JP2014237557A

JP2014237557A - カーボンナノチューブ成長方法

Info

Publication number: JP2014237557A
Application number: JP2013119802A
Authority: JP
Inventors: 貴士松本; Takashi Matsumoto; 友策井澤; Yusaku Izawa
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-12-18

Abstract

【課題】高密度のカーボンナノチューブを得ることができるカーボンナノチューブ成長方法を提供する。
【解決手段】レーザ光加熱装置１０において、載置台１２に載置されたウエハＷの触媒金属層３８へレーザ光照射部１３から赤外線レーザ光Ｌを照射し、その後、触媒金属層３８への赤外線レーザ光Ｌの照射を停止して触媒金属層３８から微細な触媒金属微粒子３９を形成し、さらに、触媒金属微粒子３９へ赤外線レーザ光Ｌを照射するとともに、触媒金属微粒子３９へ向けて炭素含有ガスを含む混合ガスを供給してカーボンナノチューブ４０を触媒金属微粒子３９から成長させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、カーボンナノチューブ成長方法に関する。

カーボンナノチューブは優れた電気伝導性（低電気抵抗）、熱伝導性（高放熱性）、電流密度耐性（高エレクトロマイグレーション耐性）を有するという特徴から、半導体デバイスにおいて配線材料として主に用いられるＣｕに代わる次世代の配線材料として期待されている。特に上述した特徴はカーボンナノチューブを高密度化すれば顕在化するため、カーボンナノチューブを高密度に配置することが強く求められている。

カーボンナノチューブの成長方法としては、アーク放電法、レーザーアブレーション法、液相法、化学気相堆積法等が知られているが、生産性、制御性、半導体プロセス整合性の観点からＣＶＤ法が好適に用いられる。ＣＶＤ法としては、基板上にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の触媒金属微粒子を形成し、該触媒金属微粒子を核としてカーボンナノチューブを成長させる触媒ＣＶＤ法が一般的に用いられる。

触媒ＣＶＤ法では、触媒金属微粒子の形成に、スパッタ法、アークプラズマガンのように微粒子を直接基板上に堆積させる方法、若しくは、触媒金属層にプラズマ処理を施して触媒金属微粒子を得る方法が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。カーボンナノチューブは触媒金属微粒子の大きさに従って成長するため、高密度に配置されたカーボンナノチューブを得るには、微細な触媒金属微粒子、例えば、大きさ（直径）がナノオーダーサイズの触媒金属微粒子を形成する必要がある。

特開２０１０−１６３３３１号公報

ところで、触媒金属層にプラズマ処理を施して触媒金属微粒子を得る場合、触媒金属層へプラズマによって熱エネルギーを付与し、該熱エネルギーに起因するマイグレーションによって触媒金属の原子を凝集させる。

しかしながら、プラズマの密度の制御は容易ではないため、プラズマが触媒金属層へ付与する熱エネルギーの量を正確に制御するのは困難であり、微細な触媒金属微粒子を形成するのは困難である。

例えば、プラズマが付与する熱エネルギーが少なすぎると、触媒金属の原子の凝集が進展しにくいために微細な触媒金属微粒子が形成されず、プラズマが付与する熱エネルギーが多すぎると、凝集が過度に進行して必要以上の大きさの触媒金属微粒子が形成される。その結果、高密度のカーボンナノチューブを得るのは容易でないという問題がある。

本発明の目的は、高密度のカーボンナノチューブを得ることができるカーボンナノチューブ成長方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のカーボンナノチューブ成長方法は、触媒金属層から触媒金属微粒子を形成する触媒金属微粒子形成ステップを有し、前記触媒金属微粒子形成ステップは、触媒金属層へレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、前記触媒金属層への前記レーザ光の照射を停止するレーザ光照射停止ステップと、前記触媒金属微粒子へ向けて炭素含有ガスを供給してカーボンナノチューブを前記触媒金属微粒子から成長させるカーボンナノチューブ成長ステップとを有することを特徴とする。

