DE4312049A1

DE4312049A1 - Verfahren zum Bilden von zwischen Elektroden befindlichen Stützstrukturen

Info

Publication number: DE4312049A1
Application number: DE4312049A
Authority: DE
Inventors: David A Cathey; Tyler A Lowrey; Chris C Yu; J Brett Rolfson; Trung T Doan
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2013-04-14
Also published as: DE4312049C2; JP2653621B2; JPH0660804A; US5232549A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Feldemissionsvorrichtungen und betrifft im spezielleren Verfahren zum Bilden von Abstandsstrukturen, die den auf eine Flachschirm anzeige wirkenden atmosphärischen Druck ohne Beeinträchtigung der Auflösung des Bildes auffangen können.

Kathodenstrahlröhren-Anzeigen des Typs, wie sie bei Bildschirmen von Arbeitsplatz computern allgemein verwendet werden, arbeiten auf der Basis eines von einem Elektronenstrahlen abgegebenen abtastenden Elektronenstrahls, der auf Leuchtstoffe auf einem relativ weit entfernten Schirm auftrifft. Die Elektronen erhöhen das Energieniveau der Leuchtstoffe. Wenn die Leuchtstoffe auf ihr normales Energieniveau zurückkehren, set zen sie Photonen frei, die durch die Glasscheibe des Bildschirms zu dem Betrachter übertragen werden.

Bei Flachschirmanzeigen versucht man, die Kathodolumineszenz-Leuchtstofftechnologie von Kathodenstrahlröhren mit der integrierten Schaltungstechnologie zu kombinieren, um dünne Bildschirme mit hoher Auflösung zu schaffen, bei denen jedes Bildelement bzw. Pixel durch seinen eigenen Elektronenemitter aktiviert wird. Diese Art der Bild schirmanzeigentechnologie erlangt zunehmend Bedeutung bei Geräten, bei denen trag bare Bildschirme mit geringem Gewicht erforderlich sind.

Bei Flachschirmanzeigen des Feldemissionskathoden-Typs ist es wichtig, daß zwischen der Elektronen emittierenden Kathodenfläche sowie ihrer entsprechenden Anodenanzei gefläche (die auch als Anode, Kathodolumineszenzschirm, Anzeigeschirm, Frontplatte oder Anzeigeelektrode bezeichnet wird) ein luftleerer Hohlraum erhalten bleibt.

Zwischen der Kathodenemissionsfläche, (die auch als Basiselektrode, Emitterfläche oder Kathodenfläche bezeichnet wird) und dem Bildschirm ist eine relativ hohe Spannungsdif ferenz, die im allgemeinen zum Beispiel mehr als 200 Volt beträgt, vorhanden. Es ist wichtig, daß ein elektrischer Durchbruch zwischen der Elektronen emittierenden Fläche und der Anodenbildschirmfläche verhindert wird. Gleichzeitig ist die geringe Beabstan dung zwischen den Platten erforderlich, um die gewünschte dünne Ausbildung der Kon struktion sowie eine hohe Bildauflösung zu erzielen. Außerdem muß dieser Abstand auch gleichmäßig sein, um eine konsistente Bildauflösung sowie Helligkeit zu erzeugen, sowie Bildschirmverzerrungen usw. zu vermeiden. Ein ungleichmäßiger Abstand tritt viel wahrscheinlicher bei einem matrixmäßig ansteuerbaren, flachen Vakuumbildschirm mit Feldemissionskathode als bei anderen Bildschirmtypen auf, und zwar aufgrund der hohen Druckdifferenz, die zwischen dem externen Atmosphärendruck und dem Druck im Inneren der luftleeren Kammer zwischen der Basisplatte und der Frontplatte vorhan den ist. Der Druck in der luftleeren Kammer ist typischerweise geringer als 10^-6 Torr.

Bildschirme mit kleiner Fläche (zum Beispiel Bildschirme mit einer Größe von ca. 1 Inch (ca. 2,54 cm) in der Diagonalen benötigen keine Abstandselemente, da Glas mit einer Dicke von ca. 1 mm (ca. 0,04 Inch) der atmosphärischen Belastung standhalten kann, doch bei zunehmender Bildschirmfläche werden Abstandsstützen immer wichtiger. Bei einem Bildschirm mit einer Größe von 30 Inch (ca. 76,2 cm) in der Diagonalen zum Bei spiel wirken mehrere Tonnen Atmosphärendruck auf diesen. Aufgrund dieses enormen Druckes spielen Abstandselemente eine bedeutende Rolle bei der Struktur von Bildschirmen mit großer Fläche und geringem Gewicht.

