JP2005179090A - Apparatus for manufacturing doped fullerene, and method for manufacturing doped fullerene - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems with the conventional apparatus for manufacturing doped fullerene that, while such apparatus necessitates carrying out a deposition experiment to change deposition substrates of various shapes and deposition conditions in order to optimize the deposition conditions in the apparatus for manufacturing the doped fullerene, it takes time for evacuation, purge and the stop and startup of a plasma due a system of performing deposition by loading a sheet of substrate and experimental efficiency is poor. <P>SOLUTION: The apparatus for manufacturing the doped fullerene is so configured that the exchange of the substrate can be performed in a vacuum chamber by using a rotary disk capable of mounting a plurality of the substrates. As a result, the deposition of the doped fullerene can be continuously performed without taking the substrate out into the atmosphere. Consequently, the optimum deposition substrate and deposition conditions of high generation efficiency of the doped fullerene can be found in a short period. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、真空容器内において、内包対象原子のプラズマ流に、フラーレンを導入し、プラズマ流の下流に配置した堆積基板に内包フラーレンを堆積させる内包フラーレン製造装置に係り、特に、真空容器内で堆積基板を交換可能なマルチローダを備えた内包フラーレン製造装置に関する。   The present invention relates to an endohedral fullerene production apparatus that introduces fullerene into a plasma flow of atoms to be encapsulated in a vacuum vessel and deposits the endohedral fullerene on a deposition substrate disposed downstream of the plasma flow. The present invention relates to an endohedral fullerene production apparatus including a multiloader capable of replacing a deposition substrate.

プラズマ・核融合学会誌 第７５巻第８号 1999年8月 p.９２７〜９３３「フラーレンプラズマの性質と応用」Journal of Plasma and Fusion Research Vol.75 No.8 August 1999 p.927-933 "Properties and Applications of Fullerene Plasma"

内包フラーレンは、フラーレンとして知られるC60 、C70 、C76、C78、C82、C84などの球状炭素分子に、例えば、アルカリ金属などの内包対象原子を内包した、エレクトロニクス、医療などへの応用が期待される材料である。内包フラーレンの製造方法としては、真空室中で加熱したホットプレートに対し金属蒸気を噴射してプラズマを発生させ、さらに、発生した金属プラズマ流にフラーレン蒸気を噴射し、プラズマ流の下流に配置した堆積基板に内包フラーレンを堆積させる方法が知られている。 Endohedral fullerenes are known as fullerenes, such as C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84, etc. It is a material that is expected to be applied. As a method for producing the endohedral fullerene, metal vapor is jetted onto a hot plate heated in a vacuum chamber to generate plasma, and further, fullerene vapor is jetted into the generated metal plasma flow and arranged downstream of the plasma flow. A method for depositing endohedral fullerene on a deposition substrate is known.

従来の内包フラーレンの製造装置は、図６に示すように、メインチャンバー１０１と、内包対象原子のプラズマ流を形成するための手段と、プラズマ流にフラーレンを導入するための手段と、プラズマ流の下流に配置した堆積基板１１５とを有している。   As shown in FIG. 6, a conventional endohedral fullerene production apparatus includes a main chamber 101, a means for forming a plasma flow of atoms to be included, a means for introducing fullerene into the plasma flow, And a deposition substrate 115 disposed downstream.

アルカリ金属のプラズマ流の形成手段は、ホットプレート１０７と、アルカリ金属蒸発用オーブン１０８と、アルカリ金属導入管１０９とから構成されている。蒸発用オーブン１０８で発生させたアルカリ金属蒸気をアルカリ金属導入管１０９からホットプレート１０７上に噴射すると、接触電離によってアルカリ金属イオンと電子からなるプラズマが生成する。生成したプラズマは電磁コイル１０４により形成された均一磁場（Ｂ＝２〜７ｋＧ）に沿ってメインチャンバー１０１内の軸方向に閉じ込められ、ホットプレート１０７から堆積基板１１５に向かって流れるプラズマ流となる。   The means for forming an alkali metal plasma flow includes a hot plate 107, an alkali metal evaporation oven 108, and an alkali metal introduction tube 109. When the alkali metal vapor generated in the evaporation oven 108 is sprayed from the alkali metal introduction tube 109 onto the hot plate 107, plasma composed of alkali metal ions and electrons is generated by contact ionization. The generated plasma is confined in the axial direction in the main chamber 101 along a uniform magnetic field (B = 2 to 7 kG) formed by the electromagnetic coil 104 and becomes a plasma flow flowing from the hot plate 107 toward the deposition substrate 115.

フラーレンを導入するための手段は、フラーレン昇華用オーブン１１０と、再昇華円筒１１１とから構成されている。再昇華円筒１１１において、フラーレン昇華用オーブン１１０から昇華したC60などのフラーレン蒸気をプラズマ流に噴射すると、電子親和力が大きいC60にプラズマ流を構成する電子が付着してC60の負イオンが発生する。その結果、アルカリ金属として、例えば、ナトリウムを用いた場合に、

Figure 2005179090
の反応により、プラズマ流は、アルカリ金属イオン、フラーレンイオン、及び残留電子が混在するプラズマ流となる。 The means for introducing fullerene includes a fullerene sublimation oven 110 and a resublimation cylinder 111. In resublimation cylinder 111, the negative ions of the injecting fullerene vapor such as C 60 sublimated from the fullerene sublimation oven 110 into the plasma flow, electrons attached C 60 constituting the plasma flow to an electron affinity greater C 60 Occur. As a result, when using, for example, sodium as the alkali metal,

Figure 2005179090
By this reaction, the plasma flow becomes a plasma flow in which alkali metal ions, fullerene ions, and residual electrons are mixed.

このようなプラズマ流の下流に堆積基板１１５を配置し、堆積基板１１５に正のバイアス電圧を印加すると、質量の小さいアルカリ金属イオンが減速され、質量の大きいフラーレンイオンが加速されることでアルカリ金属イオンとフラーレンイオンの相互作用が大きくなり、内包化が起こりやすくなる。また、バイアス電圧制御装置１１８により、バイアス電圧を制御して内包率を向上させることが可能である。（非特許文献１)   When the deposition substrate 115 is disposed downstream of the plasma flow and a positive bias voltage is applied to the deposition substrate 115, the alkali metal ions having a small mass are decelerated and the fullerene ions having a large mass are accelerated, thereby causing the alkali metal to accelerate. The interaction between ions and fullerene ions is increased, and encapsulation is likely to occur. Further, the bias voltage control device 118 can control the bias voltage to improve the inclusion rate. (Non-Patent Document 1)

(堆積基板のロード・アンロード)
従来の内包フラーレン製造装置では、堆積基板挿入ロッド１１６の先端に取り付けた一枚の堆積基板１１５をメインチャンバー１０１に挿入して堆積を行っていた。また、堆積基板１１５を出し入れする作業は、手作業で挿入ロッド１１６を操作することにより、大気中からロードロックチャンバー１０２に、及び、ロードロックチャンバー１０２からメインチャンバー１０１に堆積基板を移動することにより行っていた。図７(a)〜(f)は、従来の内包フラーレン製造装置を使用した堆積基板のロード・アンロード手順を説明するための断面図である。 (Loading / unloading deposited substrates)
In the conventional endohedral fullerene production apparatus, a single deposition substrate 115 attached to the tip of the deposition substrate insertion rod 116 is inserted into the main chamber 101 for deposition. In addition, the operation of inserting and removing the deposition substrate 115 is performed by manually operating the insertion rod 116 to move the deposition substrate from the atmosphere to the load lock chamber 102 and from the load lock chamber 102 to the main chamber 101. I was going. FIGS. 7A to 7F are cross-sectional views for explaining the loading / unloading procedure of the deposition substrate using the conventional endohedral fullerene production apparatus.

