KR100687010B1 - Apparatus and method for synthesizing carbon nanotube using low temerature - Google Patents

Apparatus and method for synthesizing carbon nanotube using low temerature Download PDF

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Abstract

An apparatus for synthesizing carbon nano tubes at a low temperature is provided to reduce a temperature variation of a process gas by installing plural heaters in one chamber. A shower head(106) receives a process gas from a gas supply source(102). A chamber(104) is loaded with a substrate(11), and receives the process gas from the shower head to synthesize carbon nano tubes on the substrate. A reflective plate(110) divides the chamber into first and the second regions(120,122) and transfers the process gas from the first region to the second region. A first heater(108) is provided on one side of the first region of the chamber, and a second heater(114) is provided on one side of the second region, thereby heating the substrate.

Description

저온을 이용한 탄소나노튜브 합성 장치{APPARATUS AND METHOD FOR SYNTHESIZING CARBON NANOTUBE USING LOW TEMERATURE}Carbon nanotube synthesis device using low temperature {APPARATUS AND METHOD FOR SYNTHESIZING CARBON NANOTUBE USING LOW TEMERATURE}

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구성을 도시한 도면;1 is a view showing the configuration of a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the prior art;

도 2는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구성을 도시한 도면; 그리고2 is a view showing the configuration of a carbon nanotube synthesis apparatus according to another embodiment of the prior art; And

도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구성을 도시한 도면이다.3 is a view showing the configuration of a carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 탄소나노튜브 합성 장치 102 : 가스 공급원100: carbon nanotube synthesis apparatus 102: gas supply source

104 : 챔버 106 : 샤워헤드104: chamber 106: showerhead

108 : 할로겐 램프 110 : 반사판108: halogen lamp 110: reflector

112 : 기판 114 : 저항성 히터112: substrate 114: resistive heater

116 : 테이블 118 : 가스 배기구116: table 118: gas exhaust

120 : 제 1 영역 122 : 제 2 영역120: first region 122: second region

본 발명은 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 소다라임 유리기판을 사용하기 위한 저온 합성의 탄소나노튜브 합성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube synthesizing apparatus, and more particularly, to a carbon nanotube synthesizing apparatus for low temperature synthesis and a method for using a soda lime glass substrate.

일반적으로 탄소나노튜브를 합성하는 기술은 전기 방전법, 레이저 증착법, 열화학 기상 증착법 및 플라즈마 화학 기상 증착법 등이 있다.In general, technologies for synthesizing carbon nanotubes include electric discharge, laser deposition, thermochemical vapor deposition, and plasma chemical vapor deposition.

예를 들어, 열화학 기상 증착법은 고온의 반응로 안에 탄소 성분의 가스를 흘려주면서 탄소나노튜브를 자연 생성하는 방법이다. 이 방법은 촉매와 함께 약 600 ~ 1000 ℃의 고열이 사용된다.For example, thermochemical vapor deposition is a method of naturally producing carbon nanotubes while flowing a carbon-based gas into a high temperature reactor. This method uses a high heat of about 600-1000 ° C. with a catalyst.

또, 플라즈마 화학 기상 증착법은 열화학 기상 증착법과 유사한 방법이지만, 합성시 온도를 낮추기 위해 고주파 전원으로 플라즈마를 발생시켜 반응 가스를 분해시킨다. 이 방법에 의하면, 약 400 ~ 500 ℃의 낮은 온도에서도 탄소나노튜브를 생산할 수 있다.The plasma chemical vapor deposition method is similar to the thermochemical vapor deposition method, but in order to lower the temperature during synthesis, plasma is generated by a high frequency power source to decompose the reaction gas. According to this method, carbon nanotubes can be produced even at a low temperature of about 400 to 500 ° C.

열화학 기상 증착법을 이용한 탄소나노튜브 합성 장치는 예를 들어, 2001년 6월 15일자로 공개된 국내등록 특허공보 제 334351 호의 '저온 열화학 기상 증착 장치 및 이를 이용한 탄소나노튜브의 저온 합성 방법' 등 다양하게 공개되어 있다.Carbon nanotube synthesis apparatus using the thermochemical vapor deposition method, for example, a low temperature thermochemical vapor deposition apparatus and low-temperature synthesis method of carbon nanotubes using the same in Korea Patent Publication No. 334351 published on June 15, 2001 It is open to the public.

