(57)【要約】【課題】  細い突起が規則的に整列配置された突起構造を形成する。【解決手段】  ダイヤモンドからなる基板１を用意し、基板１にＲＣＡ洗浄を施す。基板１に、５３０℃程度の基板温度でＳｉＨ４などの原料をプラズマを用いて分解し、ａ−Ｓｉ膜３を堆積する。ａ−Ｓｉ膜３上に、レジストを塗布し、電子線露光あるいはフォトリソでレジストを微細に加工して、レジストパターン４を形成する。レジストパターン４をアッシングによりサイズを制御する。レジストパターン４をマスクとしてＣＦ４ガスを用いたドライエッチングでａ−Ｓｉ膜をエッチングしてＳｉマスク５を形成する。レジストパターン４を、硫酸系の溶液で除去する。微細に加工されたＳｉマスク５を用いて、ＣＦ４を微量に添加した酸素ガス中でダイヤモンドからなる基板１をエッチングして、先端がマスクサイズよりも微小なサイズの突起２を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含む材料からなる基板上にＳｉ膜を形成する第１工程と、
前記Ｓｉ膜をエッチングして、基板上に配列された複数のパターンを有するＳｉマスクを形成する第２工程と、
前記Ｓｉマスクを用いて前記基板をエッチングして、基板に複数の突起を形成する第３工程と、
を備えたことを特徴とする突起構造の形成方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ膜は、非晶質Ｓｉ膜であることを特徴とする請求項１に記載の突起構造の形成方法。
【請求項３】
前記各パターンは、各々の最大幅が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の突起構造の形成方法。
【請求項４】
前記各パターンの各々の高さＨと最大幅Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は、０．５以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の突起構造の形成方法。
【請求項５】
前記基板のＴＴＶ（Total Thickness variation）が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の突起構造の形成方法。
【請求項６】
前記基板はダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の突起構造の形成方法。
【請求項７】
炭素を含む材料からなる基板と、
該基板上に形成された複数の突起と、
を備えた突起構造であって、
前記複数の突起は、前記基板上に配列されており、
各突起の先端は、前記突起の根元より細くなっており、
各突起の先端の幅が１００ｎｍ以下であり、
各突起の根元の幅が３００ｎｍ以下であることを特徴とする突起構造。
【請求項８】
前記突起は、４個／μｍ２以上の密度で基板上に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の突起構造。
【請求項９】
前記突起構造は、ダイヤモンドから成ることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の突起構造。
【請求項１０】
炭素を含む材料からなる基板と、
該基板上に形成された複数の突起と、
を備えた電子放出素子であって、
前記複数の突起は、前記基板上に配列されており、
各突起の先端は、前記突起の根元より細くなっており、
各突起の先端の幅が１００ｎｍ以下であり、
各突起の根元の幅が３００ｎｍ以下であることを特徴とする電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突起構造の形成方法、突起構造、および電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子銃等の電子放出素子では、ダイヤモンド等の炭素を含む基板上に突起を形成した突起構造が用いられる。このような突起構造の形成は、非特許文献１に記載されているように、まずダイヤモンド基板上にＡｌ膜を形成する。次に、フォトリソ技術でＡｌ膜にドット状のパターンを形成する。さらに形成したパターンをマスクとして、ダイヤモンド基板をエッチングし、基板上に突起構造を形成する。
【非特許文献１】西林良樹、安藤豊、古田寛、小橋宏司、目黒貴一、今井貴浩、平尾孝、尾浦憲治郎；ＳＥＩテクニカルレビュー、２００２年９月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、Ａｌは微細加工がしにくい材料であるため、微細なサイズでパターンを加工することができなかった。そのため、上記手法で形成された突起の一つ一つは、その幅が３００ｎｍ角以上のものであり、幅３００ｎｍ以下の突起が規則的に整列配置された突起構造を形成することは不可能であった。
