電子源の製造装置
【課題】電子源の製造装置において、大型のポンプを設けることなく真空容器内の排気を短時間で行い、より効率良く電子源を製造する。
【解決手段】基板支持体３上に２枚の電子源基板２ａ、２ｂを載置し、真空容器１で覆って順次電圧印加処理を行う電子源製造装置であって、基板支持体３を降下させ、水平移動させて処理の終了した基板２ｂを排出し、次の基板２ａ上に真空容器１を配置し、再び基板支持体３を上昇させて真空容器１と基板２ａとで閉空間を形成するまで、真空容器１内を低露点ガスにてパージすることにより、真空容器１内への大気の侵入を阻止する。
【解決手段】基板支持体３上に２枚の電子源基板２ａ、２ｂを載置し、真空容器１で覆って順次電圧印加処理を行う電子源製造装置であって、基板支持体３を降下させ、水平移動させて処理の終了した基板２ｂを排出し、次の基板２ａ上に真空容器１を配置し、再び基板支持体３を上昇させて真空容器１と基板２ａとで閉空間を形成するまで、真空容器１内を低露点ガスにてパージすることにより、真空容器１内への大気の侵入を阻止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置等に用いられる電子源の製造装置、特に、真空容器の排気を改良する構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子としては、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のものが知られており、本出願人は、冷陰極電子放出素子として、新規な構成を有する表面伝導型電子放出素子とその応用に関し、多数の発明を行っている。その基本的な構成、製造方法などは、例えば特許文献１及び特許文献２等に開示されている。この表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例としては、基板上に設けた一対の素子電極間を連絡する導電性膜に、フォーミングと呼ばれる通電処理と活性化処理によって、電子放出部を形成したものが挙げられる。
【０００３】
フォーミング処理とは、前記導電性膜の両端に電圧を印加通電し、該導電性膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした亀裂を形成する処理である。また、活性化処理とは、有機化合物を有する真空雰囲気下において前記導電性膜の両端に電圧を印加通電し、前記亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる処理である。尚、電子放出は、その亀裂付近から行われる。
【０００４】
従来の表面伝導型電子放出素子の製造は以下のように行われていた。基板上に、導電性膜及び該導電性膜に接続された一対の素子電極からなる素子を複数と、該複数の素子を接続した配線とが形成された電子源基板を作製する。次に、作製した電子源基板の上記素子を形成した領域を真空容器で覆い、真空容器内を真空排気する。真空排気後、外部端子と通じて上記各素子に電圧を印加して各素子の導電性膜に亀裂を形成する。更に、該真空容器内に有機化合物を含む気体を導入して、有機化合物が存在する雰囲気下で前記各素子に再度外部端子を通じて電圧を印加して、該亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる。堆積後、真空容器内を大気圧まで戻してから基板を交換する。
【０００５】
従来の電子源製造装置は、基板が支持体によって固定され、基板に形成された素子を覆う真空容器を被せ、真空容器の内部を排気してフォーミング及び活性化処理を施していた。そのため、基板の一面は真空側で反対面は大気側にさらされるため、いわば真空フランジと同等の機能を必要とされていた。しかし基板は１０ｍｍにも満たない厚さのため真空に絶えられる強度を持っていない。そこで基板を固定する支持体に密着固定させ真空にも絶えられる構造となっている。
【０００６】
この様な基板保持構造となっているので、ロードロック室を持った真空一貫のマルチチャンバー型の製造装置になっていない。従って基板の交換時には真空容器が大気にさらされることになる。特許文献３には、短時間の真空排気を可能にする手段を講じて生産性の向上可能な電子源の製造装置を提供している。具体的には、電子源基板を支持するための支持体と、前記電子源基板の一部を覆い、前記電子源基板との接触部に開口を有する容器と、更に前記開口を覆うシャッターを有することを特徴としている。このような電子源の製造装置によれば、前記電子源基板を覆っていた真空容器の開口部を、基板の離脱と共にシャッターで覆う手段を用いることによって、電子源基板の交換時における真空容器内への水分子混入を軽減でき、短時間の真空排気を可能にしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２３５２５５号公報
【特許文献２】特開平８−１７１８４９号公報
【特許文献３】特開２００４−１８４５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された装置において、シャッター挿入時には、真空容器の開口部と接触しながら動作するので、シャッターのたわみ防止のために該シャッターは１０ｍｍ以上の厚さ（高さ）を持った構造になっている。そのため、容器の開口部と基板との間は、最低でもこの厚さ以上の隙間が必要になる。このため水分子の混入量はシャッターが無い構造よりは軽減されるが、完全に防止できる構造とはなっていない。
【０００９】
更には、基板を支持体に載せた後、上記のフォーミング処理、活性化処理を行うため、電圧を印加するための駆動ドライバーと基板上に形成されている導電性膜に接続されている配線とを接続する工程がある。この時、位置合わせをするために基板が載置してある支持体が前後左右方向に駆動して位置合わせをするが、この位置あわせ時にも真空容器は大気にさらされてしまう。
【００１０】
よって、所定の圧力領域まで短時間で排気するために、大排気量の真空ポンプを設けるなどして短時間での排気を可能にしているが、装置の大型化を招き装置コストも高くなってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、上記課題を解決し、電子源の製造装置において、大型のポンプを設けることなく真空容器内の排気を短時間で行い、より効率良く電子源を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板と、該基板の表面に形成された複数の電子放出素子と、該電子放出素子を互いに接続する複数本の配線と、を備えた電子源の製造装置であって、
