(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金である成膜材料を収容する坩堝と、
黒鉛抵抗体への電力供給により前記坩堝を加熱する黒鉛ヒータと、
不活性ガスが外部から供給され、前記坩堝の加熱により蒸発した前記成膜材料の前記不活性ガス中での冷却により、前記成膜材料の金属ナノ粒子が生成されるナノ粒子生成室と、
前記金属ナノ粒子を外部へ搬送する搬送管と
を備える金属ナノ粒子生成装置。
【請求項２】
前記坩堝はタングステン又はモリブデンにより構成される、
請求項１記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項３】
前記坩堝はタングステンにより構成される、
請求項１記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項４】
前記坩堝の壁厚は０．５ｍｍ以上である、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項５】
前記ナノ粒子生成室の圧力は、９０ｋＰａ以下である、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項６】
前記坩堝内に設けられた、前記成膜材料の表面積を広げるための板状部材
を更に備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項７】
前記黒鉛ヒータ及び前記坩堝は、少なくとも一部が接触する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項８】
前記黒鉛ヒータは、円筒状に前記坩堝を収容すると共に、前記坩堝の上端において接触する、
請求項７記載の金属ナノ粒子生成装置。
【請求項９】
金である成膜材料の金属ナノ粒子を生成する金属ナノ粒子生成装置と、
前記金属ナノ粒子生成装置から供給される前記金属ナノ粒子を堆積させることにより、
金属堆積膜を形成する成膜装置と
を備える金属ナノ粒子ガスデポジション装置であって、前記金属ナノ粒子生成装置は、
前記成膜材料を収容する坩堝と、
黒鉛抵抗体への電力供給により前記坩堝を加熱する黒鉛ヒータと、
不活性ガスが外部から供給され、前記坩堝の加熱により蒸発した前記成膜材料の前記不
活性ガス中での冷却により、前記金属ナノ粒子が生成されるナノ粒子生成室と、
前記金属ナノ粒子を前記成膜装置へ搬送する搬送管と
を備える、金属ナノ粒子ガスデポジション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、金属ナノ粒子生成装置、及び金属ナノ粒子ガスデポジション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスデポジション法と呼ばれる手法によりナノ金属粒子を噴射し、堆積させる技術が知られている（例えば特許文献１乃至特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７７６７５７４号明細書
【特許文献２】特許第５０６２７６３号公報
【特許文献３】特許第４８２６９２４号公報
【特許文献４】特許第５３１１５０３号公報
【特許文献５】特許第５５２２６６２号公報
【特許文献６】特許第５６７８６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば金、銀、銅、ニッケル等である金属をナノ金属粒子とするためには、少なくとも当該金属の融点より高い温度を与える必要となるため、ナノ金属粒子噴射装置は大型になり、消費電力も極めて大きくなるという課題があった。
【０００５】
