(57)【要約】【課題】容易に微細パターンを形成することができるパターン状電子源の製造方法、パターン状電子源を提供する。【解決手段】表面が導電性を有する第１の基板２上に第１のパターン５を形成し、当該第１のパターン５に沿って１または２以上の第１のエミッタ１０を設けて第１のフィールドエミッション部１を形成するステップと、前記第１のエミッタ１０から電子線を照射して表面が導電性を有する第２の基板１６上に第２のパターン１８を形成し、当該第２のパターン１８に沿って１または２以上の第２のエミッタを設けて第２のフィールドエミッション部１５を形成するステップとを備え、前記第２のフィールドエミッション部１５を複数形成してパターン状電子源２５を製造する。【選択図】図２
2011258502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が導電性を有する第１の基板上に第１のパターンを形成し、当該第１のパターンに沿って１または２以上の第１のエミッタを設けて第１のフィールドエミッション部を形成するステップと、
前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して、表面が導電性を有する第２の基板上に第２のパターンを形成し、当該第２のパターンに沿って１または２以上の第２のエミッタを設けて第２のフィールドエミッション部を形成するステップと
を備え、
前記第２のフィールドエミッション部を複数形成することを特徴とするパターン状電子源の製造方法。
【請求項２】
前記第２のフィールドエミッション部を形成するステップは、
前記第２の基板上に絶縁層を形成するステップと、
前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して前記絶縁層の表面に前記第２のパターンを形成するステップと、
前記第２のパターンに沿って、前記絶縁層に、前記第２の基板表面を底面とする空間を形成するステップと、
前記空間の底面に、前記第２のエミッタを形成するステップと
を有することを特徴とする請求項１記載のパターン状電子源の製造方法。
【請求項３】
前記第２のフィールドエミッション部を形成するステップは、
前記第２の基板上に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層上に導電体からなるゲート層を形成するステップと、
前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して前記ゲート層の表面に前記第２のパターンを形成するステップと、
前記第２のパターンに沿って、前記ゲート層に開口部を形成するステップと、
前記絶縁層に、前記開口部に沿って、前記第２の基板表面を底面とする空間を形成するステップと、
前記空間の底面に、前記第２のエミッタを形成するステップと
を有する
ことを特徴とする請求項１記載のパターン状電子源の製造方法。
【請求項４】
前記第１のエミッタおよび前記第２のエミッタはカーボンナノチューブで構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン状電子源の製造方法。
【請求項５】
第１のフィールドエミッション部の第１のパターンに沿って形成された１または２以上の第１のエミッタから電子線を照射して、表面が導電性を有する第２の基板上に第２のパターンを形成し、当該第２のパターンに沿って１または２以上の第２のエミッタが形成された第２のフィールドエミッション部を複数集積したことを特徴とするパターン状電子源。
【請求項６】
前記第２のフィールドエミッション部は、
前記第２の基板上に配置された絶縁層と、
前記第２のパターンに沿って前記絶縁層に形成され、前記基板表面を底面とする空間とを有し、
前記第２のエミッタが前記空間の底面に配置された
ことを特徴とする請求項５記載のパターン状電子源。
【請求項７】
前記第２のフィールドエミッション部は、
前記第２の基板上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層上に配置された導電体からなるゲート層と、
前記第２のパターンに沿って前記ゲート層に形成された開口部と、
前記開口部に沿って前記絶縁層に形成され、前記第２の基板表面を底面とする空間とを有し、
前記第２のエミッタが前記空間の底面に配置された
ことを特徴とする請求項５記載のパターン状電子源。
【請求項８】
前記第１のエミッタおよび前記第２のエミッタはカーボンナノチューブで構成されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のパターン状電子源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン状電子源の製造方法、パターン状電子源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子源としては、導電体からなるカソード層とカソード層上に配置される絶縁層と、絶縁層上に配置され、開口部を設けた導電体からなるゲート層と、エミッタとを備えるフィールドエミッション装置が開示されている（例えば、特許文献１）。このフィールドエミッション装置を製造する際にも用いられる微細加工・パターン形成技術は、各種電子デバイスの製造に欠かせない。
