JP2002121673A - グラファイトナノファイバー薄膜形成用熱cvd装置 - Google Patents
グラファイトナノファイバー薄膜形成用熱cvd装置Info
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Abstract
VD装置を、該薄膜形成プロセスに利用される炭素含有
ガスと水素ガスとの再利用により、その混合ガスの消費
量を少なくし、装置のランニングコストを低くできるよ
うに構成する。 【解決手段】 炭素含有ガスと水素ガスとの混合ガスを
真空チャンバー12に導入する混合ガス供給系18が接
続された真空チャンバーに排ガス循環手段21を付設す
る。この場合、該排ガス循環手段は、真空チャンバーか
ら排気されてくる排ガス中のH2Oをトラップして、H2
Oの除去された排ガスを混合ガス供給系に戻し、再利用
するように構成されている。
Description
ラファイトナノファイバー薄膜を形成するための熱CV
D装置に関する。
えば、平面ディスプレー(電界放出型ディスプレー)や
CRTの電子管球の代用として電子発光素子を必要とす
る部品上に形成される。グラファイトナノファイバー薄
膜を形成するには、例えば熱CVD(Chemical vapor d
eposition)装置が使用され、このような熱CVD装置
は特願2000−89468号明細書から知られてい
る。
とする真空チャンバー(成膜室)を備えている。該真空
チャンバーの内部には、ガラスやSiなどの基板であっ
てFeやCoの薄膜が形成されたものが装着される基板
ホルダーが配設されている。また、真空チャンバーの上
部壁面には、基板ホルダーに装着される被処理基板に対
向して石英ガラスなどの耐熱性ガラスからなる赤外線透
過窓が設けられ、この透過窓の外側には加熱手段である
赤外線ランプが配設されている。さらに、成膜室には、
例えば、一酸化炭素ガスと水素ガスとの混合ガスであっ
て、所定のガス比を有するものを真空チャンバー内に導
入する混合ガス供給系が接続されている。そして、赤外
線ランプを付勢して、被処理基板を500℃に加熱した
状態で、混合ガス供給系に介設されたガス流量調節器で
約1000sccm程度に調整した混合ガス(CO:H
2=30:70のガス比)を、真空チャンバーの側壁に
設けた1箇所のガス導入口から真空チャンバーに連続し
て導入し、所定の時間(例えば、10分間)にわたって
被処理基板上にグラファイトナノファイバー薄膜を成長
させる。
ナノファイバー薄膜形成プロセスを行っている間、真空
チャンバーの圧力は大気圧に保たれ、混合ガスは真空チ
ャンバー内へ連続して導入される。この場合、真空チャ
ンバーに存在している、グラファイトナノファイバーの
成長に利用されなかった一酸化炭素その他大半のガス
は、被処理基板上における一酸化炭素の解離で生じた酸
素と混合ガスの水素との反応で得られたH2Oと共に排
ガスとして真空チャンバーの外へ排出される。このた
め、混合ガスの消費量は多く、グラファイトナノファイ
バー薄膜形成用熱CVD装置のランニングコストが高く
なるという問題があった。
み、混合ガスの再利用により、その混合ガスの消費量を
少なくし、装置のランニングコストを低くできる熱CV
D装置を提供することにある。
に本発明のCVD装置は、炭素含有ガスと水素ガスとの
混合ガスを真空チャンバーに導入する混合ガス供給系を
備え、基板加熱手段によって被処理基板を加熱しつつ、
真空チャンバー外部のガス源に接続された混合ガス供給
系から混合ガスを真空チャンバー内に導入することで被
処理基板上にグラファイトナノファイバー薄膜を形成す
る熱CVD装置において、該真空チャンバーに排ガス循
環手段が付設され、該排ガス循環手段は、真空チャンバ
ーから排気されてくる排ガス中のH2Oをトラップし
て、H2Oの除去された排ガスを混合ガス供給系に戻
し、再利用するように構成されていることを特徴とす
る。
ことで、排ガス中に存在するH2Oをトラップした後、
真空チャンバーに存在している、グラファイトナノファ
イバー薄膜の成長に利用されなかった炭素含有ガスその
他のガスを排ガスとして排出せず、混合ガス供給系に戻
すので、混合ガスの再利用が図られ、混合ガスの消費量
を少なくすることができ、グラファイトナノファイバー
薄膜形成用熱CVD装置のランニングコストを低くでき
る。
スを成膜室に導入する場合、従来の熱CVD装置のよう
に、被処理基板の上方に位置して該成膜室の側壁に設け
た1箇所のガス導入口から混合ガスを導入するのでは、
比較的大きな基板や矩形の基板に対してグラファイトナ
ノファイバー薄膜の膜厚分布を均一にするのは困難であ
る。この場合、該真空チャンバー内への混合ガスの導入
が、被処理基板の高さ位置より下側であって、被処理基
板をその外周の近傍で囲繞するように設けた混合ガス供