本発明のいくつかの態様は前述の課題に鑑みてなされたものであり、装置の大型化や消費電力の増大を抑制することのできる金属ナノ粒子生成装置、及び金属ナノ粒子ガスデポジション装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る金属ナノ粒子生成装置は、成膜材料を収容する坩堝と、黒鉛抵抗体への電力供給により前記坩堝を加熱する黒鉛ヒータと、不活性ガスが外部から供給され、前記坩堝の加熱により蒸発した前記成膜材料の前記不活性ガス中での冷却により、前記成膜材料の金属ナノ粒子が生成されるナノ粒子生成室と、前記金属ナノ粒子を外部へ搬送する搬送管とを備える。
【０００７】
本発明に係る金属ナノ粒子ガスデポジション装置は、成膜材料の金属ナノ粒子を生成する金属ナノ粒子生成装置と、前記金属ナノ粒子生成装置から供給される前記金属ナノ粒子を堆積させることにより、金属堆積膜を形成する成膜装置とを備える。前記金属ナノ粒子生成装置は、前記成膜材料を収容する坩堝と、黒鉛抵抗体への電力供給により前記坩堝を加熱する黒鉛ヒータと、不活性ガスが外部から供給され、前記坩堝の加熱により蒸発した前記成膜材料の前記不活性ガス中での冷却により、前記金属ナノ粒子が生成されるナノ粒子生成室と、前記金属ナノ粒子を前記成膜装置へ搬送する搬送管とを備える。
【０００８】
なお、本発明において、「部」や「手段」、「装置」、「システム」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」や「手段」、「装置」、「システム」が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」や「手段」、「装置」、「システム」が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置により実現されても、２つ以上の「部」や「手段」、「装置」、「システム」の機能が１つの物理的手段や装置により実現されても良い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】金属ナノ粒子ガスデポジション装置の概略構成の具体例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る金属ナノ粒子生成装置の概略構成の具体例を示す図である。
【図３】金属ナノ粒子生成装置において、巨大金属粒子の発生を観測した写真を示す図である。
【図４】巨大金属粒子の発生時に成膜した金属堆積膜の顕微鏡写真を示す図である。
【図５】巨大金属粒子の発生の無い時に成膜した金属堆積膜の顕微鏡写真を示す図である。
【図６】窒化ホウ素製の坩堝に入れて成膜材料を加熱した際の断面の模式図を示す図である。
【図７】タングステン製の坩堝に入れて成膜材料を加熱した際の断面の模式図を示す図である。
【図８】ナノ粒子生成室内の圧力と、単位時間あたりの成膜材料の蒸発量及び成膜量との関係を示す図である。
【図９】変形例に係る坩堝の断面の模式図を示す図である。
【図１０】変形例に係る坩堝及び黒鉛ヒータの断面の模式図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の説明及び参照する図面の記載において、同一又は類似の構成には、それぞれ同一又は類似の符号が付されている。
【００１１】
１  概要
ガスデポジション法を用いて、ナノ粒子金属を発生させた後に当該金属ナノ粒子を不活性ガス流と共に吹き付けることで金属ナノ粒子膜を堆積させる、金属ナノ粒子ガスデポジション装置が知られている。例えばフォトレジストにより適当な開口部が形成された基板上に、金属ナノ粒子ガスデポジション装置により金属ナノ粒子を一定時間吹き付けると、基板上に円錐や角錐形状の接続用バンプを形成することが可能である。この他、金属ナノ粒子を用いた金属膜の形成は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を応用したセンサ、アクチュエータ、電子回路を１つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料等の上に集積したデバイスなど、微細な半導体実装技術分野に適用することが可能である。
【００１２】
