JP2010222646A - ナノ粒子堆積装置 - Google Patents

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考次 古市
Kimitsugu Saito
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Abstract

【課題】ナノ粒子を高いスループットにて堆積させるとともに、ナノ粒子の飛行方向を揃えることができるナノ粒子堆積装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバー１０には、基板保持部３０に保持された基板Ｗの直下にＫセル４０が配置されている。Ｋセル４０のるつぼ４１にはナノ粒子の原材料となるコバルトが投入される。るつぼ４１の開口部はガス噴出治具５０に覆われて蒸気発生空間４５が形成される。ガス噴出治具５０の上端に設けられたガス噴出板５２には、アスペクト比が１０以上の複数の噴出孔５６が穿設されている。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とコバルトのナノ粒子が生成される。アスペクト比が１０以上の噴出孔５６を通過することによってナノ粒子の飛行方向が同一方向に揃えられる。
【選択図】図１

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に関する。
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。
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。
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（ナノ粒子）が生成される。
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。
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。
特開２００８−３１５２９号公報 特開２００４−５１４３２号公報
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。
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。
また、カーボンナノチューブによってＬＳＩのビア配線を形成する場合には、より高密度化して抵抗を下げるために、ビアホールの底部からカーボンナノチューブを真っ直ぐに成長させることが好ましい。このためには、ビアホールの側壁面への触媒ナノ粒子付着を回避しつつ、ビアホール底面のみに選択的にナノ粒子を堆積させる必要がある。ビアホールの底面のみにナノ粒子を堆積させるためには、基板に到達する全てのナノ粒子の飛行方向がビアホールの深さ方向に平行でなければならない。しかし、従来においては、ナノ粒子の飛行方向を揃えるための特段の工夫がなされておらず、ビアホールの深さ方向に対して所定の角度を有して飛行したナノ粒子がビアホール側壁面に付着するという問題が生じていた。
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とともに、ナノ粒子の飛行方向を揃えることができるナノ粒子堆積装置を提供することを目的とする。
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周辺を覆うガス噴出治具と、前記るつぼの開口部周辺が前記ガス噴出治具によって覆われて形成された蒸気発生空間に気体を供給する気体供給手段と、を備え、前記るつぼを加熱するとともに前記蒸気発生空間に気体が供給されて生成されたナノ粒子に前記保持手段に保持される基板へと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子を前記ガス噴出治具から放出する噴出板を前記ガス噴出治具に設けることを特徴とする。
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、前記噴出板には、幅方向の長さに対する深さ方向の長さが１０以上となる少なくとも１以上の小孔が穿設されることを特徴とする。
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、前記ガス噴出治具と前記保持手段との間に、前記噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記ガス噴出治具の壁面を加熱する治具加熱手段をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項５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、基板を収容する第１チャンバーと、前記第１チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、前記第１チャンバー内を排気する第１排気手段と、前記保持手段に保持される基板に対向して第２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、前記第２チャンバー内を排気する第２排気手段と、前記第２チャンバー内に気体を供給する気体供給手段と、を備え、前記るつぼを加熱するとともに前記第２チャンバー内に気体が供給されて生成されたナノ粒子に前記保持手段に保持される基板へと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子を前記第２チャンバーから前記第１チャンバーに放出する噴出板を前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとの連通部分に設けることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記噴出板には、幅方向の長さに対する深さ方向の長さが１０以上となる少なくとも１以上の小孔が穿設されることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係るナノ粒子堆積装置において、前記噴出板と前記保持手段との間に、前記噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項５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、前記第２チャンバーの壁面を加熱するチャンバー壁加熱手段をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項９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、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持される基板に対向して配置され、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周辺に気体を供給する気体供給手段と、前記保持手段と前記るつぼとの間に設けられ、前記るつぼを加熱するとともに前記るつぼの開口部周辺に気体が供給されて生成されたナノ粒子を前記保持手段に保持される基板に向けて放出する少なくとも１以上の小孔が設けられた噴出板と、前記噴出板と前記保持手段との間に設けられ、前記噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板と、を備えることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項１から請求項９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。
請求項１から請求項４の発明によれば、るつぼを加熱するとともに蒸気発生空間に気体が供給されて生成されたナノ粒子に基板へと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子をガス噴出治具から放出する噴出板をガス噴出治具に設けるため、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とともに、ナノ粒子に指向性を与えてナノ粒子の飛行方向を同一方向に揃えることができる。
特に、請求項２の発明によれば、噴出板に幅方向の長さに対する深さ方向の長さが１０以上となる少なくとも１以上の小孔を穿設しているため、その小孔を通過させることによってナノ粒子の飛行方向を同一方向に揃えることができる。
特に、請求項３の発明によれば、ガス噴出治具と保持手段との間に、噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板をさらに備えるため、ナノ粒子の飛行方向をより高い精度にて同一方向に揃えることができる。
特に、請求項４の発明によれば、ガス噴出治具の壁面を加熱する治具加熱手段をさらに備えるため、ガス噴出治具の壁面へのナノ粒子の付着を防止することができる。
また、請求項５から請求項８の発明によれば、るつぼを加熱するとともに第２チャンバー内に気体が供給されて生成されたナノ粒子に基板へと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子を第２チャンバーから第１チャンバーに放出する噴出板を第１チャンバーと第２チャンバーとの連通部分に設けるため、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とともに、ナノ粒子に指向性を与えてナノ粒子の飛行方向を同一方向に揃えることができる。
特に、請求項６の発明によれば、噴出板に幅方向の長さに対する深さ方向の長さが１０以上となる少なくとも１以上の小孔を穿設しているため、その小孔を通過させることによってナノ粒子の飛行方向を同一方向に揃えることができる。
特に、請求項７の発明によれば、噴出板と保持手段との間に、噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板をさらに備えるため、ナノ粒子の飛行方向をより高い精度にて同一方向に揃えることができる。
特に、請求項８の発明によれば、第２チャンバーの壁面を加熱するチャンバー壁加熱手段をさらに備えるため、第２チャンバーの壁面へのナノ粒子の付着を防止することができる。
また、請求項９および請求項１０の発明によれば、るつぼを加熱するとともにるつぼの開口部周辺に気体が供給されて生成されたナノ粒子を基板に向けて放出する少なくとも１以上の小孔が設けられた噴出板を保持手段とるつぼとの間に設け、噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板を噴出板と保持手段との間に設けるため、原材料の蒸気のロスが少なくな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とともに、ナノ粒子の飛行方向を同一方向に揃えることができる。
本発明の第１実施形態のナノ粒子堆積装置の全体概略構成を示す図である。 Ｋセルおよびガス噴出治具を部分的に拡大した図である。 第１実施形態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。 第２実施形態のナノ粒子堆積装置の全体概略構成を示す図である。 第２実施形態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。 第３実施形態のナノ粒子堆積装置の全体概略構成を示す図である。 ガス噴出板とアパーチャ板とを示す斜視図である。 ガス噴出板とアパーチャ板とを模式的に示した側面図である。
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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のナノ粒子堆積装置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。
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。第１実施形態のナノ粒子堆積装置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。
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。
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。
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。
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。
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。第１実施形態では冷却媒体として液体窒素を使用する。
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を部分的に拡大した図である。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。
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。
ガス噴出治具５０は、本体部５１、ガス噴出板５２、連通経路５３、ガス溜め部５４および側壁加熱ヒーター５５を備えて構成される。本体部５１、ガス噴出板５２、連通経路５３およびガス溜め部５４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、一体形成されるものであっても良いし、別部品を組み立てたものであっても良い。
ガス噴出治具５０の本体部５１は、円筒形状を有している。本体部５１の上端には円板形状のガス噴出板５２が設けられている。ガス噴出板５２には、アスペクト比が１０以上の複数の噴出孔５６が穿設されている。複数の噴出孔５６のそれぞれは円筒形状を有している。本明細書において、「アスペクト比」とは噴出孔５６の幅方向の長さに対する深さ方向の長さの比である。第１実施形態においては、噴出孔５６が円筒形状であるため、その円筒の直径に対する高さの比が噴出孔５６のアスペクト比となる。なお、噴出孔５６の形状は円筒形状に限定されるものではなく、楕円柱形状や多角柱形状であっても良い。また、第１実施形態においては、複数の噴出孔５６のそれぞれの深さ方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿うように構成されている。
ガス噴出板５２に穿設される噴出孔５６の数は特に限定されるものでは無く、１個であっても良いし、複数個であっても良い。すなわち、ガス噴出板５２には、少なくとも１以上の噴出孔５６が穿設されていれば良い。もっとも、アスペクト比を１０以上とするためには、１個の噴出孔５６であると高さが相当に高く、つまりガス噴出板５２の厚さを相当厚くする必要があるため、本実施形態のように複数の噴出孔５６を設ける方が好ましい。複数の噴出孔５６を設ける場合には、各噴出孔５６の深さ方向は互いに平行となるようにする。また、ガス噴出板５２に設ける噴出孔５６の総面積（ガス噴出板５２を上方から見たときの複数の噴出孔５６の合計面積）は３ｍｍ2以下とする。
ガス噴出治具５０がＫセル４０に装着されると、円筒状の本体部５１およびガス噴出板５２がるつぼ４１の開口部周辺を覆い、るつぼ４１の開口部と本体部５１およびガス噴出板５２とで囲まれた蒸気発生空間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噴出孔５６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。
ガス噴出治具５０がＫセル４０に装着された状態において、るつぼ４１の開口部からガス噴出板５２の下端までの距離、すなわち蒸気発生空間４５の高さは５ｃｍ〜２０ｃｍとされる。蒸気発生空間４５は、ナノ粒子が形成される空間であり、その高さが５ｃｍより短いとナノ粒子が形成されにくく、逆に２０ｃｍを超えると粒子サイズが大きくなりすぎる。また、ガス噴出治具５０がＫセル４０に装着されると、ガス噴出板５２が基板ステージ３１の直下に位置することとなる。
連通経路５３は、本体部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。円環状のガス溜め部５４の外周側面の相対向する位置に２つのガス導入口（図示省略）が設けられている。これらガス導入口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。
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。
また、上端にガス噴出板５２が設けられた本体部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複数の噴出孔５６から上方に向けて噴出されることとなる。
ガス噴出治具５０の本体部５１の外壁には側壁加熱ヒーター５５が付設されている。側壁加熱ヒーター５５は、本体部５１の壁面を加熱する。
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。
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。また、Ｋセル４０が昇降することによってガス噴出板５２の上端から基板保持部３０に保持される基板Ｗまでの距離も変化するが、その距離は１ｃｍ〜４０ｃｍの範囲内とされる。
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。
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。
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、複数の噴出孔５６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。
また、基板ステージ３１とガス噴出治具５０のガス噴出板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とガス噴出板５２との間の遮蔽位置（図１の位置）に移動すると、複数の噴出孔５６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、複数の噴出孔５６からの気流が基板Ｗに到達する。
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。
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。
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３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。
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Ｓ１１）。本実施形態にて処理対象となる基板Ｗの表面には鉛直方向に沿ってビアホールが形成されている。基板Ｗはその表面を下側に向けて水平姿勢で基板ステージ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。
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Ｓ１２）。原材料が投入されると、ガス噴出治具５０のガス噴出板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。
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Ｓ１３）。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Ｓ１３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。
真空チャンバー１０内の真空度が１０-4Ｐａ以下に到達した後、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への気体送給を行う。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。真空チャンバー１０内の真空度が１０-4Ｐａ以下に到達したとしても、ガス噴出板５２には高アスペクト比の噴出孔５６が設けられているため、蒸気発生空間４５の真空度はそこまで到達しておらず、蒸気発生空間４５には空気が残留している。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ことによって、ガス噴出治具５０内の蒸気発生空間４５がヘリウムガスでパージされる（ステップＳ１４）。このときには、ガス供給部６０は、蒸気発生空間４５の容積の３倍〜１０倍程度の量のヘリウムガスを供給する。所定量のヘリウムガス送給を終えた時点でガスバルブ６２を閉止してガス供給部６０からの気体送給を停止する。
続いて、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Ｓ１５）。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。さらに、側壁加熱ヒーター５５も所定の温度にまで加熱する。側壁加熱ヒーター５５の加熱温度は３００℃〜１５００℃である。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Ｓ１６）。
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Ｓ１６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。
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を再度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Ｓ１７）。ガス供給部６０はガス噴出治具５０にヘリウムガスを送給する。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（図２参照）。このコバルトのクラスターがナノ粒子である。
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もガス噴出治具５０の下方から上方へと向かう気流を形成する。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ナノ粒子生成および生成されたナノ粒子の運搬が円滑に行われる。
また、るつぼ４１の開口部はガス噴出治具５０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噴出孔５６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。
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。
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ナノ粒子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。
蒸気発生空間４５に流入したヘリウムガスはコバルトのナノ粒子とともにガス噴出板５２の複数の噴出孔５６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０．１Ｐａ以下となるように制御部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。
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Ｓ１８）。シャッター３９が待避位置に移動することによってガス噴出板５２と基板Ｗとの間が開放され、複数の噴出孔５６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ナノ粒子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。
第１実施形態においては、ガス噴出板５２に設けられた噴出孔５６のアスペクト比は１０以上である。すなわち、噴出孔５６は非常に細長い円筒状孔である。このため、図２に示すように、噴出孔５６の深さ方向とは異なる方向に飛行するコバルトのナノ粒子は噴出孔５６を通過することができない。換言すれば、噴出孔５６を通過するナノ粒子は飛行方向が噴出孔５６の深さ方向に一致するものだけである。従って、ガス噴出板５２から放出されるコバルトのナノ粒子の飛行方向は噴出孔５６の深さ方向（つまり、鉛直方向）に揃っており、そのようなナノ粒子がヘリウムガスに気流とともに基板保持部３０に保持された基板Ｗに向かって直進する。
基板Ｗにまで到達したコバルトのナノ粒子は基板Ｗの表面に堆積する。但し、ナノ粒子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、ガス噴出板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。
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、噴出孔５６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ナノ粒子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、複数の噴出孔５６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ナノ粒子は基板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。
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、側壁加熱ヒーター５５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Ｓ１９）。
本実施形態のナノ粒子堆積装置１は、上端に複数の噴出孔５６を設けたガス噴出治具５０によってるつぼ４１の開口部を覆い、ガス噴出治具５０の内側面とるつぼ４１の開口部とで囲まれた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ガス噴出治具５０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相当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ナノ粒子が増加し、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。
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ナノ粒子は無く、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。
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ナノ粒子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。
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ナノ粒子は存在せず、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。
また、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、ガス噴出板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ナノ粒子は基板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。
また、ナノ粒子堆積装置１は、ガス噴出板５２にアスペクト比が１０以上となる複数の噴出孔５６を穿設し、それら噴出孔５６からコバルトのナノ粒子を放出するようにしている。噴出孔５６を通過することができるナノ粒子は飛行方向が噴出孔５６の深さ方向に一致するものだけであり、ガス噴出板５２から放出されるコバルトのナノ粒子の飛行方向は噴出孔５６の深さ方向に揃ったものとなる。すなわち、ガス噴出板５２は、るつぼ４１を加熱するとともに蒸気発生空間４５に気体が供給されて生成されたナノ粒子に基板保持部３０に保持される基板Ｗへと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子をガス噴出治具５０から放出するのである。
複数の噴出孔５６のそれぞれのアスペクト比が１０以上であることに加えて、それらの総面積は３ｍｍ2以下である。従って、複数の噴出孔５６の全体としてのコンダクタンスは十分に小さく、蒸気発生空間４５内はクラスタリングに最適な１〜１００Ｐａに維持される一方、真空チャンバー１０の内部であってガス噴出治具５０の外部の圧力は、十分な容量の真空排気系２０を備えておけば、０．１Ｐａ以下の分子流領域に維持することができる。このため、ガス噴出板５２から放出されたコバルトのナノ粒子は互いにほとんど衝突することなく、噴出孔５６によって揃えられた飛行方向のまま基板Ｗに到達することとなる。すなわち、ナノ粒子のビーム化が可能となる。
るつぼ４１およびガス噴出板５２は基板保持部３０に保持される基板Ｗの鉛直方向直下（Ｚ軸方向の直下）に設けられている。ガス噴出板５２から放出されたコバルトのナノ粒子の飛行方向が鉛直方向の上向きに揃えられ、しかもそれがほとんど変更されることないため、大半のナノ粒子は基板Ｗの主面に対して垂直に飛来することとなる。その結果、基板Ｗのビアホールの側壁面へのナノ粒子付着を極力低減しつつ、ビアホールの底面のみに選択的にナノ粒子を堆積させることができる。
さらに、ガス噴出治具５０の本体部５１の外壁には側壁加熱ヒーター５５が付設されている。側壁加熱ヒーター５５が本体部５１の壁面を加熱することによって、蒸気発生空間４５にて生成されたコバルトのナノ粒子が本体部５１の壁面内側に付着するのを防止することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態のナノ粒子堆積装置２の全体概略構成を示す図である。図４において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付してその説明を適宜省略する。図４にも説明の便宜のため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。
第２実施形態のナノ粒子堆積装置２は、第１実施形態と同様に基板Ｗにナノ粒子を堆積させる装置であるが、基板Ｗとるつぼ４１を同一チャンバーに収容するのではなく、基板Ｗを収容する堆積チャンバー１１とるつぼ４１を収容するるつぼチャンバー１１１とを区分けしている点が第１実施形態と相違する。基板Ｗ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。第２実施形態のナノ粒子堆積装置２も、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。
第２実施形態のナノ粒子堆積装置２は、基板Ｗを収容する堆積チャンバー１１と、るつぼ４１を収容するるつぼチャンバー１１１と、を備える。るつぼチャンバー１１１の上側の一部が堆積チャンバー１１に嵌入しており、堆積チャンバー１１とるつぼチャンバー１１１との連通部分にはガス噴出板１５２が設けられている。堆積チャンバー１１には、主として真空排気系２０および基板保持部３０が設けられている。一方、るつぼチャンバー１１１には、主として真空排気系１２０とＫセル４０が設けられている。
堆積チャンバー１１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２２、ターボ分子ポンプ２３およびロータリーポンプ２４を備えて構成され、その機能は第１実施形態と同様であり、堆積チャンバー１１内を排気して所定の圧力に維持する。
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、堆積チャンバー１１の内部において処理対象となる基板Ｗを保持する。基板ステージ３１は、表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、堆積チャンバー１１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。第１実施形態と同様に、基板保持部３０には、保持する基板Ｗを冷却する冷却機構（冷却媒体を流すための冷却配管３５）が設けられている。第２実施形態では冷却媒体として液体窒素を使用する。
るつぼチャンバー１１１は、金属製（例えば、ステンレススチール製）の円筒形状を有する筐体であり、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。るつぼチャンバー１１１の大きさは堆積チャンバー１１よりも小さく、るつぼチャンバー１１１の上側の一部は堆積チャンバー１１に嵌入している。るつぼチャンバー１１１と堆積チャンバー１１とは一体に形成するようにしても良いし、別部品として組み合わせるものであっても良い。
真空排気系１２０は、可変コンダクタンスバルブ１２２、ターボ分子ポンプ１２３およびロータリーポンプ１２４を備えて構成され、るつぼチャンバー１１１内を排気して所定の圧力に維持する。すなわち、真空排気系１２０は真空排気系２０を同様の構成を備えて同様の動作を行う。もっとも、るつぼチャンバー１１１は堆積チャンバー１１よりも容積が小さいため、真空排気系１２０の容量は真空排気系２０よりも小さくて良い。
るつぼチャンバー１１１に設置されたＫセル４０は、ナノ粒子の原材料となる金属（第２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。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。Ｋセル４０は、基板ステージ３１の直下に配置されている。すなわち、るつぼチャンバー１１１自体が基板ステージ３１の直下に設置されており、それに収容されたＫセル４０も基板ステージ３１の直下に設けられることとなる。また、るつぼ４１は、その開口部が直上を向くようにるつぼチャンバー１１１内に設けられている。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。また、堆積チャンバー１１の底面はるつぼ４１の上端よりも下方となる。
第２実施形態においては、るつぼチャンバー１１１の上端、つまりるつぼチャンバー１１１と堆積チャンバー１１との連通部分に円板形状のガス噴出板１５２が設けられている。ガス噴出板１５２には、アスペクト比が１０以上の複数の噴出孔１５６が穿設されている。複数の噴出孔５６のそれぞれは円筒形状を有している。「アスペクト比」の意義は第１実施形態と同じであり、噴出孔１５６の幅方向の長さに対する深さ方向の長さの比である。第２実施形態においては、噴出孔１５６が円筒形状であるため、その円筒の直径に対する高さの比が噴出孔１５６のアスペクト比となる。なお、噴出孔１５６の形状は円筒形状に限定されるものではなく、楕円柱形状や多角柱形状であっても良い。また、第２実施形態においては、複数の噴出孔１５６のそれぞれの深さ方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿うように構成されている。
ガス噴出板１５２に穿設される噴出孔１５６の数は特に限定されるものでは無く、１個であっても良いし、複数個であっても良い。すなわち、ガス噴出板１５２には、少なくとも１以上の噴出孔１５６が穿設されていれば良い。もっとも、アスペクト比を１０以上とするためには、１個の噴出孔１５６であると高さが相当に高く、つまりガス噴出板１５２の厚さを相当厚くする必要があるため、第２実施形態のように複数の噴出孔１５６を設ける方が好ましい。複数の噴出孔１５６を設ける場合には、各噴出孔１５６の深さ方向は互いに平行となるようにする。また、ガス噴出板１５２に設ける噴出孔１５６の総面積（ガス噴出板１５２を上方から見たときの複数の噴出孔１５６の合計面積）は３ｍｍ2以下とする。
るつぼチャンバー１１１の内部においては、ガス噴出板１５２とるつぼ４１の開口部との間の空間が蒸気発生空間１４５とされる。蒸気発生空間１４５は、非開放空間（半密閉空間）である。すなわち、蒸気発生空間１４５に連通するガス流出入口はガス供給部６０からのガス流入口および噴出孔１５６のみであり、それら以外から蒸気発生空間１４５に気体が流出入することは無い。
るつぼチャンバー１１１内にＫセル４０が設置された状態において、るつぼ４１の開口部からガス噴出板１５２の下端までの距離、すなわち蒸気発生空間１４５の高さは５ｃｍ〜２０ｃｍとされる。また、ガス噴出板１５２は基板ステージ３１の直下に位置おり、ガス噴出板１５２の上端から基板保持部３０に保持される基板Ｗまでの距離は１ｃｍ〜４０ｃｍとされる。
また、るつぼチャンバー１１１の外壁のうち、蒸気発生空間１４５の測方には側壁加熱ヒーター１５５が付設されている。側壁加熱ヒーター１５５は、るつぼチャンバー１１１の壁面のうち蒸気発生空間１４５に接する部分を加熱する。
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、るつぼチャンバー１１１の内部に所定の気体（第２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。ガス加熱ヒーター６３は、ガス流量制御部６１を通過してるつぼチャンバー１１１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。
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、堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１の外部に設けられている。そして、ガス加熱ヒーター６３とるつぼチャンバー１１１とがガス配管によって連通接続されている。そのガス配管はるつぼチャンバー１１１の壁面のうち、るつぼ４１の上端よりも下方に接続される。なお、第２実施形態のるつぼチャンバー１１１は固定であるため、ガス配管が可撓性を有する必要は無い。
ガス供給部６０からるつぼチャンバー１１１に気体を送給することによって、るつぼチャンバー１１１に内部にて下方から上方へと向かう気流が形成され、複数の噴出孔１５６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１４５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。
また、堆積チャンバー１１の基板ステージ３１とるつぼチャンバー１１１のガス噴出板１５２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とガス噴出板１５２との間の遮蔽位置（図４の位置）に移動すると、複数の噴出孔１５６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、複数の噴出孔１５６からの気流が基板Ｗに到達する。
また、制御部９０は、ナノ粒子堆積装置２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。
上述した構成以外にも、ナノ粒子堆積装置２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、堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１には、内部空間の真空度（圧力）を計測するための圧力計１５および圧力計１１５がそれぞれ付設されている。圧力計１５，１１５によって計測された堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１内の真空度は制御部９０に伝達される。その他にも、堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１には、基板Ｗや原材料を搬出入するための開口部、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。
次に、上記構成を有するナノ粒子堆積装置２における動作手順について説明する。図５は、ナノ粒子堆積装置２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２の各動作機構を制御することによって実行される。
まず、処理対象となる基板Ｗが堆積チャンバー１１に搬入されて基板保持部３０に保持される（ステップＳ２１）。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。次に、るつぼチャンバー１１１に設置された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Ｓ２２）。
続いて、堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１内が密閉空間とされ、両チャンバーの真空排気が行われる（ステップＳ２３）。堆積チャンバー１１内の真空排気は、真空排気系２０によって実行される。堆積チャンバー１１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堆積チャンバー１１内の真空度を概ね１０-4Ｐａ以下にまで到達させる。同様に、るつぼチャンバー１１１内の真空排気は、真空排気系１２０によって実行される。るつぼチャンバー１１１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１２２を全開にしつつロータリーポンプ１２４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１２３を作動させ、処理を開始する前の状態としてるつぼチャンバー１１１内の真空度を概ね１０-4Ｐａ以下にまで到達させる。
堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１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Ｓ２４）。なお、第２実施形態においては、堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１を個別に真空排気しているため、第１実施形態のようなパージ工程（ステップＳ１４）は不要である。
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、第２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。さらに、側壁加熱ヒーター１５５も所定の温度にまで加熱する。側壁加熱ヒーター１５５の加熱温度は３００℃〜１５００℃である。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Ｓ２５）。
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Ｓ２５にてるつぼ４１の温度が１４５０℃に到達した時点では、るつぼチャンバー１１１内の蒸気発生空間１４５にコバルトの蒸気が存在することとなる。
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からるつぼチャンバー１１１内への気体送給を開始する（ステップＳ２６）。ガス供給部６０はるつぼチャンバー１１１にヘリウムガスを送給する。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るつぼチャンバー１１１内の蒸気発生空間１４５に流入する。蒸気発生空間１４５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。このコバルトのクラスターがナノ粒子である。
蒸気発生空間１４５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１４５にガス供給部６０からヘリウムガスを供給すれば、そのヘリウムガスは噴出孔１５６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。
また、るつぼチャンバー１１１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。第２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はるつぼチャンバー１１１に送給するヘリウムガスを１２００℃に加熱している。上述した通り、コバルトの蒸気が発生している蒸気発生空間１４５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ナノ粒子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。
蒸気発生空間１４５に流入したヘリウムガスはコバルトのナノ粒子とともにガス噴出板１５２の複数の噴出孔１５６から上方に向けて噴出される。その結果、堆積チャンバー１１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０．１Ｐａ以下となるように制御部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。一方、るつぼチャンバー１１１内の圧力は真空排気系１２０によって調整される。具体的には、圧力計１１５によって計測されるるつぼチャンバー１１１内の圧力が１Ｐａ〜１００Ｐａの範囲内となるように制御部９０がロータリーポンプ１２４およびターボ分子ポンプ１２３を作動させつつ可変コンダクタンスバルブ１２２のコンダクタンスを制御する。
堆積チャンバー１１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Ｓ２７）。シャッター３９が待避位置に移動することによってガス噴出板１５２と基板Ｗとの間が開放され、複数の噴出孔１５６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１４５内にて生成されたコバルトのナノ粒子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。
第２実施形態においては、ガス噴出板１５２に設けられた噴出孔１５６のアスペクト比は１０以上である。このため、第１実施形態と同様に、噴出孔１５６の深さ方向とは異なる方向に飛行するコバルトのナノ粒子は噴出孔１５６を通過することができない。換言すれば、噴出孔１５６を通過するナノ粒子は飛行方向が噴出孔１５６の深さ方向に一致するものだけである。従って、ガス噴出板１５２から放出されるコバルトのナノ粒子の飛行方向は噴出孔１５６の深さ方向（つまり、鉛直方向）に揃っており、そのようなナノ粒子がヘリウムガスに気流とともに基板保持部３０に保持された基板Ｗに向かって直進する。
基板Ｗにまで到達したコバルトのナノ粒子は基板Ｗの表面に堆積する。但し、ナノ粒子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、ガス噴出板１５２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。
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、噴出孔１５６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ナノ粒子に熱泳動力が作用する。従って、複数の噴出孔１５６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ナノ粒子は基板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。
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２２，１２２を全開にして堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１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、側壁加熱ヒーター１５５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２２，１２２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堆積チャンバー１１およびるつぼチャンバー１１１内を大気圧に復帰させる。そして、処理後の基板Ｗを堆積チャンバー１１から搬出してナノ粒子の堆積処理が完了する（ステップＳ２８）。
第２実施形態のナノ粒子堆積装置２においても、るつぼチャンバー１１１内に半密閉空間である蒸気発生空間１４５を形成している。そして、蒸気発生空間１４５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ガス噴出板１５２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、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相当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ナノ粒子が増加し、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。
また、第１実施形態と同様に、第２実施形態のナノ粒子堆積装置２は、サイズ分級のためのインパクターを備えていないため、インパクターによって捕集されるナノ粒子が無く、発生したコバルトの蒸気のロスはさらに少なくなる。さらに、ナノ粒子堆積装置２は、ガス噴出板１５２と基板Ｗとの間に差動排気室を設けていないため、差動排気によってヘリウムガスとともに排気されるナノ粒子は存在せず、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。
また、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、ガス噴出板１５２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ナノ粒子は基板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。
また、第２実施形態のナノ粒子堆積装置２は、ガス噴出板１５２にアスペクト比が１０以上となる複数の噴出孔１５６を穿設し、それら噴出孔１５６からコバルトのナノ粒子を放出するようにしている。噴出孔１５６を通過することができるナノ粒子は飛行方向が噴出孔１５６の深さ方向に一致するものだけであり、ガス噴出板１５２から放出されるコバルトのナノ粒子の飛行方向は噴出孔１５６の深さ方向に揃ったものとなる。すなわち、ガス噴出板１５２は、るつぼ４１を加熱するとともにるつぼチャンバー１１１内の蒸気発生空間４５に気体が供給されて生成されたナノ粒子に基板保持部３０に保持される基板Ｗへと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子をるつぼチャンバー１１１から堆積チャンバー１１に放出するのである。
複数の噴出孔１５６のそれぞれのアスペクト比が１０以上であることに加えて、それらの総面積は３ｍｍ2以下である。従って、複数の噴出孔１５６の全体としてのコンダクタンスは十分に小さく、るつぼチャンバー１１１内の圧力はクラスタリングに最適な１〜１００Ｐａに維持される一方、堆積チャンバー１１内の圧力は、十分な容量の真空排気系２０を備えておけば、０．１Ｐａ以下の分子流領域に維持することができる。このため、ガス噴出板１５２から放出されたコバルトのナノ粒子は互いにほとんど衝突することなく、噴出孔１５６によって揃えられた飛行方向のまま基板Ｗに到達することとなる。すなわち、ナノ粒子のビーム化が可能となる。
るつぼ４１およびガス噴出板１５２は基板保持部３０に保持される基板Ｗの鉛直方向直下（Ｚ軸方向の直下）に設けられている。ガス噴出板１５２から放出されたコバルトのナノ粒子の飛行方向が鉛直方向の上向きに揃えられ、しかもそれがほとんど変更されることないため、大半のナノ粒子は基板Ｗの主面に対して垂直に飛来することとなる。その結果、基板Ｗのビアホールの側壁面へのナノ粒子付着を極力低減しつつ、ビアホールの底面のみに選択的にナノ粒子を堆積させることができる。
さらに、るつぼチャンバー１１１の外壁には側壁加熱ヒーター１５５が付設されている。側壁加熱ヒーター１５５がるつぼチャンバー１１１の壁面を加熱することによって、蒸気発生空間１４５にて生成されたコバルトのナノ粒子がるつぼチャンバー１１１の壁面内側に付着するのを防止することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態のナノ粒子堆積装置３の全体概略構成を示す図である。図６において、第１実施形態および第２実施形態と同一の要素については同一の符号を付してその説明を適宜省略する。図６にも説明の便宜のため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。
第３実施形態のナノ粒子堆積装置３も第１実施形態および第２実施形態と同様に基板Ｗにナノ粒子を堆積させる装置である。第３実施形態のナノ粒子堆積装置３が第２実施形態と相違するのは、るつぼチャンバー１１１の上端に設けられたガス噴出板２５２の構成およびガス噴出板２５２と基板保持部３０との間にアパーチャ板２７２を設けている点である。
第３実施形態においては、るつぼチャンバー１１１の上端、つまりるつぼチャンバー１１１と堆積チャンバー１１との連通部分に円板形状のガス噴出板２５２が設けられている。ガス噴出板１５２には、複数の噴出孔２５６が穿設されている。但し、第３実施形態の噴出孔２５６のアスペクト比は特に限定されるものではない。ガス噴出板２５２に穿設される噴出孔２５６の数は特に限定されるものでは無く、１個であっても良いし、複数個であっても良い。すなわち、ガス噴出板２５２には、少なくとも１以上の噴出孔２５６が穿設されていれば良い。また、ガス噴出板２５２に設ける噴出孔２５６の総面積（ガス噴出板２５２を上方から見たときの複数の噴出孔２５６の合計面積）は３ｍｍ2以下とする。
また、第３実施形態においては、ガス噴出板２５２と基板保持部３０との間に円板形状のアパーチャ板２７２が設けられている。アパーチャ板２７２はガス噴出板２５２と同一またはそれ以上の大きさを有する。アパーチャ板２７２には、複数の通過孔２７６が穿設されている。なお、通過孔２７６のアスペクト比も特に限定されるものではない。
図７は、ガス噴出板２５２とアパーチャ板２７２とを示す斜視図である。また、図８は、ガス噴出板２５２とアパーチャ板２７２とを模式的に示した側面図である。図７に示すように、ガス噴出板２５２における複数の噴出孔２５６の配置とアパーチャ板２７２における複数の通過孔２７６の配置とは全く同一である。具体的には、ガス噴出板２５２の複数の噴出孔２５６のそれぞれの真上（鉛直方向直上）に通過孔２７６が位置している。また、通過孔２７６の形状および大きさも噴出孔２５６と同じである。
るつぼチャンバー１１１のガス噴出板２５２は基板保持部３０の鉛直方向直下に設けられている。従って、ガス噴出板２５２に設けられた複数の噴出孔２５６のそれぞれから基板保持部３０に保持された基板Ｗに向けて直進するナノ粒子がアパーチャ板２７２に到達する位置に通過孔２７６は設けられている。
上述した点以外の残余の構成については、第３実施形態のナノ粒子堆積装置３は第２実施形態のナノ粒子堆積装置２と同様である。また、第３実施形態のナノ粒子堆積装置３における動作手順についても概ね第２実施形態と同じである。
第３実施形態においては、ガス噴出板２５２に設けられた噴出孔２５６のアスペクト比を特に限定しておらず、飛行方向が鉛直方向とは異なるナノ粒子であっても噴出孔２５６を通過することができる。すなわち、図８に示すように、ガス噴出板２５２から放出されるナノ粒子の飛行方向はランダムである。
ガス噴出板２５２と基板保持部３０との間にはアパーチャ板２７２が設けられており、アパーチャ板２７２の複数の通過孔２７６はガス噴出板２５２の複数の噴出孔２５６の鉛直方向直上に設けられている。噴出孔２５６を通過してガス噴出板２５２から放出されたナノ粒子のうちアパーチャ板２７２の通過孔２７６を通過することができるのは飛行方向が鉛直方向に沿ったものだけである。従って、ガス噴出板２５２から放出されてアパーチャ板２７２を通過したコバルトのナノ粒子の飛行方向は鉛直方向に揃っている。このため、大半のナノ粒子は基板Ｗの主面に対して垂直に飛来することとなり、その結果、基板Ｗのビアホールの側壁面へのナノ粒子付着を極力低減しつつ、ビアホールの底面のみに選択的にナノ粒子を堆積させることができる。第３実施形態の残余の動作内容は第２実施形態と同じであり、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
＜変形例＞
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。
また、第３実施形態においては、第２実施形態の装置にアスペクト比を特に限定しない噴出孔を穿設したガス噴出板を備えてその上にアパーチャ板２７２を設けるようにしていたが、第１実施形態のガス噴出治具５０にアスペクト比を特に限定しない噴出孔を穿設したガス噴出板を備えてその上にアパーチャ板２７２を設けるようにしても良い。すなわち、基板保持部３０とるつぼ４１との間にナノ粒子を基板Ｗに向けて放出する少なくとも１以上の噴出孔が設けられたガス噴出板を備え、さらにそのガス噴出板と基板保持部３０との間にアパーチャ板２７２を設ける構成であれば良い。このようにすれば、第３実施形態と同様に、ガス噴出板から放出されてアパーチャ板を通過したナノ粒子の飛行方向は同一方向に揃うこととなる。
また、アパーチャ板２７２の枚数は１枚に限定されるものではなく、複数枚であっても良い。この場合、全てのアパーチャ板２７２に設けられた通過孔２７６はガス噴出板２５２の噴出孔２５６と重なるようにする。アパーチャ板２７２の枚数が増えるにしたがって、ナノ粒子の飛行方向がより高い精度にて同一方向に揃うこととなる。
また、第３実施形態においては、ガス噴出板２５２における複数の噴出孔２５６の配置とアパーチャ板２７２における複数の通過孔２７６の配置とを全く同一とし、通過孔２７６の形状および大きさも噴出孔２５６と同じとしていたが、通過孔２７６の数は噴出孔２５６より少なくても良い。また、通過孔２７６の大きさは噴出孔２５６より小さくても良い。
また、第１実施形態のナノ粒子堆積装置１に第３実施形態のアパーチャ板２７２を設けるようにしても良く、第２実施形態のナノ粒子堆積装置２に第３実施形態のアパーチャ板２７２を設けるようにしても良い。すなわち、アスペクト比が１０以上の噴出孔を穿設したガス噴出板にさらにアパーチャ板２７２を組み合わせるようにしても良い。この場合であっても、ガス噴出板に設けられた複数の噴出孔のそれぞれから基板保持部３０に保持された基板Ｗに向けて直進するナノ粒子がアパーチャ板２７２に到達する位置に通過孔２７６が設けられる。このようにすれば、ガス噴出板を通過してなおも飛行方向が若干ずれているナノ粒子をアパーチャ板２７２によって遮ることができ、基板Ｗにまで到達するナノ粒子の飛行方向をより高い精度にて同一方向に揃えることができる。
また、上記各実施形態においては、ガス供給部６０から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。
また、上記各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。
また、上記各実施形態においては、真空排気系２０，１２０をターボ分子ポンプおよびロータリーポンプ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、チャンバー内を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。
また、第１実施形態のガス噴出治具５０および第２実施形態のるつぼチャンバー１１１の形状は円筒形状に限定されるものではなく、四角柱形状や六角柱形状などの多角柱形状であっても良い。この場合、ガス噴出板５２，１５２の形状も四角形や六角形などの多角形とすれば良い。
１，２，３ ナノ粒子堆積装置
１０ 真空チャンバー
１１ 堆積チャンバー
２０，１２０ 真空排気系
３０ 基板保持部
３５ 冷却配管
４０ Ｋセル
４１ るつぼ
４２ るつぼ加熱ヒーター
４５，１４５ 蒸気発生空間
５０ ガス噴出治具
５１ 本体部
５２，１５２，２５２ ガス噴出板
５５，１５５ 側壁加熱ヒーター
５６，１５６，２５６ 噴出孔
６０ ガス供給部
９０ 制御部
１１１ るつぼチャンバー
２７２ アパーチャ板
２７６ 通過孔

Claims (10)

  1. 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周辺を覆うガス噴出治具と、
    前記るつぼの開口部周辺が前記ガス噴出治具によって覆われて形成された蒸気発生空間に気体を供給する気体供給手段と、
    を備え、
    前記るつぼを加熱するとともに前記蒸気発生空間に気体が供給されて生成されたナノ粒子に前記保持手段に保持される基板へと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子を前記ガス噴出治具から放出する噴出板を前記ガス噴出治具に設けることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  2. 請求項１記載のナノ粒子堆積装置において、
    前記噴出板には、幅方向の長さに対する深さ方向の長さが１０以上となる少なくとも１以上の小孔が穿設されることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  3. 請求項２記載のナノ粒子堆積装置において、
    前記ガス噴出治具と前記保持手段との間に、前記噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板をさらに備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のナノ粒子堆積装置において、
    前記ガス噴出治具の壁面を加熱する治具加熱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。
  5. 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、
    基板を収容する第１チャンバーと、
    前記第１チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
    前記第１チャンバー内を排気する第１排気手段と、
    前記保持手段に保持される基板に対向して第２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、
    前記第２チャンバー内を排気する第２排気手段と、
    前記第２チャンバー内に気体を供給する気体供給手段と、
    を備え、
    前記るつぼを加熱するとともに前記第２チャンバー内に気体が供給されて生成されたナノ粒子に前記保持手段に保持される基板へと向かう指向性を付与しつつ、当該ナノ粒子を前記第２チャンバーから前記第１チャンバーに放出する噴出板を前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとの連通部分に設けることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  6. 請求項５記載のナノ粒子堆積装置において、
    前記噴出板には、幅方向の長さに対する深さ方向の長さが１０以上となる少なくとも１以上の小孔が穿設されることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  7. 請求項６記載のナノ粒子堆積装置において、
    前記噴出板と前記保持手段との間に、前記噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板をさらに備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  8. 請求項５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、
    前記第２チャンバーの壁面を加熱するチャンバー壁加熱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。
  9. 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、
    基板を保持する保持手段と、
    前記保持手段に保持される基板に対向して配置され、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周辺に気体を供給する気体供給手段と、
    前記保持手段と前記るつぼとの間に設けられ、前記るつぼを加熱するとともに前記るつぼの開口部周辺に気体が供給されて生成されたナノ粒子を前記保持手段に保持される基板に向けて放出する少なくとも１以上の小孔が設けられた噴出板と、
    前記噴出板と前記保持手段との間に設けられ、前記噴出板に設けられた少なくとも１以上の小孔のそれぞれから基板に向けて直進するナノ粒子が到達する位置に通過孔を設けたアパーチャ板と、
    を備えることを特徴とするナノ粒子堆積装置。
  10. 請求項１から請求項９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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012200648A (ja) * 2011-03-24 2012-10-22 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology 揮発性有機化合物の分解除去方法
US8537242B2 (en) 2000-01-21 2013-09-17 Harusaki Technologies, Llc Host interface for imaging arrays
JP2015051380A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 大日本印刷株式会社 金属粒子担持触媒、及びその製造方法

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