要求される。フィールドエミッションディスプレーの形成においては、アモルファスシリコンから形成される導電体層が基板上に堆積される。これに続いて、2酸化シリコンのような絶縁体層がその導電体層上に堆積される。これらの層は、薄膜技術、例え化学蒸着といったものによって堆積される。その後、エッチング技術を介して、バイアスすなわち小孔がその導電体および絶縁体層に形成される。低角度堆積が次に行われバイアスを閉じることなく前記絶縁体層上にアルミニウムあるいはニッケルリフトオフ層を堆積することが行われる。次にバイアスの中でかつ、アルミニウムあるいはニッケルリフトオフ層にモリブデンあるいは他の適当な金属を直交するように堆積させることによってスピンド(Spindt) エミッターがバイアス内に形成される。次に、酸性浴が使用されて、リフトオフ層および該リフトオフ層の上に1つの層を形成している過剰のモリブデンあるいはその他の適当な金属を除去し、スピンド(Spindt) エミッターとして公知のバイアス内に円錐形状のカソードを残存せしめる。

堆積角を表す角度は電子ビーム蒸発源から基板に延びている2つの隣接した想像線の間に形成される角度である。1つの線は、蒸発源から基板への距離をあらわし、もう一方の線は、基板の端部から電子ビーム蒸発源にもどるように延びる。もし最大許容堆積角を越えると、スピンド(Spindt)エミッターの幾つかは不格好なものとなり、したがって、機能的でないものとなる。このような不格好なものは、バイアスに対して短絡する十分な程度に法線から傾いている欠陥のあるスピンド(Spindt) エミッターによって示すことができる。断面でみると、上記の2つの想像線と、基板は、基板と90度の角度をなす蒸発源から基板への距離を表す線と直角3角形形成する。このことから分かるように、完成した電子ビーム蒸発源の重大な欠点を防止するためには、電子ビーム蒸発源はフィールドエミッション源基板から十分隔置していなければならないということが明らかとなる。これによって、最大許容堆積角を越えないようにすることができる。さらに、基板が大きくなるほど、最大許容堆積角を確保するための蒸発源から基板への距離も大きくなる。したがって、フィールドエミッションディスプレーを形成する場合、蒸発源から基板への距離は、通常の電子ビーム蒸着の場合よりも大きくなる。このような距離は、通常より大きなバキュームチャンバとなり、装置費用の増大に繋がる。上記の例として、フィールドエミッションディスプレーは、35センチ×45センチよりも大きなガラス基板上に形成される。単一の電子ビーム蒸発源と小さい角度の設計基準を使用するような大きな基板をコーティングする場合には、極めて長い(3.66メートルにもなる)蒸発源から基板への距離が必要となる。

概要

最大許容堆積角度を越えないように、電子ビーム蒸発によって基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成物質を堆積する装置と方法を提供する。

本発明にしたがって、1以上の電子ビーム源が基板の2以上の隣接する領域にその物質を堆積させるために基板と反対側に配置される。パーティションが各領域の1つの領域に各蒸気雲を封じ込めるためにその2つ以上の電子ビーム蒸発源から放出される蒸気雲の間に配置され、これによって、隣接する領域において最大許容堆積角度を越えることが防止される。この電子ビーム蒸発源は基板の隣接する領域のそれぞれにおいて最大許容堆積角度を越えないように蒸発源から基板への距離だけ、基板から隔置されている。この蒸発源から基板への距離は、単一の電子ビーム蒸発源が基板の隣接する領域の全てに物質を同時に堆積させるように使用されるとした場合に最大許容堆積角度を越えないように要求されるものより小さい。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

最大許容堆積角度を越えないように電子ビーム蒸発によってフィールドエミッション源基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成材料堆積させる装置であって、前記基板と向かい側に位置し、互いに隣接して位置する前記基板の少なくとも2つの領域上に前記材料を堆積させるための少なくとも1つの蒸気雲を発生させる少なくとも1つの電子ビーム蒸発源と、前記少なくとも2つの領域のそれぞれ一方における堆積が前記少なくとも2つの領域の他方の最大許容堆積角度を越えないように、前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源から前記少なくとも2つの領域のそれぞれに放出される少なくとも1つの蒸気雲を封じ込めるように構成された少なくとも1つのパーティションとを有し、前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源は前記基板から、前記最大許容堆積角度を前記基板の少なくとも2つの領域のそれぞれにおいて越えないように蒸発源から基板への距離だけ、隔置されており、前記蒸発源から基板への距離は、単一の電子ビーム蒸発源が前記基板の少なくとも2つの領域上の前記材料を同時に堆積させるのに使用されたとした場合に、前記最大許容堆積角度を越えないように要求されるものよりは小さい、ことを特徴とする装置。

