JP2010174271A

JP2010174271A - Nanoparticle deposition apparatus and nanoparticle deposition method

Info

Publication number: JP2010174271A
Application number: JP2009015575A
Authority: JP
Inventors: Kimitsugu Saito; 公続斉藤; Takatsugu Furuichi; 考次古市
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nanoparticle deposition technology capable of depositing nanoparticles at high throughput. <P>SOLUTION: A K-cell 40 is arranged immediately below a substrate W held by a substrate holding unit 30 in a vacuum chamber 10. Cobalt being a raw material of nanoparticles is charged in a crucible 41 of the K-cell 40. An opening part of the crucible 41 is covered by a gas jetting unit 51 of a gas jetting tool 50. The gas jetting unit 51 has a tapered surface with an aperture 52 formed at the upper end thereof, and its inner side forms a vapor generating space 45. Helium gas is supplied from a gas supply unit 60 to the vapor generating space 45 in which the crucible 41 is heated to generate the vapor of cobalt. Helium gas forms the gas flow which is jetted from the aperture 52 and directed to the substrate W. The vapor of cobalt is carried to the substrate W while forming the cluster by the helium gas flow. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハーなどの基板上にナノ粒子を堆積させるナノ粒子堆積装置およびナノ粒子堆積方法に関する。 The present invention relates to a nanoparticle deposition apparatus and a nanoparticle deposition method for depositing nanoparticles on a substrate such as a semiconductor wafer.

近年、ＬＳＩのＢＥＯＬ(Back-End-of-Line)配線材としてカーボンナノチューブを用いようとする試みに急速に関心が高まりつつある。従来の配線材には銅（Ｃｕ）が一般的に用いられてきていたが、高性能化のためのパターン微細化に伴って配線部の電流密度が増大してきており、近い将来、銅では耐えられないほどの大きな電流密度が要求されるものと予測される。カーボンナノチューブは、グラファイトのシート（グラフェンシート）を円筒状に巻いた形状を有しており、その直径は数ｎｍ〜数十ｎｍである。カーボンナノチューブは電気的にも機械的にも非常に優れた特性を有することが見出されており、銅に比較して１０００倍近くもの大きな電流密度に耐え得るポテンシャルを有する材料である。それ故、配線材としてのカーボンナノチューブに関心が高まっているのである。 In recent years, there has been an increasing interest in attempts to use carbon nanotubes as LSI BEOL (Back-End-of-Line) wiring materials. Copper (Cu) has been generally used as a conventional wiring material, but the current density of the wiring section has increased with the miniaturization of patterns for higher performance, and in the near future copper will endure. It is expected that a current density that is too high to be required will be required. The carbon nanotube has a shape in which a graphite sheet (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, and its diameter is several nm to several tens of nm. Carbon nanotubes have been found to have very excellent characteristics both electrically and mechanically, and are materials that have the potential to withstand a current density nearly 1000 times that of copper. Therefore, there is an increasing interest in carbon nanotubes as wiring materials.

基板上にカーボンナノチューブを形成するプロセスとしては、まず下地となる基板上に触媒となるコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などのナノ粒子を形成する必要がある。次いで、ナノ粒子の金属触媒上にカーボンナノチューブを成長させる。ＬＳＩ用途のカーボンナノチューブの成長手法としては、比較的量産に向いている化学気相蒸着（ＣＶＤ）法が主に検討されている。 As a process for forming carbon nanotubes on a substrate, it is necessary to first form nanoparticles such as cobalt (Co), nickel (Ni), iron (Fe), etc., as a catalyst on a substrate serving as a base. Carbon nanotubes are then grown on the nanoparticulate metal catalyst. As a method of growing carbon nanotubes for LSI applications, a chemical vapor deposition (CVD) method, which is relatively suitable for mass production, is mainly studied.

ナノ粒子とは、大きさが０．数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の微小サイズの粒子である。基板上にカーボンナノチューブの触媒となるナノ粒子を形成する技術としては、例えば特許文献１に開示されるようなものが提案されている。特許文献１に開示される技術では、減圧ヘリウム（Ｈｅ）ガス雰囲気とされたナノ粒子生成室にコバルトターゲットを配置し、それにレーザ光を照射する。そうするとレーザアブレーションによって飛散したコバルト蒸気がヘリウムガスによって冷却されつつコバルトのクラスターが生成される。 Nanoparticles are 0. It is a fine particle of about several nm to several tens of nm. As a technique for forming nanoparticles serving as a catalyst for carbon nanotubes on a substrate, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 has been proposed. In the technique disclosed in Patent Document 1, a cobalt target is disposed in a nanoparticle generation chamber in a reduced pressure helium (He) gas atmosphere, and laser light is irradiated to the cobalt target. Then, cobalt clusters scattered by the laser ablation are generated while the cobalt vapor is cooled by the helium gas.

生成されたコバルトのクラスターはインパクターによってサイズ分級され、所望サイズのクラスターが選別される。その後、サイズ分級されたクラスターが複数段の差動排気室を経て基板上に到達し、ナノ粒子として基板上に堆積される。 The produced cobalt clusters are classified by an impactor, and clusters having a desired size are selected. Thereafter, the size-classified clusters reach the substrate through a plurality of stages of differential exhaust chambers, and are deposited on the substrate as nanoparticles.

また、特許文献２には、ガスデポジション法によって基板上に触媒金属の微粒子を分散させる技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for dispersing fine particles of catalyst metal on a substrate by a gas deposition method.

特開２００８−３１５２９号公報JP 2008-31529 A 特開２００４−５１４３２号公報JP 2004-51432 A

しかしながら、特許文献１に開示される技術においては、生成されたクラスターのロスが大きく、最終的に基板に到達するコバルトのクラスターが非常に少なくなるという問題あった。その理由は、まず第１に、レーザアブレーションでは四方八方にコバルト蒸気が飛散するのであるが、特許文献１開示の技術においては特定の方向（インパクターの方向）に飛散したコバルト蒸気のみが利用されることとなり、他の方向に飛散したコバルト蒸気が無駄になるためである。次に第２の理由は、特許文献１開示の技術では、インパクターによってサイズ分級して所望サイズのクラスターを選別するようにしているが、実際には所望サイズのクラスターも相当量インパクターによって捕集されるというものである。さらに第３の理由は、サイズ分級されたクラスターが複数段の差動排気室を通過するときに、特に粘性流から中間流の領域では雰囲気ガスとともにクラスターも一緒に排気されてしまうというものである。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that the loss of generated clusters is large and the number of cobalt clusters finally reaching the substrate is very small. The reason for this is that, first of all, in the laser ablation, cobalt vapor is scattered in all directions, but in the technique disclosed in Patent Document 1, only cobalt vapor scattered in a specific direction (direction of the impactor) is used. This is because the cobalt vapor scattered in the other direction is wasted. Next, the second reason is that the technique disclosed in Patent Document 1 classifies a cluster of a desired size by classifying the size by an impactor, but actually, a cluster of a desired size is also captured by an impactor. It is to be collected. The third reason is that when the size-classified clusters pass through the differential exhaust chambers of a plurality of stages, the clusters are exhausted together with the atmospheric gas, particularly in the region from the viscous flow to the intermediate flow. .

これらの理由によって、クラスターのロスが非常に多くなって最終的に基板に到達するコバルトのクラスターは少なくなり、その結果ナノ粒子の堆積速度が非常に遅くなってスループットが産業応用の実用には供さない程度にまで低くなるという問題が生じていたのである。 For these reasons, the loss of cobalt is so great that fewer cobalt clusters eventually reach the substrate, resulting in a very slow deposition rate of nanoparticles and the throughput is practical for industrial applications. There was a problem that it was lowered to the extent that it was not.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ナノ粒子を高いスループットにて堆積させることができるナノ粒子堆積装置およびナノ粒子堆積方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a nanoparticle deposition apparatus and a nanoparticle deposition method capable of depositing nanoparticles with high throughput.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板上にナノ粒子を堆積させるナノ粒子堆積装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、前記チャンバー内を排気する排気手段と、前記保持手段に保持される基板に対向して前記チャンバー内に配置され、原材料を収納するるつぼと、前記るつぼを加熱するるつぼ加熱手段と、前記るつぼの開口部から前記保持手段に保持された基板へと向かう気流を形成する気流形成手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a nanoparticle deposition apparatus for depositing nanoparticles on a substrate, a chamber for accommodating the substrate, a holding means for holding the substrate in the chamber, and the chamber An exhaust means for exhausting the interior; a crucible disposed in the chamber facing the substrate held by the holding means; and a crucible heating means for heating the crucible; and an opening of the crucible An airflow forming means for forming an airflow toward the substrate held by the holding means.

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記気流形成手段は、先端に形成されたアパーチャから前記るつぼの開口部に向けて拡がるテーパ面を有し、当該テーパ面によって前記るつぼの開口部を覆う気流噴出治具と、前記るつぼの開口部と前記テーパ面との間の蒸気発生空間に所定の気体を送給する気体供給手段と、を備えることを特徴とする。 Further, the invention of claim 2 is the nanoparticle deposition apparatus according to the invention of claim 1, wherein the airflow forming means has a tapered surface that extends from the aperture formed at the tip toward the opening of the crucible, An airflow ejection jig that covers the opening of the crucible with the tapered surface, and a gas supply means for supplying a predetermined gas to a steam generation space between the opening of the crucible and the tapered surface. Features.

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記気体供給手段は、送給する気体を加熱する気体加熱手段を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, in the nanoparticle deposition apparatus according to the second aspect of the invention, the gas supply means includes a gas heating means for heating the gas to be fed.

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記気体加熱手段は、前記保持手段に保持された基板の温度以上であって前記るつぼの加熱温度以下に気体を加熱することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the nanoparticle deposition apparatus according to the third aspect of the invention, wherein the gas heating means has a gas temperature not lower than the temperature of the substrate held by the holding means and not higher than the heating temperature of the crucible. Is heated.

また、請求項５の発明は、請求項２から請求項４のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記気流噴出治具は、前記気体供給手段から送給された気体を一時的に溜める環状のガス溜め部と、前記蒸気発生空間の周囲に接続され、前記ガス溜め部と前記蒸気発生空間とを連通する連通経路と、をさらに備え、気体が通過する際の圧力損失は前記ガス溜め部よりも前記連通経路の方が大きいことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the air flow ejection jig temporarily receives the gas supplied from the gas supply means. An annular gas reservoir for storing, and a communication path connected to the periphery of the steam generation space and communicating the gas reservoir and the steam generation space, and a pressure loss when gas passes is the gas The communication path is larger than the reservoir.

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記保持手段は前記るつぼの上方に基板を保持することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the nanoparticle deposition apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the holding means holds the substrate above the crucible.

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記保持手段に保持された基板を冷却する冷却手段をさらに備えることを特徴とする。 The invention of claim 7 is the nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a cooling means for cooling the substrate held by the holding means. .

また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積装置において、コンダクタンスを変化させて前記チャンバー内の圧力を調整する排気コンダクタンス調整手段をさらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising exhaust conductance adjusting means for adjusting the pressure in the chamber by changing conductance. It is characterized by.

また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記原材料は、コバルト、ニッケルおよび鉄からなる群から選択された少なくとも一種の金属を含むことを特徴とする。 The invention of claim 9 is the nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the raw material is at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and iron. It is characterized by including.

また、請求項１０の発明は、チャンバー内に収容した基板上にナノ粒子を堆積させるナノ粒子堆積方法において、前記チャンバー内を真空排気する排気工程と、前記チャンバー内にて原材料を収納したるつぼを加熱して原材料の蒸気を発生させるるつぼ加熱工程と、前記るつぼの開口部に所定の気体を送給して前記開口部から前記チャンバー内に収容された基板へと向かう気流を形成し、当該気流によって前記原材料の蒸気を冷却しつつ前記基板にまで運ぶ気流形成工程と、を備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a nanoparticle deposition method for depositing nanoparticles on a substrate accommodated in a chamber, wherein an evacuation step of evacuating the chamber and a crucible containing a raw material in the chamber are provided. A crucible heating step for generating raw material vapor by heating, and a predetermined gas is supplied to the opening of the crucible to form an air flow from the opening toward the substrate accommodated in the chamber; An airflow forming step for cooling the raw material vapor to the substrate while cooling the raw material vapor.

また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係るナノ粒子堆積方法において、前記るつぼの開口部に送給する気体を加熱する気体加熱工程をさらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the nanoparticle deposition method according to claim 10, further comprising a gas heating step of heating the gas to be fed to the opening of the crucible.

また、請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係るナノ粒子堆積方法において、前記るつぼの開口部に送給される気体は、前記基板の温度以上であって前記るつぼの加熱温度以下に加熱されることを特徴とする。 The invention of claim 12 is the nanoparticle deposition method according to the invention of claim 11, wherein the gas fed to the opening of the crucible is not less than the temperature of the substrate and not more than the heating temperature of the crucible. It is characterized by being heated.

また、請求項１３の発明は、請求項１０から請求項１２のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積方法において、前記基板を冷却する冷却工程を備えることを特徴とする。 The invention of claim 13 is the nanoparticle deposition method according to any one of claims 10 to 12, further comprising a cooling step of cooling the substrate.

また、請求項１４の発明は、請求項１０から請求項１３のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積方法において、前記気流形成工程は、前記るつぼが加熱されて所定温度にまで到達した時点で開始されることを特徴とする。 The invention of claim 14 is the nanoparticle deposition method according to any one of claims 10 to 13, wherein the air flow forming step is started when the crucible is heated and reaches a predetermined temperature. It is characterized by being.

また、請求項１５の発明は、請求項１０から請求項１４のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積方法において、前記原材料は、コバルト、ニッケルおよび鉄からなる群から選択された少なくとも一種の金属を含むことを特徴とする。 The invention of claim 15 is the nanoparticle deposition method according to any one of claims 10 to 14, wherein the raw material is at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and iron. It is characterized by including.

請求項１から請求項９の発明によれば、るつぼを加熱して発生した原材料の蒸気をるつぼの開口部から基板へと向かう気流によって基板まで運ぶことができるため、原材料の蒸気のロスが少なくなり、その分だけ原材料の蒸気の利用効率が高まってナノ粒子を高いスループットにて堆積させることができる。 According to the first to ninth aspects of the present invention, since the raw material vapor generated by heating the crucible can be transported to the substrate by the air flow from the crucible opening to the substrate, the loss of the raw material vapor is small. Therefore, the utilization efficiency of the raw material vapor is increased, and nanoparticles can be deposited at a high throughput.

特に、請求項２の発明によれば、アパーチャを形成したテーパ面によってるつぼの開口部を覆い、るつぼの開口部とテーパ面との間の蒸気発生空間に所定の気体を送給するため、るつぼの開口部から基板へと向かう気流を確実に形成して原材料の蒸気を運ぶことができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, the crucible is provided to cover the opening of the crucible with the tapered surface having the aperture and to supply a predetermined gas to the steam generation space between the opening of the crucible and the tapered surface. The raw material vapor can be conveyed by reliably forming an air flow from the opening to the substrate.

特に、請求項３の発明によれば、蒸気発生空間に送給する気体を加熱するため、原材料の蒸気から生成されるクラスターのサイズ分布を狭くしてバラツキを小さくすることができる。 In particular, according to the invention of claim 3, since the gas to be supplied to the steam generation space is heated, the size distribution of the clusters generated from the raw material steam can be narrowed to reduce the variation.

特に、請求項５の発明によれば、気体が通過する際の圧力損失はガス溜め部よりもガス溜め部と蒸気発生空間とを連通する連通経路の方が大きいため、蒸気発生空間の周囲から均一に気体が送給される。 In particular, according to the invention of claim 5, since the pressure loss when the gas passes is larger in the communication path that connects the gas reservoir and the steam generation space than in the gas reservoir, the pressure loss occurs from around the steam generation space. Gas is fed uniformly.

特に、請求項７の発明によれば、保持手段に保持された基板を冷却するため、熱泳動力によってナノ粒子の堆積効率がさらに高まる。 In particular, according to the invention of claim 7, since the substrate held by the holding means is cooled, the deposition efficiency of the nanoparticles is further increased by the thermophoretic force.

また、請求項１０から請求項１５の発明によれば、るつぼを加熱して発生した原材料の蒸気をるつぼの開口部から基板へと向かう気流によって冷却しつつ基板まで運ぶため、原材料の蒸気のロスが少なくなり、その分だけ原材料の蒸気の利用効率が高まってナノ粒子を高いスループットにて堆積させることができる。 Further, according to the inventions of claims 10 to 15, since the raw material vapor generated by heating the crucible is transported to the substrate while being cooled by the air flow from the crucible opening toward the substrate, the loss of the raw material vapor is lost. Therefore, the utilization efficiency of the raw material vapor is increased and the nanoparticles can be deposited at a high throughput.

特に、請求項１１の発明によれば、るつぼの開口部に送給する気体を加熱するため、原材料の蒸気から生成されるクラスターのサイズ分布を狭くしてバラツキを小さくすることができる。 In particular, according to the invention of claim 11, since the gas fed to the opening of the crucible is heated, the size distribution of the clusters generated from the raw material vapor can be narrowed to reduce the variation.

特に、請求項１３の発明によれば、基板を冷却するため、熱泳動力によってナノ粒子の堆積効率がさらに高まる。 In particular, according to the invention of claim 13, since the substrate is cooled, the deposition efficiency of the nanoparticles is further enhanced by the thermophoretic force.

本発明に係るナノ粒子堆積装置の全体概略構成を示す図である。It is a figure which shows the whole schematic structure of the nanoparticle deposition apparatus which concerns on this invention. Ｋセルおよびガス噴出治具を拡大した図である。It is the figure which expanded the K cell and the gas ejection jig. ガス噴出治具の平面図である。It is a top view of a gas ejection jig. 図１のナノ粒子堆積装置の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the nanoparticle deposition apparatus of FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明に係るナノ粒子堆積装置１の全体概略構成を示す図である。なお、図１には説明の便宜のためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。 FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a nanoparticle deposition apparatus 1 according to the present invention. For convenience of explanation, FIG. 1 shows an XYZ orthogonal coordinate system in which the Z-axis direction is the vertical direction and the XY plane is the horizontal plane.

本発明に係るナノ粒子堆積装置１は、基板上にナノ粒子を堆積させる装置である。基板としては液晶用ガラス基板の表面にシリコン膜などを形成したものや半導体ウェハーを用いることができる。本発明に係るナノ粒子堆積装置１は、カーボンナノチューブの触媒として機能するナノ粒子を基板上に堆積させるのに好適である。ナノ粒子堆積装置１は、真空チャンバー１０に、主として真空排気系２０、基板保持部３０、Ｋセル４０、ガス噴出治具５０およびガス供給部６０を付設して構成されている。また、ナノ粒子堆積装置１は、装置に設けられた各動作機構を制御してナノ粒子の堆積処理を実行させる制御部９０を備える。 The nanoparticle deposition apparatus 1 according to the present invention is an apparatus for depositing nanoparticles on a substrate. As the substrate, a liquid crystal glass substrate having a silicon film formed on the surface thereof or a semiconductor wafer can be used. The nanoparticle deposition apparatus 1 according to the present invention is suitable for depositing nanoparticles functioning as a catalyst for carbon nanotubes on a substrate. The nanoparticle deposition apparatus 1 is configured by mainly attaching a vacuum exhaust system 20, a substrate holding unit 30, a K cell 40, a gas ejection jig 50 and a gas supply unit 60 to a vacuum chamber 10. The nanoparticle deposition apparatus 1 also includes a control unit 90 that controls each operation mechanism provided in the apparatus and executes a nanoparticle deposition process.

真空チャンバー１０は、金属製（例えば、ステンレススチール製）の筐体であり、その内部は外部空間から完全にシールされた密閉空間とされている。真空排気系２０は、可変コンダクタンスバルブ（ＶＣＶ）２２、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２３およびロータリーポンプ（ＲＰ）２４を備えて構成され、真空チャンバー１０内を排気して所定の圧力に維持する。ターボ分子ポンプ２３およびロータリーポンプ２４は可変コンダクタンスバルブ２２を介して真空チャンバー１０に接続されている。 The vacuum chamber 10 is a metal (for example, stainless steel) housing, and the inside thereof is a sealed space that is completely sealed from the external space. The evacuation system 20 includes a variable conductance valve (VCV) 22, a turbo molecular pump (TMP) 23, and a rotary pump (RP) 24, and evacuates the vacuum chamber 10 to maintain a predetermined pressure. The turbo molecular pump 23 and the rotary pump 24 are connected to the vacuum chamber 10 via the variable conductance valve 22.

ロータリーポンプ２４は、真空チャンバー１０内が大気圧であっても作動させることが可能であり、真空排気工程における初期の粗引きに使用される。ターボ分子ポンプ２３は、タービン翼を高速回転させることによって気体分子を強制的に排出する真空ポンプである。ターボ分子ポンプ２３は、ロータリーポンプ２４のみでは到達不可能な比較的高い真空度に真空チャンバー１０内を維持することができる。但し、ターボ分子ポンプ２３は大気圧に近い低真空では作動させることができないため、ターボ分子ポンプ２３の後背側にロータリーポンプ２４を設けている。 The rotary pump 24 can be operated even when the inside of the vacuum chamber 10 is at atmospheric pressure, and is used for the initial roughing in the vacuum exhaust process. The turbo molecular pump 23 is a vacuum pump that forcibly discharges gas molecules by rotating a turbine blade at a high speed. The turbo molecular pump 23 can maintain the inside of the vacuum chamber 10 at a relatively high degree of vacuum that cannot be reached by the rotary pump 24 alone. However, since the turbo molecular pump 23 cannot be operated at a low vacuum close to atmospheric pressure, a rotary pump 24 is provided on the rear side of the turbo molecular pump 23.

可変コンダクタンスバルブ２２は、コンダクタンス（配管抵抗の逆数）を変化させて真空チャンバー１０から排出される気体の流量を制御することができる。ロータリーポンプ２４およびターボ分子ポンプ２３を作動させつつ可変コンダクタンスバルブ２２のコンダクタンスを変化させることによって真空チャンバー１０内を所定の真空度に維持することができる。即ち、可変コンダクタンスバルブ２２は、コンダクタンスを変化させて真空チャンバー１０内の圧力を調整するための排気コンダクタンス調整手段として機能する。 The variable conductance valve 22 can control the flow rate of the gas discharged from the vacuum chamber 10 by changing the conductance (reciprocal of pipe resistance). The vacuum chamber 10 can be maintained at a predetermined degree of vacuum by changing the conductance of the variable conductance valve 22 while operating the rotary pump 24 and the turbo molecular pump 23. That is, the variable conductance valve 22 functions as an exhaust conductance adjusting means for adjusting the pressure in the vacuum chamber 10 by changing the conductance.

基板保持部３０は、基板ステージ３１およびステージ駆動部３２を備えて構成され、真空チャンバー１０の内部において処理対象となる基板Ｗ（本実施形態では半導体ウェハー）を保持する。基板ステージ３１は、図示を省略する複数の爪によって基板Ｗの端縁部を掛止或いは拘止することによって基板Ｗを保持する。基板ステージ３１は、表面（ナノ粒子を堆積させる側の面）を下側に向けた水平姿勢にて基板Ｗを保持する。ステージ駆動部３２は、真空チャンバー１０の天井部に固設されており、基板ステージ３１を水平面内にてＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って二次元移動させる。ステージ駆動部３２としては、ボールネジを使用したネジ送り機構やベルトとプーリとを使用したベルト送り機構などの公知の種々のＸＹ駆動機構を採用することができる。なお、ステージ駆動部３２は、基板ステージ３１を水平面内にて回転させる回転駆動機構を備えていても良い。 The substrate holding unit 30 includes a substrate stage 31 and a stage driving unit 32, and holds the substrate W (semiconductor wafer in this embodiment) to be processed inside the vacuum chamber 10. The substrate stage 31 holds the substrate W by hooking or holding the edge of the substrate W with a plurality of claws (not shown). The substrate stage 31 holds the substrate W in a horizontal posture with the surface (the surface on which nanoparticles are deposited) facing downward. The stage drive unit 32 is fixed to the ceiling of the vacuum chamber 10 and moves the substrate stage 31 two-dimensionally along the X-axis direction and the Y-axis direction in the horizontal plane. As the stage drive unit 32, various known XY drive mechanisms such as a screw feed mechanism using a ball screw and a belt feed mechanism using a belt and a pulley can be adopted. The stage drive unit 32 may include a rotation drive mechanism that rotates the substrate stage 31 in a horizontal plane.

また、基板保持部３０には、保持する基板Ｗを冷却する冷却機構が設けられている。すなわち、基板保持部３０には、冷却媒体を流すための冷却配管３５が設けられている。冷却配管３５は、基板ステージ３１の内部を巡るように配設されている。基板ステージ３１の内部において、少なくとも基板保持部３０に保持される基板Ｗに対向する領域には冷却配管３５が蛇行して或いは渦巻き状に配設される。冷却配管３５の両端はステージ駆動部３２を貫通して真空チャンバー１０の外側に設けられる。冷却配管３５の一端側から供給された冷却媒体は基板ステージ３１の内部を流れて冷却配管３５の他端側から排出される。本実施形態では冷却媒体として液体窒素を使用する。 Further, the substrate holding unit 30 is provided with a cooling mechanism for cooling the substrate W to be held. That is, the substrate holding unit 30 is provided with a cooling pipe 35 for flowing a cooling medium. The cooling pipe 35 is arranged so as to go around the substrate stage 31. Inside the substrate stage 31, at least in a region facing the substrate W held by the substrate holding unit 30, the cooling pipe 35 is arranged in a meandering manner or spirally. Both ends of the cooling pipe 35 are provided outside the vacuum chamber 10 through the stage driving unit 32. The cooling medium supplied from one end side of the cooling pipe 35 flows through the substrate stage 31 and is discharged from the other end side of the cooling pipe 35. In this embodiment, liquid nitrogen is used as the cooling medium.

Ｋセル（Knudsen cell：クヌーセンセル）４０は、ナノ粒子の原材料となる金属（本実施形態ではコバルト）を加熱してその蒸気を発生させる。図２は、Ｋセル４０およびガス噴出治具５０を拡大した図である。Ｋセル４０は、所定容量のるつぼ４１およびるつぼ加熱ヒーター４２を備える。原材料を収納するるつぼ４１は、耐熱性および耐食性に優れた素材にて形成されており、本実施形態ではアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）にて形成されている。また、るつぼ加熱ヒーター４２としては例えばタンタルヒーターを用いることができる。 A K cell (Knudsen cell) 40 heats a metal (cobalt in the present embodiment) that is a raw material of nanoparticles to generate vapor thereof. FIG. 2 is an enlarged view of the K cell 40 and the gas ejection jig 50. The K cell 40 includes a crucible 41 and a crucible heater 42 having a predetermined capacity. The crucible 41 for storing the raw material is formed of a material excellent in heat resistance and corrosion resistance, and is formed of alumina (Al ₂ O ₃ ) in this embodiment. Further, as the crucible heater 42, for example, a tantalum heater can be used.

Ｋセル４０は、真空チャンバー１０内において、基板ステージ３１の直下（Ｚ軸方向に沿った下方）に配置されている。そして、るつぼ４１は、その開口部が直上（Ｚ軸方向に沿った上方）を向くように、つまり開口部が基板ステージ３１に対向するように設置されている。よって、基板保持部３０はるつぼ４１の上方に基板Ｗを保持し、その基板Ｗの表面にるつぼ４１の開口部が対向することとなる。 The K cell 40 is disposed in the vacuum chamber 10 directly below the substrate stage 31 (downward along the Z-axis direction). The crucible 41 is installed such that the opening faces directly above (upward along the Z-axis direction), that is, the opening faces the substrate stage 31. Therefore, the substrate holding unit 30 holds the substrate W above the crucible 41 and the opening of the crucible 41 faces the surface of the substrate W.

図３は、ガス噴出治具５０の平面図である。ガス噴出治具５０は、ガス噴出部５１、連通経路５３およびガス溜め部５４を備えて構成される。ガス噴出治具５０は、耐熱性に優れた金属またはセラミックスにて形成される。ガス噴出治具５０は、一体形成されるものであっても良いし、別部品であるガス噴出部５１、連通経路５３およびガス溜め部５４を組み立てたものであっても良い。 FIG. 3 is a plan view of the gas ejection jig 50. The gas ejection jig 50 includes a gas ejection part 51, a communication path 53, and a gas reservoir part 54. The gas ejection jig 50 is formed of a metal or ceramic having excellent heat resistance. The gas ejection jig 50 may be integrally formed, or may be an assembly of the gas ejection part 51, the communication path 53, and the gas reservoir part 54, which are separate parts.

ガス噴出部５１は、円錐台形状を有しており、その先端（上端）には円形の開口であるアパーチャ５２が形成されている。ガス噴出部５１の本体部分は円錐台の側面となり、アパーチャ５２からるつぼ４１の開口部に向けて拡がるテーパ面である。アパーチャ５２の径はφ０．０１ｍｍ〜φ４０ｍｍであり、本実施形態ではるつぼ４１の開口部の径がφ１７ｍｍであるのに対してアパーチャ５２の径がそれよりも小径のφ１０ｍｍとされている。 The gas ejection part 51 has a truncated cone shape, and an aperture 52 which is a circular opening is formed at the tip (upper end) thereof. The main body portion of the gas ejection portion 51 is a side surface of a truncated cone, and is a tapered surface that extends from the aperture 52 toward the opening of the crucible 41. The diameter of the aperture 52 is φ0.01 mm to φ40 mm. In this embodiment, the diameter of the opening of the crucible 41 is φ17 mm, whereas the diameter of the aperture 52 is smaller than that of φ10 mm.

ガス噴出治具５０がＫセル４０に装着されると、テーパ面であるガス噴出部５１がるつぼ４１の開口部上方を覆い、るつぼ４１の開口部とガス噴出部５１の内側面との間に蒸気発生空間４５が形成される。蒸気発生空間４５は、非開放空間（半密閉空間）である。すなわち、蒸気発生空間４５に連通するガス流出入口はガス供給部６０からのガス流入口たる連通経路５３およびガス流出口たるアパーチャ５２のみであり、それら以外から蒸気発生空間４５に気体が流出入することは無い。 When the gas ejection jig 50 is attached to the K cell 40, the gas ejection part 51 having a tapered surface covers the upper part of the opening of the crucible 41, and between the opening of the crucible 41 and the inner surface of the gas ejection part 51. A steam generation space 45 is formed. The steam generation space 45 is a non-open space (semi-enclosed space). That is, the gas outlet / inlet communicating with the steam generation space 45 is only the communication path 53 serving as the gas inlet from the gas supply unit 60 and the aperture 52 serving as the gas outlet, and the gas flows into / out of the steam generation space 45 from other than these. There is nothing.

連通経路５３は、ガス噴出部５１の下端全周に沿って円錐台形状に設けられている。連通経路５３の上端側は蒸気発生空間４５の周囲に全周にわたって開口する。ガス溜め部５４は連通経路５３の下端全周に沿って円環状に設けられている。連通経路５３の下端側はガス溜め部５４に接続される。よって、連通経路５３はガス溜め部５４と蒸気発生空間４５とを連通接続する。ガス溜め部５４の外周側面の相対向する位置に２つのガス導入口５５が設けられている。これらガス導入口５５を介してガス供給部６０からガス噴出治具５０にガス供給がなされる。なお、ガス導入口５５は２つに限定されるものではなく、１つでもあっても良いし、３つ以上であっても良いが、数が多いほどガス溜め部５４に均一にガス供給を行うことができる。 The communication path 53 is provided in a truncated cone shape along the entire lower end of the gas ejection part 51. The upper end side of the communication path 53 opens around the steam generation space 45 over the entire circumference. The gas reservoir 54 is provided in an annular shape along the entire lower end of the communication path 53. The lower end side of the communication path 53 is connected to the gas reservoir 54. Therefore, the communication path 53 connects the gas reservoir 54 and the steam generation space 45 in communication. Two gas inlets 55 are provided at opposing positions on the outer peripheral side surface of the gas reservoir 54. Gas is supplied from the gas supply unit 60 to the gas ejection jig 50 through these gas inlets 55. The number of gas inlets 55 is not limited to two, and may be one or three or more. However, the larger the number, the more uniform the gas supply to the gas reservoir 54. It can be carried out.

ガス溜め部５４に比較して連通経路５３の配管抵抗は大きく、気体が通過する際の圧力損失はガス溜め部５４よりも連通経路５３の方が大きい。つまり、連通経路５３は狭く、ガス溜め部５４よりも連通経路５３の方が気体が通過しにくい。このため、ガス供給部６０から２つのガス導入口５５を介して送給された気体は連通経路５３を流れるよりも先に一旦ガス溜め部５４内を充満するように流れる。そして、その後に連通経路５３を通過して蒸気発生空間４５へと流れ込む。すなわち、ガス溜め部５４はガス供給に際してのバッファ空間として機能し、一時的にガス溜め部５４に溜められた気体が連通経路５３を通過して蒸気発生空間４５に流入することとなるため、蒸気発生空間４５の周辺から均一に気体が流れ込むこととなる。 The piping resistance of the communication path 53 is larger than that of the gas reservoir 54, and the pressure loss when the gas passes is larger in the communication path 53 than in the gas reservoir 54. In other words, the communication path 53 is narrow, and gas is less likely to pass through the communication path 53 than the gas reservoir 54. Therefore, the gas supplied from the gas supply unit 60 via the two gas introduction ports 55 flows so as to fill the gas reservoir 54 once before flowing through the communication path 53. Then, it passes through the communication path 53 and flows into the steam generation space 45. That is, the gas reservoir 54 functions as a buffer space for gas supply, and the gas temporarily stored in the gas reservoir 54 passes through the communication path 53 and flows into the steam generation space 45. Gas will flow uniformly from the periphery of the generation space 45.

また、上端にアパーチャ５２が形成されたガス噴出部５１の下端に連通経路５３が接続され、さらに連通経路５３の下端にガス溜め部５４が接続されている。従って、ガス供給部６０から供給された気体はガス噴出治具５０の下方から上方へと向かう気流を形成してアパーチャ５２から上方に向けて噴出されることとなる。 Further, a communication path 53 is connected to the lower end of the gas ejection part 51 having an aperture 52 formed at the upper end, and a gas reservoir 54 is connected to the lower end of the communication path 53. Accordingly, the gas supplied from the gas supply unit 60 forms an air flow from the lower side to the upper side of the gas jet jig 50 and is jetted upward from the aperture 52.

図１に戻り、Ｋセル４０は、真空チャンバー１０内に設けられたセルステージ４７に設置されている。セルステージ４７は、真空チャンバー１０の底部に立設されたガイド部材４８により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。セルステージ４７はセル昇降部４３によって昇降される。セル昇降部４３としては、エアシリンダなどの公知の種々の昇降機構を用いることができる。また、セルステージ４７と真空チャンバー１０の底部との間には伸縮自在の蛇腹４９が設けられている。蛇腹４９の上端はセルステージ４７の下側に接続され、蛇腹４９の下端は真空チャンバー１０の底部に接続される。 Returning to FIG. 1, the K cell 40 is installed on a cell stage 47 provided in the vacuum chamber 10. The cell stage 47 is slidably guided by a guide member 48 erected on the bottom of the vacuum chamber 10 and is movable in the vertical direction. The cell stage 47 is lifted and lowered by the cell lift 43. As the cell elevating unit 43, various known elevating mechanisms such as an air cylinder can be used. An elastic bellows 49 is provided between the cell stage 47 and the bottom of the vacuum chamber 10. The upper end of the bellows 49 is connected to the lower side of the cell stage 47, and the lower end of the bellows 49 is connected to the bottom of the vacuum chamber 10.

セル昇降部４３がＫセル４０を上昇させるときには、セルステージ４７がガイド部材４８に案内されて上昇するとともに、蛇腹４９が伸張する。また、セル昇降部４３がＫセル４０を下降させるときには、セルステージ４７がガイド部材４８に案内されて下降するとともに、蛇腹４９が収縮する。よって、Ｋセル４０が昇降する際にも、蛇腹４９が伸縮することによって真空チャンバー１０内の気密状態が維持される。 When the cell elevating part 43 raises the K cell 40, the cell stage 47 is guided and raised by the guide member 48, and the bellows 49 extends. When the cell elevating unit 43 lowers the K cell 40, the cell stage 47 is guided by the guide member 48 and lowered, and the bellows 49 contracts. Therefore, even when the K cell 40 moves up and down, the airtight state in the vacuum chamber 10 is maintained by the expansion and contraction of the bellows 49.

ガス供給部６０は、ガス流量制御部６１、ガスバルブ６２およびガス加熱ヒーター６３を備え、ガス噴出治具５０のガス溜め部５４に所定の気体（本実施形態ではヘリウムガス（Ｈｅ））を送給する。ガス流量制御部６１は、図示を省略するガス供給源から導かれた気体の流量を調整する。ガス流量制御部６１としては、例えばマスフローコントローラー（ＭＦＣ）を用いることができる。ガス加熱ヒーター６３は、ガス流量制御部６１を通過してガス噴出治具５０に送給される気体を加熱する。ガスバルブ６２は、ガス流量制御部６１とガス加熱ヒーター６３との間に設けられ、ガス噴出治具５０へのガス送給の有無を切り替える。 The gas supply unit 60 includes a gas flow rate control unit 61, a gas valve 62, and a gas heater 63, and supplies a predetermined gas (helium gas (He) in the present embodiment) to the gas reservoir 54 of the gas ejection jig 50. To do. The gas flow rate control unit 61 adjusts the flow rate of the gas guided from a gas supply source (not shown). As the gas flow rate control unit 61, for example, a mass flow controller (MFC) can be used. The gas heater 63 heats the gas that passes through the gas flow rate control unit 61 and is supplied to the gas ejection jig 50. The gas valve 62 is provided between the gas flow rate control unit 61 and the gas heater 63 and switches the presence / absence of gas supply to the gas ejection jig 50.

ガス流量制御部６１、ガスバルブ６２およびガス加熱ヒーター６３は真空チャンバー１０の外部に設けられている。そして、ガス加熱ヒーター６３とガス溜め部５４のガス導入口５５とが真空チャンバー１０のチャンバー壁を貫通するガス配管によって連通接続されている。なお、Ｋセル４０が昇降するため、ガス溜め部５４に接続されるガス配管は可撓性のチューブなどを用いることが好ましい。 The gas flow rate controller 61, the gas valve 62, and the gas heater 63 are provided outside the vacuum chamber 10. The gas heater 63 and the gas inlet 55 of the gas reservoir 54 are connected in communication by a gas pipe that penetrates the chamber wall of the vacuum chamber 10. Since the K cell 40 moves up and down, the gas pipe connected to the gas reservoir 54 is preferably a flexible tube.

ガス供給部６０からガス噴出治具５０に気体を送給することによって、ガス噴出治具５０の下方から上方へと向かう気流が形成され、アパーチャ５２から上方に向けて噴出される。この気流はるつぼ４１の開口部周辺の蒸気発生空間４５から基板保持部３０に保持された基板Ｗへと向かうものである。すなわち、ガス噴出治具５０およびガス供給部６０によってるつぼ４１の開口部の直近位置から基板保持部３０に保持された基板Ｗへと向かう気流が形成されることとなる。 By supplying gas from the gas supply unit 60 to the gas ejection jig 50, an air flow is formed from the lower side to the upper side of the gas ejection jig 50, and is ejected upward from the aperture 52. This airflow is directed from the steam generation space 45 around the opening of the crucible 41 toward the substrate W held by the substrate holding unit 30. That is, the gas jetting jig 50 and the gas supply unit 60 form an air flow from the position closest to the opening of the crucible 41 toward the substrate W held by the substrate holding unit 30.

また、基板ステージ３１とガス噴出治具５０のアパーチャ５２との間はシャッター３９によって遮蔽可能とされている。シャッター３９は、図示を省略する駆動機構によって移動される。シャッター３９が基板ステージ３１とアパーチャ５２との間の遮蔽位置（図１の位置）に移動すると、アパーチャ５２から基板ステージ３１に保持される基板Ｗへと向かう気流が遮断される。一方、シャッター３９が待避位置に移動すると、アパーチャ５２からの気流が基板Ｗに到達する。 The space between the substrate stage 31 and the aperture 52 of the gas ejection jig 50 can be shielded by the shutter 39. The shutter 39 is moved by a driving mechanism (not shown). When the shutter 39 moves to the shielding position between the substrate stage 31 and the aperture 52 (the position in FIG. 1), the airflow from the aperture 52 toward the substrate W held on the substrate stage 31 is blocked. On the other hand, when the shutter 39 moves to the retracted position, the airflow from the aperture 52 reaches the substrate W.

また、制御部９０は、ナノ粒子堆積装置１に設けられた種々の動作機構を制御する。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。 The control unit 90 controls various operation mechanisms provided in the nanoparticle deposition apparatus 1. The configuration of the control unit 90 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 90 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk.

上述した構成以外にも、ナノ粒子堆積装置１には、真空装置としての公知の種々の機構が設けられている。例えば、真空チャンバー１０には、内部空間の真空度（圧力）を計測するための圧力計１５が付設されている。圧力計１５によって計測された真空チャンバー１０内の真空度は制御部９０に伝達される。なお、圧力計１５としては、真空チャンバー１０内の圧力に応じて異なる種類のものを使い分けるようにしても良い。その他にも、真空チャンバー１０には、基板Ｗを搬出入するための搬送開口部、Ｋセル４０から発生する熱による温度上昇を防止するための冷却機構および内部空間を大気開放するためのリークバルブ（いずれも図示省略）などが形設されている。 In addition to the configuration described above, the nanoparticle deposition apparatus 1 is provided with various known mechanisms as a vacuum apparatus. For example, the vacuum chamber 10 is provided with a pressure gauge 15 for measuring the degree of vacuum (pressure) in the internal space. The degree of vacuum in the vacuum chamber 10 measured by the pressure gauge 15 is transmitted to the control unit 90. Different types of pressure gauges 15 may be used depending on the pressure in the vacuum chamber 10. In addition, the vacuum chamber 10 includes a transfer opening for carrying the substrate W in and out, a cooling mechanism for preventing a temperature rise due to heat generated from the K cell 40, and a leak valve for opening the internal space to the atmosphere. (Both not shown) are formed.

次に、上記構成を有するナノ粒子堆積装置１における動作手順について説明する。図４は、ナノ粒子堆積装置１の動作手順を示すフローチャートである。以下に示す動作手順は、制御部９０がナノ粒子堆積装置１の各動作機構を制御することによって実行される。 Next, an operation procedure in the nanoparticle deposition apparatus 1 having the above configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an operation procedure of the nanoparticle deposition apparatus 1. The operation procedure shown below is executed by the control unit 90 controlling each operation mechanism of the nanoparticle deposition apparatus 1.

まず、処理対象となる基板Ｗが真空チャンバー１０に搬入されて基板保持部３０に保持される（ステップＳ１）。基板Ｗはその表面を下側に向けて基板ステージ３１に保持される。真空チャンバー１０内の真空度維持のため、真空チャンバー１０にロードロックチャンバーを付設し、そのロードロックチャンバーを介して基板Ｗの搬出入を行うようにしても良い。 First, the substrate W to be processed is carried into the vacuum chamber 10 and held by the substrate holding unit 30 (step S1). The substrate W is held on the substrate stage 31 with its surface facing downward. In order to maintain the degree of vacuum in the vacuum chamber 10, a load lock chamber may be attached to the vacuum chamber 10, and the substrate W may be carried in / out through the load lock chamber.

次に、Ｋセル４０のるつぼ４１にナノ粒子の原材料となる金属（本実施形態ではコバルト）が投入される（ステップＳ２）。原材料が投入されると、ガス噴出治具５０のアパーチャ５２と基板保持部３０に保持された基板Ｗとの間の距離がセル昇降部４３によって１ｃｍ〜４０ｃｍの範囲で調整される。基板Ｗに堆積されるナノ粒子のサイズはこの距離にも依存する。 Next, a metal (cobalt in the present embodiment) that is a raw material of the nanoparticles is put into the crucible 41 of the K cell 40 (step S2). When the raw material is introduced, the distance between the aperture 52 of the gas ejection jig 50 and the substrate W held by the substrate holding unit 30 is adjusted by the cell lifting / lowering unit 43 in the range of 1 cm to 40 cm. The size of the nanoparticles deposited on the substrate W also depends on this distance.

続いて、真空チャンバー１０内が密閉空間とされ、真空チャンバー１０の真空排気が行われる（ステップＳ３）。真空チャンバー１０内の真空排気は、真空排気系２０によって実行される。真空チャンバー１０内が大気圧の状態から真空排気を行う場合には、可変コンダクタンスバルブ２２を全開にしつつロータリーポンプ２４を作動させて粗引きを行った後、所定の圧力となってからターボ分子ポンプ２３を作動させ、処理を開始する前の状態として真空チャンバー１０内の真空度を概ね１０^-4Ｐａ以下にまで到達させる。上述したロードロックチャンバーを介して基板Ｗの搬出入を行う場合には、真空チャンバー１０内がある程度の真空度となっているため、ステップＳ３の初期段階からロータリーポンプ２４およびターボ分子ポンプ２３の双方を作動させて真空チャンバー１０内の真空度を１０^-4Ｐａ以下にしても良い。 Subsequently, the inside of the vacuum chamber 10 is set as a sealed space, and the vacuum chamber 10 is evacuated (step S3). The evacuation in the vacuum chamber 10 is performed by the evacuation system 20. When the vacuum chamber 10 is evacuated from an atmospheric pressure state, the rotary pump 24 is operated while the variable conductance valve 22 is fully opened to perform roughing, and then the turbo molecular pump is brought to a predetermined pressure. 23 is operated to bring the degree of vacuum in the vacuum chamber 10 to approximately 10 ⁻⁴ Pa or less as a state before starting the processing. When the substrate W is carried in and out through the load lock chamber described above, the vacuum chamber 10 has a certain degree of vacuum, so both the rotary pump 24 and the turbo molecular pump 23 from the initial stage of step S3. And the degree of vacuum in the vacuum chamber 10 may be 10 ⁻⁴ Pa or less.

真空チャンバー１０内の真空度が１０^-4Ｐａ以下に到達した後、Ｋセル４０のるつぼ４１をるつぼ加熱ヒーター４２によって所定の温度にまで加熱する（ステップＳ４）。るつぼ４１の加熱温度は原材料となる金属の融点よりも若干低い温度である。例えば、本実施形態においては原材料としてコバルト（融点１４９５℃）を用いているため、るつぼ４１を約１４５０℃にまで加熱する。また、Ｋセル４０の加熱と並行してガス加熱ヒーター６３の加熱を行うとともに、冷却配管３５に液体窒素を流して基板Ｗを冷却する。そして、この状態にてるつぼ４１の温度が所定の温度に到達するまで待機する（ステップＳ５）。 After the degree of vacuum in the vacuum chamber 10 reaches 10 ⁻⁴ Pa or less, the crucible 41 of the K cell 40 is heated to a predetermined temperature by the crucible heater 42 (step S4). The heating temperature of the crucible 41 is slightly lower than the melting point of the metal that is the raw material. For example, in this embodiment, cobalt (melting point: 1495 ° C.) is used as a raw material, so the crucible 41 is heated to about 1450 ° C. Further, the gas heater 63 is heated in parallel with the heating of the K cell 40, and the substrate W is cooled by flowing liquid nitrogen through the cooling pipe 35. And it waits until the temperature of the crucible 41 in this state reaches | attains predetermined temperature (step S5).

るつぼ４１が加熱されて昇温するのにともなってるつぼ４１に投入された原材料の温度も上昇する。るつぼ４１が目標温度である１４５０℃に到達したときには、原材料であるコバルトも１４５０℃にまで昇温している。この温度は融点より低いためコバルトは固体のままではあるが、減圧雰囲気で融点直下まで加熱されているため昇華によって固体から直接コバルトの蒸気が発生する。よって、ステップＳ５にてるつぼ４１の温度が１４５０℃に到達した時点では、蒸気発生空間４５にコバルトの蒸気が存在することとなる。 As the temperature of the crucible 41 is increased by heating, the temperature of the raw material charged into the crucible 41 also increases. When the crucible 41 reaches the target temperature of 1450 ° C., the raw material cobalt is also raised to 1450 ° C. Since this temperature is lower than the melting point, cobalt remains solid, but since it is heated to just below the melting point in a reduced-pressure atmosphere, cobalt vapor is generated directly from the solid by sublimation. Therefore, when the temperature of the crucible 41 reaches 1450 ° C. in step S 5, cobalt vapor is present in the vapor generation space 45.

るつぼ４１の温度が上記所定温度に到達した時点でガスバルブ６２を開放してガス供給部６０からガス噴出治具５０への気体送給を開始する（ステップＳ６）。本実施形態ではガス噴出治具５０にヘリウムガスが送給される。送給するヘリウムガスの流量はガス流量制御部６１によって２０ｃｃ／分〜２００ｃｃ／分の範囲に調整される。ガス供給部６０から送給されたヘリウムガスは一旦ガス溜め部５４に満たされてから連通経路５３を通過して蒸気発生空間４５に流入する。蒸気発生空間４５内のコバルト蒸気はヘリウムガスによって冷却されつつ気相中にコバルトのクラスターを生成する。 When the temperature of the crucible 41 reaches the predetermined temperature, the gas valve 62 is opened and gas supply from the gas supply unit 60 to the gas ejection jig 50 is started (step S6). In the present embodiment, helium gas is supplied to the gas ejection jig 50. The flow rate of the helium gas to be supplied is adjusted by the gas flow rate control unit 61 to a range of 20 cc / min to 200 cc / min. The helium gas supplied from the gas supply unit 60 is once filled in the gas reservoir 54, then passes through the communication path 53 and flows into the steam generation space 45. Cobalt vapor in the vapor generation space 45 is cooled by helium gas and produces cobalt clusters in the gas phase.

ここで、るつぼ４１は、その開口部が上方を向くように設置されている。よって、コバルトの蒸気の蒸発方向は下方から上方へと向かう方向となる。一方、ガス供給部６０から供給されたヘリウムガスはガス噴出治具５０の下方から上方へと向かう気流を形成してアパーチャ５２から上方に向けて噴出される。すなわち、コバルトの蒸気の蒸発方向に沿ってガス供給部６０およびガス噴出治具５０がヘリウムガスの気流を形成する。このため、ヘリウムガスの気流によるコバルトのクラスター生成および生成されたクラスターの運搬が円滑に行われる。 Here, the crucible 41 is installed so that the opening thereof faces upward. Therefore, the evaporation direction of the cobalt vapor is a direction from the bottom to the top. On the other hand, the helium gas supplied from the gas supply unit 60 forms an air flow from the lower side to the upper side of the gas jet jig 50 and is jetted upward from the aperture 52. That is, the gas supply unit 60 and the gas ejection jig 50 form a helium gas stream along the direction of evaporation of cobalt vapor. For this reason, the cluster production | generation of cobalt by the airflow of helium gas and conveyance of the produced | generated cluster are performed smoothly.

また、るつぼ４１の開口部はアパーチャ５２を形成したテーパ面であるガス噴出部５１によって覆われ、蒸気発生空間４５は半密閉空間とされている。るつぼ４１を加熱してコバルトの蒸気が発生している半密閉空間たる蒸気発生空間４５に下方の連通経路５３からヘリウムガスを供給すれば、そのヘリウムガスは上方のアパーチャ５２に向かって円滑に流れる。このため、コバルトの蒸気を無駄なくヘリウムガスの気流に乗せて運ぶことができる。 Further, the opening of the crucible 41 is covered with a gas ejection part 51 which is a tapered surface on which an aperture 52 is formed, and the steam generation space 45 is a semi-enclosed space. If helium gas is supplied from the lower communication path 53 to the steam generation space 45, which is a semi-enclosed space where cobalt vapor is generated by heating the crucible 41, the helium gas smoothly flows toward the upper aperture 52. . For this reason, cobalt vapor can be carried on a helium gas stream without waste.

また、ガス噴出治具５０に送給されるヘリウムガスはガス加熱ヒーター６３によって加熱されている。ガス加熱ヒーター６３によるヘリウムガスの加熱温度は、基板保持部３０に保持された基板Ｗの温度以上であってるつぼ４１の加熱温度以下である。本実施形態では、るつぼ４１が１４５０℃に加熱されており、ガス加熱ヒーター６３はガス噴出治具５０に送給するヘリウムガスを１２００℃に加熱している。 Further, the helium gas fed to the gas ejection jig 50 is heated by the gas heater 63. The heating temperature of the helium gas by the gas heater 63 is not less than the temperature of the substrate W held by the substrate holding unit 30 and not more than the heating temperature of the crucible 41. In the present embodiment, the crucible 41 is heated to 1450 ° C., and the gas heater 63 heats the helium gas supplied to the gas ejection jig 50 to 1200 ° C.

本願発明者等は、コバルトの蒸気に加熱された雰囲気ガスを供給すると、生成されるコバルトのクラスターのサイズ分布が狭小化することを見出した。すなわち、コバルトの蒸気が発生している蒸気発生空間４５に加熱されたヘリウムガスを供給すると、生成されるコバルトのクラスターのサイズ分布が狭くなり、サイズのバラツキが小さくなるのである。 The inventors of the present application have found that when a heated atmospheric gas is supplied to the vapor of cobalt, the size distribution of the produced cobalt clusters is narrowed. That is, when heated helium gas is supplied to the steam generation space 45 in which cobalt vapor is generated, the size distribution of the generated cobalt clusters is narrowed, and the size variation is reduced.

蒸気発生空間４５に流入したヘリウムガスはコバルトのクラスターとともにガス噴出治具５０のアパーチャ５２から上方に向けて噴出される。その結果、真空チャンバー１０内の圧力は急激に上昇するのであるが、その圧力が所定範囲内に収まるように真空排気系２０によって排気が継続して実行される。具体的には、圧力計１５によって計測される真空チャンバー１０内の圧力が０．０１Ｐａ〜１００Ｐａの範囲内に収まるように制御部９０がロータリーポンプ２４およびターボ分子ポンプ２３を作動させつつ可変コンダクタンスバルブ２２のコンダクタンスを制御する。 The helium gas that has flowed into the steam generation space 45 is ejected upward along with the cobalt cluster from the aperture 52 of the gas ejection jig 50. As a result, the pressure in the vacuum chamber 10 rapidly increases, but evacuation is continuously performed by the evacuation system 20 so that the pressure falls within a predetermined range. Specifically, the variable conductance valve is operated while the controller 90 operates the rotary pump 24 and the turbo molecular pump 23 so that the pressure in the vacuum chamber 10 measured by the pressure gauge 15 falls within the range of 0.01 Pa to 100 Pa. 22 conductances are controlled.

真空チャンバー１０内の圧力が安定した後、シャッター３９が待避位置に移動するとともに、ステージ駆動部３２が基板ステージ３１を水平面内にて二次元走査させる（ステップＳ７）。シャッター３９が待避位置に移動することによってアパーチャ５２と基板Ｗとの間が開放され、アパーチャ５２から噴出された気流が基板Ｗに到達する。このときに、蒸気発生空間４５内にて生成されたコバルトのクラスターもヘリウムガスの気流によって基板ステージ３１に保持された基板Ｗにまで運搬される。基板Ｗにまで到達したコバルトのクラスターは、コバルトのナノ粒子として基板Ｗの表面に堆積する。但し、ヘリウムガスの気流が到達するエリアは基板Ｗの面積に比較して小さい。このため、ステージ駆動部３２によって基板ステージ３１を二次元走査させることにより、アパーチャ５２に対して基板Ｗを平行に相対移動させて基板Ｗの全面にコバルトのナノ粒子が堆積されるようにしている。 After the pressure in the vacuum chamber 10 is stabilized, the shutter 39 moves to the retracted position, and the stage drive unit 32 causes the substrate stage 31 to scan two-dimensionally in the horizontal plane (step S7). When the shutter 39 is moved to the retracted position, the space between the aperture 52 and the substrate W is opened, and the airflow ejected from the aperture 52 reaches the substrate W. At this time, cobalt clusters generated in the vapor generation space 45 are also transported to the substrate W held on the substrate stage 31 by the air flow of helium gas. Cobalt clusters that have reached the substrate W are deposited on the surface of the substrate W as cobalt nanoparticles. However, the area where the gas flow of helium gas reaches is smaller than the area of the substrate W. Therefore, the substrate stage 31 is two-dimensionally scanned by the stage driving unit 32 so that the substrate W is relatively moved in parallel with the aperture 52 so that cobalt nanoparticles are deposited on the entire surface of the substrate W. .

また、ナノ粒子の堆積処理を行うときには、冷却配管３５に沸点が−１９６℃の液体窒素を流して基板Ｗを冷却している。一方、アパーチャ５２から噴出されるヘリウムガスはガス加熱ヒーター６３によって加熱されており、ヘリウムガスの温度は基板Ｗの近傍であっても基板Ｗの温度よりも高い。このため、基板Ｗの表面近傍では温度勾配が生じ、それによってコバルトのクラスターに熱泳動力が作用する。熱泳動力とは、温度勾配のある場に存在する微粒子が高温側から低温側へと移動するように受ける力である。従って、アパーチャ５２からヘリウムガスとともに噴出されて基板Ｗの表面近傍にまで到達したコバルトのクラスターは基板Ｗの表面へと向かう力を受けることとなり、ナノ粒子の堆積効率が高まることとなる。 When performing the nanoparticle deposition process, the substrate W is cooled by flowing liquid nitrogen having a boiling point of −196 ° C. through the cooling pipe 35. On the other hand, the helium gas ejected from the aperture 52 is heated by the gas heater 63, and the temperature of the helium gas is higher than the temperature of the substrate W even in the vicinity of the substrate W. For this reason, a temperature gradient is generated in the vicinity of the surface of the substrate W, whereby a thermophoretic force acts on the cobalt cluster. The thermophoretic force is a force that is applied so that fine particles present in a temperature gradient field move from a high temperature side to a low temperature side. Therefore, the cobalt cluster which is ejected from the aperture 52 together with the helium gas and reaches the vicinity of the surface of the substrate W receives a force toward the surface of the substrate W, and the deposition efficiency of the nanoparticles is increased.

所定時間が経過し、基板Ｗの全面に必要なコバルトのナノ粒子の堆積量が得られたら、シャッター３９が遮蔽位置に移動するとともに、ステージ駆動部３２が基板ステージ３１を原点位置に復帰させる。そして、ガスバルブ６２を閉止してガス供給部６０からのヘリウムガスの流入を停止するとともに、可変コンダクタンスバルブ２２を全開にして真空チャンバー１０内を再度真空排気する。また、それと同時に、ガス加熱ヒーター６３およびＫセル４０の加熱も停止する。続いて、可変コンダクタンスバルブ２２を閉止して真空排気を停止するとともに、ガス供給部６０から不活性ガスを供給して真空チャンバー１０内を大気圧に復帰させる。そして、処理後の基板Ｗを真空チャンバー１０から搬出してナノ粒子の堆積処理が完了する（ステップＳ８）。 When a predetermined amount of time has elapsed and the deposition amount of cobalt nanoparticles required on the entire surface of the substrate W has been obtained, the shutter 39 moves to the shielding position, and the stage drive unit 32 returns the substrate stage 31 to the origin position. Then, the gas valve 62 is closed to stop the inflow of helium gas from the gas supply unit 60, and the variable conductance valve 22 is fully opened to evacuate the vacuum chamber 10 again. At the same time, heating of the gas heater 63 and the K cell 40 is also stopped. Subsequently, the variable conductance valve 22 is closed to stop evacuation, and an inert gas is supplied from the gas supply unit 60 to return the inside of the vacuum chamber 10 to atmospheric pressure. Then, the processed substrate W is unloaded from the vacuum chamber 10 to complete the nanoparticle deposition process (step S8).

本実施形態のナノ粒子堆積装置１は、上端にアパーチャ５２を形成したガス噴出部５１によってるつぼ４１の開口部を覆い、ガス噴出部５１の内側面とるつぼ４１の開口部との間に半密閉空間である蒸気発生空間４５を形成している。そして、蒸気発生空間４５にガス供給部６０からヘリウムガスを供給することによってるつぼ４１の開口部から基板保持部３０に保持された基板Ｗへと向かう気流を形成している。一方、減圧雰囲気に置かれたるつぼ４１にて融点直下まで加熱された原材料からは昇華によって固体から直接コバルトの蒸気が緩やかに発生する。従って、発生したコバルトの蒸気の大部分がヘリウムガスによって冷却されてクラスターを形成しつつ、ヘリウムガスの気流によって基板Ｗまで運搬されることとなる。よって、発生したコバルトの蒸気のロスが少なくなり、その分だけ基板Ｗに到達するコバルトのクラスターが増加し、基板Ｗにナノ粒子を高いスループットにて堆積させることができる。 The nanoparticle deposition apparatus 1 of the present embodiment covers the opening of the crucible 41 with a gas ejection part 51 having an aperture 52 formed at the upper end, and is semi-sealed between the inner surface of the gas ejection part 51 and the opening of the crucible 41. A steam generation space 45 which is a space is formed. Then, by supplying helium gas from the gas supply unit 60 to the steam generation space 45, an air flow is formed from the opening of the crucible 41 toward the substrate W held by the substrate holding unit 30. On the other hand, from the raw material heated to just below the melting point in the crucible 41 placed in a reduced-pressure atmosphere, cobalt vapor is gently generated directly from the solid by sublimation. Therefore, most of the generated cobalt vapor is cooled by the helium gas to form a cluster, and is transported to the substrate W by the air flow of helium gas. Therefore, the loss of the generated cobalt vapor is reduced, the amount of cobalt clusters reaching the substrate W is increased correspondingly, and nanoparticles can be deposited on the substrate W at a high throughput.

また、本実施形態のナノ粒子堆積装置１は、サイズ分級のためのインパクターを備えていない。このため、インパクターによって捕集されるクラスターは無く、発生したコバルトの蒸気のロスはさらに少なくなる。その結果、ナノ粒子をより高いスループットにて基板Ｗに堆積させることができる。 Further, the nanoparticle deposition apparatus 1 of the present embodiment does not include an impactor for size classification. For this reason, there is no cluster collected by the impactor, and the loss of the generated cobalt vapor is further reduced. As a result, nanoparticles can be deposited on the substrate W with higher throughput.

ナノ粒子堆積装置１は、インパクターを備えていないものの、ガス加熱ヒーター６３によって加熱したヘリウムガスをコバルトの蒸気が発生している蒸気発生空間４５に供給している。ヘリウムガスの加熱温度を最適化すれば、生成されるコバルトのクラスターのサイズ分布を相当程度にまで狭小化することができる。すなわち、ナノ粒子堆積装置１は、インパクターを備えていないものの、供給するヘリウムガスを加熱することによってクラスターのサイズのバラツキを小さくしてインパクターを用いるのと同様の効果を得ることができるのである。 Although the nanoparticle deposition apparatus 1 does not include an impactor, the nanoparticle deposition apparatus 1 supplies helium gas heated by the gas heater 63 to the vapor generation space 45 where cobalt vapor is generated. If the heating temperature of the helium gas is optimized, the size distribution of the generated cobalt clusters can be narrowed to a considerable extent. That is, although the nanoparticle deposition apparatus 1 is not equipped with an impactor, it can obtain the same effect as using the impactor by reducing the variation in cluster size by heating the supplied helium gas. is there.

また、ナノ粒子堆積装置１は、ガス噴出治具５０と基板Ｗとの間に差動排気室を設けていない。このため、差動排気によってヘリウムガスとともに排気されるクラスターは存在せず、発生したコバルトの蒸気のロスはさらに少なくなる。その結果、ナノ粒子をより高いスループットにて基板Ｗに堆積させることができる。 Further, the nanoparticle deposition apparatus 1 does not provide a differential exhaust chamber between the gas ejection jig 50 and the substrate W. For this reason, there is no cluster exhausted together with helium gas by differential exhaust, and the loss of generated cobalt vapor is further reduced. As a result, nanoparticles can be deposited on the substrate W with higher throughput.

さらに、ナノ粒子堆積装置１は、基板Ｗを冷却しつつナノ粒子の堆積処理を行っている。これにより、アパーチャ５２からヘリウムガスとともに噴出されて基板Ｗの表面近傍にまで到達したコバルトのクラスターは基板Ｗの表面へと向かう熱泳動力を受けることとなり、ナノ粒子の堆積効率が高まる。その結果、ナノ粒子をより高いスループットにて基板Ｗに堆積させることができる。 Further, the nanoparticle deposition apparatus 1 performs a nanoparticle deposition process while cooling the substrate W. As a result, the cobalt clusters that are ejected from the aperture 52 together with the helium gas and reach the vicinity of the surface of the substrate W are subjected to thermophoretic force toward the surface of the substrate W, and the deposition efficiency of the nanoparticles is increased. As a result, nanoparticles can be deposited on the substrate W with higher throughput.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、ナノ粒子の原材料となる金属としてコバルトを用いていたが、これに限定されるものではなく、種々の金属を用いることができる。カーボンナノチューブ形成の触媒として機能するナノ粒子を基板Ｗ上に堆積させるのであれば、コバルト、ニッケル（融点１４５５℃）、鉄（融点１５３５℃）からなる群から選択された少なくとも一種の金属を原材料とするのが好適である。さらに、コバルト、ニッケル、鉄などの主成分に、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を微量に添加するようにしても良い。 While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the said embodiment, although cobalt was used as a metal used as the raw material of a nanoparticle, it is not limited to this, A various metal can be used. If nanoparticles functioning as a catalyst for forming carbon nanotubes are deposited on the substrate W, at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel (melting point 1455 ° C.) and iron (melting point 1535 ° C.) is used as a raw material. It is preferable to do this. Furthermore, trace amounts of molybdenum (Mo), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), chromium (Cr), aluminum (Al), and alumina (Al ₂ O ₃ ) in main components such as cobalt, nickel, and iron You may make it add.

また、上記実施形態においては、ガス供給部６０からガス噴出治具５０にヘリウムガスを送給するようにしていたが、これに限定されるものではなく、アルゴンガス（Ａｒ）、キセノンガス（Ｘｅ）、窒素ガス（Ｎ₂）などの不活性ガスであれば良い。 In the above embodiment, helium gas is supplied from the gas supply unit 60 to the gas ejection jig 50. However, the present invention is not limited to this, and argon gas (Ar), xenon gas (Xe) is not limited thereto. ) Or an inert gas such as nitrogen gas (N ₂ ).

また、上記実施形態においては、冷却配管３５に液体窒素を流して基板Ｗを冷却するようにしていたが、これに代えて冷却水などのその他の冷媒を流して基板Ｗを冷却するようにしても良い。或いは、ペルチェ素子によって基板Ｗを冷却するようにしても良い。 In the above embodiment, the substrate W is cooled by flowing liquid nitrogen through the cooling pipe 35. Instead, the substrate W is cooled by flowing other coolant such as cooling water. Also good. Alternatively, the substrate W may be cooled by a Peltier element.

また、上記実施形態においては、真空排気系２０をターボ分子ポンプ２３およびロータリーポンプ２４の組み合わせによって構成していたが、これに限定されるものではなく、真空チャンバー１０内を１０^-4Ｐａ以下にまで減圧できるものであれば、例えば拡散ポンプ（ＤＰ）とロータリーポンプとの組み合わせによって構成するようにしても良い。 Moreover, in the said embodiment, although the vacuum exhaust system 20 was comprised by the combination of the turbo-molecular pump 23 and the rotary pump 24, it is not limited to this, The inside of the vacuum chamber 10 is set to 10 <^-4> Pa or less. For example, a combination of a diffusion pump (DP) and a rotary pump may be used as long as the pressure can be reduced.

また、上記実施形態においては、基板ステージ３１の近傍にシャッター３９を配置していたが、これに代えてガス噴出治具５０のアパーチャ５２の直上にシャッターを設けるようにしても良い。 In the above-described embodiment, the shutter 39 is disposed in the vicinity of the substrate stage 31. However, instead of this, a shutter may be provided immediately above the aperture 52 of the gas ejection jig 50.

１ナノ粒子堆積装置
１０真空チャンバー
２０真空排気系
２２可変コンダクタンスバルブ
２３ターボ分子ポンプ
２４ロータリーポンプ
３０基板保持部
３１基板ステージ
３２ステージ駆動部
３５冷却配管
３９シャッター
４０Ｋセル
４１るつぼ
４２るつぼ加熱ヒーター
４５蒸気発生空間
５０ガス噴出治具
５１ガス噴出部
５２アパーチャ
５３連通経路
５４ガス溜め部
６０ガス供給部
６１ガス流量制御部
６３ガス加熱ヒーター
９０制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nanoparticle deposition apparatus 10 Vacuum chamber 20 Vacuum exhaust system 22 Variable conductance valve 23 Turbo molecular pump 24 Rotary pump 30 Substrate holding part 31 Substrate stage 32 Stage drive part 35 Cooling piping 39 Shutter 40 K cell 41 Crucible 42 Crucible heater 45 Steam Generation space 50 Gas ejection jig 51 Gas ejection section 52 Aperture 53 Communication path 54 Gas reservoir section 60 Gas supply section 61 Gas flow rate control section 63 Gas heater 90 Control section

Claims

基板上にナノ粒子を堆積させるナノ粒子堆積装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
前記チャンバー内を排気する排気手段と、
前記保持手段に保持される基板に対向して前記チャンバー内に配置され、原材料を収納するるつぼと、
前記るつぼを加熱するるつぼ加熱手段と、
前記るつぼの開口部から前記保持手段に保持された基板へと向かう気流を形成する気流形成手段と、
を備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。 A nanoparticle deposition apparatus for depositing nanoparticles on a substrate,
A chamber for housing the substrate;
Holding means for holding the substrate in the chamber;
Exhaust means for exhausting the chamber;
A crucible placed in the chamber facing the substrate held by the holding means and containing raw materials;
A crucible heating means for heating the crucible;
An airflow forming means for forming an airflow from the opening of the crucible toward the substrate held by the holding means;
A nanoparticle deposition apparatus comprising:

請求項１記載のナノ粒子堆積装置において、
前記気流形成手段は、
先端に形成されたアパーチャから前記るつぼの開口部に向けて拡がるテーパ面を有し、当該テーパ面によって前記るつぼの開口部を覆う気流噴出治具と、
前記るつぼの開口部と前記テーパ面との間の蒸気発生空間に所定の気体を送給する気体供給手段と、
を備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。 The nanoparticle deposition apparatus according to claim 1, wherein
The airflow forming means includes
An airflow ejection jig having a tapered surface extending from the aperture formed at the tip toward the opening of the crucible, and covering the opening of the crucible by the tapered surface;
Gas supply means for supplying a predetermined gas to the steam generation space between the opening of the crucible and the tapered surface;
A nanoparticle deposition apparatus comprising:

請求項２記載のナノ粒子堆積装置において、
前記気体供給手段は、送給する気体を加熱する気体加熱手段を備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。 The nanoparticle deposition apparatus according to claim 2, wherein
The nanoparticle deposition apparatus, wherein the gas supply means includes gas heating means for heating the gas to be fed.

請求項３記載のナノ粒子堆積装置において、
前記気体加熱手段は、前記保持手段に保持された基板の温度以上であって前記るつぼの加熱温度以下に気体を加熱することを特徴とするナノ粒子堆積装置。 The nanoparticle deposition apparatus according to claim 3, wherein
The nanoparticle deposition apparatus, wherein the gas heating means heats the gas to a temperature equal to or higher than a temperature of the substrate held by the holding means and lower than a heating temperature of the crucible.

請求項２から請求項４のいずれかに記載のナノ粒子堆積装置において、
前記気流噴出治具は、
前記気体供給手段から送給された気体を一時的に溜める環状のガス溜め部と、
前記蒸気発生空間の周囲に接続され、前記ガス溜め部と前記蒸気発生空間とを連通する連通経路と、
をさらに備え、
気体が通過する際の圧力損失は前記ガス溜め部よりも前記連通経路の方が大きいことを特徴とするナノ粒子堆積装置。 In the nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 2 to 4,
The airflow ejection jig is
An annular gas reservoir for temporarily storing the gas supplied from the gas supply means;
A communication path connected to the periphery of the steam generation space and communicating the gas reservoir and the steam generation space;
Further comprising
The nanoparticle deposition apparatus according to claim 1, wherein a pressure loss when the gas passes is larger in the communication path than in the gas reservoir.

請求項１から請求項５のいずれかに記載のナノ粒子堆積装置において、
前記保持手段は前記るつぼの上方に基板を保持することを特徴とするナノ粒子堆積装置。 In the nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The nanoparticle deposition apparatus, wherein the holding means holds the substrate above the crucible.

請求項１から請求項６のいずれかに記載のナノ粒子堆積装置において、
前記保持手段に保持された基板を冷却する冷却手段をさらに備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。 The nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The nanoparticle deposition apparatus further comprising cooling means for cooling the substrate held by the holding means.

請求項１から請求項７のいずれかに記載のナノ粒子堆積装置において、
コンダクタンスを変化させて前記チャンバー内の圧力を調整する排気コンダクタンス調整手段をさらに備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。 The nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The nanoparticle deposition apparatus further comprising exhaust conductance adjusting means for adjusting the pressure in the chamber by changing conductance.

請求項１から請求項８のいずれかに記載のナノ粒子堆積装置において、
前記原材料は、コバルト、ニッケルおよび鉄からなる群から選択された少なくとも一種の金属を含むことを特徴とするナノ粒子堆積装置。 The nanoparticle deposition apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The nanoparticle deposition apparatus, wherein the raw material contains at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and iron.

チャンバー内に収容した基板上にナノ粒子を堆積させるナノ粒子堆積方法であって、
前記チャンバー内を真空排気する排気工程と、
前記チャンバー内にて原材料を収納したるつぼを加熱して原材料の蒸気を発生させるるつぼ加熱工程と、
前記るつぼの開口部に所定の気体を送給して前記開口部から前記チャンバー内に収容された基板へと向かう気流を形成し、当該気流によって前記原材料の蒸気を冷却しつつ前記基板にまで運ぶ気流形成工程と、
を備えることを特徴とするナノ粒子堆積方法。 A nanoparticle deposition method for depositing nanoparticles on a substrate housed in a chamber, comprising:
An evacuation step of evacuating the chamber;
A crucible heating step of heating the crucible containing the raw material in the chamber to generate vapor of the raw material;
A predetermined gas is supplied to the opening of the crucible to form an airflow from the opening toward the substrate accommodated in the chamber, and the vapor of the raw material is cooled by the airflow and conveyed to the substrate. An air flow forming step;
A nanoparticle deposition method comprising:

請求項１０記載のナノ粒子堆積方法において、
前記るつぼの開口部に送給する気体を加熱する気体加熱工程をさらに備えることを特徴とするナノ粒子堆積方法。 The nanoparticle deposition method of claim 10, wherein
The nanoparticle deposition method further comprising a gas heating step of heating a gas to be supplied to the opening of the crucible.

請求項１１記載のナノ粒子堆積方法において、
前記るつぼの開口部に送給される気体は、前記基板の温度以上であって前記るつぼの加熱温度以下に加熱されることを特徴とするナノ粒子堆積方法。 The nanoparticle deposition method of claim 11,
The method of depositing nanoparticles, wherein the gas fed to the opening of the crucible is heated to a temperature not lower than the temperature of the substrate and not higher than a heating temperature of the crucible.

請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のナノ粒子堆積方法において、
前記基板を冷却する冷却工程を備えることを特徴とするナノ粒子堆積方法。 The nanoparticle deposition method according to any one of claims 10 to 12,
A nanoparticle deposition method comprising a cooling step of cooling the substrate.

請求項１０から請求項１３のいずれかに記載のナノ粒子堆積方法において、
前記気流形成工程は、前記るつぼが加熱されて所定温度にまで到達した時点で開始されることを特徴とするナノ粒子堆積方法。 The nanoparticle deposition method according to any one of claims 10 to 13,
The airflow forming step is started when the crucible is heated and reaches a predetermined temperature.

請求項１０から請求項１４のいずれかに記載のナノ粒子堆積方法において、
前記原材料は、コバルト、ニッケルおよび鉄からなる群から選択された少なくとも一種の金属を含むことを特徴とするナノ粒子堆積方法。 The nanoparticle deposition method according to any one of claims 10 to 14,
The method for depositing nanoparticles, wherein the raw material contains at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and iron.