JP2000282222A - 超微粒子生成堆積装置 - Google Patents
超微粒子生成堆積装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高純度超微粒子を効率的に作製し、堆積を行
い、併せて超微粒子に対する汚染・ダメージを軽減する
超微粒子生成堆積装置を提供すること。 【解決手段】 低圧希ガス雰囲気下でターゲット材をレ
ーザー光１０８で励起し、アブレーション反応によって
ターゲット材の脱離・射出を行い、脱離・射出物質を空
中で凝縮・成長させて超微粒子を生成し、この超微粒子
をアブレーションプルームの成長方向に配置された超微
粒子収集パイプによって収集する超微粒子生成部１０
１、収集された超微粒子を荷電し、分級装置１１３を用
いて分級する超微粒子分級部１０２、分級された超微粒
子を堆積基板上に超微粒子堆積用ノズルを介して堆積す
る超微粒子堆積部１０３から構成される、超微粒子の生
成から堆積までを連続的な一括のプロセスで行う超微粒
子生成堆積装置である。
い、併せて超微粒子に対する汚染・ダメージを軽減する
超微粒子生成堆積装置を提供すること。 【解決手段】 低圧希ガス雰囲気下でターゲット材をレ
ーザー光１０８で励起し、アブレーション反応によって
ターゲット材の脱離・射出を行い、脱離・射出物質を空
中で凝縮・成長させて超微粒子を生成し、この超微粒子
をアブレーションプルームの成長方向に配置された超微
粒子収集パイプによって収集する超微粒子生成部１０
１、収集された超微粒子を荷電し、分級装置１１３を用
いて分級する超微粒子分級部１０２、分級された超微粒
子を堆積基板上に超微粒子堆積用ノズルを介して堆積す
る超微粒子堆積部１０３から構成される、超微粒子の生
成から堆積までを連続的な一括のプロセスで行う超微粒
子生成堆積装置である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は機能材料製造装置に
関するものであり、特に、量子サイズ効果から様々な機
能発現が期待できる超微粒子の粒径制御、収量向上、汚
染軽減をなし得る優れた特徴を有する機能材料製造装置
に関するものである。
関するものであり、特に、量子サイズ効果から様々な機
能発現が期待できる超微粒子の粒径制御、収量向上、汚
染軽減をなし得る優れた特徴を有する機能材料製造装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｉ系ＩＶ族材料から構成される半導体
超微粒子を可視発光等が可能となる光電子材料として用
いるためには、粒径がｎｍ（ナノメートル）レベルで制
御された球状超微粒子作製が不可欠である。さらに、ｎ
ｍレベルの超微粒子作製にはレーザーアブレーション法
が好適である。
超微粒子を可視発光等が可能となる光電子材料として用
いるためには、粒径がｎｍ（ナノメートル）レベルで制
御された球状超微粒子作製が不可欠である。さらに、ｎ
ｍレベルの超微粒子作製にはレーザーアブレーション法
が好適である。
【０００３】図５は例えば特開平９−２７５０７５号に
記載された、従来のターゲット材に対してレーザーアブ
レーション法を施すことにより、超微粒子を作製堆積す
るための装置概念図である。
記載された、従来のターゲット材に対してレーザーアブ
レーション法を施すことにより、超微粒子を作製堆積す
るための装置概念図である。
【０００４】図５においてエキシマレーザー光源５０２
からのレーザー光がスリット５０３、集光レンズ５０
４、ミラー５０５、レーザー光導入窓５０６から構成さ
れた光学系を経由し、真空反応室５０１に導入され、真
空反応室５０１の内部に設置されたターゲットフォルダ
ー５０７に配置されたターゲット材５０８の表面に集光
照射される。
からのレーザー光がスリット５０３、集光レンズ５０
４、ミラー５０５、レーザー光導入窓５０６から構成さ
れた光学系を経由し、真空反応室５０１に導入され、真
空反応室５０１の内部に設置されたターゲットフォルダ
ー５０７に配置されたターゲット材５０８の表面に集光
照射される。
【０００５】さらに、ターゲット材５０８表面の放線方
向に堆積基板５０９が配置されている。ターゲット材５
０８からのレーザーアブレーションによる脱離・射出物
質は堆積基板５０９上に捕集・堆積される。
向に堆積基板５０９が配置されている。ターゲット材５
０８からのレーザーアブレーションによる脱離・射出物
質は堆積基板５０９上に捕集・堆積される。
【０００６】上記のように構成された装置において、Ｓ
ｉをターゲット材とした場合の半導体超微粒子の作製に
ついて考える。
ｉをターゲット材とした場合の半導体超微粒子の作製に
ついて考える。
【０００７】まず、真空反応室５０１を、ターボ分子ポ
ンプを主体とした高真空排気系５１２により、１×１０
-8Ｔｏｒｒの超高真空まで排気後、高真空排気系５１２
を閉鎖する。
ンプを主体とした高真空排気系５１２により、１×１０
-8Ｔｏｒｒの超高真空まで排気後、高真空排気系５１２
を閉鎖する。
【０００８】次に、希ガス導入ライン５１０を通じてヘ
リウムガス（Ｈｅ）を真空反応室５０１内に導入し、マ
スフローコントローラ５１１による流量制御とドライロ
ータリーポンプを主体とした差動排気系５１３による差
動排気により、一定圧力（１．０〜２０．０Ｔｏｒｒ）
の低圧希ガス（Ｈｅ）雰囲気に真空反応室５０１を保持
する。保持された数ＴｏｒｒのＨｅガス雰囲気下で、タ
ーゲット材表面に高エネルギー密度（例えば１. ０Ｊ／
ｃｍ2 以上）のレーザー光を照射し、ターゲット材から
の物質の脱離・射出を行う。
リウムガス（Ｈｅ）を真空反応室５０１内に導入し、マ
スフローコントローラ５１１による流量制御とドライロ
ータリーポンプを主体とした差動排気系５１３による差
動排気により、一定圧力（１．０〜２０．０Ｔｏｒｒ）
の低圧希ガス（Ｈｅ）雰囲気に真空反応室５０１を保持
する。保持された数ＴｏｒｒのＨｅガス雰囲気下で、タ
ーゲット材表面に高エネルギー密度（例えば１. ０Ｊ／
ｃｍ2 以上）のレーザー光を照射し、ターゲット材から
