JP4329014B2 - 微細構造体の製造方法および微細構造体、表示装置、ならびに記録装置の製造方法および記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、触媒を用いてカーボンなどよりなる筒状構造を形成する微細構造体の製造方法、およびその方法により得られた微細構造体、ならびにこの微細構造体を電界電子放出素子として用いた表示装置に関する。また、本発明は、この微細構造体の製造方法を用いた記録装置の製造方法、およびその方法により得られた記録装置に関する。

近年のナノテクノロジーの進歩は著しく，なかでもカーボンナノチューブ等の分子構造体は、熱伝導性，電気伝導性，機械的強度などで優れた特性を持つ安定した材料であることから、トランジスタ，メモリ，電界電子放出素子など幅広い用途への応用が期待されている。

例えば、カーボンナノチューブの用途の１つとして、冷陰極電界電子放出（以下、「電界電子放出」という）を実現するのに好適であることが知られている（例えば、非特許文献１ないし非特許文献５参照。）。電界電子放出とは、真空中に置かれた金属または半導体に所定のしきい値以上の大きさの電界を与えると、金属または半導体の表面近傍のエネルギー障壁を電子が量子トンネル効果により通過し、常温においても真空中に電子が放出されるようになる現象である。

最近では、カーボンナノシートなどと呼ばれるカーボン微細構造体が注目されている。カーボンナノシートは、尖鋭な端縁（シャープエッジ）を有すると共に表面積が大きいという特性があり、カーボンナノチューブよりも更に高い電界電子放出特性が期待できるといわれている。非特許文献６および非特許文献７によれば、カーボンナノシートで電界電子放出が生じるしきい値は０．１６Ｖ／μｍであり、この値は従来のカーボンナノチューブよりもはるかに低い。また、この非特許文献７には、超音波プラズマＣＶＤ法により基板上にカーボンナノシートを成長させた例が報告されている。

また、本発明に関連する他の技術として、磁気記録素子および磁気記録装置がある。これらの原理は、磁気材料に着磁して、その保磁力により着磁方向を１あるいは０、または着磁における磁化の度合いを記録する信号のアナログ量に対応させるものである。ここで、着磁は記録面に水平方向の面内着磁と、記録面に垂直な垂直着磁のいずれもが実用に供されている。近年では、記録密度の更なる向上が要求されているが、従来では、着磁の長さをより小さくすることにより対応してきた。このような磁気記録技術においてカーボンナノチューブあるいはカーボンナノシートを応用する試みは、本発明者の知り得るところでは開示されていない。
J.-M. Bonard et al．，「Applied Physics A 」, １９９９年，第６９巻，ｐ．２４５ J.-M. Bonard et al．，「Solid State Electronics 」, ２００１年，第４５巻，ｐ．８９３ Y. Saito et al．，「Applied Physics A 」, １９９８年，第６７巻，ｐ．９５ Zheng-wei Pan et al ．，「Chemical Physics Letters」, ２００３年，第３７１巻，ｐ．４３３ 「ナノテク２００３＋フューチャー（nano tech 2003 + Future ）ナノテクノロジーに関する国際会議および国際展示会、プログラムアンドアブストラクツ（Program & Abstracts ）」，２００３年，第１４巻，ｐ．２０４ Y.Wu，「Nano Lett.」，２００２年，第２巻，ｐ．３５５ ウー・イーホン（WU Yihong ）、外３名，超音波プラズマＣＶＤ法により成長させたカーボンナノウォール（Carbon Nanowalls Grown by Microwave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ），アドバンストマテリアルズ（Advanced Materials），（独国），２００２年，第１４巻，第１号、ｐ６４−６７）

しかしながら、非特許文献７では、カーボンナノシートの形成位置を制御できていないので、ＦＥＤへの応用は困難であった。

カーボンナノシートの形成位置を精確に制御するためには、遷移金属等からなる触媒のパターンを高い位置精度で形成する必要がある。触媒をナノメートル単位の微細な間隔で配置することは極めて困難であり、従来では、２００ｎｍよりも狭い間隔で触媒の微細なパターンを作製できる技術としては電子ビームリソグラフィしかなかった。電子ビームリソグラフィは、少量の試験生産には有用であるが、大規模・大量生産には向いていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、カーボンなどよりなる筒状構造の形成位置を精確に制御することのできる微細構造体の製造方法、およびこれを用いた記録装置の製造方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、所望の位置に精確に形成された微細構造体、ならびにこれを用いた表示装置および記録装置を提供することにある。

本発明による微細構造体の製造方法は、基板に凸部を形成する凸部形成工程と、凸部の側面に、触媒機能を有する物質よりなる触媒パターンを形成する触媒パターン形成工程と、触媒パターンを用いて筒状構造を成長させる筒状構造形成工程とを含むものである。触媒パターンの形状は、直線状，曲線状などの閉じていない形状であってもよいし、環状などの閉じた形状であってもよい。例えば、凸部を円柱状に形成し、触媒パターンを環状に形成し、筒状構造を円筒状に形成することが可能である。

本発明による微細構造体は、凸部が形成された基板と、凸部の側面に配置された触媒機能を有する物質と、凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造とを備えたものである。

本発明による表示装置は、凸部が形成された基板と、凸部の側面に配置された触媒機能を有する物質と、凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造とを有する微細構造体と、筒状構造に所定の電圧を印加し、筒状構造から電子を放出させるための電極と、微細構造体から放出された電子を受けて発光する発光部とを備えたものである。

本発明による記録装置の製造方法は、基板に凸部を形成する凸部形成工程と、凸部の側面に、触媒機能を有する物質よりなる触媒パターンを形成する触媒パターン形成工程と、触媒パターンを用いて筒状構造を成長させる筒状構造形成工程と、筒状構造の少なくとも先端部に磁気材料を挿入する挿入工程とを含むものである。ここで、凸部形成工程は、基板の表面に対して所望のパターンに応じて変調された熱分布を与え、基板の表面を溶融させる溶融工程と、基板の表面を放熱させることにより、熱分布に応じた位置に凸部のパターンを形成する放熱工程とを含むことが好ましい。

本発明による記録装置は、複数の凸部を有する基板と、前記複数の凸部に対応した複数の記録素子とを備えたものであって、複数の記録素子の各々は、凸部の側面に配置された触媒機能を有する物質と、凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造と、筒状構造の少なくとも先端部に挿入された磁気材料よりなる磁性層とを備えたものである。

本発明による微細構造体の製造方法では、基板に凸部が形成され、続いて、凸部の側面に、触媒機能を有する物質よりなる触媒パターンが形成される。そののち、触媒パターンを用いて筒状構造が成長させられる。

本発明による微細構造体では、凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造を有するようにしたので、筒状構造の位置精度が向上する。

本発明による表示装置では、筒状構造に所定の電圧が印加されることにより、筒状構造の先端から電子が放出され、この電子を受けて発光部において発光が生じる。

本発明による記録装置の製造方法では、基板に凸部が形成され、次に、凸部の側面に、触媒機能を有する物質よりなる触媒パターンが形成される。続いて、触媒パターンを用いて筒状構造が成長させられ、そののち、筒状構造の少なくとも先端部に磁気材料が挿入される。

