JP2005059167A - 微細構造体の製造方法および微細構造体、ならびに記録装置の製造方法および記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カーボンナノチューブなどの成長部をより微細な間隔で規則正しく配列させることができる微細構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板１１に、触媒配置のための核として溝１２を形成する。次に、基板１１に、触媒物質１４、例えば鉄（Ｆｅ）を付着させる。続いて、基板１１に熱処理を行うことにより触媒物質１４を溶融させて溝１２に凝集させる。溝１２により触媒物質１４を確実に所望の位置に配置することができる。そののち、溝１２にカーボンナノチューブを成長させる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、触媒を用いてカーボンナノチューブ，カーボンナノウォール等の成長部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、ならびにこれらを用いた記録装置の製造方法および記録装置に関する。

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。

このような応用分野においては、カーボンナノチューブは、単独ではなく、複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ構造体として利用される。例えば、カーボンナノチューブを所定の配列で形成したカーボンナノチューブ構造体を、ＦＥＤ（Field Emission Display）に利用した例が報告されている（例えば、特許文献１ないし７、および非特許文献１ないし４参照。）。この場合、カーボンナノチューブ構造体の製造方法として、フォトリソグラフィあるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）などの従来の半導体技術が用いられている。また、カーボンナノチューブに異物質を内包させる技術についても開示されている（例えば、非特許文献５ないし７参照。）。

最近では、カーボンナノシートあるいはカーボンナノウォールと呼ばれるカーボン二次元構造体が注目されている。カーボン二次元構造体は、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８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、更に、カーボンナノシートの表面に金（Ａｕ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）およびカドミウム（Ｃｄ）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。
特開２００２−２０３４７３号公報 特開２００２−１９７９６５号公報 特開２００２−１５０９２２号公報 特開２００１−２３５０６号公報 特開２０００−２８５７９５号公報 特開２０００−１２３７１３号公報 特開２０００−６７７３６号公報 斎藤弥八，表面化学，１９９８年，第１９巻，第１０号，ｐ．６８０−６８６ Ｃ．Ａ．スピント（C. A. Spindt）、外３名，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Journal of Applied Physics），（米国），１９７６年，第４７巻，ｐ５２４８−５２６３ 第４９回応用物理学関係連合講演会，講演予稿集，２９ｐ−Ｋ−７ 日刊工業新聞，平成１４年４月１１日付記事，「ＣＮＴのフィールドエミッター４ボルト低電圧で電子放出」 阿多誠文（M. Ata）、外３名，ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Jpn. J. Appl.Phys.），１９９５年，第３４巻，ｐ４２０７−４２１２ 阿多誠文（M. Ata）、外４名，ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Jpn. J. Appl.Phys.），１９９４年，第３３巻，ｐ４０３２−４０３８ 阿多誠文（M. Ata）、外２名，アドバンスト・マテリアルズ（Advanced Materials），（独国），１９９５年，第７巻，ｐ２８６−２８９） ウー・イーホン（WU Yihong ）、Ｔ３−４ Three-Dimentional Nanostructured Materials Based on Two-Dimentional Nano-Sheets 、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 ）、ｐ．１７０−１７１ 阿多誠文（M. Ata）、外３名，ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Jpn. J. Appl.Phys.），１９９５年，第３４巻，ｐ４２０７−４２１２

カーボンナノチューブ構造体あるいはカーボンナノウォールを用いたＦＥＤ等を実現するには、遷移金属等からなる触媒の微細なパターンを形成し、それを用いてカーボンナノチューブあるいはカーボンナノウォールを微細な間隔で規則正しく整列させる技術が必須とされる。しかしながら、従来では、ある程度の量産性を達成できる技術としてはフォトリソグラフィしかなかった。フォトリソグラフィは、本質的に二次元構造の形成に適した技術であり、カーボンナノチューブ構造体のような三次元構造を形成するには不向きである。

更に、フォトリソグラフィにより金属触媒の微細なパターンを形成するには、エネルギービームの波長を短くするしか方法がなく、現在の技術ではこれ以上の短波長化は困難である。そのため、フォトリソグラフィにより遷移金属等のパターンを形成する場合には、遷移金属パターンの寸法およびその間隔は、エネルギービームの波長で定まり、現在の技術では０．０５μｍ（５０ｎｍ）以下にすることができず、また、パターンの間隔（ピッチ）は１００ｎｍ以下にすることができない。すなわち、従来の手法では、金属触媒等のより微細なパターンを形成するには限界があるという問題があった。

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、カーボンナノチューブ構造体などの成長部を、より微細な間隔で規則正しく配列することのできる微細構造体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、より微細な間隔で規則正しく配列され、ＦＥＤ，記録装置等の製造に好適な成長部を有する微細構造体を提供することにある。

本発明の第３の目的は、より微細な間隔で規則正しく配列された成長部を用いて記録密度を更に向上させることのできる記録装置の製造方法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、基板に触媒配置のための核を形成する核形成工程と、基板に触媒機能を有する物質を付着させる付着工程と、基板に熱処理を行うことにより触媒機能を有する物質を溶融させて核に凝集させる凝集工程と、触媒機能を有する物質を用いて核に成長部を形成する成長工程とを含むものである。

本発明による微細構造体は、溝を有する基板と、溝の深さ方向の少なくとも一部に充填された触媒機能を有する物質と、溝に形成された成長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、基板に触媒配置のための核を形成する核形成工程と、基板に触媒機能を有する物質を付着させる付着工程と、基板に熱処理を行うことにより触媒機能を有する物質を溶融させて核に凝集させる凝集工程と、触媒機能を有する物質を用いて核に筒状成長部を形成する筒状成長工程と、筒状成長部の先端を所定の平面内に形成すると共に先端を開放端とする高さ均一化工程と、開放端から筒状成長部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。

本発明による記録装置は、溝を有する基板と、溝の深さ方向の少なくとも一部に充填された触媒機能を有する物質と、溝に形成された筒状成長部と、筒状成長部の少なくとも先端部に挿入された磁気材料から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、基板に触媒配置のための核が形成され、次に、基板に触媒機能を有する物質が付着する。続いて、基板に熱処理が行われることにより触媒機能を有する物質が溶融して核に凝集する。そののち、触媒機能を有する物質を触媒として核に成長部が形成される。

本発明による微細構造体では、溝の深さ方向の少なくとも一部が触媒機能を有する物質で充填され、この溝に成長部が形成されているので、溝の間隔および配置を制御することにより成長部がより微細な間隔で規則正しく配列される。

本発明による記録装置の製造方法では、基板に触媒配置のための核が形成され、次に、基板に触媒機能を有する物質が付着する。続いて、基板に熱処理が行われることにより触媒機能を有する物質が溶融して核に凝集する。そののち、触媒機能を有する物質を触媒として核に筒状成長部が形成される。続いて、筒状成長部の先端が所定の平面内に形成されると共に先端が開放端とされる。そののち、開放端から筒状成長部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、各々の筒状成長部に挿入された磁性層は、隣接する他の筒状成長部内の磁性層から隔離されるので、各々の筒状成長部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、触媒配置のための核に触媒機能を有する物質を凝集させるようにしたので、触媒機能を有する物質を確実に所望の位置に配置することができる。また、触媒機能を有する物質が凝集した核に成長部を形成するようにしたので、触媒配置のための核の間隔および配置を制御することにより所望の位置に成長部を形成することができる。

本発明の微細構造体によれば、溝の間隔および配置を制御することにより成長部をより微細な間隔で規則正しく配列することができる。

本発明の記録装置の製造方法および本発明の記録装置によれば、触媒配置の核としての溝に筒状成長部が形成され、この筒状成長部内に磁気材料からなる磁性層が導入されているので、溝の間隔および配置を制御することにより筒状成長部を微細な間隔で規則正しく配列し、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る。よって、極めて記録密度を高くすることができる。また、磁性層は筒状成長部により隔離されているので、隣接する他の筒状成長部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）
《構造体の製造方法》
まず、図１ないし図８を参照して、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について説明する。本実施の形態の方法は、微細構造体として例えば一方向に配向された複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ構造体を形成するものであり、基板に触媒配置のための核を形成する「核形成工程」と、基板に触媒機能を有する物質を付着させる「付着工程」と、基板に熱処理を行うことにより触媒機能を有する物質を溶融させて核に凝集させる「凝集工程」と、触媒機能を有する物質を用いて核に成長部、例えばカーボンナノチューブを形成する「成長工程」とを含むものである。得られたカーボンナノチューブ構造体は、例えばＦＥＤのカソードあるいは記録装置として利用される。

ここで、カーボンナノチューブ構造体には、例えば、複数のカーボンナノチューブを微細なパターンで配列形成したもの、カーボンナノチューブに異物質を内包させたもの、あるいは複数のカーボンナノチューブを微細なパターンで配列形成すると共に異物質を内包させたものなど、種々の形態のものが含まれる。本実施の形態では、複数のカーボンナノチューブを微細なパターンで配列形成したカーボンナノチューブ構造体について扱う。

（核形成工程）
まず、図１に示したように、例えばガラスよりなる基板１１を用意する。基板１１の材料および厚みは特に限定されない。基板１１の表面には、表面膜１１Ａが形成されていてもよい。基板１１あるいは表面膜１１Ａの材料は、例えば、後述するように原盤１３を押圧することにより溝１２を形成するため、柔軟性を有するものが好ましく、具体的には酸化物もしくは窒化物、または半導体が好ましい。表面膜１１Ａを形成する場合、その厚みは、例えば４０ｎｍとすることができる。

次に、同じく図１に示したように、基板１１に、溝１２を形成する。この溝１２は、基板１１の所望の位置に後述する触媒機能を有する物質、例えば鉄（Ｆｅ）を配置するための核となるものである。本実施の形態では、例えば、一次元方向に配列された直線状の溝１２を形成する。

溝１２の形成方法は、基板１１あるいは表面膜１１Ａの材料あるいは硬度に応じて選択すればよく、特に限定されない。例えば、ダイヤモンドカッター、スクライバー、レーザアブレーションなどにより形成してもよく、フォトリソグラフィにより表面膜１１Ａをパターニングすることにより形成してもよい。

特に、図２に示したように表面に突起１３Ａを有する原盤１３を用意し、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示したように、原盤１３を基板１１の表面膜１１Ｂに押圧することにより溝１２を形成することが好ましい。このように原盤１３の突起１３Ａを基板１１に転写して溝１２を形成するようにすれば、一度に多数の溝１２を形成でき、効率が高いからである。また、突起１３Ａの形状および原盤１３の押圧力を制御することにより、溝１２を所望の幅、間隔および深さで形成することができるからである。特に、後述する原盤１３の製造方法あるいは原盤１３を用いた溝形成方法では、フォトリソグラフィで溝１２を形成するよりもはるかに微細な幅および間隔で溝１２を形成することができる。

ここで、「突起」とは、原盤１３の表面から隆起し、その高さが原盤１３の表面のラフネスより高い１ｎｍ以上のものをいう。

溝１２の幅、間隔および深さは、溝１２の形成方法によって異なりうる。例えば、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示したように原盤１３を基板１１に押圧することにより溝１２を形成する場合には、溝１２の間隔（ピッチ）は原則として原盤１３の突起１３Ａの間隔に等しくなる。そのため、溝１２の好ましい間隔については、後述する原盤の製造方法と併せて説明する。また、溝１２の幅および深さは、原盤１３に加える圧力を制御することにより制御可能である。例えば、図３（Ａ）に示したように、突起１３Ａの先端から中腹にかけての一部分を基板１１にめり込ませるようにすれば、溝１２の幅および深さは突起１３Ａの幅および高さよりも小さくなる。よって、溝１２の幅を突起１３Ａの幅よりも更に小さくすることができる。あるいは、図４（Ａ）に示したように、突起１３Ａのほぼ全体を基板１１にめり込ませるようにすれば、図４（Ｂ）に示したように、溝１２の幅および深さは突起１３Ａの幅および高さにほぼ等しくなる。

なお、溝１２の断面形状は、溝１２の形成方法によって異なり、図１に示したようなＵ字形に限らずＶ字形などでもよい。

（付着工程）
続いて、図５に示したように、基板１１に触媒機能を有する物質（以下、「触媒物質」という）１４を付着させる。付着方法は、後の凝集工程において基板１１に熱処理を行うことにより触媒物質１４を溶融させて溝１２に凝集させる程度に触媒物質１４を付着させることができる方法であればよく、例えばスパッタリング法，蒸着，塗布あるいはＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ；プラズマＣＶＤ）法を用いることができる。

触媒物質１４は、カーボンナノチューブあるいはカーボンナノウォールなどの炭素（Ｃ）よりなる成長部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１４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。

このような触媒物質１４は、次の凝集工程において触媒物質１４を溶融させて溝１２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１４の厚みが大きいと、触媒物質１４の移動および凝集が困難になったり、凝集した触媒物質１４が溝１２に収まりきらず、溝１２の幅および間隔を微細化した意味が減じてしまうからである。例えば、触媒物質１４は、連続した膜を形成しない程度の厚みで付着させてもよく、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１４の厚みは、基板１１または表面膜１１Ａ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。

（凝集工程）
続いて、図６に示したように、基板１１に熱処理を行うことにより触媒物質１４を溶融させて溝１２に凝集させる。これにより、触媒物質１４を確実に所望の位置に配置することができる。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。

触媒物質１４を溝１２に凝集させるには、触媒物質１４の基板１１に対する濡れ性を利用することが好ましい。すなわち、基板１１あるいは表面膜１１Ａの材料として触媒物質１４が濡れにくい材料を用い、触媒物質１４を熱処理により溶融させて溝１２に凝集させる。これにより、触媒物質１４を簡単かつ精確に溝１２に凝集させることができる。このように触媒物質１４の基板１１に対する濡れ性を利用する場合、触媒物質１４と基板１１あるいは表面膜１１との材料の組合せとしては、例えば触媒物質１４として金属触媒と、基板１１あるいは表面膜１１として上述した酸化物もしくは窒化物、または半導体との組合せを挙げることができる。

溝１２に凝集した触媒物質１４は、図６に示したように溝１２の深さ方向の全部を充填し、更に濡れ性により溝１２の入口に略半球状に突出していてもよい。あるいは、触媒物質１４は、溝１２の深さ方向の一部を充填していてもよい。

（成長工程）
触媒物質１４を溝１２に凝集させたのち、図７に示したように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、触媒物質１４を用いて溝１２にカーボンナノチューブ１５を成長させる。成長条件としては、例えば、カーボンナノチューブ１５の原料となる炭素化合物としてメタン（ＣＨ₄ ）を用い、溝１２に凝集した触媒物質１４、すなわち鉄（Ｆｅ）を触媒として、９００℃、１５分とすることができる。カーボンナノチューブ１５は溝１２にのみ成長するので、基板１１の上に溝１２のパターン通りに複数のカーボンナノチューブ１５が直線状に配列されたカーボンナノチューブ構造体１６が形成される。カーボンナノチューブ１５の直径は、原料となる炭素化合物の種類と、成長条件の設定により定めることが可能である。

《原盤の製造方法》
次に、図８および前述の図２を参照して、原盤１３の製造方法を説明する。この製造方法は、素材基板１１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１１を与え、素材基板１１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１１に応じた位置に、すなわち、所望のパターンで突起を形成する「突起形成工程」とを含むものである。

（溶融工程）
まず、図８を参照して溶融工程を説明する。ここで、素材基板１１０の材料は、原盤１３として基板１１または表面膜１１Ａに押圧することにより溝１２を形成することができるものであれば特に限定されず、押圧を繰り返すため耐久性に優れたものであればより好ましい。

素材基板１１０は、厚さが例えば４０ｎｍであり、例えばシリコンにより構成された支持体１１０Ａにより保持されている。なお、素材基板１１０が十分な厚さを有している場合には、支持体１１０Ａは不要である。

熱分布１１１は、素材基板１１０の表面温度がエネルギービーム１１２の照射により空間的に変調されて、高温領域１１１Ｈと低温領域１１１Ｌとが周期的に形成されたものである。エネルギービーム１１２は、波長および位相の揃った平行光であり、本実施の形態では、高出力を得るため、例えばＸｅＣｌエキシマレーザを用いる。

本実施の形態では、熱分布１１１は、エネルギービーム１１２を回折格子１１３で回折させることにより与えられる。回折格子１１３は、エネルギービーム１１２を回折させてエネルギー量を空間的に変調するものであり、例えば、光学ガラス板に、直線状の平行な溝１１３Ａが一定の周期間隔Ｐで一次元方向に配列されたものである。本実施の形態では、例えば、石英材料よりなる板に直線状の平行な溝１１３Ａが例えば１μｍの周期間隔Ｐで一次元方向に配列され、エネルギービーム１１２のエネルギー量を、溝１１３Ａが配列されている方向に沿って一次元方向に変調するようになっている。なお、回折格子１１３は必ずしも溝などの凹凸を形成したものに限られず、例えば、エネルギービーム１１２の透過部分と非透過部分とが印刷により形成されたものであってもよい。

このような回折格子１１３を用いることにより、高温領域１１１Ｈは、溝１１３Ａの延長方向に沿った直線状に形成されると共に、溝１１３Ａの配列されている方向に沿って一次元方向に配列される。熱分布１１１の空間的周期Ｔ、すなわち高温領域１１１Ｈの間隔（ピッチ）は、回折格子１１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１１２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Ｐを微細にするほど熱分布１１１の空間的周期Ｔを微細化することができる。

エネルギービーム１１２のエネルギー量は、低温領域１１１Ｌにおいて素材基板１１０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、素材基板１１０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１１２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１１２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１１２のエネルギー量を３５０ｍＪ／ｃｍ² 、パルス照射回数を１００回とする。

（突起形成工程）
次に、図２を参照して突起形成工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１１２の照射を止めると、素材基板１１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、溶融工程において照射されたエネルギービーム１１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、高温領域１１１Ｈに対応する位置に、素材基板１１０の表面から隆起した突起１３Ａが形成され、表面に突起１３Ａを有する溝形成用原盤（以下、「原盤」という）１３が形成される。

突起１３Ａは、高温領域１１１Ｈが溝１１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のリブ（突条）のパターンとして形成される。突起１３Ａの幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１１の変調方向における突起１３Ａの下端部の寸法は、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１１２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、突起１３Ａの幅Ｗは大きくなる。冷却速度は、素材基板１１０または素材基板１１０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突起１３Ａの幅Ｗは大きくなる。突起１３Ａの幅Ｗは、原理的には素材基板１１０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。

突起１３Ａの幅Ｗの具体的な値は、原盤１３を用いて形成される溝１２の用途によって定められるが、例えば溝１２にカーボンナノチューブ構造体１６を形成する場合には、突起１３Ａの幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。その理由は、カーボンナノチューブ１５の直径が、最小で０．４ｎｍであるからである。

突起１３Ａの幅Ｗは、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましい。カーボンナノチューブ１５は、直径が０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲にあるものが多いからである。

更に、突起１３Ａの幅Ｗは、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。なぜなら、原盤１３を用いて形成される溝１２の幅方向に多数のカーボンナノチューブ１５が接近して屹立する可能性が小さくなるので、カーボンナノチューブ構造体１６を例えば電界電子放出素子（エミッタ）として使用する場合に、カーボンナノチューブ１５の各々の表面における電界強度の低下を防止し、電界放出に必要な印加電圧を小さくすることができるからである。また、例えばカーボンナノチューブ構造体１６を記録装置（メモリ）として利用する場合には、一本の溝１２には幅方向に１本のみのカーボンナノチューブ１５を形成することが必要となる場合があるので、カーボンナノチューブ１５の直径と溝１２の幅とを一致させることが好ましいからである。

また、突起１３Ａの間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における突起１３Ａの間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２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Ｐを微細にするほど突起１３Ａの間隔Ｌ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Ｌで突起１３Ａを形成することが可能である。

突起１３Ａの間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。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、突起１３Ａの間隔Ｌ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。

このように本実施の形態では、基板１１に触媒配置のための核として溝１２を形成し、続いて、基板１１に触媒物質１４を付着させ、そののち、基板１１に熱処理を行うことにより触媒物質１４を溶融させて溝１２に凝集させるようにしたので、溝１２により触媒物質１４を確実に所望の位置に配置することができる。また、溝１２にカーボンナノチューブ１５を成長させるようにしたので、溝１２の間隔および配置を制御することにより所望の位置にカーボンナノチューブ１５を形成することができる。

特に、表面に突起１３Ａを有する原盤１３を基板１１の表面膜１１Ｂに押圧することにより溝１２を形成するようにすれば、溝１２を効率よく形成することができる。

また、特に、触媒物質１４を、基板１１に対する濡れ性を利用して溝１２に凝集させるようにしたので、触媒物質１４を簡単かつ精確に溝１２に凝集させることができる。

〔変形例１〕
次に、図９ないし図１１を参照して、本発明の変形例１について説明する。本変形例は、図９に示したように、基板１１に、二次元方向に配列された点状の溝２２のパターンを形成するようにしたものである。このような溝２２は、図１０に示したような二次元方向に配置された突起２３Ａを有する原盤２３を用いて上記実施の形態の核形成工程と同様にして形成することができる。

続いて、上記実施の形態の図５および図６を参照して説明したのと同様にして、付着工程および凝集工程を行う。

そののち、図１１に示したように、例えばＣＶＤ法により、触媒物質１４を用いて溝２２にカーボンナノチューブ２５を成長させる。成長条件としては、例えば、上記実施の形態と同様とすることができる。カーボンナノチューブ２５は溝２２にのみ成長するので、基板１１の上に溝２２のパターン通りにカーボンナノチューブ２５が二次元方向に配列されたカーボンナノチューブ構造体２６が形成される。

《原盤の製造方法》
図１２ないし図１６は、本変形例の原盤２３の製造方法を表している。本変形例の原盤２３の製造方法は、溶融工程において、エネルギービームのエネルギー量を、二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させ、素材基板１０の表面に対して、Ｘ方向熱分布３１ＸおよびＹ方向熱分布３１Ｙを与えるようにしたものである。

（溶融工程）
まず、図１２を参照して溶融工程を説明する。Ｘ方向熱分布１３１Ｘは、素材基板１１０の表面温度がＸ方向に変調されて、Ｘ方向高温領域１３１ＸＨとＸ方向低温領域１３１ＸＬとが周期的に形成されたものである。また、Ｙ方向温度分布１３１Ｙは、素材基板１１０の表面温度がＹ方向に変調されて、Ｙ方向高温領域１３１ＹＨとＹ方向低温領域１３１ＹＬとが周期的に形成されたものである。

Ｘ方向熱分布１３１ＸおよびＹ方向熱分布１３１Ｙは、例えば、エネルギービーム１１２を、非透過部分１３２Ａおよび透過部分１３２Ｂが二次元方向に配列された回折格子１３２で回折させることにより与えられる。回折格子１３２としては、例えば、非透過部分１３２Ａにエネルギービーム１１２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１３は、素材基板１１０の表面においてＸ方向温度分布１３１ＸとＹ方向温度分布１３１Ｙとが重畳されることにより、熱分布１３３が形成された状態を表している。図１３に示したように、素材基板１１０の表面には、Ｘ方向高温領域１３１ＸＨとＹ方向高温領域１３１ＹＨとの重複する位置に高温領域１３３Ｈを有し、Ｘ方向低温領域１３１ＸＬとＹ方向低温領域１３１ＹＬとの重複する位置に低温領域１３３Ｌを有するような熱分布１３３が形成される。これにより、高温領域１３３Ｈは、非透過部分１３２Ａおよび透過部分１３２Ｂ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１３３のＸ方向における空間的周期ＴＸ、すなわち高温領域１３３ＨのＸ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子１１３２のＸ方向における周期間隔ＰＸおよびエネルギービーム１１２の波長λに応じて定まる。また、熱分布１３３のＹ方向における空間的周期ＴＹ、すなわち高温領域１３３ＨのＹ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子１３２のＹ方向における周期間隔ＰＹおよびエネルギービーム１１２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１３３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１３２のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、一つの非透過部分１３２ＡのＸ方向における寸法と一つの透過部分１３２ＢのＸ方向における寸法との和をいい、回折格子１３２のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、一つの非透過部分１３２ＡのＹ方向における寸法と一つの透過部分１３２ＢのＹ方向における寸法との和をいう。

回折格子１３２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１４に示したように、熱分布１３３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１３２としては、マスク印刷により非透過部分１３２Ａおよび透過部分１３２Ｂ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１３２の場合には、回折格子１３２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１３２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１１２のエネルギー量は、低温領域１３３Ｌにおいて素材基板１１０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、素材基板１１０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１１２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。エネルギービーム１２のエネルギー量は、上記実施の形態と同様に、一定値を超えるように制御する。

（突起形成工程）
溶融工程において素材基板１１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１１２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１１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、図１０および図１５に示したように、高温領域１３３Ｈに対応する素材基板１１０の表面が隆起して、突起２３Ａが形成される。

突起２３Ａは、高温領域１３３Ｈが素材基板１１０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、素材基板１１０の表面に二次元方向に配列された錘体のパターンとして形成される。突起２３Ａ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、上記実施の形態と同様に制御することができ、溶融温度が高いほど突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。また、冷却速度は、上記実施の形態と同様に制御することができ、冷却速度が速いほど突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹは、原理的には素材基板１１０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。

突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹの具体的な値は、溝２２の用途によって定められるが、例えばカーボンナノチューブ２５を形成する場合には、突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。カーボンナノチューブ２５の直径が、最小で０．４ｎｍであるからである。

突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましい。なぜなら、カーボンナノチューブ２５は、直径が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲にあるものが多いからである。

更に、突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹは、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。なぜなら、突起２３ＡのＸ方向またはＹ方向に多数のカーボンナノチューブ２５が接近して屹立する可能性が小さくなるので、これらのカーボンナノチューブを例えば電界電子放出素子として使用する場合に、カーボンナノチューブ２５の各々の表面における電界強度の低下を防止し、電界放出に必要な印加電圧を小さくすることができるからである。また、例えばカーボンナノチューブ構造体２６を記録装置（メモリ）として利用する場合には、一つの突起２３Ａにより形成された溝２２には１本のみのカーボンナノチューブ２５を形成することが必要となる場合があるので、カーボンナノチューブ２５の直径と溝２２の寸法すなわち突起２３Ａの寸法ＤＸ，ＤＹとを一致させることが好ましいからである。

また、突起２３Ａ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１３３の空間的周期ＴＸ，ＴＹに応じて、すなわち回折格子１３２の周期間隔ＰＸ，ＰＹおよびエネルギービーム１２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１３２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど突起２３Ａ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で突起２３Ａを形成することも可能である。

突起２３Ａ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、突起２３Ａ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１４に示したように熱分布１３３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１６に示したように突起２３Ａが楕円形に形成される。

〔変形例２〕
続いて、図１７を参照して変形例２を説明する。本変形例は、上記実施の形態の原盤１３を用いた溝形成方法において、原盤１３と基板１１との相対的位置をずらして原盤１３を基板１１に複数回押圧するようにしたものである。

まず、図１７（Ａ）に示したように、上記実施の形態において図３を参照して説明したようにして１回目の押圧を行い、図１７（Ｂ）に示したように、基板１１に第１の溝３２Ａを形成する。

次に、図１７（Ｃ）に示したように、原盤１３と基板１１との相対的位置を、例えば突起１３Ａの間隔Ｌの２分の１だけずらして、２回目の押圧を行う。そののち、原盤１３を基板１１から引き離すと、図１７（Ｄ）に示したように、第１の溝３２Ａの中間の位置に第２の溝３２Ｂが形成される。

本変形例では、原盤１３と基板１１との相対的位置をずらして原盤１３を基板１１に複数回押圧するようにしたので、上記実施の形態よりも更に微細な間隔で溝３２Ａ，３２Ｂを形成することができる。

なお、本変形例では、押圧を２回行うようにしたが、押圧回数は更に増やしてもよい。また、その場合には、原盤１３と基板１１との相対的位置を、押圧回数に応じて調整することが好ましい。

また、本変形例では、原盤１３と基板１１との相対的位置を、例えば突起１３Ａの間隔Ｌの２分の１だけずらして、２回目の押圧を行い、第１の溝３２Ａと第２の溝３２Ｂとが等間隔に形成されるようにしたが、第１の溝３２Ａと第２の溝３２Ｂとの間隔は必ずしも均等である必要はない。

更に、本変形例では、上記実施の形態の原盤の製造方法により製造された原盤１３を用いた場合について説明したが、本変形例で用いられる原盤の製造方法は特に限定されない。

（第２の実施の形態）
《記録装置の製造方法》
次に、本発明の第２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。本実施の形態の方法は、上記第１の実施の形態と同様にして「核形成工程」、「付着工程」および「凝集工程」を行い、溝１２に触媒物質１４を凝集させたのち、触媒物質１４を用いて核１２に筒状成長部すなわち例えばカーボンナノチューブ１５を形成する「筒状成長工程」と、カーボンナノチューブ１５の先端を所定の平面内に形成すると共に先端を開放端（オープンエンド）とする「高さ均一化工程」と、開放端からカーボンナノチューブ１５の少なくとも先端部に磁気材料を挿入する「挿入工程」とを更に含むようにしたものである。

なお、ここで、「高さ」とは、カーボンナノチューブ１５の先端の位置、すなわち基板１１または表面膜１１Ａの表面とカーボンナノチューブ１５の先端との距離をいう。よって、カーボンナノチューブ１５の高さは、カーボンナノチューブ１５の長さすなわち延長方向における実際の寸法とは異なる場合もありうる。

（核形成工程、付着工程および凝集工程）
まず、第１の実施の形態で図１ないし図６を参照して説明したのと同様にして、核形成工程、付着工程および凝集工程を行い、溝１２に触媒物質１４を凝集させる。

（筒状成長工程）
次に、第１の実施の形態で図７を参照して説明したのと同様にして、触媒物質１４を用いて溝１２にカーボンナノチューブ１５を成長させる。

（高さ均一化工程）
続いて、図１８を参照して、高さ均一化工程を説明する。まず、図１８（Ａ）に示したように、カーボンナノチューブ１５の周囲に固定層１７を充填し、カーボンナノチューブ１５を固定層１７により固定する。固定層１７の材料としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ），窒化ケイ素（ＳｉＮ），ポリイミド，ポリメチルメタクリレート（Poly Methyl Methacrylate；ＰＭＭＡ），金属酸化膜などの絶縁体材料、あるいはシリコン，ゲルマニウムなどの半導体材料などが用いられる。固定層１７の形成方法としては、例えば、ＰＥＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法、ＳＯＧ（Spin On Glass ）などが挙げられる。固定層１７の厚さは、特に限定されない。

そののち、図１８（Ｂ）に示したように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ；化学機械研磨）により、固定層１７と共にカーボンナノチューブ１５を研磨する。これにより、カーボンナノチューブ１５の先端が所定の同一平面ＰＬ内に揃えられると共に、研磨により先端が開放されて開放端１５Ａとなる。よって、カーボンナノチューブ構造体１６のカーボンナノチューブ１５の高さを均一化することができる。

（挿入工程）
続いて、図１９を参照して挿入工程を説明する。まず、図１９（Ａ）に示したように、例えばスピンコート法、蒸着法またはＰＶＤ法などにより、固定層１７の上に、開放端１５Ａを塞ぐように例えば鉄などの磁気材料よりなる薄膜１８を形成する。このとき、薄膜１８は開放端１５Ａからカーボンナノチューブ１５の内部に入り込む。

続いて、図１９（Ｂ）に示したように、例えばＣＭＰにより、固定層１７が露出するまで薄膜１８を研磨し、カーボンナノチューブ１５の内部に入り込んだ部分を除いて薄膜１８を除去する。これにより、カーボンナノチューブ１５の先端付近に鉄よりなる磁性層１８Ａが挿入される。各々のカーボンナノチューブ１５に挿入された磁性層１８Ａは、隣接する他のカーボンナノチューブ１５内の磁性層１８Ａとは隔離されているため、各磁性層１８Ａ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。

このようにして本実施の形態の記録装置２０が形成される。この記録装置２０は、溝１２に形成されたカーボンナノチューブ１５内に鉄よりなる磁性層１８Ａが挿入されているので、溝１２の間隔および配置を制御することによりカーボンナノチューブ１５を微細な間隔で規則正しく配列し、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、極めて記録密度が高くなる。

図２０は、この記録装置２０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２０では、図２０の矢印で示したように磁性層１８Ａ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方向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良い。

以下、例えば光磁気方式による記録装置２０への書き込みおよび読み出しについて説明する。記録装置２０への書き込みは、例えば次のように行われる。鉄よりなる磁性層１８Ａ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１８Ａ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カーボンナノチューブ１５の磁性層１８Ａ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１８Ａの磁化方向を消去時とは逆方向にする。また、記録装置２０からの読み出しは、例えば次のように行われる。カーボンナノチューブ１５内の磁性層１８Ａ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１８Ａ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１８Ａがカーボンナノチューブ１５により隔離されているので、隣り合うカーボンナノチューブ１５内の磁性層１８Ａ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、溝１２に形成されたカーボンナノチューブ１５内に鉄よりなる磁性層１８Ａを挿入するようにしたので、極めて記録密度の高い記録装置２０を実現することができる。また、磁性層１８Ａはカーボンナノチューブ１５により隔離されているので、隣り合うカーボンナノチューブ１５内の磁性層１８Ａ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る。よって、記録装置２０の信頼性を向上させることができる。

以上、実施の形態および変形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および変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第１の実施の形態では溝１２に成長部としてカーボンナノチューブ１５を形成する場合について説明したが、本発明は、カーボンナノチューブ（筒状炭素分子）に限らず、カーボンナノホーンあるいはカーボンナノファイバー等を形成する場合にも適用可能である。また、溝１２に、炭素よりなる壁状構造体、いわゆるカーボンナノウォールを成長させるようにしてもよい。

また、上記第２の実施の形態では溝１２に筒状成長部としてカーボンナノチューブ１５を形成する場合について説明したが、筒状成長部は、磁性層１８Ａを挿入可能な中空なものであればよく、カーボンナノチューブ１５に限らず、例えばカーボンナノホーンあるいはカーボンナノパイプでもよい。

更に、溝１２に形成する成長部あるいは筒状成長部としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォールなどの炭素（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、上記第２の実施の形態では、カーボンナノチューブ１５の開放端１５Ａを塞ぐように磁気材料よりなる薄膜１８を形成し、この薄膜１８を研磨することにより、カーボンナノチューブ１５の先端に磁性層１８Ａを挿入するようにしたが、磁性層１８Ａの形成方法はこれに限られない。例えば、カーボンナノチューブ１５を成長させながらその先端に鉄を内包させ、得られたカーボンナノチューブ１５に対して、第２の実施の形態で説明したような高さ均一化工程を行うことによって形成してもよい。

カーボンナノチューブ１５を成長させる際に所望の物質を内包させる方法としては、ＣＶＤ法の一種であるＶＬＳ（Vapor-Liquid-Solid）法を用いることができる。ＶＬＳ法は、カーボンを含むガスを分解してカーボンと触媒機能を有する金属との合金滴を形成し、この合金滴の上でカーボンナノチューブ１５の成長が一方向に生じることを利用したものである。ＶＬＳ法では、カーボンナノチューブ１５が成長するに従い、触媒である鉄がカーボンナノチューブ１５の先端に移動するので、カーボンナノチューブ１５の先端に鉄を内包させることができる。よって、先端に鉄を内包したカーボンナノチューブ１５が所望のパターンで整列されたカーボンナノチューブ構造体１６を得ることができる。なお、カーボンナノチューブ１５の先端に鉄が内包される現象については非特許文献９に記載されている。

あるいは、カーボンナノチューブの先端を開放端としたのちに鉄を含む雰囲気中に配置し、開放端からカーボンナノチューブ内部に磁気材料を取り込ませる方法なども可能である。

更にまた、上記第１の実施の形態で得られたカーボンナノチューブ１５に対して、上記第２の実施の形態で説明した高さ均一化工程を行うようにしてもよい。これにより、基板１１または表面膜１１Ａの表面に対して傾いた角度で成長したカーボンナノチューブ１５があっても、すべてのカーボンナノチューブ１５の先端が同一平面ＰＬ内に揃うので、例えばＦＥＤとして用いる際にすべてのカーボンナノチューブ１５からの電界放射を行うことが可能となり、均一な放射特性が得られる。また、先端は開放端１５Ａとなっているので電界放出特性が良好となり、低い電圧で電界放射を行うことができる。

加えてまた、上記第１の実施の形態で得られたカーボンナノチューブ１５の周囲に、上記第２の実施の形態で説明した固定層１７を形成し、研磨せずに図１８（Ａ）に示した状態で、例えばＦＥＤなどに利用することも可能である。この場合には、固定層１７によってカーボンナノチューブ１５が固定されるのでカーボンナノチューブ１５を堅牢化することができると共に、カーボンナノチューブ構造体１６の取扱いを容易にすることができる。

更にまた、上記第１の実施の形態および変形例１の原盤の製造方法では、パルスの照射回数によりエネルギービーム１１２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１の実施の形態および変形例１の原盤の製造方法では、熱分布１１１，１３３を回折格子１１３，１３２を用いて形成するようにしたが、ビームスプリッタおよびミラーを用いて形成してもよい。

更にまた、上記第１の実施の形態および変形例１の原盤の製造方法では、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いてエネルギービーム１１２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１の実施の形態および変形例１の原盤の製造方法では、突起形成工程での放熱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突起形成工程を短縮することも可能である。

本発明の微細構造体の製造方法および微細構造体は、例えば、ＦＥＤのカソードあるいは記録装置に利用することができる。

本発明の一実施の形態に係る微細構造体の製造方法における核形成工程を模式的に表す斜視図である。 図１に示した核形成工程で用いられる原盤を、突起の設けられた側から見た斜視図である。 図２に示した原盤を用いた核形成工程の一例を模式的に表す断面図である。 図２に示した原盤を用いた核形成工程の他の例を模式的に表す断面図である。 図１に続く工程（付着工程）を模式的に表す断面図である。 図５に続く工程（凝集工程）を模式的に表す断面図である。 図６に続く工程（成長工程）を模式的に表す斜視図である。 図２に示した原盤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。 本発明の変形例１に係る構造体の製造方法における核形成工程を模式的に表す斜視図である。 図９に示した核形成工程で用いられる原盤を、突起の設けられた側から見た斜視図である。 本発明の変形例１に係る微細構造体の製造方法における成長工程を模式的に表す斜視図である。 図１０に示した原盤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１２に示した素材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１３に示した熱分布の他の例を表す平面図である。 図１０に示した素材基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。 図１５に示した熱分布を形成したのちに突起形成工程を行った場合における素材基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。 本発明の変形例２に係る微細構造体の製造方法における核形成工程を模式的に表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る記録装置の製造方法における高さ均一化工程を模式的に表す断面図である。 図１８に続く工程（挿入工程）を模式的に表す断面図である。 図１９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。

符号の説明

１１…基板、１１Ａ…表面膜、１２，２２…溝、１３，２３…原盤、１３Ａ，２３Ａ…突起、１４…触媒機能を有する物質（触媒物質）、１５，２５…カーボンナノチューブ（成長部）、１６，２６…カーボンナノチューブ構造体、１７…固定層、１８…薄膜、１８Ａ…磁性層、２０…記録装置、３２Ａ…第１の溝、３２Ｂ…第２の溝、１１０…素材基板、１１１，１３３…熱分布、１１１Ｈ，１３３Ｈ…高温領域、１１１Ｌ，１３３Ｌ…低温領域、１１２…エネルギービーム、１１３，１３２…回折格子、Ｌ…間隔（ピッチ）、Ｐ，ＰＸ，ＰＹ…周期間隔、Ｔ…空間的周期、Ｗ…幅

Claims (16)

1. 基板に触媒配置のための核を形成する核形成工程と、
   前記基板に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核に凝集させる凝集工程と、
   前記触媒機能を有する物質を用いて前記核に成長部を形成する成長工程と
   を含むことを特徴とする微細構造体の製造方法。
2. 前記核として溝を形成する
   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。
3. 前記溝を、表面に突起を有する原盤を前記基板に押圧することにより形成する
   ことを特徴とする請求項２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核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１記載の微細構造体の製造方法。
5. 前記触媒機能を有する物質を、その濡れ性を利用して前記核に凝集させる
   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. 前記成長部として、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。
7. 前記成長部として、筒状炭素分子を形成する
   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。
8. 前記成長部として、炭素よりなる壁状構造体を形成する
   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. 溝を有する基板と、
   前記溝の深さ方向の少なくとも一部に充填された触媒機能を有する物質と、
   前記溝に形成された成長部と
   を備えたことを特徴とする微細構造体。
10. 前記成長部が、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。
11. 前記成長部が、筒状炭素分子である
    ことを特徴とする請求項９記載の微細構造体。
12. 前記成長部が、炭素よりなる壁状構造体である
    ことを特徴とする請求項９記載の微細構造体。
13. 基板に触媒配置のための核を形成する核形成工程と、
    前記基板に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核に凝集させる凝集工程と、
    前記触媒機能を有する物質を用いて前記核に筒状成長部を形成する筒状成長工程と、
    前記筒状成長部の先端を所定の平面内に形成すると共に前記先端を開放端とする高さ均一化工程と、
    前記開放端から前記筒状成長部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。
14. 前記高さ均一化工程において、少なくとも前記筒状成長部の周囲に固定層を形成して前記筒状成長部を固定し、前記固定層と共に前記筒状成長部を研磨し、
    前記挿入工程において、前記固定層の上に前記開放端を塞ぐように前記磁気材料よりなる薄膜を形成し、前記薄膜を研磨する
    ことを特徴とする請求項１３記載の記録装置の製造方法。
15. 前記研磨を、化学機械研磨により行う
    ことを特徴とする請求項１４記載の記録装置の製造方法。
16. 溝を有する基板と、
    前記溝の深さ方向の少なくとも一部に充填された触媒機能を有する物質と、
    前記溝に形成された筒状成長部と、
    前記筒状成長部の少なくとも先端部に挿入された磁気材料からなる磁性層と
    を備えたことを特徴とする記録装置。
    

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