図１に、金属ナノ粒子ガスデポジション装置の概略構成の具体例を示す。金属ナノ粒子ガスデポジション装置１００は、金属ナノ粒子生成装置１１０と、成膜装置１３０と、搬送管１５０とを含む。金属ナノ粒子生成装置１１０において生成された金属ナノ粒子は、搬送管１５０を通じて成膜装置１３０の成膜室１３１に供給され、成膜室１３１にて当該金属ナノ粒子による金属膜が形成される。以下、詳細に説明する。
【００１３】
金属ナノ粒子生成装置１１０は、キャリアガス供給口１１１と、ナノ粒子生成室１１３と、坩堝１１５と、高周波誘電加熱コイル１１７と、余分粒子排出管１１９とを含む。
【００１４】
キャリアガス供給口１１１は、ナノ粒子生成室１１３内に、外部から供給される例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス等の不活性ガスであるキャリアガスを流入する。ナノ粒子生成室１１３は搬送管１５０を通じて成膜装置１３０の成膜室１３１とつながっており、成膜室１３１は真空排気がなされている。よって、ナノ粒子生成室１１３に供給されたキャリアガスは、坩堝１１５上に霧状に発生した金属ナノ粒子と共に、搬送管１５０を通じて気圧の低い成膜室１３１へと噴射される。また、ナノ粒子生成室１１３内に供給されたキャリアガスの一部は、余分粒子排出管１１９から外部に排出される。
【００１５】
坩堝１１５には、例えば金（Ａｕ）、銀、銅、ニッケル等の金属（以下では金である場合を中心に説明する。）である成膜材料Ｍが予め入れられる。成膜材料Ｍを収容した坩堝１１５は、高周波誘電加熱コイル１１７により高温に加熱され、これに伴い成膜材料Ｍも高温となり、蒸発する。蒸発した成膜材料Ｍは、ナノ粒子生成室１１３内でキャリアガスにより冷やされ、霧状の金属ナノ粒子となる。前述のとおり、当該金属ナノ粒子は、キャリアガスと共に搬送管１５０を通じて成膜室１３１へと流入すると共に、一部は余分粒子排出管１１９から外部に排出される。
続いて、成膜装置１３０について説明する。成膜装置１３０は、成膜室１３１と、ステージ１３３と、ステージ駆動装置１３５とを含む。
【００１６】
金属ナノ粒子生成装置１１０にて生成された金属ナノ粒子は、搬送管１５０のノズル１５１から、ステージ１３３上に載置された基板等であるサンプルＳに対して噴射される。これにより、金属ナノ粒子はサンプルＳ上に堆積する。ステージ１３３は、ステージ駆動装置１３５によりＸ方向及びＹ方向に適宜スキャン動作されるため、これにより金属ナノ粒子はサンプルＳ上に例えば金属堆積膜等を形成する。
【００１７】
このような金属ナノ粒子ガスデポジション装置１００では、キャリアガス中で金属などである成膜材料Ｍを蒸発させるため、坩堝１１５を少なくとも成膜材料Ｍの融点よりも高温に熱する必要がある。例えば成膜材料Ｍが金であれば、融点は１０６４℃、蒸発温度は約１６００℃にも達する。
【００１８】
坩堝１１５をこのような高温に熱する手法として、図１に示した金属ナノ粒子ガスデポジション装置１００では高周波誘電加熱コイル１１７を用いている。この手法は、例えばグラファイト等で生成した坩堝１１５に対して、高周波誘電加熱法により高周波誘電加熱コイル１１７で電磁気を発生させることにより、坩堝１１５を簡単に１５００℃以上の高温に非接触で熱することができる。
【００１９】
しかしながら、この手法では、坩堝１１５の周辺に水冷された大きな高周波誘電加熱コイル１１７を設置する必要があることから、金属ナノ粒子生成装置１１０を含む金属ナノ粒子ガスデポジション装置１００を小型化するのが難しい。また、高周波誘電加熱コイル１１７の周辺に金属部分を近接させることができないため、高周波誘電加熱コイル１１７を囲うチャンバを小型化することができない。更に、高周波誘電加熱コイル１１７に電磁気を発生させるための高周波発生器の消費電力が極めて大きいという課題もある。坩堝１１５を大型化すれば高周波誘電加熱コイル１１７に供給すべき周波数を下げることができ、これに伴い消費電力を抑えることもできるが、かかる手法では、金属ナノ粒子生成装置１１０がより大型化してしまう。
