JP2011184709A - Cvd device - Google Patents

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Kazuyuki Hiraoka
和志 平岡
Itsuo Sugimoto
巖生 杉本
浩二 ▲高▼鍋
Koji Takanabe
Toshio Takitani
俊夫 滝谷
Maki Harada
眞樹 原田
Koji Kira
浩司 吉良
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CVD device capable of uniformly forming the entire surface of a film formed on a substrate surface. <P>SOLUTION: In the thermal CVD device for forming a carbon nano tube having a heating chamber 13 for forming the carbon nano tube on the surface of a substrate K by a thermal chemical vapor deposition method, a guide plate 23 holding the substrate K moved in a prescribed direction in the heating chamber 13 and having a prescribed width so as to give the side surface view thereof to an arc shape is provided and a discharge outlet 5 of a raw material gas G is disposed along the width direction of the substrate K in a center position of the arc of the substrate K held by the guide plate 23. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、CVD装置に関するものである。 The present invention relates to a CVD apparatus.

蒸着装置の1つである化学気相成長装置(以下CVD装置という)は、不活性ガスを充填または真空(減圧状態)にした反応容器内に基板を配置し、当該反応容器に原料ガスを送り込んで、当該基板の表面に触媒を介して膜を成長させるものである。CVD装置には、熱を利用する熱CVD装置、プラズマを利用するプラズマCVD装置、光エネルギーを利用する光CVD装置などがある。   A chemical vapor deposition apparatus (hereinafter referred to as a CVD apparatus), which is one of vapor deposition apparatuses, places a substrate in a reaction vessel filled with an inert gas or in a vacuum (depressurized state), and feeds a raw material gas into the reaction vessel. Thus, a film is grown on the surface of the substrate via a catalyst. Examples of the CVD apparatus include a thermal CVD apparatus that uses heat, a plasma CVD apparatus that uses plasma, and a photo CVD apparatus that uses light energy.

従来、蒸着装置としては、真空槽(反応容器)に配置された基板に、ルツボで加熱し蒸発された有機材料を導いて膜付けするものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a vapor deposition apparatus, an apparatus in which an organic material heated by a crucible and evaporated is attached to a substrate disposed in a vacuum chamber (reaction vessel) is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−134250号公報JP 2004-134250 A

ところで、上記蒸着装置では、基板が平面状に配置されているのに対し、ルツボはその開口部が基板表面の中心に対向するように配置されている。このため、基板表面の中心付近と外周付近で、ルツボの開口部との距離に差が生じ、接触する有機材料の濃度にも差が生じていた。特に、上記蒸着装置を化学気相成長法(CVD法)に用いた場合、CVD開始時に基板表面において接触する原料ガス濃度に差があれば膜の成長にも差が生じており、より均一に膜を生成できるCVD装置が望まれていた。   By the way, in the said vapor deposition apparatus, although the board | substrate is arrange | positioned planarly, the crucible is arrange | positioned so that the opening part may oppose the center of the substrate surface. For this reason, there is a difference in the distance from the opening of the crucible near the center and the outer periphery of the substrate surface, and there is also a difference in the concentration of the organic material in contact therewith. In particular, when the above vapor deposition apparatus is used for the chemical vapor deposition method (CVD method), if there is a difference in the concentration of the source gas in contact with the substrate surface at the start of the CVD, a difference in the growth of the film occurs, and the more uniform. A CVD apparatus capable of producing a film has been desired.

そこで、本発明は、基板表面に生成する膜を全面でより均一にできるCVD装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a CVD apparatus capable of making the film formed on the substrate surface more uniform over the entire surface.

上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係るCVD装置は、熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するCVD装置であって、
上記加熱室内で所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したものである。
In order to solve the above problems, a CVD apparatus according to claim 1 of the present invention is a CVD apparatus having a heating chamber for depositing a deposition material on the surface of a substrate by a thermal chemical vapor deposition method,
A substrate holding means capable of holding a substrate having a predetermined width in the heating chamber so as to have an arc shape when viewed from the side is provided, and a vapor deposition material discharge port is provided at the center of the arc of the substrate held by the substrate holding means. It is arranged along the width direction of the substrate.

また、請求項2に係るCVD装置は、熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するCVD装置であって、
上記加熱室内を所定方向に移動される所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したものである。
The CVD apparatus according to claim 2 is a CVD apparatus having a heating chamber for depositing a deposition material on the surface of a substrate by a thermal chemical vapor deposition method,
A substrate holding means capable of holding a substrate having a predetermined width that is moved in the heating chamber in a predetermined direction so as to have an arc shape when viewed from the side, and is deposited at a center position of the arc of the substrate held by the substrate holding means. Material discharge ports are arranged along the width direction of the substrate.

さらに、請求項3に係るCVD装置は、請求項1または2に記載のCVD装置において、案内用回転体の外周に沿って加熱部材を配置したものである。   Furthermore, a CVD apparatus according to a third aspect is the CVD apparatus according to the first or second aspect, wherein a heating member is disposed along the outer periphery of the guiding rotating body.

上記CVD装置によると、基板の蒸着膜が生成される面を円弧形状にするとともに、この円弧中心位置に蒸着材料の放出口を配置しているので、円弧形状の面のいずれの部分であっても放出口からの距離は等しく、基板表面での蒸着材料の濃度が均一であり、基板表面に生成する蒸着膜を全面でより均一にできる。   According to the CVD apparatus, the surface on which the vapor deposition film of the substrate is generated has an arc shape, and the vapor deposition material discharge port is disposed at the center position of the arc. Also, the distance from the discharge port is equal, the concentration of the vapor deposition material on the substrate surface is uniform, and the vapor deposition film formed on the substrate surface can be made more uniform over the entire surface.