の物質の脱離・射出を行う。
【０００９】脱離物質は雰囲気ガス分子に運動エネルギ
ーを散逸するため、空中での凝縮・成長が促され、堆積
基板５０９上で粒径数ｎｍから数十ｎｍの超微粒子に成
長して堆積される。
ーを散逸するため、空中での凝縮・成長が促され、堆積
基板５０９上で粒径数ｎｍから数十ｎｍの超微粒子に成
長して堆積される。
【００１０】元来、ＩＶ族半導体は間接遷移型なので、
バンド間遷移においてはフォノンの介在が不可欠であ
り、必然的に再結合過程では熱の発生が多く、輻射再結
合をする確率はきわめて少ないが、形状を粒径が数ｎｍ
レベルの超微粒子にすると、バンド間遷移における波数
選択則の緩和、振動子強度の増大等の効果が生じること
により、電子−正孔対の輻射再結合過程の発生確率が増
大し、強い発光を呈することが可能となる。
バンド間遷移においてはフォノンの介在が不可欠であ
り、必然的に再結合過程では熱の発生が多く、輻射再結
合をする確率はきわめて少ないが、形状を粒径が数ｎｍ
レベルの超微粒子にすると、バンド間遷移における波数
選択則の緩和、振動子強度の増大等の効果が生じること
により、電子−正孔対の輻射再結合過程の発生確率が増
大し、強い発光を呈することが可能となる。
【００１１】ここで、発光波長（発光フォトンエネルギ
ー）の制御には、図６に示した超微粒子粒径の減少に伴
う量子閉じこめ効果による吸収端発光エネルギー（バン
ドギャップＥｇに対応）の増大を利用する。つまり、単
一発光波長を得るためには超微粒子粒径の均一化が不可
欠である。発光波長に対応した粒径の超微粒子を可能な
限り粒径分布を抑制して生成・堆積できれば単色発光す
る光電子材料を得ることが可能となる。
ー）の制御には、図６に示した超微粒子粒径の減少に伴
う量子閉じこめ効果による吸収端発光エネルギー（バン
ドギャップＥｇに対応）の増大を利用する。つまり、単
一発光波長を得るためには超微粒子粒径の均一化が不可
欠である。発光波長に対応した粒径の超微粒子を可能な
限り粒径分布を抑制して生成・堆積できれば単色発光す
る光電子材料を得ることが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術で述べ
たように光電子材料としての半導体超微粒子を用いて単
一波長の発光を行うためには、粒径分布の抑制された単
一粒径の数ｎｍレベルの超微粒子の生成・堆積が要求さ
れている。
たように光電子材料としての半導体超微粒子を用いて単
一波長の発光を行うためには、粒径分布の抑制された単
一粒径の数ｎｍレベルの超微粒子の生成・堆積が要求さ
れている。
【００１３】従来の技術では雰囲気希ガスの圧力、ター
ゲット材と堆積基板の距離等を適切に選んでやることに
よって、平均粒径を制御することは可能であるが、依然
として粒径の分布は存在するために、例えば幾何標準偏
差σg が１. ２以下であるような、均一な粒径の半導体
超微粒子を得ることは困難である。つまり、より積極的
な粒径制御が必要とされている。また、ｎｍレベルの超
微粒子はその高い表面原子割合（例えば粒径５ｎｍで約
４０％）のために非常に不純物や欠陥の混入に敏感であ
る。
ゲット材と堆積基板の距離等を適切に選んでやることに
よって、平均粒径を制御することは可能であるが、依然
として粒径の分布は存在するために、例えば幾何標準偏
差σg が１. ２以下であるような、均一な粒径の半導体
超微粒子を得ることは困難である。つまり、より積極的
な粒径制御が必要とされている。また、ｎｍレベルの超
微粒子はその高い表面原子割合（例えば粒径５ｎｍで約
４０％）のために非常に不純物や欠陥の混入に敏感であ
る。
【００１４】つまり、生成堆積手法としてより清浄でダ
メージの少ないプロセスが求められている。
メージの少ないプロセスが求められている。
【００１５】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたもので、単一粒径・均一構造を有するｎｍレベ
ルの高純度超微粒子を汚染・ダメージを軽減した状態で
効率的に作製し、堆積基板上に堆積する超微粒子生成堆
積装置を提供することを目的とする。
なされたもので、単一粒径・均一構造を有するｎｍレベ
ルの高純度超微粒子を汚染・ダメージを軽減した状態で
効率的に作製し、堆積基板上に堆積する超微粒子生成堆
積装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の超微粒子の生成堆積装置は、レーザーアブレ
ーションによる超微粒子の生成、微分型電気移動度分級
装置による超微粒子の粒径制御、さらに堆積基板への超
微粒子の堆積を連続的な一括のプロセスで行うように構
成したものである。
に本発明の超微粒子の生成堆積装置は、レーザーアブレ
ーションによる超微粒子の生成、微分型電気移動度分級
装置による超微粒子の粒径制御、さらに堆積基板への超
微粒子の堆積を連続的な一括のプロセスで行うように構
成したものである。
【００１７】かかる構成により、単一粒径・均一構造の
高純度超微粒子を効率的に作製し、堆積基板上に堆積す
ることができ、さらに、汚染・ダメージを軽減すること
ができる。
高純度超微粒子を効率的に作製し、堆積基板上に堆積す
ることができ、さらに、汚染・ダメージを軽減すること
ができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、低圧希ガス雰囲気下でターゲット材をレーザー光で
励起し、アブレーション反応によってターゲット材の脱
離・射出を行い、脱離・射出された物質を空中で凝縮・
成長させて超微粒子を生成し、生成された超微粒子をア
ブレーション反応によって生じたアブレーションプルー
ムの成長方向に配置された超微粒子収集パイプによって
収集する超微粒子生成部、収集された超微粒子を荷電し
微分型電気移動度分級装置を用いて分級する超微粒子分
級部、分級された超微粒子を堆積基板上に超微粒子堆積
用ノズルを介して堆積する超微粒子堆積部から構成され
る、超微粒子の生成から堆積までを連続的な一括のプロ
セスで行うことを特徴とする超微粒子生成堆積装置であ