請求項２記載のカーボンナノチューブ成長方法は、請求項１記載のカーボンナノチューブ成長方法において、前記レーザ光照射ステップでは、前記レーザ光によって前記触媒金属層を走査することを特徴とする。

請求項３記載のカーボンナノチューブ成長方法は、請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ成長方法において、前記カーボンナノチューブ成長ステップにおいて、前記炭素含有ガスが供給されている空間を介して前記触媒金属微粒子へ前記レーザ光を照射することを特徴とする。

請求項４記載のカーボンナノチューブ成長方法は、請求項３記載のカーボンナノチューブ成長方法において、前記カーボンナノチューブ成長ステップでは、前記レーザ光によって前記触媒金属微粒子が形成された基板の表面を走査することを特徴とする。

本発明によれば、触媒金属層へレーザ光が照射されて触媒金属層が加熱されるが、レーザ光は出力、照射時間を正確に調整することができるので、触媒金属層へ付与する熱エネルギーの量を正確に制御することができ、触媒金属の原子の凝集の程度を正確に制御することができる。また、触媒金属層へのレーザ光の照射が停止されて触媒金属層が冷却されるが、レーザ光の照射の停止によって触媒金属層への熱エネルギーの付与を直ちに停止することができ、適切な程度まで進行した凝集を維持したまま、触媒金属を凝固させることができる。その結果、触媒金属層から微細な触媒金属微粒子を形成することができ、もって、当該触媒金属微粒子へ向けて炭素含有ガスを供給することによって高密度のカーボンナノチューブを得ることができる。

本発明の実施の形態に係るグラフェンの生成方法に用いられるグラフェン生成装置の構成を概略的に示す断面図である。図１における制御部の構成を概略的に示すブロック図である。図１におけるレーザ光照射部による赤外線レーザ光の照射形態を示すグラフである。本実施の形態に係るグラフェンの生成方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るカーボンナノチューブ成長方法に用いられるレーザ光加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、レーザ光加熱装置１０は、気密に構成された略円筒状のチャンバ１１と、チャンバ１１の内部に設けられ、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを載置する載置台１２と、載置されたウエハＷの表面へ向けて赤外線レーザ光を照射するレーザ光照射部１３と、チャンバ１１の内部へガスを噴出するガス供給部１４と、チャンバ１１の内部を排気する排気部１５と、レーザ光加熱装置１０の各構成要素を制御する制御部１６とを備える。

チャンバ１１の底壁１１ａの略中央部には円形の開口部１７が形成され、底壁１１ａには開口部１７を介してチャンバ１１の内部と連通し、且つ図中下方に向けて突出する排気室１８が設けられる。チャンバ１１の側壁１１ｂには、チャンバ１１へウエハＷを搬出入するための搬出入口１９と、該搬出入口１９を開閉するゲートバルブ２０とが設けられる。

載置台１２は、例えば、ＡｌＮのセラミックスから構成され、排気室１８の底部中央から上方に延出された円筒状のセラミックス製の支柱２１によって支持される。載置台１２の内部にはウエハＷを昇降するための昇降ピン（図示せず）が格納され、該昇降ピンは載置台１２の表面から突出してウエハＷを載置台１２から離間させる。

レーザ光照射部１３は、チャンバ１１の天井壁１１ｃに嵌め込まれたレーザ光透過窓４１と、該レーザ光透過窓４１を介して載置台１２に載置されたウエハＷの表面へ対向するようにチャンバ１１の外部に配置されるレーザ光源４２と、該レーザ光源４２及びレーザ光透過窓４１の間に配置されるレーザ光走査部４３とによって構成される。レーザ光走査部４３はレーザ光源４２からレーザ光透過窓４１を介してウエハＷへ照射される赤外線レーザ光Ｌの照射角を変更し、赤外線レーザ光ＬによってウエハＷの表面を走査する。