本発明の実施例1に係るCVD装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the CVD apparatus concerning Example 1 of this invention. 同CVD装置の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the CVD apparatus. 加熱装置を省略した図2のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 2 which abbreviate | omitted the heating apparatus. 加熱室内において加熱装置のみを示した図2のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 2 which showed only the heating apparatus in the heating chamber.

以下、本発明の実施の形態に係るCVD装置について、具体的に示した実施例に基づき説明する。
本実施例1においては、CVD装置として、カーボンナノチューブ形成用の熱CVD装置を用いたものについて説明する。
Hereinafter, a CVD apparatus according to an embodiment of the present invention will be described based on specific examples.
In Example 1, a CVD apparatus using a thermal CVD apparatus for forming carbon nanotubes will be described.

本実施例においては、カーボンナノチューブを形成する基板として、ステンレス製の薄鋼板、すなわちステンレス鋼板(薄板材の一例であり、例えば箔材の場合は20〜300μm程度の厚さのものが用いられ、ステンレス箔ということもできる。また、板材である場合には、300μm〜数mm程度の厚さのものが用いられる。)を用いるようにしたもので、しかも、このステンレス鋼板としては、所定幅で長いもの、つまり帯状のものが用いられる。したがって、このステンレス鋼板はロールに巻き付けられており、カーボンナノチューブの形成に際しては、このロールから引き出されて連続的にカーボンナノチューブが形成されるとともに、このカーボンナノチューブが形成されたステンレス鋼板は、やはり、ロールに巻き取るようにされている。すなわち、一方の巻出しロールからステンレス鋼板を引き出し、この引き出されたステンレス鋼板の表面にカーボンナノチューブを形成(生成)した後、このカーボンナノチューブが形成されたステンレス鋼板を他方の巻取りロールに巻き取るようにされている。   In this example, as a substrate for forming carbon nanotubes, a stainless steel sheet, that is, a stainless steel sheet (an example of a sheet material, for example, a foil material having a thickness of about 20 to 300 μm is used, It can also be referred to as a stainless steel foil.In the case of a plate material, a material having a thickness of about 300 μm to several mm is used. Long ones, that is, strips are used. Therefore, this stainless steel plate is wound around a roll, and when forming carbon nanotubes, the carbon nanotubes are continuously formed by being pulled out from this roll, and the stainless steel plate on which the carbon nanotubes are formed It is intended to be wound on a roll. That is, a stainless steel plate is pulled out from one unwinding roll, carbon nanotubes are formed (generated) on the surface of the pulled stainless steel plate, and then the stainless steel plate on which the carbon nanotubes are formed is wound on the other winding roll. Has been.

以下、上述した帯状のステンレス鋼板(以下、主として、基板と称す)の表面に、カーボンナノチューブを形成するための熱CVD装置について説明する。
この熱CVD装置には、図1に示すように、炉本体2内にカーボンナノチューブを形成するための細長い処理用空間部が設けられて成る加熱炉1が具備されており、この炉本体2内に設けられた処理用空間部は、所定間隔おきに配置された区画壁3により、複数の、例えば5つの部屋に区画されて(仕切られて)いる。
Hereinafter, a thermal CVD apparatus for forming carbon nanotubes on the surface of the above-described strip-shaped stainless steel plate (hereinafter, mainly referred to as a substrate) will be described.
As shown in FIG. 1, the thermal CVD apparatus includes a heating furnace 1 in which an elongated processing space for forming carbon nanotubes is provided in a furnace body 2. The processing space provided in is partitioned (divided) into a plurality of, for example, five rooms by partition walls 3 arranged at predetermined intervals.

すなわち、この炉本体2内には、ステンレス鋼板つまり基板Kが巻き取られた巻出しロール16が配置される基板供給室11と、この巻出しロール16から引き出された基板Kを導きその表面に前処理を施すための前処理室12と、この前処理室12で前処理が施された基板Kを導きその表面にカーボンナノチューブを形成するための加熱室(反応室ともいえる)13と、この加熱室13でカーボンナノチューブが形成された基板Kを導き後処理を施すための後処理室14と、この後処理室14で後処理が施された基板Kを巻き取るための巻取りロール17が配置された基板回収室(製品回収室ということもできる)15とが具備されている。また、上記各ロール16,17の回転軸心は水平方向にされており、したがって加熱室13内に引き込まれる(案内される)基板Kは水平面内を移動するとともに、基板Kの表面にカーボンナノチューブを形成するようにされている。また、基板供給室11および基板回収室15の外部には、図示しないが、上記各ロール16,17で基板Kの引き出しおよび巻き取りを行うために当該各ロール16,17を駆動させるサーボモータがそれぞれ設けられており、各サーボモータと各ロール16,17は、各室11,15の側壁部を貫通する気密構造の回転軸で接続される。なお、以下では、上記ロール16,17の間の方向、すなわち基板Kが移動する方向を前後方向といい、この前後方向に水平面上で直交する方向を左右方向という。   That is, in the furnace body 2, a stainless steel plate, that is, a substrate supply chamber 11 in which an unwinding roll 16 on which the substrate K is wound is disposed, and the substrate K drawn from the unwinding roll 16 is guided to the surface thereof. A pretreatment chamber 12 for performing pretreatment, a heating chamber (which can also be called a reaction chamber) 13 for guiding the substrate K pretreated in the pretreatment chamber 12 to form carbon nanotubes on the surface thereof, A post-processing chamber 14 for guiding the substrate K on which the carbon nanotubes are formed in the heating chamber 13 and performing post-processing, and a winding roll 17 for winding the substrate K that has been post-processed in the post-processing chamber 14 are provided. A substrate recovery chamber (also referred to as a product recovery chamber) 15 is provided. The rotation axes of the rolls 16 and 17 are horizontal, so that the substrate K drawn (guided) into the heating chamber 13 moves in a horizontal plane and has carbon nanotubes on the surface of the substrate K. To be formed. In addition, although not shown, outside the substrate supply chamber 11 and the substrate collection chamber 15, there are servo motors that drive the rolls 16 and 17 in order to pull out and take up the substrate K with the rolls 16 and 17, respectively. The servo motors and the rolls 16 and 17 are connected to each other by an airtight rotating shaft that penetrates the side walls of the chambers 11 and 15, respectively. In the following, the direction between the rolls 16 and 17, that is, the direction in which the substrate K moves is referred to as the front-rear direction, and the direction orthogonal to the front-rear direction on the horizontal plane is referred to as the left-right direction.