이러한 종래 기술의 저온을 이용한 열화학 기상 증착 장치가 도 1에 도시되어 있다.This prior art thermochemical vapor deposition apparatus using a low temperature is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 열화학 기상 증착 장치(2)는 석영으로 이루어지는 반응 튜브(10)를 포함한다. 반응 튜브(10)는 그 길이 방향에 따라 2 개의 영역, 즉 고온 영역 및 저온 영역으로 구분된다.Referring to FIG. 1, the thermochemical vapor deposition apparatus 2 includes a reaction tube 10 made of quartz. The reaction tube 10 is divided into two regions, that is, a high temperature region and a low temperature region, along its longitudinal direction.

반응 튜브(10)의 가스 입구(12) 측 외주에는 제 1 저항 발열체(24)가 설치되어 있다. 반응 튜브(10) 내에서 가스 입구(12) 측에 인접한 고온 영역은 제 1 저항 발열체(24)에 의하여 비교적 고온인 제 1 온도(T1)로 유지된다.The 1st resistance heating body 24 is provided in the outer periphery of the gas inlet 12 side of the reaction tube 10. The high temperature region adjacent to the gas inlet 12 side in the reaction tube 10 is maintained at a relatively high first temperature T1 by the first resistance heating element 24.

또한, 반응 튜브(10)의 배기구(14) 측 외주에는 제 2 저항 발열체(26)가 설치되어 있다. 반응 튜브(10) 내에서 배기구(14) 측에 인접한 저온 영역은 제 2 저항 발열체(26)에 의하여 제 1 온도(T1)보다 낮은 제 2 온도(T2)로 유지된다.In addition, a second resistance heating element 26 is provided on the outer periphery of the exhaust port 14 side of the reaction tube 10. The low temperature region adjacent to the exhaust port 14 side in the reaction tube 10 is maintained at the second temperature T2 lower than the first temperature T1 by the second resistance heating element 26.

제 1 저항 발열체(24)와 제 2 저항 발열체(26)는 단열재(22)를 사이에 두고 서로 격리되어 있다. 이 때, 제 1 저항 발열체(24)는 반응 튜브(10) 내의 고온 영역의 온도를 약 700 ∼ 1000 ℃의 범위로 유지시키도록 온도 조절되고, 제 2 저항 발열체(26)는 반응 튜브(10) 내의 저온 영역의 온도를 약 450 ∼ 650 ℃의 범위로 유지시키도록 온도 조절된다.The 1st resistance heating body 24 and the 2nd resistance heating body 26 are isolate | separated from each other with the heat insulating material 22 in between. At this time, the first resistance heating element 24 is temperature-controlled to maintain the temperature of the high temperature region in the reaction tube 10 in the range of about 700 to 1000 ° C., and the second resistance heating element 26 is the reaction tube 10. The temperature is controlled to maintain the temperature of the low temperature region in the range of about 450 to 650 ° C.

가스 입구(12)를 통하여 반응 튜브(10) 내로 유입되는 반응 가스는 반응 튜브(10) 내의 고온 영역 및 저온 영역을 순차적으로 거치고, 반응 튜브(10)의 배기구(14)를 통하여 밖으로 배출된다. 따라서 반응 튜브(10)는 저온 영역에 다수의 기판(30)이 로딩된 석영 보트(4)가 재치된다. 이 때, 반응 가스는 반응 튜브(10) 내의 고온 영역에서 열분해되고, 이 열분해된 반응 가스가 반응 튜브(10)의 저온 영역으로 이동하게 되면, 저온 영역에서 탄소나노튜브의 합성이 이루어지게 된다.The reaction gas flowing into the reaction tube 10 through the gas inlet 12 sequentially passes through the high temperature region and the low temperature region in the reaction tube 10 and is discharged out through the exhaust port 14 of the reaction tube 10. Therefore, the reaction tube 10 has a quartz boat 4 loaded with a plurality of substrates 30 in a low temperature region. At this time, the reaction gas is pyrolyzed in the high temperature region of the reaction tube 10, and when the pyrolyzed reaction gas is moved to the low temperature region of the reaction tube 10, the carbon nanotubes are synthesized in the low temperature region.