り、単一粒径・均一構造の高純度超微粒子を効率的に作
製し、堆積基板上に堆積するという作用を有する。
は、低圧希ガス雰囲気下でターゲット材をレーザー光で
励起し、アブレーション反応によってターゲット材の脱
離・射出を行い、脱離・射出された物質を空中で凝縮・
成長させて超微粒子を生成し、生成された超微粒子をア
ブレーション反応によって生じたアブレーションプルー
ムの成長方向に配置された超微粒子収集パイプによって
収集する超微粒子生成部、収集された超微粒子を荷電し
微分型電気移動度分級装置を用いて分級する超微粒子分
級部、分級された超微粒子を堆積基板上に超微粒子堆積
用ノズルを介して堆積する超微粒子堆積部から構成され
る、超微粒子の生成から堆積までを連続的な一括のプロ
セスで行うことを特徴とする超微粒子生成堆積装置であ
り、単一粒径・均一構造の高純度超微粒子を効率的に作
製し、堆積基板上に堆積するという作用を有する。
【００１９】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の超微粒子生成堆積装置において、超微粒子生成
部、分級部、堆積部を超高真空に排気した後、高純度の
低圧希ガス雰囲気下で超微粒子の生成・分級・堆積を行
うことを特徴とするものであり、生成堆積される超微粒
子の汚染を軽減し高純度化を促進するという作用を有す
る。
１記載の超微粒子生成堆積装置において、超微粒子生成
部、分級部、堆積部を超高真空に排気した後、高純度の
低圧希ガス雰囲気下で超微粒子の生成・分級・堆積を行
うことを特徴とするものであり、生成堆積される超微粒
子の汚染を軽減し高純度化を促進するという作用を有す
る。
【００２０】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２記載の超微粒子生成堆積装置において、超微
粒子生成部に設けた圧力計により超微粒子堆積部に接続
された排気ポンプの排気速度をフィードバック制御する
ことを特徴とするものであり、超微粒子分級部における
超微粒子の分級精度を向上するという作用を有する。
１または２記載の超微粒子生成堆積装置において、超微
粒子生成部に設けた圧力計により超微粒子堆積部に接続
された排気ポンプの排気速度をフィードバック制御する
ことを特徴とするものであり、超微粒子分級部における
超微粒子の分級精度を向上するという作用を有する。
【００２１】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１乃至３のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子収集パイプの位置をターゲット材に対し
て３軸方向に移動可能とする超微粒子収集パイプ移動機
構を有することを特徴とするものであり、ターゲット材
からの脱離・射出物質の空中での凝集・成長による超微
粒子生成時の重要なパラメータであるターゲット材に対
する超微粒子収集パイプの位置・距離を制御し効率的な
超微粒子を生成することができるという作用を有する。
１乃至３のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子収集パイプの位置をターゲット材に対し
て３軸方向に移動可能とする超微粒子収集パイプ移動機
構を有することを特徴とするものであり、ターゲット材
からの脱離・射出物質の空中での凝集・成長による超微
粒子生成時の重要なパラメータであるターゲット材に対
する超微粒子収集パイプの位置・距離を制御し効率的な
超微粒子を生成することができるという作用を有する。
【００２２】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１乃至４のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子収集パイプを形状・構造が異なるパイプ
と容易に交換可能となる超微粒子収集パイプ着脱機構を
有することを特徴とするものであり、生成された超微粒
子の収集において、超微粒子収集パイプの形状・構造が
及ぼす効果を容易に判別し、最適化を行うことで、超微
粒子を効率的に収集することができるという作用を有す
る。
１乃至４のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子収集パイプを形状・構造が異なるパイプ
と容易に交換可能となる超微粒子収集パイプ着脱機構を
有することを特徴とするものであり、生成された超微粒
子の収集において、超微粒子収集パイプの形状・構造が
及ぼす効果を容易に判別し、最適化を行うことで、超微
粒子を効率的に収集することができるという作用を有す
る。
【００２３】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１乃至５のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子分級部において超微粒子の荷電に放射性
同位体を用いるものであり、小容積で超微粒子の荷電を
行い装置全体を小型化することができるという作用を有
する。
１乃至５のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子分級部において超微粒子の荷電に放射性
同位体を用いるものであり、小容積で超微粒子の荷電を
行い装置全体を小型化することができるという作用を有
する。
【００２４】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１乃至５のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子分級部において超微粒子の荷電に紫外光
ランプを用いるものであり、効率的に超微粒子を荷電す
ることができるという作用を有する。
１乃至５のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子分級部において超微粒子の荷電に紫外光
ランプを用いるものであり、効率的に超微粒子を荷電す