上記前処理室12では、基板Kの表面、特にカーボンナノチューブを形成する表面(カーボンナノチューブの生成面であり、後述するが、ここでは下面である)の洗浄、不動態膜の塗布、カーボンナノチューブ生成用の触媒微粒子、具体的には、鉄の微粒子(金属微粒子)の塗布が行われる。洗浄については、アルカリ洗浄、UVオゾン洗浄が用いられる。また、不動態膜の塗布方法としては、ロールコータ、LPDが用いられる。触媒微粒子の塗布方法としては、スパッタ、真空蒸着、ロールコータなどが用いられる。   In the pretreatment chamber 12, the surface of the substrate K, particularly the surface that forms the carbon nanotubes (the carbon nanotube generation surface, which will be described later, here is the lower surface) is washed, the passive film is applied, and the carbon nanotubes are generated. The catalyst fine particles, specifically, iron fine particles (metal fine particles) are applied. For cleaning, alkali cleaning or UV ozone cleaning is used. In addition, as a method for applying the passive film, a roll coater or LPD is used. As a method for applying the catalyst fine particles, sputtering, vacuum deposition, roll coater or the like is used.

また、後処理室14では、基板Kの冷却と、基板Kの表面、すなわち下面に形成されたカーボンナノチューブの検査とが行われる。
そして、基板回収室15では、基板Kの上面(裏面)に保護フィルムが貼り付けられ、この保護フィルムが貼り付けられたステンレス鋼板である基板Kが巻取りロール17に巻き取られる。なお、基板Kの上面に保護フィルムを貼り付けるようにしているのは、基板Kを巻き取った際に、その外側に巻き取られる基板Kに形成されたカーボンナノチューブを保護するためである。
In the post-processing chamber 14, the cooling of the substrate K and the inspection of the carbon nanotubes formed on the surface, that is, the lower surface of the substrate K are performed.
In the substrate recovery chamber 15, a protective film is attached to the upper surface (back surface) of the substrate K, and the substrate K, which is a stainless steel plate to which the protective film is attached, is taken up by the take-up roll 17. The reason why the protective film is attached to the upper surface of the substrate K is to protect the carbon nanotubes formed on the substrate K wound around the outer side when the substrate K is wound up.

上述したように、炉本体2内には、区画壁3により5つの部屋が形成されており、当然ながら、各区画壁3には、基板Kを通過させ得る連通用開口部(スリットともいう)3aがそれぞれ形成されている。   As described above, five chambers are formed in the furnace body 2 by the partition walls 3. Naturally, each partition wall 3 has a communication opening (also referred to as a slit) through which the substrate K can pass. 3a is formed.

ところで、上記加熱室13においては、熱CVD法により、カーボンナノチューブが形成(生成)されるが、内部は所定の真空度(負圧状態)に維持されるとともに、カーボンナノチューブの生成用ガスつまり原料ガスGが供給されており、またこの原料ガスGが隣接する部屋に漏れないように考慮されている。例えば、加熱室13においては、ヘリウムガスなどの不活性ガスNと一緒に原料ガスGが下方から供給されるとともに上方から排出されて(引き抜かれて)いる。なお、この加熱室13以外の部屋、すなわち基板供給室11、前処理室12、後処理室14および製品回収室15についても、ヘリウムガスなどの不活性ガスNが下方から供給されるとともに上方から排出されて(引き抜かれて)、大気が入り込まないようにされている。   By the way, in the heating chamber 13, carbon nanotubes are formed (generated) by the thermal CVD method, but the inside is maintained at a predetermined vacuum level (negative pressure state), and the carbon nanotube generating gas, that is, the raw material Gas G is supplied, and it is considered that this raw material gas G does not leak into the adjacent room. For example, in the heating chamber 13, the raw material gas G is supplied from below together with an inert gas N such as helium gas and is discharged (pulled out) from above. In addition to the heating chamber 13, that is, the substrate supply chamber 11, the pretreatment chamber 12, the posttreatment chamber 14, and the product recovery chamber 15, an inert gas N such as helium gas is supplied from below and from above. Once exhausted (withdrawn), the air is prevented from entering.