また、レーザ光照射部１３は、例えば、波長が７００〜１１０００ｎｍの赤外線レーザ光Ｌを照射可能であり、赤外線レーザ光Ｌの照射時間をミリ秒（ｍｓｅｃ）単位で制御することができる。例えば、レーザ光照射部１３は、図３に示すように、数ミリ秒だけ赤外線レーザ光Ｌを照射し、その後、直ちに赤外線レーザ光Ｌの照射を停止することにより、ウエハＷへ瞬間的な熱処理（スパイクアニール）を施すことができる。

ガス供給部１４は、チャンバ１１の天井壁１１ｃに配置されるガスノズル４４と、チャンバ１１の外部に配置されるガス供給源２４とを有する。

ガス供給源２４は、ガス供給管２６を介してチャンバ１１に設けられたガスノズル４４へ接続されるとともに、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給源２４ａと、炭素含有ガスを供給する炭素含有ガス供給源２４ｂと、不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２４ｃとを有する。ガス供給管２６は３本の分岐路２６ａ、２６ｂ、２６ｃへ分岐し、分岐路２６ａは水素含有ガス供給源２４ａへ接続され、分岐路２６ｂは炭素含有ガス供給源２４ｂへ接続され、分岐路２６ｃは不活性ガス供給源２４ｃへ接続される。分岐路２６ａ、２６ｂ、２６ｃには、図示しないマスフローコントローラやバルブが設けられる。

ガスノズル４４は、ガス供給管２６を介してガス供給源２４から供給される水素含有ガス、炭素含有ガスや不活性ガスの混合ガスをチャンバ１１の内部に導入する。

ガス供給部１４では、水素含有ガスとして、例えば、Ｈ_２、ＮＨ_３の各ガスが用いられ、炭素含有ガスとして、炭化水素ガス、例えば、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）やアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、アルコール類、例えば、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）やエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、エタノール類、又は、芳香族炭化水素の各ガスが用いられ、不活性ガスとしては、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎ_２ガスが用いられる。不活性ガス供給源２４ｃから供給される不活性ガスは、例えば、パージガスやチャンバ１１内の圧力調整用ガスとして用いられる。

排気部１５は、排気室１８と、該排気室１８の側面に開口する排気管２９と、該排気管２９に接続された排気装置３０とを有する。排気装置３０はターボ分子ポンプ等の高速真空ポンプを備えている。排気部１５は、排気装置３０を作動させることにより、チャンバ１１の内部のガスを排気室１８の内部空間へ均一に流し込み、さらに該ガスを当該内部空間から排気管２９を介して外部へ排気する。これにより、チャンバ１１の内部を、例えば、０．１３３Ｐａまで迅速に減圧することができる。

制御部１６は、レーザ光加熱装置１０の各構成要素の動作を制御するモジュールコントローラである。制御部１６は、典型的にはコンピュータであり、例えば、図２に示すように、ＣＰＵを備えたコントローラ３１と、該コントローラ３１に接続されたユーザーインターフェース３２と、記憶部３３とを備える。

コントローラ３１は、レーザ光加熱装置１０において、温度、圧力、ガス流量、赤外線レーザ光の出力や照射時間等の各種処理条件に関係する各構成要素（例えば、レーザ光照射部１３、ガス供給部１４、排気装置３０等）を制御する。

ユーザーインターフェース３２は、操作者がレーザ光加熱装置１０を操作するためにコマンドの入力等を行うキーボードやタッチパネル、並びに、レーザ光加熱装置１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有する。また、記憶部３３は、レーザ光加熱装置１０において実行される各種処理をコントローラ３１の制御を通じて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピ等を保存する。

制御部１６は、ユーザーインターフェース３２からの指示等に応じて任意のレシピを記憶部３３から呼び出し、該レシピをコントローラ３１に実行させる。このとき、レーザ光加熱装置１０のチャンバ１１の内部では、所望の処理、例えば、後述する図４のカーボンナノチューブ成長方法に対応する処理が実行される。

なお、制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体３４に格納された状態のものであってもよい。記録媒体３４としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリを用いることができる。さらに、レシピは、他の装置から専用回線等を介して伝送されてきたものを用いてもよい。

上述したレーザ光加熱装置１０では、ウエハＷの表面に形成された触媒金属層へ赤外線レーザ光を照射して微細な金属微粒子を形成し、赤外線レーザ光によって炭素含有ガスを炭素原子に分解し、微細な金属微粒子を核として炭素原子を再結晶させてカーボンナノチューブを成長させる。

図４は、本実施の形態に係るカーボンナノチューブ成長方法を示す工程図である。

図４において、まず、シリコン基部３５の上に酸化珪素（例えば、ＳｉＯ_２）層３６、窒化膜（例えば、ＴｉＮ）層３７及び触媒金属層３８がこの順で積層されたウエハＷを準備し（図４（Ａ））、レーザ光加熱装置１０のゲートバルブ２０を開弁して搬出入口１９からウエハＷをチャンバ１１の内部に搬入し、載置台１２上に載置する。ウエハＷの触媒金属層３８を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ａｕ等の遷移金属、又はこれらの遷移金属を含む合金が該当する。触媒金属層３８は、スパッタリング、蒸着法、ＣＶＤ法、めっき等の公知の成膜技術によって形成される。なお、ウエハＷは、シリコン基板ではなく、ガラス基板やプラスチック（高分子）基板等であってもよい。

次いで、レーザ光照射部１３がウエハＷの触媒金属層３８へ向けて赤外線レーザ光Ｌを照射する。赤外線レーザ光Ｌは触媒金属層３８へ熱エネルギーを付与し、熱エネルギーが付与された触媒金属層３８の表面ではマイグレーションが発生し、触媒金属層３８の触媒金属の原子の凝集が生じて触媒金属微粒子３９が形成される（図４（Ｂ））。なお、本実施の形態では、触媒金属層３８において赤外線レーザ光Ｌによって照射される箇所を照射箇所という。

一般に、赤外線レーザ光Ｌは出力、照射時間を正確に調整することができるので、触媒金属層３８における照射箇所へ付与する熱エネルギーの量を正確に制御することができる。したがって、図４のカーボンナノチューブ成長方法では、上述した赤外線レーザ光Ｌの特性を利用して触媒金属層３８へ付与する熱エネルギーの量を調整する。具体的には、出力が１００〜１００００Ｗの赤外線レーザ光Ｌの照射箇所への照射を数ミリ秒、例えば、０．００１〜１０００ｍｓｅｃだけ継続することにより、照射箇所の温度を３００〜９００℃、好ましくは、４００〜６００℃へ昇温させて触媒金属層３８の表面に発生するマイグレーションの程度を制御し、触媒金属の原子の凝集の程度を所望の値に制御する。これにより、所望の大きさの触媒金属微粒子３９を形成することができる。

赤外線レーザ光Ｌを触媒金属層３８における照射箇所へ照射する際、ガス供給部１４はチャンバ１１の内部へ混合ガスを噴出する。混合ガスはガス供給源２４から供給されるが、混合ガスは不活性ガス、例えば、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス、若しくはＡｒガスのみを含んでもよく、不活性ガスに加えて水素含有ガス、例えば、Ｈ_２ガスやＮＨ_３ガスを含んでいてもよい。特に、水素含有ガスを含む場合、赤外線レーザ光Ｌによる加熱によって水素含有ガスから生じる水素原子は触媒金属微粒子３９の表面を還元し、触媒金属微粒子３９の活性化を行う。

このとき、チャンバ１１の内部の圧力は、溶融した触媒金属層３８の蒸発を抑制する観点から、例えば、１３〜１３３３Ｐａとすることが好ましく、６６〜６６６Ｐａがより好ましい。

また、混合ガス中の水素含有ガスの流量は、水素原子を多く供給して形成された触媒金属微粒子３９を確実に活性化させる観点から、例えば、１〜１００ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）とすることが好ましく、５〜５０ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）がより好ましい。

ところで、赤外線レーザ光Ｌの触媒金属層３８における照射箇所への照射を無期限に継続すると、付与される熱エネルギーの量が増大してマイグレーションが促進されて触媒金属の原子の凝集が過度に進行し、その結果、触媒金属微粒子３９の大きさが所望値を超えるおそれがある。

これに対して、図４のカーボンナノチューブ成長方法では、触媒金属微粒子３９の大きさが所望値に達した時点で、赤外線レーザ光Ｌの触媒金属層３８への照射を停止する。赤外線レーザ光Ｌの照射の停止によって触媒金属層３８への熱エネルギーの付与を直ちに停止することができ、もって、触媒金属の原子の凝集を直ちに停止することができる。その結果、触媒金属微粒子３９の成長を直ちに停止して触媒金属微粒子３９の大きさが所望値を超えるのを防止することができる。

触媒金属微粒子３９の大きさが所望値に達した否かの判定は、予め触媒金属微粒子３９の大きさが所望値に達するまでの時間を計測し、該時間が経過したか否かに基いて行われるが、判定の方法はこれに限られず、例えば、ＳＥＭで触媒金属微粒子３９の大きさを直接確認して判定を行ってもよい。

このとき、触媒金属微粒子３９の大きさとしては、例えば、１〜５０ｎｍ程度が好ましい。触媒金属層３８の最初の膜厚が薄いほど、凝集される触媒金属の原子の量も減少し、形成される触媒金属微粒子３９の直径も小さくなる。例えば、触媒金属層３８の膜厚が１ｎｍの場合、形成される触媒金属微粒子３９の直径は１０ｎｍ程度であり、触媒金属層３８の膜厚が２ｎｍの場合、形成される触媒金属微粒子３９の直径は２０ｎｍ程度である。

ところで、触媒金属層３８における照射箇所は赤外線レーザ光Ｌのスポットに対応するため、上述した赤外線レーザ光Ｌの照射及び照射の停止を行うと、触媒金属層３８において赤外線レーザ光Ｌのスポットに対応する面積だけ触媒金属微粒子３９が生成される。

これに対応して、本実施の形態では、一の照射箇所において触媒金属微粒子３９が生成された後、赤外線レーザ光Ｌを赤外線レーザ光Ｌのスポット径分だけウエハＷの表面と平行（図４（Ｂ）中の黒矢印方向）に移動させて赤外線レーザ光Ｌの照射及び照射の停止を繰り返す。すなわち、赤外線レーザ光Ｌによって触媒金属層３８を走査するので、触媒金属層３８の広範囲において触媒金属微粒子３９を生成することができる。特に、赤外線レーザ光Ｌの出力、照射時間を均一にすることによって各照射箇所へ付与する熱エネルギーの量を均一にすることにより、各照射箇所における触媒金属の原子の凝集の程度を同じにすることができ、触媒金属層３８の広範囲において均一な大きさの触媒金属微粒子３９を生成することができる。

次いで、レーザ光照射部１３が各照射箇所へ向けて赤外線レーザ光Ｌを再度照射するとともに、ガス供給部１４がチャンバ１１の内部へ混合ガスを噴出して各触媒金属微粒子３９へ向けて混合ガスを供給する。ここで、赤外線レーザ光Ｌは、混合ガスが供給されているチャンバ１１の内部である処理空間を介して各照射箇所へ照射される。このとき、混合ガスは、炭素含有ガス、例えば、Ｃ_２Ｈ_４ガスと、不活性ガス、例えば、Ａｒガスとを含む。このとき、不活性ガスはキャリアガスとして作用する。

