JP4628025B2

JP4628025B2 - Thermal CVD equipment

Info

Publication number: JP4628025B2
Application number: JP2004185930A
Authority: JP
Inventors: 阿川　　義昭; 治三浦; 正志菊池; 英之小形; 昌俊大庭; 原　　泰博; 村上　　裕彦
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: JP2006009073A

Description

本発明は、熱ＣＶＤ装置に関する。 The present invention relates to a thermal CVD apparatus.

フラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）などが実用化されているが、近年、これら以外にもフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が注目されている。上記フィールドエミッションディスプレイでは、電子放出素子として例えば多数のグラファイトナノファイバーを用いた電子源を有しており、この電子源が平面上に複数配列されている。 As a flat panel display, a liquid crystal display (LCD), a plasma display (PDP), and the like have been put into practical use. In recent years, other than these, a field emission display (FED) has attracted attention. The field emission display has an electron source using, for example, a large number of graphite nanofibers as an electron-emitting device, and a plurality of the electron sources are arranged on a plane.

上記グラファイトナノファイバーを形成する方法として、熱ＣＶＤ装置による方法が知られている。良好な電子放出特性を有するグラファイトナノファイバーを形成するためには、触媒存在下の基板上で、原料ガス（例えば一酸化炭素ガス）を目標温度（例えば５５０℃）まで加熱する必要がある。原料ガスが目標温度（例えば５５０℃）に加熱されないと、良好な電子放出特性を有するグラファイトナノファイバーが得られない場合がある。よって、基板上で原料ガスが目標温度に短時間で加熱されることが重要である。 As a method for forming the graphite nanofiber, a method using a thermal CVD apparatus is known. In order to form graphite nanofibers having good electron emission characteristics, it is necessary to heat a source gas (for example, carbon monoxide gas) to a target temperature (for example, 550 ° C.) on a substrate in the presence of a catalyst. If the source gas is not heated to a target temperature (for example, 550 ° C.), graphite nanofibers having good electron emission characteristics may not be obtained. Therefore, it is important that the source gas is heated to the target temperature in a short time on the substrate.

このため、真空チャンバー内の基板表面を効果的に加熱し、かつ真空チャンバー内に導入される原料ガスの加熱が抑えられるように、真空チャンバーの上面に設けた耐熱ガラス板を介して真空チャンバー内の基板表面と対向するようにして真空チャンバーの外側に基板加熱手段としての赤外線ランプを設置した構成の熱ＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１。）。 For this reason, the substrate surface in the vacuum chamber is effectively heated, and the heating of the source gas introduced into the vacuum chamber is suppressed, so that the inside of the vacuum chamber is interposed through a heat-resistant glass plate provided on the upper surface of the vacuum chamber. There is known a thermal CVD apparatus in which an infrared lamp as a substrate heating means is installed outside the vacuum chamber so as to face the substrate surface (for example, Patent Document 1).

上記特許文献１のような熱ＣＶＤ装置では、図４に示すように、真空チャンバー１００内には、基板１０１を載置した基板ホルダー１０２と、基板ホルダー１０２の周囲に位置するようにして真空チャンバー１０２の底面に配置した複数のガス噴出口（不図示）を有するガス導入環１０３を有しており、真空チャンバー１００の上面の外側上方には、基板１０１の表面側と対向するようにして基板１０１を加熱するための棒状の赤外線ランプ１０４が複数配置されている。各赤外線ランプ１０４は、大気圧下にあるランプ保持容器１０５の内側に保持されている。 In the thermal CVD apparatus as in Patent Document 1, as shown in FIG. 4, a vacuum chamber 100 has a substrate holder 102 on which a substrate 101 is placed and a vacuum chamber so as to be positioned around the substrate holder 102. A gas introduction ring 103 having a plurality of gas outlets (not shown) arranged on the bottom surface of the substrate 102 is provided, and the substrate is disposed above the upper surface of the vacuum chamber 100 so as to face the surface side of the substrate 101. A plurality of rod-shaped infrared lamps 104 for heating 101 are arranged. Each infrared lamp 104 is held inside a lamp holding container 105 under atmospheric pressure.

ガス導入環１０３には、配管を介して水素ガス供給系（不図示）と一酸化炭素ガス供給系（不図示）が接続されている。なお、フィールドエミッションディスプレイに用いる上記基板１０１は透明な耐熱ガラスからなり、この基板１０１表面には、不図示のカソードラインとこのカソードライン上にグラファイトナノファイバーの触媒金属が予め塗布されている。 A hydrogen gas supply system (not shown) and a carbon monoxide gas supply system (not shown) are connected to the gas introduction ring 103 via a pipe. The substrate 101 used for the field emission display is made of transparent heat-resistant glass, and a cathode line (not shown) and a catalyst metal of graphite nanofibers are coated on the cathode line in advance on the surface of the substrate 101.

真空チャンバー１００の上面は、真空チャンバー１０２の大きさに合わせて開口されており、この開口を塞ぐようにして赤外光を透過する略透明な石英ガラス１０６に例示される赤外線透過窓が取り付けられている。石英ガラス１０６の内周面はＯリング１０７によってシールされている。 The upper surface of the vacuum chamber 100 is opened in accordance with the size of the vacuum chamber 102, and an infrared transmission window exemplified by a substantially transparent quartz glass 106 that transmits infrared light is attached so as to close the opening. ing. The inner peripheral surface of the quartz glass 106 is sealed by an O-ring 107.

そして、上記熱ＣＶＤ装置を使用して基板１０１上にグラファイトナノファイバーの膜を成膜させる際には、先ず真空ポンプ（不図示）を稼動して真空チャンバー１００内を所定の圧力に調整した後、赤外線ランプ１０４に通電し石英ガラス１０６をとおして真空チャンバー１００内に赤外光を透過させて基板１０１表面を目標温度（例えば５５０℃程度）に加熱する。その後、真空チャンバー１００内の圧力を調整しながら水素ガス供給系（不図示）からガス導入環１０３に水素ガスを導入して噴出させることによって真空チャンバー１００内のクリーニングを行ない、基板１０１上に塗布されている触媒金属（不図示）の表面を還元する。 When a graphite nanofiber film is formed on the substrate 101 using the thermal CVD apparatus, first, a vacuum pump (not shown) is operated to adjust the inside of the vacuum chamber 100 to a predetermined pressure. Then, the infrared lamp 104 is energized, infrared light is transmitted through the quartz glass 106 into the vacuum chamber 100, and the surface of the substrate 101 is heated to a target temperature (for example, about 550 ° C.). Thereafter, the inside of the vacuum chamber 100 is cleaned by introducing and ejecting hydrogen gas from a hydrogen gas supply system (not shown) to the gas introduction ring 103 while adjusting the pressure in the vacuum chamber 100, and is applied onto the substrate 101. The surface of the catalyst metal (not shown) is reduced.

その後、真空チャンバー１００内の圧力を調整しながら水素ガス供給系（不図示）と一酸化炭素ガス供給系（不図示）からガス導入環１０３に水素ガスと一酸化炭素ガスを導入しこの混合ガスを噴出させ、基板１０１上にグラファイトナノファイバー膜を成膜する。 Thereafter, hydrogen gas and carbon monoxide gas are introduced into the gas introduction ring 103 from a hydrogen gas supply system (not shown) and a carbon monoxide gas supply system (not shown) while adjusting the pressure in the vacuum chamber 100, and this mixed gas. And a graphite nanofiber film is formed on the substrate 101.