ることができるという作用を有する。
【００２５】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１乃至７のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子堆積用ノズルと積基板間の距離を可変す
る移動機構を設けたものであり、堆積用ノズル・堆積基
板双方の交換を容易にし、さらに堆積用ノズルと堆積基
板双方の形状・距離を可変とすることで、超微粒子の堆
積条件を最適化することができるという作用を有する。
１乃至７のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置にお
いて、超微粒子堆積用ノズルと積基板間の距離を可変す
る移動機構を設けたものであり、堆積用ノズル・堆積基
板双方の交換を容易にし、さらに堆積用ノズルと堆積基
板双方の形状・距離を可変とすることで、超微粒子の堆
積条件を最適化することができるという作用を有する。
【００２６】本発明の請求項９のように超微粒子堆積基
板を冷却あるいは、請求項１０のように超微粒子堆積基
板を帯電することにより、超微粒子の堆積基板への付着
を促進することができる。
板を冷却あるいは、請求項１０のように超微粒子堆積基
板を帯電することにより、超微粒子の堆積基板への付着
を促進することができる。
【００２７】（実施の形態）以下、本発明の実施の形態
について、図１から図４を用いて説明する詳細に説明す
る。図１は本実施の形態における超微粒子生成堆積装置
の全体構成を示す図である。この図に示された超微粒子
生成堆積装置は、超微粒子を生成する超微粒子生成部１
０１と、超微粒子生成部１０１に接続されこの超微粒子
生成部１０１において生成された超微粒子を分級する超
微粒子分級部１０２と、超微粒子分級部１０２において
分級された超微粒子を堆積する超微粒子堆積部１０３と
から構成されている。
について、図１から図４を用いて説明する詳細に説明す
る。図１は本実施の形態における超微粒子生成堆積装置
の全体構成を示す図である。この図に示された超微粒子
生成堆積装置は、超微粒子を生成する超微粒子生成部１
０１と、超微粒子生成部１０１に接続されこの超微粒子
生成部１０１において生成された超微粒子を分級する超
微粒子分級部１０２と、超微粒子分級部１０２において
分級された超微粒子を堆積する超微粒子堆積部１０３と
から構成されている。
【００２８】ここで、超微粒子生成部１０１の基本的な
構成は、超微粒子生成を行う真空反応室１０４、真空反
応室１０４に雰囲気希ガス（キャリアガス１０５）を一
定質量流量Ｑａ（例えば１l/min.）で導入するためのマ
スフローコントローラ１０６、雰囲気希ガス圧力を計測
する圧力計１０７から成る。
構成は、超微粒子生成を行う真空反応室１０４、真空反
応室１０４に雰囲気希ガス（キャリアガス１０５）を一
定質量流量Ｑａ（例えば１l/min.）で導入するためのマ
スフローコントローラ１０６、雰囲気希ガス圧力を計測
する圧力計１０７から成る。
【００２９】また、超微粒子分級部１０２の基本的な構
成は、質量流量Ｑａで搬送される、超微粒子生成部１０
１で生成された超微粒子を、例えばＡｍ２４１のような
放射性同位体を用いて荷電する荷電室１１０、超微粒子
を上記のように荷電された状態で分級する微分型電気移
動度分級装置１１３、微分型電気移動度分級装置１１３
内で一定質量流量Ｑｃ（例えば５l/min.）の流れを形成
するためのシースガス１１１を微分型電気移動度分級装
置１１３に導入するマスフローコントローラ１１２から
成る。ここで、超微粒子の荷電は、エキシマランプのよ
うな紫外光ランプを用いても良いし、放射性同位体と紫
外光ランプの双方を同時に用いても一向に構わない。
成は、質量流量Ｑａで搬送される、超微粒子生成部１０
１で生成された超微粒子を、例えばＡｍ２４１のような
放射性同位体を用いて荷電する荷電室１１０、超微粒子
を上記のように荷電された状態で分級する微分型電気移
動度分級装置１１３、微分型電気移動度分級装置１１３
内で一定質量流量Ｑｃ（例えば５l/min.）の流れを形成
するためのシースガス１１１を微分型電気移動度分級装
置１１３に導入するマスフローコントローラ１１２から
成る。ここで、超微粒子の荷電は、エキシマランプのよ
うな紫外光ランプを用いても良いし、放射性同位体と紫
外光ランプの双方を同時に用いても一向に構わない。
【００３０】さらに、超微粒子堆積部１０３の基本的な
構成は、微分型電気移動度分級装置１１３から排気され
たシースガスの流量を計測するマスフローメータ１１
５、シースガスの排気速度を制御するコンダクタンス可
変バルブ１１６、堆積基板上に分級された超微粒子の堆
積を行う超微粒子堆積室１１７、堆積室から排気された
キャリアガスの流量を計測するマスフローメータ１１
８、キャリアガスの排気速度を制御するコンダクタンス
可変バルブ１１９、キャリアガスおよびシースガスの排
気を行うルーツポンプ１２０、ルーツポンプに直列に配
置されたドライポンプ１２１から成る。
構成は、微分型電気移動度分級装置１１３から排気され
たシースガスの流量を計測するマスフローメータ１１
５、シースガスの排気速度を制御するコンダクタンス可
変バルブ１１６、堆積基板上に分級された超微粒子の堆
積を行う超微粒子堆積室１１７、堆積室から排気された
キャリアガスの流量を計測するマスフローメータ１１
８、キャリアガスの排気速度を制御するコンダクタンス
可変バルブ１１９、キャリアガスおよびシースガスの排
気を行うルーツポンプ１２０、ルーツポンプに直列に配
置されたドライポンプ１２１から成る。
【００３１】次に、図１から図４を用いて、超微粒子の
生成・収集・分級・堆積に関して説明する。図１のター
ボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系１０９によっ
て真空反応室１０４を< １×１０-8Ｔｏｒｒの超高真空
に排気後、超高真空排気系１０９を閉鎖する。
生成・収集・分級・堆積に関して説明する。図１のター