【０００４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、細い突起が配列された突起構造を形成することができる突起構造の形成方法、および細い突起が配列された突起構造、並びに細い突起が配列された電子放出素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、（ａ）炭素を含む材料からなる基板上にＳｉ膜を形成する第１工程と、（ｂ）Ｓｉ膜をエッチングして、基板上に配列された複数のパターンを有するＳｉマスクを形成する第２工程と、（ｃ）Ｓｉマスクを用いて基板をエッチングして、基板に複数の突起を形成する第３工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、微細加工しやすいＳｉ膜からマスクを形成して、突起を形成することができる。
【０００７】
本発明では、Ｓｉ膜は、非晶質Ｓｉ膜であることが好ましい。
上記の構成によれば、微細加工での均一性が非常に良い非晶質Ｓｉ膜（ａ−Ｓｉ膜）より、Ｓｉマスクを形成することができる。
【０００８】
本発明では、各パターンは、各々の最大幅が３００ｎｍ以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、幅が３００ｎｍ以下のＳｉマスクを用いて、根元の直径が３００ｎｍ以下の突起を形成することができる。
【０００９】
本発明では、各パターンの各々の高さＨと最大幅Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は、０．５以上であることが好ましい。
上記の構成によれば、高さのバラツキが小さい突起を形成することができる。また、先端径が細い突起を形成することができる。
【００１０】
本発明では、基板のＴＴＶ（Total Thickness variation）が５０ｎｍ以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、ＴＴＶが５０ｎｍ以下の平坦な基板上に突起を形成することにより、高さのバラツキが小さい突起を形成することができる。
【００１１】
本発明では、基板はダイヤモンドからなることが好ましい。
上記の構成によれば、ダイヤモンドの突起構造を形成することができる。
【００１２】
本発明は、（ａ）炭素を含む材料からなる基板と、（ｂ）基板上に形成された複数の突起と、を備えた突起構造であって、複数の突起は、基板上に配列されており、各突起の先端は、前記突起の根元より細くなっており、各突起の先端の幅が１００ｎｍ以下であり、各突起の根元の幅が３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、突起が基板上に規則的に整列配置されているため、電流が均一に分散し、大電流を出すことができる。また、突起が先細りした形状であり、先端の直径が１００ｎｍ以下であり、根元の直径が３００ｎｍ以下と細いため、放出電流密度を大きくできる。
【００１４】
本発明では、突起は、４個／μｍ２以上の密度で基板上に設けられていることが好ましい。
上記の構成によれば、放出電流密度を、例えば１００ｍA／ｍｍ２以上とすることができる。
【００１５】
本発明では、突起構造はダイヤモンドから成るものとすることができる。
上記の構成によれば、ダイヤモンドのもつ負性電子親和力等の特性を活かすことができる。
【００１６】
本発明は、（ａ）炭素を含む材料からなる基板と、（ｂ）基板上に形成された複数の突起と、を備えた電子放出素子であって、複数の突起は、基板上に配列されており、各突起の先端は、前記突起の根元より細くなっており、各突起の先端の幅が１００ｎｍ以下であり、各突起の根元の幅が３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
上記の構成によれば、従来の電子放出素子に比べて、微細な突起が形成された電子放出素子とできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の突起構造の形成方法によれば、微細加工しやすいＳｉ膜からマスクを形成して、突起を形成することができる。また、本発明の突起構造によれば、従来の突起構造に比べて突起が基板上に規則的に整列配置されているため、電流が均一に分散し、大電流を出すことができる。また、突起が先細りした形状であり、先端の直径が１００ｎｍ以下であり、根元の直径が３００ｎｍ以下と細いため、放出電流密度を大きくできる。さらに、本発明の電子放出素子によれば、従来の電子放出素子に比べて、微細な突起が形成された電子放出素子とできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る突起構造の一部を示す図である。図１に示すように本実施形態に係る突起構造１０は、ダイヤモンドからなる基板１と、基板１上に形成された複数の突起２を備えている。