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JP6715064B2 - Metal nanoparticle generator and metal nanoparticle gas deposition apparatus - Google Patents
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JP6715064B2 - Metal nanoparticle generator and metal nanoparticle gas deposition apparatus - Google Patents

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Description

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。 Some aspects according to the present invention relate to a metal nanoparticle generator and a metal nanoparticle gas deposition device.

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)。 A technique for injecting and depositing nano metal particles by a method called a gas deposition method is known (for example, Patent Documents 1 to 6).

米国特許第7767574号明細書U.S. Pat. No. 7,767,574 特許第5062763号公報Japanese Patent No. 5062763 特許第4826924号公報Japanese Patent No. 4826924 特許第5311503号公報Japanese Patent No. 5311503 特許第5522662号公報Patent No. 5522662 特許第5678612号公報Japanese Patent No. 5678612

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。 However, in order to make a metal such as gold, silver, copper, or nickel into nanometal particles, it is necessary to give a temperature higher than at least the melting point of the metal. There was a problem that the electric power also became extremely large.

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。 Some aspects of the present invention have been made in view of the above problems, and a metal nanoparticle generation apparatus and a metal nanoparticle gas deposition apparatus capable of suppressing an increase in size and power consumption of the apparatus. One of the purposes is to provide.

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。 The apparatus for producing metal nanoparticles according to the present invention, a crucible for containing a film forming material, a graphite heater for heating the crucible by supplying power to a graphite resistor, and an inert gas supplied from the outside to heat the crucible. A nanoparticle generation chamber in which metal nanoparticles of the film forming material are generated by cooling the film forming material vaporized by the above in the inert gas, and a transfer pipe for transferring the metal nanoparticles to the outside. ..

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。 The metal nanoparticle gas deposition apparatus according to the present invention is a metal nanoparticle generation apparatus that generates metal nanoparticles of a film forming material, and by depositing the metal nanoparticles supplied from the metal nanoparticle generation apparatus, A film forming apparatus for forming a metal deposition film. The metal nanoparticle generator is a crucible for containing the film forming material, a graphite heater for heating the crucible by supplying power to a graphite resistor, and an inert gas supplied from the outside to evaporate by heating the crucible. The nanoparticle production chamber in which the metal nanoparticles are produced by cooling the film forming material in the inert gas, and a delivery pipe for delivering the metal nanoparticles to the film deposition apparatus are provided.

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。 In the present invention, “part”, “means”, “apparatus”, and “system” do not simply mean physical means, but “part”, “means”, “apparatus”, and “system”. It also includes the case where the function of “” is realized by software. Further, even if the function of one “unit” or “means”, “device”, or “system” is realized by two or more physical means or devices, two or more “units” or “means”, The functions of “apparatus” and “system” may be realized by one physical means or apparatus.

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。It is a figure which shows the specific example of schematic structure of a metal nanoparticle gas deposition apparatus. 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。It is a figure which shows the specific example of schematic structure of the metal nanoparticle production|generation apparatus which concerns on this embodiment. 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。It is a figure which shows the photograph which observed generation|occurrence|production of a giant metal particle in a metal nanoparticle production|generation apparatus. 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。It is a figure showing a microscope picture of a metal deposition film formed at the time of generation of a giant metal particle. 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。It is a figure which shows the microscope picture of the metal deposition film formed when a giant metal particle did not generate|occur|produce. 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。It is a figure which shows the schematic diagram of the cross section when it puts in the crucible made from boron nitride, and heated the film-forming material. 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。It is a figure which shows the schematic diagram of a cross section when it puts in the crucible made from tungsten, and heated the film-forming material. 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。It is a figure which shows the relationship between the pressure in a nanoparticle production chamber, and the evaporation amount and film-forming amount of the film-forming material per unit time. 変形例に係る坩堝の断面の模式図を示す図である。It is a figure which shows the schematic diagram of the cross section of the crucible which concerns on a modification. 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。It is a figure which shows the schematic diagram of the cross section of the crucible and the graphite heater which concern on a modification.

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。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description and the description of the drawings to be referred to, the same or similar configurations are denoted by the same or similar reference numerals.

