(57)【要約】 【課題】  複数ある突出部の先端部全てに、精度良く均一に物質を配置することが可能な先端部への物質配置装置を提供する。【解決手段】  触媒配置装置３０は、基板２に形成された複数のエミッタチップ１の先端部全てに、触媒３を構成する物質を一度に配置する装置である。基板２及びエミッタチップ１は保持部４により保持され、ヒータ４ａにより触媒３の融点以上の温度に維持されている。駆動機構６はコントローラ９により制御され、基板２と触媒３との平行状態を維持したまま、保持部４、５を制御して基板２と触媒３との距離を精度良く変更する。この駆動機構６は、エミッタチップ１の先端部のみが触媒３に接触するように移動し、接触後は速やかにエミッタチップ１の先端部と触媒３とを離間させる。このとき、ヒータ５により触媒３の融点以上にされたエミッタチップ１の接触によって、触媒３は溶融する。溶融した触媒３は、エミッタチップ１の先端部のみに移着する。これにより、複数のエミッタチップ１の先端部全てに、均等に触媒３を精度良く配置することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上に、先端部が尖鋭な突出部を複数有する第１の平板を保持する第１保持手段と、
前記第１の平板を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第２の平板を、前記第１の平板と平行に対向させて保持する第２の保持手段と、
前記第１の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する第１のヒータと、
前記突出部の先端部のみを前記第２の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第２の平板から離間させるように、前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との距離を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする先端部への物質配置装置。
【請求項２】
前記第２の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点未満の温度に維持する第２のヒータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の先端部への物質配置装置。
【請求項３】
前記第２の保持手段は平坦面を有し、前記第２の平板は前記平坦面上に配置され、膜厚が前記第１の平板に接触する領域において一定な薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の先端部への物質配置装置。
【請求項４】
前記突出部と前記第２の平板との間の空間を、不活性ガスの高圧雰囲気に維持する手段を備えることを特徴とする請求項１及至３のいずれか一項に記載の物質配置装置。
【請求項５】
前記突出部と前記第２の平板との間の空間に、高圧の不活性ガスを流入させる手段を備えることを特徴とする請求項１及至３のいずれか一項に記載の物質配置装置。
【請求項６】
前記第１のヒータは、前記第１の平板の温度が前記第２の平板の融点を所定温度の範囲内に維持することを特徴とする請求項１及至５のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記突出部と前記第２の平板とが接触している時間が所定時間となるように、前記第１の保持手段と前記第２の保持手段平板との接触時間を制御することを特徴とする請求項１及至６のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。
【請求項８】
前記第１の平板又は前記突出部と前記第２の平板との距離を取得する距離取得手段と、
前記突出部と前記第２の平板との、接触時における圧力を取得する圧力取得手段と、を有し、
前記制御手段は、前記距離と前記圧力に基づいて前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との距離を制御することを特徴とする請求項１及至７のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。
【請求項９】
前記第１の平板は基板であり、前記突出部はエミッタチップであり、前記第２の平板は触媒であり、
前記先端部への物質配置装置は、前記エミッタチップの先端部に前記触媒を配置することを特徴とする請求項１至及８のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。
【請求項１０】
表面上に、先端部が尖鋭である突出部を複数有する第１の平板を保持する工程と、