本発明による記録装置では、各々の筒状構造に挿入された磁性層は、隣接する他の筒状構造内の磁性層から隔離されるので、各々の筒状構造内の磁性層に対しての情報の書き込みまたは読み出しが確実に行われる。

本発明の微細構造体の製造方法によれば、基板に凸部を形成し、この凸部の側面に触媒機能を有する物質よりなる線状の触媒パターンを形成したのち、触媒パターンを用いて筒状構造を成長させるようにしたので、凸部の位置に精確に対応して筒状構造を形成することができる。よって、簡単な方法で筒状構造の形成位置を精確に制御し、大規模アレイ化を容易に実現することができ、大量生産にも有利である。

本発明の微細構造体によれば、凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造を有するようにしたので、筒状構造の位置精度を向上させ、すべての筒状構造の配向および高さを容易に均一化することができる。

本発明の表示装置によれば、本発明の微細構造体を電界電子放出素子として備えているので、画面内の表示特性を均一化して大画面においても優れた表示品質を達成することができる。

本発明による記録装置の製造方法によれば、本発明の方法で微細構造体を形成し、この微細構造体の筒状構造に磁気材料を挿入するようにしたので、簡単な方法で、カーボンなどよりなる筒状構造を用いた記録装置を容易に実現することができる。また、筒状構造の先端を開放したり高さを均一化する工程が不要であり、磁性層を効率よく形成することができる。

本発明による記録装置によれば、本発明による微細構造体を記録素子として備えているので、筒状構造およびその内部に挿入された磁性層の位置精度を高め、記録装置の特性を向上させることができる。また、磁性層は筒状構造により隔離されているので、隣接する他の筒状構造内の磁性層の影響を受けることなく、所定の磁化方向を長期間安定して保持することができ、記録装置の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
《微細構造体の製造方法》
図１ないし図３は、本発明の第１の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を表している。本実施の形態の方法は、例えばＦＥＤの電界電子放出素子として用いられる微細構造体を形成するものであり、基板に凸部を形成する「凸部形成工程」と、凸部の側面に、触媒機能を有する物質（以下、「触媒物質」という）よりなる線状の触媒パターンを形成する「触媒パターン形成工程」と、触媒パターンを用いて筒状構造を成長させる「筒状構造形成工程」とを含むものである。

（凸部形成工程）
まず、図１に示したように、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体よりなる基板１０を用意し、この基板１０に、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、凸部１１を周期的なアレイ状に形成する。

凸部１１の形状は特に限定されないが、周期的なアレイ状に形成する場合には例えば円柱、四角柱、三角柱、星形の柱、楕円形の柱などの閉じた形状であることが好ましく、なかでも円柱状が特に好ましい。円柱状の凸部１１は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより容易に形成することができるからである。凸部１１の側面１１Ａは、必ずしも傾斜面である必要はなく、基板１０の表面に対して垂直であってもよい。

凸部１１の直径は、形成したい筒状構造の直径および凸部１１の形成方法を考慮して定められ、例えばフォトリソグラフィの場合には最小２００ｎｍとすることができる。なお、ここで凸部１１の直径とは、凸部１１の側面１１Ａの下端における直径をいう。凸部１１の高さは、触媒物質の原子または分子の大きさよりも大きければ特に限定されない。本実施の形態では、凸部１１を、例えば、直径２００ｎｍ、高さ０．５μｍの円柱状に形成する。

（触媒パターン形成工程）
次に、触媒パターン形成工程として、本実施の形態では、例えば、基板１０に触媒物質を付着させる「付着工程」と、基板１０に熱処理を行うことにより触媒物質を溶融させて凸部１１の側面１１Ａに凝集させる「凝集工程」とを行う。

（付着工程）
すなわち、まず、図２に示したように、例えばスパッタ法により、基板１０に触媒物質２０を付着させる。基板１０には凸部１１が形成されているので、触媒物質２０は、平坦な部分よりも、凸部１１の側面１１Ａおよびその近傍に多めに付着する。これは、プラズマが凸部１１に集中するからである。また、原子は、段差あるいは凹凸などを核としてそこに集まる性質があるからである。なお、原子のこのような性質は、シリコン基板に特定の結晶面を利用して原子を配向させるために用いられるものである。

また、このとき、触媒物質２０を、次の凝集工程において触媒物質２０を溶融させて凸部１１の側面１１Ａに凝集させることができる程度の厚みで付着させることが好ましい。付着させる触媒物質２０の厚みが大きいと、触媒物質２０の移動および凝集が困難になるからである。例えば、触媒物質２０は、連続した膜を形成しない厚みで、すなわち、基板１０の表面に島状に付着させてもよく、あるいは、連続していても極めて薄い膜を形成するようにしてもよい。具体的には、付着させる触媒物質２０の厚みは、基板１０の表面のラフネス程度、例えば１ｎｍ未満とすることができる。

ここで、触媒物質２０は、炭素（Ｃ）よりなる筒状構造を形成するための金属触媒としては、鉄（Ｆｅ）の他、バナジウム（Ｖ），マンガン（Ｍｎ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）が挙げられる。また、イットリウム（Ｙ），ルテチウム（Ｌｕ），ホウ素（Ｂ），銅（Ｃｕ），リチウム（Ｌｉ），シリコン（Ｓｉ），クロム（Ｃｒ），亜鉛（Ｚｎ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），ルテニウム（Ｒｕ），チタン（Ｔｉ），ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジム（Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈｏ）またはエルビウム（Ｅｒ）を用いてもよい。なお、以上の物質は２種以上同時に使用してもよく、また、これら物質の２種以上からなる化合物を用いてもよい。また、金属フタロシアン化合物，メタセロン、金属塩を用いることも可能である。更に、酸化物あるいはシリサイドであってもよい。

加えて、用途によっては、触媒物質２０は、アルミニウム（Ａｌ），シリコン（Ｓｉ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），亜鉛（Ｚｎ），鉛（Ｐｂ），カルシウム（Ｃａ），ランタン（Ｌａ），ゲルマニウム（Ｇｅ）などの金属および半金属などの元素の、窒化物，酸化物，炭化物，フッ化物，硫化物，窒酸化物，窒炭化物，または酸炭化物などからなる誘電体材料を用いることが可能である。具体的には、ＡｌＮ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ₂ ，ＭｇＯ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ，ＴｉＯ₂ ，ＢａＴｉＯ₃ ，ＳｒＴｉＯ₃ ，Ｔａ₂ Ｏ₅ ，ＳｉＣ，ＺｎＳ，ＰｂＳ，Ｇｅ−Ｎ，Ｇｅ−Ｎ−Ｏ，Ｓｉ−Ｎ−Ｏ，ＣａＦ₂ ，ＬａＦ，ＭｇＦ₂ ，ＮａＦ，ＴｉＦ₄ などである。更にまた、これらの材料を主成分とする材料や、これらの材料の混合物、例えばＡｌＮ−ＳｉＯ₂ を用いることも可能である。加えてまた、鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ガドリニウム（Ｇｄ）等の磁性体材料を用いることもできる。