ここで、加熱室13について詳しく説明する。
すなわち、図2および図3に示すように、この加熱室13の底壁部2aの左右方向における中心位置には、カーボンを含む原料ガス(例えば、アセチレンガスが用いられる)Gを供給するガス導入ノズル9が、下方から底壁部2aを貫通するように挿入されており、このガス導入ノズル9の上端における開口、すなわち放出口5は、左右方向が長手方向となる矩形状である。また、加熱室13の上方部には、ガスを排出するガス排出口(例えば、排出管である)6が前後方向において所定間隔おきで複数個形成されている。なお、この加熱室13を形成する内壁面には所定厚さの断熱材4が貼り付けられている。また、上壁部2bと断熱材4との間には、各ガス排出口6からのガスを導き一つのガス抜出口7から排出するためのガス集合室8が形成されている。なお、このガス抜出口7は炉本体2の上壁部2bに設けられている。したがって、上壁部2bを、または上壁部2bおよび上部断熱材4を、加熱室13の上部ということができるとともに、底壁部2aを、または底壁部2aおよび下部断熱材4を、加熱室13の下部ということができる。また、上記基板Kの上方位置には、加熱室13内を加熱するための複数本の円柱形状(または棒状)の発熱体(加熱部材である)22を有する加熱装置21が、図2に示すように設けられている(図3では加熱装置21の図示を省略する)。なお、加熱装置21の詳細は後述する。
Here, the heating chamber 13 will be described in detail.
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, gas introduction for supplying a source gas G containing carbon (for example, acetylene gas is used) G to the center position in the left-right direction of the bottom wall portion 2 a of the heating chamber 13. The nozzle 9 is inserted so as to penetrate the bottom wall portion 2a from below, and the opening at the upper end of the gas introduction nozzle 9, that is, the discharge port 5, has a rectangular shape whose longitudinal direction is the left-right direction. In addition, a plurality of gas discharge ports (for example, discharge pipes) 6 for discharging gas are formed in the upper portion of the heating chamber 13 at predetermined intervals in the front-rear direction. A heat insulating material 4 having a predetermined thickness is attached to the inner wall surface that forms the heating chamber 13. Further, a gas collecting chamber 8 is formed between the upper wall portion 2 b and the heat insulating material 4 to guide the gas from each gas discharge port 6 and discharge it from one gas discharge port 7. The gas outlet 7 is provided on the upper wall 2b of the furnace body 2. Accordingly, the upper wall portion 2b, or the upper wall portion 2b and the upper heat insulating material 4 can be referred to as the upper portion of the heating chamber 13, and the bottom wall portion 2a or the bottom wall portion 2a and the lower heat insulating material 4 are heated. It can be said that the lower part of the chamber 13. A heating device 21 having a plurality of cylindrical (or rod-shaped) heating elements (heating members) 22 for heating the inside of the heating chamber 13 is provided above the substrate K as shown in FIG. (The illustration of the heating device 21 is omitted in FIG. 3). Details of the heating device 21 will be described later.

さらに、図示しないが、加熱室13には、当該加熱室13内の空気を排気して所定の減圧下にするための排気装置(真空装置でもある)が接続されている。
また、加熱室13には、左右方向と平行の回転軸24を回転面23aの中心に有するとともに基板Kの左右方向における両側縁部をそれぞれ下面から外周面23bで保持する2基の円盤形状のガイド板(基板保持部材の一例である)23と、これら両ガイド板23の前後位置において左右方向と平行に配置された円柱形状の押さえローラ25とが具備されている。なお、ガイド板23の回転軸24および押さえローラ25は、両側壁部の内側にそれぞれ設けられたブラケット(図3にのみ図示する)26で、回転自在に支持される。また、基板Kを両ガイド板23の外周面23bに沿わせて円弧形状にするために、基板Kを、ガイド板23の前後において、下面(内周)側からはガイド板23、上面(外周)側からは押さえローラ25で保持する。具体的には、図1および図2に示すように、区画壁3の連通用開口部3aの上端と押さえローラ25の下端との高さが等しくなるように、つまり、連通用開口部3aから押さえローラ25までの部分で基板Kが水平になるように、押さえローラ25が配置される。
Further, although not shown, the heating chamber 13 is connected to an exhaust device (also a vacuum device) for exhausting the air in the heating chamber 13 to bring it under a predetermined reduced pressure.
In addition, the heating chamber 13 has two disk-like shapes each having a rotation shaft 24 parallel to the left-right direction at the center of the rotation surface 23a and holding both side edges of the substrate K in the left-right direction from the lower surface to the outer peripheral surface 23b. A guide plate (which is an example of a substrate holding member) 23 and a cylindrical pressing roller 25 disposed in parallel with the left-right direction at the front and rear positions of both guide plates 23 are provided. The rotating shaft 24 and the pressing roller 25 of the guide plate 23 are rotatably supported by brackets 26 (illustrated only in FIG. 3) provided inside the side walls. Further, in order to make the substrate K into an arc shape along the outer peripheral surfaces 23b of the both guide plates 23, the substrate K is arranged from the lower surface (inner periphery) side before and after the guide plates 23 from the guide plate 23 and the upper surface (outer periphery). ) Side is held by a pressing roller 25. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the heights of the upper end of the communication opening 3a of the partition wall 3 and the lower end of the pressing roller 25 are made equal, that is, from the communication opening 3a. The pressing roller 25 is arranged so that the substrate K is horizontal in the portion up to the pressing roller 25.