このように、この熱ＣＶＤ装置では、石英ガラス１０６を介して真空チャンバー１００の外側に基板１０１と対向するようにして複数の赤外線ランプ１０４を配置し、各赤外線ランプ１０４から発せられる赤外光を基板１０１の表面に照射して、基板１０１の表面（成膜面）を目標温度（例えば５５０℃程度）に加熱する。これにより、真空チャンバー１００内に導入される一酸化炭素ガスが、基板１０１に到達して成長温度以下の温度（例えば４５０℃程度）に加熱されるのを抑制することができる。
特開２００２−１１５０６０号公報（図１） As described above, in this thermal CVD apparatus, a plurality of infrared lamps 104 are arranged on the outside of the vacuum chamber 100 through the quartz glass 106 so as to face the substrate 101, and infrared light emitted from each infrared lamp 104 is emitted. The surface of the substrate 101 is irradiated to heat the surface (film formation surface) of the substrate 101 to a target temperature (for example, about 550 ° C.). Thereby, it is possible to suppress the carbon monoxide gas introduced into the vacuum chamber 100 from reaching the substrate 101 and being heated to a temperature lower than the growth temperature (for example, about 450 ° C.).
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-115060 (FIG. 1)

ところで、上記した従来の熱ＣＶＤ装置では、大気圧下にある真空チャンバー１００の外側上方に設けた複数の赤外線ランプ１０４から発せられる赤外光を、排気によって圧力が調整される真空チャンバー１００内の基板１０１表面に照射するために、赤外線ランプ１０４と基板１０１との間に位置する真空チャンバー１００の上面に形成した開口に略透明な石英ガラス１０６をシールして取り付けている。 By the way, in the above-described conventional thermal CVD apparatus, infrared light emitted from a plurality of infrared lamps 104 provided on the outer upper side of the vacuum chamber 100 under atmospheric pressure is used to adjust the pressure in the vacuum chamber 100 in which the pressure is adjusted by exhaust. In order to irradiate the surface of the substrate 101, a substantially transparent quartz glass 106 is sealed and attached to an opening formed on the upper surface of the vacuum chamber 100 located between the infrared lamp 104 and the substrate 101.

このため、グラファイトナノファイバーの成膜プロセス工程において、真空チャンバー１００内が排気されて真空チャンバー１００内の圧力が小さくなると、石英ガラス１０６の裏面側（基板１０１が配置されている真空チャンバー１００の内側）と表面側（大気圧下の赤外線ランプ１０４側）とでは圧力差が大きくなり、石英ガラス１０６には、その表面側（大気圧の赤外線ランプ１０４側）から大気圧による力が作用する。 For this reason, when the vacuum chamber 100 is evacuated and the pressure in the vacuum chamber 100 is reduced in the graphite nanofiber film forming process step, the back side of the quartz glass 106 (inside the vacuum chamber 100 in which the substrate 101 is disposed). ) And the surface side (the infrared lamp 104 side under atmospheric pressure), the pressure difference becomes large, and the force due to the atmospheric pressure acts on the quartz glass 106 from the surface side (the infrared lamp 104 side at atmospheric pressure).

よって、基板サイズがＡ４サイズ程度以下のときには特に問題がなかったが、大サイズのフィールドエミッションディスプレイに対応してサイズの大きい基板（例えば基板サイズが１ｍ×２ｍ程度の基板）を使用する場合には、上記石英ガラス１０６もそれに応じて大サイズのものが必要となることにより、石英ガラスの表面に作用する大気圧によって石英ガラスに変形や破損等が生じないように、厚みを厚くして強度を高めた大サイズの石英ガラスが必要となるので、コストが高くなってしまう。 Therefore, there is no particular problem when the substrate size is about A4 size or less. However, when a large substrate (for example, a substrate having a substrate size of about 1 m × 2 m) is used corresponding to a large field emission display. Since the quartz glass 106 is also required to have a large size, the thickness is increased by increasing the thickness so that the quartz glass is not deformed or damaged by the atmospheric pressure acting on the surface of the quartz glass. Since an increased large-sized quartz glass is required, the cost increases.

また、グラファイトナノファイバー膜を成膜する熱ＣＶＤ装置において、ホットプレート型の加熱手段を真空チャンバー内に設けて基板を加熱する構成も考えられる。この場合は、この加熱手段と真空チャンバー内に導入される原料ガス（一酸化炭素ガス等）の導入口とが近接しているので、基板に到達して原料ガス（一酸化炭素ガス等）が徐々に加熱されてしまう。このため、原料ガス（一酸化炭素ガス等）が良好な電子放出特性を有するグラファイトナノファイバー膜が得られる温度に到達する前に、アモルファス状のカーボン膜が堆積してしまう場合があった。 Further, in a thermal CVD apparatus for forming a graphite nanofiber film, a configuration in which a hot plate type heating means is provided in a vacuum chamber to heat the substrate is also conceivable. In this case, since this heating means and the introduction port of the source gas (carbon monoxide gas etc.) introduced into the vacuum chamber are close to each other, the source gas (carbon monoxide gas etc.) reaches the substrate. It is gradually heated. For this reason, an amorphous carbon film may be deposited before the raw material gas (carbon monoxide gas or the like) reaches a temperature at which a graphite nanofiber film having good electron emission characteristics is obtained.

そこで本発明は、基板サイズが大型化された場合においても、加熱手段と基板との間に設置される石英ガラス等の赤外線透過窓の厚みを大気圧に対して強度保持のために厚くすることを防止し、コストアップを抑えることができる熱ＣＶＤ装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention increases the thickness of an infrared transmitting window such as quartz glass installed between the heating means and the substrate to maintain the strength against atmospheric pressure even when the substrate size is increased. An object of the present invention is to provide a thermal CVD apparatus that can prevent the increase in cost.

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、真空チャンバー内に設置される基板に対して、前記基板の膜形成面側と対向するようにして前記真空チャンバー内に設けた加熱手段と、前記真空チャンバー内の前記基板側と前記加熱手段側との間を通気可能状態で分離するように設置した熱線を透過する赤外線透過窓（例えば石英ガラス）と、前記真空チャンバー内の前記赤外線透過窓により分離された前記基板側に原料ガスを供給する原料ガス導入手段と、前記真空チャンバー内の前記赤外線透過窓により分離された前記加熱手段側に不活性ガスを供給する不活性ガス導入手段と、前記真空チャンバー内の前記赤外線透過窓により分離された前記基板側から排気する排気手段と、を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a heating means provided in the vacuum chamber so as to face the film forming surface side of the substrate with respect to the substrate installed in the vacuum chamber. An infrared transmissive window (for example, quartz glass) that transmits heat rays installed so as to be able to ventilate between the substrate side and the heating means side in the vacuum chamber, and the infrared ray in the vacuum chamber Source gas introduction means for supplying source gas to the substrate side separated by the transmission window, and inert gas introduction means for supplying inert gas to the heating means side separated by the infrared transmission window in the vacuum chamber And exhaust means for exhausting air from the substrate side separated by the infrared transmission window in the vacuum chamber.

また、前記不活性ガス導入手段は、前記加熱手段側の圧力が前記基板側の圧力より高くもしくは略同じになるように前記不活性ガスを導入することを特徴としている。 Further, the inert gas introduction means introduces the inert gas so that the pressure on the heating means side is higher than or substantially the same as the pressure on the substrate side.