図１の例では、基板１はダイヤモンドからなるが、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、アモルファスカーボンナイトライド（ａ−ＣＮ）、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）膜、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）／ＳｉＣ膜、グラファイト／ＳｉＣ膜等の炭素を含む材料からなるものでも良い。突起２は、基板１上に配列されている。突起２は、突起２の先端が突起２の根元より細くなっている。突起２の先端の幅Ｗ１は１００ｎｍ以下である。突起２の根元の幅Ｗ２は３００ｎｍ以下であり、より好ましくは２００ｎｍ以下である。そして、突起２の先端の幅Ｗ１は、根元の幅の１／２以下である。また、各々の突起２の根元の中心と、先端の中心は、各々の幅の１割以下の精度で配列している。また、突起のアスペクト比（突起の高さ／幅）は、１以上とされている。突起２は、４個／μｍ２以上の密度で基板１上に設けられている。
このように、微細な突起が高密度で設けられているため、本実施形態の突起構造の放出電流密度は高いものとなる。また、先鋭突起が正確に中心にある突起となる。各々の突起の配列は従来のものに比べて精度が良い。そして、各々の微小な突起の高さは、従来に比べて均一なものとなる。
【００１９】
図２（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る突起構造の形成工程を示す図である。まず、図２（ａ）に示すように、ダイヤモンドからなる基板１を用意し、基板１にＲＣＡ洗浄を施す。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１に、５３０℃程度（６００℃以下）の基板温度でＳｉＨ４などの原料をプラズマを用いて分解し、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜３を堆積する。
【００２１】
次に、図２（ｃ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜３上に、レジストを塗布し、電子線露光あるいはフォトリソグラフィーでレジストを微細に加工して、レジストパターン４を形成する。
【００２２】
次に、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン４をアッシングによりサイズを制御する。もとのレジストサイズから５０％以上の縮小でなければ、それほどのバラツキにはならない。
【００２３】
そして、図２（ｅ）に示すように、レジストパターン４をマスクとしてＣＦ４ガスを用いたドライエッチングでａ−Ｓｉ膜をエッチングしてＳｉマスク５を形成する。
【００２４】
次に、図２（ｆ）に示すように、レジストパターン４を、硫酸系の溶液で除去する。なお、レジストは必ずしも除去しなくてもよい。それは次のダイヤモンドをエッチングするプロセスはカーボン材料を除去するプロセスなので、短時間にレジストが除去されるからである。
【００２５】
最後に、図２（ｇ）に示すように、微細に加工されたＳｉマスク５を用いて、ＣＦ４を微量に添加した酸素ガス中でダイヤモンドからなる基板１をエッチングして、先端がマスクサイズよりも微小なサイズの突起２を形成する。形成されたダイヤモンドの突起は、例えば、先端が細くなったアスペクト比が２以上の背の高い突起である。
【００２６】
本発明者は、前述の課題に鑑み、非常に微細な突起を得るためのダイヤモンド用のマスクとしてＳｉを用いることを見出した。ＳｉはＡｌなどと比べても、微細加工しやすい材料である。Ａｌは５０ｎｍより小さいサイズではパターニング加工し難い。これは、Ａｌがレジストの現像液に対する耐性が低いことと関係している。一方、Ｓｉは、レジストの現像液に対する耐性が高い。そのため、Ａｌより微細なパターニング加工が可能となる。従って、Ｓｉの利点は、マスクのサイズが５０ｎｍ以下で、より顕著になる。
【００２７】
また本発明者は、Ｓｉは酸素を主として用いるダイヤモンドのエッチングに対して、耐久性があり、十分マスクと成り得ることを見出した。また、Ｓｉ材料は導電性を持たすことができる。微細加工に電子線描画を利用する場合は、絶縁性であるよりも導電性であった方がチャージアップの影響など受けにくくなり都合が良い。描画サイズが小さくなる場合にもその精度がよくなる。さらに、ＳｉはＣＦ４系ガスでドライエッチングが可能である。これはダイヤモンドをエッチングするガスと組成比を変えるだけでエッチングでき、有害である塩素系ガスを用いなければならないという場合に比べても実用的に有利である。
【００２８】