少なくとも２枚の基板を載置するための支持体と、電子放出素子が形成される領域を上方から覆い、上記基板との間で閉空間を形成する容器と、該閉空間の雰囲気を制御する手段と、上記配線に電圧を印加する手段と、容器或いは支持体の昇降機構と、容器或いは支持体の水平移動手段とを備え、
上記基板の電子放出素子が形成される領域を容器で覆って閉空間を形成し、該閉空間の雰囲気を制御して配線に電圧を印加する処理を施した後、支持体を容器に対して相対的に降下させることで容器を基板から離し、支持体を容器に対して相対的に水平移動させることによって容器を他方の基板上に移動させ、支持体を容器に対して相対的に上昇させることによって他方の基板と容器とで閉空間を形成し、電圧印加処理が終了した基板を新たな基板に交換する操作を繰り返す工程において、電圧印加処理後の閉空間を低露点ガスでパージした後、他方の基板の閉空間を形成するまでの間、容器内のパージを継続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板交換時の真空容器内への大気中の水分子の混入を低減することが可能になり、その結果、排気時間を短縮することができる。従って、真空ポンプ等のコンポーネンツの小型化が可能になり、装置コストの安価な電子源の製造装置を実現できる。また、製造工程のタクトタイムが短くなることにより生産コストを低減でき、安価で均一性の高い電子源を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の製造装置で製造される電子源は、基板と、該基板の表面に形成された複数の電子放出素子と、該電子放出素子を互いに接続する複数本の配線と、を備えている。
【００１５】
本発明の電子源の製造装置は上記目的を達成させるために、次のような特徴をもった装置となっている。
【００１６】
本発明の電子源の製造装置は、少なくとも２枚の基板を載置するための支持体と、電子放出素子が形成される領域を上方から覆い、上記基板との間で閉空間を形成する容器とを具備している。そして、該閉空間の雰囲気を制御する手段と、上記配線に電圧を印加する手段と、容器或いは支持体の昇降機構と、容器或いは支持体の水平移動手段とを備えている。よって、支持体上の１枚の基板を容器で覆って閉空間を形成し、該閉空間を形成している基板表面の電子放出素子が形成される領域に対して、所定の雰囲気に保持して電圧を印加できる構成となっている。
【００１７】
さらに、電圧印加後の基板と、次に電圧を印加する基板とが支持体上に同時に載置され、支持体を降下或いは容器を上昇させることによって、基板と容器の開口部との間に所定の距離をあけることができる。この状態で、支持体或いは容器を水平移動させることによって、容器を電圧印加後の基板上から次の基板上に移動させることにより、容器内から基板の搬出と搬入を行う。
【００１８】
上記したように、本発明の製造装置においては、支持体上に載置した基板を１枚ずつ電圧印加処理すると同時に、処理の終了した基板を新しい基板に交換する操作を繰り返す。
【００１９】
尚、本発明において電圧印加とは、電子放出素子の構成部材である導電性膜に亀裂を形成するためのフォーミング処理、及び、フォーミング処理で形成された亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる活性化処理、の少なくとも一方である。
【００２０】
本発明においては、電圧印加後の閉空間内を低露点ガスでパージするが、該パージは、該閉空間から次の基板の閉空間を形成するまでの間継続して行う。これにより、容器内は基板の搬出、搬入時に常に低露点ガスでパージされ、大気にほとんど接触しない。よって、容器内に水分子が混入することがなく、次の基板の閉空間を真空排気する時間が大幅に短縮される。
【００２１】
本発明の製造装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明による電子源製造装置の第１の実施形態を示す構成図であり、当該装置においてフォーミング処理と活性化処理とを連続して行うことができる。図１において、１は真空容器、２ａは電圧印加前の次の基板、２ｂは電圧印加後の基板、３は基板支持体である。電圧印加前の次の基板２ａと電圧印加後基板２ｂは基板支持体３に載置されている。また、電圧印加前の次の基板２ａと電圧印加後基板２ｂとの間にスペーサー１９が設置されていて、電圧印加前の次の基板２ａと電圧印加後基板２ｂとスペーサー１９によって、あたかも１枚の基板が基板支持体３に載置されているような構成となっている。４は昇降機構であり、基板支持体３を昇降させる機構である。昇降機構４によって基板支持体３に載置されている電圧印加前の次の基板２がシール部材６に押し当てられ、シール部材６によって真空容器１を密閉する。
【００２３】
８は真空ポンプ、５ａ乃至５ｈはバルブ、１８は排気配管である。真空容器１は排気配管１８に接続されている真空ポンプ８によって真空排気され、所定の雰囲気に保持される。１５は真空計であり、真空容器１の圧力を計測する。電圧印加前基板２ａ上に形成された電子放出素子（不図示）は対向する一対の素子電極に接続されていて、その一部に導電性膜が形成されている。これらの電子放出素子は印加前基板２ａ上、及び印加後基板２ｂ上に複数個配置され、各電子放出素子は配線で接続されている。
【００２４】
７は電圧印加手段である駆動ドライバー、９は電圧印加前基板２ａ上に形成された配線と駆動ドライバー７を接続する配線である。また、１１は水分除去フィルター、１０はガス流量制御装置、２２はガス供給配管、１２は有機物質ガス、１３はキャリアガス、１７は真空容器１内の露点を計測できる露点計である。１４は基板支持体３と昇降機構４からなる構造物を水平移動させる手段であるスライド機構であり、図１では左右方向に基板支持体３を水平移動させることができる。スライド機構１４の機能や動作等については詳しく後述する。基板支持体３は印加前基板２ａ及び印加後基板２ｂを保持して固定するもので、真空チャッキング機構、静電チャッキング機構若しくは固定冶具等により機械的に印加前基板２ａと印加後基板２ｂを固定する機構を有する。基板支持体３の内部には、図示されていないヒーターが設けられ、必要に応じて印加前基板２ａと印加後基板２ｂを加熱することができる。また真空容器１を加熱することができるヒーター（不図示）も設けられている。