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。
1 Outline A metal nanoparticle gas deposition apparatus is known, which deposits a metal nanoparticle film by generating a nanoparticle metal by using a gas deposition method and then spraying the metal nanoparticle together with an inert gas flow. There is. For example, if metal nanoparticles are sprayed for a certain period of time with a metal nanoparticle gas deposition device on a substrate with appropriate openings formed by photoresist, it is possible to form conical or pyramidal connection bumps on the substrate. Is. In addition to the above, the formation of a metal film using metal nanoparticles can be performed by using a device such as a sensor, an actuator, or an electronic circuit, which uses MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), integrated on one silicon substrate, a glass substrate, an organic material, or the like. It can be applied to the field of fine semiconductor packaging technology.

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。 FIG. 1 shows a specific example of the schematic configuration of the metal nanoparticle gas deposition apparatus. The metal nanoparticle gas deposition device 100 includes a metal nanoparticle generation device 110, a film forming device 130, and a carrier pipe 150. The metal nanoparticles generated in the metal nanoparticle generation device 110 are supplied to the film formation chamber 131 of the film formation device 130 through the transport pipe 150, and the metal film is formed by the metal nanoparticles in the film formation chamber 131. The details will be described below.

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。 The metal nanoparticle generator 110 includes a carrier gas supply port 111, a nanoparticle generation chamber 113, a crucible 115, a high frequency dielectric heating coil 117, and an extra particle discharge pipe 119.

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。 The carrier gas supply port 111 allows a carrier gas, which is an inert gas such as helium (He) gas, supplied from the outside to flow into the nanoparticle generation chamber 113. The nanoparticle generating chamber 113 is connected to the film forming chamber 131 of the film forming apparatus 130 through the transfer pipe 150, and the film forming chamber 131 is evacuated. Therefore, the carrier gas supplied to the nanoparticle generation chamber 113 is jetted into the film formation chamber 131 having a low atmospheric pressure through the carrier pipe 150 together with the metal nanoparticles generated in a mist state on the crucible 115. Further, a part of the carrier gas supplied into the nanoparticle generation chamber 113 is discharged to the outside from the extra particle discharge pipe 119.

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。
In the crucible 115, a film forming material M which is a metal such as gold (Au), silver, copper, nickel (hereinafter, the case of gold will be mainly described) is put in advance. The crucible 115 containing the film-forming material M is heated to a high temperature by the high-frequency dielectric heating coil 117, and the film-forming material M is also heated to a high temperature and evaporates. The evaporated film forming material M is cooled by the carrier gas in the nanoparticle generation chamber 113 to be atomized metal nanoparticles. As described above, the metal nanoparticles together with the carrier gas flow into the film forming chamber 131 through the carrier pipe 150, and a part of the metal nanoparticles is discharged to the outside from the extra particle discharge pipe 119.
Next, the film forming apparatus 130 will be described. The film forming apparatus 130 includes a film forming chamber 131, a stage 133, and a stage driving device 135.

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。 The metal nanoparticles generated by the metal nanoparticle generator 110 are sprayed from the nozzle 151 of the carrier pipe 150 onto the sample S such as a substrate mounted on the stage 133. Thereby, the metal nanoparticles are deposited on the sample S. The stage 133 is appropriately scanned in the X direction and the Y direction by the stage driving device 135, so that the metal nanoparticles form, for example, a metal deposition film on the sample S.

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。 In such a metal nanoparticle gas deposition apparatus 100, in order to evaporate the film forming material M such as a metal in the carrier gas, it is necessary to heat the crucible 115 to a temperature higher than at least the melting point of the film forming material M. For example, when the film forming material M is gold, the melting point reaches 1064° C. and the evaporation temperature reaches about 1600° C.

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。 As a method for heating the crucible 115 to such a high temperature, the high frequency dielectric heating coil 117 is used in the metal nanoparticle gas deposition apparatus 100 shown in FIG. In this method, for example, the crucible 115 made of graphite or the like is heated by a high-frequency dielectric heating coil 117 to generate electromagnetic waves by a high-frequency dielectric heating method, so that the crucible 115 is easily heated to a high temperature of 1500° C. or higher without contact. be able to.

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。 However, in this method, since it is necessary to install a large water-cooled high-frequency dielectric heating coil 117 around the crucible 115, the metal nanoparticle gas deposition apparatus 100 including the metal nanoparticle generation apparatus 110 can be downsized. Is difficult. Further, since the metal portion cannot be brought close to the periphery of the high frequency induction heating coil 117, the chamber surrounding the high frequency induction heating coil 117 cannot be downsized. Further, there is a problem that the power consumption of the high frequency generator for generating electromagnetic waves in the high frequency induction heating coil 117 is extremely large. If the crucible 115 is upsized, the frequency to be supplied to the high-frequency induction heating coil 117 can be lowered, and the power consumption can be suppressed accordingly. However, with such a method, the metal nanoparticle generator 110 is upsized. I will end up.