前記平面部材を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第２の平板を、前記第１の平板と平行に対向させて保持する工程と、
前記第１の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する工程と、
前記突出部の先端部のみを前記第２の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第２の平板から離間させるように、前記第１の平板と前記第２の平板との距離を制御する制御工程と、を備えていることを特徴とする先端部への物質配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の先端部に物質を配置する先端部への物質配置装置、及び先端部への物質配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に複数形成されたエミッタチップなどの突出部に、触媒などの物質を配置する技術が知られている。エミッタチップに触媒を配置した部分には、プラズマＣＶＤ法などを用いることにより選択的にカーボンナノチューブが成長する。
【０００３】
上記したエミッタチップに触媒を配置する技術として、例えば非特許文献１には、エミッタチップ全体の表面に触媒を配置し、基板垂直方向に電界をかけながらＣＶＤを行うことで、電界が集中したエミッタチップ先端に選択的なカーボンナノチューブの成長を図るという技術が記載されている。また、非特許文献２には、集束イオンビーム（ＦＩＢ；Focused Ion Beam）を用いてエミッタチップ上の所望の位置に触媒を配置することで、その位置に選択的にカーボンナノチューブを成長させる技術が記載されている。
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に記載された技術では、電界集中を利用しているため、エミッタチップ以外の一部にごみ等が付着して、カーボンナノチューブの成長が不安定になる場合があった。また、非特許文献２に記載された技術では、集束イオンビームを複数あるエミッタチップの先端部に一つ一つ焦点を合わせるのは困難であり、多くの時間を要する場合があった。
【０００５】
【非特許文献１】Takahito Ono et al., "Electric-field-enhanced growth of carbon nanotubes for scanning probe microscopy", Nanotechnology,13(2002) 62-64
【非特許文献２】D. Ferrrer et al., "Carbon Nanotubes Growth on Nickel Implanted Nanopyramids Array(NPA)", 9th international conference on the formation of semiconductor interfaces, Madrid, September 15-19, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題には、上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、複数ある突出部の先端部全てに、精度良く均一に物質を配置することが可能な先端部への物質配置装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、先端部への物質配置装置であって、表面上に、先端部が尖鋭な突出部を複数有する第１の平板を保持する第１保持手段と、前記第１の平板を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第２の平板を、前記第１の平板と平行に対向させて保持する第２の保持手段と、前記第１の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する第１のヒータと、前記突出部の先端部のみを前記第２の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第２の平板から離間させるように、前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との距離を制御する制御手段と、を備えていることを特徴する。
【０００８】