（凝集工程）
次に、基板１０に熱処理を行うことにより触媒物質２０を溶融させて凸部１１の側面１１Ａに凝集させる。熱処理は、例えば熱アニール法，レーザ照射，超音波照射，マイクロ波照射あるいはＩＲ（infrared；赤外線）ランプ照射により行うことができる。これにより、触媒物質２０よりなる小さな島を融合させて大きな島とし、図３に示したように、凸部１１の側面１１Ａに、触媒物質２０よりなる線状の触媒パターン２１を形成する。本実施の形態では、凸部１１を円柱状に形成しているので、触媒パターン２１は、凸部１１の周囲に環状に形成される。このとき、触媒パターン２１の幅を、例えば、触媒物質２０の付着量により制御するようにしてもよい。

（筒状構造形成工程）
続いて、図４に示したように、この触媒パターン２１を用いて、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、例えば炭素（Ｃ）よりなる筒状構造３０を成長させる。筒状構造３０は、凸部１１の側面１１Ａから起立すると共に先端３０Ａが開放された筒状、すなわちカーボン（ナノ）パイプとなる。よって、凸部１１の位置に精確に対応して筒状構造３０を形成することができ、筒状構造３０の形成位置を容易かつ精確に制御し、大規模アレイ化を容易に実現することができる。また、凸部１１は、電子ビームリソグラフィよりも量産性に優れたフォトリソグラフィで形成することができるので、大量生産にも有利である。

また、筒状構造３０は、先端３０Ａが開放された筒状に形成されるので、先端３０Ａの全体が同じ高さとなると共に、通常のカーボンナノチューブのように切断により先端を開放させたり高さを揃えるなどの煩雑な工程は不要となる。更に、筒状構造３０の配向および高さを容易に均一化することができる。

特に、本実施の形態では触媒パターン２１が環状なので筒状構造３０は円筒状となる。よって、電界電子放出素子として利用する場合に、筒状構造３０の先端３０Ａは周方向のすべての位置で同じ高さであると共に先端３０Ａと引き出し電極との距離を容易に均一にすることができ、先端３０Ａの全体から均一に電子を放出させることができる。

更に、筒状構造３０の壁厚ｗｔ（wall thickness）は、筒状構造３０で囲まれた領域の面積に比して極めて薄くなるので、先端３０Ａが尖鋭な端縁（シャープエッジ）となり、高い電界電子放出特性を得ることができる。なお、ここで「筒状構造３０で囲まれた領域」とは、筒状構造３０が閉じている場合には筒状構造３０の壁で囲まれた領域をいい、筒状構造３０が閉じていない場合には筒状構造３０の壁の延長方向における寸法をいう。

筒状構造３０の壁厚ｗｔは、例えば、筒状構造３０の直径ｄの２分の１以下とすることが好ましい。すなわち、筒状構造３０の直径ｄは、例えば凸部１１の直径と同じく最小２００ｎｍであるので、筒状構造３０の壁厚ｗｔは１００ｎｍ以下とすることが好ましい。筒状構造３０の壁厚ｗｔが直径ｄに比してあまりに厚いと、電界電子放出素子として利用する場合に筒状構造３０に電場が集中しにくくなるからである。更に、筒状構造３０の壁厚ｗｔは、５０ｎｍ以下とすればより好ましく、３０ｎｍ以下とすれば更に好ましい。先端３０Ａをより尖鋭な端縁（シャープエッジ）とすることができ、より高い電界電子放出特性を得られるからである。

これに対して、筒状構造３０の直径ｄは、それほど小さくする必要はなく、例えば上述したように凸部１１の直径と同じく最小２００ｎｍとすることができる。電界電子放出特性は、筒状構造３０の直径ｄよりはむしろ壁厚ｗｔによって決まるからである。また、筒状構造３０は、カーボンナノチューブに比較して直径ｄは大きいものの、基板１０に良好に接合されており、安定性および耐久性が向上するという利点がある。筒状構造３０の高さは特に限定されず、用途に合わせて設定される。

筒状構造３０が成長したのち、触媒パターン２１の触媒物質２０は、基板１０と筒状構造３０との間に配置されているが、触媒物質２０は、基板１０と筒状構造３０との間だけでなく、図示しないが筒状構造３０の先端３０Ａに存在している場合もある。また、触媒パターン２１は線状で残存する場合もあれば多少とぎれた線状になる場合があってもよい。以上により、本実施の形態の微細構造体４０が完成する。

《表示装置》
図５は、この微細構造体４０を備えたＦＥＤの一例を表している。このＦＥＤは、電界電子放出素子としての微細構造体４０と、筒状構造３０に所定の電圧を印加し、筒状構造３０から電子ｅ−を放出させるためのゲート電極５０および図示しないカソード電極と、微細構造体４０から放出された電子ｅ−を受けて発光する蛍光部６０とを備えている。微細構造体４０は、基板１０にマトリクス状に設けられ、基板１０に設けられたカソード電極に電気的に接続されている。ゲート電極５０は、基板１０に絶縁膜５１を介して設けられている。蛍光部６０は、ガラスなどよりなる対向基板６１に、微細構造体４０の各々に対向して設けられている。対向基板６１には、図示しないアノード電極が設けられている。

このＦＥＤでは、カソード電極とゲート電極５０との間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する微細構造体４０において電界電子放出が起こり、筒状構造３０から電子ｅ−が放出される。微細構造体４０から放出された電子ｅ−は、蛍光部６０に衝突し、蛍光体を発光させる。この蛍光体の発光により所望の画像表示がなされる。ここでは、微細構造体４０が、凸部１１の側面１１Ａに形成された触媒パターン２１を用いて形成された筒状構造３０を有しているので、筒状構造３０の位置精度が高くなっていると共に、先端３０Ａが尖鋭な端縁（シャープエッジ）となっており、電界電子放出特性が向上する。また、筒状構造３０の配向性および高さが均一化されており、画面内の表示特性が均一化される。

このように本実施の形態では、基板１０に凸部１１を形成し、基板１０に触媒物質２０を付着させて、基板１０に熱処理を行うことにより触媒物質２０を溶融させて凸部１１の側面１１Ａに凝集させることにより、凸部１１の側面１１Ａに触媒物質２０よりなる線状の触媒パターン２１を形成したのち、触媒パターン２１を用いて筒状構造３０を成長させるようにしたので、凸部１１の位置に精確に対応して筒状構造３０を形成することができる。よって、電子ビームリソグラフィでなく従来のリソグラフィを用いて、簡単な方法で筒状構造３０の形成位置を精確に制御し、大規模アレイ化を容易に実現することができ、大量生産にも有利である。