一方、上記ガス導入ノズル9の放出口5は、上記基板Kの円弧中心に位置する。すなわち、上記ガイド板23および押さえローラ25で湾曲させた基板Kの円弧形状の中心が、放出口5の位置と一致するように、当該ガイド板23および押さえローラ25が配置される。また、図3に示すように、これら両ガイド板23は、当該ガス導入ノズル9の左右位置、すなわち両ガイド板23の間にガス導入ノズル9が位置するようにして配置されるので、ガス導入ノズル9の放出口5からの原料ガスGは、妨げられることなく基板Kの円弧形状の部分にまで到達する。   On the other hand, the discharge port 5 of the gas introduction nozzle 9 is located at the center of the arc of the substrate K. That is, the guide plate 23 and the pressing roller 25 are arranged so that the center of the arc shape of the substrate K curved by the guide plate 23 and the pressing roller 25 coincides with the position of the discharge port 5. Further, as shown in FIG. 3, these two guide plates 23 are arranged such that the gas introduction nozzle 9 is positioned between the left and right positions of the gas introduction nozzle 9, that is, between the two guide plates 23. The source gas G from the discharge port 5 of the nozzle 9 reaches the arc-shaped portion of the substrate K without being blocked.

ところで、有機ガスの影響を無くすために、加熱室13における基板K以外の構成材料、例えば断熱材4などは、二酸化ケイ素(SiO)、二酸化アルミニウム(Al)などの無機材料で構成されている。 By the way, in order to eliminate the influence of the organic gas, the constituent material other than the substrate K in the heating chamber 13, for example, the heat insulating material 4, is made of an inorganic material such as silicon dioxide (SiO 2 ) or aluminum dioxide (Al 2 O 3 ). Has been.

ここで、前処理室12での工程について説明する。
この前処理室12内では、基板Kが洗浄された後、シリカ、アルミナなどの不動態膜が塗布され、さらにこの不動態膜の上面に、金属例えば鉄(Fe)の触媒微粒子が塗布される。勿論、図示しないが、この前処理室12内には、基板Kの洗浄手段、不動態膜の塗布手段、および金属例えば鉄(Fe)の触媒微粒子の塗布手段が設けられている。
Here, the process in the pretreatment chamber 12 will be described.
In the pretreatment chamber 12, after the substrate K is washed, a passive film such as silica or alumina is applied, and further, for example, catalyst fine particles of metal such as iron (Fe) are applied on the upper surface of the passive film. . Of course, although not shown, in the pretreatment chamber 12, there are provided cleaning means for the substrate K, means for applying a passive film, and means for applying catalyst fine particles of metal such as iron (Fe).

ところで、基板Kとして、厚さが20〜300μm以下に圧延加工されてコイル状に巻き取られた薄いステンレス鋼板(ステンレス箔でもある)が用いられており、このような基板Kには、コイルの巻き方向に引張りの残留応力が存在するため、触媒の微粒化および熱CVD時に、残留応力の開放により、基板Kに反りが発生する。このような反りの発生を防止するために、コイル巻き方向で張力を付加する機構、具体的には、巻出しロールと巻取りロールとの間で張力を発生させて(例えば、両ロールの回転速度を異ならせることにより張力を発生させる。具体的には、一方のモータで引っ張り、他方のモータにブレーキ機能を発揮させればよい。)基板Kを引っ張るようにしてもよい。また、巻取りロール側に錘を設けて引っ張るようにしてもよい。   By the way, as the substrate K, a thin stainless steel plate (also a stainless steel foil) that has been rolled to a thickness of 20 to 300 μm and wound in a coil shape is used. Since there is a tensile residual stress in the winding direction, the substrate K warps due to the release of the residual stress during atomization of the catalyst and thermal CVD. In order to prevent such warpage, a mechanism for applying tension in the coil winding direction, specifically, tension is generated between the unwinding roll and the winding roll (for example, rotation of both rolls). The tension is generated by changing the speed, specifically, the one motor may be pulled and the other motor may be used to exhibit the brake function.) The substrate K may be pulled. Further, a weight may be provided on the winding roll side and pulled.

次に、加熱装置21について図2および図4(図4では加熱室13内における加熱装置21以外の構成を省略する)に基づき説明する。
この加熱装置21は、円弧形状の基板Kの上面(外周)側に配置されるものであり、円柱形状(または棒状)の発熱体22が、左右方向と平行(並行)に且つ前後方向にて所定間隔おきで複数配置されている。また、これら発熱体22を含む曲面は、側面視が基板Kと同心円の円弧形状となるようにされている。なお、発熱体22としては非金属の抵抗発熱体が用いられ、具体的には、炭化ケイ素、ケイ化モリブデン、ランタンクロマイト、ジルコニア、黒鉛などが用いられる。特に、炭化ケイ素およびケイ化モリブデンは、窒素ガス、水素ガス雰囲気下で用いられ、ランタンクロマイトは大気下でのみ用いられ、黒鉛は不活性ガス雰囲気(還元雰囲気)下で用いられる。
Next, the heating device 21 will be described with reference to FIGS. 2 and 4 (the configuration other than the heating device 21 in the heating chamber 13 is omitted in FIG. 4).
This heating device 21 is arranged on the upper surface (outer periphery) side of the arc-shaped substrate K, and a columnar (or rod-shaped) heating element 22 is parallel (parallel) to the left-right direction and in the front-rear direction. A plurality are arranged at predetermined intervals. Further, the curved surface including these heating elements 22 is configured to have an arc shape concentric with the substrate K in a side view. Note that a non-metallic resistance heating element is used as the heating element 22, and specifically, silicon carbide, molybdenum silicide, lanthanum chromite, zirconia, graphite, or the like is used. In particular, silicon carbide and molybdenum silicide are used in a nitrogen gas or hydrogen gas atmosphere, lanthanum chromite is used only in the air, and graphite is used in an inert gas atmosphere (reducing atmosphere).