【００２５】
真空容器１は、ガラスやステンレス製の容器であり、容器からの放出ガスの少ない材料のものが好ましい。真空容器１は、少なくとも、１．３３×１０-6Ｐａ乃至大気圧の圧力範囲に耐えられる構造のものである。シール部材６は電子源基板２と真空容器１との気密性を保持するためのものであり、耐熱性やガス透過遮断性の優れたＯリングやゴム性シート等が用いられる。
【００２６】
有機物質ガス１２には、電子放出素子の活性化に用いられる有機物質又は有機物質を窒素、ヘリウム、アルゴン等で希釈した混合気体が用いられる。また、フォーミングの通電処理を行う際には、導電性膜への亀裂形成を促進するための気体、例えば、還元性を有する水素ガス等を真空容器１内に導入することもある。これらのガスはガス供給配管１９により真空容器１に供給される。
【００２７】
有機物質ガス１２は有機物質が常温で気体である場合には、そのまま使用でき、有機物質が常温で液体又は固体の場合には、容器内で蒸発又は昇華させて用いる、或いは更にこれを希釈ガスと混合する等して用いることができる。キャリアガス１３には、窒素又はアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが用いられる。
【００２８】
有機物質ガス１２とキャリアガス１３は、一定の割合で混合されて、真空容器１内に導入される。両者の流量及び混合比は、ガス流量制御装置１０によって制御される。ガス流量制御装置１０は、マスフローコントローラ及び電磁弁等から構成されている。混合ガスの加熱温度は、印加前基板２ａの温度と同等にすることが好ましい。
【００２９】
尚、ガス流量制御装置１０とガス供給配管１９の途中に、水分除去フィルター１１を設けて、導入ガス中の水分を除去するとより好ましい。水分除去フィルター１１には、シリカゲル、モレキュラーシーブ、水酸化マグネシウム等の吸湿材を用いることができる。
【００３０】
真空ポンプ４としては、ドライポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクロールポンプ等の低真空用ポンプが挙げられ、オイルフリーポンプが好ましく用いられる。
【００３１】
真空容器１内の雰囲気は電圧印加処理後、バルブ５ｈより低露点ガス１６によって大気圧まで戻される。この低露点ガス１６は、本発明にかかる工程中に真空容器１内に水分子を付着させない低湿度のガスであり、具体的には、露点が−８０℃以下のガスが好ましく、ドライエアーもしくは窒素が好ましく、必要であれば不活性ガスであっても構わない。尚、フォーミング処理や活性化処理については上記特開平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号公報等に記載されている従来の処理方法が好ましく適用される。
【００３２】
また、既に電圧印加処理が済んだ印加後基板２ｂは、次の基板の電圧印加処理中に基板支持体３の固定機構より解除され、基板搬送機構（不図示）によって基板支持体３から排除される。そして、前述の印加前基板２ａとは異なる新しい印加前基板が基板搬送機構によって基板支持体３に載置される。
【００３３】
その際、次に処理される基板を基板支持体３にセットした後、電圧印加処理を行うため、電圧を印加するための駆動ドライバーと基板上に形成されている導電性膜に接続されている配線とを接続する工程がある。この時、位置合わせをするために基板が載置してある基板支持体３の上でアライメント機構（不図示）によって前後左右方向に移動して位置合わせをする。
【００３４】
本例では、駆動ドライバー７と電圧印加後基板２ｂ上の配線とを接続する配線９は電圧印加処理終了後、電圧印加後基板２ｂより離れる方向に移動し、駆動ドライバー７と電圧印加後基板２上の配線との接続が解除される。これは、真空容器１内の低露点ガス１６でのパージ中に行う。
【００３５】
真空容器１内の圧力が大気圧になったことと配線９による駆動ドライバー７と基板２ｂ上の配線との接続解除を確認後、印加後基板２ｂを固定する支持体３は昇降機構４によって図１の下方に降りていく。尚、基板支持体３は昇降機構４を使用して昇降させているが、真空容器１が昇降可能になっていても構わない。本発明においては、基板支持体３が真空容器１に対して相対的に昇降できればよい。この間、真空容器１内は低露点ガスによるパージを継続し、真空容器１内の雰囲気の露点を露点計１７で監視できるようになっている。
【００３６】
この昇降機構４の駆動による基板支持体３の降下時に、電圧印加後基板２ｂとシール部材６とが離れる時の距離をセンサ（不図示）で検出する。このセンサとしては、例えば、機械スイッチ等を用い、基板支持体３が降下する時の距離を検出する。電圧印加後基板２ｂとシール部材６との距離が、例えば、２ｍｍになると、今まで電圧印加後基板２ｂによって覆われていた真空容器１の一面を覆うように、次に処理される電圧印加前基板２ａがスライド機構１４によって電圧印加後基板２ｂと入れ替わる。図１では紙面左方向へ平行移動する。また電圧印加前基板２ａと電圧印加後基板２ｂ及びスペーサー１９がシール部材６と接触しないようにスライドする。この間も常に低露点ガス１６によって真空容器１内はパージされている。本発明においては、低露点ガス１６のパージによって真空容器１内への大気の侵入を阻止するため、基板２ｂとシール部材６の距離は基板２ｂの水平移動の際にシール部材６が基板２ｂ上の素子等部材に接しない範囲で最小限にとどめる必要がある。具体的には、通常の電子源を製造する場合で５ｍｍ以下である。
【００３７】
スライド機構１４が所定の位置に移動完了後、基板支持体３及び電圧印加前基板ａは昇降機構４によって上方へ上昇し、シール部材６と接触する位置で停止する。昇降機構４の停止確認後ただちに低露点ガス１６によるパージ工程は終了する。
【００３８】
このように、真空容器１と基板２ａ、２ｂとが離れている間は常に真空容器１内には低露点ガス１６がパージされるため、真空容器１内への大気混入が防止される。