図7(a)において、メインチャンバー１２１は、ゲートバルブ１２２を介してロードロックチャンバー１２３に接続されている。メインチャンバー１２１、ロードロックチャンバー１２３の真空引きは、それぞれ、真空ポンプ１２４、１２５により行う。   In FIG. 7A, the main chamber 121 is connected to a load lock chamber 123 via a gate valve 122. The main chamber 121 and the load lock chamber 123 are evacuated by vacuum pumps 124 and 125, respectively.

大気中からロードロックチャンバーに堆積基板を導入する時は、最初に、メインチャンバー１２１は真空排気されており、ゲートバルブ１２２は閉じられており、ロードロックチャンバー１２３は、窒素導入管１２６から導入した窒素ガスでパージしている。堆積基板導入ロッド１２９の先端には堆積基板１２８が取り付けられている。   When the deposition substrate is introduced into the load lock chamber from the atmosphere, first, the main chamber 121 is evacuated, the gate valve 122 is closed, and the load lock chamber 123 is introduced from the nitrogen introduction pipe 126. Purge with nitrogen gas. A deposition substrate 128 is attached to the tip of the deposition substrate introduction rod 129.

次に、堆積基板１２８をロードロックチャンバー１２３に挿入し、ゲートバルブ１２７を閉じる。窒素ガスの導入を停止し、ロードロックチャンバーの真空排気を行う（図７(b)）。   Next, the deposition substrate 128 is inserted into the load lock chamber 123, and the gate valve 127 is closed. The introduction of nitrogen gas is stopped, and the load lock chamber is evacuated (FIG. 7 (b)).

ロードロックチャンバー１２３の真空排気が完了した時点で、ゲートバルブ１２２を開き、堆積基板１２８をメインチャンバー１２１に導入する（図７(c)）。   When the evacuation of the load lock chamber 123 is completed, the gate valve 122 is opened, and the deposition substrate 128 is introduced into the main chamber 121 (FIG. 7C).

次に、ゲートバルブ１２２を閉じ、プラズマ１３０を発生させ、堆積基板１２８上に内包フラーレン膜を堆積する（図７(d)）。堆積終了後、プラズマ１３０を停止し、ゲートバルブ１２２を開き、堆積基板１２８をロードロックチャンバー１２３に移動する（図７(e)）。   Next, the gate valve 122 is closed, the plasma 130 is generated, and the inclusion fullerene film is deposited on the deposition substrate 128 (FIG. 7D). After the deposition is completed, the plasma 130 is stopped, the gate valve 122 is opened, and the deposition substrate 128 is moved to the load lock chamber 123 (FIG. 7 (e)).

次に、ゲートバルブ１２２を閉じ、ロードロックチャンバー１２３の真空排気を停止し、窒素ガスでロードロックチャンバー１２３をパージした後、ゲートバルブ１２７を開き、堆積基板１２８を大気中に取り出し、例えば、基板交換などの作業を行う（図７(f)）。   Next, the gate valve 122 is closed, the evacuation of the load lock chamber 123 is stopped, the load lock chamber 123 is purged with nitrogen gas, the gate valve 127 is opened, and the deposition substrate 128 is taken out into the atmosphere. Work such as replacement is performed (FIG. 7 (f)).

（イオン密度分布と堆積基板）
堆積基板近傍でプラズマ流の半径方向におけるイオン密度分布を測定すると、アルカリ金属イオンとフラーレンイオンの密度分布は必ずしも一致するわけではない。図４(a)は、堆積基板にバイアス電圧を印加しない場合の、半径方向のイオン密度分布を示す図である。 (Ion density distribution and deposition substrate)
When the ion density distribution in the radial direction of the plasma flow is measured near the deposition substrate, the density distributions of alkali metal ions and fullerene ions do not always match. FIG. 4A is a diagram showing the ion density distribution in the radial direction when no bias voltage is applied to the deposition substrate.

Naイオンの密度は、プラズマ流の中心部分にピークを持ち、周辺にいくに従ってイオン密度が低くなる。一方、フラーレンイオンの密度は、プラズマ流の中心よりも外側の円周上にピークを持つ。   The density of Na ions has a peak at the center of the plasma flow, and the ion density decreases as it goes to the periphery. On the other hand, the density of fullerene ions has a peak on the circumference outside the center of the plasma flow.

１個のフラーレン分子に何個のアルカリ金属が内包される確率が大きいかは、フラーレンとアルカリ金属の種類や製造条件などに依存する。例えば、Na内包C60の場合には、１個のC60分子が１個のNa原子を内包する確率が高い。この場合、堆積基板上で、アルカリ金属イオンとフラーレンイオンの密度が不一致となる部分では、内包フラーレンの生成に寄与しないイオンが多くなり、内包フラーレンの生成効率を低くする原因になる。また、１個のフラーレンに２個以上の原子が内包される場合でも、イオン密度分布が内包される原子数に対応した適切な分布になっていないと、やはり、生成効率が低くなる。 How many alkali metals are likely to be included in one fullerene molecule depends on the types of fullerenes and alkali metals, production conditions, and the like. For example, in the case of Na-encapsulating C 60 , there is a high probability that one C 60 molecule encapsulates one Na atom. In this case, in the portion where the density of alkali metal ions and fullerene ions does not match on the deposition substrate, the number of ions that do not contribute to the generation of the endohedral fullerene increases, which causes the generation efficiency of the endohedral fullerene to be lowered. Even when two or more atoms are included in one fullerene, if the ion density distribution is not an appropriate distribution corresponding to the number of atoms included, the generation efficiency is lowered.

この問題を解決する方法として、図４(c)に示すようなプラズマ流の半径方向に沿って複数のプレートに分割した形状の堆積基板を使用し、各プレートに独立して制御可能なバイアス電圧を印加する方法が知られている。   As a method of solving this problem, a deposition substrate having a shape divided into a plurality of plates along the radial direction of the plasma flow as shown in FIG. 4C is used, and a bias voltage that can be controlled independently for each plate. A method of applying a voltage is known.

図４(c)は、堆積基板を３枚の分割プレート４３、４４、４５に分割した例である。図４(d)に示すように分割プレートに印加するバイアス電圧を制御する。例えば、分割プレート４４、４５を浮遊電位（プラズマと同じ電位）にして、中央のプレート４３には浮遊電位に対し+1Vのバイアス電圧を印加すると、図４(b)に示すように、正イオンであるNaイオンの分布はプラズマ流の外側に広がり、負イオンであるC60イオンの分布はプラズマ流の中心にピークを持つ形状に変化し、内包フラーレンの生成効率を向上することができる。 FIG. 4C shows an example in which the deposition substrate is divided into three divided plates 43, 44 and 45. As shown in FIG. 4D, the bias voltage applied to the divided plate is controlled. For example, when the divided plates 44 and 45 are set to a floating potential (the same potential as the plasma) and a bias voltage of +1 V with respect to the floating potential is applied to the central plate 43, as shown in FIG. The distribution of Na ions, which is, spreads outside the plasma flow, and the distribution of C 60 ions, which are negative ions, changes to a shape having a peak at the center of the plasma flow, so that the generation efficiency of the endohedral fullerene can be improved.