また、前記原料ガスは炭素含有ガスを含んでおり、前記加熱手段により加熱された前記基板上に熱ＣＶＤ法によってカーボン膜を成膜することを特徴としている。 The source gas contains a carbon-containing gas, and a carbon film is formed on the substrate heated by the heating means by a thermal CVD method.

また、前記加熱手段は、赤外光を発する赤外線ランプであることを特徴としている。 Further, the heating means is an infrared lamp that emits infrared light.

また、前記真空チャンバー内の前記赤外線透過窓により分離された前記基板側に酸素ガスを供給する酸素ガス導入手段を有していることを特徴としている。 Further, oxygen gas introducing means for supplying oxygen gas to the substrate side separated by the infrared transmitting window in the vacuum chamber is provided.

請求項１に記載の発明によれば、加熱手段を真空チャンバー内に設置して、加熱手段側と基板側を通気状態で赤外線透過窓（例えば石英ガラス）により分離する。更に、基板側に原料ガスを導入する際に、原料ガスが加熱手段側に流入しないように基板側に不活性ガスを導入する。これにより、加熱手段側と基板側の圧力差は小さくなるので大サイズの赤外線透過窓を用いた場合でも、厚みを厚くして強度を高めた赤外線透過窓は必要がなく、コストの低減を図ることができる。更に、加熱手段側に原料ガスが流入されることが抑制されることによって、加熱手段が汚れることを防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, the heating means is installed in the vacuum chamber, and the heating means side and the substrate side are separated from each other by an infrared transmission window (for example, quartz glass) in a vented state. Further, when the source gas is introduced to the substrate side, an inert gas is introduced to the substrate side so that the source gas does not flow to the heating means side. As a result, the pressure difference between the heating means side and the substrate side becomes small, so even when a large size infrared transmission window is used, there is no need for an infrared transmission window with increased thickness and increased strength, thereby reducing costs. be able to. Furthermore, since the raw material gas is prevented from flowing into the heating means side, the heating means can be prevented from becoming dirty.

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。なお、本実施形態における熱ＣＶＤ装置は、フィールドエミッションディスプレイに用いるグラファイトナノファイバー膜を基板上に成膜するものである。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a thermal CVD apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, the thermal CVD apparatus in this embodiment forms the graphite nanofiber film | membrane used for a field emission display on a board | substrate.

この熱ＣＶＤ装置１の真空チャンバー２内には、中央部より少し上側に赤外光を透過する赤外線透過窓としての略透明な石英ガラス３が水平に設置されており、この石英ガラス３によって真空チャンバー２内をチャンバー下部室２ａとチャンバー上部室２ｂに分離している。石英ガラス３は、その外周面が真空チャンバー２の内壁面に対して通気可能な状態に近接して、保持部材４上に固定されている。 In the vacuum chamber 2 of the thermal CVD apparatus 1, a substantially transparent quartz glass 3 is installed horizontally as an infrared transmitting window that transmits infrared light slightly above the central portion. The chamber 2 is divided into a chamber lower chamber 2a and a chamber upper chamber 2b. The quartz glass 3 is fixed on the holding member 4 so that its outer peripheral surface is close to a state where it can ventilate the inner wall surface of the vacuum chamber 2.

真空チャンバー２のチャンバー下部室２ａには、基板５を載置した基板ホルダー６と、基板ホルダー６の周囲に位置するようにしてチャンバー下部室２ａの底面に配置した複数のガス噴出口（不図示）を有するガス導入環７を有しており、真空チャンバー２のチャンバー上部室２ｂには、基板５の表面側と対向するようにして基板５を加熱するための棒状の赤外線ランプ８が所定間隔で複数配置されている。各赤外線ランプ８の上方には、各赤外線ランプ８から発せられる赤外光を基板５の表面側に効率よく照射されるように湾曲した反射板９が設けられている。 The chamber lower chamber 2 a of the vacuum chamber 2 includes a substrate holder 6 on which the substrate 5 is placed, and a plurality of gas jets (not shown) arranged on the bottom surface of the chamber lower chamber 2 a so as to be positioned around the substrate holder 6. In the upper chamber 2b of the vacuum chamber 2, rod-shaped infrared lamps 8 for heating the substrate 5 so as to face the surface side of the substrate 5 are provided at a predetermined interval. It is arranged in multiple. Above each infrared lamp 8, a reflecting plate 9 that is curved so that infrared light emitted from each infrared lamp 8 is efficiently irradiated onto the surface side of the substrate 5 is provided.

なお、フィールドエミッションディスプレイに用いる上記基板５は透明な耐熱ガラスからなり、この基板５表面には、不図示のカソードラインとこのカソードライン上にグラファイトナノファイバーの触媒金属が予め塗布されている。本実施形態で用いた基板５のサイズは、１ｍ×２ｍの大きさである。 The substrate 5 used for the field emission display is made of a transparent heat-resistant glass, and a cathode line (not shown) and a catalyst metal of graphite nanofibers are preliminarily applied on the surface of the substrate 5. The size of the substrate 5 used in this embodiment is 1 m × 2 m.

ガス導入環７には、配管１０を介して水素ガス供給系１１と一酸化炭素ガス供給系１２と酸素ガス供給系１３がそれぞれ接続されている。水素ガス供給系１１と一酸化炭素ガス供給系１２と酸素ガス供給系１３には、不図示の仕切りバルブ、ガス流量調整器、ガスボンベ等をそれぞれ有している。また、チャンバー下部室２ａには、チャンバー下部室２ａ内の圧力が１気圧（大気圧）以上になったときに開放する逆止バルブ１４と、仕切りバルブ１５と真空ポンプ１６が接続されている。 A hydrogen gas supply system 11, a carbon monoxide gas supply system 12, and an oxygen gas supply system 13 are connected to the gas introduction ring 7 via a pipe 10. The hydrogen gas supply system 11, the carbon monoxide gas supply system 12, and the oxygen gas supply system 13 each have a partition valve (not shown), a gas flow rate regulator, a gas cylinder, and the like. The chamber lower chamber 2a is connected to a check valve 14, a partition valve 15, and a vacuum pump 16 that are opened when the pressure in the chamber lower chamber 2a becomes 1 atm (atmospheric pressure) or more.

真空チャンバー２のチャンバー上部室２ｂには、配管１７を介してアルゴンガス供給系１８が接続されている。アルゴンガス供給系１８には、不図示のバルブ、ガス流量調整器、ガスボンベ等を有している。 An argon gas supply system 18 is connected to the chamber upper chamber 2 b of the vacuum chamber 2 via a pipe 17. The argon gas supply system 18 includes a valve (not shown), a gas flow rate regulator, a gas cylinder, and the like.

次に、本実施形態に係る上記熱ＣＶＤ装置１によるグラファイトナノファイバーの成膜プロセス工程を、図３に示す成膜プロセスチャートを参照して説明する。 Next, a film forming process step of graphite nanofibers by the thermal CVD apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to a film forming process chart shown in FIG.

先ず、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間（約１０〜１５分）において、仕切りバルブ１５を開き真空ポンプ１６を稼動して真空チャンバー２のチャンバー下部室２ａ内を排気して所定圧力（約１Ｐａ）に調整する。 First, between time t1 and time t2 (about 10 to 15 minutes), the partition valve 15 is opened and the vacuum pump 16 is operated to evacuate the lower chamber 2a of the vacuum chamber 2 to a predetermined pressure (about 1 Pa). adjust.

そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間（約２０分）において、各赤外線ランプ８に通電し石英ガラス３をとおしてチャンバー下部室２ａ内に赤外光を透過させて基板５表面を目標温度（例えば５５０℃程度）に加熱する。なお、グラファイトナノファイバーの成膜が終了するまで、基板５表面を目標温度（例えば５５０℃程度）に維持する。 Then, between time t2 and time t3 (about 20 minutes), each infrared lamp 8 is energized to transmit infrared light through the quartz glass 3 and into the chamber lower chamber 2a so that the surface of the substrate 5 reaches the target temperature (for example, 550 ° C.). The surface of the substrate 5 is maintained at a target temperature (for example, about 550 ° C.) until the film formation of the graphite nanofiber is completed.

基板５の温度が５５０℃程度に達すると、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間（約１５〜１５分）において、仕切りバルブ１４を少し閉じて排気量を減量しながら、水素ガス供給系１１とアルゴンガス供給系１８の各ガスラインを開放して、１気圧（大気圧）に達するまでチャンバー下部室２ａ内のガス導入環７に水素ガスを導入してガス噴出口（不図示）から噴出させるとともに、チャンバー上部室２ｂ内に不活性ガスとしてのアルゴンガスを導入し、チャンバー下部室２ａ内をクリーニングする。このクリーニングにより、基板５上に塗布されている触媒金属（不図示）の表面を還元する。 When the temperature of the substrate 5 reaches about 550 ° C., between the time t3 and the time t4 (about 15 to 15 minutes), the partition valve 14 is slightly closed to reduce the exhaust amount, and the hydrogen gas supply system 11 and the argon gas are reduced. Each gas line of the supply system 18 is opened, hydrogen gas is introduced into the gas introduction ring 7 in the chamber lower chamber 2a until it reaches 1 atm (atmospheric pressure), and ejected from a gas ejection port (not shown), Argon gas as an inert gas is introduced into the chamber upper chamber 2b to clean the chamber lower chamber 2a. By this cleaning, the surface of the catalyst metal (not shown) applied on the substrate 5 is reduced.

なお、水素ガス供給系１１からチャンバー下部室２ａ内のガス導入環７への水素ガスの導入と、アルゴンガス供給系１８からチャンバー上部室２ｂ内へのアルゴンガスの導入は、グラファイトナノファイバーの成膜が終了するまで行なう。 The introduction of the hydrogen gas from the hydrogen gas supply system 11 to the gas introduction ring 7 in the chamber lower chamber 2a and the introduction of the argon gas from the argon gas supply system 18 into the chamber upper chamber 2b constitute a graphite nanofiber. Continue until the membrane is finished.

また、成膜プロセス工程中において、チャンバー上部室２ｂ側の圧力がチャンバー下部室２ａ側の圧力よりも少し高く、もしくは略同じ圧力になるようにアルゴンガス供給系１８を制御して、チャンバー上部室２ｂにアルゴンガスを導入する。このように、チャンバー上部室２ｂ側の圧力がチャンバー下部室２ａ側の圧力よりも少し高くなるように、チャンバー上部室２ｂにアルゴンガスを導入すると、チャンバー下部室２ａに導入された混合ガス（一酸化炭素ガス＋水素ガス）や微粒子（煤）がチャンバー上部室２ｂ側に侵入することを防止することができる。 Further, during the film forming process, the argon gas supply system 18 is controlled so that the pressure on the chamber upper chamber 2b side is slightly higher than or substantially the same as the pressure on the chamber lower chamber 2a side. Argon gas is introduced into 2b. In this way, when argon gas is introduced into the chamber upper chamber 2b so that the pressure on the chamber upper chamber 2b side is slightly higher than the pressure on the chamber lower chamber 2a side, the mixed gas introduced into the chamber lower chamber 2a (one Carbon oxide gas + hydrogen gas) and fine particles (soot) can be prevented from entering the chamber upper chamber 2b.

そして、このクリーニングが終了後、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間（約２０〜３０分）において、一酸化炭素ガス供給系１２のガスラインを開放して、チャンバー下部室２ａ内のガス導入環７に一酸化炭素ガスを導入し、ガス噴出口（不図示）から一酸化炭素ガスと水素ガスとの混合ガスを噴出させて、基板５上にグラファイトナノファイバー膜を成膜する。 After this cleaning is completed, the gas line of the carbon monoxide gas supply system 12 is opened between time t4 and time t5 (about 20 to 30 minutes), and the gas introduction ring 7 in the chamber lower chamber 2a is opened. Carbon monoxide gas is introduced, and a mixed gas of carbon monoxide gas and hydrogen gas is ejected from a gas ejection port (not shown) to form a graphite nanofiber film on the substrate 5.

この成膜時におけるチャンバー下部室２ａ内の圧力とチャンバー上部室２ｂ内の圧力は、チャンバー下部室２ａとチャンバー上部室２ｂが石英ガラス３により通気可能な状態で分離されているので、ともに略同じ圧力（もしくはチャンバー上部室２ｂ側の方が少し高い圧力）である。また、この成膜時において、各赤外線ランプ８は石英ガラス３によって分離されたチャンバー上部室２ｂ側に位置しているので、チャンバー下部室２ａ内の下面に設けたガス導入環７に導入されて噴出される混合ガス（一酸化炭素ガス＋水素ガス）が基板５に到達して目標温度（５５０℃程度）以上に加熱されることにより、高品位なグラファイトナノファイバー膜を得ることできる。 The pressure in the chamber lower chamber 2a and the pressure in the chamber upper chamber 2b at the time of film formation are substantially the same because the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b are separated by the quartz glass 3 so that they can be vented. The pressure (or a slightly higher pressure on the chamber upper chamber 2b side). Further, at the time of film formation, each infrared lamp 8 is located on the chamber upper chamber 2b side separated by the quartz glass 3, so that it is introduced into the gas introduction ring 7 provided on the lower surface in the chamber lower chamber 2a. The jetted mixed gas (carbon monoxide gas + hydrogen gas) reaches the substrate 5 and is heated to a target temperature (about 550 ° C.) or higher, whereby a high-quality graphite nanofiber film can be obtained.

そして、グラファイトナノファイバー膜の成膜が終了後、水素ガス供給系１１と一酸化炭素ガス供給系１２及びアルゴンガス供給系１８の各ガスラインの仕切りバルブ（不図示）を閉じ、チャンバー下部室２ａ内への一酸化炭素ガスと水素ガスの導入を停止するとともに、チャンバー上部室２ｂ内へのアルゴンガスの導入を停止する。更に、グラファイトナノファイバー膜の成膜が終了すると、各赤外線ランプ８への通電をオフして基板５に対する加熱を停止する。 After the formation of the graphite nanofiber film, the partition valves (not shown) of the gas lines of the hydrogen gas supply system 11, the carbon monoxide gas supply system 12, and the argon gas supply system 18 are closed, and the chamber lower chamber 2a The introduction of carbon monoxide gas and hydrogen gas into the chamber is stopped, and the introduction of argon gas into the chamber upper chamber 2b is stopped. Further, when the film formation of the graphite nanofiber film is completed, the energization to each infrared lamp 8 is turned off and the heating to the substrate 5 is stopped.