混合ガス中のＣ_２Ｈ_４ガスは、各照射箇所へ向けて照射された赤外線レーザ光Ｌによって炭素原子に熱分解される。本実施の形態では、熱分解によって生じた炭素原子を用い、各触媒金属微粒子３９を核として炭素原子を再結晶させてカーボンナノチューブ４０を形成する（図４Ｂ（Ｃ））。

カーボンナノチューブ４０を形成する際も、照射箇所へ付与する熱エネルギーの量を調整する。具体的には、出力が１００〜１００００Ｗの赤外線レーザ光Ｌを照射することにより、照射箇所の温度を３００〜９００℃、好ましくは、４００〜６００℃へ昇温させ、さらに、赤外線レーザ光Ｌの照射箇所への照射を数分、例えば、１〜６０分に亘って維持することにより、Ｃ_２Ｈ_４ガスの炭素原子への熱分解を継続し、炭素原子の供給を継続させてカーボンナノチューブ４０の成長を継続させる。

チャンバ１１の内部の圧力は、カーボンナノチューブの十分な成長速度を維持する観点から、例えば、１３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）とすることが好ましく、６６Ｐａ〜６６７Ｐａがより好ましい。

混合ガス中のＣ_２Ｈ_４ガスの流量は、効率的にカーボンナノチューブ４０を成長させる観点から、例えば、１〜１００ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）とすることが好ましく、５〜５０ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）がより好ましい。

また、混合ガス中の炭素含有ガスとしては、Ｃ_２Ｈ_４ガスに限らず、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_３Ｈ_６、Ｃ_２Ｈ_２等の炭化水素ガスや、ＣＨ_３ＯＨ、Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ等の炭素含有ガスを代わりに用いることができる。また、Ａｒガスに代えて、他の希ガス、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅの各ガスやＮ_２ガスを用いることもできる。特に、不活性ガスとして、ＡｒガスだけでなくＮ_２ガスをチャンバ１１の内部に導入することにより、カーボンナノチューブ４０の成長速度を速め、かつ品質を向上させることができる。但し、不活性ガスの使用は必須ではない。

不活性ガスとして、Ａｒガスを導入する場合、その流量は、効率的にカーボンナノチューブ４０を成長させる観点から、例えば、１００〜２０００ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）とすることが好ましく、３００〜１０００ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）がより好ましい。また、Ｎ_２ガスを導入する場合、その流量は、効率的にカーボンナノチューブ４０を成長させる観点から、例えば、１００〜１０００ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）とすることが好ましく、１００〜３００ｍＬ／分（ｓｃｃｍ）がより好ましい。

さらに、混合ガスは、炭素含有ガスや不活性ガスに加えて水素含有ガス、例えば、Ｈ_２ガスやＮＨ_３ガスを含んでいてもよい。水素含有ガスを含む場合、赤外線レーザ光Ｌによる加熱によって水素含有ガスから生じる水素原子は触媒金属微粒子３９の表面を還元し、触媒金属微粒子３９の活性化を行う。これにより、触媒金属微粒子３９を核とするカーボンナノチューブ４０の成長を促進することができる。

また、混合ガスには、例えば、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２Ｏ等の酸化ガスを加えてもよい。この場合、カーボンナノチューブ４０の品質を向上させることができる。

カーボンナノチューブ４０は触媒金属微粒子３９の性状を保ったまま成長するため、上述した赤外線レーザ光Ｌの照射及び照射の停止の繰り返しを利用して広範囲において微細であって均一な大きさの触媒金属微粒子３９を生成し、ウエハＷにおいて高密度な触媒金属微粒子３９の分布を実現することにより、高密度のカーボンナノチューブ４０を得ることができる。

