(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を生成する粒子生成装置と、
前記粒子生成装置で生成した前記粒子を帯電させる帯電装置と、
基板を保持可能なホルダと、
内面が電気的に絶縁性であり且つ一方の開口に前記帯電装置により帯電させられた前記粒子がキャリアガスとともに供給されるとともに他方の開口から前記基板に向けて前記粒子を前記キャリアガスとともに吐出する粒子吐出管と、
前記粒子吐出管の前記基板側端部外周に設けられた導電性部材と、
前記導電性部材の電位を一定に制御する制御手段とを具備し、前記導電性部材は鍔状部を備えていることを特徴とする粒子堆積層形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は前記導電性部材と前記ホルダとを同電位とするか或いは前記導電性部材の電位を複数の値の間で切り替え可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の粒子堆積層形成装置。
【請求項３】
前記導電性部材は前記粒子吐出管の前記基板側の端面を覆っていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子堆積層形成装置。
【請求項４】
前記導電性部材の前記基板側の面と前記基板との間の距離は、前記粒子吐出管の前記基板側の端面と前記基板との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子堆積層形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子堆積層形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナノメートルスケールの粒子は、従来の粒子にない様々な特徴を有している。そのため、近年、ナノメートルスケールの粒子を電子デバイス等へ応用すべく、半導体などからなるナノメートルスケールの粒子を基板表面の一部の領域に吸着させて所定のパターンの粒子堆積層を形成する試みが行われている。（以下の特許文献１を参照のこと。）
粒子を基板表面の一部の領域に吸着させる方法としては、予め基板表面に帯電状態の分布を形成しておき、帯電粒子と基板表面との間の静電力を利用する方法がある。具体的には、例えば、まず、粒子生成装置で生成した粒子を窒素などのキャリアガスとともにコロナ放電などを利用した帯電装置に供給し、正または負に帯電させる。次いで、正または負に帯電した荷電粒子をキャリアガスとともに粒子吐出管を介して基板表面に供給する。この際、予め基板表面に粒子吐出管から吐出される荷電粒子とは逆極性の帯電部を形成しておくことにより、帯電粒子を帯電部上に吸着させることができる。
【０００３】
この方法によれば、理想的には、帯電粒子を帯電部上のみに吸着させることができるものと考えられる。しかしながら、現実には、帯電粒子は非帯電部にも吸着してしまう。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開第０１／８４２３８Ａ１号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、基板表面のうち帯電部に対して高い選択性で粒子を吸着させることが可能な粒子堆積層形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、粒子を生成する粒子生成装置と、前記粒子生成装置で生成した前記粒子を帯電させる帯電装置と、基板を保持可能なホルダと、内面が電気的に絶縁性であり且つ一方の開口に前記帯電装置により帯電させられた前記粒子がキャリアガスとともに供給されるとともに他方の開口から前記基板に向けて前記粒子を前記キャリアガスとともに吐出する粒子吐出管と、前記粒子吐出管の前記基板側端部外周に設けられた導電性部材と、前記導電性部材の電位を一定に制御する制御手段とを具備し、前記導電性部材は鍔状部を備えていることを特徴とする粒子堆積層形成装置が提供される。
【０００７】
本発明において、制御手段は、導電性部材とホルダとを同電位とするように構成されていてもよい。或いは、制御手段は、導電性部材の電位を複数の値の間で切り替え可能に構成されていてもよい。