その後、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間（約２０〜３０分）において、仕切りバルブ１４を開放し真空ポンプ１６を稼動してチャンバー下部室２ａ内に残留している混合ガス（一酸化炭素ガス＋水素ガス）と、チャンバー上部室２ｂ内に残留しているアルゴンガスを排出し、この状態で放置して自然冷却する。 Thereafter, between time t5 and time t6 (about 20 to 30 minutes), the partition valve 14 is opened and the vacuum pump 16 is operated, and the mixed gas (carbon monoxide gas + hydrogen) remaining in the chamber lower chamber 2a. Gas) and the argon gas remaining in the chamber upper chamber 2b are discharged and allowed to stand in this state for natural cooling.

この冷却工程が終了後、窒素ガス供給系（不図示）からチャンバー下部室２ａ内及びにチャンバー上部室２ｂ内に窒素ガスを導入して、チャンバー下部室２ａ内及びにチャンバー上部室２ｂ内の圧力を大気圧に戻し、その後、チャンバー下部室２ａ内からグラファイトナノファイバー膜が成膜された基板５を取り出し、一連の成膜プロセス工程を終了する。 After this cooling step is completed, nitrogen gas is introduced into the chamber lower chamber 2a and into the chamber upper chamber 2b from the nitrogen gas supply system (not shown), and the pressure in the chamber lower chamber 2a and in the chamber upper chamber 2b. Then, the substrate 5 on which the graphite nanofiber film is formed is taken out of the chamber lower chamber 2a, and a series of film forming process steps is completed.

ところで、上記した成膜プロセス工程でグラファイトナノファイバー膜の成膜中において、成膜中に寄与しなかった残留ガス等を主成分とする微粒子（煤）が石英ガラス３の基板５側の面に付着し、赤外線ランプ８から発せられる赤外光の透過率が低下して基板５に対する加熱効率が低下していく。 By the way, during the formation of the graphite nanofiber film in the above-described film formation process step, fine particles (soot) whose main component is residual gas that has not contributed to the film formation are formed on the surface of the quartz glass 3 on the substrate 5 side. As a result, the transmittance of infrared light emitted from the infrared lamp 8 decreases, and the heating efficiency for the substrate 5 decreases.

以下、石英ガラス３に対するクリーニング工程について説明する。 Hereinafter, the cleaning process for the quartz glass 3 will be described.

前記成膜プロセス工程が終了して、グラファイトナノファイバー膜が成膜された基板５を取り出した後に、仕切りバルブ１５を開き真空ポンプ１６を所定時間（約１０〜１５分）だけ稼動してチャンバー下部室２ａ内を排気して、チャンバー下部室２ａ内を所定圧力（約１Ｐａ）に調整する。なお、チャンバー下部室２ａとチャンバー上部室２ｂは、石英ガラス３により通気可能な状態で分離されているので、チャンバー上部室２ｂ内も真空ポンプ１６の稼動によって所定圧力（約１Ｐａ）に調整される。 After the film formation process step is completed and the substrate 5 on which the graphite nanofiber film is formed is taken out, the partition valve 15 is opened, and the vacuum pump 16 is operated for a predetermined time (about 10 to 15 minutes). The inside of the chamber 2a is evacuated, and the inside of the chamber lower chamber 2a is adjusted to a predetermined pressure (about 1 Pa). Since the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b are separated by the quartz glass 3 so as to be ventilated, the chamber upper chamber 2b is also adjusted to a predetermined pressure (about 1 Pa) by the operation of the vacuum pump 16. .

その後、各赤外線ランプ８に通電し発せられる赤外光で石英ガラス３を加熱し、石英ガラス３が所定温度（例えば４００〜５００℃程度）に達した後、この加熱を所定時間（約２０分）維持する。 Thereafter, the quartz glass 3 is heated by infrared light generated by energizing each infrared lamp 8, and after the quartz glass 3 reaches a predetermined temperature (for example, about 400 to 500 ° C.), this heating is performed for a predetermined time (about 20 minutes). )maintain.

その後、仕切りバルブ１５を少し閉じて排気量を減量しながら、酸素ガス供給系１３とアルゴンガス供給系１８の各ガスラインを開放して、１気圧（大気圧）に達するまでチャンバー下部室２ａ内のガス導入環７に酸素ガスを導入してガス噴出口（不図示）から噴出させるとともに、チャンバー上部室２ｂ内に不活性ガスとしてのアルゴンガスを導入する。チャンバー下部室２ａ内に導入された酸素ガスによって、石英ガラス３の基板５側の面に付着した微粒子（煤）は酸化されて除去（クリーニング）される。 Thereafter, the gas valves of the oxygen gas supply system 13 and the argon gas supply system 18 are opened while the partition valve 15 is slightly closed to reduce the exhaust amount, and the inside of the chamber lower chamber 2a is reached until 1 atmosphere (atmospheric pressure) is reached. An oxygen gas is introduced into the gas introduction ring 7 and ejected from a gas outlet (not shown), and an argon gas as an inert gas is introduced into the chamber upper chamber 2b. Fine particles (soot) adhering to the surface of the quartz glass 3 on the substrate 5 side are oxidized and removed (cleaned) by the oxygen gas introduced into the chamber lower chamber 2a.

なお、クリーニング工程中において、チャンバー上部室２ｂ側の圧力がチャンバー下部室２ａ側の圧力よりも少し高く、もしくは略同じ圧力になるようにアルゴンガス供給系１８を制御して、チャンバー上部室２ｂにアルゴンガスを導入する。このように、チャンバー上部室２ｂ側の圧力がチャンバー下部室２ａ側の圧力よりも少し高くなるように、チャンバー上部室２ｂにアルゴンガスを導入すると、チャンバー下部室２ａ内に浮遊している微粒子（煤）がチャンバー上部室２ｂ側に侵入することを確実に防止することができ、赤外線ランプ８の汚れを防止することができる。 During the cleaning process, the argon gas supply system 18 is controlled so that the pressure on the chamber upper chamber 2b side is slightly higher than or substantially the same as the pressure on the chamber lower chamber 2a side. Argon gas is introduced. In this way, when argon gas is introduced into the chamber upper chamber 2b so that the pressure on the chamber upper chamber 2b side is slightly higher than the pressure on the chamber lower chamber 2a side, fine particles floating in the chamber lower chamber 2a ( It is possible to reliably prevent 煤) from entering the chamber upper chamber 2b and to prevent the infrared lamp 8 from being contaminated.

そして、このクリーニング終了後、酸素ガス供給系１３及びアルゴンガス供給系１８の各ガスラインの仕切りバルブ（不図示）を閉じ、チャンバー下部室２ａ内への酸素炭素ガスの導入を停止するとともに、チャンバー上部室２ｂ内へのアルゴンガスの導入を停止する。更に、このクリーニングが終了すると、各赤外線ランプ８への通電をオフして石英ガラス３に対する加熱を停止する。そして、仕切りバルブ１５を開放し真空ポンプ１６を稼動してチャンバー下部室２ａ内に残留している酸素ガスを排出するとともに、チャンバー上部室２ｂ内に残留しているアルゴンガスを排出し、この状態で所定時間（約２０〜３０分）放置して自然冷却する。 After this cleaning is completed, the partition valves (not shown) of the gas lines of the oxygen gas supply system 13 and the argon gas supply system 18 are closed to stop the introduction of oxygen carbon gas into the chamber lower chamber 2a, and the chamber The introduction of argon gas into the upper chamber 2b is stopped. Further, when this cleaning is completed, the energization of each infrared lamp 8 is turned off and the heating of the quartz glass 3 is stopped. Then, the partition valve 15 is opened and the vacuum pump 16 is operated to discharge the oxygen gas remaining in the chamber lower chamber 2a, and the argon gas remaining in the chamber upper chamber 2b is discharged. And let it cool for a predetermined time (about 20 to 30 minutes).