給系に接続されたガス噴射ノズル手段を介して行なわ
れ、ガス噴出ノズル手段を、その内部にガス流路を有す
ると共に、その上面に、ガス流路に連通する複数のガス
噴射口が列設されているように構成すれば、ガス噴出ノ
ズル手段の上面に列設された複数のガス噴射口から一旦
上方に向かって噴出された混合ガスが、被処理基板の上
方全体に亘って均一に拡散し、次いで、下方に向かって
均等に下降して被処理基板全体に亘って一様に到達し、
被処理基板が比較的大きな寸法を有していたり、矩形の
外形を有していても、被処理基板のサイズや外形に関係
なく該被処理基板上に膜厚分布の均一なグラファイトナ
ノファイバー薄膜を形成できる。
ま混合ガス供給系に戻したのでは、混合ガスを構成する
炭素含有ガスと水素ガスとのガス比が変化する。この場
合、排ガス循環手段を介してH2Oの除去された混合ガ
スを混合ガス供給系に戻す際、ガス源からの炭素含有ガ
ス及び水素ガスの少なくとも一方の供給量を制御して混
合ガスのガス比を調整すれば、所定のガス比を維持した
ままグラファイトナノファイバーの成長を行い得る。
イズの矩形の被処理基板S上にグラファイトナノファイ
バー薄膜を形成する熱CVD装置1は、ロードロック室
11と成膜室12とを備え、ロードロック室11と成膜
室12とはゲートバルブ13を介して接続されている。
ロードロック室11は、ガラスやSiなどの被処理基板
Sであって、成膜面にFeやCoなどの金属薄膜が形成
されたものを一旦真空雰囲気に曝すことで、被処理基板
表面の水分等を除去する役割を果たす。このため、該ロ
ードロック室11には、真空ポンプ111が接続されて
いると共に、その真空度をモニターする真空計112が
配設されている。また、該ロードロック室11には、被
処理基板Sが装着された基板ホルダー16を搬送する搬
送アーム15が設けられている。該搬送アーム15は、
サーボモータ(図示せず)を備えた回転軸151の上端
に固着された第1アーム152と、各第1アーム152
の他端に枢支された第2アーム153と、該第2アーム
153の他端に枢支されると共に、被処理基板Sが装着
された基板ホルダー16を下側から支持するフォーク状
の支持部を備えた第3アーム154とからなる。そし
て、第2及び第3の各アーム153、154を旋回させ
ることで搬送アーム15は伸縮自在となる。また、被処
理基板Sを装着した基板ホルダー16の受渡等のため回
転軸151は短いストロークで昇降自在である。この搬
送アーム15によって外部から、基板ホルダー16に装
着された被処理基板Sをロードロック室11に収容し、
所定の真空度(例えば、0.01Torr程度)まで真
空排気した後、ゲートバルブ13を開けて、所定の真空
度(例えば、0.01Torr程度)に真空排気した成
膜室12に被処理基板Sを基板ホルダー16と共に搬送
する。そして、搬送アーム15を再びロードロック室1
1に戻してゲートバルブ13を閉じる。
よって搬送されてきた被処理基板Sを装着した基板ホル
ダー16を載置する3本の支柱121が、該基板ホルダ
ー16の面積に対応して略三角形を形成するように配設
されている。そして、該支柱121のうち、ロードロッ
ク室11側に位置するものが第3アーム154のフォー
ク状の支持部相互の間隙に位置して該搬送アーム15の
ガイドとしての役割を果たす。尚、本実施の形態では、
被処理基板Sが装着された基板ホルダー16を搬送する
こととしたが、成膜室12内の支柱121上に基板ホル
ダー16を固定しておき、被処理基板Sを搬送するよう
に構成することもできる。
基板Sに対向して石英ガラスなどの耐熱性ガラスからな
る赤外線透過窓122が設けられている。この透過窓1
22の外側には、所定の配列を有してなる加熱手段であ
る複数本の赤外線ランプ17が配設され、被処理基板S
をその全面に亘って均等に加熱する。そして、該成膜室
12にもまた、ロードロック室11と同様に、真空雰囲
気の形成が可能であるように真空ポンプ123が設けら
れていると共に、その真空度をモニターする真空計12
4が配設されている。また、真空ポンプ123をバイパ
スする配管がバルブ123cを介在させて設けられてい
る。
が接続されている。該混合ガス供給系18は、バルブ1
81aからガス流量調節器181b、圧力調整器181
c及びバルブ181dを介して一酸化炭素などの炭素含
有ガスボンベ181eにガス配管にて直列に連なってい
る炭素含有ガス供給系181と、バルブ182aからガ
ス流量調節器182b、圧力調整器182c及びバルブ
182dを介して水素ガスボンベ182eにガス配管に
て直列に連なっている水素ガス供給系182とからな
る。そして、炭素含有ガス供給系181と水素ガス供給
系182とは、バルブ181a、182aと成膜室12
との間で合流し、成膜室12内に炭素含有ガスと水素ガ
スとの混合ガスが導入される。ここで、グラファイトナ