上述したカーボンナノチューブ４０の成長は赤外線レーザ光Ｌが照射される照射箇所及びその近傍のみで実現されるため、本実施の形態では、一の照射箇所においてカーボンナノチューブ４０を成長させた後、レーザ光照射部１３及びガス供給部１４を赤外線レーザ光Ｌのスポット径分だけウエハＷの表面と平行（図４（Ｃ）中の黒矢印方向）に移動させて他の照射箇所でもカーボンナノチューブ４０を成長させる。すなわち、赤外線レーザ光Ｌによって微細な触媒金属微粒子３９が高密度に形成されたウエハＷの表面を走査するので、ウエハＷの表面の広範囲において微細なカーボンナノチューブ４０を成長させることができる。特に、赤外線レーザ光Ｌの出力、照射時間を均一にすることによって各照射箇所へ付与する熱エネルギーの量を均一にすることにより、各照射箇所において供給される炭素原子の量を同じにすることができ、触媒金属層３８の広範囲において均一な長さのカーボンナノチューブ４０を成長させることができる。

以上、図４のカーボンナノチューブ成長方法によれば、触媒金属層３８へ赤外線レーザ光Ｌが照射されて触媒金属層３８が加熱されるが、赤外線レーザ光Ｌは出力、照射時間を正確に調整することができるので、触媒金属層３８へ付与する熱エネルギーの量を正確に制御することができ、もって、触媒金属の原子の凝集の程度を正確に制御することができる。また、触媒金属層３８への赤外線レーザ光Ｌの照射が停止されて触媒金属層３８が冷却されるが、赤外線レーザ光Ｌの照射の停止によって触媒金属層３８への熱エネルギーの付与を直ちに停止することができ、もって、適切な程度まで進行した凝集を維持したまま、触媒金属を凝固させることができる。その結果、触媒金属層３８から微細な触媒金属微粒子３９を形成することができ、もって、高密度のカーボンナノチューブ４０を得ることができる。

上述した図４のカーボンナノチューブ成長方法では、触媒金属微粒子３９の形成及びカーボンナノチューブ４０の成長のいずれも赤外線レーザ光Ｌの照射によって行うことができるため、触媒金属微粒子３９の形成及びカーボンナノチューブ４０の成長を同じレーザ光加熱装置１０で行うことができ、スループットを向上するとともに、設備コストも下げることができる。なお、カーボンナノチューブ４０の成長は、炭素含有ガスをプラズマによって分解して炭素原子を生じさせるプラズマ処理装置を用いてもよい。

また、上述した図４のカーボンナノチューブ成長方法では、プラズマを生じさせないため、カーボンナノチューブ４０にプラズマ中の電子やイオンに因るダメージを与えることがなく、結晶欠陥や不純物の導入を抑制して不純物が少ないカーボンナノチューブ４０を形成することができる。

以上、本発明について、上述した各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。

Ｌ赤外線レーザ光
Ｗウエハ
１０レーザ光加熱装置
１３レーザ光照射部
１４ガス供給部
３８触媒金属層
３９触媒金属微粒子
４０カーボンナノチューブ

Claims

触媒金属層から触媒金属微粒子を形成する触媒金属微粒子形成ステップを有し、
前記触媒金属微粒子形成ステップは、触媒金属層へレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、前記触媒金属層への前記レーザ光の照射を停止するレーザ光照射停止ステップと、
前記触媒金属微粒子へ向けて炭素含有ガスを供給してカーボンナノチューブを前記触媒金属微粒子から成長させるカーボンナノチューブ成長ステップとを有することを特徴とするカーボンナノチューブ成長方法。
前記レーザ光照射ステップでは、前記レーザ光によって前記触媒金属層を走査することを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ成長方法。
前記カーボンナノチューブ成長ステップにおいて、前記炭素含有ガスが供給されている空間を介して前記触媒金属微粒子へ前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ成長方法。
前記カーボンナノチューブ成長ステップでは、前記レーザ光によって前記触媒金属微粒子が形成された基板の表面を走査することを特徴とする請求項３記載のカーボンナノチューブ成長方法。