【００３９】
真空容器１はシール部材６と電圧印加前基板２ａによって閉空間が形成されている。この状態で、真空容器１内を排気した後、電圧印加処理を行う。この時、駆動ドライバー７と電子源基板上の配線を配線９によって接続し、電子源基板の電子放出素子に駆動ドライバー７から電圧を印加することで電圧印加処理を行う。電圧印加処理が終了すると、同様に低露点ガス１６によって真空容器１をパージして大気圧まで戻し、昇降機構４とスライド機構１４によって電子源基板の交換を行う。この時スライド機構４は図１では右方向へ平行移動する。
【００４０】
尚、本例ではスライド機構４により基板支持体３を水平移動させているが、本発明においては、基板支持体３を真空容器１に対して相対的に水平移動させることができればよく、真空容器１を水平移動させるスライド機構を用いても良い。
【００４１】
次に、図２及び図３は本発明の第２の実施形態を示す図である。尚、図２は図１と同様に要部の構成のみ示す。その他の構成は図１と同様である。本例では、基板を載置する基板支持体３を水平方向に回転させて基板交換を行う回転スライド機構２０を採用した点が第１の実施形態と異なっている。よって、係る構成についてのみ説明する。
【００４２】
この回転スライド機構２０を上面から見た時の図を図３に示す。本例で採用した基板支持体３及びスペーサー２１は図のように円形状になっており、基板固定機構（不図示）によって電圧印加前基板２ａと電圧印加後基板２ｂが載置されている。このスペーサー２１は分割構造になっていても構わない。また基板支持体３及びスペーサー２１の形状は円形状に限るものではなく、真空容器１によって電子放出素子の形成領域が覆われ、且つ真空容器１とで閉空間が形成される形状であれば構わない。またこの２枚の基板とスペーサー２１によって、あたかも１枚の基板が基板支持体３に載置されているような構成となっている。これは２枚の基板とスペーサー２１の高さが同じになっていて、一枚の平面の基板が基板支持体３に載置されている状態が好ましい。また電圧印加前基板２ａと電圧印加後基板２ｂ及びスペーサー２１がシール部材６と接触しないように回転スライド機構２０の回転駆動機構（不図示）によって基板支持体３は回転する。この回転駆動機構は電動モーターであっても構わないし、油圧シリンダーエアシリンダーの推力をラックアンドピニオンの伝達要素を使って回転運動に変換する機構であっても構わない。また、回転スライド機構２０は図３で言うと右回転、左回転のどちらでも構わない。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
第１の実施形態の装置において昇降機構４の降下移動距離を２ｍｍとして基板交換を実施し、排気時間を測定した。尚、図１に示す真空容器１の材料はステンレス鋼製でＳＵＳ３０４Ｌを使用し、真空容器１の内面は電解複合研磨処理を施した。真空容器１の体積は０．１７ｍ3、真空容器１の加熱温度５０℃、真空容器１と排気配管１８の接続口での実効排気速度を９００Ｌ／ｓとして１２０秒間の基板交換を想定して排気時間の測定を行った。また、この測定を実施する前に真空容器１は１０時間１５０℃の脱ガス処理を施した。
【００４４】
また、比較例として、昇降機構４の降下移動距離を３００ｍｍとして低露点ガスのパージが不十分である状態（大気が容器内に接触する状態）として基板交換を実施した。この際の交換時間は１２０秒として行った。
【００４５】
測定結果は、１．０×１０-4Ｐａまでの排気時間は、実施例は約７．４分、比較例は約８．９分であった。また３．０×１０-5Ｐａまでの排気時間は、実施例は２８．３分、比較例は３９分となった。尚、真空容器１は粗引きポンプ（不図示）で大気圧から排気したが、本例では７０Ｐａまで粗引きして、その所要時間はいずれの場合も１００秒であり、前述の排気時間に含まれる。
【００４６】
従って、この測定結果から、本発明の装置では、真空容器１への大気混入量を軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。
【００４７】
（実施例２）
第２の実施形態の装置を用いる以外は実施例１と同様にして、排気時間を測定した。比較例としては、実施例１と同様に昇降機構４の降下移動距離を３００ｍｍとした。
【００４８】
その結果、１．０×-4Ｐａまでの排気時間は、実施例は約７．４分、比較例は約８．９分であった。また３．０×１０-5Ｐａまでの排気時間は、実施例は２９．９分、比較例は３９分となった。尚、真空容器１は粗引きポンプ（不図示）で大気圧から排気したが、本例では７０Ｐａまで粗引きして、その所要時間はいずれの場合も１００秒であり、前述の排気時間に含まれている。
【００４９】
従って、この測定結果から、本発明の装置では、真空容器１への大気混入量を軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の製造装置の一実施形態の構成を模式的示す図である。
【図２】本発明の製造装置の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図３】図２の製造装置の回転スライド機構を上面から見た時の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 真空容器
２ａ、２ｂ 電子源基板
３ 基板支持体
４ 昇降機構
５ａ乃至５ｈ バルブ
６ シール部材
７ 駆動ドライバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置等に用いられる電子源の製造装置、特に、真空容器の排気を改良する構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子としては、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のものが知られており、本出願人は、冷陰極電子放出素子として、新規な構成を有する表面伝導型電子放出素子とその応用に関し、多数の発明を行っている。その基本的な構成、製造方法などは、例えば特許文献１及び特許文献２等に開示されている。この表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例としては、基板上に設けた一対の素子電極間を連絡する導電性膜に、フォーミングと呼ばれる通電処理と活性化処理によって、電子放出部を形成したものが挙げられる。