また、上記発熱体22は円柱形状のものが用いられるとともに所定間隔おきで且つ基板Kと同心円の円弧形状に、すなわち、いずれの発熱体22も基板Kまでの距離が等しくなるように、基板Kの外周に沿って複数本並置されたものであるため、これら発熱体22による基板Kへの加熱の均一化すなわち均熱化を図るとともに均熱面積の最大化が望まれる。すなわち、発熱体22の配置および当該発熱体22の中心から基板Kまでの距離については適切に配置されること(つまり、設計)が要求される。   Further, the heating element 22 is a cylindrical one and is formed in a circular arc shape that is concentric with the substrate K at predetermined intervals, that is, the heating element 22 has the same distance to the substrate K. Therefore, it is desired to make the heating to the substrate K uniform by the heating elements 22, that is, to equalize the temperature and maximize the soaking area. That is, the arrangement of the heating element 22 and the distance from the center of the heating element 22 to the substrate K are required to be appropriately arranged (that is, designed).

ところで、上記加熱炉1にて熱CVD法が行われる際には、加熱室13内が所定圧力に減圧される。
この減圧値としては、数Pa〜1000Paの範囲に維持される。例えば、数十Pa〜数百Paに維持される。なお、減圧範囲の下限である数Paは、カーボンナノチューブの形成レート(成膜レートである)を保つための限界値であり、上限である1000Paは煤、タールの抑制という面での限界値である。また、形成用容器1内の構成部材としては、煤、タールなどの生成が促進しないように、非金属の材料が用いられている。
By the way, when the thermal CVD method is performed in the heating furnace 1, the inside of the heating chamber 13 is depressurized to a predetermined pressure.
This reduced pressure value is maintained in the range of several Pa to 1000 Pa. For example, it is maintained at several tens Pa to several hundred Pa. The lower limit of the reduced pressure range of several Pa is a limit value for maintaining the carbon nanotube formation rate (deposition rate), and the upper limit of 1000 Pa is a limit value in terms of soot and tar suppression. is there. In addition, as a constituent member in the forming container 1, a non-metallic material is used so that generation of soot, tar and the like is not promoted.

ところで、加熱室13以外の他の処理室、すなわち基板供給室11、前処理室12、後処理室14および製品回収室15については詳しくは説明しなかったが、これら各室11,12,14,15についても減圧状態にされるとともに、加熱室13に空気などのカーボンナノチューブの形成に悪影響を及ぼすガスが流入するのを防止するために、図1に示すように、それぞれの底壁部2aにはヘリウムガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給口5′が設けられるとともに、上壁部2bには、ガス排出口6′が設けられている。   By the way, the processing chambers other than the heating chamber 13, that is, the substrate supply chamber 11, the preprocessing chamber 12, the postprocessing chamber 14, and the product recovery chamber 15 have not been described in detail. , 15 are also in a reduced pressure state, and in order to prevent gas such as air that adversely affects the formation of carbon nanotubes from flowing into the heating chamber 13, as shown in FIG. Is provided with a gas supply port 5 ′ for supplying an inert gas such as helium gas, and a gas discharge port 6 ′ is provided in the upper wall portion 2 b.

なお、図1は熱CVD装置の概略構成を示し、その内部が分かるように、手前側の側壁部および断熱材4については省略している。
次に、上記熱CVD装置により、カーボンナノチューブの形成方法について説明する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a thermal CVD apparatus, and the side wall portion on the near side and the heat insulating material 4 are omitted so that the inside thereof can be understood.
Next, a method for forming carbon nanotubes using the thermal CVD apparatus will be described.

まず、巻出しロール16から基板Kを引き出し、前処理室12、加熱室13および後処理室14における各区画壁3の連通用開口部3aを挿通させ、その先端を巻取りロール17に巻き取らせる。このとき、基板Kには張力が付与されて、連通用開口部3aからガイド板23までにおいて真っ直ぐな水平面となるようにされている。   First, the substrate K is pulled out from the unwinding roll 16, and the communication openings 3 a of the partition walls 3 in the pretreatment chamber 12, the heating chamber 13, and the posttreatment chamber 14 are inserted, and the leading ends thereof are wound around the winding roll 17. Make it. At this time, tension is applied to the substrate K so that a straight horizontal surface is formed from the communication opening 3 a to the guide plate 23.

そして、前処理室12内では基板Kの洗浄が行われた後、不動態膜が下面全体に亘って塗布され、この不動態膜の表面に鉄の微粒子が塗布(付着)される。なお、この触媒微粒子の塗布範囲については、少なくとも、カーボンナノチューブの形成面(生成面)であればよい。   Then, after the substrate K is cleaned in the pretreatment chamber 12, a passive film is applied over the entire lower surface, and iron fine particles are applied (attached) to the surface of the passive film. In addition, about the application | coating range of this catalyst fine particle, what is necessary is just the formation surface (generation surface) of a carbon nanotube at least.