請求項2

請求項1において、さらに前記基板を回転させる手段を備えていることを特徴とする装置。

請求項3

請求項2において、前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源が少なくとも2つの電子ビーム蒸発源を有し、前記少なくとも2つの領域が少なくとも2つの隣接する領域を有し、前記少なくとも2つの電子ビーム蒸発源の第1のものが、前記2つの隣接する領域の1つの向かい側に位置しており、前記少なくとも2つの電子ビーム蒸発源の第2のものが、前記少なくとも2つの隣接する領域の他方のものの向かい側位置し、さらに、前記第1および第2電子ビーム蒸発源のいずれかの故障を検出する検出手段と、前記第1および第2電子ビーム蒸発源の故障の場合に自動的に堆積時間を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする装置。

請求項4

フィールドエミッション源のための基板であって、バイアス貫通リフトオフおよび絶縁層を有する基板と、前記バイアス内に電子ビーム蒸発を介して、最大許容堆積角度を越えないようにスピンド(Spindt)エミッター形成する装置であって、前記基板と向かい側に位置し、互いに隣接して位置する前記基板の少なくとも2つの領域上に前記スピンド(Spindt) エミッターを形成する材料を堆積させるための少なくとも1つの蒸気雲を発生させる少なくとも1つの電子ビーム蒸発源と、前記少なくとも2つの領域のそれぞれ一方における堆積が前記少なくとも2つの領域の他方の最大許容堆積角度を越えないように、前記少なくとも2つの領域のそれぞれへの少なくとも1つの蒸気雲を封じ込めるように構成された少なくとも1つのパーティションとを有し、前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源は前記基板から、前記最大許容堆積角度を前記基板の少なくとも2つの領域のそれぞれにおいて越えないように蒸発源から基板への距離だけ、隔置されており、前記蒸発源から基板への距離は、単一の電子ビーム蒸発源が前記基板の少なくとも2つの領域上の前記材料を同時に堆積させるのに使用されたとした場合に、前記最大許容堆積角度を越えないように要求されるものよりは小さい、ことを特徴とする装置と、とからなる結合体

請求項5

最大許容堆積角度を越えないように、電子ビーム蒸発によってフィールドエミッション源基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成材料を堆積させる方法であって、少なくとも1つの電子ビーム蒸発源における前記基板の電子ビーム蒸発によって前記基板の少なくとも2つの隣接した領域上に前記材料を堆積させ、前記基板の前記少なくとも2つの隣接する領域のそれぞれにおいて前記最大許容堆積角度を越えないように、前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源を前記基板から蒸発源から基板への距離だけ隔置し、前記蒸発源から基板への距離は、前記基板の少なくとも2つの隣接する領域の全てにおいて前記材料を同時に堆積させるのに単一の電子ビーム蒸発源が使用されるとした場合における最大許容堆積角度を越えないように要求されるものよりも小さくなっており、前記少なくとも2つの領域のそれぞれ一方における堆積が前記少なくとも2つの領域の他方の最大許容堆積角度を越えないように前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源から前記少なくとも2つの隣接する領域のそれぞれに放出される少なくとも1つの蒸気雲を封じ込めるための少なくとも1つのパーティションを配置する、ことからなる方法。

請求項6

請求項5において、さらに、前記基板を回転させることを含む方法。

請求項7

請求項6において、さらに、前記少なくとも1つのパーティションの少なくともそれぞれの側において堆積速度をモニターし、前記少なくとも2つの電子ビーム蒸発源のひとつの故障の場合に堆積時間を調整することからなる方法。

--

0001

本発明は、最大許容堆積角を越えないように、フィールドエミッション源基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成材料堆積する装置および方法に関する。特に、本発明は、多元電子ビーム蒸発源が堆積を行うために使用される装置および方法に関する。さらに、特に、本発明は、パーティションが電子ビーム蒸発源の蒸気雲を分離するのに使用される装置および方法に関する。

背景技術

0002

ディスプレーに使用されるようなフィールドエミッション源基板上にスピンド(Spindt)エミッターを形成することは、最大許容堆積角を越えないように行う堆積が要求される。フィールドエミッションディスプレーの形成においては、アモルファスシリコンから形成される導電体層が基板上に堆積される。これに続いて、2酸化シリコンのような絶縁体層がその導電体層上に堆積される。これらの層は、薄膜技術、例え化学蒸着といったものによって堆積される。その後、エッチング技術を介して、バイアスすなわち小孔がその導電体および絶縁体層に形成される。低角度堆積が次に行われバイアスを閉じることなく前記絶縁体層上にアルミニウムあるいはニッケルリフトオフ層を堆積することが行われる。次にバイアスの中でかつ、アルミニウムあるいはニッケルリフトオフ層にモリブデンあるいは他の適当な金属を直交するように堆積させることによってスピンド(Spindt) エミッターがバイアス内に形成される。次に、酸性浴が使用されて、リフトオフ層および該リフトオフ層の上に1つの層を形成している過剰のモリブデンあるいはその他の適当な金属を除去し、スピンド(Spindt) エミッターとして公知のバイアス内に円錐形状のカソードを残存せしめる。

0003

堆積角を表す角度は電子ビーム蒸発源から基板に延びている2つの隣接した想像線の間に形成される角度である。1つの線は、蒸発源から基板への距離をあらわし、もう一方の線は、基板の端部から電子ビーム蒸発源にもどるように延びる。もし最大許容堆積角を越えると、スピンド(Spindt)エミッターの幾つかは不格好なものとなり、したがって、機能的でないものとなる。このような不格好なものは、バイアスに対して短絡する十分な程度に法線から傾いている欠陥のあるスピンド(Spindt) エミッターによって示すことができる。断面でみると、上記の2つの想像線と、基板は、基板と90度の角度をなす蒸発源から基板への距離を表す線と直角3角形形成する。このことから分かるように、完成した電子ビーム蒸発源の重大な欠点を防止するためには、電子ビーム蒸発源はフィールドエミッション源基板から十分隔置していなければならないということが明らかとなる。これによって、最大許容堆積角を越えないようにすることができる。さらに、基板が大きくなるほど、最大許容堆積角を確保するための蒸発源から基板への距離も大きくなる。したがって、フィールドエミッションディスプレーを形成する場合、蒸発源から基板への距離は、通常の電子ビーム蒸着の場合よりも大きくなる。このような距離は、通常より大きなバキュームチャンバとなり、装置費用の増大に繋がる。上記の例として、フィールドエミッションディスプレーは、35センチ×45センチよりも大きなガラス基板上に形成される。単一の電子ビーム蒸発源と小さい角度の設計基準を使用するような大きな基板をコーティングする場合には、極めて長い(3.66メートルにもなる)蒸発源から基板への距離が必要となる。

発明の概要

0004

本発明は、最大許容堆積角度を越えないように電子ビーム蒸発によるフィールドエミッション源基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成材料を堆積する装置を提供する。この装置は、互いに隣接する基板の少なくとも2つの領域上に上記材料を堆積するための基板の向かい側に位置する少なくとも1つの電子ビーム蒸発源を備えている。少なくとも1つのパーティション前記少なくとも1つの電子ビーム蒸発源から放出される少なくとも1つの蒸気雲を分離するようになっており、これによって、少なくとも2つの領域のそれぞれに堆積するが前記少なくとも2つのものの他方の最大許容堆積角度を越えないようになっている。この少なくとも1つの電子ビーム蒸発源は基板から蒸発源から基板への距離だけ離れており、最大許容堆積角度は前記基板の2つの領域のそれぞれにおいて越えないようになっている。蒸発源から基板への距離は、基板の少なくとも2つの領域上に同時に材料を堆積するのに単一の電子ビーム蒸発源が使用されるとした場合に最大許容堆積角度を越えないように要求されるものよりは、小さい。

0005

他の特徴では、本発明は、基板と装置を有する結合体を提供する。基板は、フィールドエミッション源に使用されるタイプのものであり、バイアス貫通リフトオフおよび絶縁層を有する。装置は、電子ビーム蒸発を介し、かつ最大許容堆積角度を越えないようにバイアス内にスピンド(Spindt)エミッターを形成する。装置は、基板と向かい側に位置し少なくとも1つの蒸気雲を発生する少なくとも1つの電子ビーム蒸発源を有しており、互いに隣接して位置する基板の少なくとも2つの領域上にスピンド(Spindt) エミッターを形成する材料を堆積する。少なくとも1つのパーティションが、少なくとも2つの領域のそれぞれ一方における堆積が該少なくとも2つの領域の他方の最大許容堆積角度を越えないように、少なくとも2つの隣接する領域のそれぞれに少なくとも1つの電子ビーム蒸発源から放出される蒸気雲を封入するように配置されている。この少なくとも1つの電子ビーム蒸発源は少なくとも2つの隣接する領域のそれぞれにおいて最大許容堆積角度を越えないように蒸発源から基板への距離だけ基板から隔置されている。蒸発源から基板への距離は単一の電子ビーム蒸発源が基板の少なくとも2つの領域上に材料を同時に堆積するのに使用されるとした場合において、最大許容堆積角度をこえないように要求されるものより小さい。

0006

さらに、他の特徴によれば、本発明は、最大許容堆積角度を越えないように電子ビーム蒸発によって基板上にスピンド(Spindt)エミッター形成材料を堆積する方法を提供する。この方法は、少なくとも1つの電子ビーム蒸発源に基板の電子ビーム蒸発によって基板の少なくとも2つの隣接する領域上に材料を堆積させることからなる。この少なくとも1つの電子ビーム蒸発源は最大許容堆積角度を少なくとも2つの隣接する基板の領域のそれぞれにおいて越えないような蒸発源から基板への距離だけ基板から離れている。蒸発源から基板への距離は、単一の電子ビーム蒸発源が基板の少なくとも2つの領域上に材料を同時に堆積するのに使用されるとした場合において、最大許容堆積角度をこえないように要求されるものより小さい。少なくとも1つのパーティションが、少なくとも2つの領域のそれぞれ一方における堆積が該少なくとも2つの領域の他方の最大許容堆積角度を越えないように少なくとも2つの隣接する領域のそれぞれに少なくとも1つの電子ビーム蒸発源から放出される蒸気雲を封入するように配置されている。

0007

最も簡単な場合には、単一の電子ビーム蒸発源が基板の2つの領域にスピンド(Spindt)エミッターを堆積するのに使用される。この場合、基板は回転する。パーティションは多元電子ビーム蒸発源に対して固定されていても、基板とともに回転するようにしてもよいことに注目されたい。堆積時間を減少させるために領域に対応したそれぞれの堆積源を用いるように多元堆積源を使用することができ、使用される蒸発源の数に等しい数のパーティションが設けられる。一般に、各領域は最終的に単一あるいは複数のディスプレーとりる基板の部分を含むが、用語“領域”はここではより広い意味に用いており、特許請求の範囲では、基板の任意のサブ−エリアを含むものであり、このサブ−エリアは、最終的に1つのディスプレーあるいは1つ以上のフィールドエミッションディスプレー源となる基板の部分を含むものである。

0008

本発明の全ての特徴において、領域ごとに材料を堆積するために1つあるいはそれ以上の電子ビーム蒸発源を使用することによって、蒸発源から基板への距離を減少させることができる。その理由は、電子ビーム蒸発源が全体の基板のエリアよりもより小さい領域あるいはエリアに堆積を行うのに使用されるからである。一つの電子ビーム蒸発源によって1つの領域の堆積が殆ど自動的に隣接する領域の最大許容堆積角度を越えるので、パーティションがその蒸気雲を封じ込めるのに使用される。

0009

明細書は、出願人が発明と認める主題を明瞭に指摘する特許請求の範囲で締めくくっているが、本発明は添付の図面に関連して説明されるときより良い理解を行うなうことができるものである。図1および図2を参照すると、本発明に従う装置1が示されている。装置1は平滑スクリーンディスプレー基板2の上にモリブデンあるいは他の適当な金属を基板上に堆積させるようになっている。図3を参照すると、平滑スクリーンディスプレー基板2は、4つの隣接した領域3、4、5および6を有しており、そのそれぞれは、完了した場合には、完全なディスプレーを形成する。ディスプレー基板2は、それぞれが、単一の矩形形状のディスプレーとなるような、4つの規則的な形状をなす領域を有するが、本発明は、そのように限定されるものではない。実際上は、任意の領域に不規則な形状の複数のディスプレーとすることができ、実際、あるディスプレーは、2つの隣接する領域に跨がることができる。4つの電子ビーム蒸発源10、12、14および16の組が所定の堆積を行うために基板2の向かい側に位置している。堆積材料蒸発によって、電子ビーム蒸発源10、12、14および16のそれぞれから放出される蒸気雲を発生する。この蒸気雲は、基板上に堆積材料を堆積させる移送機構として作用する。図面では、電子ビーム蒸発源12および14から放出される蒸気雲18および20が、示されている。電子ビーム蒸発源12および14から放出される蒸気雲は、図示されていないが、同じように構成される。

0010

特定の領域に蒸気雲の堆積を分離あるいは閉じ込めるために、4つのパーティションの組が設けられている。パーティション22−28が設けられていないと電子ビーム蒸発源10の堆積は、領域3の堆積角に許容される最大値を越えることはないが、領域4のその角度を越える可能性があるある。基板2の電子ビーム蒸発源12−16からの距離は、距離“D”で示す。距離“D”は、蒸発源から基板への距離である。堆積角に許容される最大値は、“α”で示されている。この角度は、通常フィールドエミッションディスプレー形成については約5度にセットされている。単一の電子ビーム蒸発源を用いて、基板2の領域3−6に上にスピンド(Spindt)エミッターを同時に形成するために、基板から蒸発源への距離“D”は、堆積領域が大きくなるので、装置1 について示されるものよりもはるかに大きくなければならない。したがって、本発明は、基板の全体領域に堆積を同時に形成するための単一の堆積源を用いる堆積装置の場合よりも、基板から蒸発源への距離を減少させることができるものである。

0011

電子ビーム蒸発源12−16、基板2およびパーティション24−28は、冷却チャンネル31を有するバキュームチャンバ30に取りつけられる。クライオポンプすなわちターボ分子ポンプがバキュームチャンバ30に取りつけられており、これによって、バキュームチャンバ30を堆積を効果的にするために必要なバキューム状態にポンプダウンするようになっている。基板2は、バキュームフィードスルー38を介して動作する回転モータ36よって回転される基板ホルダー34に取りつけられている。さらに、パーティション22−28は、タブ39によって基板ホルダー34に連結されている。これによって、パーティションは基板ホルダー34に取りつけられたときには、基板と一緒に回転する。当業者は理解することができるように、パーティション22−28は、固定であり、単純にバキュームチャンバ30に連結されている。パーティション22−28の頂部と基板2との間には、わずかなギャップが存在する。このギャップは、当該プロダクトについて適用される特定の設計基準に応じたコーティングの重なりをゼロとするかあるいは小さくすることを許容するように設計される。この点に関し、フィールドエミッション源が2つの領域に跨がるように基板が設計されている場合には、パーティション22−28が基板から隔置される。この結果、設計基準の最大許容堆積角度が保持される。基板2は、移送基板ポート40を介してバキュームチャンバ30に導入され、かつこれから除去される。

0012

電子ビーム蒸発源12−16は、バキュームチャンバ30内の所定位置に固定されているように図示されているが、下部移送ポートは電子ビーム蒸発源12−16をバキュームチャンバ30に、および公知のように、適当な位置に電子ビーム蒸発源12−16を持ち上げる機構に導入するように設けることができる。これに関して、従来の蒸発源シャッター41が電子ビーム蒸発源12−16を覆うように設けられている。速度モニタ42、46、48および50が電子ビーム蒸発源12、14、16および18 の連続動作監視するために設けられている。1 つ以上の電子ビーム蒸発源12、14、16および18が故障すると、モニター42−50は、そのような故障を検出する。コントローラ52は、つぎに、所定の堆積量の残りを計算し、4分の3だけ残りの堆積時間を増大させることによって堆積時間を調整する。

0013

理解されるように、本発明が4つの電子ビーム蒸発源10、12、14および16を備えて示されているが、特定の基板の堆積要求に従って使用されるより多くのあるいは、より少ない電子ビーム蒸発源を存在せしめることができる。この点に関し、基板が2つの隣接する領域を有する場合には、単一のパーティション1つの電子ビーム蒸発源から放出される蒸気雲に対して使用される。もし基板が6つの隣接する領域を有する場合には、6つの電子ビーム蒸発源および6つのパーティションを使用することになろう。本発明は、好ましい実施例を参照して説明されているが、当業者には理解されるように、数多くの変更、付加、省略を本発明の精神および範囲から逸脱することなく行うことができるものである。

図面の簡単な説明

0014

図1本発明に従う装置の概略断面説明図、
図2図1の線2−2に沿った図、
図3本発明に使用される基板の概略平面図である。

--

0015

3、4、5、6 領域
10、12、14、16蒸発源
22、24、26、28パーティション
30バキュームチャンバ
52コントローラ。

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