【０００８】
導電性部材は、粒子吐出管の基板側の端面を覆っていてもよい。或いは、導電性部材の基板側の面と基板との間の距離は、粒子吐出管の基板側の端面と基板との間の距離よりも短くてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る粒子堆積層形成装置を概略的に示す図である。この粒子堆積層形成装置１は、粒子生成装置２、冷却装置３、帯電装置４、粒子移送管５、粒子吐出管６、導電性部材７、ホルダ８、及び制御手段９を備えている。
【００１１】
粒子生成装置２は、ナノメートルスケールの粒子を生成可能なものであれば特に制限はない。但し、粒子吐出管６からは粒子をキャリアガスとともに吐出するので、粒子堆積層形成装置１の構成を簡略化する観点では、粒子生成装置２はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの気相法により粒子を生成するものであることが有利である。なお、ここでは、一例として、粒子生成装置２が気相法により粒子を生成するものであることとする。
【００１２】
冷却装置３は、例えば冷却ジャケットなどを備えており、粒子移送管５を介して窒素などのキャリアガスとともに帯電装置４へと供給される粒子を冷却する。この冷却装置３は、粒子生成装置２が十分に冷却された粒子やキャリアガスを排出する場合などには設けなくてもよい。
【００１３】
帯電装置４は、粒子生成装置２で生成した粒子を正または負に帯電させるものである。帯電装置４としては、例えば、コロナ放電などを利用したものを使用することができる。
【００１４】
粒子吐出管６は、帯電装置４により正または負に帯電した粒子をキャリアガスとともに吐出する。この粒子吐出管６の内面は電気的に絶縁性である。
【００１５】
導電性部材７は、粒子吐出管６を外側から取り囲むように設けられている。導電性部材７は、粒子吐出管６の外面全体を覆っていてもよいが、図１に示すように、粒子吐出管６のホルダ８側端部外周に設けられていればよい。導電性部材７は、粒子吐出管６の外面に設けられた導電膜であってもよく、或いは、それ自体を独立して取り扱うことが可能な管であってもよい。後者の場合、粒子吐出管６は導電性部材の内面に設けられた絶縁膜であってもよい。なお、導電性部材７の構造については、後で詳述する。
【００１６】
ホルダ８は、基板１０が粒子吐出管６の吐出口に向き合うように基板１０を着脱可能に保持している。ホルダ８の基板１０を保持する保持面は、例えば、導電体で構成することができる。
【００１７】
制御手段９は、導電性部材７の電位を一定に制御する。典型的には、制御手段９は、導電性部材７の電位を予め定められた設定値に維持する。制御手段９は、導電性部材７の電位を複数の値の間で切り替え可能なものであってもよく、或いは、そのような切り替えが不可能なものであってもよい。
【００１８】
制御手段９は、維持すべき電圧を複数の値の間で切り替え可能な定電圧装置を備えていてもよく、そのような切り替えが不可能な定電圧装置を備えていてもよい。また、制御手段９により導電性部材７の電位を接地電位と等しくしてもよい。すなわち、制御手段９は、導電性部材７と大地とを接続する導電パスを構成している部材を備えていてもよい。なお、ホルダ８の保持面は、接地して接地電位に維持してもよく、或いは、制御手段９に接続して所望の電位に維持してもよい。
【００１９】
図２は、図１の粒子堆積層形成装置１で採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図２に示す導電性部材７は粒子吐出管６の基板１０側端部外周に設けられており、基板１０側に向いた導電性部材７の端面と粒子吐出管６の端面とは同一平面上にある。なお、図２では、一例として、導電性部材７は接地されている。また、ここでは、一例として、粒子吐出管６から吐出される粒子１１は負に帯電し、基板１０の表面には所定のパターンに正電荷の分布が形成されていることとする。
【００２０】
このような構成によると、基板１０の表面のうち帯電部に対して高い選択性で粒子を吸着させることが可能となる。これについては、図２と図３（ａ），（ｂ）とを対比しながら説明する。