그러나 저온을 이용하는 열화학 기상 증착 장치 즉, 탄소나노튜브 합성 장치는 탄소함유 가스를 분해할 수 있는 고온 영역의 저항성 히터(resistive heater)를 이용하기 때문에 승온 속도 또는 저온으로의 냉각 과정에서 많은 시간이 소요된다.However, a thermochemical vapor deposition apparatus using a low temperature, that is, a carbon nanotube synthesis apparatus uses a resistive heater in a high temperature region capable of decomposing carbon-containing gas, and thus takes a long time in a temperature rising rate or cooling to a low temperature. do.

다른 예로서, 도 2를 참조하면, 탄소나노튜브 합성 장치(40)는 하나의 진공 챔버(42)와, 진공 챔버(42) 상부에 구비되어 가스를 가열하는 적외선 램프(41) 및, 진공 챔버(42) 하부에 구비되어 기판(50)이 안착되는 플레이트(44)를 포함한다. 그리고 진공 챔버(42) 하부에는 기판(50)보다 낮은 위치에 가스 공급구(46)와 다수의 배출구(48)가 구비된다. 적외선 램프(41)는 예컨대 할로겐 램프(halogen lamp)로 구비된다.As another example, referring to FIG. 2, the carbon nanotube synthesizing apparatus 40 includes a vacuum chamber 42, an infrared lamp 41 disposed above the vacuum chamber 42 to heat a gas, and a vacuum chamber. The plate 44 is provided below the plate 44 on which the substrate 50 is seated. In addition, a gas supply port 46 and a plurality of discharge ports 48 are provided at a lower position than the substrate 50 under the vacuum chamber 42. The infrared lamp 41 is provided with, for example, a halogen lamp.

이 탄소나노튜브 합성 장치(40)는 진공 챔버(42)의 상부에 기판(50)에 대향하여 적외선 램프(41)를 배치하고, 가열 효율 및 탄소나노튜브의 합성 속도를 높이기 위해 진공 챔버(42)의 내벽을 경면 처리하여 동시에 냉각이 가능하게 구비된다.The carbon nanotube synthesizing apparatus 40 arranges the infrared lamp 41 on the upper side of the vacuum chamber 42 to face the substrate 50, and increases the heating efficiency and the synthesis rate of the carbon nanotubes. Mirror surface treatment of the inner wall) is provided to enable cooling at the same time.

그리고 가스 공급구(46)는 예를 들어, 탄소함유 가스와 수소 가스의 공급을 기판보다 낮은 위치에서 공급하고, 가스 분사 노즐(미도시됨)을 구비하여 분사 노즐의 수에 따라 가스의 흐름을 조절한다.In addition, the gas supply port 46 supplies, for example, a supply of carbon-containing gas and hydrogen gas at a lower position than the substrate, and includes a gas injection nozzle (not shown) to control the flow of the gas according to the number of injection nozzles. Adjust

그러나 하나의 진공 챔버(42)를 이용함으로 탄소함유 가스를 분해하는 영역과 탄소나노튜브가 합성되는 영역이 동일하기 때문에 합성 온도가 높다. 또한 할로겐 램프를 사용하기 때문에 15 인치 이상의 면적에서 온도의 균일성을 확보하기가 어렵다.However, the synthesis temperature is high because the region in which the carbon-containing gas is decomposed and the region in which the carbon nanotubes are synthesized are the same by using one vacuum chamber 42. In addition, since halogen lamps are used, it is difficult to ensure temperature uniformity in an area of 15 inches or more.

상술한 바와 같이, 종래 기술의 열화학 기상 증착 장치는, 온도를 조절하기 위하여 복수 개의 저항 발열체 등의 저항성 히터 또는 적외선을 발생시키는 할로겐 램프를 사용한다. 따라서 종래 기술의 탄소나노튜브 합성 장치는 변형 온도가 낮은 소다라임(soda lime silicate) 유리기판을 사용하여 탄소나노튜브를 합성할 경우, 약 600 ℃ 이상의 높은 열 에너지가 필요하게 되므로, 약 520 ℃에서부터 변형이 일어나기 시작하는 소다라임 유리기판을 사용할 수 없다.As described above, the conventional thermochemical vapor deposition apparatus uses a resistive heater such as a plurality of resistive heating elements or a halogen lamp for generating infrared rays in order to adjust the temperature. Therefore, the carbon nanotube synthesis apparatus of the prior art, when synthesizing carbon nanotubes using a soda lime silicate glass substrate having a low deformation temperature requires high thermal energy of about 600 ℃, from about 520 ℃ It is not possible to use soda-lime glass substrates where deformation starts to occur.

본 발명의 목적은 소다라임 유리기판을 이용하여 저온 합성하는 탄소나노튜브 합성 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a carbon nanotube synthesis apparatus for low-temperature synthesis using a soda lime glass substrate.

본 발명의 다른 목적은 탄소함유가스를 분해하기 위해 가열하고, 탄소나노튜브를 형성하기 위해 가열하는 온도들의 변화를 줄여서 탄소나노튜브 합성 시간을 최소화하기 위한 탄소나노튜브 합성 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a carbon nanotube synthesizing apparatus for minimizing carbon nanotube synthesis time by reducing a change in temperatures for heating to decompose a carbon-containing gas and heating to form carbon nanotubes.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 챔버 내에 서로 다른 온도의 영역을 구비하기 위해 서로 다른 히터 장치들을 구비하는 탄소나노튜브 합성 장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a carbon nanotube synthesis apparatus having different heater devices in order to have different temperature regions in one chamber.

상기 목적들을 달성하기 위한, 탄소나노튜브 합성 장치는 하나의 챔버에 서로 다른 온도로 가열되는 제 1 및 제 2 영역들로 구비하고, 제 1 및 제 2 영역을 서로 다른 온도로 각각 가열하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 탄소나노튜브 합성 장치는 탄소나노튜브 분해 및 합성을 위한 영역에서의 온도 변화를 줄일 수 있어 저온 합성이 가능하다. In order to achieve the above objects, a carbon nanotube synthesizing apparatus is provided with first and second regions which are heated to different temperatures in one chamber, and each of the first and second regions is heated to different temperatures. There is a characteristic. Thus, the carbon nanotube synthesis apparatus can reduce the temperature change in the area for carbon nanotube decomposition and synthesis, so that low-temperature synthesis is possible.

본 발명의 탄소나노튜브 합성 장치는, 탄소 성분이 함유된 공정 가스를 공급하는 가스 공급원으로부터 상기 공정 가스를 받아서 균일하게 분사하는 샤워헤드와; 기판이 로딩되고, 상기 샤워헤드로부터 상기 분사된 공정 가스를 받아서 상기 기판에서 탄소나노튜브를 합성하는 챔버와; 상기 챔버를 제 1 및 제 2 영역으로 분할하고, 상기 제 1 영역에서의 상기 공정 가스의 열효율을 증가시키고, 상기 공정 가스를 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동되도록 구비하는 반사판과; 상기 챔버의 상기 제 1 영역 일측에 구비되어 적외선으로 상기 공정 가스를 제 1의 온도로 가열하여 분해시키는 제 1 히터 및; 상기 챔버의 상기 제 2 영역에 구비되어 상기 기판을 상기 제 1의 온도보다 낮은 제 2의 온도로 가열하여 상기 기판의 온도를 균일하게 하는 제 2 히터를 포함하되; 상기 반사판은 상기 제 1 히터로부터 발생되는 적외선을 상기 기판으로 전달되지 않도록 차단하여 상기 공정 가스의 열효율을 증가시킨다.The carbon nanotube synthesizing apparatus of the present invention comprises: a shower head which receives the process gas uniformly from a gas supply source for supplying a process gas containing a carbon component; A chamber loaded with a substrate and receiving the injected process gas from the shower head to synthesize carbon nanotubes on the substrate; A reflecting plate that divides the chamber into first and second regions, increases the thermal efficiency of the process gas in the first region and moves the process gas from the first region to the second region; A first heater provided at one side of the first region of the chamber to decompose and heat the process gas to a first temperature by infrared rays; A second heater provided in the second region of the chamber to heat the substrate to a second temperature lower than the first temperature to uniformize the temperature of the substrate; The reflector may block infrared rays generated from the first heater from being transmitted to the substrate to increase thermal efficiency of the process gas.