Abstandselemente werden zwischen der Bildschirmfrontplatte und der Basisplatte inte griert, auf der die Emitterspitzen hergestellt werden. Die Abstandselemente nehmen in Verbindung mit dünnen Substraten geringen Gewichts den Atmosphärendruck auf, wo bei eine Vergrößerung der Bildschirmfläche ohne Zunahme bei der Substratdicke oder mit nur einer geringen Zunahme der Substratdicke ermöglicht wird.

Abstandsstrukturen müssen bestimmten Parametern folgen:

1) Die Stützen müssen ausreichend nicht-leitend sein, um einen elektrischen Durch bruch zwischen der Kathodenanordnung und der Anode zu verhindern, und zwar trotz des relativ engen Abstands zwischen den Elektroden, der in der Größen ordnung von 100 µm liegen kann, sowie der relativ hohen zwischen den Elektro den vorhandenen Spannungsdifferenz, die in der Größenordnung von 200 Volt oder mehr liegen kann;
2) die Stützen müssen mechanische Festigkeit besitzen, so daß sie sich im Lauf der Zeit nur langsam verformen und dadurch der Flachschirmanzeige eine angemes sene Nutzungsdauer verleihen;
3) die Stützen müssen Stabilität unter Elektronenbeschuß aufweisen, da Elektronen an jedem Pixel erzeugt werden;
4) außerdem müssen die Stützen dazu in der Lage sein, "Austrockentemperaturen" von ca. 400°C standzuhalten, die zum Erzeugen des hohen Vakuums zwischen der Frontplatte und der Rückenplatte des Bildschirms erforderlich sind;
5) zusätzlich dazu müssen die Stützen ausreichend klein sein, so daß sie den Bild schirmbetrieb nicht beeinträchtigen, indem sie sichtbar sind.

Es sind bereits verschiedene Typen von Abstandselementen entwickelt worden. Einige Beispiele sind in den US-PS′en 4 183 125 mit dem Titel "Gas Panel Spacer Technolo gy", 4 091 305 mit dem Titel "Method of Making an Insulator-support for Liminescent Display Panels and the Like", 4 422 731 mit dem Titel "Display Unit With Half-stud, Spacer, Connection Layer and Method of Manufacturing" und 4 451 759 mit dem Titel "Flat Viewing Screen with Spacers between Support Plates and Method of Producing Same" offenbart.

Die US-PS 4 923 421 mit dem Titel "Method for Providing Polyimide Spacers in a Field Emission Panel Display" offenbart die Verwendung von Abstandsstützen bei Feldemis sionsbildschirmen. Dieses Patent beschreibt ein Verfahren, bei dem Abstandselemente durch Aufbringen einer Materialschicht auf eine der Plattenoberflächen, Mustergebung des Materials sowie anschließendes Entfernen des Materials mit Ausnahme der die ab standselementbildenden Bereiche hergestellt werden.

Bei den in den vorstehend genannten Patentschriften beschriebenen Stützen und Verfah ren bestehen mehrere Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, daß die Abstandsstützen re lativ groß sein müssen und Durchmesser im Bereich von 50 µm aufweisen müssen, um das geringe Ausmaß an isotroper Verzerrung, das bei anisotropen (Plasma-) Ätzvorgän gen unweigerlich auftritt, unschädlich zu machen. Dies heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn die Stützen zu schmal sind, die Tendenz besteht, daß sie aufgrund von Hin terschneidungen während des zum Eliminieren des die Abstandselemente umgebenden Materials ausgeführten Ätzvorgangs gekrümmt werden.

Diejenigen bekannten Verfahren, bei denen eine Anbringung und Ausrichtung vorgefer tigter Abstandselemente an den Elektroden erfolgen, sind sehr unzuverlässig, mühsam sowie kostenintensiv.

Die vorliegende Erfindung überwindet die genannten Nachteile durch Schaffung eines Verfahrens zum Bilden selbstausgerichteter Stützstrukturen zur Verwendung in Flach schirmanzeigen, bei dem eine in ein Muster gebrachte, reflektierende Schicht oben auf ein Abstandsmaterial aufgebracht wird, auf das anschließend ein Laser gerichtet wird, um das Abstandsmaterial unter Bildung von Stützstrukturen "abzutragen". Auf der in ein Muster gebrachten reflektierenden Schicht kann wahlweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende, in ein Muster gebrachte Schicht aufgebracht werden.

Bei Bildschirmen, bei denen für den Betrieb ein Vakuum zwischen den Platten erforder lich ist, wie zum Beispiel bei einer Kathodolumineszenzanzeige, dienen die Abstandsele mente oder Säulen als körperliche Stütze zwischen den Platten.

In alternativer Weise kann der Laser auch zum "Wegritzen" des überschüssigen Ab standsmaterials verwendet werden, so daß die Abstandsstützstrukturen übrigbleiben. In diesem Fall kann der Laser vorprogrammiert werden, wodurch der Mustergebungs schritt entfällt.

Der Laser kann auch zum Ablösen von Löchern in einer selektiv ätzbaren Schicht ver wendet werden, wobei diese Löcher mit dem Abstandsmaterial gefüllt werden. Das überschüssige Material kann durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt werden, wonach dann das selektiv ätzbare Material entfernt wird und dadurch die Abstandsele mente freigelegt werden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Be gleitzeichnungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Pixels einer Feldemissionsanzeige, bestehend aus einer Frontplatte mit einem Leuchtstoffschirm, die über ein Va kuum hinweg in abgedichteter Weise mit einer Basisplatte verbunden ist, wobei unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Abstandsele mente als Stütze dienen;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Basisplatte, auf die ein Material zur Bildung der Abstandselemente aufgebracht ist, auf dem wiederum ein stark reflektierendes Material in ein Muster gebracht ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Basisplatte der Fig. 2 nach einer erfindungsgemäßen Bestrahlung; und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Basisplatte der Fig. 3 nach dem Entfernen des stark reflektierenden Materials.

Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß die Zeichnungen der vorliegenden Anmel dung nicht maßstabsgetreu sind, sondern lediglich schematische Darstellungen zeigen, in denen die allgemein bekannten speziellen Parameter oder Konstruktionsdetails einer Flachschirmanzeige nicht gezeigt sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Bildelement bzw. Pixel 22 einer Feldemissionsan zeige dargestellt, die eine kalte Kathode verwendet. Bei der Substratschicht 11 handelt es sich vorzugsweise um eine einkristalline Siliziumschicht, auf der eine Schicht 12 aus leitfähigem Material, wie zum Beispiel dotiertes polykristalliertes Silizium, aufgebracht ist. An der Stelle der Feldemissionskathoden sind Mikrokathoden 13 oben auf dem Sub strat 11 ausgebildet worden. Die Mikrokathoden 13 umgebend ist eine Mikroanoden- Gatestruktur 15 vorgesehen.

Wenn eine Spannungsdifferenz durch eine Quelle 20 zwischen der Kathode 13 und dem Gate 15 angelegt wird, wird ein Elektronenfluß 17 in Richtung auf einen mit Leuchtstoff beschichteten Bildschirm 16 emittiert. Der Bildschirm 16 dient als Anode. Die Elektro nenemissionsspitzen 13 sind mit dem Halbleitersubstrat 11 einstückig ausgebildet und dienen als Kathodenleiter. Das Gate 15 dient als eine niedriges Potential aufweisende Anode oder Gitterstruktur für die Kathodenspitzen 13.

Eine Isolierschicht 14 ist auf der leitfähigen Kathodenschicht 12 aufgebracht. Außerdem besitzt der Isolator bzw. die Isolierschicht 14 Öffnungen an den Feldemissionsstellen. Stützstrukturen 18, die auch als Abstandselemente bezeichnet werden, befinden sich zwischen der Frontplatte 16 und der Basisplatte 21 der Anzeige.

In der US-PS 3 875 442 mit dem Titel "Display Panel" ist eine Anzeige offenbart, die ei ne transparente, gasdichte Hülle, zwei planare Hauptelektroden, die innerhalb der Hülle parallel zueinander angeordnet sind, sowie ein Kathodolumineszenzfeld aufweist. Felde missionskathodenstrukturen sind in den US-PS′en 3 665 241, 3 755 704, 3 812 559 und 4 874 981 offenbart.

Die Erfindung ist am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 zu verstehen, in denen die durch eine Abfolge von Herstellungsschritten gemäß der vorliegenden Erfin dung gebildeten anfänglichen, mittleren und sich letztendlich ergebenden Strukturen dar gestellt sind.

Es wird nun zuerst auf Fig. 2 Bezug genommen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbei spiel wird eine geeignete isolierende Schicht 18′ auf eine Elektrodenplatte aufgebracht, wobei die Elektrodenplatte letztendlich zur Bildung einer der Elektrodenplatten der Flachschirmanzeige, und zwar vorzugsweise der die Feldemitteranordnung enthaltenden Basisplatte 21, verwendet wird, wobei es jedoch auch möglich ist, das Isoliermaterial auf den Bildschirm 16 aufzubringen.

Selbstverständlich müssen die Emitterspitzen 13 in geeigneter Weise zum Beispiel mit einer Oxidbeschichtung 10 geschützt werden, bevor die isolierende Schicht oder Ab standsschicht 18′ auf die Basisplatte 21 aufgebracht werden kann. Die Oxidbeschichtung 10 kann später entfernt werden, wenn die Emitterspitzen 13 geschärft werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß das Bezugszeichen 18′ für die Schicht aus dem Material verwendet wird, das letztendlich die stützenden Abstandselemente 18 bildet.

Jegliches dielektrische Material, jegliches isolierende Material oder jegliches chemische Polymermaterial, das sich ätzen oder durch Strahlung (wie zum Beispiel von einem La ser) ablösen läßt, kann für die Abstandsschicht 18′ verwendet werden, doch bei den be vorzugten Materialien handelt es sich um Polyimid oder eine Abwandlung von Polyimid, wie zum Beispiel Kapton, sowie Siliziumnitrid.

Der chemische Polymer 18′ sollte mit einer Tiefe bzw. Dicke aufgebracht werden, die der Höhe der gewünschten Abstandselemente 18 entspricht. Wenn also die gewünschten Abstandselemente 18 eine Dicke von 50 bis 1000 µm aufweisen, sollte die isolierende Schicht 18′ aus chemischem Polymermaterial in etwa mit dieser Dicke aufgebracht wer den.

In der Praxis kann entschieden werden, daß punktartige oder fleckartige Niederschläge (nicht gezeigt) des chemischen Polymers, wie zum Beispiel Polyimid, einer vollflächigen, die gesamte Platte 21 bedeckenden Aufbringung der Schicht 18′ vorzuziehen sind. Die Abstandsstützen 18 nehmen nur wenig Fläche in dem Feld ein, und es kann sich als ko stengünstiger erweisen, einfach das Material um einen speziellen Punkt bzw. eine spe zielle Stelle herum zu entfernen, als die gesamte Platte zu bestrahlen. Die Genauigkeit des verwendeten Lasers bestimmt dabei das Ausmaß der Wirksamkeit solcher punktuel len Niederschläge.

Bei dem nächsten Verfahrensschritt handelt es sich um die Aufbringung eines reflektie renden Materials 19, wie zum Beispiel einer Metallfolie, bei der es sich beispielsweise um Aluminium handeln kann. Ein stark reflektierendes Material ist deshalb bevorzugt, weil ein solches Material die Wärme und das Licht (d. h. die Energie) des darauf gerich teten Laserstrahls reflektiert, anstatt diese zu absorbieren. Zum Ablösen des Alumini ums wäre eine Laserleistungsdichte erforderlich, die 10 bis 20 mal höher ist als die für den chemischen Polymer eingesetzte Laserleistungsdichte. Die Laserleistungsdichte ist definiert als die Anzahl von Photonen pro Sekunde pro Flächeneinheit. Für einen be stimmten Energiepegel ändert sich die Leistungsdichte umgekehrt zum Quadrat aus dem Radius der Stelle. Somit löst sich der chemische Polymer 18′ lange vor dem reflektieren den Material 19 ab, wodurch sich das Verfahren besser steuern läßt.

Die Schicht 19 aus reflektierendem Material läßt sich durch irgendein in der Technik be kanntes Verfahren aufbringen oder niederschlagen, zum Beispiel durch Aufstäuben, Strukturieren, Auflösungs-Strukturieren, Schattenmaskenverfahren, vollflächiges Nie derschlagen usw. Die Tiefe bzw. die Dicke der reflektierenden Metallschicht 19 liegt im Bereich von 0,5 bis 3 µm und beträgt vorzugsweise ca. 2 µm.

Durch die Aufbringung der Metallschicht 19 wird die Konfiguration der Abstandsele mente 18 definiert. Die Abstandselemente 18 können in Form von Säulen oder Platten oder anderen Konfigurationen vorliegen. Die reflektierende Schicht 19 aus Aluminium wird vorzugsweise durch eine Maske hindurch aufgebracht. Alternativ hierzu kann die reflektierende Schicht 19 auch vollflächig aufgebracht und sodann zum Bilden des ge wünschten Musters photomaskiert werden.

Die von dem reflektierenden Metall 19 jeweils bedeckte Fläche stellt die Querschnittsflä che der jeweiligen Abstandsstütze 18 dar. Die bevorzugte Breite einer Abstandsstütze 18 liegt im ungefähren Bereich von 5 bis 25 µm. Die ein hohes Verhältnis von Höhe zu Breite aufweisenden Stützstrukturen 18 besitzen vorzugsweise ein Verhältnis von Höhe zu Breite von 5:1 oder mehr.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine absorbierende Schicht (nicht ge zeigt) anstelle der reflektierenden Schicht 19 verwendet werden. In diesem Fall wird das absorbierende Material an denjenigen Stellen vorgesehen, die abgelöst werden sollen.

Die Strahlungsenergie erwärmt das absorbierende Material rascher, wodurch ein Ablö sen des absorbierenden Materials vor dem Abstandsmaterial 18′ hervorgerufen wird.

Die Platte 21 wird dann vorzugsweise in ein Vakuum gebracht, und es wird ein Laser strahl auf die Platte gerichtet. Diejenigen Bereiche der chemischen Polymerschicht 18′, die von dem reflektierenden Material 19 bedeckt sind, bleiben intakt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Diejenigen Bereiche dagegen, die nur das Polyimid-Abstandsmaterial 18′ dar stellen, werden bei Bestrahlung durch den Laser "abgelöst" oder weggedampft. Die La serenergie verdichtet die isolierende Schicht 18′ und erwärmt das Polyimid bis zu einem Punkt, bei dem es verdampft bzw. abgelöst wird.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel beinhaltet das wahlweise Aufbringen einer in ho hem Maße wärmeleitfähigen Isolierschicht (nicht gezeigt) oben auf der in hohem Maße reflektierenden Schicht 19. Ein Beispiel für ein solches Material mit hoher Wärmeleitfä higkeit ist Aluminiumnitrit. Die wärmeleitfähige Schicht schützt die reflektierende Schicht 19 während des Ablösevorgangs. Nach dem Bestrahlen kann das Aluminiumni trit zum Beispiel in einem Wasserstoffsulfid-Ätzgang entfernt werden.

Die US-PS 4 789 840 mit dem Titel "Intense Laser Irradiation Using Reflective Optics" befaßt sich mit der Lasertechnologie. Bei der ablösenden photochemischen Zersetzung handelt es sich um ein Phänomen, das an der Oberfläche zum Beispiel einer chemischen organischen Polymerzusammensetzung (dies beinhaltet viele Photoresistmaterialien) auf tritt, die mit Laserimpulsen im hohen bzw. kurzwelligen UV-Bereich beaufschlagt wird, für die die Fluenz eines Impulses einen Schwellenwert übersteigt.

Bei geringer Lichtintensität im hohen UV-Bereich, wie zum Beispiel von einer Quecksil berlampe, kann Material in der Gegenwart von Luft oder Sauerstoff in einer beträchtli chen Rate von dem bestrahlten Bereich der Fläche wegoxidiert werden. Bei höherer Lichtintensität im hohen UV-Bereich, wie zum Beispiel bei Verwendung eines im hohen UV-Bereich arbeitenden Lasers, wird die ablösende photochemische Zersetzung an der Oberfläche wirksam. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beziehen sich somit die Begriffe Strahlungsenergie und hohe Energie auf ein derartiges Energieniveau, wie es zur Erzielung der ablösenden photochemischen Zersetzung erforderlich ist.

Der Vorgang der ablösenden photochemischen Zersetzung führt zur spontanen Entfer nung von Material von dem bestrahlten Bereich. Eine geeignete Quelle für Laserimpulse im hohen UV-Bereich ist der Argonfluorid-(ArFI-)Excimer-Laser, der Strahlung bei ca. 193 nm erzeugt. Dieser Laser erzeugt typischerweise Impulse von bis zu einigen hundert Millÿoules pro cm² bei einer Folgefrequenz von bis zu mehreren hundert pro Sekunde, wobei die Intensität der Impulse (für praktische Zwecke) über viele tausend Impulse un verändert bleibt. Eine jede der polymeren chemischen Zusammensetzungen, wie Polycar bonat, Polyimid, Polyethylenterephtalat und Polymethylmethacrylat, lassen sich mit der ablösenden photochemischen Zersetzung durch im hohen UV-Bereich liegende Laserim pulse mit einer Fluenz, die einen Schwellenwert von ca. 50 mJ/cm² übersteigen, ätzen.

Gemäß dem Vorgang zur ablösenden photochemischen Zersetzung ist die Energie eines Photons im hohen UV-Bereich ausreichend, um die Bindungs-Dissoziationsenergie der chemischen Bindungen zu übersteigen. Dies ist der Fall bei einer im hohen UV-Bereich liegenden Strahlung bei 193 nm. Jenseits davon verbleibt die über der Bindungs- Dissoziationsenergie liegende überschüssige Energie des Photons in den zerfallenen Ma terialfragmenten als Translations-, Rotations- und Vibrationsenergie. Als Ergebnis hier von werden die Produkte der ablösenden photochemischen Zersetzung von der Oberflä che der Schicht abgestoßen oder "abgelöst". Man schätzt, daß das Material in ca. zehn ns aus dem bestrahlten Bereich heraustransportiert wird, und als Ergebnis hiervon ent steht nur sehr wenig oder gar keine Erwärmung des Substrats.

Die Effizienz, mit der das abgelöste Material von der ursprünglichen Stelle auf der Ober fläche wegtransportiert wird, steht offensichtlich in Beziehung zu der Energiedifferenz zwischen der Fluenz pro Impuls und dem Ablös-Schwellenwert. Außerdem handelt es sich bei der Tiefe der Ätzung pro Impuls deutlich um eine Funktion der Fluenz des Pul ses, wobei man außerdem festgestellt hat, daß diese Tiefe von der Intensität logarith misch abhängig ist.

Die Merkmale des Reaktionsvorgangs, die diesen als ablösende photochemische Zerset zung definieren, bestehen darin, daß sich das Material ohne Schädigung oder nur mit mi nimaler Schädigung des übrigen Bereichs der Fläche erfolgt, daß die durchschnittliche Geschwindigkeit der abgelösten Materialteilchen 1000 bis 2000 m/s von der Oberfläche weg beträgt, daß die Winkelgeschwindigkeit im Bereich von 25 bis 30° zur Normalen liegt und in senkrecht zu der Oberfläche verlaufender Richtung ihre Spitze hat, und daß sich das Material Schicht für Schicht ablöst, während aufeinanderfolgende Impulse der im hohen UV-Bereich liegenden Strahlung auf das Material gerichtet sind.

Das Ergebnis dieses Ablösevorgangs ist ein sehr sauberes Loch in dem Material, wo durch eine gut definierte Vertiefung verbleibt, deren Seiten gerade sind und im wesentli chen senkrecht zu der Oberfläche verlaufen und deren Boden eben und im wesentlichen parallel zu der Oberfläche verläuft, wobei jeder Impuls (oder durch Strahlung erfolgende Ätzvorgang) im wesentlichen dieselbe Tiefe von der Vertiefung entfernt, wobei sich die se ablösende photochemische Zersetzung durch Dosieren der Intensität sowie der An zahl von Impulsen relativ exakt steuern läßt.

Das chemische Polymermaterial wird in den der Strahlung ausgesetzten Bereichen typischerweise vollständig abgelöst. Sollten jedoch Bruchstücke zurückbleiben, so lassen sich diese durch Ultraschallvibration in einem Fluidbad, bei dem zum Beispiel Wasser verwendet wird, entfernen. Eine andere Möglichkeit zum Entfernen von Bruchstücken besteht in der Verwendung eines Stickstoffstrahls oder eines Strahls aus anderem Gas oder Luft, um die Bruchstücke dadurch wegzublasen.

An diesem Punkt des Verfahrens (siehe Fig. 4) wird die reflektierende Schicht 19 vor zugsweise entfernt, und zwar durch irgendein bekanntes Verfahren, zum Beispiel Ätzen. Die verbleibenden Polyimidstrukturen 18′ dienen als Abstandsstützen 18. Die reflektie rende Schicht 19 muß jedoch nicht entfernt werden, sondern kann auch auf den Ab standselementen 18 verbleiben. Die zum Bilden der reflektierenden Schicht 19 verwen deten Materialien sind oft leitfähig, während jedoch das Material, aus dem die Ab standselemente 18 gebildet werden, nicht-leitfähig ist, so daß sich auch das Problem ei nes elektrischen Durchbruches nicht ergibt, wenn man die reflektierende Schicht 19 nicht entfernt.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Laser zum "Wegritzen" des unge wollten Materials verwendet, so daß die Abstandselemente 18 übrigbleiben. Die US- PS′en 4 292 092 und 4 892 592 offenbaren eine geeignete, mit einem Laser erfolgende Abkratztechnik, obwohl es sich dabei sicher nicht um die einzige geeignete Technik han delt.

Das Abkratzen bzw. Wegritzen kann entweder durch Bewegen des Laserstrahls in bezug auf das Substrat oder durch Anbringen des Substrats auf einem in bezug auf den Laser strahl beweglichen X-Y-Tisch erfolgen. Das Wegritzen erfolgt vorzugsweise von der Vorderseite des Wafers her, kann jedoch ebenso auch von der Rückseite her erfolgen. Bei Ausführung von der Rückseite her kann es jedoch möglich sein, daß die Laserener gie in andere Materialschichten oder Strukturen eindringen muß, die bereits auf der Elektrodenplatte 16 oder 21 gebildet sind. Die isolierende Schicht 18′ wird dann mit ei nem Laser geritzt, um das Polyimid entlang eines vorbestimmten Linienmusters abzulö sen.

Bei einer derartigen Alternative kann es möglicherweise nicht notwendig sein, eine re flektierende Überzugsschicht 19 aufzubringen, da der Laser derart programmiert werden kann, daß er exakte Durchläufe über die Platte 21 ausführt, um den nicht zur Bildung der Abstandselemente 18 dienenden Bereich des Polyimids 18′ zu elimieren.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel beinhaltet die Aufbringung einer Schicht aus einem se lektiv ätzbaren Material (nicht gezeigt). Bei einer solchen Schicht kann es sich um Poly imid, Siliziumnitrid oder ein anderes geeignetes Material handeln. Ein Laser wird ver wendet, um Löcher in die Materialschicht an denjenigen Stellen einzubringen, an denen die Abstandselemente 18 gebildet werden sollen, so daß dadurch eine Form entsteht. Die Löcher werden dann mit einem Material zur Bildung von Abstandselementen gefüllt, wobei es sich bei dem Material zum Beispiel um Polyimid oder Siliziumnitrid handelt. Das sich über die Form hinauserstreckende, überschüssige Material kann durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt werden. Das selektiv ätzbare Material kann dann durch irgendein bekanntes Verfahren entfernt werden, so daß die Abstandselemen te 18 übrigbleiben.

Ein Verfahren zum Bilden von Abstandselementen zur Verwendung bei Flachschirman zeigen ist auch in der US-PS 5 205 770 der Anmelderin offenbart. Diese Patentschrift beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Form ähnlich dem in dem vorangehenden Ab satz beschriebenen Verfahren. Anstatt eines Lasers wird jedoch eine Mikrosäge zur Bil dung der Form verwendet. Beide dieser Verfahren besitzen einen hohen Nutzen und bringen Flexibilität für den Hersteller von Abstandselementen für Flachschirmvorrichtun gen. Die vorstehend genannte Patentschrift wird hiermit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Nach der Bildung der Abstandselemente 18 vorzugsweise auf der Basisplatte 21 (d. h. der Kathode), werden der Kathodolumineszenz-Bildschirm 16 und die Basisplatte 21 korrekt miteinander ausgerichtet und zusammengepaßt. Da die Stützen 18 auf einer der Platten ausgebildet sind, läßt sich der Ausrichtungsschritt einfacher ausführen, als wenn die Abstandsstützen separat ausgebildet wären und anschließend sowohl an der Basis platte 21 als auch an dem Bildschirm 16 anzubringen wären, wie dies bei anderen Vor richtungen der Fall ist.

Sobald die Platten korrekt ausgerichtet sind, lassen sie sich durch ein bekanntes Verfah ren, wie zum Beispiel unter Verwendung einer Glasmassendichtung, in dichter Weise miteinander verbinden, und in dem zwischen ihnen befindlichen Raum wird ein Vakuum erzeugt. Das Vakuum ist notwendig, um eine Paschen-Durchbruch in dem Raum zwischen den Elektroden, d. h. den Emitterspitzen 13 und dem Kathodolumineszenz- Bildschirm 16, zu verhindern.

Wie vorstehend erwähnt wurde, können die hergestellten Abstandselemente aus Silizi umnitrid oder Polyimid einem bei einer hohen Temperatur von ca. 400°C erfolgenden Austrockenvorgang standhalten, der zur Erzeugung des Vakuums erforderlich ist.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß alle hierin genannten US-PS hiermit durch Bezug nahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht werden.

Die vorliegende Erfindung ist auch bei anderen Flachschirmanzeigevorrichtungen ver wendbar, bei denen Abstandsstrukturen erforderlich sind. Außerdem versteht sich für den Fachmann, daß auch andere Wellenlängen der Laserenergie bei verschiedenen Lei stungspegeln bei dem Bestrahlungsschritt verwendet werden können, um die erfindungs gemäßen Strukturen zu erzielen.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von zwischen Elektroden befindlichen Stützstrukturen (18), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines ersten Materials (18′) auf einer Schutzschicht (10), die auf einer ersten Elektrodenplatte (21) angeordnet ist; und
selektives Bestrahlen des ersten Materials (18′) mit Strahlungsenergie zum Defi nieren der Stützstrukturen (18).