堆積基板の形状としては、必ずしも３枚のプレートに分割した形状が最適なわけではない。内包フラーレン製造装置の形状や大きさ、堆積条件、内包原子、フラーレンの種類によっては、図４(e)に示す２枚に分割した堆積基板や、図４(f)に示す５枚に分割した堆積基板に例を示すように、３分割基板以外の基板の方が、優れた内包フラーレンの堆積を行える可能性もある。また、図４(g)、(h)に示すように、プレート前面にグリッド電極を設け、プレートとは異なるバイアス電圧を印加することにより、例えば、プラズマ中のイオン速度を制御して、内包フラーレンの生成効率を向上することも可能である。   As the shape of the deposition substrate, the shape divided into three plates is not necessarily optimal. Depending on the shape and size of the endohedral fullerene production apparatus, the deposition conditions, the encapsulated atoms, and the type of fullerene, the deposition substrate was divided into two as shown in FIG. 4 (e), or was divided into five as shown in FIG. 4 (f). As shown in the example of the deposition substrate, there is a possibility that a substrate other than the three-divided substrate can deposit excellent endohedral fullerenes. In addition, as shown in FIGS. 4 (g) and (h), by providing a grid electrode on the front surface of the plate and applying a bias voltage different from that of the plate, for example, by controlling the ion velocity in the plasma, the endohedral fullerene It is also possible to improve the generation efficiency.

プラズマ中のイオン密度分布を制御して基板に堆積される内包フラーレンの生成効率を最適化するには、内包フラーレンの種類、製造装置の構造的要因などにより、さまざまな形状の堆積基板や、堆積条件を変化させた堆積実験を行う必要がある。   In order to control the ion density distribution in the plasma and optimize the generation efficiency of the endohedral fullerene deposited on the substrate, it depends on the type of endohedral fullerene, structural factors of the manufacturing equipment, etc. It is necessary to conduct deposition experiments with varying conditions.

しかし、従来の内包フラーレン製造装置では、一枚の基板をロードして、真空引き後、薄膜を堆積し、堆積が終了するとロードロックチャンバーをパージして大気中に基板を取り出し、他の基板に交換するという作業を繰り返すために、真空引きとパージ、及び、プラズマの停止や立ち上げに時間がかかり、実験効率が悪いという問題があった。   However, in the conventional endohedral fullerene production apparatus, a single substrate is loaded, a vacuum is drawn, a thin film is deposited, and when the deposition is completed, the load lock chamber is purged and the substrate is taken out into the atmosphere, and then placed on another substrate. In order to repeat the work of exchanging, it took time to evacuate and purge, and to stop and start the plasma, resulting in poor experimental efficiency.

複数の堆積基板を装着可能なパレットと呼ぶ円板状部材を筐体内に配置したマルチローダを内包フラーレン製造装置の真空室にゲートバルブを介して接続し、真空引きした筐体内でパレットを回転させて堆積基板を交換することにより、複数の基板上に連続して内包フラーレン膜の堆積を行うことにした。
また、マルチローダからの基板の取り出し部分に窒素パージボックスを配置することにした。
さらに、プラズマやプラズマの原料物質による真空室の汚染を最小限にするため、マルチローダ内に遮蔽部材を配置したり、メインチャンバーに遮蔽用シャッターを配置することにした。 A multi-loader in which a disk-shaped member called a pallet, on which a plurality of deposition substrates can be mounted, is placed in the housing is connected to the vacuum chamber of the internal fullerene production device via a gate valve, and the pallet is rotated in the vacuumed housing. By replacing the deposition substrate, the inclusion fullerene film was continuously deposited on the plurality of substrates.
In addition, a nitrogen purge box is arranged at the substrate removal portion from the multiloader.
Furthermore, in order to minimize contamination of the vacuum chamber by plasma and plasma source material, a shielding member is arranged in the multiloader and a shielding shutter is arranged in the main chamber.

（１）種類の異なる堆積基板を使用したり、バイアス電圧などの堆積条件を変更した複数の条件だし用の堆積を、各堆積ごとに基板を大気中に取り出すことなく、真空室中で連続して行うことが可能になった。内包フラーレンの生成効率が高い最適の堆積基板や堆積条件を、短期間でみつけることができる。条件だしに携わるエンジニアやオペレータの作業時間を短縮することも可能になる。 (1) Using different types of deposition substrates or changing deposition conditions such as bias voltage, etc. for multiple conditions, the deposition is continuously performed in the vacuum chamber without taking the substrate into the atmosphere for each deposition. It became possible to do. Optimal deposition substrates and deposition conditions with high endohedral fullerene production efficiency can be found in a short period of time. It also makes it possible to shorten the work time of engineers and operators who are involved in the condition.

（２）大気と反応して変質しやすい内包フラーレンを製造する場合には、窒素パージボックスを使用することにより、堆積した内包フラーレンを大気に触れさせることなく、溶剤に溶かしたり分析を行ったりする処理室に搬送することが可能になり、より精度の高い堆積膜の評価を行うことができる。 (2) In the case of producing endohedral fullerene that reacts easily with the atmosphere and is easily altered, by using a nitrogen purge box, the accumulated endohedral fullerene is dissolved in a solvent or analyzed without being exposed to the atmosphere. It becomes possible to transfer to the processing chamber, and the deposited film can be evaluated with higher accuracy.

（３）Naなどの反応性、腐食性の高い材料を使用する場合に、マルチローダ内に遮蔽部材を配置すれば、マルチローダ内の汚染防止に効果が高い。また、メインチャンバーに遮蔽用シャッターを配置した場合には、真空室の汚染防止効果があるだけでなく、プラズマを停止せずに基板のロード・アンロードを行うことが可能になり、作業時間の短縮が可能になる。 (3) When a highly reactive and corrosive material such as Na is used, if a shielding member is arranged in the multiloader, the effect of preventing contamination in the multiloader is high. In addition, when the shielding shutter is arranged in the main chamber, it not only has an effect of preventing the contamination of the vacuum chamber, but also allows the substrate to be loaded / unloaded without stopping the plasma, which reduces the work time. Shortening becomes possible.

図３は、本発明の内包フラーレン製造装置の第一実施例に係る断面図であり、メインチャンバー２１にゲートバルブ２３を介してマルチローダ２２を接続している。内包原子であるNaなどのアルカリ金属のプラズマ流の形成手段は、ホットプレート２７と、アルカリ金属蒸発用オーブン２８と、アルカリ金属導入管２９とから構成されている。蒸発用オーブン２８で発生させたアルカリ金属蒸気をアルカリ金属導入管２９からホットプレート２７上に噴射すると、接触電離によってアルカリ金属イオンと電子からなるプラズマが生成する。生成したプラズマは電磁コイル２４により形成された均一磁場（Ｂ＝２〜７ｋＧ）に沿ってメインチャンバー２１内の軸方向に閉じ込められ、ホットプレート２７から堆積基板３５に向かって流れるプラズマ流３２となる。フラーレンを導入するための手段は、フラーレン昇華用オーブン３０と、再昇華円筒３１とから構成されている。再昇華円筒３１において、フラーレン昇華用オーブン３０から昇華したC60などのフラーレン蒸気をプラズマ流に噴射すると、電子親和力が大きいC60にプラズマ流を構成する電子が付着してC60の負イオンが発生する。その結果、

Figure 2005179090
の反応により、プラズマ流３２は、アルカリ金属イオン、フラーレンイオン、及び残留電子が混在するプラズマ流３９となる。 FIG. 3 is a cross-sectional view according to the first embodiment of the endohedral fullerene production apparatus of the present invention, in which a multiloader 22 is connected to the main chamber 21 via a gate valve 23. The means for forming a plasma flow of alkali metal such as Na, which is an encapsulated atom, comprises a hot plate 27, an alkali metal evaporation oven 28, and an alkali metal introduction tube 29. When alkali metal vapor generated in the evaporation oven 28 is sprayed from the alkali metal introduction tube 29 onto the hot plate 27, plasma composed of alkali metal ions and electrons is generated by contact ionization. The generated plasma is confined in the axial direction in the main chamber 21 along the uniform magnetic field (B = 2 to 7 kG) formed by the electromagnetic coil 24, and becomes a plasma flow 32 that flows from the hot plate 27 toward the deposition substrate 35. . The means for introducing fullerene includes a fullerene sublimation oven 30 and a resublimation cylinder 31. In the sublimation cylinder 31, when fullerene vapor such as C 60 sublimated from the fullerene sublimation oven 30 is injected into the plasma flow, electrons constituting the plasma flow adhere to C 60 having a high electron affinity and negative ions of C 60 are generated. Occur. as a result,

Figure 2005179090
By this reaction, the plasma flow 32 becomes a plasma flow 39 in which alkali metal ions, fullerene ions, and residual electrons are mixed.