なお、マスクに用いるＳｉ膜は、非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜からなることが好ましい。これは、非晶質Ｓｉでは、粒界がないため、ダイヤモンド基板をエッチングする際の均一性に非常に優れるからである。また、非晶質シリコン材料は３００℃程度の温度で形成が可能である。ダイヤモンドは６００℃を越える温度で酸素が存在すると、表面に損傷を受けるが、３００℃程度の低温であるならば合成チャンバー中の残留酸素は損傷を与えるほど影響はしない。
【００２９】
なお、Ｓｉ膜はμｍサイズのものも作製可能であるが、尖鋭突起を形成するためには、５００ｎｍ以上の厚さのＳｉ膜を形成しなければならない。すなわち、基板上に形成したいマスクのサイズによって、Ｓｉ膜の膜厚がほぼ決まってくる。直径２００ｎｍ以下のサイズのマスクを形成するときは、３００ｎｍ以下の厚さのＳｉ膜でよい。例えば、直径５０ｎｍのマスクでは７５ｎｍの厚さのＳｉ膜を形成する。
【００３０】
８０ｎｍを下回る非常に小さいサイズのマスクにおいて本発明のＳｉマスクの効果が発揮される。すなわち、微細加工において８０ｎｍのレジストの加工しかできなかった場合においても、オーバーエッチングにおいて、５０ｎｍ程度にまで縮小することができる。ここまでなら、従来のＡｌ等のマスク材料全体について同様な手法が適用できるが、実際に８０ｎｍのＡｌマスクを２０ｎｍまでオーバーエッチングで縮小加工することは精度上困難となってくる。それはエッチングされるまでの時間が、通常のエッチング速度でも、非常に微細なサイズを加工する場合に短時間となるからである。また、秒単位（例えば５秒以内）の制御が困難であることに加えて、７５％と８０％といったレベルの制御をしなければならないということになるからである。これに対して、Ｓｉ膜では低温酸化により、非常に薄い層を酸化することができ、マスクの表面およびサイドを酸化して、その酸化部分をウェットエッチングする手法が使える。すなわちサイズの縮小は酸化層厚で制御でき、秒単位の時間制御を要しない。ＢＨＦなどの液は酸化膜とＳｉ膜とで非常に大きなエッチング速度差が得られるから、自動的に縮小が止まるからである。とくに、ａ−Ｓｉでは、粒界が酸化されて、不均一に縮小することもない。また、低温で形成されたａ−Ｓｉには水素が含まれており、プラズマ中で酸化する等して、水素を引き抜くことで低温で酸化することにも対応できる。そのため、高温で酸素に弱いダイヤモンドと非常に相性がよいことがわかった。
【００３１】
図３（ａ）は本実施形態のＳｉマスクのパターンの配列を示す平面図であり、図３（ｂ）はＳｉマスクの各々のパターンを示す図であり、図３（ｃ）〜（ｆ）は、Ｓｉマスクの他の態様を示す図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態のＳｉマスク５は、基板１上に配列されている。図３（ｂ）に示すように、Ｓｉマスク５の各々のパターンの最大幅Ｗは、３００ｎｍ以下とされている。そして、Ｓｉマスク５の各々のパターンにおける高さＨと最大幅Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は０．５以上である。
Ｓｉマスク５の各々のパターンは、図３（ｂ）に示したものに限定されず、例えば図３（ｃ）に示すような円筒形状や、図３（ｄ）に示すような円筒形状の先端が丸まったものや、図３（ｅ）に示すような水滴状のものや、図３（ｆ）に示すようなＨ／Ｗが１以上のものを適用できる。
【００３２】
このようなＳｉマスクを使って、ダイヤモンドをエッチングすると、非常に細い先端のとがった突起が形成でき、しかも、全体の幅のサイズが３００ｎｍよりも小さいにもかかわらず、非常に位置精度もよく形成できることがわかった。Ｓｉマスクのパターンのアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は０．５以上あれば好ましく、さらに好ましくは１以上である。
【００３３】
例えば、ａ−Ｓｉマスクのパターンの直径を４５ｎｍにし、ダイヤモンドの突起を形成すると、根元の直径が４５ｎｍで、先端の直径が１０ｎｍ以下の突起を形成することができる。例えば、このような微小突起は、１μm角に１１個ないし２５個の突起を形成することができる。さらに本実施形態の方法においては、１００個の突起を作ることも可能である。
【００３４】
本実施形態の方法ではダイヤモンドとＳｉの選択比が大きく取れるので、非常にアスペクト比の高い突起を形成することができる。突起の先端にマスクが残るようにエッチングをやめても、マスクサイズ自体が１００ｎｍ以下と非常に小さいものを形成できるので、先端はおのずとマスクサイズ以下となり、非常に小さい先端を形成でき、高さバラツキも基板の表面粗さ程度に小さくすることができる。
【００３５】
