JP6510552B2 - ２つの互いに反対向きの主面上に各基板を搭載する基板キャリア - Google Patents

２つの互いに反対向きの主面上に各基板を搭載する基板キャリア Download PDF

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Description

本発明は、基板キャリア及び、基板キャリアをその中に配置することができその基板キャリアと協働的に機能するＣＶＤ反応炉に関する。それは、特にカーボンナノチューブの堆積のためのＣＶＤ反応炉又はＰＶＤ反応炉を含む。その基板キャリアは、２つの互いに反対向きの主面を形成している。
基板をコーティングするための装置は、特許文献１〜３に記載されている。基板は、部分的に基板キャリア上に載置される。基板はなお、２つの互いに対向するガス入口部材の間で部分的に自由でもある。特許文献４は、２つの主面を有する銅基板を開示している。
本発明は、カーボンナノチューブの堆積のための装置に関する。このために、ガス形態の開始物質がプロセスチャンバに導入される。これは、ガス入口部材を用いて行われる。プロセスチャンバの内部には、基板キャリアの上に配置された基板がある。プロセスチャンバ内に、例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２又はＣ６Ｈ６等の炭素質のプロセスガスが導入される。フレキシブル基板をコーティングするための装置は、例えば特許文献５又は６に記載されている。
２つの反対向きに配置された主面上に基板受容領域を有する基板キャリアが、特許文献７〜１０により公知である。
独国特許出願公開第195 22 574 A1号公報 米国特許出願公開第2010/0319766 A1号公報 米国特許出願公開第2013/0083235 A1号公報 米国特許出願公開第2013/0089666 A1号公報 英国特許第2 458 776 A号公報 特開2005-133165号公報 独国特許出願公開第41 25 334 A1号公報 独国実用新案第92 10 359 U1号公報 独国実用新案第295 25 989 U1号公報 独国特許出願公開第40 36 449 A1号公報
本発明は、カーボンナノチューブ、グラフェン等を堆積するための装置又は装置の一部を改良する目的に基づいたものである。
この目的は、特許請求の範囲に特定された本発明により実現される。
本発明による基板キャリアは、２つの主面を有する。主面は互いに反対向きである。双方の主面の各々は、基板受容領域を有する。基板キャリアは、好適には平板状本体からなり、平板状本体は、その互いに反対向きの２つの主面の各々の上に基板受容領域を有する。基板受容領域は長方形の輪郭を有することができる。基板キャリアを形成する本体は石英から作製でき、最大１０mmの厚さを有する。その縁の長さは最小１００mmが好適である。基板受容領域は、本体の縁により規定することができる。
例えばアルミニウム、ニッケル又は銅からなることが適切であるフレキシブル基板の中央部のために、面取りされた縁が好適であり、それにより基板の２つの端部はそれぞれ２つの基板受容領域の一方の上にそれぞれ載置されることができる。
しかしながら、２つの互いに分離された基板を用いることもでき、その場合、一方の基板は、基板キャリアの２つの主面の一方に固定部材を用いて装着される。固定部材は、複数のピン、螺子又はその他の適切な部材から形成することができ、それにより、基板すなわち基板の一部を主面上に確実に固定することができる。
基板受容領域はさらに、上述した縁に対して垂直に延在する縁を有する。それらの縁により、結合領域を設けることができ、それらの縁において基板受容領域はサイド部分へと繋がっている。サイド部分は、好適には持ち手部を形成しており、それにより基板キャリアを掴んだり運んだりすることができる。持ち手部は、好適には窓を設けられている。窓は、長方形の輪郭を有することができる。それらの窓は、ガス通過窓とすることができる。しかしながら、それらは手動の持ち手として用いることもできる。よって、それらは持ち手窓を形成している。それらの窓は互いに異なる大きさとすることができる。
持ち手部には、さらに突出部も形成されることができる。これらの突出部は、基板受容領域の縁を超えて突出することができ、ＣＶＤ反応炉又はＰＶＤ反応炉内における基板キャリアの固定等のために用いられる。突出部は、面の延在方向に延在して縁部分を有しており、それに対して基板受容領域の縁は後退して延在している。従って、基板受容領域の２つの反対側にある縁の間の距離は、双方の持ち手部の２つの互いに反対側にある突出部の２つの反対側の縁の間の距離よりも短い。
反応炉又はプロセスチャンバは、案内部材を有することができ、それらは特に溝を具備し、その溝内に持ち手部の突出部が挿入される。従って、持ち手部の突出部は、案内部を形成する。その場合、その溝の深さは、基板受容領域の縁に対する突出部の突出程度よりも短い。この結果、基板受容領域の縁は、案内部材から離間して配置される。好適には、基板キャリアの４つの隅の各々に案内部が設けられ、それらは各々、基板受容領域の縁を越えて突出している。
ＣＶＤ反応炉は、搭載開口を有することができ、それは鉛直方向に延在している。鉛直方向の配置においては、一方の縁は上向きとなり他方の縁は下向きとなり、基板キャリアは、搭載開口を通して反応炉ハウジングのプロセスチャンバに押し込まれることができる。プロセスチャンバは、鉛直方向に延在して対向配置された、各々シャワーヘッドの形態でガス出口面を具備するガス入口部材を有し、ガス出口面は多数の均一に分布したガス出口開口を有する。２つの互いに対向するガス出口面を通して、上述したプロセスガスがプロセスチャンバに流入することができる。化学分解反応により、基板キャリアの２つの互いに反対向きの主面上、そこに載置されている基板上に、ナノチューブを形成する。約１，０００℃にて基板表面上で触媒反応が生じることが好適である。このようにして、基板の延在面に垂直に成長するカーボンからなるナノチューブ又はグラフェンが形成される。
本発明の実施形態は、以下に示す添付の図面を参照して説明される。
図１は、基板キャリアの展開図である。 図２は、基板キャリアの広い主面の側面図である。 図３は、基板キャリアの狭い面の側面図である。 図４は、図２のIV−IV線に沿った断面図であり、基板キャリアの２つの主面にそれぞれ基板６が配置されている。 図５は、図４と同様の図であり、基板キャリア１がフレキシブル基板６を搭載し、それは縁１１上に延在している。 図６は、蓋４６が開いた反応炉ハウジング２０の側面図であり、その中に配置されたプロセスチャンバ１９が示されている。 図７は、蓋が閉じた反応炉ハウジング２０の正面図であり、その中に配置されたプロセスチャンバ１９が示されている。 図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。 図９は、図８のIX−IX線に沿った断面図であり、プロセスチャンバハウジング１９に配置された基板キャリア１を視た図である。 図１０は、ガス入口プレート２４を視た図８のX−X線に沿った断面図である。 図１１は、プロセスチャンバハウジング１９の壁４８の内側のプロセスチャンバハウジング内部を視た図８のXI−XI線に沿った断面図である。 図１２は、図８のXII拡大断面図である。
本発明の実施形態の例について、添付の図面を参照して以下に説明する。
図面に示された反応炉ハウジングは、４つの側壁４４、４４’；４５、４５’を具備する直方体形状を有する。ハウジング上壁は、旋回可能な蓋４６を形成する。反応炉の動作中は、蓋４６が閉じられる。しかしながら、蓋は、作業目的のために開けることができる。
側壁４４、４４’；４５、４５’は、ダクト４７を有し、それらを通して側壁４４、４４’；４５、４５’をフラッシングするために冷却流体を流すことができる。
側壁４４の１つは、鉛直方向に延在する開口４３を有する。開口４３は、図示しないゲートバルブにより気密性をもって閉鎖することができる。それは搭載開口でも取出開口でもある。
反応炉ハウジング２０の内部には、プロセスチャンバハウジング１９があり、それもまた、鉛直方向に延在する搭載・取出開口２３を有する。プロセスチャンバハウジング１９は、その中に下方案内部材２１と上方案内部材２２を有する。双方の案内部材２１、２２は帯状であり、互いに対向する溝２１’、２２’を有する。２つのガス入口部材２４、２５が、プロセスチャンバの鉛直両側の境界となっている。１枚の基板キャリア１を、鉛直方向の搭載開口２３、４３を通してプロセスチャンバに挿入することができる。ここで、基板キャリア１の突出部（案内領域）１２が、案内部材２１、２２の溝２１’、２２’と係合する。直方体の反応炉ハウジング２０の６つの全ての壁が、冷却ダクト４７を有してもよく、それらを通して反応炉壁を冷却したり加熱したりするための熱移動流体を流すことができる。
基板キャリア１は平板状本体からなり、略長方形の輪郭を有する。それは２つの互いに反対向きの主面２、３を有し、それらはそれぞれ基板受容領域を有する。互いに反対向きの基板受容領域４、５は、略長方形の輪郭を有する。
図２は、基板受容領域４を具備する１つの主面２を示す。反対側に位置する主面３は、同様に基板受容領域５を形成されている。
基板キャリア１を構成する平板状本体は、１０mm未満の材料厚さを有する。基板キャリア１の縁の長さは少なくとも１００mmである。
基板受容領域５と一致している基板受容領域４は、２つの第１の縁４’を有する。第１の縁４’は仮想的な線で示している。基板受容領域４はさらに第２の縁を有し、それらは基板キャリア１の縁１１から形成されている。縁１１は面取りされている。
基板受容領域４、５の隅領域には、固定部材１４がある。それらの固定部材１４は、ナット１４’をもつ螺子として例示されている。しかしながら固定部材１４、１４’は、クランプ部材でもよい。これらの固定部材１４、１４’により、略長方形の基板６が２つの基板受容領域４、５の１つに装着される。基板６が２つの主面２、３の１つの上にそれぞれ置かれることにより、２つの互いに反対向きの基板受容領域４、５が、略長方形の基板６をそれぞれ担持する。その場合、基板６は、固定部材１４、１４’により基板キャリア１上に固定される。基板は石英、アルミニウム又はニッケル基板とすることができ、それは、基板表面の延在面から垂直方向に成長するカーボンからなるナノチューブでコーティングされる。
縁１１は、凹部１３を形成して突出部１２へと繋がっている。これらは、上述した案内突起のことである。これらは、基板キャリア１の縁部７の２つの端部により形成されている。縁部７は、２つの互いに反対側にある縁４’の各々にそれぞれ隣接し、縁部７はそれぞれ持ち手部を形成している。突出部１２は、基板キャリア１の延長面上に延在して端部を形成し、縁１１からは離間している。
２つの同じ形状の持ち手部７は、基板受容領域４、５の縁１１の各々を超えて延びる突出部１２を有するのみでなく、窓状の孔８、９、１０も有する。３つの長方形の孔であり、それらを通ってガスが流れることができるが、手動のマニピュレータのためにも利用できる。このために、孔８、９、１０は、把持孔として利用される。中央の長方形の孔は、マニピュレータアームの把手により把持されることができる。
図１に示すように、基板キャリア１は幾つかの孔１５、１６を有する。孔１６は、基板キャリア１に固定部材１４を固定するためのものである。孔１５もまた、固定部材のための装着孔として用いることができる。しかしながら孔１５は、ストッパ部材を備えることもできる。
図４は、基板キャリア１の第１の使用形態を示し、この場合、基板キャリア１はその互いに反対向きの主面２、３上にそれぞれ基板６を担持している。
図５は、基板キャリア１の第２の使用形態を示している。この場合、基板キャリア１により担持された基板６がフレキシブルである。この基板は２つの端部を具備し、それらが２つの基板受容領域４、５の各々に対応して配置され、そこで固定されている。基板６の中央部は、面取りされた縁１１上に密着している。それにより基板６は、縁１１の周りでＵ字状に折り曲げられている。
基板は、薄い銅、ニッケル又はアルミニウムの箔とすることができる。ガス入口部材２４により、プロセスガス（Ｈ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２又はＣ６Ｈ６）がプロセスチャンバに導入される。化学反応、特に触媒反応により、炭化水素が炭素に分解する。その過程で、熱分解の表面反応を生じてもよい。基板上にはグラフェンが堆積するか又はそこにナノチューブが堆積する。
反応炉ハウジング２０の内部は真空とされる。このために図示しない真空ポンプが動作する。
プロセスチャンバハウジング１９は６つの壁を有し、反応炉ハウジング２０における対応する壁４４、４４’；４５、４５’と壁４８、３１、４９、５０が平行に延在している。プロセスチャンバハウジング１９の壁は、反応炉ハウジング２０の壁から離間している。
プロセスチャンバハウジング１９の壁４８は、中空部２８を有する。これらの中空部２８は、ガス供給装置の一部である。中空部２８は、プロセスガスを外部から供給され、詳細については後述するが、プロセスガスは開口４０を通してプロセスチャンバハウジング１９内に流入することができる。２つの反対側にあるハウジング壁４８、４８’が設けられ、それらは複数の部品から構成されている。ハウジング壁４８’は、上述した搭載開口２３を有する。２つのハウジング壁４８、４８’は、それらのプロセスチャンバハウジング１９内に向いた側に、複数の互いに平行な、かつ鉛直方向に延在する保持凹部３４〜３８を有する。保持凹部３４〜３８はそれぞれ鉛直方向の溝から構成されている。保持凹部３４〜３８内に、プロセスチャンバハウジング１９の平板状部材２４、２５、２６、３０、３１の縁がある。中心面についてプロセスチャンバハウジング１９は面対称形状を有する。この中心面に、基板キャリア１が配置され、すなわち案内部材２１、２２及び３３が配置され、それらは基板キャリア１を保持するための溝２１’、２２’及び３３’を有する。
基板キャリア１の２つの主面の各々の上に、ガス入口部材がシャワーヘッドの形態でそれぞれ設けられている。各シャワーヘッドは、石英で作製されたガス入口プレート２４から形成され、それは２つの互いに対向する縁部により保持凹部３４に挿入されている。ガス入口プレート２４は、ガス入口プレート２４の面上に均一に分布して配置された多数のガス出口開口３９を有し、それらは、搬送ガスにより移送されるプロセスガスが、２つの互いに反対側にあるガス入口プレート２４の間に設けられたプロセスチャンバへ出る出口のためのものである。
ガス入口プレート２４の背面側にプロセスチャンバが位置することで一定の容積が存在し、そこに、上述したガス供給開口４０からプロセスガス又は搬送ガスが供給され、ガス出口開口３９を通ってプロセスチャンバに流入することができる。
ガス入口プレート２４と平行に、ガス入口部材の後壁２５が延在している。後壁２５の側縁は、保持凹部３５に挿入されている。
後壁２５の背面側には、別の石英プレート２６があり、その縁は保持凹部３６に挿入されている。
石英プレート２６の背面側に抵抗ヒーター２７がある。曲がりくねった形状で通っている金属プレートを含み、それにより電流が流れることができ、ヒーター要素２７を加熱可能である。石英からなるガス入口プレート２４、後壁２５及びプレート２６が、ヒーター要素２７から発生した赤外放射に対して実質的に透明であり、それは基板６を約１０００℃の基板温度に加熱することができる。２つのヒーター要素２７を駆動するために接続端子が設けられる。
ヒーター要素２７の背面側にシールドプレート２９があり、それは反射板としても機能することができる。シールドプレート２９は、ヒーター要素２７のホルダ上に固定され、
ホルダは電源供給のためにも機能する。
鉛直方向の縁に平行な壁４８、４８’に延在する保持凹部３７、３８には、反射板３０及び後壁３１の縁が挿入されている。
プロセスチャンバハウジング１９は、可動のカバー４９を有する。蓋が開いたときにカバー４９が動かされると、板２４、２５、２６、３０、３１をプロセスチャンバハウジング１９から上方に取り出すことができる。それらは、その後洗浄されるか交換される。同様に、板２４、２５、２６、３０、３１は、対応する保持凹部３４〜３８に再び容易に挿入される。
底板５０はガス出口開口４１を有し、開口３９を通ってプロセスチャンバに流入したガスはそこからプロセスチャンバを出て行くことができる。ガス出口開口４２も設けられ、それはパージガスの出口のために機能し、パージガスは２つのシャワーヘッドの外側の、ヒーター要素２７が設けられた空間に供給される。
上述した案内部材２１、２２、３３はそれぞれ溝状凹部２１’、２２’、３３’を有し、それらは丸みのある口領域により基板キャリア１の縁のための引っ掛かり面を形成する。
図９から、縁１１が挿入状態で自由であることが見て取れる。それらは案内部材２１、２２との間に隙間を空けている。
プロセスチャンバハウジング１９の搭載開口２３の前に、鉛直軸の周りで回転可能な反射板３２が設けられている。プロセスチャンバの稼働中、回転可能な反射板３２は、その反射面が搭載開口２３の前にある位置をとる。プロセスチャンバに搭載したり取り出したりするする場合、回転可能な反射板３２が旋回することにより、２つの互いに並んだ開口２３と４３は、基板キャリア１を通過させるために開放される。
以下は、本願全体として把握される発明を説明するために示したものであり、以下の特性の組合せによっても個別によっても少なくとも従来技術を凌駕するものである。すなわち：
装置は、第１の主面２及び第２の主面３の各々が基板受容領域４、５を有し、その基板受容領域内に固定部材１４、１４’、１５を設けられ、それらの固定部材を用いて基板６または基板６の一部をそれぞれ主面２、３上に固定可能であることを特徴とする。
装置は、基板１が特に石英から形成された平板状本体からなり、基板受容領域４、５が略長方形の輪郭を有し、平板状本体が特に最大１０mmの厚さと、少なくとも１００mmの縁の長さを有することを特徴とする。
装置は、基板受容領域４、５が２つの互いに反対側にある縁４’を有し、それらの縁上にそれぞれ一体的に持ち手部７を結合されていることを特徴とする。
装置は、持ち手部７が窓状の、特に長方形の孔８、９、１０を有することを特徴とする。
装置は、持ち手部７が突出部１２を有し、突出部は第１の縁４’に対して垂直に延在する基板受容領域４の第２の縁１１を超えて突出していることを特徴とする。
装置は、基板受容領域４、５の第２の縁１１の少なくとも１つが基板キャリア１の特に面取りされた周囲縁であり、その周りに沿ってフレキシブル基板６を折り畳み可能であり、基板６は２つの部分により基板受容領域４、５の各々上に固定可能であることを特徴とする。
装置は、第２の縁１１が、第２の縁１１に対して略平行に延在する突出部１２の周囲縁よりも後退位置にあることを特徴とする。
装置は、反応炉ハウジング２０が案内部材２１、２２、３３を有し、それらの案内部材に沿って基板キャリア１がその突出部１２によりスライド可能であり、特に突出部１２のみが案内部材２１、２２から形成される溝２１’、２２’、３３’内に係合されるように構成されていることを特徴とする。
装置は、基板キャリア１が、鉛直方向に延在する搭載開口２３を通して反応炉ハウジング２０の２つのガス入口部材２４の間の介在空間に鉛直方向に挿入可能であることを特徴とする。
全ての開示された特徴は、（それ自体についても、それらの互いの組合せについても）本発明において重要なものである。本願の開示には、関係する／添付の優先権書類の開示内容の全体が、本願の請求の範囲におけるこれらの書類の特徴を含める目的も合わせて、ここに含まれるものとする。従属項は、その特徴的構成により、従来技術に対する本発明の進展を独立して特徴付けるものであり、特に、これらの請求項に基づく分割出願を行うためのものである。
１ 基板キャリア
２、３ 主面
４、５ 基板受容領域
４’、５’ 縁
６ 基板
７ 縁部／持ち手部
８、９、１０ 孔
１１ 縁
１２ 突出部／案内部
１３ 凹部
１４ 固定部材／螺子
１４’ 固定部材／ナット
１５、１６ 孔
１９ プロセスチャンバハウジング
２０ 反応炉ハウジング
２１ 案内部材
２１’ 溝、凹部
２２ 案内部材
２２’ 溝
２３ 搭載／取出開口
２４ ガス入口部材、ガス入口プレート
２５ 後壁
２６ 石英プレート
２７ ヒーター要素
２８ ガス供給装置／中空部
２９ 正面プレート
３０ 反射板
３１ 後壁
３２ 回転可能反射板
３３ 案内部材
３３’ 溝、凹部
３４、３５、３６、３７、３８ 保持凹部
３９ ガス出口開口
４０ ガス供給開口
４１、４２ ガス出口開口
４３ 搭載開口
４４、４４’、４５、４５’ 壁
４６ 壁、蓋
４７ 冷却ダクト
４８、４８’ ハウジング壁
４９ カバー
５０ 底板

Claims (10)

  1. ＣＶＤ反応炉又はＰＶＤ反応炉に配置するための基板キャリア（１）であって、カーボンナノチューブ及びグラフェンの堆積のためのものを含み、コーティングされる基板（６）を受容するための第１の主面（２）と前記第１の主面（２）とは反対向きの第２の主面（３）とを有し、前記第１の主面（２）及び前記第２の主面（３）はそれぞれ基板受容領域（４、５）を有し、該基板受容領域（４、５）内に固定部材（１４、１４’、１５）が設けられ、該固定部材（１４、１４’、１５）の各々を用いて基板（６）又は基板（６）の一部を前記主面（２、３）上に固定可能である、基板キャリア（１）において、
    前記基板キャリア（１）が平板状本体からなりかつ前記基板受容領域（４、５）が２つの互いに反対側にある第１の縁（４’）と、前記第１の縁（４’）に対して垂直に延在する２つの第２の縁（１１）を有し、
    前記第１の縁（４’）の各々に直接隣接する端部として、２つの持ち手部（７）の各々が結合しており、
    前記２つの持ち手部（７）の各々は、前記基板キャリア（１）の延長面内に延在する案内部として、前記２つの第２の縁（１１）をそれぞれ超えて突出する２つの突出部（１２）を形成されている、基板キャリア。
  2. 前記基板キャリア（１）が石英からなることを特徴とする請求項１に記載の基板キャリア。
  3. 前記基板受容領域（４、５）が略長方形の輪郭を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板キャリア。
  4. 前記平板状本体が、最大１０mmの厚さと、少なくとも１００mmの縁の長さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板キャリア。
  5. 前記持ち手部（７）が、窓状の、長方形の孔（８、９、１０）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板キャリア。
  6. 前記基板受容領域（４、５）の第２の縁（１１）の少なくとも１つが、前記基板キャリア（１）の面取りされた周囲縁であり、その周りに沿ってフレキシブル基板（６）を折り畳み可能であり、前記基板（６）は２つの部分により基板受容領域（４、５）の各々の上に固定可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板キャリア。
  7. 前記第２の縁（１１）は、該第２の縁（１１）に対して略平行に延在する突出部（１２）の周囲縁よりも後退位置にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基板キャリア。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の基板キャリア（１）と反応炉ハウジング（２０）とを備えたＣＶＤ反応炉であって、反応炉ハウジング（２０）が案内部材（２１、２２、３３）を有し、それらの案内部材に沿って基板キャリア（１）がその突出部１２によりスライド可能であることを特徴とするＣＶＤ反応炉。
  9. 前記突出部（１２）のみが、案内部材（２１、２２、３３）に形成された溝（２１’、２２’、３３’）に係合されるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のＣＶＤ反応炉。
  10. 前記基板キャリア（１）が、鉛直方向に延在する搭載開口（２３）を通して反応炉ハウジング（２０）の２つのガス入口部材（２４）の間の介在空間に鉛直方向に挿入可能である請求項８又は９に記載のＣＶＤ反応炉。
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