【００２０】
よって、金属ナノ粒子生成装置１１０を小型化するには、高周波誘電加熱法以外の加熱手段により加熱する必要がある。そこで本実施形態では、ヒータを用いて坩堝を加熱する。
【００２１】
ナノ金属粒子の発生に必要な１６００℃の不活性ガスの中で使用できるヒータには、一般に、抵抗体として耐熱金属が用いられることが多い。しかしながら、金属は一般に抵抗値が小さいため、所望の加熱条件を得るためには、低電圧−大電流が必要となる。そのためヒータへの電流導入端子が大きくなり、またこのような低電圧−大電流の電源には大きなトランスが必要となるため、装置が大型化してしまう。
【００２２】
このような課題を解決するためには、例えばスイッチング電源の使用や、高い抵抗値の抵抗体をヒータに用いること等の手法が考えられる。しかしながら、スイッチング電源を用いる場合には、パルス電力をヒータに供給することとなるため、このようなヒータを不活性ガス中で使用するとグロー放電が生じる。この結果、電力のリークや不安定な動作、チャンバ内及び電極部の汚染等の故障等が発生しやすくなるため、スイッチング電源の適用は実用性に欠ける。スイッチング電源と大容量コンデンサとを用いて、低電圧−大電流の直流電源を構成することもできるが、このような構成についても小型化を進めるのは難しい点は同様である。
【００２３】
そこで、本実施形態に係る金属ナノ粒子生成装置では、ヒータ電力を大きくする手法として、高い比抵抗値の抵抗体である黒鉛（グラファイト）を用いることにより、電流を下げる。なお、電力は以下の式により算出されるので、必要となる電力が同じであれば、抵抗値を大きくすれば電流は小さくすることができる。
【００２４】
【数１】
0006715064.tif 000002
【００２５】
２  本実施形態に係る金属ナノ粒子生成装置２００の構成
２．１  全体の構成
本実施形態における金属ナノ粒子生成装置２００の構成を図２に示す。なお、金属ナノ粒子ガスデポジション装置１００を構成するために、金属ナノ粒子生成装置２００と併せて使用する成膜装置については、図１を参照しながら先述したものと同様のものを使用することができる。つまり、図１に示した金属ナノ粒子ガスデポジション装置１００のうち、金属ナノ粒子生成装置１１０を金属ナノ粒子生成装置２００に代えれば良い。
【００２６】
金属ナノ粒子生成装置２００は、キャリアガス供給口２１１と、ナノ粒子生成室２１３と、坩堝２１５と、黒鉛ヒータ２１７とを含む。金属ナノ粒子生成装置２００において生成された金属ナノ粒子は、搬送管２５０を通じて図示しない成膜装置の成膜室に供給され、当該成膜室にて金属ナノ粒子による金属膜が形成される。
【００２７】
キャリアガス供給口２１１は、金属ナノ粒子生成装置２００のナノ粒子生成室２１３内に、外部から供給される例えばヘリウムガス等の不活性ガスであるキャリアガスを流入する。ナノ粒子生成室２１３は搬送管２５０を通じて成膜装置の成膜室とつながっており、当該成膜室は真空排気により気圧を低く保つことができる。これにより、ナノ粒子生成室２１３に供給されたキャリアガスは、坩堝２１５上に霧状に発生した金属ナノ粒子と共に、搬送管２５０を通じて気圧の低い成膜室へと流入する。
【００２８】
坩堝２１５には、例えば金等の金属である成膜材料Ｍが予め入れられる。成膜材料Ｍを収容した坩堝２１５は、黒鉛ヒータ２１７により高温に加熱され、これに伴い高温になった成膜材料Ｍは蒸発する。蒸発した成膜材料Ｍはキャリアガスで冷やされ、霧状の金属ナノ粒子となる。前述のとおり、当該金属ナノ粒子は、キャリアガスと共に、搬送管２５０を通じて成膜室へ流入する。
【００２９】
搬送管２５０のノズル２５１から噴射された金属ナノ粒子は、図１に示したように、成膜室内のステージ上に載置されたサンプル上に吹きつけられ、金属堆積膜を形成する。
【００３０】
２．２  黒鉛ヒータ２１７
このような金属ナノ粒子生成装置２００において、黒鉛ヒータ２１７における抵抗体に１１０００ｎΩｍという比抵抗値の大きな黒鉛抵抗体を適用した場合、直径２０ｍｍ、高さ４０ｍｍの円形の黒鉛ヒータ２１７で、ヘリウムガス９０ＭＰａ中で１６００℃以上の高温を、１ｋＷ以下の電力で得られる。
【００３１】
ここで、坩堝２１５を高温に加熱する際に使用する耐熱金属ヒータとしては、典型的にはタングステンヒータがある。タングステンによる抵抗体の比抵抗は５３ｎΩｍである。当該抵抗体を用いるタングステンヒータと、黒鉛ヒータ２１７とを同じ電圧／電力条件で動作させると、比抵抗比の平方根倍の電流が必要となるため、同じ寸法でヒータを設計すると、タングステンヒータには、黒鉛ヒータ２１７の約１５倍の電流を流す必要がある。つまり、タングステンヒータを用いる場合には、黒鉛ヒータ２１７と比べて電流導入電極等を大きく設計する必要があるため、金属ナノ粒子生成装置２００を小型化することが難しい。換言すれば、金属ナノ粒子生成装置２００を小型化するには、黒鉛抵抗体による直流加熱機構を持つ黒鉛ヒータ２１７を用いることが好ましい。
【００３２】
また、図１に示した例では、坩堝１１５を加熱する際に、高周波誘電加熱コイル１１７を用いていた。直径１００ｍｍ、高さ７０ｍｍの高周波誘電加熱コイル１１７を用いると、１６００℃以上の高温を得るために５ｋＷの電力が必要となる。一方、先述の黒鉛ヒータ２１７を用いる場合には、必要となる電力が１ｋＷ以下であるため、坩堝２１５を加熱するために必要な電力が、黒鉛ヒータ２１７の方が圧倒的に低い。つまり、黒鉛ヒータ２１７を用いることにより、金属ナノ粒子生成装置２００を小型化することが可能である。
２．３  坩堝２１５
【００３３】
上述のように、黒鉛抵抗体を用いる黒鉛ヒータ２１７を使用すると、小型化を図り、また消費電力を低減させることができる。しかしながら、当該小型化に伴い坩堝２１５も単純に小さくすると、キャリアガス中での金属ナノ粒子生成の際に、数μｍ〜数百μｍの巨大金属粒子が大量に発生する。
【００３４】
図３に、単純に坩堝２１５を小さくした場合に、坩堝２１５上に発生する巨大金属粒子を、図２と同じ方向から観測した写真を示す。図３の写真において、金属ナノ粒子は写っておらず、斑点状に白く写っている部分は全て巨大金属粒子である。図３の写真には、複数の巨大金属粒子が映っていることから、同時刻に複数の巨大金属粒子が発生していることがわかる。金属膜が形成されるまで坩堝２１５を一定時間加熱し続けると、その間、巨大金属粒子は発生し続けることになるため、累積的に多数の巨大金属粒子が発生する。
【００３５】
このような巨大金属粒子は、金属ナノ粒子を噴射するためのノズル２５１を詰まらせる原因となる。また、巨大金属粒子が発生すると、金属ナノ粒子の中に、大きな寸法の粒子が混ざることになるため、金属ナノ粒子が噴射されてできる金属堆積膜の品質低下につながる。図４に、巨大金属粒子の発生時に成膜した金属堆積膜の顕微鏡写真を示す。図４の例では、金属堆積膜上に噴射された巨大金属粒子が、黒い点として現れている。一方、巨大金属粒子が発生しない場合には、図５に示すように、なめらかな金属堆積膜が形成される。よって、金属ナノ粒子生成装置２００の小型化においては、巨大金属粒子の発生を抑制する必要がある。
【００３６】
そこで、坩堝２１５の材質や寸法を様々に変えて巨大金属粒子の発生有無を検証すると、坩堝２１５内で成膜材料Ｍの突沸（スプラッシュ）が起きることにより巨大金属粒子が発生したものと考えられる。このような突沸が生じる原因としては、以下の２点が考えられる。
【００３７】
（Ａ）本実施形態のようなガスデポジション法による金属ナノ粒子の生成においては、気流を生じる不活性ガス中での加熱であるため、真空蒸着等に比べて坩堝２１５の温度が安定しにくいこと。
（Ｂ）成膜材料Ｍの蒸発熱により、坩堝２１５は特に成膜材料Ｍとの界面において温度が不安定になりやすいこと。
【００３８】
よって、（１）坩堝２１５と成膜材料Ｍとの濡れ性を良くすること、（２）坩堝２１５を小型化する際に、坩堝２１５の壁の厚みを厚くすることにより熱容量を大きくすること、の２つが、突沸を抑え、巨大金属粒子の発生を大幅に抑制するために効果的である。以下、これらの点について詳細に説明する。
【００３９】
図１に示した金属ナノ粒子生成装置２００における高周波加熱の際に用いていた大きな寸法の黒鉛製の坩堝１１５と、図２に示した黒鉛ヒータ２１７用の小型の坩堝２１５とを、内容量を同じにした上で、同等の温度に加熱した。表１に、このような条件下で、金属ナノ粒子生成装置２００を用いてナノ金属粒子の噴射堆積を行った結果を示す。表１に示す通り、大きな坩堝１１５と比較して、小型の坩堝２１５の方が多くの巨大金属粒子を発生させている。
【００４０】
【表１】
0006715064.tif 000003
【００４１】
そこで、坩堝２１５を小型化しても巨大金属粒子を発生しない材料及び構造を検討した。表２に、黒鉛ヒータ２１７用のほぼ同じ寸法の坩堝２１５を各種の材料で作成した場合に、各材料の坩堝２１５における巨大金属粒子の発生結果を示す。表２から分かる通り、同様の寸法の坩堝２１５を黒鉛ヒータ２１７で加熱した場合には、耐熱金属製の坩堝２１５を用いた方が、非金属製とした場合よりも巨大金属粒子の発生を抑えることができる。
【００４２】
【表２】
0006715064.tif 000004
【００４３】
図６及び図７に、窒化ホウ素製及びタングステン製の坩堝２１５で成膜材料Ｍである金を加熱した際の断面の模式図を示す。図６に示す通り、窒化ホウ素や黒鉛等でできた坩堝２１５では、金である成膜材料Ｍとの濡れ性が低いことから、溶融状態にある成膜材料Ｍは、表面張力により坩堝２１５の側壁２１５ａとの接触面積が小さくなるように球状に変形する。この結果、坩堝２１５の側壁２１５ａと成膜材料Ｍとの間に隙間Ｇができ、そこに不活性ガスが入る。このとき、溶融金属である成膜材料Ｍの熱源は坩堝２１５だけであるため、成膜材料Ｍと坩堝２１５との間の熱の伝達はガスの入り方で大きく変化する。坩堝２１５と成膜材料Ｍとの濡れ性が悪い場合には、成膜材料Ｍは回転等してゆらゆらと動くため、坩堝２１５の側壁２１５ａ近傍で不活性ガスが取り込まれる。この結果、成膜材料Ｍの加熱が不均一になり、その結果突沸が生じて巨大金属粒子が発生すると考えられる。
【００４４】
実際、巨大金属粒子の発生場所を観察すると、成膜材料Ｍと坩堝２１５の側壁２１５ａとの境界付近で巨大金属粒子が多数発生する。また、一度突沸が始まると、連続的に突沸が発生する。これは、坩堝２１５の側壁２１５ａと成膜材料Ｍとの界面では、突沸の発生により温度が不安定となる結果、一層の突沸が誘発されるからだと考えられる。発生した巨大金属粒子の一部は、図６に示す通り、坩堝２１５の側壁２１５ａに付着する。
【００４５】
一方、タングステン等の金属製の坩堝２１５では、図７に示す通り、金である成膜材料Ｍが坩堝２１５の側壁２１５ａに濡れ広がる。すなわち、成膜材料Ｍと坩堝２１５の側壁２１５ａとの接触面積が大きくなるように、成膜材料Ｍが変形する。この結果、成膜材料Ｍへの熱の流入面積が大きくなるため、成膜材料Ｍの加熱は均一に近くなる。その結果、成膜材料Ｍの突沸が生じにくくなり、巨大金属粒子の発生も抑制される。
【００４６】
よって、坩堝２１５の材料としては、金を１５００℃以上に加熱することができる融点の高さを備えると共に、金との濡れ性が高い耐熱金属であるモリブデン又はタングステンを使用することが考えられる。しかしながら、このうちモリブデンについては、金との濡れ性が極めて高いことから、１５００℃以上で金がモリブデンの粒界を伝わって外に漏れ出してしまうため、坩堝２１５として使用することは難しい。したがって、本実施形態に係る坩堝２１５は、タングステン製とする。
【００４７】
また、巨大金属粒子の発生を生む成膜材料Ｍである溶融金属への熱の流入の不安定さは、坩堝２１５の材質のみならず、坩堝２１５の内壁の厚みにも関係する。表３に、同じ内容量で壁厚を０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍとした場合の、巨大粒子の発生個数を観察した結果を示す。
【００４８】
【表３】
0006715064.tif 000005
【００４９】
表３から分かる通り、坩堝２１５の内壁の厚みを０．５ｍｍ未満である場合には巨大金属粒子が発生するが、壁厚を０．５ｍｍ以上にすると成膜材料Ｍの巨大金属粒子の発生が抑制される。これは、坩堝２１５の壁厚が薄い場合には、側壁２１５ａと成膜材料Ｍとの界面における坩堝２１５の熱容量が小さいため、上述の界面付近での温度の不安定さが増し、突沸が発生しやすくなるためだと考えられる。一方、坩堝２１５の壁厚を厚くすると、溶融金属である成膜材料Ｍと坩堝２１５との界面付近での熱容量が大きくなり、その結果界面付近の温度の安定性が増すため、突沸の発生が抑制される。この結果、突沸により生じる巨大金属粒子の発生も抑制することができる。
【００５０】
３  本実施形態に係る金属ナノ粒子生成装置２００の作用及び効果
以上説明したように、坩堝２１５の加熱に、高周波誘電加熱コイル１１７の代わりに黒鉛ヒータ２１７を用いることで、金属ナノ粒子生成装置２００の小型化を図ることができる。
【００５１】
また、坩堝２１５の材料に、黒鉛の代わりにタングステンまたはモリブデンを用いることで、成膜材料Ｍの突沸を防ぎ、結果として巨大金属粒子の発生を低減することが可能である。中でもタングステンを用いれば、成膜材料Ｍが外に漏れだすことも抑制できる。
【００５２】
更に、坩堝２１５の壁厚を０．５ｍｍ以上とすることにより、坩堝２１５の熱容量が大きくなることから、成膜材料Ｍの突沸を防ぎ、結果として巨大金属粒子の発生を抑制することができる。
【００５３】
このようにすることで、金属ナノ粒子生成装置２００の小型化を図りつつ、巨大金属粒子の発生による金属堆積膜の品質劣化を防ぐことが可能となり、高品質な金属堆積膜を生成することが可能となる。
【００５４】
４  変形例
なお、前述の実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。以下、上記実施形態に対して変更を加えた例について説明する。
【００５５】
４．１  ナノ粒子生成室１１３内の圧力
一般的に、ナノ粒子生成室１１３内の圧力が下がると、坩堝２１５内の成膜材料Ｍは、蒸発しやすくなる。成膜材料Ｍの蒸発量が増えると、生成される金属ナノ粒子の数も増え、当該金属ナノ粒子が噴射されてできる金属堆積膜の成膜速度も増加すると考えられる。
【００５６】
図８に、ナノ粒子生成室１１３内の圧力（ｋＰａ）と、成膜材料Ｍである金の蒸発速度（ｍｇ／ｈ）及び生成される金属堆積膜の成膜速度（ｍｇ／ｈ）との関係を示すグラフである。図８に示すように、８０ｋＰａまでは、ナノ粒子生成室１１３内の圧力が低いほど、成膜材料Ｍの蒸発速度が増え、それに伴い、金属堆積膜の成膜速度も上昇している。例えば、単位時間あたりの成膜量３．０ｍｇ／ｈ以上が必要であれば、ナノ粒子生成室１１３内の圧力を９０ｋＰａ以下とすれば良い。
【００５７】
なお、ナノ粒子生成室１１３内の圧力が下がったとしても、巨大金属粒子の発生には特に影響を与えない。また、成膜装置１３０で生成される金属堆積膜の膜質、特に粒子サイズは、ナノ粒子生成室１１３内の圧力は特に影響しない。
【００５８】
一方で、ナノ粒子生成室１１３内の圧力が下がると、キャリアガスの流量が減ることから、生成されるナノ金属粒子はキャリアガスに衝突しづらくなり、直進しやすくなる。この結果、成膜装置１３０内のステージ１３３へ向けて噴射されるナノ粒子金属の速度が早くなり、また、ナノ粒子金属が吹きつけられる範囲が狭めることができる。
【００５９】
４．２．  坩堝２１５の構造
上記「２．３  坩堝２１５」で説明した通り、坩堝２１５と成膜材料Ｍとの濡れ性を高め、成膜材料Ｍと坩堝２１５との接触面積が大きくなると、成膜材料Ｍの突沸が生じにくくなり、また巨大金属粒子の発生も抑制することができる。
【００６０】
そこで、成膜材料Ｍの表面積を増やすために、坩堝２１５内に、成膜材料Ｍとの濡れ性の高い材料で生成された例えば板状のフィン２１６を格子状に設けることが考えられる。この場合、例えば、成膜材料Ｍとの濡れ性の高い素材、例えばモリブデンやタングステンを用いてフィン２１６を生成すれば良い。
【００６１】
図９に、坩堝２１５内にフィン２１６を入れた場合の断面図の具体例を示す。図９の例では、２枚の板状のフィン２１６ａ及び２１６ｂ（以下、総称してフィン２１６ともいう。）が、図面奥行き方向設けられている。図９では表現されていないが、図面左右方向にも、別の板状のフィン２１６を設けることができる。
【００６２】
このようなフィン２１６を坩堝２１５内に入れることで、成膜材料Ｍのキャリアガスとの接触面ＭＳの表面積が、図７のフィン２１６がない場合と比べて大幅に増加している。これにより、成膜材料Ｍの蒸発速度を高めることが可能となっている。
【００６３】
４．３．  黒鉛ヒータ２１７の構造
図２に示した金属ナノ粒子生成装置２００の例では、筒状の黒鉛ヒータ２１７内に、坩堝２１５が配置されている。黒鉛ヒータ２１７と坩堝２１５とは接触しておらず、間隙がある。
【００６４】
しかしながら、黒鉛ヒータ２１７と坩堝２１５との間に間隙があると、当該間隙をキャリアガスが移動するため、坩堝２１５が冷却され、発熱効率が下がる要因となる。そこで、黒鉛ヒータ２１７と坩堝２１５との間のキャリアガスの流れを妨げるように、黒鉛ヒータ２１７及び坩堝２１５の形状を定めれば、発熱効率を改善することができる。
【００６５】
図１０に、変形例に係る黒鉛ヒータ２１７及び坩堝２１５の断面図を示す。なお、坩堝２１５は必ずしも単一の素材で生成する必要はない。例えば熱容量の大きな素材で図１０に示す坩堝２１５を生成した上で、図１０の坩堝２１５の開口部に、図６や図９に例示した、例えばタングステン製の坩堝２１５を挿入できるように実装することもできる。
【００６６】
図１０の例では、図２に示した例とは異なり、黒鉛ヒータ２１７は単純な円筒状ではない。具体的には、黒鉛ヒータ２１７は円筒状に坩堝２１５を収容すると共に、坩堝２１５の開口部２１５ｂに向かって上端２１７ａが湾曲しており、坩堝２１５の上端２１５ｃと黒鉛ヒータ２１７の上端２１７ａとが接触している。
【００６７】
これにより、坩堝２１５と黒鉛ヒータ２１７との間のキャリアガスの流れが妨げられ、坩堝２１５が冷却されにくくなる。また黒鉛ヒータ２１７からの熱が坩堝２１５に伝達されやすくなる。この結果、発熱効率が改善する。
【００６８】
また、図１０の例では、黒鉛ヒータ２１７の周囲には、円筒状のシールド板２１９が設置されている。シールド板２１９は、黒鉛ヒータ２１７からの放射熱を閉じ込める効果を持つ。これにより黒鉛ヒータ２１７から外部への熱放射による冷却効果を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１００    ：金属ナノ粒子ガスデポジション装置
１１０    ：金属ナノ粒子生成装置
１１１    ：キャリアガス供給口
１１３    ：ナノ粒子生成室
１１５    ：坩堝
１１７    ：高周波誘電加熱コイル
１１９    ：余分粒子排出管
１３０    ：成膜装置
１３１    ：成膜室
１３３    ：ステージ
１３５    ：ステージ駆動装置
１５０    ：搬送管
１５１    ：ノズル
２００    ：金属ナノ粒子生成装置
２１１    ：キャリアガス供給口
２１３    ：ナノ粒子生成室
２１５    ：坩堝
２１５ａ  ：側壁
２１６    ：フィン
２１７    ：黒鉛ヒータ
２１９    ：シールド板
２５０    ：搬送管
２５１    ：ノズル
Ｍ        ：成膜材料
Ｓ        ：サンプル
Ｇ        ：間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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