この冷却が終了後、窒素ガス供給系（不図示）からチャンバー下部室２ａ内及びチャンバー上部室２ｂ内に窒素ガスを導入して、チャンバー下部室２ａ内及びチャンバー上部室２ｂ内の圧力を大気圧に戻して、石英ガラス３に対する一連のクリーニング工程を終了する。このクリーニング工程が終了すると、次の基板に対して上記した成膜プロセス工程を行なう。
〈参考例１〉
図２は、本発明の参考例１に係る熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。なお、図１に示した実施形態１に係る熱ＣＶＤ装置と同一機能を有する部材には同一符合を付して説明する。 After this cooling is completed, nitrogen gas is introduced into the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b from a nitrogen gas supply system (not shown), and the pressure in the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b is changed to atmospheric pressure. Then, a series of cleaning steps for the quartz glass 3 is completed. When this cleaning process is completed, the film forming process described above is performed on the next substrate.
< Reference Example 1 >
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a thermal CVD apparatus according to Reference Example 1 of the present invention. Members having the same functions as those of the thermal CVD apparatus according to the first embodiment shown in FIG.

本参考例１に係る熱ＣＶＤ装置１は、チャンバー上部室２ｂにも仕切りバルブ１９が接続されており、配管２０を介して真空ポンプ１６に接続されている。また、真空チャンバー２内をチャンバー下部室２ａとチャンバー上部室２ｂに分離している石英ガラス３は、その外周面が真空チャンバー２の内壁面に密着させ、保持部材４上にシール部材（Ｏリング）２１によってシール状態で固定されている。他の構成は図１に示した実施形態１に係る熱ＣＶＤ装置と同様であり、重複する説明は省略する。 In the thermal CVD apparatus 1 according to the first reference example, a partition valve 19 is also connected to the chamber upper chamber 2 b, and is connected to the vacuum pump 16 via a pipe 20. Further, the quartz glass 3 separating the inside of the vacuum chamber 2 into a chamber lower chamber 2a and a chamber upper chamber 2b has its outer peripheral surface in close contact with the inner wall surface of the vacuum chamber 2, and a sealing member (O-ring) on the holding member 4 ) 21 in a sealed state. The other configuration is the same as that of the thermal CVD apparatus according to the first embodiment shown in FIG.

次に、本参考例１に係る上記熱ＣＶＤ装置１によるグラファイトナノファイバーの成膜プロセス工程を、実施形態１と同様に図２に示す成膜プロセスチャートを参照して説明する。 Next, the film forming process steps of the graphite nanofibers by the thermal CVD apparatus 1 according to the reference example 1 will be described with reference to the film forming process chart shown in FIG.

先ず、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間（約１０〜１５分）において、仕切りバルブ１５を開き真空ポンプ１６を稼動して真空チャンバー２のチャンバー下部室２ａ内を排気して所定圧力（約１Ｐａ）に調整する。この際、仕切りバルブ１９を開き、チャンバー上部室２ｂ内も排気してチャンバー下部室２ａ内と略同じ圧力（約１Ｐａ）に調整する。 First, between time t1 and time t2 (about 10 to 15 minutes), the partition valve 15 is opened and the vacuum pump 16 is operated to evacuate the lower chamber 2a of the vacuum chamber 2 to a predetermined pressure (about 1 Pa). adjust. At this time, the partition valve 19 is opened, the chamber upper chamber 2b is also evacuated, and the pressure is adjusted to approximately the same pressure (approximately 1 Pa) as in the chamber lower chamber 2a.

基板５の温度が５５０℃程度に達すると、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間（約１５〜１５分）において、仕切りバルブ１４、及び１９を少し閉じて排気量を減量しながら、水素ガス供給系１１とアルゴンガス供給系１８の各ガスラインを開放して、１気圧（大気圧）に達するまでチャンバー下部室２ａ内のガス導入環７に水素ガスを導入してガス噴出口（不図示）から噴出させるとともに、チャンバー上部室２ｂ内に不活性ガスとしてのアルゴンガスを導入し、チャンバー下部室２ａ内及びチャンバー上部室２ｂ内をクリーニングする。このクリーニングにより、基板５上に塗布されている触媒金属（不図示）の表面を還元する。 When the temperature of the substrate 5 reaches about 550 ° C., between the time t3 and the time t4 (about 15 to 15 minutes), the partition valves 14 and 19 are slightly closed to reduce the exhaust amount, and the hydrogen gas supply system 11 Then, each gas line of the argon gas supply system 18 is opened, and hydrogen gas is introduced into the gas introduction ring 7 in the chamber lower chamber 2a until it reaches 1 atm (atmospheric pressure) and ejected from a gas outlet (not shown). In addition, an argon gas as an inert gas is introduced into the chamber upper chamber 2b to clean the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b. By this cleaning, the surface of the catalyst metal (not shown) applied on the substrate 5 is reduced.

この成膜時におけるチャンバー下部室２ａ内の圧力とチャンバー上部室２ｂ内の圧力は、ともに略同じ圧力（本参考例１では１気圧（大気圧））である。また、この成膜時において、各赤外線ランプ８は石英ガラス３によって分離されたチャンバー上部室２ｂ側に位置しているので、チャンバー下部室２ａ内の下面に設けたガス導入環７に導入されて噴出される混合ガス（一酸化炭素ガス＋水素ガス）が所定温度（４５０℃程度）以下に抑えられることにより、高品位なグラファイトナノファイバー膜を得ることできる。 The pressure in the chamber lower chamber 2a and the pressure in the chamber upper chamber 2b at the time of film formation are both substantially the same pressure (1 atm (atmospheric pressure) in Reference Example 1 ). Further, at the time of film formation, each infrared lamp 8 is located on the chamber upper chamber 2b side separated by the quartz glass 3, so that it is introduced into the gas introduction ring 7 provided on the lower surface in the chamber lower chamber 2a. A high-quality graphite nanofiber film can be obtained by suppressing the jetted mixed gas (carbon monoxide gas + hydrogen gas) to a predetermined temperature (about 450 ° C.) or lower.

その後、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間（約２０〜３０分）において、仕切りバルブ１４、及び１９を開放し真空ポンプ１６を稼動してチャンバー下部室２ａ内に残留している混合ガス（一酸化炭素ガス＋水素ガス）と、チャンバー上部室２ｂ内に残留しているアルゴンガスを排出し、この状態で放置して自然冷却する。 Thereafter, between time t5 and time t6 (about 20 to 30 minutes), the partition valves 14 and 19 are opened, the vacuum pump 16 is operated, and the mixed gas (carbon monoxide) remaining in the chamber lower chamber 2a. Gas + hydrogen gas) and the argon gas remaining in the chamber upper chamber 2b are discharged and allowed to cool naturally by being left in this state.

ところで、本参考例１の場合も同様に上記した成膜プロセス工程でグラファイトナノファイバー膜の成膜中において、成膜中に寄与しなかった残留ガス等を主成分とする微粒子（煤）が石英ガラス３の基板５側の面に付着し、赤外線ランプ８から発せられる赤外光の透過率が低下して基板５に対する加熱効率が低下していく。 By the way, in the case of the present reference example , in the same way, during the formation of the graphite nanofiber film in the above-described film formation process step, fine particles (soot) whose main component is residual gas that did not contribute to the film formation are quartz. The transmittance of infrared light that adheres to the surface of the glass 3 on the substrate 5 side and is emitted from the infrared lamp 8 decreases, and the heating efficiency of the substrate 5 decreases.