次に、基板上の突起の密度に関して高密度化が重要である理由について以下に述べる。１μｍ径の突起を形成したとき、突起の高さは少なくとも２μｍ以上となり、突起の密度は突起間隔も勘案して、せいぜい２５００００個／ｍｍ２である。これは１本から安定して出せる電流を０．１μＡとして、２５ｍＡ／ｍｍ２となる。熱陰極材料を含む従来材料での放出電流密度は１００ｍＡ／ｍｍ２程度であったことを考えると少し足りないものである。しかし、３００ｎｍ径以下の突起を形成すると、突起間隔は５００ｎｍとでき、突起密度は１００００００個／ｍｍ２以上まであげられる。そうすると、電流密度は１００ｍＡ／ｍｍ２以上にもなり、従来材料以上のものを形成することができるようになる。従って、１μｍ角内に４本以上の突起を形成することは、これを境に有意義なデバイスを形成できることになる。これまでは、そのような密度の突起を形成する方法は提案されていなかった。さらに、２００ｎｍ径以下であるなら、１μｍ角内に６．２５本以上となり、明らかに有効である。
【００３６】
ここで、本実施形態の突起構造はアスペクト比の高い突起で、規則性をもって配列している。なぜなら、アスペクト比１以下の低いものはゲート電極を有する構造とした場合と基板と間で大きな容量を発生し、高周波動作の妨げとなる。また、セルフアラインでゲートを作製する場合も、背が低いとエミッタ周辺に穴を開けることが困難となるからである。また、突起の配置がランダムな物も好ましくない。なぜならランダムなものは電流値の局部集中が防げず（電流に均一分散が設計できない）、大電流を出そうとする場合には、あまり意味を成さないからである。
【００３７】
以上のような、突起構造を形成するためにはＳｉマスクを用いてダイヤモンドを酸素を含むドライエッチングで加工することによって得ることができる。
【００３８】
微細突起を実現するためには基板の平坦性は良好なものであることが好ましい。例えば、突起の高さは１μｍ以下のものを形成できるため、基板の平坦性（ＴＴＶ）は１００ｎｍ以下のものが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下のものが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ以下のものが好ましい。このような平坦性を有する基板は単結晶である方が形成しやすいが、多結晶であってもかまわない。
【００３９】
さらに、突起自体はキャリアが消滅せずに先端まで到達する必要があることから、単独の単結晶であることが好ましい。これまでのサイズの突起では多結晶よりも、単結晶の方が好ましいのは突起中に粒界が含まれるためであるが、本発明の突起は非常に小さいものであるために、多結晶であってもかまわない。ただし、突起のサイズよりも大きな粒径の多結晶であることが好ましいのは前記の理由による。同じ理由で単結晶以外にも高配向の多結晶ダイヤモンドはランダムな配向の多結晶より好ましいし、ヘテロエピタキシャル基板はさらにより好ましい。
【００４０】
なお、本実施形態における突起を形成する基板はダイヤモンド基板でなくとも、非常に高い平坦性（１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下の平坦性）を有する炭素系材料、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、アモルファスカーボンナイトライド（ａ−ＣＮ）、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）膜、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）／ＳｉＣ膜、グラファイト／ＳｉＣ膜等に適用できる。
【００４１】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の電子放出素子の構造を示す斜視図である。図４（ａ）に示した電子放出素子１００は、基板１が導電性材料の場合を示す。また図４（ｂ）に示した電子放出素子１００は、基板１が絶縁性材料の場合を示す。この場合、カソード電極１１が設けられる。さらに図４（ｃ）に示した電子放出素子１００は、ゲート電極１２が設けられている。
【００４２】
研磨によって数ｎｍ以下に平坦化した高圧合成単結晶ダイヤモンド基板（１００）およびＣＶＤ多結晶ダイヤモンドウエーハ基板を用意し、図２に示す工程の上から順番に示しているように、その上にプラズマＣＶＤ法でａ−Ｓｉ膜を形成した。成膜の条件は、ＬＰＣＶＤで、温度５２５℃、ＳｉＨ４（Ｈｅ希釈５０％）：２００ｓｃｃｍ、Ｎ２：１５０ｓｃｃｍ、圧力０．２９Ｔｏｒｒ（３８．７Ｐａ）で行なった。
【００４３】
膜厚については図５に示すとおりである。その後、その上に電子線露光用のネガ型レジストを塗布し、電子線露光してドット状のパターニングを行った。ネガ型を用いた理由は、ドットパターンが面積的に他の部分より少ないために時間短縮となるように用いた。時間の問題がなければ、ポジ型を利用しても差し支えない。レジストパターン形成の条件は、電子ビーム露光装置を用い、加速電圧５０ｋＶで行なった。