【０００３】
フォーミング処理とは、前記導電性膜の両端に電圧を印加通電し、該導電性膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした亀裂を形成する処理である。また、活性化処理とは、有機化合物を有する真空雰囲気下において前記導電性膜の両端に電圧を印加通電し、前記亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる処理である。尚、電子放出は、その亀裂付近から行われる。
【０００４】
従来の表面伝導型電子放出素子の製造は以下のように行われていた。基板上に、導電性膜及び該導電性膜に接続された一対の素子電極からなる素子を複数と、該複数の素子を接続した配線とが形成された電子源基板を作製する。次に、作製した電子源基板の上記素子を形成した領域を真空容器で覆い、真空容器内を真空排気する。真空排気後、外部端子と通じて上記各素子に電圧を印加して各素子の導電性膜に亀裂を形成する。更に、該真空容器内に有機化合物を含む気体を導入して、有機化合物が存在する雰囲気下で前記各素子に再度外部端子を通じて電圧を印加して、該亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる。堆積後、真空容器内を大気圧まで戻してから基板を交換する。
【０００５】
従来の電子源製造装置は、基板が支持体によって固定され、基板に形成された素子を覆う真空容器を被せ、真空容器の内部を排気してフォーミング及び活性化処理を施していた。そのため、基板の一面は真空側で反対面は大気側にさらされるため、いわば真空フランジと同等の機能を必要とされていた。しかし基板は１０ｍｍにも満たない厚さのため真空に絶えられる強度を持っていない。そこで基板を固定する支持体に密着固定させ真空にも絶えられる構造となっている。
【０００６】
この様な基板保持構造となっているので、ロードロック室を持った真空一貫のマルチチャンバー型の製造装置になっていない。従って基板の交換時には真空容器が大気にさらされることになる。特許文献３には、短時間の真空排気を可能にする手段を講じて生産性の向上可能な電子源の製造装置を提供している。具体的には、電子源基板を支持するための支持体と、前記電子源基板の一部を覆い、前記電子源基板との接触部に開口を有する容器と、更に前記開口を覆うシャッターを有することを特徴としている。このような電子源の製造装置によれば、前記電子源基板を覆っていた真空容器の開口部を、基板の離脱と共にシャッターで覆う手段を用いることによって、電子源基板の交換時における真空容器内への水分子混入を軽減でき、短時間の真空排気を可能にしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２３５２５５号公報
【特許文献２】特開平８−１７１８４９号公報
【特許文献３】特開２００４−１８４５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された装置において、シャッター挿入時には、真空容器の開口部と接触しながら動作するので、シャッターのたわみ防止のために該シャッターは１０ｍｍ以上の厚さ（高さ）を持った構造になっている。そのため、容器の開口部と基板との間は、最低でもこの厚さ以上の隙間が必要になる。このため水分子の混入量はシャッターが無い構造よりは軽減されるが、完全に防止できる構造とはなっていない。
【０００９】
更には、基板を支持体に載せた後、上記のフォーミング処理、活性化処理を行うため、電圧を印加するための駆動ドライバーと基板上に形成されている導電性膜に接続されている配線とを接続する工程がある。この時、位置合わせをするために基板が載置してある支持体が前後左右方向に駆動して位置合わせをするが、この位置あわせ時にも真空容器は大気にさらされてしまう。
【００１０】
よって、所定の圧力領域まで短時間で排気するために、大排気量の真空ポンプを設けるなどして短時間での排気を可能にしているが、装置の大型化を招き装置コストも高くなってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、上記課題を解決し、電子源の製造装置において、大型のポンプを設けることなく真空容器内の排気を短時間で行い、より効率良く電子源を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板と、該基板の表面に形成された複数の電子放出素子と、該電子放出素子を互いに接続する複数本の配線と、を備えた電子源の製造装置であって、
少なくとも２枚の基板を載置するための支持体と、電子放出素子が形成される領域を上方から覆い、上記基板との間で閉空間を形成する容器と、該閉空間の雰囲気を制御する手段と、上記配線に電圧を印加する手段と、容器或いは支持体の昇降機構と、容器或いは支持体の水平移動手段とを備え、
上記基板の電子放出素子が形成される領域を容器で覆って閉空間を形成し、該閉空間の雰囲気を制御して配線に電圧を印加する処理を施した後、支持体を容器に対して相対的に降下させることで容器を基板から離し、支持体を容器に対して相対的に水平移動させることによって容器を他方の基板上に移動させ、支持体を容器に対して相対的に上昇させることによって他方の基板と容器とで閉空間を形成し、電圧印加処理が終了した基板を新たな基板に交換する操作を繰り返す工程において、電圧印加処理後の閉空間を低露点ガスでパージした後、他方の基板の閉空間を形成するまでの間、容器内のパージを継続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板交換時の真空容器内への大気中の水分子の混入を低減することが可能になり、その結果、排気時間を短縮することができる。従って、真空ポンプ等のコンポーネンツの小型化が可能になり、装置コストの安価な電子源の製造装置を実現できる。また、製造工程のタクトタイムが短くなることにより生産コストを低減でき、安価で均一性の高い電子源を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の製造装置で製造される電子源は、基板と、該基板の表面に形成された複数の電子放出素子と、該電子放出素子を互いに接続する複数本の配線と、を備えている。