なお、上記したグラファイトナノファイバー膜の成膜中において、石英ガラス３の外周面と真空チャンバー２の内壁面との間でのシール漏れ等によって、上記微粒子（煤）がチャンバー上部室２ｂ内に侵入した場合でも、上記したようにチャンバー上部室２ｂ内には不活性ガスであるアルゴンガスが導入されて充満しているので、チャンバー上部室２ｂ内の赤外線ランプ８に上記微粒子（煤）が付着して、赤外線ランプ８の表面が汚れることはない。 During the above-described formation of the graphite nanofiber film, the fine particles (soot) enter the chamber upper chamber 2b due to seal leakage between the outer peripheral surface of the quartz glass 3 and the inner wall surface of the vacuum chamber 2. Even in this case, as described above, the chamber upper chamber 2b is filled with the argon gas which is an inert gas, so that the fine particles (soot) adhere to the infrared lamp 8 in the chamber upper chamber 2b. Thus, the surface of the infrared lamp 8 is not soiled.

以下、石英ガラス３に対するクリーニング工程について説明する。なお、このクリーニング工程では、石英ガラス３の両面において圧力差が生じないように、チャンバー上部室２ｂ側においてもチャンバー下部室２ａ側と対応した処理を行うようにしている。 Hereinafter, the cleaning process for the quartz glass 3 will be described. In this cleaning step, processing corresponding to the chamber lower chamber 2a side is also performed on the chamber upper chamber 2b side so that no pressure difference occurs between both surfaces of the quartz glass 3.

前記成膜プロセス工程が終了して、グラファイトナノファイバー膜が成膜された基板５を取り出した後に、仕切りバルブ１５、及び１９を開き真空ポンプ１６を所定時間（約１０〜１５分）だけ稼動してチャンバー下部室２ａ内を排気するとともに、チャンバー上部室２ｂ内も排気して、チャンバー下部室２ａ内とチャンバー上部室２ｂ内を所定圧力（約１Ｐａ）に調整する。その後、各赤外線ランプ８に通電し発せられる赤外光で石英ガラス３を加熱し、石英ガラス３が所定温度（例えば５５０℃程度）に達した後、この加熱を所定時間（約２０分）維持する。 After the film formation process step is completed and the substrate 5 on which the graphite nanofiber film is formed is taken out, the partition valves 15 and 19 are opened and the vacuum pump 16 is operated for a predetermined time (about 10 to 15 minutes). The chamber lower chamber 2a is evacuated and the chamber upper chamber 2b is also evacuated to adjust the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b to a predetermined pressure (about 1 Pa). Thereafter, the quartz glass 3 is heated by infrared light generated by energizing each infrared lamp 8, and after the quartz glass 3 reaches a predetermined temperature (for example, about 550 ° C.), this heating is maintained for a predetermined time (about 20 minutes). To do.

その後、仕切りバルブ１５、及び１９を少し閉じて排気量を減量しながら、酸素ガス供給系１３とアルゴンガス供給系１８の各ガスラインを開放して、１気圧（大気圧）に達するまでチャンバー下部室２ａ内のガス導入環７に酸素ガスを導入してガス噴出口（不図示）から噴出させるとともに、チャンバー上部室２ｂ内に不活性ガスとしてのアルゴンガスを導入する。チャンバー下部室２ａ内に導入された酸素ガスによって、石英ガラス３の基板５側の面に付着した微粒子（煤）は酸化されて除去（クリーニング）される。 Thereafter, the gas valves of the oxygen gas supply system 13 and the argon gas supply system 18 are opened while the partition valves 15 and 19 are slightly closed to reduce the exhaust amount, and the lower part of the chamber is reached until 1 atmosphere (atmospheric pressure) is reached. Oxygen gas is introduced into the gas introduction ring 7 in the chamber 2a and ejected from a gas ejection port (not shown), and argon gas as an inert gas is introduced into the chamber upper chamber 2b. Fine particles (soot) adhering to the surface of the quartz glass 3 on the substrate 5 side are oxidized and removed (cleaned) by the oxygen gas introduced into the chamber lower chamber 2a.

そして、このクリーニング終了後、酸素ガス供給系１３及びアルゴンガス供給系１８の各ガスラインの仕切りバルブ（不図示）を閉じ、チャンバー下部室２ａ内への酸素炭素ガスの導入を停止するとともに、チャンバー上部室２ｂ内へのアルゴンガスの導入を停止する。更に、このクリーニングが終了すると、各赤外線ランプ８への通電をオフして石英ガラス３に対する加熱を停止する。そして、仕切りバルブ１５、及び１９を開放し真空ポンプ１６を稼動してチャンバー下部室２ａ内に残留している酸素ガスを排出するとともに、チャンバー上部室２ｂ内に残留しているアルゴンガスを排出し、この状態で所定時間（約２０〜３０分）放置して自然冷却する。 After this cleaning is completed, the partition valves (not shown) of the gas lines of the oxygen gas supply system 13 and the argon gas supply system 18 are closed to stop the introduction of oxygen carbon gas into the chamber lower chamber 2a, and the chamber The introduction of argon gas into the upper chamber 2b is stopped. Further, when this cleaning is completed, the energization of each infrared lamp 8 is turned off and the heating of the quartz glass 3 is stopped. Then, the partition valves 15 and 19 are opened and the vacuum pump 16 is operated to discharge the oxygen gas remaining in the chamber lower chamber 2a, and the argon gas remaining in the chamber upper chamber 2b is discharged. In this state, it is allowed to stand for a predetermined time (about 20 to 30 minutes) and naturally cooled.

この冷却が終了後、窒素ガス供給系（不図示）からチャンバー下部室２ａ内及びチャンバー上部室２ｂ内に窒素ガスを導入して、チャンバー下部室２ａ内及びチャンバー上部室２ｂ内の圧力を大気圧に戻して、石英ガラス３に対する一連のクリーニング工程を終了する。このクリーニング工程が終了すると、次の基板に対して上記した成膜プロセス工程を行なう。 After this cooling is completed, nitrogen gas is introduced into the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b from a nitrogen gas supply system (not shown), and the pressure in the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b is changed to atmospheric pressure. Then, a series of cleaning steps for the quartz glass 3 is completed. When this cleaning process is completed, the film forming process described above is performed on the next substrate.

このように、上記した本発明の実施形態１及び参考例１に係る熱ＣＶＤ装置１は、真空チャンバー２内に設置した石英ガラス３によって、基板５が配置されて原料ガス（一酸化炭素ガス）が導入されるチャンバー下部室２ａと赤外線ランプ８が設置されるチャンバー上部室２ｂとに分離して、赤外線ランプ８から発せられる赤外光を石英ガラス３を透過させてチャンバー下部室２ａ内の基板５表面に照射して基板５表面側のみを効果的に加熱することにより、チャンバー下部室２ａ内のガス導入環７に導入されて噴出される原料ガス（一酸化炭素ガス）が基板５に到達して目標温度（５５０℃程度）以上に加熱されるので、電子放出特性が良好なグラファイトナノファイバー膜を得ることができる。 Thus, in the thermal CVD apparatus 1 according to Embodiment 1 and Reference Example 1 of the present invention described above, the substrate 5 is disposed by the quartz glass 3 installed in the vacuum chamber 2 and the source gas (carbon monoxide gas). Is separated into a chamber lower chamber 2a into which the infrared lamp 8 is installed and a chamber upper chamber 2b in which the infrared lamp 8 is installed, and the infrared light emitted from the infrared lamp 8 is transmitted through the quartz glass 3 to form a substrate in the chamber lower chamber 2a. By irradiating the surface of the substrate 5 and effectively heating only the surface of the substrate 5, the source gas (carbon monoxide gas) introduced into the gas introduction ring 7 in the chamber lower chamber 2 a and ejected reaches the substrate 5. Then, since it is heated to a target temperature (about 550 ° C.) or higher, a graphite nanofiber film having good electron emission characteristics can be obtained.