【０００３】
フォトリソグラフィは広く利用されているが、デバイス線幅の数１０ｎｍへの微細化に伴い、設備が高度に複雑化し、例えば露光装置は１台数１０億円と極端に高コストになっている。一方で、インクジェットやマイクロコンタクトプリンティング等の安価なパターン形成技術の開発も進んでいるが、前者は数μｍ以上とパターンが粗く、後者は未だ研究開発途上である。最も高精細なパターン形成技術として、電子線リソグラフィが開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
特許文献２には、スループットの高い光リソグラフィと、スループットは光リソグラフィと比較し劣るものの比較的高いスループットを持ち解像性能の優れた電子線転写装置の２種類の中から、各品種・各層毎に必要な要求精度、要求解像度を満たしながら、最大限のスループットが得られるように転写装置・転写方法を提案するとともに、電子線転写装置を選択した場合には、非相補レチクルと相補レチクルの２種類の転写方法のうち、必要な要求精度、要求解像度を満たしながら、最大限のスループットが得られるように効果的に選択を行う半導体装置製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４５６７２号公報
【特許文献２】特開２００３−９２２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子線リソグラフィは、原理的には電子顕微鏡と同じであり、装置が高コストであり、かつまた電子線をスキャンして描画を行うために生産性も低く、用途がフォトリソグラフィのマスク形成や、研究開発に限定されていた。一方で、二次元でパターン状の電子線を発生することが出来れば、スキャンをせずに短時間で描画を行うことができ、安価で大規模な電子線リソグラフィを実現できる。
【０００７】
そこで、本発明は、微細パターンを容易に形成することができるパターン状電子源の製造方法、パターン状電子源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係るパターン状電子源の製造方法は、表面が導電性を有する第１の基板上に第１のパターンを形成し、当該第１のパターンに沿って１または２以上の第１のエミッタを設けて第１のフィールドエミッション部を形成するステップと、前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して、表面が導電性を有する第２の基板上に第２のパターンを形成し、当該第２のパターンに沿って１または２以上の第２のエミッタを設けて第２のフィールドエミッション部を形成するステップとを備え、前記第２のフィールドエミッション部を複数形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係るパターン状電子源の製造方法は、前記第２のフィールドエミッション部を形成するステップは、前記第２の基板上に絶縁層を形成するステップと、
前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して前記絶縁層の表面に前記第２のパターンを形成するステップと、前記第２のパターンに沿って、前記絶縁層に、前記第２の基板表面を底面とする空間を形成するステップと、前記空間の底面に、前記第２のエミッタを形成するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係るパターン状電子源の製造方法は、前記第２のフィールドエミッション部を形成するステップは、前記第２の基板上に絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層上に導電体からなるゲート層を形成するステップと、前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して前記ゲート層の表面に前記第２のパターンを形成するステップと、前記第２のパターンに沿って、前記ゲート層に開口部を形成するステップと、前記絶縁層に、前記開口部に沿って、前記第２の基板表面を底面とする空間を形成するステップと、前記空間の底面に、前記第２のエミッタを形成するステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係るパターン状電子源の製造方法は、前記第１のエミッタおよび前記第２のエミッタはカーボンナノチューブで構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に係るパターン状電子源は、第１のフィールドエミッション部の第１のパターンに沿って形成された１または２以上の第１のエミッタから電子線を照射して、表面が導電性を有する第２の基板上に第２のパターンを形成し、当該第２のパターンに沿って１または２以上の第２のエミッタが形成された第２のフィールドエミッション