【００２１】
図３（ａ），（ｂ）は、比較例に係る粒子堆積層形成装置で採用される粒子吐出管の構造を概略的に示す断面図である。
【００２２】
図３（ａ）に示す構造では、粒子吐出管６を導電体で構成している。また、図３（ａ）に示す構造では、安全のため、粒子吐出管６を接地している。図３（ａ）に示す構造によると、帯電装置４により負に帯電させられた粒子１１は、粒子吐出管６を通過する間にその内壁と衝突すると、粒子吐出管６に電子を奪われる。そのため、粒子１１と基板１０の表面に形成された帯電部との間の静電引力が弱められる。その結果、粒子１１を帯電部上のみに吸着させることができず、粒子１１は非帯電部にも吸着してしまう。
【００２３】
図３（ｂ）に示す構造では、粒子吐出管６を絶縁体で構成している。図３（ｂ）に示す構造によると、帯電装置４により負に帯電させられた粒子１１が粒子吐出管６を通過する間にその内壁と衝突すると、粒子１１は粒子吐出管６に電子を奪われ、その結果、粒子吐出管６の内壁は負に帯電する。粒子吐出管６の内壁が十分に帯電すると、粒子吐出管６の内壁と負に帯電させられた粒子１１との間に働く静電斥力により、粒子１１の粒子吐出管６への衝突が抑制される。そのため、図３（ｂ）に示す構造によると、粒子１１の電荷が粒子吐出管６に奪われるのを抑制することができる。しかしながら、図３（ｂ）に示す構造では、負に帯電した粒子吐出管６と基板１０の表面に形成された帯電部との間に強い電界１２が生じる。そのため、図３（ｂ）に示す構造でも、粒子１１を帯電部上のみに吸着させることができず、粒子１１は非帯電部にも吸着してしまう。
【００２４】
これに対し、図２に示す構造では、電気的に絶縁性の粒子吐出管６を使用している。そのため、粒子１１の電荷が粒子吐出管６に奪われるのを抑制することができる。しかも、図２に示す構造では、粒子吐出管６の基板１０側端部外周に導電性部材７が設けており、この導電性部材７を接地している。そのため、粒子吐出管６と導電性部材７との間に強い電界１２を生じるものの、粒子吐出管６と基板１０の表面に形成された帯電部との間に強い電界を生じることはない。したがって、図２に示す構造によると、粒子１１を帯電部上のみに吸着させることができる。すなわち、図２に示す構造によると、基板１０の帯電部に対して高い選択性で粒子１１を吸着させることが可能となる。
【００２５】
本実施形態において、導電性部材７の構造には様々な変形が可能である。
図４（ａ）乃至（ｄ）は、図１の粒子堆積層形成装置１で導電性部材７に採用可能な構造の他の例を概略的に示す断面図である。
【００２６】
図４（ａ）に示す構造では、導電性部材７は粒子吐出管６の基板１０側の端面を覆っている。この構造によると、図２に示す構造に比べ、粒子吐出管６と基板１０の表面上の帯電部との間に強い電界が生じるのを抑制する効果が大きい。したがって、この構造を採用すると、基板１０の帯電部に対してより高い選択性で粒子１１を吸着させることが可能となる。
【００２７】
図４（ｂ）に示す構造では、導電性部材７の基板１０側の面と基板１０との間の距離は、粒子吐出管６の基板１０側の端面と基板１０との間の距離よりも短い。この構造も、図２に示す構造に比べ、粒子吐出管６と基板１０の表面上の帯電部との間に強い電界が生じるのを抑制する効果が大きい。したがって、この構造を採用すると、基板１０の帯電部に対してより高い選択性で粒子１１を吸着させることが可能となる。
【００２８】
図４（ｃ）に示す構造では、導電性部材７は粒子吐出管６の基板１０側端部を取り囲んだ鍔状部を備えている。この構造も、図２に示す構造に比べ、粒子吐出管６と基板１０の表面上の帯電部との間に強い電界が生じるのを抑制する効果が大きい。したがって、この構造を採用すると、基板１０の帯電部に対してより高い選択性で粒子１１を吸着させることが可能となる。
【００２９】
図４（ｄ）に示す構造では、導電性部材７は粒子吐出管６の基板１０側端部近傍に鍔状部を備えている。加えて、図４（ｄ）に示す構造では、導電性部材７は粒子吐出管６の基板１０側の端面を覆っている。この構造も、図２に示す構造に比べ、粒子吐出管６と基板１０の表面上の帯電部との間に強い電界が生じるのを抑制する効果が大きい。したがって、この構造を採用すると、基板１０の帯電部に対してより高い選択性で粒子１１を吸着させることが可能となる。