この前処理が済むと、基板Kは所定長さ分だけ、つまりカーボンナノチューブが形成される長さ分だけ、巻取りロール17により巻き取られる。したがって、前処理室12で前処理が行われた部分が、順次、加熱室13内に移動される。ここで、カーボンナノチューブを形成する部分がガイド板23および押さえローラ25により円弧形状に湾曲されて、基板Kが保持される。なお、これらガイド板23および押さえローラ25は回転自在であるため、基板Kの移動はスムーズに行われる。   After this pretreatment, the substrate K is taken up by the take-up roll 17 by a predetermined length, that is, by a length for forming the carbon nanotube. Therefore, the portion where the pretreatment is performed in the pretreatment chamber 12 is sequentially moved into the heating chamber 13. Here, the portion where the carbon nanotube is formed is curved into an arc shape by the guide plate 23 and the pressing roller 25, and the substrate K is held. Since the guide plate 23 and the pressing roller 25 are rotatable, the substrate K can be moved smoothly.

この加熱室13では、排気装置(図示せず)により、所定の減圧下に、例えば数Pa〜1000Paの範囲に、具体的には、上述したように数十Pa〜数百Paに維持される。
そして、加熱装置21、すなわち発熱体22により、基板Kの温度を所定温度例えば700〜800℃に加熱するとともに、加熱室13の外壁温度が80℃またはそれ以下(好ましくは、50℃以下)となるようにする。
In the heating chamber 13, the exhaust device (not shown) is maintained under a predetermined reduced pressure, for example, within a range of several Pa to 1000 Pa, specifically, several tens Pa to several hundred Pa as described above. .
Then, the temperature of the substrate K is heated to a predetermined temperature, for example, 700 to 800 ° C. by the heating device 21, that is, the heating element 22, and the outer wall temperature of the heating chamber 13 is 80 ° C. or lower (preferably 50 ° C. or lower). To be.

上記温度になると、放出口5より原料ガスとしてアセチレンガス(C)を供給して所定の反応を行わせることにより、基板K下面に、カーボンナノチューブを生成(成長)させる。 When the above temperature is reached, acetylene gas (C 2 H 2 ) is supplied as a source gas from the discharge port 5 to cause a predetermined reaction, thereby generating (growing) carbon nanotubes on the lower surface of the substrate K.

そして、所定時間が経過して所定高さのカーボンナノチューブが得られると、同じく、所定長さだけ移動されて、このカーボンナノチューブが形成された基板Kが後処理室14内に移動される。   Then, when a predetermined time passes and a carbon nanotube having a predetermined height is obtained, the substrate K is similarly moved by a predetermined length, and the substrate K on which the carbon nanotube is formed is moved into the post-processing chamber 14.

この後処理室14内では、基板Kの冷却と検査とが行われる。
この後処理が済むと、基板Kは製品回収室15内に移動されて、その上面に保護フィルムが貼り付けられるとともに、巻取りロール17に巻き取られる。すなわち、カーボンナノチューブが形成された基板Kが製品として回収されることになる。なお、カーボンナノチューブが形成された基板Kが全て巻取りロール17に巻き取られると、外部に取り出されることになる。
In the post-processing chamber 14, the substrate K is cooled and inspected.
When this post-processing is completed, the substrate K is moved into the product recovery chamber 15, and a protective film is attached to the upper surface of the substrate K, and the substrate K is taken up by the take-up roll 17. That is, the substrate K on which the carbon nanotubes are formed is collected as a product. When all the substrates K on which the carbon nanotubes are formed are taken up by the take-up roll 17, they are taken out to the outside.

上記熱CVD装置の構成によると、基板Kを加熱室13内に導くとともに原料ガスGを導入してその表面にカーボンナノチューブを形成する際に、巻出しロール16に巻き取られた基板Kを巻取りロール17に巻き取るようにするとともに、その途中の基板Kの表面にカーボンナノチューブを形成するようにしたので、所定長さ毎ではあるが連続的に、基板Kにカーボンナノチューブを形成することができ、したがって完全なバッチ式にカーボンナノチューブを形成する場合に比べて、効率良くカーボンナノチューブを形成することができる。   According to the configuration of the thermal CVD apparatus, when the substrate K is introduced into the heating chamber 13 and the raw material gas G is introduced to form carbon nanotubes on the surface, the substrate K wound around the unwinding roll 16 is wound. Since the carbon nanotubes are wound around the take-up roll 17 and the carbon nanotubes are formed on the surface of the substrate K in the middle thereof, the carbon nanotubes can be continuously formed on the substrate K although each predetermined length. Therefore, the carbon nanotubes can be formed efficiently compared to the case of forming the carbon nanotubes in a complete batch type.

また、カーボンナノチューブが形成される面を円弧形状に湾曲させるとともに、その円弧中心にガス導入ノズル9の放出口5が位置しているので、当該円弧形状の面のいずれの部分であっても上記放出口5からの距離(原料ガスG移動距離)は等しく、基板K表面での原料ガスG濃度は均一となる。さらに、発熱体22を含む曲面は、側面視が基板Kと同心円の円弧形状となるようにされているので、基板Kへの加熱の均一化が行われることから、原料ガスGの反応も均一に行われる。したがって、形成するカーボンナノチューブの膜を均一にすることができる。   In addition, the surface on which the carbon nanotubes are formed is curved in an arc shape, and the discharge port 5 of the gas introduction nozzle 9 is located at the center of the arc, so that any portion of the arc-shaped surface is The distances from the discharge port 5 (the source gas G movement distance) are equal, and the source gas G concentration on the surface of the substrate K is uniform. Further, since the curved surface including the heating element 22 has a circular arc shape that is concentric with the substrate K when viewed from the side, since the heating to the substrate K is made uniform, the reaction of the source gas G is also uniform. To be done. Therefore, the carbon nanotube film to be formed can be made uniform.

さらに、円弧形状に保持された基板Kの内周側に放出口5が位置することから、基板Kは原料ガスGが放出される空間を覆うような形状であるため、基板Kに原料ガスGを効率的に供給でき、より効率良くカーボンナノチューブを形成することができる。   Further, since the discharge port 5 is located on the inner peripheral side of the substrate K held in an arc shape, the substrate K is shaped so as to cover the space from which the source gas G is released. Can be efficiently supplied, and carbon nanotubes can be formed more efficiently.

加えて、発熱体22を基板Kのカーボンナノチューブの形成面とは反対の上面(外周)側に配置したので、原料ガスGによる反応がスムーズに行われる。この理由は、発熱体22が直接基板Kを温めるとともに原料ガスGが発熱体22と反対の面から供給されるため、原料ガスGは基板Kに真っ先に供給されてその極近傍でガス分解が生じるからである。なお、原料ガスGが発熱体22を通過した場合には、その近傍でガス分解されて温度が高温から低温に変化する箇所で煤が生成し易くなると同時に、基板Kに供給される炭素が少なくなってしまう。   In addition, since the heating element 22 is arranged on the upper surface (outer periphery) side opposite to the carbon nanotube formation surface of the substrate K, the reaction by the raw material gas G is performed smoothly. This is because the heating element 22 directly warms the substrate K and the source gas G is supplied from the surface opposite to the heating element 22, so that the source gas G is supplied to the substrate K first and gas decomposition occurs in the vicinity of the substrate K. Because it occurs. Note that when the source gas G passes through the heating element 22, gas is decomposed in the vicinity thereof, soot is easily generated at a location where the temperature changes from a high temperature to a low temperature, and at the same time, carbon supplied to the substrate K is small. turn into.

また、加熱室13内を減圧したので、原料ガスGの拡散性が向上する(優れる)ため、基板Kの内周面全体に均一に原料ガスGを供給することができ、言い換えれば、ガスの流れの影響を受けにくくなるため、製品品質の向上に繋がるとともに、複雑な形状に対しても、基板Kに触媒粒子が付着している限り、カーボンナノチューブの形成が可能となる。   Further, since the inside of the heating chamber 13 is depressurized, the diffusibility of the source gas G is improved (excellent), so that the source gas G can be uniformly supplied to the entire inner peripheral surface of the substrate K, in other words, the gas Since it becomes difficult to be influenced by the flow, it leads to improvement of product quality, and carbon nanotubes can be formed even for complicated shapes as long as the catalyst particles adhere to the substrate K.

K 基板
1 加熱炉
2 炉本体
2a 底壁部
2b 上壁部
3 区画壁
4 断熱材
5 放出口
6 ガス排出口
7 ガス抜出口
9 ガス導入ノズル
11 基板供給室
12 前処理室
13 加熱室
14 後処理室
15 基板回収室
16 巻出しロール
17 巻取りロール
21 加熱装置
22 発熱体
23 ガイド板
23a 回転面
23b 外周面
24 回転軸
25 押さえローラ
26 ブラケット
K substrate 1 heating furnace 2 furnace body 2a bottom wall portion 2b upper wall portion 3 partition wall 4 heat insulating material 5 discharge port 6 gas discharge port 7 gas discharge port 9 gas introduction nozzle 11 substrate supply chamber 12 pretreatment chamber 13 heating chamber 14 rear Processing chamber 15 Substrate recovery chamber 16 Unwinding roll 17 Winding roll 21 Heating device 22 Heating element 23 Guide plate 23a Rotating surface 23b Outer peripheral surface 24 Rotating shaft 25 Pressing roller 26 Bracket

Claims (3)

熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するCVD装置であって、
上記加熱室内で所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したことを特徴とするCVD装置。
A CVD apparatus having a heating chamber for depositing a deposition material on the surface of a substrate by thermal chemical vapor deposition,
A substrate holding means capable of holding a substrate having a predetermined width in the heating chamber so as to have an arc shape when viewed from the side is provided, and a vapor deposition material discharge port is provided at the center of the arc of the substrate held by the substrate holding means. A CVD apparatus characterized by being arranged along a width direction of a substrate.
熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するCVD装置であって、
上記加熱室内を所定方向に移動される所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したことを特徴とするCVD装置。
A CVD apparatus having a heating chamber for depositing a deposition material on the surface of a substrate by thermal chemical vapor deposition,
A substrate holding means capable of holding a substrate having a predetermined width that is moved in the heating chamber in a predetermined direction so as to have an arc shape when viewed from the side, and is deposited at a center position of the arc of the substrate held by the substrate holding means. A CVD apparatus characterized by disposing material discharge ports along the width direction of the substrate.
案内用回転体の外周に沿って加熱部材を配置したことを特徴とする請求項1または2に記載のCVD装置。









The CVD apparatus according to claim 1, wherein a heating member is disposed along the outer periphery of the guiding rotator.









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* Cited by examiner, † Cited by third party
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