部を複数集積したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６に係るパターン状電子源は、前記第２のフィールドエミッション部は、前記第２の基板上に配置された絶縁層と、前記第２のパターンに沿って前記絶縁層に形成され、前記基板表面を底面とする空間とを有し、前記第２のエミッタが前記空間の底面に配置されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に係るパターン状電子源は、前記第２のフィールドエミッション部は、前記第２の基板上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された導電体からなるゲート層と、前記第２のパターンに沿って前記ゲート層に形成された開口部と、前記開口部に沿って前記絶縁層に形成され、前記第２の基板表面を底面とする空間とを有し、前記第２のエミッタが前記空間の底面に配置されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項８に係るパターン状電子源は、前記第１のエミッタおよび前記第２のエミッタはカーボンナノチューブで構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１のフィールドエミッション部を用いて、第２のフィールドエミッション部を自己複製することができるので、微細パターンを容易に形成することができるパターン状電子源を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る第１のフィールドエミッション部を製造する過程を段階的に示した断面図であり、（Ａ）レジスト層を形成した状態、（Ｂ）第１のパターンを形成した状態、（Ｃ）空間を形成した状態、（Ｄ）触媒層を形成した状態、（Ｅ）レジスト層を剥離した状態、（Ｆ）第１のエミッタを形成した状態、を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る第２のフィールドエミッション部を製造する過程を段階的に示した断面図であり、（Ａ）第２の基板に第１のフィールドエミッション部を重ねた状態、（Ｂ）第２のパターンを形成した状態、（Ｃ）触媒層を形成した状態、（Ｄ）レジスト層を剥離した状態、（Ｅ）第２のエミッタを形成した状態、を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るパターン状電子源の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る第１のフィールドエミッション部を製造する過程を段階的に示した断面図であり、（Ａ）レジスト層を形成した状態、（Ｂ）第１のパターンを形成した状態、（Ｃ）第１の開口部を形成した状態、（Ｄ）第１の空間を形成した状態、（Ｅ）第１の触媒層を形成した状態、（Ｆ）レジスト層を剥離した状態、（Ｇ）第１のエミッタを形成した状態、を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る第２のフィールドエミッション部を製造する過程を段階的に示した断面図であり、（Ａ）第２の基板に第１のフィールドエミッション部を重ねた状態、（Ｂ）第２のパターンを形成した状態、（Ｃ）第２の開口部を形成した状態、（Ｄ）第２の空間を形成した状態、（Ｅ）第２の触媒層を形成した状態、（Ｆ）レジスト層を剥離した状態、（Ｇ）第２のエミッタを形成した状態、を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るパターン状電子源の構成を示す断面図である。
【図７】本発明に係る実施例を示す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
１．第１実施形態
（製造方法）
以下、本実施形態に係るパターン状電子源の製造方法について説明する。まず第１の基板上に第１のパターンを形成し、当該第１のパターンに沿って第１のフィールドエミッション部を形成する。
【００１９】
次いで、前記第１のフィールドエミッション部を用いて、当該第１のフィールドエミッション部と同じパターンの第２のフィールドエミッション部を形成する。すなわち、前記第１のフィールドエミッション部から電子線を照射して第２の基板上に第２のパターンを形成し、当該第２のパターンに沿って１または２以上の第２のエミッタを設けて第２のフィールドエミッション部を形成する。そして、前記第２のフィールドエミッション部を複数形成して集積することにより、チップサイズやウェハサイズのパターン状電子源を製造することができる。
【００２０】
実際上、第２の基板上に第１のフィールドエミッション部から電子線を繰り返し照射して第２のパターンを第２の基板上に複数形成し、当該第２のパターン毎に１または２以上の第２のエミッタを１度に設けて、複数の第２のフィールドエミッション部が集積したチップサイズやウェハサイズのパターン状電子源を製造することもできる。
【００２１】