ノファイバー薄膜を形成するのに、炭素含有ガスの他に
水素ガスを用いるのは、気相反応における希釈及び触媒
作用のためである。
と、炭素含有ガス供給系181と水素ガス供給系182
との合流点の下流側との間をバイパスする配管を備えた
排ガス循環手段21が付設されている。この排ガス循環
手段21の配管の経路の途中にはH2O除去装置21b
が介設されている。該H2O除去装置21bは、一酸化
炭素の解離で生じた酸素と水素との反応で得られたH2
Oを効率よく完全に除去するものであればよく、例え
ば、ガス流路に公知の吸着材を装填して、該ガス流路を
通過するH2Oを選択的に吸着するように構成できる。
また、H2O除去装置21bは、ガス流路にクライオト
ラップを設けてH2Oを凝縮除去するように構成するこ
ともできる。さらに、排ガス循環手段21の配管には、
ダイアフラムポンプなどの循環ポンプ21aやガス流量
調節器21cなどが介設されていてもよい。
合ガスを成膜室12に導入する場合、従来の熱CVD装
置のように、被処理基板Sの上方に位置して該成膜室1
2の側壁に設けた1箇所のガス導入口から混合ガスを導
入するのでは、比較的大きな基板や矩形の基板に対して
グラファイトナノファイバー薄膜の膜厚分布を均一にす
るのは困難である。そこで、本実施の形態では、混合ガ
スの導入を、被処理基板Sの高さ位置より下側であっ
て、被処理基板Sをその外周の近傍で囲繞するように設
けたガス噴射ノズル手段19を介して行なうこととし
た。
ノズル手段19はその内部に混合ガス流路191を備
え、その上面には、該ガス流路191に連通する複数個
のガス噴射口192が列設されている。また、ガス噴射
ノズル手段19の上面には、ガス流路191に通じる継
手を備えた混合ガス供給部193が開設され、該継手に
は混合ガス供給系18のガス配管の一端が接続されてい
る。ここで、このようにガス噴射ノズル手段19を形成
した場合、赤外線ランプ17によって被処理基板Sと共
にガス噴射ノズル手段19自体も加熱され得る。そし
て、該ガス噴射ノズル手段19の表面温度が所定の温度
以上になると、そこにグラファイトナノファイバー薄膜
が成長し得る。グラファイトナノファイバー膜が成長す
るとコンタミネーションの原因になるので、ガス噴射ノ
ズル手段19を頻繁にクリーニング或いは交換する必要
が生じる。このため、本実施の形態では、ガス噴射ノズ
ル手段19を、熱伝導率の高い金属材料である銅から形
成し、冷却可能な成膜室12の底面に面接触させて配設
した。なお、本実施の形態では、ガス噴射ノズル手段1
9を環状としたが、成膜室12内に混合ガスを均一に噴
射し得るものであればその外形は問わない。また、基板
ホルダー16が載置される支柱121の高さ寸法は、ガ
ス噴射ノズル手段19の配設位置に対応して、ガス噴射
ノズル手段19のガス噴射口192から上方に向かって
噴出された混合ガスが赤外線ランプ17で所定温度以上
に加熱されることなく、被処理基板Sに到達するように
定寸されている。
ノファイバー薄膜形成プロセスについて説明する。
ラス基板上にFeを100nmの厚さで蒸着したものを
使用する。このようにFeが蒸着された被処理基板Sを
基板ホルダー16上に装着したものを、ロードロック室
11の外側から搬送アーム15によって該ロードロック
室11に一旦収納し、真空ポンプ111を起動して真空
計112で測定しながら0.01Torr程度まで真空
排気を行う。それに併せて、成膜室も、真空ポンプ12
3を起動して真空計124で測定しながら0.01To
rr程度になるまで真空排気を行う。そして、ロードロ
ック室11及び成膜室12が所定の真空度に達した後、
所定の時間経過後にゲートバルブ13を開けて成膜室1
2の基板ホルダー用支柱121上に被処理基板Sが装着
された基板ホルダー16を載置する。この状態で、一酸
化炭素ガスボンベ181eと水素ガスボンベ182eと
の元栓を開き、圧力調整器181c、182cにより約
1気圧(絶対圧力)に調整し、そしてバルブ181a、
182aを開き、ガス流量調節器181b、182bに
より、一酸化炭素ガスと水素ガスとの混合ガス(CO:
H2=30:70のガス比)を約1000sccm程度
に調整して、成膜室12内に、被処理基板ホルダー16
の下方から、ガス噴射ノズル手段19を介して導入し、
ガス置換を行った。この時、真空ポンプ123を停止
し、真空ポンプ123の前後に設けたバルブ123a、
123bを閉状態にしてバイパス配管のバルブ123c
を開状態にしておき、成膜室12がほぼ大気圧(760
Torr)となるようにした。この場合、赤外線ランプ
17を付勢して被処理基板Sを500℃に加熱した状態
で混合ガスを導入した。
った後、500℃で10分間にわたって、熱CVD法に
より該基板上でグラファイトナノファイバーの成長反応
を行った。一酸化炭素ガスが被処理基板S上に達する
と、一酸化炭素が解離し、被処理基板上に蒸着されたF
e薄膜上にのみグラファイトナノファイバー薄膜が形成
した。
ーを成長させる場合、成膜室12に導入した混合ガスの
うち、グラファイトナノファイバーの成長に利用されな
かった一酸化炭素その他大半のガスを、被処理基板S上
における一酸化炭素の解離で生じた酸素と水素ガスとの
反応で得られたH2Oと共にバルブ123cを介して排
出したのでは混合ガスの消費量が多くなり、熱CVD装
置1のランニングコストが高くなる。そこで、本発明の
実施の形態では、成膜室12に、循環ポンプ21aを備
えた排ガス循環手段21を付設して、成膜室12内の圧
力を大気圧に保持するように循環ポンプ21aを介して
排気しつつ、H2O除去装置21bによって排ガス中の
H2Oを除去し、H2Oの除去された排ガスを混合ガス供
給系18に戻すこととした。これにより、排ガス循環手
段21を付設しない場合に比べて、混合ガスの使用効率
が10%程度から80%まで改善できた。尚、排ガス循
環手段21を作動させている間、バイパス配管のバルブ
123cが閉状態に保持される。
そのまま混合ガス供給系18に戻したのでは、混合ガス
を構成する一酸化炭素と水素とのガス比が変化する。こ
の場合、排ガス循環手段21を介して炭素含有ガスを混
合ガス供給系に戻す際、炭素含有ガス供給系181及び
水素ガス供給系182の少なくとも一方のガス流量調節
器181b、182bを制御して混合ガスのガス比を調
整すれば、所定のガス比を維持したままグラファイトナ
ノファイバーの成長を行い得る。
供給系 19 ガス噴射ノズル手段 21 排ガス循
環手段 21b H2O除去装置 S 被処理基
板
Claims (3)
- 【請求項1】 炭素含有ガスと水素ガスとの混合ガスを
真空チャンバーに導入する混合ガス供給系を備え、基板
加熱手段によって被処理基板を加熱しつつ、真空チャン
バー外部のガス源に接続された混合ガス供給系から混合
ガスを真空チャンバー内に導入することで被処理基板上
にグラファイトナノファイバー薄膜を形成する熱CVD
装置において、 該真空チャンバーに排ガス循環手段が付設され、該排ガ
ス循環手段は、真空チャンバーから排気されてくる排ガ
ス中のH2Oをトラップして、H2Oの除去された排ガス
を混合ガス供給系に戻し、再利用するように構成されて
いることを特徴とするCVD装置。 - 【請求項2】 該真空チャンバー内への混合ガスの導入
は、被処理基板の高さ位置より下側であって、被処理基
板をその外周の近傍で囲繞するように設けた混合ガス供
給系に接続されたガス噴射ノズル手段を介して行われ、
ガス噴出ノズル手段はその内部にガス流路を有すると共
に、その上面に、ガス流路に連通する複数のガス噴射口
が列設されていることを特徴とする請求項1記載の熱C
VD装置。 - 【請求項3】 該排ガス循環手段を介してH2Oの除去
された排ガスを混合ガス供給系に戻す際、ガス源からの
炭素含有ガス及び水素ガスの少なくとも一方の供給量を
制御して混合ガスのガス比を調整することを特徴とする
請求項1または請求項2記載の熱CVD装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000313028A JP4677088B2 (ja) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | グラファイトナノファイバー薄膜形成用熱cvd装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000313028A JP4677088B2 (ja) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | グラファイトナノファイバー薄膜形成用熱cvd装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002121673A true JP2002121673A (ja) | 2002-04-26 |
JP4677088B2 JP4677088B2 (ja) | 2011-04-27 |
Family
ID=18792511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000313028A Expired - Lifetime JP4677088B2 (ja) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | グラファイトナノファイバー薄膜形成用熱cvd装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP4677088B2 (ja) |
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