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。 Therefore, in order to downsize the metal nanoparticle generator 110, it is necessary to heat it by a heating means other than the high frequency dielectric heating method. Therefore, in the present embodiment, the heater is used to heat the crucible.

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。 Generally, a heat resistant metal is often used as a resistor in a heater that can be used in an inert gas of 1600° C. necessary for generation of nano metal particles. However, since metal generally has a small resistance value, a low voltage-a large current is required to obtain a desired heating condition. Therefore, the current introduction terminal to the heater becomes large, and a large transformer is required for such a low-voltage/large-current power source, so that the device becomes large.

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。 In order to solve such a problem, for example, a method of using a switching power supply, a method of using a resistor having a high resistance value in a heater, or the like can be considered. However, when a switching power supply is used, pulsed electric power is supplied to the heater. Therefore, when such a heater is used in an inert gas, glow discharge occurs. As a result, leakage of electric power, unstable operation, failure such as contamination in the chamber and the electrode portion, and the like are likely to occur, so that application of the switching power supply is not practical. Although a low-voltage and large-current DC power supply can be configured by using a switching power supply and a large-capacity capacitor, it is also difficult to reduce the size of such a configuration.

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。 Therefore, in the metal nanoparticle generator according to the present embodiment, as a method of increasing the heater power, graphite is used as a resistor having a high specific resistance value to reduce the current. Since the power is calculated by the following formula, if the required power is the same, the current can be reduced by increasing the resistance value.

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。
2 Configuration of Metal Nanoparticle Generation Device 200 According to this Embodiment 2.1 Overall Configuration FIG. 2 shows the configuration of the metal nanoparticle generation device 200 according to this embodiment. In addition, as the film forming apparatus used in combination with the metal nanoparticle generating apparatus 200 to configure the metal nanoparticle gas deposition apparatus 100, the same one as described above with reference to FIG. 1 should be used. You can That is, in the metal nanoparticle gas deposition apparatus 100 shown in FIG. 1, the metal nanoparticle generation apparatus 110 may be replaced with the metal nanoparticle generation apparatus 200.

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。 The metal nanoparticle production apparatus 200 includes a carrier gas supply port 211, a nanoparticle production chamber 213, a crucible 215, and a graphite heater 217. The metal nanoparticles generated in the metal nanoparticle generator 200 are supplied to a film forming chamber of a film forming apparatus (not shown) through the transport pipe 250, and a metal film is formed by the metal nanoparticles in the film forming chamber.

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。 The carrier gas supply port 211 allows a carrier gas, which is an inert gas such as helium gas, supplied from the outside to flow into the nanoparticle generation chamber 213 of the metal nanoparticle generation device 200. The nanoparticle generation chamber 213 is connected to the film formation chamber of the film formation apparatus through the transfer pipe 250, and the atmospheric pressure of the film formation chamber can be kept low by evacuation. As a result, the carrier gas supplied to the nanoparticle generation chamber 213 flows into the film formation chamber having a low atmospheric pressure through the transfer pipe 250 together with the metal nanoparticles generated in a mist state on the crucible 215.

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。 The film forming material M, which is a metal such as gold, is put into the crucible 215 in advance. The crucible 215 containing the film forming material M is heated to a high temperature by the graphite heater 217, and the film forming material M having a high temperature is evaporated. The evaporated film forming material M is cooled by a carrier gas to be atomized metal nanoparticles. As described above, the metal nanoparticles flow into the film forming chamber through the carrier pipe 250 together with the carrier gas.

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。 As shown in FIG. 1, the metal nanoparticles ejected from the nozzle 251 of the carrier pipe 250 are sprayed onto the sample placed on the stage in the film forming chamber to form a metal deposition film.

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。
2.2 Graphite heater 217
In such a metal nanoparticle generator 200, when a graphite resistor having a large specific resistance value of 11000 nΩm is applied to the resistor in the graphite heater 217, a circular graphite heater 217 having a diameter of 20 mm and a height of 40 mm is used and the helium gas is 90 MPa. A high temperature of 1600° C. or higher can be obtained with an electric power of 1 kW or lower.

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。 Here, a tungsten heater is typically used as the heat-resistant metal heater used when heating the crucible 215 to a high temperature. The specific resistance of the resistor made of tungsten is 53 nΩm. If the tungsten heater using the resistor and the graphite heater 217 are operated under the same voltage/power condition, a current of a square root of the specific resistance ratio is required. It is necessary to pass a current about 15 times that of the graphite heater 217. That is, when the tungsten heater is used, it is necessary to design the current introducing electrode and the like larger than the graphite heater 217, and thus it is difficult to downsize the metal nanoparticle generation device 200. In other words, it is preferable to use the graphite heater 217 having the direct current heating mechanism by the graphite resistor in order to downsize the metal nanoparticle generation device 200.

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
Further, in the example shown in FIG. 1, the high frequency dielectric heating coil 117 is used when heating the crucible 115. When a high frequency induction heating coil 117 having a diameter of 100 mm and a height of 70 mm is used, electric power of 5 kW is required to obtain a high temperature of 1600° C. or higher. On the other hand, when the above-mentioned graphite heater 217 is used, since the required electric power is 1 kW or less, the electric power required to heat the crucible 215 is much lower in the graphite heater 217. That is, by using the graphite heater 217, the metal nanoparticle generation device 200 can be downsized.
2.3 Crucible 215

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。 As described above, when the graphite heater 217 using the graphite resistor is used, the size can be reduced and the power consumption can be reduced. However, if the crucible 215 is simply made smaller along with the miniaturization, a large amount of huge metal particles of several μm to several hundreds of μm are generated when the metal nanoparticles are generated in the carrier gas.

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。 FIG. 3 shows a photograph of giant metal particles generated on the crucible 215 when the crucible 215 is simply made small, as observed from the same direction as in FIG. In the photograph of FIG. 3, the metal nanoparticles are not shown, and the white spots are all giant metal particles. Since the plurality of giant metal particles are reflected in the photograph of FIG. 3, it can be seen that the plurality of giant metal particles are generated at the same time. If the crucible 215 is continuously heated for a certain period of time until the metal film is formed, the huge metal particles continue to be generated during that time, so that a large number of huge metal particles are cumulatively generated.

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。 Such huge metal particles cause the nozzle 251 for ejecting the metal nanoparticles to be clogged. In addition, when giant metal particles are generated, particles having a large size are mixed with the metal nanoparticles, which leads to deterioration of the quality of the metal deposition film formed by the injection of the metal nanoparticles. FIG. 4 shows a micrograph of a metal deposition film formed when giant metal particles were generated. In the example of FIG. 4, the giant metal particles sprayed on the metal deposition film appear as black dots. On the other hand, when the giant metal particles are not generated, a smooth metal deposition film is formed as shown in FIG. Therefore, in the downsizing of the metal nanoparticle generation device 200, it is necessary to suppress the generation of giant metal particles.

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。 Therefore, when various materials and dimensions of the crucible 215 are changed and existence of giant metal particles is verified, it is considered that giant metal particles are generated by bumping (splash) of the film-forming material M in the crucible 215. .. There are two possible causes of such bumping.

(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。
(A) In the production of metal nanoparticles by the gas deposition method as in this embodiment, the temperature of the crucible 215 is less stable than that of vacuum vapor deposition or the like because the heating is performed in an inert gas that produces an air flow. thing.
(B) The temperature of the crucible 215 is likely to be unstable particularly at the interface with the film forming material M due to the heat of vaporization of the film forming material M.

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。 Therefore, (1) improving the wettability between the crucible 215 and the film-forming material M, and (2) increasing the heat capacity by increasing the wall thickness of the crucible 215 when the crucible 215 is downsized. 2 are effective for suppressing bumping and significantly suppressing generation of giant metal particles. Hereinafter, these points will be described in detail.

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。 A large capacity crucible 115 made of graphite used for high frequency heating in the metal nanoparticle generator 200 shown in FIG. 1 and a small crucible 215 for the graphite heater 217 shown in FIG. The same was done and heated to the same temperature. Table 1 shows the results of spray deposition of nano metal particles using the metal nano particle generator 200 under such conditions. As shown in Table 1, as compared with the large crucible 115, the small crucible 215 generates a large number of giant metal particles.

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。 Therefore, a material and a structure in which giant metal particles are not generated even when the crucible 215 is downsized was examined. Table 2 shows the results of generation of giant metal particles in the crucible 215 of each material when the crucible 215 for the graphite heater 217 having substantially the same size is made of various materials. As can be seen from Table 2, when the crucible 215 having the same size is heated by the graphite heater 217, the use of the refractory metal crucible 215 suppresses the generation of huge metal particles as compared with the non-metal crucible 215. be able to.

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。 6 and 7 are schematic views of a cross section when gold, which is the film forming material M, is heated in the crucible 215 made of boron nitride and tungsten. As shown in FIG. 6, since the crucible 215 made of boron nitride, graphite, or the like has low wettability with the film forming material M that is gold, the film forming material M in the molten state has a surface tension that causes the crucible 215 to melt. It is spherically deformed so that the contact area with the side wall 215a becomes small. As a result, a gap G is formed between the side wall 215a of the crucible 215 and the film forming material M, and the inert gas enters there. At this time, since the heat source of the film-forming material M that is a molten metal is only the crucible 215, the heat transfer between the film-forming material M and the crucible 215 greatly changes depending on how the gas enters. When the wettability between the crucible 215 and the film-forming material M is poor, the film-forming material M fluctuates by rotation or the like, so that an inert gas is taken in near the side wall 215a of the crucible 215. As a result, heating of the film forming material M becomes non-uniform, and as a result, bumping occurs and giant metal particles are generated.

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。 In fact, when observing the generation locations of the giant metal particles, a large number of giant metal particles are generated near the boundary between the film-forming material M and the side wall 215a of the crucible 215. Further, once bumping starts, bumping occurs continuously. It is considered that this is because at the interface between the side wall 215a of the crucible 215 and the film forming material M, the temperature becomes unstable due to the occurrence of bumping, so that further bumping is induced. Some of the generated giant metal particles adhere to the side wall 215a of the crucible 215, as shown in FIG.

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。 On the other hand, in the crucible 215 made of metal such as tungsten, as shown in FIG. 7, the film forming material M, which is gold, wets and spreads on the side wall 215 a of the crucible 215. That is, the film forming material M is deformed so that the contact area between the film forming material M and the side wall 215 a of the crucible 215 becomes large. As a result, the area where heat flows into the film-forming material M becomes large, so that the film-forming material M is heated almost uniformly. As a result, bumping of the film forming material M is less likely to occur, and generation of giant metal particles is also suppressed.

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。 Therefore, as the material of the crucible 215, it is conceivable to use molybdenum or tungsten which is a heat-resistant metal having a high melting point capable of heating gold to 1500° C. or higher and having high wettability with gold. However, among these, molybdenum has extremely high wettability with gold, and therefore, gold is leaked to the outside through the grain boundary of molybdenum at 1500° C. or more, and thus it is difficult to use it as the crucible 215. Therefore, the crucible 215 according to this embodiment is made of tungsten.

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。 Further, the instability of the inflow of heat into the molten metal that is the film forming material M that causes the generation of giant metal particles is related to not only the material of the crucible 215 but also the thickness of the inner wall of the crucible 215. Table 3 shows the results of observing the number of generated giant particles when the wall thickness was 0.3 mm, 0.5 mm, and 1.0 mm with the same internal volume.

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。 As can be seen from Table 3, when the inner wall thickness of the crucible 215 is less than 0.5 mm, giant metal particles are generated, but when the wall thickness is 0.5 mm or more, giant metal particles of the film forming material M are generated. Suppressed. This is because when the wall thickness of the crucible 215 is thin, the heat capacity of the crucible 215 at the interface between the side wall 215a and the film-forming material M is small, so the temperature instability near the interface increases and bumping occurs. It is thought to be because it is easier to do. On the other hand, if the wall thickness of the crucible 215 is increased, the heat capacity near the interface between the film-forming material M, which is a molten metal, and the crucible 215 increases, and as a result, the temperature stability near the interface increases, so that bumping occurs. Suppressed. As a result, generation of giant metal particles caused by bumping can also be suppressed.

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。
3 Operation and Effect of Metal Nanoparticle Generating Device 200 According to this Embodiment As described above, by using the graphite heater 217 instead of the high frequency induction heating coil 117 for heating the crucible 215, the metal nanoparticle generating device 200 Can be miniaturized.

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。 Further, by using tungsten or molybdenum instead of graphite for the material of the crucible 215, it is possible to prevent bumping of the film forming material M and consequently reduce generation of giant metal particles. Above all, if tungsten is used, it is possible to suppress the film forming material M from leaking out.

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。 Further, by setting the wall thickness of the crucible 215 to 0.5 mm or more, the heat capacity of the crucible 215 increases, so that bumping of the film-forming material M can be prevented and, as a result, generation of giant metal particles can be suppressed.

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。 By doing so, it is possible to prevent the deterioration of the quality of the metal deposited film due to the generation of the giant metal particles while achieving downsizing of the metal nanoparticle production apparatus 200, and it is possible to produce a high quality metal deposited film. It will be possible.

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。
4 Modifications The configurations of the above-described embodiments may be combined or some of the components may be replaced. Further, the configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes may be made without departing from the scope of the invention. Hereinafter, an example in which the above embodiment is modified will be described.

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。
4.1 Pressure in Nanoparticle Generation Chamber 113 Generally, when the pressure in the nanoparticle generation chamber 113 decreases, the film forming material M in the crucible 215 easily evaporates. It is considered that when the evaporation amount of the film-forming material M increases, the number of metal nanoparticles generated increases, and the film-forming rate of the metal deposition film formed by spraying the metal nanoparticles also increases.

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。 FIG. 8 shows the pressure (kPa) in the nanoparticle generation chamber 113, the evaporation rate (mg/h) of gold that is the film forming material M, and the film forming rate (mg/h) of the metal deposition film that is generated. It is a graph which shows a relationship. As shown in FIG. 8, as the pressure inside the nanoparticle generation chamber 113 decreases up to 80 kPa, the evaporation rate of the film forming material M increases, and the film forming rate of the metal deposition film also increases accordingly. For example, if a film formation amount of 3.0 mg/h or more per unit time is required, the pressure in the nanoparticle generation chamber 113 may be set to 90 kPa or less.

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。 Even if the pressure in the nanoparticle generation chamber 113 is lowered, it does not particularly affect the generation of the giant metal particles. Further, the film quality of the metal deposited film generated by the film forming apparatus 130, particularly the particle size, is not particularly affected by the pressure in the nanoparticle generation chamber 113.

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。 On the other hand, when the pressure in the nanoparticle generation chamber 113 decreases, the flow rate of the carrier gas decreases, so that the generated nanometal particles are less likely to collide with the carrier gas and thus can easily go straight. As a result, the velocity of the nanoparticle metal sprayed toward the stage 133 in the film forming apparatus 130 is increased, and the range over which the nanoparticle metal is sprayed can be narrowed.

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。
4.2. Structure of crucible 215 As described in "2.3 Crucible 215" above, when the wettability between the crucible 215 and the film forming material M is increased and the contact area between the film forming material M and the crucible 215 is increased, the film forming material M is formed. It becomes difficult for the bumping of the metal to occur, and generation of giant metal particles can be suppressed.

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。 Therefore, in order to increase the surface area of the film forming material M, it is conceivable to provide, for example, plate-like fins 216 made of a material having high wettability with the film forming material M in a lattice shape in the crucible 215. In this case, for example, the fin 216 may be formed using a material having high wettability with the film forming material M, for example, molybdenum or tungsten.

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。 FIG. 9 shows a specific example of a cross-sectional view when the fins 216 are put in the crucible 215. In the example of FIG. 9, two plate-shaped fins 216a and 216b (hereinafter collectively referred to as fins 216) are provided in the depth direction of the drawing. Although not shown in FIG. 9, another plate-shaped fin 216 can be provided in the lateral direction of the drawing.

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。 By inserting the fin 216 into the crucible 215, the surface area of the contact surface MS of the film forming material M with the carrier gas is significantly increased as compared with the case where the fin 216 is not provided in FIG. 7. Thereby, the evaporation rate of the film forming material M can be increased.

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。
4.3. Structure of Graphite Heater 217 In the example of the metal nanoparticle generator 200 shown in FIG. 2, the crucible 215 is arranged inside the cylindrical graphite heater 217. The graphite heater 217 and the crucible 215 are not in contact with each other and there is a gap.

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。 However, if there is a gap between the graphite heater 217 and the crucible 215, the carrier gas moves through the gap, so that the crucible 215 is cooled and heat generation efficiency is reduced. Therefore, if the shapes of the graphite heater 217 and the crucible 215 are determined so as to prevent the flow of the carrier gas between the graphite heater 217 and the crucible 215, the heat generation efficiency can be improved.

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。 FIG. 10 shows a sectional view of a graphite heater 217 and a crucible 215 according to a modification. The crucible 215 does not necessarily have to be made of a single material. For example, after forming the crucible 215 shown in FIG. 10 with a material having a large heat capacity, the crucible 215 shown in FIG. 10 is mounted so that the crucible 215 made of, for example, tungsten shown in FIGS. 6 and 9 can be inserted into the opening. You can also

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。 In the example of FIG. 10, unlike the example shown in FIG. 2, the graphite heater 217 is not a simple cylindrical shape. Specifically, graphite heater 217 accommodates crucible 215 in a cylindrical shape, and upper end 217a is curved toward opening 215b of crucible 215, and upper end 215c of crucible 215 and upper end 217a of graphite heater 217 are formed. Are in contact.

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。 As a result, the flow of carrier gas between crucible 215 and graphite heater 217 is blocked, and crucible 215 is less likely to be cooled. In addition, heat from graphite heater 217 is easily transferred to crucible 215. As a result, the heat generation efficiency is improved.

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。 Further, in the example of FIG. 10, a cylindrical shield plate 219 is installed around the graphite heater 217. The shield plate 219 has an effect of confining radiant heat from the graphite heater 217. This makes it possible to suppress the cooling effect due to heat radiation from the graphite heater 217 to the outside.

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
100: Metal nanoparticle gas deposition apparatus 110: Metal nanoparticle generation apparatus 111: Carrier gas supply port 113: Nanoparticle generation chamber 115: Crucible 117: High frequency dielectric heating coil 119: Extra particle discharge tube 130: Film formation apparatus 131: Film forming chamber 133: Stage 135: Stage driving device 150: Conveying pipe 151: Nozzle 200: Metal nanoparticle generating device 211: Carrier gas supply port 213: Nanoparticle generating chamber 215: Crucible 215a: Side wall 216: Fin 217: Graphite heater 219: Shield plate 250: Conveying pipe 251: Nozzle M: Film forming material S: Sample G: Gap

Claims (9)

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。
A crucible containing a film-forming material that is gold ,
A graphite heater for heating the crucible by supplying power to the graphite resistor,
An inert gas is supplied from the outside, and by cooling in the inert gas of the film forming material evaporated by heating the crucible, a nanoparticle generation chamber in which metal nanoparticles of the film forming material are generated,
An apparatus for producing metal nanoparticles, comprising: a transport pipe that transports the metal nanoparticles to the outside.
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。
The crucible is made of tungsten or molybdenum,
The metal nanoparticle generator according to claim 1.
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。
The crucible is made of tungsten,
The metal nanoparticle generator according to claim 1.
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。
The wall thickness of the crucible is 0.5 mm or more,
The metal nanoparticle production apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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。
The pressure of the nanoparticle generation chamber is 90 kPa or less,
The metal nanoparticle production apparatus according to any one of claims 1 to 4 .
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。
The metal nanoparticle production apparatus according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a plate-like member provided in the crucible for expanding a surface area of the film forming material.
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。
At least a part of the graphite heater and the crucible are in contact with each other,
The metal nanoparticle production|generation apparatus of any one of Claim 1 thru|or 6 .
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。
The graphite heater accommodates the crucible in a cylindrical shape, and contacts at the upper end of the crucible,
The apparatus for producing metal nanoparticles according to claim 7 .
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。
A metal nanoparticle generator for generating metal nanoparticles of a film-forming material that is gold ;
By depositing the metal nanoparticles supplied from the metal nanoparticle generator,
A metal nanoparticle gas deposition apparatus comprising: a film forming apparatus for forming a metal deposited film, wherein the metal nanoparticle generation apparatus comprises:
A crucible for containing the film forming material,
A graphite heater for heating the crucible by supplying power to the graphite resistor,
An inert gas is supplied from the outside, and by cooling in the inert gas of the film forming material evaporated by heating the crucible, a nanoparticle generation chamber in which the metal nanoparticles are generated,
A metal nanoparticle gas deposition apparatus, comprising: a transport pipe that transports the metal nanoparticles to the film forming apparatus.
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