また、筒状構造３０は、先端３０Ａが開放された筒状に形成されるので、先端３０Ａの全体が同じ高さとなると共に、通常のカーボンナノチューブのように切断により先端を開放させたり高さを揃えるなどの煩雑な工程は不要となる。更に、筒状構造３０の配向および高さを容易に均一化することができ、ＦＥＤを構成すれば画面内の表示特性を均一化し、大画面においても優れた表示品質を達成することができる。

更に、筒状構造３０の壁厚ｗｔは、筒状構造３０の表面積に比して極めて薄くなるので、先端３０Ａが尖鋭な端縁（シャープエッジ）となり、高い電界電子放出特性を得ることができる。

特に、本実施の形態では、凸部１１を円柱状に形成し、触媒パターン２１を環状に形成し、筒状構造３０を円筒状に形成するようにしたので、電界電子放出素子として利用する場合に、筒状構造３０の先端３０Ａとゲート電極５０との距離を容易に均一にすることができ、先端３０Ａの全体から均一に電子を放出させて、均一な電界電子放出特性を得ることができる。

〔第２の実施の形態〕
《微細構造体の製造方法》
図６ないし図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を表している。本実施の形態の方法は、凸部形成工程において、絶縁性材料よりなる基板１１０に半導体層１１０Ａを形成し、基板１１０の表面が露出するまで半導体層１１０Ａをエッチングすることにより凸部１１１を形成するようにしたことを除いては、第１の実施の形態と同一である。よって、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

（凸部形成工程）
まず、図６に示したように、例えばガラスなどの絶縁性材料よりなる基板１１０を用意し、この基板１１０に、例えばＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ；Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ）法またはスパッタ法により、例えば多結晶シリコンよりなる半導体層１１０Ａを形成する。そののち、図７に示したように、半導体層１１０Ａに、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、凸部１１１を周期的なアレイ状に形成する。このとき、基板１１０の表面が露出するまで半導体層１１０Ａをエッチングし、半導体層１１０Ａの凸部１１１以外の部分はすべて除去する。

（触媒パターン形成工程）
次に、第１の実施の形態と同様に、触媒パターン形成工程として、「付着工程」と「凝集工程」とを行う。

（付着工程）
すなわち、まず、図８に示したように、第１の実施の形態と同様にして、例えばスパッタ法により、基板１１０に触媒物質２０を付着させる。

（凝集工程）
次に、基板１１０に熱処理を行うことにより触媒物質２０を溶融させて凸部１１１の側面１１１Ａに凝集させる。これにより、図９に示したように、凸部１１１の側面１１１Ａに、触媒物質２０よりなる線状の触媒パターン２１を形成する。上述したような触媒物質２０は、ガラスよりなる基板１１０の表面との密着性が低いので、溶融した触媒物質２０は容易に移動して凸部１１１の側面１１１Ａに凝集することができる。

（筒状構造形成工程）
続いて、図１０に示したように、この触媒パターン２１を用いて、例えば炭素（Ｃ）よりなる筒状構造３０を成長させる。

このように本実施の形態では、絶縁性材料よりなる基板１１０に半導体層１１０Ａを形成し、基板１１０の表面が露出するまで半導体層１１０Ａをエッチングすることにより凸部１１１を形成するようにしたので、触媒パターン２１をより高精度に、すなわち細い幅で形成することができる。よって、筒状構造３０の壁厚ｗｔをより小さくし、筒状構造３０の先端をより尖鋭な端縁（シャープエッジ）とし、電界電子放出特性を向上させることができる。

〔第３の実施の形態〕
《微細構造体の製造方法》
図１１ないし図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を表している。本実施の形態の方法は、凸部２１１に２段の段部２１１Ａ，２１１Ｂを形成し、これらの段部２１１Ａ，２１１Ｂの各々の側面２１１ＡＡ，２１１ＢＡに触媒パターン２２１Ａ，２２１Ｂを形成し、これらの触媒パターンを用いて２層構造の筒状構造２３０を形成するようにしたことを除いては、第１の実施の形態と同一である。よって、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

（凸部形成工程）
まず、図１１に示したように、基板１０に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂを有する凸部２１１を周期的なアレイ状に形成する。凸部２１１は、例えば、直径の異なる２本の円柱状の第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂを、基板１０側から直径の大きい順に積み重ねた形状を有している。第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂは、必ずしも同心に形成されていなくてもよい。

（触媒パターン形成工程）
次に、第１の実施の形態と同様に、触媒パターン形成工程として、「付着工程」と「凝集工程」とを行う。

（付着工程）
すなわち、まず、図１２に示したように、第１の実施の形態と同様にして、例えばスパッタ法により、基板１０に触媒物質２０を付着させる。

（凝集工程）
次に、基板１０に熱処理を行うことにより触媒物質２０を溶融させて、第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂの側面２１１ＡＡ，２１１ＢＡに凝集させる。これにより、図１３に示したように、第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂの側面２１１ＡＡ，２１１ＢＡに、触媒物質２０よりなる線状の第１の触媒パターン２２１Ａおよび第２の触媒パターン２２１Ｂを形成する。第１の触媒パターン２２１Ａおよび第２の触媒パターン２２１Ｂは、第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂの周囲に環状に形成される。

（筒状構造形成工程）
続いて、図１４に示したように、第１の触媒パターン２２１Ａを用いて第１の筒状構造２３０Ａを第１の段部２１１Ａの側面２１１ＡＡから起立させると共に、第２の触媒パターン２２１Ｂを用いて第２の筒状構造２３０Ｂを第２の段部２１１Ｂの側面２１１ＢＡから起立させる。これにより、第１の筒状構造２３０Ａおよび第２の筒状構造２３０Ｂを有する２層構造の筒状構造２３０を成長させる。第１の筒状構造２３０Ａおよび第２の筒状構造２３０Ｂは、第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂに応じた異なる直径を有している。

このように本実施の形態では、凸部２１１に第１の段部２１１Ａおよび第２の段部２１１Ｂを形成し、これらの各々の側面２１１ＡＡ，２１１ＢＡに触媒パターン２２１Ａ，２２１Ｂを形成し、これらの触媒パターンを用いて第１の筒状構造２３０Ａおよび第２の筒状構造２３０Ｂを形成するようにしたので、直径の異なる第１の筒状構造２３０Ａおよび第２の筒状構造２３０Ｂを有する２層構造の筒状構造２３０を形成することができる。

（第４の実施の形態）
《記録装置の製造方法》
次に、本発明の第４の実施の形態に係る記録装置の製造方法について説明する。本実施の形態は、基板に極めて微細な凸部のパターンを形成し、これらの凸部を利用して成長させた筒状構造を用いて記録装置を形成するものである。すなわち、本実施の形態の方法は、「凸部形成工程」において変調された熱分布を用いて極めて微細な凸部のパターンを形成し、上記第１の実施の形態と同様にして「触媒パターン形成工程」および「筒状構造形成工程」を行って筒状構造を成長させたのち、筒状構造の先端部に磁気材料を挿入する「挿入工程」を更に含む。

（凸部形成工程）
本実施の形態では、凸部形成工程は、基板の表面に対して所望のパターンに応じて変調された熱分布を与え、基板の表面を溶融させる「溶融工程」と、基板の表面を放熱させることにより、熱分布に応じた位置に凸部のパターンを形成する「放熱工程」とを含むことが好ましい。

（溶融工程）
まず、図１５を参照して溶融工程を説明する。Ｘ方向熱分布３２１Ｘは、基板３１０の表面温度がＸ方向に変調されて、Ｘ方向高温領域３２１ＸＨとＸ方向低温領域３２１ＸＬとが周期的に形成されたものである。また、Ｙ方向熱分布３２１Ｙは、基板３１０の表面温度がＹ方向に変調されて、Ｙ方向高温領域３２１ＹＨとＹ方向低温領域３２１ＹＬとが周期的に形成されたものである。

Ｘ方向熱分布３２１ＸおよびＹ方向熱分布３２１Ｙは、例えば、エネルギービーム３２２を、非透過部分３２３Ａおよび透過部分３２３Ｂが二次元方向に配列された回折格子３２３で回折させることにより与えられる。回折格子３２３としては、例えば、非透過部分３２３Ａにエネルギービーム３２２を透過させないマスクが印刷されたものなどを用いることができる。

図１６は、基板３１０の表面においてＸ方向熱分布３２１ＸとＹ方向熱分布３２１Ｙとが重畳されることにより、熱分布３２４が形成された状態を表している。図１６に示したように、基板３１０の表面には、Ｘ方向高温領域３２１ＸＨとＹ方向高温領域３２１ＹＨとの重複する位置に高温領域３２４Ｈを有し、Ｘ方向低温領域３２１ＸＬとＹ方向低温領域３２１ＹＬとの重複する位置に低温領域３２４Ｌを有するような熱分布３２４が形成される。これにより、高温領域３２４Ｈは、非透過部分３２３Ａおよび透過部分３２３Ｂの配列されている方向に沿って二次元方向に配列される。

熱分布３２４のＸ方向における空間的周期ＴＸ、すなわち高温領域３２４ＨのＸ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子３２３のＸ方向における周期間隔ＰＸおよびエネルギービーム３２２の波長λに応じて定まる。また、熱分布３２４のＹ方向における空間的周期ＴＹ、すなわち高温領域３２４ＨのＹ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子３２３のＹ方向における周期間隔ＰＹおよびエネルギービーム３２２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど熱分布３２４の空間的周期ＴＸ，ＴＹを微細化することができる。ここで、本実施の形態では、回折格子３２３のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、一つの非透過部分３２３ＡのＸ方向における寸法と一つの透過部分３２３ＢのＸ方向における寸法との和をいい、回折格子３２３のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、一つの非透過部分３２３ＡのＹ方向における寸法と一つの透過部分３２３ＢのＹ方向における寸法との和をいう。

回折格子３２３のＸ方向における周期間隔ＰＸとＹ方向における周期間隔ＰＹとは、互いに独立に設定することができる。したがって、図１７に示したように、熱分布３２４のＸ方向における空間的周期ＴＸとＹ方向における空間的周期ＴＹとを、互いに独立に設定することも可能である。

なお、回折格子３２３としては、マスク印刷により非透過部分３２３Ａおよび透過部分３２３Ｂが形成されたものではなく、凹部または凸部が形成されたものを用いることも可能である。凹凸が形成された回折格子３２３の場合には、回折格子３２３のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、凹部（または凸部）のＸ方向における間隔（ピッチ）をいい、回折格子３２３のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、凹部（または凸部）のＹ方向における間隔（ピッチ）をいう。

エネルギービーム３２２のエネルギー量は、低温領域３２４Ｌにおいて基板３１０の表面が溶融する温度となるように設定される。これにより、基板３１０の表面の全体を溶融させることができる。このとき、エネルギービーム３２２としてエキシマレーザを用いると、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができる。本実施の形態では、エネルギービーム３２２のエネルギー量を一定値を超えるように制御する。例えば、エネルギービーム３２２のエネルギー量を３５０ｍＪ／ｃｍ² 、パルス照射回数を１００回とする。

（放熱工程）
溶融工程において基板３１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム３２２の照射を止めると、溶融工程において照射されたエネルギービーム３２２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、図１８および図１９に示したように、高温領域３２４Ｈに対応する基板３１０の表面が隆起して、基板３１０に複数の凸部３１１が形成される。

凸部３１１は、高温領域３２４Ｈが基板３１０の表面に二次元方向に配列されているので、これに対応して、基板３１０の表面に二次元方向に配列された錘体状の突起のパターンとして形成される。凸部３１１の下端部のＸ方向における寸法（直径）ＤＸおよびＹ方向における寸法（直径）ＤＹは、溶融温度および冷却速度により定まる。溶融温度は、エネルギービーム３２２のエネルギー量、すなわちエキシマレーザの場合にはパルス照射回数によって制御することができ、溶融温度が高いほど凸部３１１の寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。また、冷却速度は、基板３１０または基板３１０のホルダーを真空中またはガス雰囲気中に配置する方法、ガスフローによる方法、水または液体窒素中で冷却する方法、あるいは加熱しながらゆっくり冷却する方法などによって制御することができ、冷却速度が速いほど凸部３１１の寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。凸部３１１の寸法ＤＸ，ＤＹは、原理的には基板３１０の構成物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、溶融温度および冷却速度を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。

また、凸部３１１のＸ方向における間隔ＬＸ、およびＹ方向における間隔ＬＹは、熱分布３２４の空間的周期ＴＸ，ＴＹに応じて、すなわち回折格子３２３の周期間隔ＰＸ，ＰＹおよびエネルギービーム３２２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、回折格子３２３の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど凸部３１１の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔ＬＸ，ＬＹで凸部３１１を形成することも可能である。

凸部３１１の間隔ＬＸ，ＬＹは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。前述のように、従来のフォトリソグラフィでは解像限界が５０ｎｍであるため、従来のフォトリソグラフィで形成可能な最小のパターンは、例えば山５０ｎｍ、谷５０ｎｍ、および山５０ｎｍで、その間隔は解像限界の２倍すなわち１００ｎｍとなるからである。更に、凸部３１１の間隔ＬＸ，ＬＹは、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。従来の電子ビームリソグラフィの解像限界が２５ｎｍ程度であるため、従来の電子ビームリソグラフィで形成可能な最小のパターンの間隔は、同様に解像限界の２倍すなわち５０ｎｍとなるからである。

なお、図１７に示したように熱分布３２４のＸ方向における空間的周期ＴＸとＹ方向における空間的周期ＴＹとを、互いに独立に設定した場合には、これに対応して、図２０に示したように凸部３１１が楕円形に形成される。

（触媒パターン形成工程および筒状構造形成工程）
次に、図２１に示したように、第１の実施の形態と同様にして触媒パターン形成工程を行い、凸部３１１の側面３１１Ａに触媒物質３２０（図２１では図示せず、図２２参照）よりなる触媒パターン３２１を形成する。続いて、図２２に示したように、第１の実施の形態と同様にして筒状構造形成工程を行い、触媒パターン３２１（図２１参照）を用いて筒状構造３３０を形成する。筒状構造３３０が成長したのち、触媒パターン３２１の触媒物質３２０は、第１の実施の形態と同様に、基板３１０と筒状構造３３０との間などに配置されている。

（挿入工程）
そののち、図２３に示したように、筒状構造３３０が形成された基板３１０を磁気材料として例えば鉄を含む雰囲気中に配置することにより、筒状構造３３０の少なくとも先端部に磁気材料を取り込ませて磁性層３４０を形成する。以上により、複数の凸部３１１に対応して複数の記録素子３５０を備えた記録装置が完成する。各々の記録素子３５０は、触媒物質３２０，筒状構造３３０および磁性層３４０を有する。各々の筒状構造３３０に挿入された磁性層３４０は、隣接する他の筒状構造３３０内の磁性層３４０とは隔離されているため、各磁性層３４０に対する情報の書き込みまたは読み出しを確実に行うことができる。

図２４は、この記録装置における記録状態の一例を表すものである。この記録装置では、図２４の矢印で示したように磁性層３４０の磁化方向を制御することにより信号の記録（書き込み）および再生（読み出し）を行うことができる。信号の書き込みおよび読み出しは、例えば図示しない微細なコイルにより所定の磁束を発生させて書き込み、ＧＭＲヘッドで信号を読み出すようにしてもよく、あるいはいわゆる光磁気方式により行ってもよい。

以下、例えば光磁気方式による記録装置への書き込みおよび読み出しについて説明する。書き込みは、例えば次のように行われる。鉄よりなる磁性層３４０の温度をキュリー温度まで上昇させて、バイアス磁界により磁性層３４０の磁化方向を一定方向にする（消去モード）。そののち、バイアス磁界を消去モードとは逆方向の磁化方向としておいて、図示しない光学レンズによりスポット径を小さくしたレーザビームにより特定の筒状構造３３０の磁性層３４０のみの温度を上昇させ、レーザビームの照射を停止することにより磁性層３４０の磁化方向を消去時とは逆方向にする。また、読み出しは、例えば次のように行われる。筒状構造３３０内の磁性層３４０に対してレーザビームを照射し、レーザビームの反射光のカー回転角を検出することにより各々の磁性層３４０の磁化方向を再生信号として得ることができる。このとき、本実施の形態では、磁性層３４０が筒状構造３３０により隔離されているので、隣り合う筒状構造３３０内の磁性層３４０の影響を受けることなく、所定の磁化方向が長期間安定して保持される。

このように本実施の形態では、筒状構造３３０に磁気材料を挿入して磁性層３４０を形成するようにしたので、簡単な方法で、カーボンなどよりなる筒状構造３３０を用いた記録装置を容易に実現することができる。また、筒状構造３３０の先端を開放したり高さを均一化する工程が不要であり、磁性層３４０を効率よく形成することができる。

また、筒状構造３３０およびその内部に挿入された磁性層３４０の位置精度が高く、記録装置の特性を向上させることができる。また、磁性層３４０は筒状構造３３０により隔離されているので、隣接する他の筒状構造３３０内の磁性層３４０の影響を受けることなく、所定の磁化方向を長期間安定して保持することができ、記録装置の信頼性を向上させることができる。

特に、本実施の形態では、凸部形成工程において、基板３１０の表面に対して所望のパターンに応じて変調された熱分布３２４を与え、基板３１０の表面を溶融させたのち、基板３１０の表面を放熱させることにより、熱分布３２４に応じた位置に凸部３１１のパターンを形成するようにしたので、熱分布３２４を制御することにより従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な凸部３１１のパターンを形成することができる。よって、この凸部３１１に筒状構造３３０を成長させて磁性層３４０を形成することにより、着磁の長さを従来のフォトリソグラフィでは不可能な小さな寸法とすることができ、記録装置の記録密度を極めて高くすることができる。

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
第１の実施の形態と同様にして、微細構造体４０を作製した。その際、シリコンよりなる基板１０に、直径２００ｎｍ、高さ０．５μｍの凸部１１を形成し、触媒物質２０として、５４ｗｔ％の鉄（Ｆｅ）と、１７ｗｔ％のコバルト（Ｃｏ）と、２９ｗｔ％のニッケル（ニッケル）とを含む鉄−コバルト−ニッケル合金をスパッタ法により付着させた。続いて、基板１０を炉に投入し、炉の内部をスクロールポンプで３０分間排気したのち、アルゴン（Ａｒ）ガスを流量３００ＳＣＣＭで３０分間パージした。そののち、炉の温度をアルゴン雰囲気中で１５℃／ｍｉｎの割合で９００℃まで上昇させ、触媒パターン２１を形成した。続いて、触媒物質２０を活性化させるため、水素（Ｈ₂ ）を１４．８％混合したヘリウム（Ｈｅ）ガスを流量２００ＳＣＣＭで供給した。更に、炭素の原料としてメタン（ＣＨ₄ ）を１２．５％混合したアルゴンガスを流量２００ＳＣＣＭで供給すると共に、水素（Ｈ₂ ）を１４．８％混合したヘリウム（Ｈｅ）ガスを流量１００ＳＣＣＭで供給し、筒状構造３０を形成した。

得られた微細構造体のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；ＪＳＭ−６７００Ｆ，ＪＥＯＬ）写真を図２５（Ａ）ないし図２５（Ｃ）に示す。この微細構造体を成長させるために基板に付着した触媒物質の平均厚みを水晶モニタプローブを用いて測定したところ、０．５ｎｍであった。図２５（Ｂ）および図２５（Ｃ）に拡大して示したように、凸部の周囲に筒状構造が成長していることが確認され、筒状構造の壁厚ｗｔは３０ｎｍないし１００ｎｍであった。また、凸部の周囲には、触媒物質や炭素の微細構造の存在を示す白い点状の部分は確認されなかった。このことから、凸部の周囲の触媒物質は凝集して環状の触媒パターンを形成していることが分かった。

図２６（Ａ）ないし図２６（Ｃ）は、微細構造体を鉗子などで削り取ることにより様々な角度で表したＳＥＭ写真である。これらのＳＥＭ写真から、成長した筒状構造は、空洞に凸部を内包していることが明らかに分かる。

比較例として、図２７に、触媒物質を付着させる前に凸部を剥離し、そののち、実施例１と同様にして触媒物質を付着および凝集させて筒状構造を形成しようとした試料のＳＥＭ写真を示す。図２７から分かるように、凸部の剥離跡には触媒物質が多く付着していたが、凝集による環状の触媒パターンは形成されておらず、凸部の周囲に筒状構造ではなくカーボンナノチューブが成長していた。

（実施例２）
第３の実施の形態と同様にして微細構造体を作製した。実施例２で得られた微細構造体のＳＥＭ写真を図２８に示す。直径および壁厚の異なる筒状構造が二重に形成されていることが分かる。筒状構造の壁厚ｗｔは実施例１と同様に３０ｎｍないし１００ｎｍであった。

実施例２で得られた微細構造体について、筒状構造の構成を、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）を用いて分析した。その結果を図２９に示す。図２９から、筒状構造は非晶質材料と結晶質材料との混合物により構成されていることが分かる。図２９（Ｃ）において、中央右上寄りに層状に見える部分が結晶質材料よりなる部分であり、その周囲は非晶質材料よりなる部分である。

また、実施例１で得られた筒状構造の材料を、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray analysis）およびＥＥＬＳ（Electron Energy Loss spectrum ）を用いて分析した。その結果を図３０および図３１に示す。筒状構造はシリコンよりなる基板に形成されているので、図３０および図３１から分かるように、筒状構造にはシリコンが付着しているが、筒状構造それ自体はシリコンを含まず、炭素により構成されている。したがって、図２９ないし図３１から、筒状構造は、非晶質炭素およびグラファイトにより構成されていると結論することができる。

更に、実施例２で得られた微細構造体の電界電子放出特性を調べた。測定方法および条件としては、微細構造体と銅（Ｃｕ）よりなる電極とを１００μｍの距離をおいて対向配置し、微細構造体と電極との間に０ないし１０００Ｖの電圧を印加した際のトンネル電流を高精度電流計により記録した。図３２にその結果を示す。５００Ｖでエミッション電流が上昇しており、しきい値は５Ｖ／μｍであった。また、図３３は、図３２に対応するＦ−Ｎ（Fowler-Nordheim ）プロットを表す。Ｆ−Ｎプロットには、二つの異なるＦ−Ｎ領域が表されているが、これらは、直径および壁厚の異なる二重の筒状構造に対応するものと考えられる。低電圧での電界電子放出は内側の筒状構造のみによるものであり、高電圧での電界電子放出は外側と内側との両方の筒状構造が寄与している。炭素の仕事関数φを５ｅＶとし、Ｆ−Ｎプロットを利用して平均電界集中因子βを計算すると、約６０００であった。これは、非特許文献１で報告されている他のカーボン構造体とほぼ同じ大きさ程度の値である。

このように、実施例１および実施例２によれば、壁厚ｗｔが３０ｎｍないし１００ｎｍの炭素よりなる筒状構造を有する微細構造体を、凸部の周囲に位置精度よく形成することができた。すなわち、基板に凸部を形成し、この凸部の側面に触媒物質よりなる線状の触媒パターンを形成したのち、触媒パターンを用いて筒状構造を成長させるようにすれば、従来のリソグラフィを用いて、先端に尖鋭な端縁（シャープエッジ）を有する筒状構造を高い位置精度で形成することができ、電界電子放出特性を向上できることが分かった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料、厚みおよび壁厚、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料、厚みおよび壁厚としてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、凸部１１の形成方法は、第１ないし第３の実施の形態のようなフォトリソグラフィ、あるいは第４の実施の形態で説明したような変調された熱分布を用いる方法に限られない。

また、上記第１の実施の形態では、ＦＥＤの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。更に、本発明は、他の構成のＦＥＤにも適用することが可能である。また、上記第２および第３の実施の形態で説明した微細構造体を用いてＦＥＤを構成することも可能である。

加えて、上記第１の実施の形態では、凸部１１を先細の円柱状として説明したが、凸部１１の側面１１Ａは、図３４に示したように、凸部１１の先端に向かって直径が太くなるように傾斜していてもよい。その場合、筒状構造３０は、先端に向かって広がるホーン状となる。なお、凸部１１は、筒状構造３０の成長のガイドとなっているわけではない。

更にまた、上記第２の実施の形態において、３段以上の段部を有する凸部を形成し、３層以上の多層構造を有する筒状構造を形成するようにしてもよい。

加えてまた、上記実施の形態では、触媒パターン形成工程において付着工程および凝集工程を行うようにしたが、触媒パターンを他の方法で形成してもよい。

更にまた、筒状構造としては、炭素（Ｃ）よりなるものに限られず、シリコン（Ｓｉ），金（Ａｕ），酸化亜鉛（Ｚｎ）およびカドミウム（Ｃｄ）からなる群のうちの少なくとも１種よりなるものを成長させることが可能である。

加えてまた、上記第４の実施の形態においては、変調された熱分布を用いて凸部３１１を形成する場合について説明したが、凸部は、第１の実施の形態のようにフォトリソグラフィにより形成してもよく、あるいは他の方法により形成してもよい。

更にまた、例えば、上記第４の実施の形態では、パルスの照射回数によりエネルギービーム３２２のエネルギー量を調整するようにしたが、パルスの照射回数、照射強度およびパルス幅のそれぞれを調整することが可能である。

加えてまた、上記第４の実施の形態では、エネルギービーム３２２の照射による熱分布３２４の形成を回折格子３２３を用いて行う場合について説明したが、回折格子３２３の代わりに例えばビームスプリッタを用いるようにしてもよい。

更にまた、上記第４の実施の形態では、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いてエネルギービーム３２２を照射するようにしたが、ＸｅＣｌエキシマレーザ以外のレーザを用いるようにしてもよく、更に、加熱手段として、変調により熱分布を形成できるものであれば、一般的な汎用の電気加熱炉（拡散炉）もしくはランプなどの他の方法により加熱するようにしてもよい。

加えてまた、上記第４の実施の形態では、放熱工程を溶融工程を終了したのちの常温による自然冷却としたが、常温未満の温度により強制的に冷却して放熱工程を短縮することも可能である。

更にまた、上記第４の実施の形態では、磁性層３４０の磁気材料として鉄（Ｆｅ）を用いた場合について説明したが、スズ（Ｓｎ），チタン（Ｔｉ），ビスマス（Ｂｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），アンチモン（Ｓｂ），鉛（Ｐｂ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ），硫黄（Ｓ），セレン（Ｓｅ），カドミウム（Ｃｄ），ガドリニウム（Ｇｄ）あるいはハフニウム（Ｈｆ）などを用いてもよい。

本発明の微細構造体は、ＦＥＤの電界電子放出素子あるいは記録装置として極めて有用である。また、この微細構造体は、基板上に高い位置精度および形状精度で形成されているので、触媒転写のためのテンプレートとしての利用も可能であるほか、ＳＴＭプローブ，バイオセンサ，高周波トランジスタ，量子デバイス，ＬＳＩメモリ，論理回路および配線，ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；微小電気機械システム）など幅広い需要および用途を有する。

本発明の第１の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を工程順に表す斜視図である。 図１に続く工程を表す斜視図である。 図２に続く工程を表す斜視図である。 図３に続く工程を表す斜視図である。 図４に示した微細構造体を用いた表示装置の一例を表す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を工程順に表す斜視図である。 図６に続く工程を表す斜視図である。 図７に続く工程を表す斜視図である。 図８に続く工程を表す斜視図である。 図９に続く工程を表す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を工程順に表す斜視図である。 図１１に続く工程を表す斜視図である。 図１２に続く工程を表す斜視図である。 図１３に続く工程を表す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る記録装置の製造方法における溶融工程を模式的に表す斜視図である。 図１５に示した基板の表面に形成されている熱分布の一例を模式的に表す平面図である。 図１６に示した熱分布の他の例を表す平面図である。 図１５に続く工程（放熱工程）を模式的に表す斜視図である。 図１８に示した基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。 図１７に示した熱分布を形成したのちに放熱工程を行った場合における基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。 図２０に続く工程（触媒パターン形成工程）を模式的に表す断面図である。 図２１に続く工程（筒状構造形成工程）を模式的に表す断面図である。 図２２に続く工程（挿入工程）を模式的に表す断面図である。 図２３に示した記録装置における記録状態の一例を模式的に表す斜視図である。 本発明の実施例１に係る微細構造体のＳＥＭ写真である。 実施例１に係る微細構造体を様々な角度で表すＳＥＭ写真である。 比較例に係る試料のＳＥＭ写真である。 本発明の実施例２に係る微細構造体のＳＥＭ写真である。 実施例２に係る微細構造体の構成を表すＴＥＭ写真である。 実施例１に係る微細構造体の材料をＴＥＭおよびＥＤＸにより分析した結果を表す図である。 実施例１に係る微細構造体の材料をＴＥＭおよびＥＥＬＳにより分析した結果を表す図である。 実施例２に係る微細構造体の電界電子放出特性を表す図である。 図３２に対応するＦ−Ｎプロットを表す図である。 図４に示した微細構造体の変形例を表す斜視図である。

符号の説明

１０，１１０，３１０…基板、１１，１１１，２１１，３１１…凸部、１１Ａ，１１１Ａ，３１１Ａ…側面、２０…触媒機能を有する物質（触媒物質）、２１，３２１…触媒パターン、３０，２３０，３３０…筒状構造、４０…微細構造体、１１０Ａ…半導体層、２１１Ａ…第１の段部、２１１Ｂ…第２の段部、２１１ＡＡ，２１１ＢＡ…側面、２２１Ａ…第１の触媒パターン、２２１Ｂ…第２の触媒パターン、２３０Ａ…第１の筒状構造、２３０Ｂ…第２の筒状構造，３４０…磁性層

Claims (20)

1. 基板に凸部を形成する凸部形成工程と、
   前記凸部の側面に、触媒機能を有する物質よりなる触媒パターンを形成する触媒パターン形成工程と、
   前記触媒パターンを用いて筒状構造を成長させる筒状構造形成工程と
   を含むことを特徴とする微細構造体の製造方法。
2. 前記凸部を円柱状に形成し、前記触媒パターンを環状に形成し、前記筒状構造を円筒状に形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
3. 前記触媒パターン形成工程は、
   前記基板に前記触媒機能を有する物質を付着させる付着工程と、
   前記基板に熱処理を行うことにより前記触媒機能を有する物質を溶融させて前記凸部の側面に凝集させる凝集工程と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
4. 前記触媒機能を有する物質を、前記凝集工程において前記触媒機能を有する物質を溶融させて前記凸部の側面に凝集させることができる程度の厚みで付着させる
   ことを特徴とする請求項３記載の微細構造体の製造方法。
5. 前記凸部に、２段以上の段部を形成し、
   前記２段以上の段部の各々の側面に前記触媒パターンを形成し、
   前記触媒パターンを用いて前記筒状構造を前記２段以上の段部の各々の側面から起立させる
   ことを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
6. 前記基板として半導体基板を用い、前記凸部をエッチングにより形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
7. 前記基板として絶縁性材料よりなる基板を用い、前記凸部を、前記基板に半導体層を形成し、前記基板の表面が露出するまで前記半導体層をエッチングすることにより形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
8. 前記筒状構造として、炭素（Ｃ），シリコン（Ｓｉ），金（Ａｕ），酸化亜鉛（Ｚｎ）およびカドミウム（Ｃｄ）からなる群のうちの少なくとも１種よりなるものを形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
9. 凸部が形成された基板と、
   前記凸部の側面に配置された触媒機能を有する物質と、
   前記凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造と
   を備えたことを特徴とする微細構造体。
10. 前記凸部が円柱状であり、前記筒状構造が円筒状である
    ことを特徴とする請求項９記載の微細構造体。
11. 前記筒状構造の壁厚が、前記筒状構造の直径の２分の１以下である
    ことを特徴とする請求項１０記載の微細構造体。
12. 前記凸部が、２段以上の段部を有し、
    前記触媒機能を有する物質が、前記２段以上の段部の各々の側面に配置され、
    前記筒状構造が前記２段以上の段部の各々の側面から起立している
    ことを特徴とする請求項９記載の微細構造体。
13. 前記筒状構造の壁厚が５０ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項９記載の微細構造体。
14. 前記筒状構造は、炭素（Ｃ），シリコン（Ｓｉ），金（Ａｕ），酸化亜鉛（Ｚｎ）およびカドミウム（Ｃｄ）からなる群のうちの少なくとも１種により構成されている
    ことを特徴とする請求項９記載の微細構造体。
15. 凸部が形成された基板と、前記凸部の側面に配置された触媒機能を有する物質と、前記凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造とを有する微細構造体と、
    前記筒状構造に所定の電圧を印加し、前記筒状構造から電子を放出させるための電極と、
    前記微細構造体から放出された電子を受けて発光する発光部と
    を備えたことを特徴とする表示装置。
16. 基板に凸部を形成する凸部形成工程と、
    前記凸部の側面に、触媒機能を有する物質よりなる触媒パターンを形成する触媒パターン形成工程と、
    前記触媒パターンを用いて筒状構造を成長させる筒状構造形成工程と、
    前記筒状構造の少なくとも先端部に磁気材料を挿入する挿入工程と
    を含むことを特徴とする記録装置の製造方法。
17. 前記凸部形成工程は、
    前記基板の表面に対して所望のパターンに応じて変調された熱分布を与え、前記基板の表面を溶融させる溶融工程と、
    前記基板の表面を放熱させることにより、前記熱分布に応じた位置に前記凸部のパターンを形成する放熱工程と
    を含むことを特徴とする請求項１６記載の記録装置の製造方法。
18. 前記熱分布を、エネルギービームの照射により与える
    ことを特徴とする請求項１７記載の記録装置の製造方法。
19. エネルギービームを回折させることにより前記熱分布を二次元的に与える
    ことを特徴とする請求項１７記載の記録装置の製造方法。
20. 複数の凸部を有する基板と、前記複数の凸部に対応した複数の記録素子とを備えた記録装置であって、
    前記複数の記録素子の各々は、
    前記凸部の側面に配置された触媒機能を有する物質と、
    前記凸部の側面から起立すると共に先端が開放された筒状構造と、
    前記筒状構造の少なくとも先端部に挿入された磁気材料よりなる磁性層と
    を備えたことを特徴とする記録装置。
    

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