2. Verfahren zum Bilden von zwischen Elektroden befindlichen Stützstrukturen (18), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines ersten Materials (18′) oben auf eine erste Elektrodenplatte (21); und
selektives Bestrahlen des ersten Materials (18′) mit Strahlungsenergie zum Defi nieren der Stützstrukturen (18).

3. Verfahren zum Bilden von zwischen Elektroden befindlichen Stützstrukturen (18), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines zur Bildung der Stützstrukturen (18) verwendeten ersten Mate rials (18′) auf eine erste Elektrodenplatte (21);
Aufbringen eines Strahlung reflektierenden Materials (19) oben auf das die Stützstrukturen bildende Material (18) unter Bildung eines Musters, wobei das die Strahlung reflektierende Material (19) Energie bei einer vorbestimmten Wel lenlänge reflektiert;
Bestrahlen des ersten Materials (18′) mit Laserenergie bei der vorbestimmten Wellenlänge; und
Entfernen der Strahlung reflektierenden Schicht (19).

4. Zwischen Elektroden befindliche Stützstruktur (18), gebildet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines zur Bildung der Stützstrukturen (18) verwendeten ersten Mate rials (18′) auf eine Elektrodenplatte (21);
selektives Aufbringen eines stark reflektierenden Materials (19) oben auf dem er sten Material (18′), wobei das stark reflektierende Material (19) die Quer schnittsfläche der Stützstrukturen (18) definiert;
Bestrahlen der Elektrodenplatte (21) mit Strahlungsenergie-Impulsen, wobei die Strahlungsenergie von dem stark reflektierenden Material (19) reflektiert wird und das erste Material (18′) an denjenigen Stellen ablöst, an denen das stark re flektierende Material nicht aufgebracht ist; und
Entfernen des stark reflektierenden Materials (19) zum Freilegen des die Stütz strukturen (18) bildenden ersten Materials (18′).

5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
Anbringen und Abdichten der ersten Elektrodenplatte (21) an einer zweiten Elektrodenplatte (16); und
Erzeugen eines Vakuums zwischen der ersten Elektrodenplatte (21) und der zweiten Elektrodenplatte (16).

6. Verfahren zum Bilden von zwischen Elektroden befindlichen Stützstrukturen (18), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Anordnen einer Schutzschicht (10) auf einer ersten Elektrodenplatte (16);
In-Muster-Bringen einer absorbierenden Schicht oben auf dem ersten Material (18′), wobei das absorbierende Material Strahlungsenergie absorbiert und sich dadurch rascher ablöst als das erste Material (18);
selektives Bestrahlen des ersten Materials (18′) mit Strahlungsenergie zum Defi nieren der Stützstrukturen (18);
Entfernen der Schutzschicht (10) von der ersten Elektrodenplatte (16); Anbringen und Abdichten der ersten Elektrodenplatte an einer zweiten Elektro denplatte (21); und
Erzeugen eines Vakuums zwischen der ersten Elektrodenplatte (16) und der zweiten Elektrodenplatte (21).

7. Verfahren zum Bilden von zwischen Elektroden befindlichen Stützstrukturen (18), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen eines ersten Materials (18′) oben auf einer ersten Elektrodenplatte (16); und
selektives Bestrahlen des ersten Materials (18′) mit Strahlungsenergie zum Defi nieren der Stützstrukturen (18).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungsenergie das von ihr beaufschlagte erste Material (18′) ablöst,
daß die Strahlungsenergie eine Wellenlänge im hohen UV-Bereich besitzt und
daß die Strahlungsenergie in Form von Impulsen von einem Laser abgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Material (18′) um wenigstens ein Material aus der Gruppe bestehend aus einem Dielektrikum, einem chemischen Polymer und ei nem Isolator handelt, und daß es sich bei dem chemischen Polymer um wenig stens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Polyimid und Siliziumnitrid handelt.

10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
Aufbringen eines zweiten Materials durch das erste Material hindurch an denjeni gen Stellen, an denen die Strahlungsenergie die Stützstrukturen (18′) definiert hat, wobei das zweite Material in bezug auf das erste Material (18′) selektiv ätz bar ist und das erste Material (18′) als Form wird und das zweite Material die Stützstrukturen (18) bildet;
planares Ausbilden des zweiten Materials entsprechend der Tiefe des ersten Ma terials (18′), wobei das zweite Material durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert wird; und
Entfernen des ersten Materials (18′) unter Freilegung der Stützstrukturen (18).