また、前記成膜プロセス工程において、チャンバー下部室２ａ内とチャンバー上部室２ｂ内での圧力差が小さくなるように調整されることによって、石英ガラス３の両面には圧力差による大きな力が作用していないので、大サイズの石英ガラス３を用いた場合でも、厚みを厚くして強度を高めた石英ガラスは必要がなく、コストの低減を図ることができる。更に、石英ガラス３は、真空チャンバー２内に設置されているので、万一この石英ガラス３にクラック等が発生した場合でも原料ガス（一酸化炭素ガス）等が真空チャンバー２の外部に漏れ出すことはなく、高い安全性を確保することができる。 Further, in the film forming process step, a large force due to the pressure difference acts on both surfaces of the quartz glass 3 by adjusting the pressure difference between the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b to be small. Therefore, even when the large-sized quartz glass 3 is used, it is not necessary to use a quartz glass having an increased thickness by increasing the thickness, and the cost can be reduced. Furthermore, since the quartz glass 3 is installed in the vacuum chamber 2, even if a crack or the like occurs in the quartz glass 3, a raw material gas (carbon monoxide gas) leaks out of the vacuum chamber 2. There is nothing, and high safety can be ensured.

なお、上述した参考例１では、成膜プロセス工程において、チャンバー下部室２ａ内とチャンバー上部室２ｂ内の圧力が略同じになるように調整する構成であったが、基板５が配置されて原料ガス（一酸化炭素ガス）が導入されるチャンバー下部室２ａ内の圧力を、赤外線ランプ８が設置されるチャンバー上部室２ｂ内の圧力よりも若干低くなるように（この場合においても石英ガラス３の両面での圧力差は無視できる程度に小さい）、仕切りバルブ１５によって調整するようにしてもよい。この場合には、石英ガラス３の外周面と真空チャンバー２の内壁面との間でのシール漏れ等が生じたときでも、チャンバー下部室２ａ内の圧力の方が低い（低圧）なので、チャンバー下部室２ａ内の微粒子（煤）がチャンバー上部室２ｂ側に侵入することはない。 In the reference example 1 described above, in the film forming process step, the pressure is adjusted so that the pressure in the chamber lower chamber 2a and the chamber upper chamber 2b are substantially the same. The pressure in the chamber lower chamber 2a into which the gas (carbon monoxide gas) is introduced is slightly lower than the pressure in the chamber upper chamber 2b in which the infrared lamp 8 is installed (also in this case, the quartz glass 3 The pressure difference between the two surfaces is small enough to be ignored), and may be adjusted by the partition valve 15. In this case, even when a seal leak or the like occurs between the outer peripheral surface of the quartz glass 3 and the inner wall surface of the vacuum chamber 2, the pressure in the chamber lower chamber 2a is lower (low pressure). Fine particles (soot) in the chamber 2a do not enter the chamber upper chamber 2b.

また、上述した参考例１では、チャンバー上部室２ｂに不活性ガスとしてのアルゴンガスを導入するようにしていたが、不活性ガスに限定されることなく、例えばエア（空気）でもよい。 In Reference Example 1 described above, argon gas as an inert gas is introduced into the chamber upper chamber 2b. However, the present invention is not limited to the inert gas, and may be air (air), for example.

また、上述した実施形態１及び参考例１では、基板上にグラファイトナノファイバー膜を成膜する熱ＣＶＤ装置であったが、グラファイトナノファイバー膜以外の薄膜を成膜する熱ＣＶＤ装置（成膜装置）においても同様に本発明及び参考例に係る構成を適用することができる。 In Embodiment 1 and Reference Example 1 described above, the thermal CVD apparatus forms a graphite nanofiber film on a substrate. However, the thermal CVD apparatus (deposition apparatus) forms a thin film other than the graphite nanofiber film. In the same manner, the configurations according to the present invention and the reference example can be applied.

また、上述した参考例１では、石英ガラス３がシール状態で固定されている構成であったが、シールされていない状態で設置される場合においても同様に参考例に係る構成を適用することができる。 Further, in Reference Example 1 described above, the quartz glass 3 is configured to be fixed in a sealed state. However, the configuration according to the Reference Example can be similarly applied even when the quartz glass 3 is installed in a non-sealed state. it can.

本発明の実施形態１に係る熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing a thermal CVD apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の参考例１に係る熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the thermal CVD apparatus which concerns on the reference example 1 of this invention. 本発明の実施形態１及び参考例１におけるグラファイトナノファイバーの成膜プロセス工程を示すチャート図。The chart figure which shows the film-forming process process of the graphite nanofiber in Embodiment 1 and Reference Example 1 of this invention. 従来例における熱ＣＶＤ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the thermal CVD apparatus in a prior art example.

Explanation of symbols

１熱ＣＶＤ装置
２真空チャンバー
２ａチャンバー下部室
２ｂチャンバー上部室
３石英ガラス（赤外線透過窓）
５基板
７ガス導入環
８赤外線ランプ（加熱手段）
１１水素ガス供給系
１２一酸化炭素ガス供給系
１３酸素ガス供給系
１８アルゴンガス供給系

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal CVD apparatus 2 Vacuum chamber 2a Chamber lower chamber 2b Chamber upper chamber 3 Quartz glass (infrared transmission window)
5 Substrate 7 Gas introduction ring 8 Infrared lamp (heating means)
11 Hydrogen gas supply system 12 Carbon monoxide gas supply system 13 Oxygen gas supply system 18 Argon gas supply system

Claims

A heating means provided in the vacuum chamber so as to face the film forming surface side of the substrate with respect to the substrate installed in the vacuum chamber;
An infrared transmission window that transmits heat rays installed so as to separate the substrate side and the heating means side in the vacuum chamber in a state in which ventilation is possible;
Source gas introduction means for supplying source gas to the substrate side separated by the infrared transmission window in the vacuum chamber;
An inert gas introduction means for supplying an inert gas to the heating means side separated by the infrared transmission window in the vacuum chamber;
Evacuation means for evacuating from the substrate side separated by the infrared transmission window in the vacuum chamber,
The thermal CVD apparatus characterized by the above-mentioned.

The inert gas introduction means introduces the inert gas so that the pressure on the heating means side is higher or substantially the same as the pressure on the substrate side;
The thermal CVD apparatus according to claim 1.

The source gas contains a carbon-containing gas, and a carbon film is formed on the substrate heated by the heating means by a thermal CVD method.
The thermal CVD apparatus according to claim 1 or 2 .

The heating means is an infrared lamp that emits infrared light.
The thermal CVD apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein

Oxygen gas introducing means for supplying oxygen gas to the substrate side separated by the infrared transmission window in the vacuum chamber;
The thermal CVD apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein