CN106133187A - 在基板支架的两个相背离的宽侧分别支承基板的基板支架 - Google Patents

在基板支架的两个相背离的宽侧分别支承基板的基板支架 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基板支架和一种与基板支架共同作用的CVD反应器，用于布置在CVD反应器或PVD反应器(20)内，尤其用于沉积碳纳米管和石墨，所述基板支架具有用于容纳待涂覆的基板(6)的第一宽侧面(2)和与第一宽侧面(2)相背离的第二宽侧面(3)。为了优化用于沉积碳纳米管的设备或设备的部件，在此建议，所述第一宽侧面(2)和第二宽侧面(3)分别具有基板容纳区域(4、5)，在所述基板容纳区域(4、5)中设有固定件(14、14’、15)，基板(6)或基板(6)的区段借助所述固定件(14、14’、15)能够固定在相应的宽侧面(2、3)上。此外，本发明还涉及一种具有基板支架(1)的CVD反应器。

Description

在基板支架的两个相背离的宽侧分别支承基板的基板支架
本发明涉及一种基板支架和与基板支架共同作用的CVD(化学气相沉积)反应器，在该CVD反应器内可以布置基板支架。在此涉及CVD或PVD(物理气相沉积)反应器，尤其用于沉积碳纳米管。基板支架构造有两个相互背离的端侧面。
DE 195 22 574 A1、US 2010/0319766 A1和US 2013/0084235 A1描述了一种用于给基板覆层的装置。基板部分安置在基板支架上；但是基板的另一部分也在两个对置的进气机构之间悬空。US 2013/0089666 A1描述了两个具有宽侧面的铜基板。
本发明涉及一种用于沉积碳纳米管的装置。为此，气态的初始物质被引入到处理室内。这借助进气机构实现。基板处在处理室内部，基板安置在基板支架上。含碳的处理气体、例如CH4、C2H4、C2H2或C6H6被引入到处理室内。此外GB 2 458 776 A或JP 2005-133165 A描述了用于给柔性基板覆层的装置。
由DE 41 25 334 A1、DE 92 10 359 U1、DE 295 25 989 U1和DE 40 36 449 A1已知一种基板支架，其具有在两个相对置的宽侧面上的基板容纳区域。
本发明所要解决的技术问题是，改进用于沉积碳纳米管、石墨或类似物的装置或装置的一部分。
所述技术问题按照权利要求提供的发明解决。
按照本发明的基板支架具有两个宽侧面。这些宽侧面相互背离地指向。两个宽侧面中的每一个构成基板容纳区域。基板支架优选是扁平体，所述扁平体具有在扁平体的两个相互背离指向的宽侧面中的每一个上均具有基板容纳区域。基板容纳区域可以具有矩形的几何轮廓。构成基板支架的形体可以由石英构成并且具有10mm的最大厚度。该形体的最小的边棱长度优选等于100mm。基板容纳支架可以由形体的一个边缘限定边界。这优选涉及倒圆的边缘，例如由Al、Ni或Cu构成的柔性的基板的中间区段可以围绕该边缘布置，使得基板的两个端部区域可以分别布置在两个基板容纳区域中的一个上。但是也可以使用两个相互分离的基板，其中，基板分别借助固定件固定在基板支架的两个宽侧中的一个上。固定件可以由多个卡子、螺栓或其它适合的元件构成，借此所述基板或基板的区段可以固定地紧固在宽侧面上。此外，基板容纳区域可以具有横向于前述边缘延伸的边缘。这些边缘可以是过渡区域，在该过渡区域内基板容纳区域过渡至边缘区段。边缘区段优选构成操作区段，在该操作区段上基板支架可以被抓握或导引。操作区段优选具有窗口。所述窗口可以具有矩形的截面。所述窗口可以是导气窗口。但是该窗口也可以用于手动操作。该窗口构造为抓握窗口。所述窗口可以具有相互不同的尺寸。此外，操作区段也可以构造有凸起。所述凸起可以突伸超出基板容纳区域的边棱并且还用于在CVD或PVD反应器内的基板支架的固定。所述凸起沿平面延伸方向延伸并且构造为边缘区段，相对于所述边缘区段，容纳区域的边棱回缩地延伸。因此，容纳区域的两个相互对置的边棱的间距小于两个操作区段的两个相互背离的凸起的两个相对置的边缘的间距。反应器或处理室可以具有导引件，所述导引件尤其具有凹槽，操作区段的凸起伸入该凹槽内。操作区段的凸起由此构成导引区段。在此，凹槽具有一个凹槽深度，该凹槽深度小于所述凸起相对于容纳区域的边缘的超出距离。由此导致，容纳区域的边棱远离导引件。在基板支架的四个角的每一个上优选设有导引区域，所述导引区段分别突伸超出基板容纳区域的边缘。CVD反应器可以具有装载口，该装载口沿竖向延伸。在竖直取向中、即其中一个边棱向上指向并且另一个边棱向下指向，基板支架可以通过装载开口伸入反应器壳体的处理室内。处理室具有沿竖向延伸且对置的进气机构，分别以莲蓬头的形式，也就是具有排气面，该排气面具有多个均匀分布的排气口。通过两个相互指向的排气面，上述处理气体可以流入处理室内。通过化学分解反应，在基板支架的两个相互背离指向的宽侧面上、也就是在布置的基板上形成纳米管。在此优选涉及催化反应，该催化反应在大约1000℃的温度下在基板的表面上进行。在此由碳形成了横向于基板的延伸平面生长的碳纳米管或石墨。
以下结合附图阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示出基板支架的分解视图，
图2示出基板支架的宽侧视图，
图3示出基板支架的窄侧视图，
图4示出根据图2的剖切线IV-IV所得的剖视图，其中，在基板支架的两个宽侧面中的每一个上分别布置有基板6，
图5示出根据图4的视图，其中，基板支架1支承着柔性的基板6，该基板在边棱11之上延伸，
图6示出反应器壳体20的侧视图，其具有打开的盖子46和所示的布置在内部的处理室壳体19，
图7示出反应器壳体20的正视图，其具有打开的盖子和所示的布置在内部的处理室壳体19，
图8示出根据图7的剖切线VIII-VIII所得的剖视图，
图9示出根据图8的剖切线IX-IX所得的剖视图，具有布置在处理室壳体19内的基板支架10，
图10示出根据图8的剖切线X-X所得的剖视图，具有排气板24，
图11示出根据图8的剖切线XI-XI所得的剖视图，具有处理室壳体19的壁板48的处于处理室壳体内侧的侧面，
图12示出图8中的截图XII的放大视图。
附图中所示的反应器壳体20具有具备四个侧壁44、44’、45、45’的矩形形状。上壳体壁形成可翻转的盖子46。在反应器运行时，盖子46关闭。但是，为了进行维护也可以打开盖子。
侧壁44、44’、45、45’具有通道47，冷却液可以流动穿过通道47，以便冲刷壁件44、44’、45、45’。
侧壁之一44具有沿竖向延伸的开口43。所述开口43可以通过未示出的滑块被气密地封闭。这是装载口和卸载口。
处理室壳体19处于反应器壳体20的内部，处理室壳体同样具有沿竖向延伸的装载口和卸载口23。处理室壳体19在其内部具有下部的导引件21和上部的导引件22。两个导引件21、22具有条形形状并且具有相互指向的凹槽21’、22’。两个进气机构24、25限定了处理室的竖直侧的边界。基板支架1可以通过竖向的装载口23、43移入处理室内。在此，基板支架1的导引段12啮合导引件21、22的凹槽21’、22’。在装入状态下，基板支架1处于两个进气机构24之间的中央。矩形反应器壳体20的所有六个壁件均可以具有调温通道47，调温液可以流动穿过调温通道47，用于冷却或者加热反应器壁。
基板支架1是扁平体并且具有基本矩形的轮廓外形。它具有两个相互背离指向的宽侧面2、3，该宽侧面分别构成基板容纳区域4、5。相互背离指向的基本容纳区域4、5具有基本上矩形的截面。
图2示出具有基板容纳区域4的宽侧面2。相对置的宽侧面3设成具有完全相同的基板容纳区域5。
由基板支架1构成的扁平体具有小于10mm的材料增强。基板支架1的边棱长度等于至少100mm。
与基板容纳区域5相同设计的基板容纳区域4具有两个第一边缘4’。第一边缘4’涉及假想的线。基板容纳区域4还具有第二边缘，其由基板支架1的边棱11形成。边棱11被倒圆。
在基板容纳区域4、5的角部范围内具有固定件14。固定件14在本实施例中设计为带螺母14’的螺栓14。但是，固定件14、14’也可以是夹紧件。通过该固定件14、14’，基本上矩形的基板6被固定在两个基板容纳区域4、5之一上。每个基板6分别处于两个宽侧面2、3之一上，使得两个相互背离的基板容纳区域4、5分别支承一个基本上矩形的基板6，其中，基板6通过固定件14、14’固定在基板支架1上。基板可以是铜制、铝制或镍制基板，它们被由碳构成的纳米管涂覆，纳米管横向于延伸面在基板表面生长。
边棱11在形成凹部13的情况下过渡为凸起12。在此涉及前述的导引凸起。导引凸起由基板支架1的边缘段7的两个端部段构成。边缘段7直接邻接在边缘4’上。在两个相互背离的边缘4’中的每一个上邻接着边缘段7，边缘段7分别形成操作段。凸起12在基板支架1的延伸平面内延伸并且构成边缘段，该边缘段与边棱11相间隔。
两个设计相同的操作段7不仅具有从基板容纳区域4、5的相应边缘11突出的凸起12，还具有窗口形式的开口8、9、10。在此涉及三个矩形开口，气体可以流过开口，该开口也能用于手动操作。为此，开口8、9、10用作把手口。中间的矩形开口可以被操作臂的抓手抓握。
如图1所示，基板支架1具有分散的孔15、16。孔16用于将固定件14固定在基板支架1上。孔15同样可以作为用于固定件的固定孔。但是，孔15也可以具有止挡件。
图4示出基板支架1的第一应用形式，其中，基板支架1在它的相互背离的宽侧面2、3上分别支承一个基板6。
图5示出基板支架1的第二应用形式。在此，由基板支架1支承的基板6是柔性的。其具有两个端部区段，该端部区段分别配属于两个基板容纳区域4、5中的一个并且在此被固定。基板6的中间的区段与被倒圆的边棱11贴靠。基板6由此U形地围绕边棱11被折叠。
基板可以是铜制、镍制或铝制薄膜。通过进气机构24，处理气体(H2、NH3、AR、N2、CH4、C2H2或C6H6)被导入处理室。通过化学反应、尤其催化反应，碳氢化合物被分解为碳。在此涉及热解表面反应。在基板上沉积石墨或者纳米管。
反应器壳体20的内腔可以抽真空。在此使用未示出的真空泵。
处理室壳体19具有六个壁件，这些壁件平行于反应器壳体20的配属的壁件44、44’、45、45’或48、31、49、50延伸。处理室壳体19的壁件与反应器壳体20的壁件相间隔。
处理室壳体19的壁件48形成空腔28。这些空腔28是供气装置的组成部分。空腔28可以从外侧被供给处理气体，该处理气体(以下还将详细阐述)通过开口40可以进入处理室壳体19的内部。设有两个相对置的壳体壁48、48’，它们设计为多件式的。壳体壁48’形成前述的装载口23。两个壳体壁48、48’在它们的朝向处理室壳体19的内部的一侧上均具有多个相互平行且沿竖向延伸的固持槽34至38。固持槽34至38分别由竖直槽形成。处理室壳体19的平板形状的元件24、25、26、30、31的边缘处于固持槽34至38内。相对于中间平面，处理室壳体19具有翻转对称的设计。基板支架1或者固持件21、22和33处在该中间平面内，所述固持件分别具有凹槽21’、22’和33’，用于固持基板支架1。
在基板支架1的两个宽侧的每一个上分别具有莲蓬头形状的进气机构。各个莲蓬头由石英制成的进气板24构成，该进气板通过两个相互背离的边缘分别移入固持槽34内。进气板24具有多个在进气板24的表面上均匀分布布置的排气口39，用于排出布置在两个相对置的进气板24之间的处理室内的由运载气体运送的处理气体。
相对于处理室的位置，进气板24的后面具有一个体积，其由前述的供气孔40提供处理气体或运载气体，处理气体或运载气体可以通过排气口39进入处理室内。
进气机构的后壁25平行于进气板24延伸。后壁25的侧边缘移入固持槽35内。
另外的石英板26处在后壁25的后面，该石英板的边缘移入固持槽36内。
石英板26的后面具有电阻加热器27。在此涉及回形延伸的金属板，金属板可以流通电流，使得加热件27可以被加热。由石英构成的进气板24、后壁25和板件26基本上对于由加热件27产生的红外射线是可穿透的，红外射线可以将基板6加热到大约1000℃的基板温度。加热件27设有连接触点，用于为两个加热件27供电。
屏蔽板29处在加热件27的后侧，屏蔽板也可用作反射器。该屏蔽板29固定在加热件27的固持件上，该固持件也用作供电装置。
反射器30和后壁31的边缘移入平行于壁件48、48’的竖向边缘延伸的固持槽37、38中。
处理室壳体19具有可去除的盖件49。如果盖件49在打开盖子46时被去除，则板件24、25、26、37、38可以向上从处理室壳体19中抽出。随后它们可以被清洗或更换。同样简单地使板件24、25、26、30、31再次插入与之配属的固持槽34至38中。
底板50具有排气口41，从开口39进入处理室内的气体可以从排气口41从处理室排出。还设有用于排出清洗气体的排气口42，该清洗气体输入到两个莲蓬头那侧的空间内，加热件27处在所述空间内。
前述的导引件21、22、33分别具有槽形的凹陷21’、22’、33’，它们通过被倒圆的汇合区域构成用于基板支架1的边棱的查找侧面。
由图9可看到，边棱11在移入状态下是开放的。它们具有相对于导引件21或22的间距。
围绕竖直轴线可转动的反射器32处在处理室壳体19的装载口23的前面。在处理室运行时，可转动的反射器32在一个位置中，使得它的反射面处在装载口23的前面。当处理室被装载或卸载时，则可转动的反射器32转动，使得两个相互平齐的开口23、43开放，以便基板支架1穿过。
前述的实施例用于阐述由本申请总结的发明，该发明至少通过以下技术特征组合对现有技术分别独立地进行改进，即：
一种装置，其特征在于，所述第一宽侧面2和第二宽侧面3分别具有基板容纳区域4、5，在所述基板容纳区域4、5中设有固定件14、14’、15，基板6或基板6的区段借助所述固定件14、14’、15能够分别固定在宽侧面2、3上。
一种装置，其特征在于，所述基板支架1是扁平体、尤其由石英构成的形体，并且所述基板容纳区域4、5具有基本上矩形的轮廓外形，其中，该形体具有最大10mm的厚度和最小100mm的边长。
一种装置，其特征在于，所述基板容纳区域4、5具有两个相互背离的边缘4’，在所述边缘4’上分别邻接着尤其材料一致的操作区段7。
一种装置，其特征在于，所述操作区段7具有窗口形状的、尤其矩形的开口8、9、10。
一种装置，其特征在于，所述操作区段7具有凸起12，所述凸起12突伸超出基板容纳区域4的横向于第一边缘4’延伸的第二边缘11。
一种装置，其特征在于，所述基板容纳区域4、5的至少一个第二边缘11是所述基板支架1的尤其倒圆的边棱，柔性的基板6围绕该边棱布置，使得所述基板6能够通过两个区段分别固定在所述基板容纳区域4、5中。
一种装置，其特征在于，所述第二边缘11相对于所述凸起12的基本平行于第二边缘11延伸的边棱凹进地走向。
一种装置，其特征在于，所述反应器壳体20具有导引件21、22、23，所述基板支架1能够通过基板支架的凸起12沿着所述导引件21、22、23滑动，其中尤其规定，仅所述凸起12嵌入由所述导引件21、22、23构成的凹槽21’、22’、33’中。
一种装置，其特征在于，所述基板支架1沿竖直的定向穿过沿竖向延伸的装载口23能够移入反应器壳体20的两个进气机构24之间的空隙中。
所有公开的特征(本身及其相互组合)都有发明意义或发明价值。在本申请的公开文件中，所属/附属的优先权文本(在先申请文件)的公开内容也被完全包括在内，为此也将该优先权文本中的特征纳入本申请的权利要求书中。从属权利要求的特征都是对于现有技术有独立发明意义或价值的改进设计，尤其可以这些从属权利要求为基础提出分案申请。
附图标记列表
1 基板支架
2 宽侧面
3 宽侧面
4 基板容纳区域
4’ 边缘
5 基板容纳区域
5’ 边缘
6 基板
7 操作段/边缘段
8 开口
9 开口
10 开口
11 边棱
12 凸起/导引段
13 凹部
14 固定件/螺栓
14’ 固定件/螺母
15 孔
16 孔
19 处理室壳体
20 反应器壳体
21 导引件
21’ 凹槽、凹陷
22 导引件
22’ 凹槽
23 装载口/卸载口
24 进气机构、进气板
25 后壁
26 石英板
27 加热件
28 供气机构、空腔
29 屏蔽板
30 反射器
31 后壁
32 可转动的反射器
33 固持件
33’ 凹槽、凹陷
34 固持槽
35 固持槽
36 固持槽
37 固持槽
38 固持槽
39 排气口
40 供气口
41 排气口
42 排气口
43 装载口
44 壁件
44’ 壁件
45 壁件
45’ 壁件
46 壁件、盖子
47 调温通道
48 壳体壁
48’ 壳体壁
49 盖板
50 底板

Claims (10)

1.一种用于布置在CVD反应器或PVD反应器(20)内的、尤其用于沉积碳纳米管和石墨的基板支架，所述基板支架具有用于容纳待涂覆的基板(6)的第一宽侧面(2)和与第一宽侧面(2)相背离的第二宽侧面(3)，其中，所述第一宽侧面(2)和第二宽侧面(3)分别具有基板容纳区域(4、5)，在所述基板容纳区域(4、5)中设有固定件(14、14’、15)，基板(6)或基板(6)的区段借助所述固定件(14、14’、15)能够分别固定在宽侧面(2、3)上，其特征在于，所述基板支架(1)是扁平体，并且所述基板容纳区域(4、5)具有两个相互背离的第一边缘(4’)和横向于第一边缘(4’)延伸的第二边缘(11)，其中，在所述第一边缘(4’)上分别邻接着操作区段(7)，所述操作区段(7)具有超出所述第二边缘(11)突伸的凸起(12)。
2.按照权利要求1所述的基板支架，其特征在于，所述基板支架(1)由石英构成。
3.按照前述权利要求之一所述的基板支架，其特征在于，所述基板容纳区域(4、5)具有基本上矩形的轮廓外形。
4.按照前述权利要求之一所述的基板支架，其特征在于，实心的扁平体具有最大10mm的厚度和最小100mm的边长。
5.按照前述权利要求之一所述的基板支架，其特征在于，所述操作区段(7)具有窗口形状的、尤其矩形的开口(8、9、10)。
6.按照前述权利要求之一所述的基板支架，其特征在于，所述基板容纳区域(4、5)的至少一个第二边缘(11)是所述基板支架(1)的尤其倒圆的边棱，柔性的基板(6)围绕该边棱布置，使得所述基板(6)能够通过两个区段分别固定在所述基板容纳区域(4、5)中。
7.按照前述权利要求之一所述的基板支架，其特征在于，所述第二边缘(11)相对于所述凸起(12)的基本平行于第二边缘(11)延伸的边棱凹进地走向。
8.一种CVD反应器，具有根据前述权利要求之一所述的基板支架(1)和反应器壳体(20)，其特征在于，所述反应器壳体(20)具有导引件(21、22、23)，所述基板支架(1)能够通过基板支架的凸起(12)沿着所述导引件(21、22、23)滑动，其中尤其规定，仅所述凸起(12)嵌入由所述导引件(21、22、23)构成的凹槽(21’、22’、33’)中。
9.按照权利要求8所述的CVD反应器，其特征在于，所述基板支架(1)能够沿竖直的定向穿过沿竖向延伸的装载开口(23)移入反应器壳体(20)的两个进气机构(24)之间的空隙中。
10.一种基板支架或CVD反应器，其特征在于前述权利要求之一所述的一个或多个技术特征。
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