【００１５】
本発明の電子源の製造装置は上記目的を達成させるために、次のような特徴をもった装置となっている。
【００１６】
本発明の電子源の製造装置は、少なくとも２枚の基板を載置するための支持体と、電子放出素子が形成される領域を上方から覆い、上記基板との間で閉空間を形成する容器とを具備している。そして、該閉空間の雰囲気を制御する手段と、上記配線に電圧を印加する手段と、容器或いは支持体の昇降機構と、容器或いは支持体の水平移動手段とを備えている。よって、支持体上の１枚の基板を容器で覆って閉空間を形成し、該閉空間を形成している基板表面の電子放出素子が形成される領域に対して、所定の雰囲気に保持して電圧を印加できる構成となっている。
【００１７】
さらに、電圧印加後の基板と、次に電圧を印加する基板とが支持体上に同時に載置され、支持体を降下或いは容器を上昇させることによって、基板と容器の開口部との間に所定の距離をあけることができる。この状態で、支持体或いは容器を水平移動させることによって、容器を電圧印加後の基板上から次の基板上に移動させることにより、容器内から基板の搬出と搬入を行う。
【００１８】
上記したように、本発明の製造装置においては、支持体上に載置した基板を１枚ずつ電圧印加処理すると同時に、処理の終了した基板を新しい基板に交換する操作を繰り返す。
【００１９】
尚、本発明において電圧印加とは、電子放出素子の構成部材である導電性膜に亀裂を形成するためのフォーミング処理、及び、フォーミング処理で形成された亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる活性化処理、の少なくとも一方である。
【００２０】
本発明においては、電圧印加後の閉空間内を低露点ガスでパージするが、該パージは、該閉空間から次の基板の閉空間を形成するまでの間継続して行う。これにより、容器内は基板の搬出、搬入時に常に低露点ガスでパージされ、大気にほとんど接触しない。よって、容器内に水分子が混入することがなく、次の基板の閉空間を真空排気する時間が大幅に短縮される。
【００２１】
本発明の製造装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明による電子源製造装置の第１の実施形態を示す構成図であり、当該装置においてフォーミング処理と活性化処理とを連続して行うことができる。図１において、１は真空容器、２ａは電圧印加前の次の基板、２ｂは電圧印加後の基板、３は基板支持体である。電圧印加前の次の基板２ａと電圧印加後基板２ｂは基板支持体３に載置されている。また、電圧印加前の次の基板２ａと電圧印加後基板２ｂとの間にスペーサー１９が設置されていて、電圧印加前の次の基板２ａと電圧印加後基板２ｂとスペーサー１９によって、あたかも１枚の基板が基板支持体３に載置されているような構成となっている。４は昇降機構であり、基板支持体３を昇降させる機構である。昇降機構４によって基板支持体３に載置されている電圧印加前の次の基板２がシール部材６に押し当てられ、シール部材６によって真空容器１を密閉する。
【００２３】
８は真空ポンプ、５ａ乃至５ｈはバルブ、１８は排気配管である。真空容器１は排気配管１８に接続されている真空ポンプ８によって真空排気され、所定の雰囲気に保持される。１５は真空計であり、真空容器１の圧力を計測する。電圧印加前基板２ａ上に形成された電子放出素子（不図示）は対向する一対の素子電極に接続されていて、その一部に導電性膜が形成されている。これらの電子放出素子は印加前基板２ａ上、及び印加後基板２ｂ上に複数個配置され、各電子放出素子は配線で接続されている。
【００２４】
７は電圧印加手段である駆動ドライバー、９は電圧印加前基板２ａ上に形成された配線と駆動ドライバー７を接続する配線である。また、１１は水分除去フィルター、１０はガス流量制御装置、２２はガス供給配管、１２は有機物質ガス、１３はキャリアガス、１７は真空容器１内の露点を計測できる露点計である。１４は基板支持体３と昇降機構４からなる構造物を水平移動させる手段であるスライド機構であり、図１では左右方向に基板支持体３を水平移動させることができる。スライド機構１４の機能や動作等については詳しく後述する。基板支持体３は印加前基板２ａ及び印加後基板２ｂを保持して固定するもので、真空チャッキング機構、静電チャッキング機構若しくは固定冶具等により機械的に印加前基板２ａと印加後基板２ｂを固定する機構を有する。基板支持体３の内部には、図示されていないヒーターが設けられ、必要に応じて印加前基板２ａと印加後基板２ｂを加熱することができる。また真空容器１を加熱することができるヒーター（不図示）も設けられている。
【００２５】
真空容器１は、ガラスやステンレス製の容器であり、容器からの放出ガスの少ない材料のものが好ましい。真空容器１は、少なくとも、１．３３×１０-6Ｐａ乃至大気圧の圧力範囲に耐えられる構造のものである。シール部材６は電子源基板２と真空容器１との気密性を保持するためのものであり、耐熱性やガス透過遮断性の優れたＯリングやゴム性シート等が用いられる。
【００２６】
有機物質ガス１２には、電子放出素子の活性化に用いられる有機物質又は有機物質を窒素、ヘリウム、アルゴン等で希釈した混合気体が用いられる。また、フォーミングの通電処理を行う際には、導電性膜への亀裂形成を促進するための気体、例えば、還元性を有する水素ガス等を真空容器１内に導入することもある。これらのガスはガス供給配管１９により真空容器１に供給される。
【００２７】
有機物質ガス１２は有機物質が常温で気体である場合には、そのまま使用でき、有機物質が常温で液体又は固体の場合には、容器内で蒸発又は昇華させて用いる、或いは更にこれを希釈ガスと混合する等して用いることができる。キャリアガス１３には、窒素又はアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが用いられる。
【００２８】
有機物質ガス１２とキャリアガス１３は、一定の割合で混合されて、真空容器１内に導入される。両者の流量及び混合比は、ガス流量制御装置１０によって制御される。ガス流量制御装置１０は、マスフローコントローラ及び電磁弁等から構成されている。混合ガスの加熱温度は、印加前基板２ａの温度と同等にすることが好ましい。