プラズマの照射により、プラズマ流３９の下流に配置した堆積基板３５上に内包フラーレン膜が堆積する。堆積基板３５にバイアス電圧制御装置３８により制御したバイアス電圧を印加して、内包フラーレンの生成効率を最適化する。   By the plasma irradiation, an endohedral fullerene film is deposited on the deposition substrate 35 disposed downstream of the plasma flow 39. A bias voltage controlled by the bias voltage controller 38 is applied to the deposition substrate 35 to optimize the generation efficiency of the endohedral fullerene.

マルチローダ２２に格納されたパレット４０は、複数の堆積基板を装着することができ、回転軸４１を中心に回転可能である。堆積基板３５のパレット４０とメインチャンバー２１間の搬送は、基板挿入ロッド３６により行う。パレット４０、基板挿入ロッド３６は、モータで駆動され、コンピュータ制御によりロード・アンロードの作業を自動的に行うことができる。マルチローダを使用することにより、複数の堆積基板に対する内包フラーレン膜の堆積と基板交換を真空室中で連続して行うことが可能である。   The pallet 40 stored in the multiloader 22 can be mounted with a plurality of deposition substrates, and can rotate around a rotation shaft 41. Transfer of the deposition substrate 35 between the pallet 40 and the main chamber 21 is performed by a substrate insertion rod 36. The pallet 40 and the board insertion rod 36 are driven by a motor, and can be automatically loaded and unloaded by computer control. By using the multiloader, it is possible to continuously perform deposition of the endohedral fullerene film on a plurality of deposition substrates and replacement of the substrates in a vacuum chamber.

（マルチローダの構造）
図１(a)、(b)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るマルチローダの断面図である。マルチローダは、堆積基板３を装着する円板状のパレット２と、パレットを格納する筐体１から構成されている。 (Multi loader structure)
1A and 1B are cross-sectional views of a multiloader according to the endohedral fullerene production apparatus of the present invention. The multiloader includes a disk-shaped pallet 2 on which the deposition substrate 3 is mounted and a housing 1 for storing the pallet.

パレット２、筐体１は、ステンレスなどの材料で作製されており、フランジ７を介して、内包フラーレン製造装置のメインチャンバーと接続する。筐体１の下部には、真空ポンプと接続するための図示しない排気用のフランジがある。実施例では、パレット２に、１０枚の堆積基板が装着可能である。パレット２は中心に回転軸５が取り付けられており、筐体外部に取り付けられたパレット回転用モータ６により、ベベルギアを介して回転駆動を行う。   The pallet 2 and the housing 1 are made of a material such as stainless steel, and are connected to the main chamber of the internal fullerene production apparatus via the flange 7. At the lower part of the housing 1, there is an exhaust flange (not shown) for connection with a vacuum pump. In the embodiment, ten deposition substrates can be mounted on the pallet 2. The pallet 2 has a rotation shaft 5 attached to the center thereof, and is driven to rotate through a bevel gear by a pallet rotation motor 6 attached to the outside of the casing.

図２(a)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るマルチローダの側面図である。マルチローダ１３は、側面に配置したフランジ１２を介してメインチャンバー１０に取り付けられている。メインチャンバー１０の周囲には磁場コイル１１が配置されている。マルチローダ１３は、下部に取り付けた真空ポンプ１４により真空排気を行う。マルチローダの駆動装置は、パレット回転用モータ１５以外に、基板挿入ロッド移動用モータ１７、基板着脱用モータ１６により構成される。   FIG. 2 (a) is a side view of the multiloader according to the endohedral fullerene production apparatus of the present invention. The multiloader 13 is attached to the main chamber 10 via a flange 12 disposed on the side surface. A magnetic field coil 11 is disposed around the main chamber 10. The multi loader 13 performs evacuation by a vacuum pump 14 attached to the lower part. In addition to the pallet rotation motor 15, the multi-loader driving device includes a substrate insertion rod moving motor 17 and a substrate attaching / detaching motor 16.

基板挿入ロッド移動用モータ１７により、基板挿入ロッドを水平移動させ、パレットからメインチャンバーまでの基板の移動を行う。また、基板着脱用モータ１６により、基板をパレット上で回転させることで、パレット上の基板支持部に基板を挟んで固定したり、基板支持部から取り外す操作を行う。   The substrate insertion rod moving motor 17 moves the substrate insertion rod horizontally to move the substrate from the pallet to the main chamber. Further, by rotating the substrate on the pallet by the substrate attaching / detaching motor 16, the substrate is sandwiched and fixed to the substrate supporting portion on the pallet, or the operation is performed to remove from the substrate supporting portion.

図２(b)は、堆積基板をマルチローダから大気中に取り出す側のマルチローダの正面図である。マルチローダの筐体には、開閉可能な蓋１８が配置されており、蓋１８を開いて、パレットから基板を取り出すことができる。   FIG. 2B is a front view of the multiloader on the side where the deposition substrate is taken out from the multiloader into the atmosphere. An openable / closable lid 18 is disposed in the multi-loader housing. The lid 18 can be opened to take out the substrate from the pallet.

（ロード/アンロード手順）
図５(a)、(c)、(e)、(g)、(i)、(k)は、本発明の内包フラーレン製造装置を使用した堆積基板のロード・アンロード手順を説明するための断面図であり、図５(b)、(d)、(f)、(h)、(j)、(l)は、それぞれ図５(a)、(c)、(e)、(g)、(i)、(k)に対応するパレットの正面図である。製造装置外部から堆積基板をパレット上に装着する作業は、ゲートバルブ６２が閉じられ、メインチャンバー６１が真空引きされた状態で、マルチローダの筐体６３を窒素ガスでパージした後、筐体の蓋を開き、例えば、手作業で行う。 (Load / Unload procedure)
5 (a), (c), (e), (g), (i), and (k) are diagrams for explaining a loading / unloading procedure of a deposition substrate using the endohedral fullerene production apparatus of the present invention. FIGS. 5 (b), (d), (f), (h), (j), and (l) are cross-sectional views, respectively, and FIGS. 5 (a), (c), (e), and (g). It is a front view of the pallet corresponding to (i) and (k). The operation of mounting the deposition substrate on the pallet from the outside of the manufacturing apparatus is performed by purging the multi-loader casing 63 with nitrogen gas in a state where the gate valve 62 is closed and the main chamber 61 is evacuated. Open the lid, for example by hand.

図５(b)に示す実施例では、パレットに最大１０枚の堆積基板を装着することができる。堆積基板の装着完了後、筐体の蓋を閉じて、窒素ガス導入を停止し、筐体の真空排気を行う。   In the embodiment shown in FIG. 5B, a maximum of 10 deposition substrates can be mounted on the pallet. After completing the mounting of the deposition substrate, the cover of the casing is closed, the introduction of nitrogen gas is stopped, and the casing is evacuated.