請求項１０に記載の発明は、先端部への物質配置方法であって、表面上に、先端部が尖鋭である突出部を複数有する第１の平板を保持する工程と、前記平面部材を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第２の平板を、前記第１の平板と平行に対向させて保持する工程と、前記第１の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する工程と、前記突出部の先端部のみを前記第２の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第２の平板から離間させるように、前記第１の平板と前記第２の平板との距離を制御する制御工程と、を備えていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好適な実施形態では、先端部への物質配置装置は、表面上に、先端部が尖鋭な突出部を複数有する第１の平板を保持する第１保持手段と、前記第１の平板を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第２の平板を、前記第１の平板と平行に対向させて保持する第２の保持手段と、前記第１の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する第１のヒータと、前記突出部の先端部のみを前記第２の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第２の平板から離間させるように、前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との距離を制御する制御手段と、を備えている。
【００１０】
上記の先端部への物質配置装置は、第１の平板上に形成された複数の突出部の先端部全てに、第２の平板を構成する物質を一度に配置（以下、「付着」とも呼ぶ）する装置である。第１の平板は第１の保持手段に保持され、第２の平板は第２の保持手段に保持されている。第１の平板及び突出部は、第１のヒータにより第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持されている。制御手段は、第１の平板と第２の平板とが平行状態を維持したまま、第１の保持手段と第２の保持手段との距離を精度良く変更する。この制御手段は、第１の平板上に形成された突出部の先端部のみが第２の平板に接触するように移動し、接触後は速やかに突出部の先端部と第２の平板とを離間させる。このとき、第１のヒータにより第２の平板の融点以上にされた突出部の接触によって、第２の平板は溶融する。これにより、溶融した第２の平板を構成する物質は、突出部の先端部のみに移着する。したがって、複数の突出部の先端部全てに、均等に第２の平板を構成する物質を精度良く配置することができる。
【００１１】
上記の先端部への物質配置装置の一態様では、前記第２の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点未満の温度に維持する第２のヒータを備えている。第２の平板は、第２のヒータによりその融点未満の温度に維持されているので、固体状態を保っている。このような状態の第２の平板に、上記の突起部を接触させることにより、無駄に第２の平板が溶融又は昇華することがないので、突出部の先端部以外の箇所に第２の平板を構成する物質が配置されることがない。
【００１２】
上記の先端部への物質配置装置の他の一態様では、前記第２の保持手段は平坦面を有し、前記第２の平板は前記平坦層上に配置され、膜厚が前記第１の平板に接触する領域において一定な薄膜である。第２の保持手段は、第１の平板と対向する面が平坦である平坦面を有している。また、第２の平板は、膜厚が第１の平板に接触する領域において一定な薄膜である。この場合、突出部の先端部が第２の平板と接触すると同時に、突出部の先端部は平坦面にも接触することになる。即ち、突出部が平坦面に接触してしまっても、突出部の先端部のみが第２の平板に接触していることになる。従って、突出部が平坦面に接触したところで、制御手段による第１の平板と第２の平板との距離の変更を停止すればよいので、第１の平板と第２の平板との距離の制御が容易になる。即ち、制御手段は、第２の平板と突出部の距離を精度良くコントロールする必要がない。
上記の先端部への物質配置装置の他の一態様では、前記突出部と前記第２の平板との間の空間を、不活性ガスの高圧雰囲気に維持する手段を備える。これにより、突出部の接触時の熱又は第１の平板の熱（輻射熱も含む）などにより第２の平板が昇華し、昇華した第２の平板が突出部の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、突出部への第２の平板の配置の際の一連の工程において、第２の平板や突出部の酸化も防止することができる。
【００１３】
上記の先端部への物質配置装置の他の一態様では、前記突出部と前記第２の平板との間の空間に、不活性ガスを流入させる手段を備える。これによっても、突出部の接触時の熱又は第１の平板の熱（輻射熱も含む）により第２の平板が昇華し、昇華した第２の平板が突出部の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、突出部への第２の平板の配置の際の一連の工程において、第２の平板や突出部の酸化も防止することができる。更に、この場合、高圧の不活性ガスを予め作成し、装置内にフローすればよいため、装置内を不活性ガスの高圧雰囲気に維持するための装置を別途設ける必要はない。
【００１４】
上記の先端部への物質配置装置において、好適には、前記第１のヒータは、前記第１の平板の温度が前記第２の平板の融点を所定温度の範囲内に維持する。こうするのは、第１の平板の温度が高いほど短時間で突出部に第２の平板を構成する物質を配置する処理が終了するが、温度が高すぎることで第２の平板への輻射熱などによって第２の平板の昇華を誘発する場合があるからである。
【００１５】
更に、好適には、前記制御手段は、前記突出部と前記第２の平板との接触している時間が所定時間となるように、前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との接触時間を制御する。これにより、突出部は所定時間の間のみ第２の平板と接触するので、突出部の熱により第２の平板が多量に溶解又は昇華することがない。これによって、突出部の先端部以外の場所に第２の平板を構成する物質が付着することを防止することができる。
【００１６】
更に、好適には、前記第１の平板又は前記突出部と、前記第２の平板との距離を取得する距離取得手段と、前記突出部と前記第２の平板との、接触時における圧力を取得する圧力取得手段と、を有し、前記制御手段は、前記距離と前記圧力に基づいて前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との距離を制御する。制御手段が複数の距離取得手段と圧力取得手段からの取得情報に基づいて第１の平板と第２の平板との距離を制御することにより、複数の突出部の先端部を精度良く第２の平板に接触させることができる。よって、複数の突出部の先端部全てに均一に第２の平板を構成する物質を配置することが可能となる。
【００１７】
更に、好適には、前記第１の平板は基板であり、前記突出部はエミッタチップであり、前記第２の平板は触媒であり、前記先端部への物質配置装置は、前記エミッタチップの先端部に前記触媒を配置する。先端部への物質配置装置は、複数の微細なエミッタチップの先端部全てに、精度良く且つ均等に触媒を配置する触媒配置装置とすることができる。微細なエミッタチップの先端部に配置された触媒からは、精度良くカーボンナノチューブなどを選択的に成長させることができる。
【００１８】
本発明の他の観点では、先端部への物質配置方法は、表面上に、先端部が尖鋭である突出部を複数有する第１の平板を保持する工程と、前記平面部材を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第２の平板を、前記第１の平板と平行に対向させて保持する工程と、前記第１の平板を、前記第２の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する工程と、前記突出部の先端部のみを前記第２の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第２の平板から離間させるように、前記第１の平板と前記第２の平板との距離を制御する制御工程と、を備えている。このような先端部への物質配置方法でも、上記したように、複数の突出部の先端部全てに均等に、第２の平板を構成する物質を精度良く配置することができる。
【実施例】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００２０】
本発明に係る先端部への物質配置装置の実施例である触媒配置装置３０について、図１及び図２を用いて説明する。図１には、本発明の実施例に係る触媒配置装置３０の概略構成を示す。
【００２１】
触媒配置装置３０は、エミッタチップ１が形成された基板２を保持する保持部４と、触媒３を保持する保持部５と、ヒータ４ａ、５ａと、駆動機構６と、温度センサ７、８と、コントローラ９とを備える。
【００２２】
基板２は、シリコンなどの材料から構成される基板である。基板２は、触媒配置装置３０内で、第１の平板として機能する。また、基板２は、例えば電子放出素子などに適用された場合、電圧を印加される陰極（冷陰極）として機能する。基板２の表面上には複数のエミッタチップ１が作成されている。
【００２３】
エミッタチップ１は、基板２上の表面に２次元的（横方向と縦方向）に複数作成されており、略円錐形の形状を有している。エミッタチップ１は、触媒配置装置３０内で、第１の平板上に形成された突出部として機能する。エミッタチップ１に用いる材料としては、基板２と同じシリコン（Ｓｉ）以外に、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）などを用いることができる。
【００２４】
触媒３は、エミッタチップ１上に配置（以下、「付着」とも呼ぶ）させられる物質である。触媒３は、適当な厚さを有する平板を形成し、その表面は平面度が高くなるように研磨されている。本実施例では、触媒３をエミッタチップ１に配置する際、触媒３と基板２を平行に保ったまま、エミッタチップ１全てを一度に触媒３に接触させる。複数のエミッタチップ１の先端部のみに均一に触媒３を付着させるために、上記したように触媒３の表面が高い平面度になるように研磨されている。
【００２５】
更に、本実施例では、触媒３を熱せられたエミッタチップ１の先端部に接触させることで、エミッタチップ１の熱にて触媒３を溶融させ、エミッタチップ１の先端部のみに触媒３を移着させる。そのため、エミッタチップ１は触媒３の融点以上の温度に維持されている。したがって、触媒３には、エミッタチップ１に用いられている材料の融点よりも低い材料を用いる必要がある。例えば、エミッタチップ１にシリコン（Ｓｉ）を用いた場合は、その融点は１４１２℃程度であるので、融点が４１９℃程度である亜鉛（Ｚｎ）を触媒３として用いることができる。また、エミッタチップ１にモリブデン（Ｍｏ）を用いた場合は、その融点が２６２０℃程度であるので、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）などを触媒３として用いることができる。このように、触媒３は触媒配置装置３０内で、第２の平板として機能する。
【００２６】
以上のようにして触媒３をエミッタチップ１の先端部に配置することで、プラズマＣＶＤ法などの方法にてエミッタチップ１の先端部からカーボンナノチューブを精度良く選択的に成長させることができる。なお、図示しないカーボンナノチューブは、電子放出素子などにて電子を放出する電子線源として機能する。
【００２７】
保持部４は基板２を保持する。保持部４には、基板２を保持する面と反対側の面にヒータ４ａが設けられている。保持部４は、第１の保持手段として機能する。ヒータ４ａは、基板２を熱し、設定されるべき温度に維持する。ヒータ４は、触媒配置装置３０内で、第１のヒータとして機能する。なお、ヒータ４は、コントローラ９からの制御信号Ｓ１５によって駆動される。
【００２８】
また、保持部５は触媒３を保持する。保持部５には、触媒を保持する面と反対側の面にヒータ５ａが設けられている。保持部５は、第２の保持手段として機能する。ヒータ５ａは、触媒３を熱し、設定されるべき温度に維持する。ヒータ５ａは、触媒配置装置３０内で、第２のヒータとして機能する。なお、ヒータ５ａは、コントローラ９からの制御信号Ｓ１６によって駆動される。
【００２９】
なお、上記のヒータ４ａ、５ａの設定温度については、具体例は後述する。
【００３０】
温度センサ７は、ヒータ４ａ上に設けてあり、ヒータ４ａの温度を検出する。温度センサ８は、ヒータ５ａ上に設けてあり、ヒータ５ａの温度を検出する。温度センサ７、８の検出温度に対応する電気信号Ｓ１１、Ｓ１２は、コントローラ９に出力される。
【００３１】
駆動機構６は、基板２と触媒３との距離を変更することが可能な装置である。駆動機構６は、保持部４及び５を、図１の矢印５１に示すように触媒３に対して垂直に移動することによって、基板２と触媒３との距離を変更する。このとき、駆動機構６は、基板２の面と触媒３の面が平行状態を維持するように、精度良く距離を変更する。なお、駆動機構６は、コントローラ９からの制御信号Ｓ１３によって駆動される。
【００３２】
コントローラ９は、触媒配置装置３０において主となって制御を行う。コントローラ９内には、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器などにて構成されている。本実施例では、コントローラ９は、ヒータ４ａ、５ａの温度に対応する温度センサ７、８からの出力信号Ｓ１１、Ｓ１２に基づいて、ヒータ４ａ、５ａ、及び駆動機構６を制御する。具体的には、コントローラ９は、ヒータ４ａ、５ａへ供給する制御信号Ｓ１５、１６によりヒータ４ａ、５ａが設定されるべき温度となるよう制御する。また、コントローラ９は、駆動機構６へ供給する制御信号Ｓ１３により保持部４と保持部５との距離を制御する。この場合、コントローラ９は、保持部４及び５の距離を制御することにより、基板２（第１の平板）と触媒３（第２の平板）との距離を制御する制御手段として機能する。
【００３３】
次に、エミッタチップ１に触媒３を配置する具体的な方法について、図２を用いて説明する。図２は、それぞれエミッタチップ１及び触媒３の付近の構成要素を抽出して示した図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、駆動機構６は、保持部４及び５を制御し、触媒３の面と基板２の面との平行状態を維持しながら、基板２を触媒３の面に垂直方向に移動する。このとき、基板２はヒータ４ａにより、触媒３の融点以上の温度に維持されている。また、触媒３はヒータ５ａにより、触媒３が融点を超えない程度の温度に維持されている。即ち、触媒３は固体の状態に維持されている。
【００３５】
図２（ｂ）には、基板２上のエミッタチップ１が触媒３に接触した際の様子を示す。図示のように、エミッタチップ１の先端部のみが触媒３に接触する。このとき、エミッタチップ１の先端部のみが触媒３に接触し、エミッタチップ１が触媒３内に深く挿入されないように、コントローラ９は駆動機構６を制御する。また、コントローラ９は、エミッタチップ１が触媒３と所定時間接触したら、エミッタチップ１を触媒３から離間させるように駆動機構６を制御する。こうするのは、エミッタチップ１と触媒３が長時間接触すると、エミッタチップ１の熱により触媒３が多量に溶解し、エミッタチップ１の先端部以外の場所（基板２も含む）にも付着してしまう場合があるからである。なお、所定時間は、ヒータ４、５が設定されている温度に依存するが、概ね０．１〜１０秒の範囲内からコントローラ９により決定される。
【００３６】
図２（ｃ）には、エミッタチップ１を触媒３に接触した後、基板２を離間させたときの状態を示す図である。図示のように、エミッタチップ１の先端部のみに、符号１１で示すように触媒３が配置される。これは、エミッタチップ１はヒータ４により触媒３の融点以上の温度に設定されているため、エミッタチップ１の接触により触媒３が溶融し、触媒３がエミッタチップ１の先端部のみに移着するためである。触媒３は、ヒータ５により融点未満の温度に維持され固体状態を保っているので、触媒３が昇華したり、エミッタチップ１が接触しない部分が溶融したりすることがない。よって、触媒３がエミッタチップ１の先端部以外の場所に付着することはない。また、前述したようにエミッタチップ１は所定時間の間のみ触媒３と接触するので、エミッタチップ１の熱により触媒３が多量に溶解又は昇華することもない。これによっても、エミッタチップ１の先端部以外の場所に触媒３が付着することを防止することができる。更に、触媒３は、平面度が高くなるように作成されており、且つ駆動機構６は基板２と触媒３とが平行状態を維持したまま精度良く基板２を移動させているので、複数のエミッタチップ１の先端部全てに均一に触媒３を配置させることができる。
【００３７】
以上のように、本実施例に係る触媒配置装置３０では、エミッタチップ１の先端部のみに精度良く触媒３を配置することができる。また、全てのエミッタチップ１に対して一度の処理にて、触媒３を配置することができる。したがって、エミッタチップ１への触媒３の配置作業を短時間で且つ精度良く行うことができる。
【００３８】
なお、基板２はヒータ４によって、触媒３の融点からプラス１０℃からプラス１００℃程度の温度範囲に維持されることが好ましい。これは、基板２の温度が高いほど短時間でエミッタチップ１への触媒３を配置する処理が終了するが、基板２の温度が高すぎることで触媒３への輻射熱によって触媒３の昇華を誘発する場合があるからである。
【００３９】
また、触媒３はヒータ５によって、室温から触媒３の融点のマイナス１００℃程度の温度範囲に維持されることが好ましい。これは、触媒３の温度が高いほうが短時間でエミッタチップ１への触媒３を配置する処理が終了するが、触媒３が融点付近の高温にあると触媒３の昇華が増加して、基板２又はエミッタチップ１の先端部以外の場所に触媒が凝固して付着してしまう場合があるからである。
【００４０】
次に、エミッタチップ１の先端部に更に精度良く触媒３を配置することが可能な触媒配置装置３１について、図３を用いて説明する。図３は、複数のエミッタチップ１の先端部に均一に触媒３を配置するために、新たな構成要素などが付加された触媒配置装置３１の概略構成を示す図である。
【００４１】
触媒配置装置３１は、保持部４、ヒータ４ａ、保持部５、ヒータ５ａ、駆動機構６、温度センサ７、８、コントローラ９、ギャップセンサ１２、圧力センサ１３を備える。即ち、触媒配置装置３１は、前述した触媒配置装置３０と、ギャップセンサ１２、圧力センサ１３を備える点で異なる。
【００４２】
ギャップセンサ１２は、基板２と触媒３との間に複数設けられている。ギャップセンサ１２は、センサ内に高周波コイルを具備し、センサ電磁界内に対象物が近づいた時、導電体内に発生する渦電流による損失の変化でセンサコイルのインダクタンスなどが変化することを利用して対象物との距離を検出する装置を用いることができる。本実施例に係るギャップセンサ１２は、基板２又はエミッタチップ１の先端と、触媒３との距離を検出するために用いる。即ち、ギャップセンサ１２は、触媒配置装置３１内で距離取得手段として機能する。なお、複数のギャップセンサ１２が検出した距離に対応する信号Ｓ１７は、コントローラ９に出力される。
【００４３】
圧力センサ１３は、基板２と触媒３との間に複数設けられている。圧力センサ１３は高精度に圧力を検出することができる装置であり、様々な原理を利用した装置を用いることができる。本実施例では、圧力センサ１３は、エミッタチップ１と触媒３との接触時の、エミッタチップ１と触媒３との圧力を検出する。即ち、圧力センサ１３は、触媒配置装置３１内で圧力取得手段として機能する。なお、圧力センサ１３が検出した圧力に対応する信号Ｓ１８は、コントローラ９に出力される。
【００４４】
コントローラ９は、上記のギャップセンサ１２からの出力信号Ｓ１７と、圧力センサ１３からの出力信号Ｓ１８と、に基づいて基板２と触媒３との距離を制御する。具体的には、コントローラ９は、複数のギャップセンサ１２からの出力信号Ｓ１７から、エミッタチップ１と触媒３との接触時において、エミッタチップ１と触媒３との距離を正確に制御する。更に、コントローラ９は、複数のギャップセンサ１２からの出力信号Ｓ１７から、基板２と触媒３との平行度を管理する。この場合、基板２と触媒３との平行度が悪ければ、駆動機構６の設定を変更したり、触媒３の表面を研磨したりする。一方、コントローラ９は、圧力センサ１３からの出力信号Ｓ１８から、エミッタチップ１と触媒３との接触時の圧力が所定圧力以上にならないように、基板２と触媒３との距離を制御する。
【００４５】
以上のように、コントローラ９が複数のギャップセンサ１２と圧力センサ１３からの検出信号に基づいて基板２と触媒３との距離を制御することにより、複数のエミッタチップ１の先端部のみに精度良く触媒３を接触させることができるので、複数のエミッタチップ１の先端部全てに均一に触媒３を配置することが可能となる。
【００４６】
次に、エミッタチップ１の先端部以外の場所に触媒３が付着することを適切に防止する触媒配置方法について、図４を用いて説明する。図４は、エミッタチップ１及び触媒３の付近の構成要素のみを抽出して示した図である。
【００４７】
図４（ａ）は、基板２と触媒３の間の斜線で示した領域１５内を不活性ガスの高圧雰囲気にして、エミッタチップ１の先端部へ触媒３を接触させる触媒配置方法について示している。このようにすることにより、エミッタチップ１の接触時の熱又は基板２の熱（輻射熱も含む）により触媒３が昇華し、昇華した触媒がエミッタチップ１の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、エミッタチップ１への触媒３の配置の際の一連の工程において、触媒３やエミッタチップ１の酸化も防止することができる。なお、不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）やアルゴン（Ａｒ）を用いることが好適である。また、高圧とは、上記のような温度において、触媒３を構成する原子の平均自由行程がエミッタチップ１を構成する原子のものより小さくなるような条件を満たす圧力にされることが好適である。
【００４８】
図４（ｂ）は、基板２と触媒３の間の空間に矢印１６で示すように高圧の不活性ガスをフローして、エミッタチップ１の先端部へ触媒３を接触させる触媒配置方法について示している。こうすることにより、エミッタチップ１の接触時の熱又は基板２の熱（輻射熱も含む）により触媒３が昇華した場合、ガスとなった触媒３をフローすることができるため、昇華した触媒３がエミッタチップ１の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、前述したように、エミッタチップ１への触媒３の配置の際の一連の工程において、触媒３やエミッタチップ１の酸化も防止することができる。
【００４９】
以上のようにすることにより、エミッタチップ１の接触により溶融して昇華した触媒３がエミッタチップ１の先端部以外の場所に付着することを精度良く防止できるため、その後、エミッタチップ１の先端部から精度良くカーボンナノチューブを選択的に成長させることができる。
【００５０】
［変形例］
次に、本発明に係る触媒配置方法の変形例について図５を用いて説明する。変形例に係る触媒配置方法は、エミッタチップ１に配置する触媒が薄膜を形成している点で前述したものとは大きく異なる。なお、変形例に係る触媒配置方法を実行する触媒配置装置は、前述したものと基本的な構成は同様である。例えば、触媒配置装置の主な制御は、コントローラ９が行う。また、変形例に係る触媒配置装置が備えるエミッタチップ１や基板２や触媒３を構成する材料も前述したものと同様のものを用いる。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、触媒１８は薄膜を形成し、触媒１８よりも高い融点の材料で成るバッファ層２０上に配置されている。バッファ層２０は、触媒１８が高精度の平面度を形成するために保持部５の上に設けてある。保持部５自身が高精度の平面度を有している場合は、バッファ層２０を用いない構成を採用してもよい。このときも、基板２はヒータ４ａにより、触媒３の融点以上の温度に維持されている。また、触媒１８はヒータ５ａにより、融点を超えない程度の温度にされて固体の状態が維持されている。
【００５２】
図５（ｂ）は、基板２上のエミッタチップ１が触媒１８に接触した際の状態を示す。図示のように、エミッタチップ１は薄膜の触媒１８に接触している。このとき、触媒１８が薄膜であるため、エミッタチップ１の先端部が触媒１８に接触すると同時に、エミッタチップ１の先端部はバッファ層２０にも接触することになる。即ち、エミッタチップ１がバッファ層２０に接触してしまっても、エミッタチップ１の先端部のみが触媒３に接触していることになる。これにより、エミッタチップ１がバッファ層２０に接触した際に、駆動機構６による基板２の移動を停止すればよいので、コントローラ９による駆動機構６の制御が容易になる。即ち、コントローラ９は、前述したようにエミッタチップ１が触媒の中に深く挿入されないように、エミッタチップ１と触媒との距離を精度良く制御する必要がない。なお、コントローラ９は、エミッタチップ１が触媒１８と所定時間接触したら、エミッタチップ１を触媒１８から離間させるように、駆動機構６を制御する。
【００５３】
図５（ｃ）は、エミッタチップ１を触媒１８に接触した後、基板２を離間させたときの状態を示す図である。図示のように、エミッタチップ１の先端部のみに、符号２２で示すように触媒３が配置されていることがわかる。変形例に係る触媒配置方法でも、複数のエミッタチップ１の先端部のみに触媒１８を配置することができる。
【００５４】
触媒１８の薄膜の厚さは、エミッタチップ１に配置すべき触媒１８の量に応じて決められる。本変形例では、触媒１８の薄膜の厚さ以上の深さまでエミッタチップ１が触媒層に入り込むことがない。よって、本変形例では、触媒１８の薄膜の厚さを制御することにより、エミッタチップ１に配置される触媒の量を制御することができる。
【００５５】
以上のように、変形例に係る触媒１８は薄膜を形成していることにより、エミッタチップ１の先端部の触媒１８への接触における触媒１８とエミッタチップ１との距離の制御を容易に行うことできる。即ち、コントローラ９は、触媒１８とエミッタチップ１の距離を精度良くコントロールする必要がないため、触媒配置の為の処理を短時間で行うことが可能となる。
【００５６】
なお、変形例に係る触媒配置方法においても、触媒１８と基板２との間の空間を不活性ガスの高圧雰囲気にするか、又は触媒１８と基板２との間に不活性ガスをフローすることが好適である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の物質配置装置は、例えば基板上に形成された複数のエミッタチップの先端部に触媒を配意する触媒配置装置に適用することができる。こうしてエミッタチップに配置された触媒からは、精度良くカーボンナノチューブが選択的に成長する。カーボンナノチューブ及び基板は、低電圧での電子放出が可能な電子線放出素子の構成要素として機能する。但し、本発明の適用は上記の例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例に係る触媒配置装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る触媒配置方法を行う手順を示す図である。
【図３】精度良く触媒を配置するために用いる装置などを付加した触媒配置装置の概略構成を示す図である。
【図４】精度良く触媒を配置するための方法を付加した触媒配置方法を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る触媒配置方法を行う手順を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  エミッタチップ
２  基板
３、１８  触媒
４、５  保持部
４ａ、５ａ  ヒータ
６  駆動機構
７、８  温度センサ
９  コントローラ
１２  ギャップセンサ
１３  圧力センサ
２０  バッファ層
３０、３１  触媒配置装置
【図１】
2005246507.tif 000003
【図２】
2005246507.tif 000004
【図３】
2005246507.tif 000005
【図４】
2005246507.tif 000006
【図５】
2005246507.tif 000007