以下、パターン状電子源の製造方法について図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００２２】
まず、図1を参照して、第１のフィールドエミッション部１を形成する場合について説明する。なお、以下の説明では第１のパターン５に第１のエミッタ１０を１個形成する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。実際上、第１のフィールドエミッション部１には、複数の第１のエミッタ１０が第１のパターン５に沿って設けられている。また、第１のパターン５の形態は、特に限定されるものではなく、例えば縦横方向に点状、線状、面状の形態とすることができ、また、これらをそれぞれ複数含んだ形態や、互いに組み合わせた形態とすることもできる。
【００２３】
第１のフィールドエミッション部１が形成される第１の基板２として、導電性を有するシリコン基板を用意する。さらに、酸化ケイ素をＣＶＤ法で成膜して、絶縁層３を形成する。
【００２４】
次いで、パターン形成のためのレジストを塗布してレジスト層４を形成し（図1（Ａ））、フォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィにより、レジスト層４に電子線をパターン状に照射して感光させた後に現像することにより、第１のパターン５を形成する（図1（Ｂ））。
【００２５】
そして、フッ酸水溶液により、絶縁層３のエッチングを行って空間６を形成する（図1（Ｃ））。当該空間６の底面７は、第１の基板２表面で構成される。
【００２６】
次に、酸化アルミニウムをスパッタ法により成膜して、空間６の底面７上に、触媒担体層８を形成する。そして、鉄をスパッタ法により供給し、触媒担体層８の表面に触媒層９を形成する（図1（Ｄ））。なお、この際、レジスト層４上にも、同程度の厚さの触媒担体層８および触媒層９が形成される。
【００２７】
この後、レジスト層４およびレジスト層４上の触媒担体層８および触媒層９を剥離液により剥離する（図1（Ｅ））。
【００２８】
触媒担体層８は、触媒層９と第１の基板２とが合金化するのを防止するとともに、触媒層９の上にカーボンナノチューブが成長する際に、その成長をさらに促す役割を果たす。
【００２９】
この後、アルコール等の炭素源を供給するＣＶＤ処理により、触媒層９からカーボンナノチューブを成長させて、第１のエミッタ１０を形成する（図1（Ｆ））。ＣＶＤ処理は、例えば、触媒還元時には、水素とアルゴンの混合体を、カーボンナノチューブ成長時には、エタノールとアルゴンの混合体を、圧力７６０Ｔｏｒｒ，温度８００℃で５分間供給することにより、行うことができる。
【００３０】
このようにして、第１のフィールドエミッション部１が製造される。なお、第１の基板２にシリコン基板を用いた際には、シリコン基板の導電性により、第１のエミッタ１０に電流を供給することができる。第１の基板２にガラス等の絶縁性の材料を用いた際には、モリブデンや窒化チタン等の導電性の層を、第１の基板２と絶縁層３の間に適宜設けることで、第１のエミッタ１０に電流を供給することができる。触媒担体層８に窒化チタン等の導電性の材料を用いた際には、触媒担体層８を通して第１のエミッタ１０に電流を供給することもできる。なお、触媒担体層８に酸化アルミニウムを利用した際にも、酸化アルミニウムを膜厚１０ｎｍ程度と薄くすることで、第１のエミッタ１０と第１の基板２の間に電流を供給することができる。
【００３１】
つづいて、図2を参照して、第２のフィールドエミッション部１５を形成する場合について説明する。第２のフィールドエミッション部１５を製造する方法は、主にパターンを形成する方法が上述した第１のフィールドエミッション部１を形成する場合と異なる。
【００３２】
第２のフィールドエミッション部１５が形成される第２の基板１６として、導電性を有するシリコン基板を用意する。第２の基板１６は、第１の基板２に比べ面積が大きく、例えば、チップやウェハである。
【００３３】
次いで、パターン形成のためのレジストを塗布してレジスト層１７を形成する。このレジスト層１７を挟んで第２の基板１６上に第１のフィールドエミッション部１を重ねて配置する（図2（Ａ））。第１の基板２と第２の基板１６は、絶縁層３とレジスト層１７を挟んで重ねて配置される。
【００３４】
この状態で第１のエミッタ１０から電子線を照射して電子線リソグラフィにより、レジスト層１７に電子線をパターン状に照射して感光させた後に現像することにより、第２のパターン１８を形成する（図2（Ｂ））。このように形成された第２のパターン１８は、第１のパターン５と同じ構造となる。
【００３５】
次に、酸化アルミニウムをスパッタにより成膜して、第２のパターン１８上に触媒担体層１９を形成する。そして、鉄をスパッタ法により供給し、触媒担体層１９の表面に触媒層２０を形成する（図2（Ｃ））。なお、この際、レジスト層１７上にも、同程度の厚さの触媒担体層１９および触媒層２０が形成される。
【００３６】
この後、レジスト層１７およびレジスト層１７上の触媒担体層１９および触媒層２０を剥離液により剥離する（図2（Ｄ））。
【００３７】