最初に、堆積基板A上に、内包フラーレン膜の堆積を行う(図５(a))。まず、基板挿入ロッド６７を突き出し、堆積基板に対し基板挿入ロッド６７を固定した後、挿入ロッド６７を設定角度だけ回転させる。同時に堆積基板６５も同じ角度だけ回転し、パレット６４から脱離可能になる。ゲートバルブ６２を開き（図５(c)）、次に、挿入ロッド６７をさらに突き出し、堆積基板６５をメインチャンバー６１に搬送する（図５(e)）。所定位置に堆積基板を搬送した状態で、プラズマ６８を堆積基板６５に照射し、堆積基板６５上に内包フラーレン膜を堆積する（図５(g)）。   First, an endohedral fullerene film is deposited on the deposition substrate A (FIG. 5A). First, the substrate insertion rod 67 is protruded, and after fixing the substrate insertion rod 67 to the deposition substrate, the insertion rod 67 is rotated by a set angle. At the same time, the deposition substrate 65 is also rotated by the same angle and can be detached from the pallet 64. The gate valve 62 is opened (FIG. 5 (c)), the insertion rod 67 is further protruded, and the deposition substrate 65 is transferred to the main chamber 61 (FIG. 5 (e)). In a state where the deposition substrate is conveyed to a predetermined position, the deposition substrate 65 is irradiated with plasma 68, and an inclusion fullerene film is deposited on the deposition substrate 65 (FIG. 5 (g)).

次に、プラズマ６８を停止して、挿入ロッド６７をパレットの位置まで移動させる。パレット位置で挿入ロッド６７を設定角度だけ回転して堆積基板６５をパレット６４に固定する（図５(i)）。   Next, the plasma 68 is stopped and the insertion rod 67 is moved to the position of the pallet. The insertion rod 67 is rotated by a set angle at the pallet position to fix the deposition substrate 65 to the pallet 64 (FIG. 5 (i)).

次に、パレット６４を回転させ、堆積基板Bを挿入ロッド６７による搬送位置まで移動させる（図５(k)）。基板Aに対して説明した以上の手順を、基板Bを含め他のパレット上の堆積基板に対しても同様に行い、パレット上の堆積基板に対し、設定した堆積を完了した時点で、ゲートバルブ６２を閉じる。   Next, the pallet 64 is rotated, and the deposition substrate B is moved to the transfer position by the insertion rod 67 (FIG. 5 (k)). The above procedure for the substrate A is similarly performed on the deposition substrates on the other pallets including the substrate B, and when the set deposition is completed on the deposition substrates on the pallet, the gate valve is completed. 62 is closed.

次に、筐体６３の真空排気を停止して、窒素パージを行った後、筐体の蓋を開けて、堆積基板を製造装置外部に取り出す。   Next, after evacuation of the housing 63 is stopped and a nitrogen purge is performed, the lid of the housing is opened and the deposition substrate is taken out of the manufacturing apparatus.

製造装置外部からパレットに対する堆積基板の装着作業は、パレットをパレット回転モータによりステップ駆動で回転させながら行うことも可能である。また、図５に示す堆積基板のロード・アンロード手順を示す断面図では、図５(g)に示す内包フラーレンの堆積時以外はプラズマを停止する場合について説明してあるが、プラズマを流したまま堆積基板の交換を行うことも可能であり、その場合、プラズマを立ち上げたり、停止するのに要する時間を短縮できるという効果がある。   The operation of mounting the deposition substrate on the pallet from the outside of the manufacturing apparatus can be performed while the pallet is rotated stepwise by a pallet rotation motor. Further, in the cross-sectional view showing the loading / unloading procedure of the deposition substrate shown in FIG. 5, the case where the plasma is stopped except during the deposition of the endohedral fullerene shown in FIG. 5 (g) is explained. It is also possible to replace the deposition substrate as it is, and in this case, there is an effect that the time required for starting and stopping the plasma can be shortened.

（内包フラーレン製造装置の第二実施例）
図３に示す本発明の内包フラーレン製造装置の第一実施例では、マルチローダ２２の位置では磁場コイル２４による磁界が作用せずにプラズマが広がってしまうため、内包フラーレン膜の堆積を行うことはできない。そのため、パレット４０の位置から基板挿入ロッド３６を用いて堆積基板３５を磁界の作用する位置まで搬送して、プラズマを照射し膜の堆積を行う必要があり、基板挿入ロッド３６の出し入れに要する時間が堆積実験の効率を下げる要因であった。 (Second embodiment of the endohedral fullerene production apparatus)
In the first embodiment of the endohedral fullerene production apparatus of the present invention shown in FIG. 3, the plasma spreads without the magnetic field generated by the magnetic field coil 24 at the position of the multiloader 22, so that the endohedral fullerene film is deposited. Can not. For this reason, it is necessary to transport the deposition substrate 35 from the position of the pallet 40 to the position where the magnetic field acts by using the substrate insertion rod 36 and to deposit a film by irradiating the plasma. It was a factor that lowered the efficiency of the deposition experiment.

図８に示す本発明の内包フラーレン製造装置の第二実施例では、パレット２１８を磁場コイル２０４と磁場コイル２０５の間に配置している。また、パレット、及び、その周辺の装置部材の材料は、ステンレス（非磁性）やモリブデンなどの非磁性材料を使用している。そのため、パレット２１８上においてもプラズマが堆積基板上に照射され、パレット上での内包フラーレン膜の堆積が可能である。パレットに対する基板の装着は、ロードロックチャンバー２０２、ゲートバルブ２０３を介して行う。   In the second embodiment of the endohedral fullerene production apparatus of the present invention shown in FIG. 8, the pallet 218 is disposed between the magnetic field coil 204 and the magnetic field coil 205. Moreover, the material of the pallet and the surrounding apparatus member uses nonmagnetic materials, such as stainless steel (nonmagnetic) and molybdenum. Therefore, plasma is irradiated on the deposition substrate also on the pallet 218, and the inclusion fullerene film can be deposited on the pallet. The substrate is mounted on the pallet through the load lock chamber 202 and the gate valve 203.

（パージボックス）
図３に示す本発明の内包フラーレン製造装置の第一実施例では、マルチローダの筐体に取り付けられた蓋を開けて装置外部から直接パレットに堆積基板の着脱を行っていた。しかし、内包フラーレン膜の中には極めて反応性の高いものもあり、空気中の水分や酸素と反応して変質する場合もある。 (Purge box)
In the first embodiment of the endohedral fullerene production apparatus of the present invention shown in FIG. 3, the lid attached to the housing of the multiloader is opened, and the deposition substrate is directly attached to and detached from the pallet from the outside of the apparatus. However, some of the endohedral fullerene films are extremely reactive and may be altered by reacting with moisture or oxygen in the air.

図９(a)、(b)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るパージボックスの断面図である。パージボックス２３１は、マルチローダ２３４に取り付けられたボックスであり、導入管２４１から窒素を供給しパージしている。パージボックスには、外部から作業ができるように、開口部２３６、２３７、２３８、２４６からパージボックス内部に突き出た作業用手袋２３９、２４７が取り付けられている。作業者は、パージボックス開閉蓋２４０からデシケータ２４５をパージボックス２３１内部に入れてパージボックスの外部から操作をおこない、堆積基板のパレットへの取り付けや取り外しを行うことができる。   9A and 9B are cross-sectional views of a purge box according to the endohedral fullerene production apparatus of the present invention. The purge box 231 is a box attached to the multiloader 234 and purges by supplying nitrogen from the introduction pipe 241. Work gloves 239 and 247 protruding from the openings 236, 237, 238, and 246 to the inside of the purge box are attached to the purge box so that the work can be performed from the outside. The operator can insert the desiccator 245 into the purge box 231 from the purge box opening / closing lid 240 and operate it from the outside of the purge box to attach or detach the deposition substrate from the pallet.

（装置汚染防止用の遮蔽部材）
内包フラーレンを構成する内包原子の中には、極めて反応性の高い材料や腐食性の高い材料がある。例えば、内包原子としてNaを用いた場合は、Naが水に対し爆発を伴う激しい反応をするので、真空容器内部に付着したNaの取り扱いには細心の注意が必要である。 (Shielding member for preventing equipment contamination)
Among the encapsulated atoms constituting the endohedral fullerene, there are extremely reactive materials and highly corrosive materials. For example, when Na is used as the encapsulated atom, Na reacts violently with water, and careful handling of Na attached to the inside of the vacuum vessel is necessary.

図１０(a)、(b)、(c)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係る装置汚染防止用の遮蔽部材を説明するための図である。   FIGS. 10A, 10B, and 10C are views for explaining a shielding member for preventing contamination of the apparatus according to the endohedral fullerene production apparatus of the present invention.

図１０(a)に示す実施例では、マルチローダ２５６に遮蔽部材を配置している。遮蔽部材２６０は、マルチローダ２５６の筐体内壁のゲートバルブ２５５に隣接する側に取り付けられ、パレット２５７と筐体内壁との隙間を遮蔽するように配置されている。遮蔽部材２６０とパレット２５７との間には3mmから10mm程度の隙間があり、パレットは自由に回転することができる。遮蔽部材２６０を配置することにより、Naなどから構成される気体、または、プラズマが、マルチローダ２５６の筐体内に拡散してくることを最小限に防止することができ、作業の安全性向上、装置のクリーニングの簡略化に効果がある。   In the embodiment shown in FIG. 10A, a shielding member is arranged on the multiloader 256. The shielding member 260 is attached to the side of the inner wall of the multiloader 256 adjacent to the gate valve 255 and is disposed so as to shield the gap between the pallet 257 and the inner wall of the housing. There is a gap of about 3 mm to 10 mm between the shielding member 260 and the pallet 257, and the pallet can freely rotate. By disposing the shielding member 260, gas or plasma composed of Na or the like can be prevented from diffusing into the housing of the multiloader 256 to the minimum, thereby improving work safety. This is effective in simplifying the cleaning of the apparatus.

図１０(b)、(c)に示す実施例では、メインチャンバー２６１に遮蔽部材を配置している。遮蔽用シャッター２６４は、メインチャンバーの内包フラーレン膜生成位置近傍に、外部からの操作で出し入れ可能なように取り付けられている。   In the embodiment shown in FIGS. 10B and 10C, a shielding member is disposed in the main chamber 261. The shielding shutter 264 is attached in the vicinity of the inclusion fullerene film generation position of the main chamber so that it can be taken in and out by an external operation.

図１０(b)に示すように、プラズマ２６２を堆積基板に照射して内包フラーレン膜を生成する時は、シャッター２６４がプラズマ２６２の流れを妨げないように、格納部に格納しておく。図１０(c)に示すように、堆積基板を挿入ロッド２６９により引き出し、堆積基板の交換を行う時は、メインチャンバーの内部にシャッター２６４を出してプラズマ２６２を遮蔽する。プラズマを停止しなくても堆積基板の交換が可能であり、マルチローダの汚染も防止できる。従って、プラズマを停止し、再度立ち上げるという操作が不要なため作業時間の短縮、実験の効率化に効果がある。   As shown in FIG. 10B, when the inner substrate fullerene film is generated by irradiating the deposition substrate with the plasma 262, the shutter 264 is stored in the storage unit so as not to disturb the flow of the plasma 262. As shown in FIG. 10C, when the deposition substrate is pulled out by the insertion rod 269 and the deposition substrate is exchanged, a shutter 264 is opened inside the main chamber to shield the plasma 262. The deposited substrate can be replaced without stopping the plasma, and contamination of the multiloader can be prevented. Therefore, it is not necessary to stop the plasma and start it up again, which is effective in shortening the working time and improving the efficiency of the experiment.

（内包フラーレン製造装置の第三実施例）
フラーレンに内包する原子が気体の場合、例えば、フッ素を内包する内包フラーレンの製造方法としては、真空室中にCF4などの原料ガスを導入し、真空室周囲に配置した高周波誘導コイル３０４に交流電流を流すことにより、前記原料ガスを構成する粒子を励起し、CF3 +、F-などのイオンや電子からなるプラズマを発生させる高周波誘導プラズマ方式が知られている。 (Third embodiment of the endohedral fullerene production apparatus)
When the atoms contained in the fullerene are gases, for example, as a method of producing an endohedral fullerene containing fluorine, a raw material gas such as CF 4 is introduced into the vacuum chamber, and an alternating current is fed to the high-frequency induction coil 304 disposed around the vacuum chamber. There is known a high frequency induction plasma system in which a current is excited to excite particles constituting the source gas to generate plasma composed of ions and electrons such as CF 3 + and F − .

生成したプラズマは磁場コイル３０２により形成された均一磁場（Ｂ＝２〜７ｋＧ）に沿ってメインチャンバー３０１内の軸方向に閉じ込められ、プラズマ発生部から堆積基板３０７に向かって流れるプラズマ流となる。プラズマ流が通るグリッド電極３１０に正のバイアス電圧を印加することにより、電子やフッ素イオンなどの負電荷のみを選択的に通過させる。また、グリッド電極により加速された電子は10eV以上のエネルギーを持ち、フラーレン昇華用オーブン３０５から噴射されるフラーレン分子に衝突することにより、フラーレン分子から電子を奪うことでフラーレンの正イオンC60 +を発生させる。プラズマを構成するC60 +とF-は反応してフッ素内包フラーレンとなり堆積基板３０７上に堆積する。 The generated plasma is confined in the axial direction in the main chamber 301 along a uniform magnetic field (B = 2 to 7 kG) formed by the magnetic field coil 302, and becomes a plasma flow that flows from the plasma generation unit toward the deposition substrate 307. By applying a positive bias voltage to the grid electrode 310 through which the plasma flow passes, only negative charges such as electrons and fluorine ions are selectively passed. Electrons accelerated by the grid electrode have energy of 10 eV or more, and collide with the fullerene molecules ejected from the fullerene sublimation oven 305 to take fullerene positive ions C 60 + by depriving the electrons from the fullerene molecules. generate. C 60 + and F − constituting the plasma react to form fluorine-containing fullerene and deposit on the deposition substrate 307.

メインチャンバー３０１には、ゲートバルブ３１２を介してマルチローダ３１１が取り付けられている。マルチローダの中には複数の堆積基板を装着可能なパレット３１３が配置されており、パレットの回転と基板挿入ロッド３１５の操作により堆積基板の交換ができる。   A multiloader 311 is attached to the main chamber 301 via a gate valve 312. A pallet 313 on which a plurality of deposition substrates can be mounted is arranged in the multiloader, and the deposition substrates can be exchanged by rotating the pallet and operating the substrate insertion rod 315.

図１１に示すような高周波誘導プラズマによる内包フラーレンの生成においては、プラズマ中のイオン密度分布がプラズマ流の半径方向において均一であるため、堆積基板を分割してバイアス電圧の面内分布を制御する必要がない。従って、一枚の連続した円板状の堆積基板を用い、堆積基板上に均一のバイアス電圧を印加して内包フラーレンの生成を行う。   In the generation of the endohedral fullerene by the high frequency induction plasma as shown in FIG. 11, since the ion density distribution in the plasma is uniform in the radial direction of the plasma flow, the in-plane distribution of the bias voltage is controlled by dividing the deposition substrate. There is no need. Therefore, the inclusion fullerene is generated by applying a uniform bias voltage on the deposition substrate using one continuous disc-shaped deposition substrate.

このような高周波誘導プラズマによる内包フラーレンの生成においても、堆積条件をさまざまに変化させて、堆積条件を最適化する実験は必要であり、マルチローダを用いて堆積基板を交換することにより、堆積実験の効率を向上することが可能である。   Even in the generation of endohedral fullerenes by such high frequency induction plasma, it is necessary to experiment to optimize the deposition conditions by changing the deposition conditions in various ways. It is possible to improve the efficiency.

(a)、(b)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るマルチローダの断面図である。(a), (b) is sectional drawing of the multi loader which concerns on the endohedral fullerene manufacturing apparatus of this invention. (a)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るマルチローダの側面図であり、(b)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るマルチローダの正面図である。(a) is a side view of the multiloader according to the endohedral fullerene production apparatus of the present invention, and (b) is a front view of the multiloader according to the endohedral fullerene production apparatus of the present invention. 本発明の内包フラーレン製造装置の第一実施例に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the 1st Example of the endohedral fullerene manufacturing apparatus of this invention. (a)、(b)は、プラズマ流における半径方向のイオン密度分布を示す図である。(c)、(d)は、堆積基板の第一実施例を説明するための図であり、(a), (b) is a figure which shows the ion density distribution of the radial direction in a plasma flow. (c), (d) is a diagram for explaining a first embodiment of the deposition substrate, (e)乃至(h)は、堆積基板の他の実施例を説明するための図である。(e) thru | or (h) is a figure for demonstrating the other Example of a deposition board | substrate. (a)、(c)、(e)は、本発明の内包フラーレン製造装置を使用した堆積基板のロード・アンロード手順を説明するための断面図であり、(b)、(d)、(f)は、それぞれ (a)、(c)、(e) に対応するパレットの正面図である。(a), (c), (e) is a cross-sectional view for explaining the loading and unloading procedure of the deposition substrate using the endohedral fullerene production apparatus of the present invention, (b), (d), ( f) is a front view of the pallet corresponding to (a), (c), and (e), respectively. (g)、(i)、(k)は、本発明の内包フラーレン製造装置を使用した堆積基板のロード・アンロード手順を説明するための断面図であり、 (h)、(j)、(l)は、それぞれ (g)、(i)、(k)に対応するパレットの正面図である。(g), (i), (k) is a cross-sectional view for explaining the loading and unloading procedures of the deposition substrate using the endohedral fullerene production apparatus of the present invention, (h), (j), ( l) is a front view of the pallet corresponding to (g), (i), and (k), respectively. 従来の内包フラーレン製造装置に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the conventional endohedral fullerene manufacturing apparatus. (a)、(b)、(c)は、従来の内包フラーレン製造装置を使用したロード・アンロード手順を説明するための断面図である。(a), (b), (c) is sectional drawing for demonstrating the loading / unloading procedure using the conventional endohedral fullerene manufacturing apparatus. (d)、(e)、(f)は、従来の内包フラーレン製造装置を使用したロード・アンロード手順を説明するための断面図である。(d), (e), (f) is a cross-sectional view for explaining a loading / unloading procedure using a conventional endohedral fullerene production apparatus. 本発明の内包フラーレン製造装置の第二実施例に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on 2nd Example of the endohedral fullerene manufacturing apparatus of this invention. (a)、(b)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係るパージボックスの断面図である。(a), (b) is sectional drawing of the purge box which concerns on the endohedral fullerene manufacturing apparatus of this invention. (a)、(b)、(c)は、本発明の内包フラーレン製造装置に係る装置汚染防止用の遮蔽部材を説明するための図である。(a), (b), (c) is a figure for demonstrating the shielding member for apparatus contamination prevention which concerns on the endohedral fullerene manufacturing apparatus of this invention. 本発明の内包フラーレン製造装置の第三実施例に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on 3rd Example of the endohedral fullerene manufacturing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 筐体
２ パレット
３ 堆積基板
４ 支柱
５ パレット回転軸
６ パレット回転用モータ
７、１２ フランジ
１０ メインチャンバー
１１ 磁場コイル
１３ マルチローダ
１４ 真空ポンプ
１５ パレット回転用モータ
１６ 基板着脱用モータ
１７ 基板挿入ロッド移動用モータ
１８ マルチローダ開閉蓋
１９ 基板挿入ロッド挿入部
２１、１０１、１２１、２０１、３０１ メインチャンバー
２２、３１１ マルチローダ
１０２、１２３、２０２ ロードロックチャンバー
２３、１０３、１２２、１２７、２０３、３１２ ゲートバルブ
２４、１０４、２０４、２０５、３０２ 磁場コイル
２５、２６、１０５、１０６、１２４、１２５、２０６、２０７、２０８、３０８、３０９ 真空ポンプ
１２６ 窒素導入管
２７、１０７、２０９ ホットプレート
２８、１０８、２１０ アルカリ金属蒸発用オーブン
２９、１０９、２１１ アルカリ金属蒸気導入管
３０、１１０、２１２、３０５ フラーレン昇華用オーブン
３１、１１１、２１３、３０６ 再昇華用円筒
３２、１１２、２１４ アルカリ金属プラズマ
３３、１１３、２１６ ラングミュア・プローブ
３４、１１４、２１７ プローブ電流測定装置
３５、１１５、１２８、２１５、３０７ 堆積基板
３６、１１６、１２９、２２０、３１５ 堆積基板挿入ロッド
３７、１１７、２２１ バイアス電圧供給用配線
３８、１１８、２２２ バイアス電圧制御装置
２２３ アルカリ金属・フラーレンプラズマ
１３０ プラズマ
４０、２１８、３１３ パレット
４１、２１９、３１４ パレット回転軸
４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１ 分割プレート
５２ メッシュ電極
５３ 電極支持部材
３０３ 内包原子導入管
３０４ 高周波誘導コイル
３１０ グリッド電極
６１ メインチャンバー
６２ ゲートバルブ
６３ 筐体
６４ パレット
６５ 堆積基板
６６ 堆積基板支持部材
６７ 堆積基板挿入ロッド
６８ プラズマ
２３１、２４３ パージボックス
２３２、２５１、２６１ メインチャンバー
２３３、２５５、２６５ ゲートバルブ
２３４、２５６、２６６ マルチローダ
２３５、２４４ マルチローダ開閉蓋
２３９、２４７ 基板取り扱い用手袋
２３６、２３７、２３８、２４６ 基板取り扱い用開口部
２４０ パージボックス開閉蓋
２４１、２４２ 窒素導入管
２４５ デシケータ
２５２、２６２ プラズマ流
２５３、２６３ 堆積基板
２５４ 原料元素ガス
２５７、２６７ パレット
２５８、２６８ パレット回転軸
２５９、２６９ 堆積基板挿入ロッド
２６０ 遮蔽部材
２６４ 遮蔽用シャッター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing | casing 2 Pallet 3 Stacked substrate 4 Support | pillar 5 Pallet rotation shaft 6 Pallet rotation motor 7, 12 Flange 10 Main chamber 11 Magnetic coil 13 Multiloader 14 Vacuum pump 15 Pallet rotation motor 16 Substrate attachment / detachment motor 17 Substrate insertion rod movement Motor 18 Multiloader opening / closing lid 19 Substrate insertion rod insertion part 21, 101, 121, 201, 301 Main chamber 22, 311 Multiloader 102, 123, 202 Load lock chamber 23, 103, 122, 127, 203, 312 Gate valve 24, 104, 204, 205, 302 Magnetic coil 25, 26, 105, 106, 124, 125, 206, 207, 208, 308, 309 Vacuum pump 126 Nitrogen inlet tube 27, 107, 209 Hot plates 28, 108, 2 0 Alkali metal evaporation ovens 29, 109, 211 Alkali metal vapor introduction pipes 30, 110, 212, 305 Fullerene sublimation ovens 31, 111, 213, 306 Resublimation cylinders 32, 112, 214 Alkali metal plasmas 33, 113, 216 Langmuir probe 34, 114, 217 Probe current measuring device 35, 115, 128, 215, 307 Deposition substrate 36, 116, 129, 220, 315 Deposition substrate insertion rod 37, 117, 221 Bias voltage supply wiring 38, 118 , 222 Bias voltage controller 223 Alkali metal / fullerene plasma 130 Plasma 40, 218, 313 Pallet 41, 219, 314 Pallet rotation shaft 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51 Dividing plate 52 Mesh Electrode 53 Electrode support member
303 Encapsulated atom introduction tube 304 High frequency induction coil 310 Grid electrode 61 Main chamber 62 Gate valve 63 Housing 64 Pallet 65 Deposition substrate 66 Deposition substrate support member 67 Deposition substrate insertion rod 68 Plasma 231, 243 Purge boxes 232, 251, 261 Main chamber 233, 255, 265 Gate valve 234, 256, 266 Multiloader 235, 244 Multiloader opening / closing lid 239, 247 Substrate handling glove 236, 237, 238, 246 Substrate handling opening 240 Purge box opening / closing lid 241, 242 Nitrogen introduction Tube 245 Desiccators 252 and 262 Plasma flow 253 and 263 Deposition substrate 254 Source element gas 257 and 267 Pallet 258 and 268 Pallet rotation shafts 259 and 269 Deposition substrate insertion rod 260 Shielding member 264 Shielding shutter

Claims (13)

第一の真空容器内において、内包対象原子のプラズマ発生部で発生したプラズマ流に、フラーレン導入部からフラーレンを導入し、該プラズマ流の下流に配置した堆積基板に内包フラーレンを堆積させる内包フラーレンの製造装置において、前記第一の真空容器にゲートバルブを介して接続した第二の真空容器内に複数の堆積基板を装着可能な基板装着部材を配置し、前記基板装着部材を回転することにより、真空室内において前記堆積基板の交換を行うことを特徴とする内包フラーレンの製造装置。 In the first vacuum vessel, the fullerene is introduced into the plasma flow generated in the plasma generation part of the inclusion target atom from the fullerene introduction part, and the inclusion fullerene is deposited on the deposition substrate disposed downstream of the plasma flow. In the manufacturing apparatus, by disposing a substrate mounting member capable of mounting a plurality of deposition substrates in a second vacuum container connected to the first vacuum container via a gate valve, and rotating the substrate mounting member, An apparatus for producing an endohedral fullerene, wherein the deposition substrate is exchanged in a vacuum chamber. 第一の真空容器内において、内包対象原子のプラズマ発生部で発生したプラズマ流に、フラーレン導入部からフラーレンを導入し、該プラズマ流の下流に配置した堆積基板に内包フラーレンを堆積させる内包フラーレンの製造装置において、前記第一の真空容器内に複数の堆積基板を装着可能な基板装着部材を配置し、前記基板装着部材を回転することにより、真空室内において前記堆積基板の交換を行うことを特徴とする内包フラーレンの製造装置。 In the first vacuum vessel, the fullerene is introduced into the plasma flow generated in the plasma generation part of the inclusion target atom from the fullerene introduction part, and the inclusion fullerene is deposited on the deposition substrate disposed downstream of the plasma flow. In the manufacturing apparatus, a substrate mounting member capable of mounting a plurality of deposition substrates is disposed in the first vacuum vessel, and the deposition substrate is exchanged in a vacuum chamber by rotating the substrate mounting member. An endohedral fullerene production device. 前記フラーレンがCn(n=60〜84)であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造装置。 3. The endohedral fullerene production apparatus according to claim 1, wherein the fullerene is Cn (n = 60 to 84). 前記内包対象原子がアルカリ金属であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造装置。 The apparatus for producing endohedral fullerene according to any one of claims 1 to 3, wherein the encapsulating target atom is an alkali metal. 前記内包対象原子がハロゲン元素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造装置。 4. The endohedral fullerene production apparatus according to claim 1, wherein the encapsulating target atom is a halogen element. 前記基板装着部材が円板状部材であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造装置。 3. The endohedral fullerene manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the substrate mounting member is a disk-shaped member. 前記堆積基板の取り出し部に不活性ガスを内部に導入したパージボックスを接続し、前記パージボックス内で前記堆積基板の取り出し作業、又は、装着作業を行うことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造装置。 3. A purge box into which an inert gas is introduced is connected to the deposition substrate take-out portion, and the deposition substrate is taken out or mounted in the purge box. The apparatus for producing an endohedral fullerene according to any one of the preceding claims. 前記第二の真空容器の内壁と前記基板装着部材との間に、プラズマ、又は、前記内包原子からなる気体の拡散を防止するための遮蔽部材を配置したことを特徴とする請求項１記載の内包フラーレンの製造装置。 The shielding member for preventing diffusion of plasma or a gas composed of the encapsulated atoms is disposed between the inner wall of the second vacuum vessel and the substrate mounting member. Equipment for producing endohedral fullerenes. 前記第一の真空容器内に、突き出し時にプラズマ流を遮蔽するシャッター、及び前記シャッターの格納部を配置し、前記堆積基板上に内包フラーレン膜を堆積する時は前記シャッターを格納部に入れて、前記堆積基板を交換する時は前記シャッターを突き出し、プラズマ流を遮蔽することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造装置。 In the first vacuum vessel, a shutter that shields the plasma flow when protruding, and a storage part of the shutter are arranged, and when the inclusion fullerene film is deposited on the deposition substrate, the shutter is put in the storage part, 3. The endohedral fullerene manufacturing apparatus according to claim 1, wherein when the deposition substrate is replaced, the shutter is protruded to shield a plasma flow. 4. 真空容器内において、内包対象原子のプラズマ発生部で発生したプラズマ流に、フラーレン導入部からフラーレンを導入し、該プラズマ流の下流に配置した堆積基板に内包フラーレンを堆積させる内包フラーレンの製造方法において、真空室内において前記堆積基板の交換を行うことを特徴とする内包フラーレンの製造方法。 In a method for producing an endohedral fullerene in which a fullerene is introduced from a fullerene introduction section into a plasma flow generated in a plasma generation section of an encapsulated target atom in a vacuum vessel, and the endohedral fullerene is deposited on a deposition substrate disposed downstream of the plasma flow. A method for producing an endohedral fullerene, wherein the deposition substrate is exchanged in a vacuum chamber. 前記フラーレンが、Cn(n=60〜84)であることを特徴とする請求項１０項記載の内包フラーレンの製造方法。 The method for producing endohedral fullerene according to claim 10, wherein the fullerene is Cn (n = 60 to 84). 前記内包対象原子がアルカリ金属であることを特徴とする請求項１０乃至１１のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造方法。 The method for producing an endohedral fullerene according to any one of claims 10 to 11, wherein the encapsulating target atom is an alkali metal. 前記内包対象原子がハロゲン元素であることを特徴とする請求項１０乃至１１のいずれか１項記載の内包フラーレンの製造方法。
The method for producing an endohedral fullerene according to any one of claims 10 to 11, wherein the encapsulating target atom is a halogen element.
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