ボ分子ポンプを主体とした超高真空排気系１０９によっ
て真空反応室１０４を< １×１０-8Ｔｏｒｒの超高真空
に排気後、超高真空排気系１０９を閉鎖する。
【００３２】同時に、超微粒子生成部１０１と超微粒子
分級部１０２の間、微分型電気移動度分級装置１１３と
マスフローメータ１１５の間、および超微粒子堆積室１
１７とマスフローメータ１１８の間を閉鎖した状態でタ
ーボ分子ポンプを主体とする超高真空排気系１１４によ
って荷電室１１０、微分型電気移動度分級装置１１３、
超微粒子堆積室１１７を< １×１０-7Ｔｏｒｒの超高真
空まで排気後、超高真空排気系１１４を閉鎖する。
分級部１０２の間、微分型電気移動度分級装置１１３と
マスフローメータ１１５の間、および超微粒子堆積室１
１７とマスフローメータ１１８の間を閉鎖した状態でタ
ーボ分子ポンプを主体とする超高真空排気系１１４によ
って荷電室１１０、微分型電気移動度分級装置１１３、
超微粒子堆積室１１７を< １×１０-7Ｔｏｒｒの超高真
空まで排気後、超高真空排気系１１４を閉鎖する。
【００３３】次にマスフローコントローラ１０６を用い
て真空反応室１０４に質量流量Ｑａでキャリアガス（高
純度希ガス、例えば６ＮのＨｅ）を導入する。ここで、
超微粒子生成部１０１と超微粒子分級部１０２の間を開
放する。
て真空反応室１０４に質量流量Ｑａでキャリアガス（高
純度希ガス、例えば６ＮのＨｅ）を導入する。ここで、
超微粒子生成部１０１と超微粒子分級部１０２の間を開
放する。
【００３４】さらに、微分型電気移動度分級装置１１３
とマスフローメータ１１５の間、超微粒子堆積室１１７
とマスフローメータ１１８の間も開放する。このときコ
ンダクタンス可変バルブ１１６および１１９は全開放状
態であり、ルーツポンプ１２０およびドライポンプ１２
１は稼働状態である。
とマスフローメータ１１５の間、超微粒子堆積室１１７
とマスフローメータ１１８の間も開放する。このときコ
ンダクタンス可変バルブ１１６および１１９は全開放状
態であり、ルーツポンプ１２０およびドライポンプ１２
１は稼働状態である。
【００３５】次にマスフローコントローラ１１２を用い
て微分型電気移動度分級装置１１３に質量流量Ｑｃでシ
ースガス（高純度希ガス、例えば６ＮのＨｅ）を導入す
る。そして、真空反応室１０４に配置された圧力計１０
７を用いてコンダクタンス可変バルブ１１９をフィード
バック制御しつつ、コンダクタンス可変バルブ１１６で
バランスを取ることによって、真空反応室の雰囲気希ガ
ス圧力を一定に保ちつつ、マスフローメータ１１８の計
測値がＱａに、マスフローメータ１１５の計測値がＱｃ
となるように、排気ラインのコンダクタンスを制御す
る。
て微分型電気移動度分級装置１１３に質量流量Ｑｃでシ
ースガス（高純度希ガス、例えば６ＮのＨｅ）を導入す
る。そして、真空反応室１０４に配置された圧力計１０
７を用いてコンダクタンス可変バルブ１１９をフィード
バック制御しつつ、コンダクタンス可変バルブ１１６で
バランスを取ることによって、真空反応室の雰囲気希ガ
ス圧力を一定に保ちつつ、マスフローメータ１１８の計
測値がＱａに、マスフローメータ１１５の計測値がＱｃ
となるように、排気ラインのコンダクタンスを制御す
る。
【００３６】上記のような手順で、超微粒子が生成・収
集・分級・堆積される真空反応室１０４、荷電室１１
０、微分型電気移動度分級装置１１３、超微粒子堆積室
１１７を超高真空に排気後、高純度の希ガスを導入する
ことで超微粒子に対する酸素等の汚染を軽減することが
できる。
集・分級・堆積される真空反応室１０４、荷電室１１
０、微分型電気移動度分級装置１１３、超微粒子堆積室
１１７を超高真空に排気後、高純度の希ガスを導入する
ことで超微粒子に対する酸素等の汚染を軽減することが
できる。
【００３７】また、真空反応室１０４における雰囲気希
ガス圧力を一定に保ちつつ、キャリアガス・シースガス
の流量を一定に保つことにより、安定した超微粒子生成
条件を保持することが可能となり、ひいては超微粒子の
分級精度を向上することができる。
ガス圧力を一定に保ちつつ、キャリアガス・シースガス
の流量を一定に保つことにより、安定した超微粒子生成
条件を保持することが可能となり、ひいては超微粒子の
分級精度を向上することができる。
【００３８】超微粒子が生成される真空反応室１０４の
内部構成は図２に示すように、自転機構を有するターゲ
ットフォルダー２３ 、ターゲットフォルダー２３上に
配置されたターゲット材２２、レーザー光２１によって
励起されたアブレーションプルーム２５の成長方向（タ
ーゲット材２２の放線方向）に配置されたｘｙｚの３軸
方向に移動可能な超微粒子収集パイプ２４、超微粒子収
集パイプ２４の着脱・交換を行うための超微粒子収集パ
イプ着脱機構２７から成る。
内部構成は図２に示すように、自転機構を有するターゲ
ットフォルダー２３ 、ターゲットフォルダー２３上に
配置されたターゲット材２２、レーザー光２１によって
励起されたアブレーションプルーム２５の成長方向（タ
ーゲット材２２の放線方向）に配置されたｘｙｚの３軸
方向に移動可能な超微粒子収集パイプ２４、超微粒子収
集パイプ２４の着脱・交換を行うための超微粒子収集パ
イプ着脱機構２７から成る。
【００３９】レーザー光２１によって励起され、アブレ
ーション反応によってターゲット材２２から脱離・射出
された物質は雰囲気希ガス分子に運動エネルギーを散逸
するため、空中での凝縮・成長が促され、数ｎｍから数
十ｎｍの超微粒子に成長する。ここで、成長する超微粒
子の粒径、生成された超微粒子同士の凝集現象はレーザ
ー光２１の照射位置に対する３次元的な場所依存性を持
つ。つまり、超微粒子収集パイプ２４を図２のｘｙｚの
３軸方向に可動とすることで、レーザ光２１の照射位置
に対して３次元的に最適な位置に超微粒子収集パイプ２
４を配置することで、狙った粒径に成長した超微粒子
を、超微粒子同士の凝集を抑制しつつ効率的に収集する
ことが可能となる。
ーション反応によってターゲット材２２から脱離・射出
された物質は雰囲気希ガス分子に運動エネルギーを散逸