この後、アルコール等の炭素源を供給するＣＶＤ処理により、触媒層２０からカーボンナノチューブを成長させて、第２のエミッタ２１を形成する（図2（Ｅ））。
【００３８】
上記のような手順で、第１のフィールドエミッション部１により第１のパターン５と同じ構造を有する第２のパターン１８を複数形成して、当該第２のパターン１８毎に第２のフィールドエミッション部１５を形成することにより、図3に示すように第２のフィールドエミッション部１５が集積されたパターン状電子源２５を形成することができる。このパターン状電子源２５は、電子線源として第２のパターン１８と同じ構造を複数備えた微細パターン（図示しない）を自己複製により形成することができる。
【００３９】
なお、本図に示すパターン状電子源２５は、一例として、一直線状に複数（４個）の第２のフィールドエミッション部１５が設けられているが、本発明はこれに限らず、第２のパターン１８が第１のパターンと同様に縦横方向に点状、線状、面状に形成されることにより、縦横方向に点状、線状、面状のフィールドエミッション部を任意に設けることができ、第２のパターン１８が集積された微細パターンを自己複製により形成することができる。また、第２のパターン１８に第２のエミッタ２１が１個形成されている場合について図示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。実際上、第２のフィールドエミッション部１５には、複数の第２のエミッタ２１が第２のパターン１８に沿って設けられている。
【００４０】
第２のフィールドエミッション部１５は、第２の基板１６上にエミッタとしての第２のエミッタ２１が形成されている。第２のエミッタ２１は、複数のカーボンナノチューブが絡み合った構造体からなる。当該カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、２層カーボンナノチューブ、３層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等、種々の太さのカーボンナノチューブが利用できる。
【００４１】
第２のエミッタ２１は、カーボンナノチューブの突端の一部が棘のように第２の基板１６表面から外部へ突き出ている。本実施形態の場合、第２のエミッタ２１は、ブラシの毛の部分が平面上に帯状に生えているような形状であるが、これに限られるものではない。例えば、第２のエミッタ２１は、第２の基板１６表面を平野と考えた場合の山脈のような形状、第２の基板１６表面を平地と考えた場合の樹列状もしくは帯状に芝生が生えているような形状である。
【００４２】
なお、第２のエミッタ２１と、第２の基板１６との間には、モリブデン、コバルト、鉄もしくはニッケル等の遷移金属からなる触媒層２０が配置されている。触媒層２０に用いる触媒としては、コバルト−モリブデン、もしくは、鉄−モリブデンの２元系が、特に有効と考えられるが、これには限られず、上記の遷移金属を含む混合物を利用することができる。これにより、第２のエミッタ２１を構成するカーボンナノチューブは、108〜1012本/cm2の範囲で密度を制御して成長することができる。
【００４３】
また、触媒層２０と第２の基板１６との合金化を抑制するため、ならびに、当該触媒層２０を担持するため、触媒担体層１９が配置されている。
【００４４】
触媒担体層１９は、Si、Al、Mg、O、N、Cの何れか１つ以上の元素を含む物質により形成され、例えば、AlOxやアルミノシリケート（AlOxとSiOxの複合酸化物）などにより形成される。また、触媒担体層１９に窒化チタン等の導電性の材料を用いると、触媒担体層１９を通して第２のエミッタ２１に電流を供給することもできる。
【００４５】
（作用および効果）
本実施形態に係るパターン状電子源２５の製造方法は、第１のフィールドエミッション部１により第２のパターン１８を複数形成し、当該第２のパターン１８に沿って第２のフィールドエミッション部１５を形成してパターン状電子源２５を製造する。これにより、第１のフィールドエミッション部１を用いて自己複製によって第２のパターン１８を形成して第２のフィールドエミッション部１５を複数製造し大規模に集積することができるので、容易にパターン状電子源２５を製造することができる。
【００４６】
したがって、第２のフィールドエミッション部１５が集積されたパターン状電子源２５では、ステッパを用いずに、リソグラフィを行うことができるので、より容易に微細パターンを形成することができる。
【００４７】
また、第１のエミッタ１０は第２の基板１６と接触せずに第２のパターン１８を形成し得るので、ひとつの第１のフィールドエミッション部１を繰り返し使用することができると共に、接触による欠陥が発生するリスクを低減することができる。
【００４８】
このように形成された第２のフィールドエミッション部１５が集積されたパターン状電子源２５は、電子線リソグラフィ装置として他の基板上に微細パターンを形成したり、ディスプレイ用電子源として利用することができる。
【００４９】
２．第２実施形態
本実施形態に係るパターン状電子源は、絶縁層３上にゲート層が設けられている点が上記第１実施形態と異なる。
【００５０】
まず、図4を参照して、本実施形態に係る第１のフィールドエミッション部３０を形成する場合について説明する。第１のフィールドエミッション部３０が形成される第１の基板３１として、ガラス板もしくはシリコン基板を用意し、当該第１の基板３１上にモリブデンをスパッタ法で成膜して、カソード層３２を形成する。なお、表面が導電性を有する基板を第１の基板３１として用いた際には、第１の基板３１の表面をカソード層３２として用いることもできる。
【００５１】
さらに、酸化ケイ素をＣＶＤ法で成膜して、絶縁層３３を形成する。次いで、モリブデンをスパッタ法で成膜して、ゲート層３４を形成する。
【００５２】
次いで、パターン形成のためのレジストを塗布してレジスト層３５を形成し（図4（Ａ））、フォトリソグラフィにより、レジスト層３５に電子線をパターン状に照射して感光させた後に現像することにより、第１のパターン３６を形成する（図4（Ｂ））。
【００５３】
そして、リン酸、酢酸、硝酸の混合液により、ゲート層３４のエッチングを行って開口部３７を形成する（図4（Ｃ））。
【００５４】
さらに、フッ酸水溶液により、絶縁層３３のエッチングを行って第１の空間３８を形成する（図4（Ｄ））。
【００５５】
次に、酸化アルミニウムをスパッタ法により成膜して、第１の空間３８の底面３８Ａ上に、触媒担体層３９を形成する。そして、鉄をスパッタ法により供給し、触媒担体層３９の表面に触媒層４０を形成する（図4（Ｅ））。なお、この際、レジスト層３５上にも、同程度の厚さの触媒担体層３９および触媒層４０が形成される。
【００５６】
この後、レジスト層３５およびレジスト層３５上の触媒担体層３９および触媒層４０を剥離液により剥離する（図4（Ｆ））。
【００５７】
この後、アルコール等の炭素源を供給するＣＶＤ処理により、触媒層４０からカーボンナノチューブを成長させて、第１のエミッタ４１を形成する（図4（Ｇ））。
【００５８】
このようにして、第１のフィールドエミッション部３０が製造される。
【００５９】
つづいて、図5を参照して、第２のフィールドエミッション部５０を形成する場合について説明する。第２のフィールドエミッション部５０が形成される第２の基板５１として、ガラス板もしくはシリコン基板を用意し、当該第２の基板５１上にモリブデンをスパッタ法で成膜して、カソード層５２を形成する。なお、表面が導電性を有する基板を第２の基板５１として用いた際には、第２の基板５１の表面をカソード層５２として用いることもできる。さらに、酸化ケイ素をＣＶＤ法で成膜して、絶縁層５３を形成する。次いで、モリブデンをスパッタ法で成膜して、ゲート層５４を形成する。
【００６０】
次いで、パターン形成のためのレジストを塗布してレジスト層５５を形成する。このレジスト層５５を挟んで第２の基板５１上に第１のフィールドエミッション部３０を重ねて配置する（図5（Ａ））。この状態で第１のエミッタ４１から電子線を照射して電子線リソグラフィにより、レジスト層５５に電子線をパターン状に照射して感光させた後に現像することにより、第２のパターン５６を形成する（図5（Ｂ））。
【００６１】
そして、リン酸、酢酸、硝酸の混合液により、ゲート層５４のエッチングを行って開口部５７を形成する（図5（Ｃ））。
【００６２】
さらに、フッ酸水溶液により、絶縁層５３のエッチングを行って第２の空間５８を形成する（図5（Ｄ））。
【００６３】
次に、酸化アルミニウムをスパッタ法により成膜して、第２の空間５８の底面５８Ａ上に、触媒担体層５９を形成する。そして、鉄をスパッタ法により供給し、触媒担体層５９の表面に触媒層６０を形成する（図5（Ｅ））。なお、この際、レジスト層５５上にも、同程度の厚さの触媒担体層５９および触媒層６０が形成される。
【００６４】
この後、レジスト層５５およびレジスト層５５上の触媒担体層５９および触媒層６０を剥離液により剥離する（図5（Ｆ））。
【００６５】
この後、アルコール等の炭素源を供給するＣＶＤ処理により、触媒層６０からカーボンナノチューブを成長させて、第２のエミッタ６１を形成する（図5（Ｇ））。
【００６６】
上記のような手順で、第１のフィールドエミッション部１により第２のパターン５６を複数形成して、当該第２のパターン５６毎に第２のフィールドエミッション部５０を形成することにより、図6に示すように第２のフィールドエミッション部５０が集積されたパターン状電子源６５が形成される。
【００６７】
第２のフィールドエミッション部５０は、カソード層としての第２のカソード層５２、絶縁層としての第２の絶縁層５３、ゲート層としての第２のゲート層５４、第２のエミッタ６１を備える。
【００６８】
第２のカソード層５２および第２のゲート層５４は、モリブデンなどの導電体からなる平板状ないし帯状の薄膜形状を有する。この第２のカソード層５２と第２のゲート層５４の間に酸化ケイ素などの絶縁体からなる第２の絶縁層５３が形成されている。
【００６９】
第２のカソード層５２としてモリブデン等を利用する場合には、酸化膜付きシリコン基板やガラス板などの基板の上に導電体の薄膜を形成するのが一般的であるが、第２のカソード層５２として導電性を有するドープシリコン基板そのものを利用することも可能である。また、第１のカソード層３２ないし第２のカソード層５２として窒化チタン等を利用する場合には、窒化チタン等が第１の触媒担体層３９ないし第２の触媒担体層５９の役割を兼ねることができる。
【００７０】
第２のゲート層５４には、開口部としての第２の開口部５７が設けられており、この第２の開口部５７と第２のカソード層５２表面の間に空間としての第２の空間５８が形成されている。
【００７１】
第２の空間５８の形状は、本図では、理解を容易にするため、斜面状に描いているが（以下同様）、第２の開口部５７を中心とするような半円柱、蒲鉾状、直方体状などの形状をなすように構成することも可能である。これらの形状は、エッチングに採用する手法やその条件によって、適宜選択が可能である。
【００７２】
第２のエミッタ６１は、第２の空間５８に配置され、カーボンナノチューブが毛羽立った構造からなる。
【００７３】
本実施形態に係るパターン状電子源６５の製造方法でも、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、本実施形態に係るパターン状電子源６５の製造方法は、第１のフィールドエミッション部３０が第１のカソード層３２と第１のゲート層３４とを備えるので、第１のフィールドエミッション部３０から照射された電子線の広がりを防ぐことができ、形成される第２のパターン５６の精度を向上することができる。さらに、第１のカソード層３２とゲート層３４の間にかける電圧を制御することで、第１のフィールドエミッション部３０から放出される電子の量を精密に制御することができ、形成される第２のパターン５６の精度をより向上することができる。
【００７５】
同様に、形成されたパターン状電子源６５は、個々の第２のフィールドエミッション部５０が第２のカソード層５２と第２のゲート層５４とを備えるので、第２のフィールドエミッション部５０から照射される電子線の広がりを防ぐことができ、形成される微細パターンの精度を向上することができる。さらに、第２のカソード層５２とゲート層５４の間にかける電圧を制御することで、第２のフィールドエミッション部６１から放出される電子の量を精密に制御することができ、形成される微細パターンの精度をより向上することができる。
【００７６】
３．実施例
本発明に係る上記第１実施形態に対応する一実施例について説明する。本実施例に係る第１のフィールドエミッション部は、下記のように製造した。
【００７７】
第１のフィールドエミッション部が形成される第１の基板として、Ｓｉ基板を用いた。また、絶縁層は、厚さ１μｍの酸化ケイ素膜とした。
【００７８】
第１のパターンを形成するためのレジストは、OFPR-800を用い、スピンコート法により１μｍ厚に形成した。レジストを塗布後、コーターを初速500rpm，5s、本速4500rpm，60sの条件で回転させた後、１１０℃で5分間加熱した。なお、レジストの形成に先立ち、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理を行った。ＨＭＤＳ塗布後、コーターを初速500rpm，5s、本速2000rpm，30sの条件で回転させた後、１１０℃で2分間加熱した。
【００７９】
露光は、ＵＶ光を９ｓ間照射して行った。現像液にはＮＭＤ−３を使用し、当該現像液に３０ｓ間浸漬して現像した。その後、流水（純水）で３０ｓ洗浄し、Ｎ２ブロー後、１２０℃で３分間加熱した。
【００８０】
第１の空間は、フッ酸水溶液（ＢＨＦ）を用い、１８分間浸漬してエッチングして形成した。
【００８１】
触媒担体層は、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、ＲＦパワー３００Ｗで厚さ15nmの酸化アルミニウム膜を形成した。そして、触媒層は、スパッタ法により、ＲＦパワー１００Ｗで厚さ1nmの鉄膜とした。
【００８２】
レジスト層およびレジスト層上の触媒担体層および触媒層は、剥離液として104（東京応化工業株式会社）を使用し、当該剥離液に20分間浸漬して剥離した。その後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中で10分間、超音波洗浄し、純水で洗浄後、Ｎ２ブローをした。
【００８３】
第１のエミッタを形成する際、Ｈ２雰囲気で還元前処理を行い、Ｃ２Ｈ２：１Ｔｏｒｒ（１．３×１０２Ｐａ）、Ｈ２：５０Ｔｏｒｒ（６．５×１０３Ｐａ）、Ａｒ：７０９Ｔｏｒｒ（９．２×１０４Ｐａ）の混合気体を、８００℃で５ｓ間供給して、カーボンナノチューブを形成した。
【００８４】
また、第２のフィールドエミッション部は下記のように製造した。第２のフィールドエミッション部が形成される第２の基板として、Ｓｉ基板を用いた。
【００８５】
第２のパターンを形成するためのレジストは、ZEP520-Aを用い、スピンコート法により０．１−０．２μｍ厚に形成した。レジストを塗布後、コーターを初速500rpm，10s、本速4800rpm，60sの条件で回転させた後、１８０℃で3分間加熱した。なお、レジストの形成に先立ち、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理を行った。ＨＭＤＳ塗布後、コーターを初速500rpm，5s、本速2000rpm，30sの条件で回転させた後、１１０℃で2分間加熱した。