【００３０】
図５（ａ）は図１に示す粒子堆積層形成装置１の導電性部材７に図４（ｄ）に示す構造を採用した場合の等電位面の一例を示す図である。また、図５（ｂ）は図３（ａ）に示す構造を採用した場合の等電位面の一例を示す図である。なお、図５（ａ）に示すデータは導電性部材７を接地した場合を想定して得られたものである。また、図５（ｂ）に示すデータは粒子吐出管６の電位を−２ｋＶに維持した場合に得られたものである。
【００３１】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、導電性部材７に図４（ｄ）に示す構造を採用した場合、図３（ａ）に示す構造を採用した場合に比べ、粒子吐出管６と基板１０との間の電界が弱い。この例では、導電性部材７に図４（ｄ）に示す構造を採用した場合、図３（ａ）に示す構造を採用した場合に比べ、粒子吐出管６と基板１０との間の電界は１／１０程度に抑制されている。
【００３２】
このように、本実施形態によると、粒子吐出管６と基板１０の表面に形成された帯電部との間に強い電界を生じることがないため、基板１０の帯電部に対して高い選択性で粒子１１を吸着させることが可能となる。
【００３３】
本実施形態では、導電性部材７の電位を適宜設定することにより、粒子吐出管６から吐出される粒子１１の速度を制御することができる。例えば、導電性部材７の極性が粒子１１の帯電極性とは逆となるように導電性部材７の電位を設定すると、導電性部材７と粒子１１との間に静電引力を生じさせることができる。したがって、粒子１１の速度を遅くすることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、粒子生成装置２と粒子吐出管６との間に分級装置を設けてもよい。これにより、所望の粒径の粒子１１を基板１０上に吸着させることができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る粒子堆積層形成装置を概略的に示す図である。本実施形態は、一部の粒子１１を正に帯電させ且つ他の粒子１１を負に帯電させる帯電装置４，例えばアメリシウム等の放射性物質が放出するα線により気体を電離させるもの，を使用するとともに、粒子１１を帯電極性などに応じて分級する分級装置１５を設けること以外は第１の実施形態と同様である。このような構成を採用した場合も、第１の実施形態で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、基板表面のうち帯電部に対して高い選択性で粒子を吸着させることが可能な粒子堆積層形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る粒子堆積層形成装置を概略的に示す図。
【図２】図１の粒子堆積層形成装置で採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、比較例に係る粒子堆積層形成装置で採用される粒子吐出管の構造を概略的に示す断面図。
【図４】（ａ）乃至（ｄ）は、図１の粒子堆積層形成装置で導電性部材に採用可能な構造の他の例を概略的に示す断面図。
【図５】（ａ）は図１に示す粒子堆積層形成装置の導電性部材に図４（ｄ）に示す構造を採用した場合の等電位面の一例を示す図、（ｂ）は図３（ａ）に示す構造を採用した場合の等電位面の一例を示す図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る粒子堆積層形成装置を概略的に示す図。
【符号の説明】
１…粒子堆積層形成装置、２…粒子生成装置、３…冷却装置、４…帯電装置、５…粒子移送管、６…粒子吐出管、７…導電性部材、８…ホルダ、９…制御手段、１０…基板、１１…粒子、１２…電界、１５…分級装置。
【図１】
0003689088.tif 000002
【図２】
0003689088.tif 000003
【図３】
0003689088.tif 000004
【図４】
0003689088.tif 000005
【図５】
0003689088.tif 000006
【図６】
0003689088.tif 000007