するため、空中での凝縮・成長が促され、数ｎｍから数
十ｎｍの超微粒子に成長する。ここで、成長する超微粒
子の粒径、生成された超微粒子同士の凝集現象はレーザ
ー光２１の照射位置に対する３次元的な場所依存性を持
つ。つまり、超微粒子収集パイプ２４を図２のｘｙｚの
３軸方向に可動とすることで、レーザ光２１の照射位置
に対して３次元的に最適な位置に超微粒子収集パイプ２
４を配置することで、狙った粒径に成長した超微粒子
を、超微粒子同士の凝集を抑制しつつ効率的に収集する
ことが可能となる。
【００４０】さらに、超微粒子収集パイプ２４を着脱可
能とする超微粒子収集パイプ着脱機構２７を設けること
で、形状・構造の異なる超微粒子収集パイプ（例えばパ
イプにテーパ形状を持たせる）は容易に着脱・交換可能
であり、超微粒子収集パイプ２４の形状・構造の最適化
を行うことが可能となり、超微粒子収集の効率化を図る
ことができる。加えて、真空反応室内の雰囲気希ガス圧
力を上記のような手順で制御することにより、超微粒子
の生成における雰囲気希ガス圧力依存性を制御すること
もできる。
能とする超微粒子収集パイプ着脱機構２７を設けること
で、形状・構造の異なる超微粒子収集パイプ（例えばパ
イプにテーパ形状を持たせる）は容易に着脱・交換可能
であり、超微粒子収集パイプ２４の形状・構造の最適化
を行うことが可能となり、超微粒子収集の効率化を図る
ことができる。加えて、真空反応室内の雰囲気希ガス圧
力を上記のような手順で制御することにより、超微粒子
の生成における雰囲気希ガス圧力依存性を制御すること
もできる。
【００４１】超微粒子収集パイプ２４で収集された超微
粒子は、質量流量Ｑａで荷電室１１０に搬送され、放射
性同位体あるいは、紫外線ランプの少なくとも一方によ
って荷電される。ここで、放射性同位体のみを超微粒子
の荷電に用いれば、荷電室の容積を小さくすることがで
き、ひいては装置全体の小型化が可能となる。また、紫
外線ランプ、あるいは紫外線ランプと放射性同位体双方
を超微粒子の荷電に用いれば、より効率的に超微粒子を
荷電することができ、超微粒子の収量を向上することが
できる。
粒子は、質量流量Ｑａで荷電室１１０に搬送され、放射
性同位体あるいは、紫外線ランプの少なくとも一方によ
って荷電される。ここで、放射性同位体のみを超微粒子
の荷電に用いれば、荷電室の容積を小さくすることがで
き、ひいては装置全体の小型化が可能となる。また、紫
外線ランプ、あるいは紫外線ランプと放射性同位体双方
を超微粒子の荷電に用いれば、より効率的に超微粒子を
荷電することができ、超微粒子の収量を向上することが
できる。
【００４２】荷電室１１０で荷電された超微粒子は図３
に示すような微分型電気移動度分級装置に搬送される。
質量流量Ｑａで搬送された荷電超微粒子は、キャリアガ
ス導入口３０４から導入され、キャリアガスの流れを等
方的に均一化するキャリアガスバッファ３０５を介し
て、Ｒ１、Ｒ２の半径を持つ二重円筒構造部にキャリア
ガス吹き出し口３０６から流れ込む。
に示すような微分型電気移動度分級装置に搬送される。
質量流量Ｑａで搬送された荷電超微粒子は、キャリアガ
ス導入口３０４から導入され、キャリアガスの流れを等
方的に均一化するキャリアガスバッファ３０５を介し
て、Ｒ１、Ｒ２の半径を持つ二重円筒構造部にキャリア
ガス吹き出し口３０６から流れ込む。
【００４３】また、シースガス導入口３０１からシース
ガスバッファ３０２に導入された質量流量Ｑｃを有する
シースガスは、シースガスバッファ３０２およびフィル
タ３０３を通過することにより、層流となって二重円筒
構造部に流れ込む。二重円筒構造部に流入した荷電超微
粒子は、図３のように直流電源３０９によって二重円筒
間に印加された静電界によって、円筒の軸に向かって力
を受ける。荷電超微粒子は粒径によってその電気移動度
が異なるため、キャリアガス吹き出し口３０６とスリッ
ト３０７間の距離Ｌおよび、直流電源３０９の電圧Ｖと
二重円筒の半径Ｒ１、Ｒ２で決まる電界強度に従って、
単一粒径のみの荷電超微粒子がスリット３０７に流入す
る。
ガスバッファ３０２に導入された質量流量Ｑｃを有する
シースガスは、シースガスバッファ３０２およびフィル
タ３０３を通過することにより、層流となって二重円筒
構造部に流れ込む。二重円筒構造部に流入した荷電超微
粒子は、図３のように直流電源３０９によって二重円筒
間に印加された静電界によって、円筒の軸に向かって力
を受ける。荷電超微粒子は粒径によってその電気移動度
が異なるため、キャリアガス吹き出し口３０６とスリッ
ト３０７間の距離Ｌおよび、直流電源３０９の電圧Ｖと
二重円筒の半径Ｒ１、Ｒ２で決まる電界強度に従って、
単一粒径のみの荷電超微粒子がスリット３０７に流入す
る。
【００４４】このように、キャリアガス排気口３１１か
ら搬出される荷電超微粒子は微分型電気移動度分級装置
によって単一粒径に分級される。ここで、上記のような
手段で導入されるキャリアガス・シースガスの質量流量
と、排気されるキャリアガス・シースガスの質量流量が
それぞれ等しくなるように制御してやることにより、分
級精度を理論上の値に近づけることができる。
ら搬出される荷電超微粒子は微分型電気移動度分級装置
によって単一粒径に分級される。ここで、上記のような
手段で導入されるキャリアガス・シースガスの質量流量
と、排気されるキャリアガス・シースガスの質量流量が
それぞれ等しくなるように制御してやることにより、分
級精度を理論上の値に近づけることができる。
【００４５】微分型電気移動度分級装置１１３で分級さ
れた荷電超微粒子は、図４に示すような超微粒子堆積室
に搬送される。搬送された荷電超微粒子は堆積用ノズル
４２から堆積室４１に噴出し、堆積基板フォルダー４４
上に配置された、堆積基板４３上に堆積される。堆積基
板４３を図４のｚ方向に移動可能とする堆積基板移動機
構４８を設けることで、堆積用ノズル４２と堆積基板４
３の距離を可変とすることができるうえ、堆積用ノズル
４２・堆積基板４３双方の交換を容易にし、形状を任意
に変更することができる。堆積用ノズル４２の形状を変