【００２９】
尚、ガス流量制御装置１０とガス供給配管１９の途中に、水分除去フィルター１１を設けて、導入ガス中の水分を除去するとより好ましい。水分除去フィルター１１には、シリカゲル、モレキュラーシーブ、水酸化マグネシウム等の吸湿材を用いることができる。
【００３０】
真空ポンプ４としては、ドライポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクロールポンプ等の低真空用ポンプが挙げられ、オイルフリーポンプが好ましく用いられる。
【００３１】
真空容器１内の雰囲気は電圧印加処理後、バルブ５ｈより低露点ガス１６によって大気圧まで戻される。この低露点ガス１６は、本発明にかかる工程中に真空容器１内に水分子を付着させない低湿度のガスであり、具体的には、露点が−８０℃以下のガスが好ましく、ドライエアーもしくは窒素が好ましく、必要であれば不活性ガスであっても構わない。尚、フォーミング処理や活性化処理については上記特開平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号公報等に記載されている従来の処理方法が好ましく適用される。
【００３２】
また、既に電圧印加処理が済んだ印加後基板２ｂは、次の基板の電圧印加処理中に基板支持体３の固定機構より解除され、基板搬送機構（不図示）によって基板支持体３から排除される。そして、前述の印加前基板２ａとは異なる新しい印加前基板が基板搬送機構によって基板支持体３に載置される。
【００３３】
その際、次に処理される基板を基板支持体３にセットした後、電圧印加処理を行うため、電圧を印加するための駆動ドライバーと基板上に形成されている導電性膜に接続されている配線とを接続する工程がある。この時、位置合わせをするために基板が載置してある基板支持体３の上でアライメント機構（不図示）によって前後左右方向に移動して位置合わせをする。
【００３４】
本例では、駆動ドライバー７と電圧印加後基板２ｂ上の配線とを接続する配線９は電圧印加処理終了後、電圧印加後基板２ｂより離れる方向に移動し、駆動ドライバー７と電圧印加後基板２上の配線との接続が解除される。これは、真空容器１内の低露点ガス１６でのパージ中に行う。
【００３５】
真空容器１内の圧力が大気圧になったことと配線９による駆動ドライバー７と基板２ｂ上の配線との接続解除を確認後、印加後基板２ｂを固定する支持体３は昇降機構４によって図１の下方に降りていく。尚、基板支持体３は昇降機構４を使用して昇降させているが、真空容器１が昇降可能になっていても構わない。本発明においては、基板支持体３が真空容器１に対して相対的に昇降できればよい。この間、真空容器１内は低露点ガスによるパージを継続し、真空容器１内の雰囲気の露点を露点計１７で監視できるようになっている。
【００３６】
この昇降機構４の駆動による基板支持体３の降下時に、電圧印加後基板２ｂとシール部材６とが離れる時の距離をセンサ（不図示）で検出する。このセンサとしては、例えば、機械スイッチ等を用い、基板支持体３が降下する時の距離を検出する。電圧印加後基板２ｂとシール部材６との距離が、例えば、２ｍｍになると、今まで電圧印加後基板２ｂによって覆われていた真空容器１の一面を覆うように、次に処理される電圧印加前基板２ａがスライド機構１４によって電圧印加後基板２ｂと入れ替わる。図１では紙面左方向へ平行移動する。また電圧印加前基板２ａと電圧印加後基板２ｂ及びスペーサー１９がシール部材６と接触しないようにスライドする。この間も常に低露点ガス１６によって真空容器１内はパージされている。本発明においては、低露点ガス１６のパージによって真空容器１内への大気の侵入を阻止するため、基板２ｂとシール部材６の距離は基板２ｂの水平移動の際にシール部材６が基板２ｂ上の素子等部材に接しない範囲で最小限にとどめる必要がある。具体的には、通常の電子源を製造する場合で５ｍｍ以下である。
【００３７】
スライド機構１４が所定の位置に移動完了後、基板支持体３及び電圧印加前基板ａは昇降機構４によって上方へ上昇し、シール部材６と接触する位置で停止する。昇降機構４の停止確認後ただちに低露点ガス１６によるパージ工程は終了する。
【００３８】
このように、真空容器１と基板２ａ、２ｂとが離れている間は常に真空容器１内には低露点ガス１６がパージされるため、真空容器１内への大気混入が防止される。
【００３９】
真空容器１はシール部材６と電圧印加前基板２ａによって閉空間が形成されている。この状態で、真空容器１内を排気した後、電圧印加処理を行う。この時、駆動ドライバー７と電子源基板上の配線を配線９によって接続し、電子源基板の電子放出素子に駆動ドライバー７から電圧を印加することで電圧印加処理を行う。電圧印加処理が終了すると、同様に低露点ガス１６によって真空容器１をパージして大気圧まで戻し、昇降機構４とスライド機構１４によって電子源基板の交換を行う。この時スライド機構４は図１では右方向へ平行移動する。
【００４０】
尚、本例ではスライド機構４により基板支持体３を水平移動させているが、本発明においては、基板支持体３を真空容器１に対して相対的に水平移動させることができればよく、真空容器１を水平移動させるスライド機構を用いても良い。
【００４１】
次に、図２及び図３は本発明の第２の実施形態を示す図である。尚、図２は図１と同様に要部の構成のみ示す。その他の構成は図１と同様である。本例では、基板を載置する基板支持体３を水平方向に回転させて基板交換を行う回転スライド機構２０を採用した点が第１の実施形態と異なっている。よって、係る構成についてのみ説明する。
【００４２】
この回転スライド機構２０を上面から見た時の図を図３に示す。本例で採用した基板支持体３及びスペーサー２１は図のように円形状になっており、基板固定機構（不図示）によって電圧印加前基板２ａと電圧印加後基板２ｂが載置されている。このスペーサー２１は分割構造になっていても構わない。また基板支持体３及びスペーサー２１の形状は円形状に限るものではなく、真空容器１によって電子放出素子の形成領域が覆われ、且つ真空容器１とで閉空間が形成される形状であれば構わない。またこの２枚の基板とスペーサー２１によって、あたかも１枚の基板が基板支持体３に載置されているような構成となっている。これは２枚の基板とスペーサー２１の高さが同じになっていて、一枚の平面の基板が基板支持体３に載置されている状態が好ましい。また電圧印加前基板２ａと電圧印加後基板２ｂ及びスペーサー２１がシール部材６と接触しないように回転スライド機構２０の回転駆動機構（不図示）によって基板支持体３は回転する。この回転駆動機構は電動モーターであっても構わないし、油圧シリンダーエアシリンダーの推力をラックアンドピニオンの伝達要素を使って回転運動に変換する機構であっても構わない。また、回転スライド機構２０は図３で言うと右回転、左回転のどちらでも構わない。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
第１の実施形態の装置において昇降機構４の降下移動距離を２ｍｍとして基板交換を実施し、排気時間を測定した。尚、図１に示す真空容器１の材料はステンレス鋼製でＳＵＳ３０４Ｌを使用し、真空容器１の内面は電解複合研磨処理を施した。真空容器１の体積は０．１７ｍ3、真空容器１の加熱温度５０℃、真空容器１と排気配管１８の接続口での実効排気速度を９００Ｌ／ｓとして１２０秒間の基板交換を想定して排気時間の測定を行った。また、この測定を実施する前に真空容器１は１０時間１５０℃の脱ガス処理を施した。
【００４４】
また、比較例として、昇降機構４の降下移動距離を３００ｍｍとして低露点ガスのパージが不十分である状態（大気が容器内に接触する状態）として基板交換を実施した。この際の交換時間は１２０秒として行った。
【００４５】
測定結果は、１．０×１０-4Ｐａまでの排気時間は、実施例は約７．４分、比較例は約８．９分であった。また３．０×１０-5Ｐａまでの排気時間は、実施例は２８．３分、比較例は３９分となった。尚、真空容器１は粗引きポンプ（不図示）で大気圧から排気したが、本例では７０Ｐａまで粗引きして、その所要時間はいずれの場合も１００秒であり、前述の排気時間に含まれる。
【００４６】
従って、この測定結果から、本発明の装置では、真空容器１への大気混入量を軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。
【００４７】
（実施例２）
第２の実施形態の装置を用いる以外は実施例１と同様にして、排気時間を測定した。比較例としては、実施例１と同様に昇降機構４の降下移動距離を３００ｍｍとした。
【００４８】
その結果、１．０×-4Ｐａまでの排気時間は、実施例は約７．４分、比較例は約８．９分であった。また３．０×１０-5Ｐａまでの排気時間は、実施例は２９．９分、比較例は３９分となった。尚、真空容器１は粗引きポンプ（不図示）で大気圧から排気したが、本例では７０Ｐａまで粗引きして、その所要時間はいずれの場合も１００秒であり、前述の排気時間に含まれている。
【００４９】
従って、この測定結果から、本発明の装置では、真空容器１への大気混入量を軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の製造装置の一実施形態の構成を模式的示す図である。
【図２】本発明の製造装置の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図３】図２の製造装置の回転スライド機構を上面から見た時の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 真空容器
２ａ、２ｂ 電子源基板
３ 基板支持体
４ 昇降機構
５ａ乃至５ｈ バルブ
６ シール部材
７ 駆動ドライバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板の表面に形成された複数の電子放出素子と、該電子放出素子を互いに接続する複数本の配線と、を備えた電子源の製造装置であって、
少なくとも２枚の基板を載置するための支持体と、電子放出素子が形成される領域を上方から覆い、上記基板との間で閉空間を形成する容器と、該閉空間の雰囲気を制御する手段と、上記配線に電圧を印加する手段と、容器或いは支持体の昇降機構と、容器或いは支持体の水平移動手段とを備え、
上記基板の電子放出素子が形成される領域を容器で覆って閉空間を形成し、該閉空間の雰囲気を制御して配線に電圧を印加する処理を施した後、支持体を容器に対して相対的に降下させることで容器を基板から離し、支持体を容器に対して相対的に水平移動させることによって容器を他方の基板上に移動させ、支持体を容器に対して相対的に上昇させることによって他方の基板と容器とで閉空間を形成し、電圧印加処理が終了した基板を新たな基板に交換する操作を繰り返す工程において、電圧印加処理後の閉空間を低露点ガスでパージした後、他方の基板の閉空間を形成するまでの間、容器内のパージを継続することを特徴とする電子源の製造装置。
【請求項１】
基板と、該基板の表面に形成された複数の電子放出素子と、該電子放出素子を互いに接続する複数本の配線と、を備えた電子源の製造装置であって、
少なくとも２枚の基板を載置するための支持体と、電子放出素子が形成される領域を上方から覆い、上記基板との間で閉空間を形成する容器と、該閉空間の雰囲気を制御する手段と、上記配線に電圧を印加する手段と、容器或いは支持体の昇降機構と、容器或いは支持体の水平移動手段とを備え、
上記基板の電子放出素子が形成される領域を容器で覆って閉空間を形成し、該閉空間の雰囲気を制御して配線に電圧を印加する処理を施した後、支持体を容器に対して相対的に降下させることで容器を基板から離し、支持体を容器に対して相対的に水平移動させることによって容器を他方の基板上に移動させ、支持体を容器に対して相対的に上昇させることによって他方の基板と容器とで閉空間を形成し、電圧印加処理が終了した基板を新たな基板に交換する操作を繰り返す工程において、電圧印加処理後の閉空間を低露点ガスでパージした後、他方の基板の閉空間を形成するまでの間、容器内のパージを継続することを特徴とする電子源の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−５００１２（Ｐ２０１０−５００１２Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１４９１５（Ｐ２００８−２１４９１５）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]