【００８６】
前記レジストに対し、真空度１×１０−６〜１×１０−５Ｐａ、加速電圧Ｖａ＝２５０Ｖ（１／２デューティ、１００Ｈｚ）、電流密度Ｉａ＝１０〜２０ｍＡ／ｃｍ２の電子線を第１のフィールドエミッション部より２０分間照射した。現像液にはo-xylene（オルトキシレン）を使用し、当該現像液に５分間浸漬して現像した。イソプロピルアルコールで洗浄してＮ２ブロー後、１１０℃で３分間加熱して、第２のパターンを形成した。
【００８７】
当該第２のパターン上に、第１のフィールドエミッション部と同様の方法によって触媒担体層および触媒層を形成した。
【００８８】
レジスト層およびレジスト層上の触媒担体層および触媒層は、剥離液としてＺＤＭＡＣ（日本ゼオン株式会社）使用し、当該剥離液に20分間浸漬して剥離した。その後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中で10分間、超音波洗浄し、純水で洗浄後、Ｎ２ブローをした。
【００８９】
第２のエミッタは、第１のエミッタと同様に形成した。
【００９０】
このようにして得られた第１のフィールドエミッション部と、第２のフィールドエミッション部の電子顕微鏡写真を図7に示す。本図から明らかなように、第１のフィールドエミッション部により、第１のパターンを、第２のフィールドエミッション部の第２のパターンに確実に複製できることが確認できた。
【００９１】
４．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【００９２】
また、各部材の材料については、以下のような態様を考えることができる。
【００９３】
カソード層やゲート層としては、Mo，W，Ta，MoW，MoTa，Cr等の金属ないし合金、ｎ型もしくはｐ型のドープ多結晶シリコン、TaSix，MoSix，WSix，CrSixなどの金属シリサイド、TiN，TaNなどの金属窒化物を採用することができ、両層で異なる材料を採用しても良い。
【００９４】
絶縁層としては、上記のようなSiOxだけでなく、SiOxNy、SiNx、あるいは、これらの積層構造といった、Si，C，O，Nのいずれか１以上の元素を含む絶縁体を採用することも可能である。
【００９５】
エミッタは、カーボンナノチューブで構成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、Moなどの金属や導電体で構成してもよい。
【００９６】
開口部の形成には、レジスト層の塗布からエッチングに至るまでの処理を実行する他、スタンプやスクラッチ等の機械的なパターニング手法を採用することもできる。
【００９７】
また、上記実施形態では、説明の便宜上、第１のフィールドエミッション部に第１のエミッタを１個設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第１のフィールドエミッション部に第１のエミッタを複数、たとえば数億個設けることとしてもよい。このように、第１のフィールドエミッション部に第１のエミッタを複数設けることにより、第２のフィールドエミッション部をより効率的に形成することができる。
【００９８】
なお、上記第１実施形態に係る第１のフィールドエミッション部を用いて第２実施形態に係る第２のフィールドエミッション部を形成することとしてもよいし、また、第２実施形態に係る第１のフィールドエミッション部を用いて第１実施形態に係る第２のフィールドエミッション部を形成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１，３０    第１のフィールドエミッション部
２，３１    第１の基板
３    絶縁層
４，１７，３５，５５    レジスト層
５，３６    第１のパターン
６    空間
７    底面
８，１９，３９，５９    触媒担体層
９，２０，４０，６０    触媒層
１０，４１    第１のエミッタ
１５，５０    第２のフィールドエミッション部
１６，５１    第２の基板
１８，５６    第２のパターン
２１，６１    第２のエミッタ
２５，６５    パターン状電子源
３２    第１のカソード層
３３    第１の絶縁層
３４    第１のゲート層
３７    第１の開口部
３８    第１の空間
３８Ａ  底面
５２    第２のカソード層（カソード層）
５３    第２の絶縁層（絶縁層）
５４    第２のゲート層（ゲート層）
５７    第２の開口部（開口部）
５８    第２の空間（空間）
５８Ａ  底面
【図１】
2011258502.tif 000003
【図２】
2011258502.tif 000004
【図３】
2011258502.tif 000005
【図４】
2011258502.tif 000006
【図５】
2011258502.tif 000007
【図６】
2011258502.tif 000008
【図７】
2011258502.tif 000009