更して、噴出する超微粒子の速度を変化させ、堆積用ノ
ズル４２と堆積基板４３の距離を制御することにより、
堆積基板４３が堆積ノズル４２から噴出する超微粒子を
含んだ気流に対してカスケード・インパクターとして作
用することを抑制することができる。逆に、堆積基板４
３をカスケード・インパクターとして作用させることも
可能であり、堆積超微粒子粒径の更なる均一化を行うこ
ともできる。
れた荷電超微粒子は、図４に示すような超微粒子堆積室
に搬送される。搬送された荷電超微粒子は堆積用ノズル
４２から堆積室４１に噴出し、堆積基板フォルダー４４
上に配置された、堆積基板４３上に堆積される。堆積基
板４３を図４のｚ方向に移動可能とする堆積基板移動機
構４８を設けることで、堆積用ノズル４２と堆積基板４
３の距離を可変とすることができるうえ、堆積用ノズル
４２・堆積基板４３双方の交換を容易にし、形状を任意
に変更することができる。堆積用ノズル４２の形状を変
更して、噴出する超微粒子の速度を変化させ、堆積用ノ
ズル４２と堆積基板４３の距離を制御することにより、
堆積基板４３が堆積ノズル４２から噴出する超微粒子を
含んだ気流に対してカスケード・インパクターとして作
用することを抑制することができる。逆に、堆積基板４
３をカスケード・インパクターとして作用させることも
可能であり、堆積超微粒子粒径の更なる均一化を行うこ
ともできる。
【００４６】また、堆積基板４３は直流電源４７で直流
電圧を印加することにより帯電し、さらにペルチェ素子
４６によって冷却されている。つまり、堆積基板４３を
帯電・冷却することで、荷電超微粒子の堆積基板４３へ
の付着を促進し、捕集効率を向上させることができる。
電圧を印加することにより帯電し、さらにペルチェ素子
４６によって冷却されている。つまり、堆積基板４３を
帯電・冷却することで、荷電超微粒子の堆積基板４３へ
の付着を促進し、捕集効率を向上させることができる。
【００４７】なお、ここでは堆積基板４３を帯電し、か
つ冷却したが、必ずしも帯電・冷却の双方を行う必要は
ない。
つ冷却したが、必ずしも帯電・冷却の双方を行う必要は
ない。
【００４８】上記のように、低圧希ガス雰囲気下でター
ゲット材をレーザー光で励起し、アブレーション反応に
よってターゲット材の脱離・射出を行い、脱離・射出さ
れた物質を空中で凝縮・成長させて超微粒子を生成し、
生成された超微粒子をアブレーション反応によって生じ
たアブレーションプルームの成長方向に配置された超微
粒子収集パイプによって収集する超微粒子生成部、収集
された超微粒子を荷電し微分型電気移動度分級装置を用
いて分級する超微粒子分級部、分級された超微粒子を堆
積基板上に超微粒子堆積用ノズルを介して堆積する超微
粒子堆積部から構成される、超微粒子の生成から堆積ま
でを連続的な一括のプロセスで行う超微粒子生成堆積装
置を用いることで、単一粒径・均一構造の高純度超微粒
子を効率的に作製し、堆積基板上に堆積することができ
る。
ゲット材をレーザー光で励起し、アブレーション反応に
よってターゲット材の脱離・射出を行い、脱離・射出さ
れた物質を空中で凝縮・成長させて超微粒子を生成し、
生成された超微粒子をアブレーション反応によって生じ
たアブレーションプルームの成長方向に配置された超微
粒子収集パイプによって収集する超微粒子生成部、収集
された超微粒子を荷電し微分型電気移動度分級装置を用
いて分級する超微粒子分級部、分級された超微粒子を堆
積基板上に超微粒子堆積用ノズルを介して堆積する超微
粒子堆積部から構成される、超微粒子の生成から堆積ま
でを連続的な一括のプロセスで行う超微粒子生成堆積装
置を用いることで、単一粒径・均一構造の高純度超微粒
子を効率的に作製し、堆積基板上に堆積することができ
る。
【００４９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、単一粒径
・均一構造となるように制御された高純度超微粒子の作
製を容易にかつ効率的に行うことができ、生成された超
微粒子を堆積基板上に確実に堆積することができる。
・均一構造となるように制御された高純度超微粒子の作
製を容易にかつ効率的に行うことができ、生成された超
微粒子を堆積基板上に確実に堆積することができる。
【図１】本発明の実施の形態における超微粒子生成堆積
装置の全体構成図
装置の全体構成図
【図２】本発明の実施の形態における超微粒子が生成さ
れる真空反応室の内部構成図
れる真空反応室の内部構成図
【図３】本発明の実施の形態における微分型電気移動度
分級装置の構成図
分級装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態における超微粒子堆積室の
構成図
構成図
【図５】従来の超微粒子を作製堆積するための装置概念
図
図
【図６】超微粒子粒径とその吸収端発光エネルギーの相
関図
関図
１０１ 超微粒子生成部 １０２ 超微粒子分級部 １０３ 超微粒子堆積部 １０４、５０１ 真空反応室 １０５、２６ キャリアガス １０６、１１２、５１１ マスフローコントローラ １０７ 圧力計 １０８、２１ レーザー光 １０９、１１４ 超高真空排気系 １１０ 荷電室 １１１ シースガス １１３ 微分型電気移動度分級装置 １１５、１１８ マスフローメータ １１６、１１９ コンダクタンス可変バルブ １１７ 超微粒子堆積室 １２０ ルーツポンプ １２１ ドライポンプ ２２、５０８ ターゲット材 ２３、５０７ ターゲットフォルダー ２４ 超微粒子収集パイプ ２５ アブレーションプルーム ２７ 超微粒子収集パイプ着脱機構 ３０１ シースガス導入口 ３０２ シースガスバッファ ３０３ フィルタ ３０４ キャリアガス導入口 ３０５ キャリアガスバッファ ３０６ キャリアガス吹き出し口 ３０７、５０３ スリット ３０８ 絶縁体 ３９、４７ 直流電源 ３１０ シースガス排気口 ３１１ キャリアガス排気口 ４１ 堆積室 ４２ 堆積用ノズル ４３、５０９ 堆積基板 ４４ 堆積基板フォルダー ４５ キャリアガス排気系 ４６ ペルチェ素子 ５０２ エキシマレーザ光源 ５０４ 集光レンズ ５０５ ミラー ５０６ 光導入窓 ５１０ 希ガス導入ライン ５１２ 高真空排気系 ５１３ 差動排気系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴 木 信 靖 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 吉 田 岳 人 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 牧 野 俊 晴 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 山 田 由 佳 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 瀬 戸 章 文 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院機械技術研究所内 (72)発明者 綾 信 博 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院機械技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA35 BC07 BD01 CA01 DA00 DA02 DA05 DB08 DB20 EA08
Claims (10)
- 【請求項１】 低圧希ガス雰囲気下でターゲット材をレ
ーザー光で励起し、アブレーション反応によって前記タ
ーゲット材の脱離・射出を行い、前記アブレーション反
応によって脱離・射出された物質を空中で凝縮・成長さ
せて超微粒子を生成し、生成された超微粒子を前記アブ
レーション反応によって生じたアブレーションプルーム
の成長方向に配置された超微粒子収集パイプによって収
集する超微粒子生成部、収集された超微粒子を荷電し微
分型電気移動度分級装置を用いて分級する超微粒子分級
部、分級された超微粒子を堆積基板上に超微粒子堆積用
ノズルを介して堆積する超微粒子堆積部から構成され
る、超微粒子の生成から堆積までを連続的な一括のプロ
セスで行うことを特徴とする超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項２】 前記超微粒子生成部、分級部、堆積部を
超高真空に排気後、高純度の低圧希ガス雰囲気下で超微
粒子の生成・分級・堆積を行うことを特徴とする請求項
１記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項３】 さらに、前記超微粒子生成部に設けた圧
力計により前記超微粒子堆積部に接続された排気ポンプ
の排気速度をフィードバック制御することを特徴とする
請求項１あるいは２記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項４】 前記超微粒子収集パイプの位置を前記タ
ーゲット材に対して３軸方向に移動可能とする超微粒子
収集パイプ移動機構を有することを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項５】 さらに、前記超微粒子収集パイプを形状
・構造が異なるパイプと容易に交換可能となる超微粒子
収集パイプ着脱機構を有することを特徴とする請求項１
から４のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項６】 前記超微粒子分級部において超微粒子の
荷電に放射性同位体を用いる請求項１から５のいずれか
に記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項７】 前記超微粒子分級部において超微粒子の
荷電に紫外光ランプを用いる請求項１から５のいずれか
に記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項８】 前記超微粒子堆積用ノズルと前記堆積基
板間の距離を可変する移動機構を有する請求項１から７
のいずれかに記載の超微粒子生成堆積装置。 - 【請求項９】 前記超微粒子堆積基板を冷却する機構を
有する請求項１から８のいずれかに記載の超微粒子生成
堆積装置。 - 【請求項１０】 前記超微粒子堆積基板を帯電する機構
を有する請求項１から８のいずれかに記載の超微粒子生
成堆積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08786599A JP3681569B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 超微粒子生成堆積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08786599A JP3681569B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 超微粒子生成堆積装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282222A true JP2000282222A (ja) | 2000-10-10 |
| JP3681569B2 JP3681569B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=13926784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08786599A Expired - Lifetime JP3681569B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 超微粒子生成堆積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3681569B2 (ja) |
Cited By (9)
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