【００４４】
できたレジストのドットはアッシングによって、サイズを若干制御した。アッシングの条件は、使用ガスＯ２：５０ｓｃｃｍ、圧力０．６Ｔｏｒｒ（８０．０Ｐａ）、ＲＦパワー１４０Ｗで行なった。所望のサイズのレジストが形成できた後に、ＣＦ４ガスで、マスクをパターニングした。エッチングの条件は、ＳｉＯ２用ＲＩＥ、使用ガスＣＦ４：２０ｓｃｃｍ、チャンバー圧力２５ｍＴｏｒｒ（３．３Ｐａ）で行なった。サイドエッチングの時間制御で直径の寸法も制御できる。
【００４５】
頃合いを見計らってエッチングをストップし、レジストを硫酸系の溶液であるＳＨ（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝５００：１６７）により、除去して完了する。なお、レジストは必ずしも除去しなくてもよい。それは次のダイヤモンドをエッチングするプロセスはカーボン材料を除去するプロセスなので、短時間にレジストが除去されるからである。
【００４６】
図６（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係るａ−Ｓｉマスクの電子顕微鏡写真である。形成したマスクは台形状（円錐台）のものであることをＳＥＭ（＝scanning electron microscope，走査型電子顕微鏡）で図６に示すように確認した。図６は上面からの写真と側面からの写真を示す。４５ｎｍのサイズのマスクが形成できた。
それをマスクとしてダイヤモンドを加工した例を図７に示す。図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る突起構造を示す電子顕微鏡写真である。非常にアスペクト比が４〜５と高い突起ができていることが確認できた。
【００４７】
さらに個々の突起はほとんど同じ高さである。概略の計測によると５％以下になる。さらに簡単に見積もると、先端用のマスクサイズ（下部層）が４５ｎｍであるので、５０％まで目減りした状態でエッチングをストップすると、先端の径は２０ｎｍになり、先端の高さのバラツキは基板の平坦性に一致する。われわれは最大でも２ｎｍの平坦性の基板を利用したので、突起高さはほぼ２５０ｎｍと考えると、高さバラツキは２／２５０、０．８％程度である。
【００４８】
図５は実験の結果であるが、マスク直径に対して、先端径の縮小比率が少なく、先端直径を大きく保持したものは高さバラツキは小さくなり、マスク直径に対して、先端径の縮小率を大きくし、先端径を小さくしたものはうまく止められず、高さバラツキが若干高くなっている。マスクサイズは最終先端径に近いものを選択し、マスク厚を大きく（マスクのアスペクト比を大きく）した方が、高さバラツキを小さく先端径を小さくできて都合がよい。
なお、図５の最下段に、Ｈ／Ｗの小さな（１／３）マスクの例を示す。この場合、できた突起は先端径の大きなものとなる。さらに、エッチングすると先端は小さくなるが、突起のサイズも小さくなり、できた突起の形状の制御性もよくなかった。このようにＨ／Ｗが小さなマスクよりも、Ｈ／Ｗが０．５以上と大きいマスクが好ましい。
【００４９】
尚、本発明の突起構造の形成方法および突起構造並びに電子放出素子は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態に係る突起構造の一部を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る突起構造の形成工程を示す図である。
【図３】（ａ）は本実施形態のＳｉマスクのパターンの配列を示す平面図であり、（ｂ）はＳｉマスクの各々のパターンを示す図であり、（ｃ）〜（ｆ）は、Ｓｉマスクの他の態様を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の電子放出素子の構造を示す斜視図である。
【図５】実験結果を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るａ−Ｓｉマスクの電子顕微鏡写真である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る突起構造を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５１】
１…基板、２…突起、３…非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜、４…レジストパターン、５…Ｓｉマスク、１０…突起構造、１１…カソード電極、１２…ゲート電極、１００…放電素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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