한 실시예에 있어서, 상기 기판은 소다라임 유리기판이다.In one embodiment, the substrate is a soda lime glass substrate.

다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 히터는 할로겐 램프로 구비되며, 상기 제 2 히터는 저항성 히터로 구비된다.In another embodiment, the first heater is provided with a halogen lamp, the second heater is provided with a resistive heater.

다른 실시예에 있어서, 상기 반사판은; 가장자리가 상기 챔버 내측에 결합되고, 상기 공정 가스를 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로 이동되도록 중앙부가 오픈되어, 상기 가장자리에 의해 상기 제 1 히터로부터 발생되는 적외선이 상기 기판으로 침투되지 않도록 차단한다.In another embodiment, the reflector plate; An edge is coupled inside the chamber, and a central portion is opened to move the process gas from the first region to the second region, thereby blocking infrared rays generated from the first heater from penetrating the substrate by the edge. do.

또, 다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 히터는 상기 제 1 영역을 600 ℃ 이하의 온도로 가열하고, 상기 제 2 히터는 상기 제 2 영역을 450 ℃ 이하의 온도로 가열한다.In another embodiment, the first heater heats the first region to a temperature of 600 ° C. or less, and the second heater heats the second region to a temperature of 450 ° C. or less.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the components in the drawings, etc. have been exaggerated to emphasize a more clear description.

이하 첨부된 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구성을 도시한 도면이다.3 is a view showing the configuration of a carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention.

도 3을 참조하면, 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 상부에 가스 공급구(gas inlet)(102)와 하부에 가스 배기구(gas outlet)(118)를 구비하는 챔버(104)와, 챔버(104) 내부를 제 1 및 제 2 영역(120, 122)으로 분할하는 반사판(reflector)(110)과, 챔버(104) 내부에 구비되어 탄소함유 가스를 분해하기 위해 제 1 영역(120)을 가열하는 제 1 히터(108) 및, 기판(112)이 로딩되는 테이블(척, 플레이트 또는 서셉터)(116)에 구비되어 로딩된 기판(112)을 제 1 히터(108)보다 낮은 온도로 가열하는 제 2 히터(114)를 포함한다. 또한 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 챔버(104) 상부에 구비되어 공정 가스(예컨대, 탄소함유 가스)를 챔버(104)로 공급하는 가스 공급원(미도시됨)과, 가스 공급원으로부터 공정 가스를 받아서 챔버(104)로 균일하게 분사하는 샤워헤드(106)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the carbon nanotube synthesis apparatus 100 includes a chamber 104 having a gas inlet 102 at an upper portion thereof and a gas outlet 118 at a lower portion thereof. 104 is provided with a reflector 110 for dividing the interior into first and second regions 120 and 122, and the first region 120 is heated inside the chamber 104 to decompose the carbonaceous gas. The first heater 108 and a table (chuck, plate or susceptor) 116 to which the substrate 112 is loaded are provided to heat the loaded substrate 112 to a lower temperature than the first heater 108. And a second heater 114. In addition, the carbon nanotube synthesizing apparatus 100 is provided above the chamber 104 to supply a process gas (for example, a carbon-containing gas) to the chamber 104 (not shown) and a process gas from the gas source. A showerhead 106 that receives and uniformly sprays the chamber 104.

제 1 히터(108)는 챔버(104) 내부의 제 1 영역(120) 일측에 구비되어 적외선으로 탄소함유 가스를 제 1의 온도로 가열하여 분해시킨다. The first heater 108 is provided at one side of the first region 120 inside the chamber 104 to decompose the carbon-containing gas by heating to a first temperature with infrared light.

제 2 히터(114)는 챔버(104)의 제 2 영역(122) 즉, 플레이트(116)에 구비되어 로딩된 기판(112)을 제 1의 온도보다 낮은 제 2의 온도로 가열하여 기판(112)의 온도를 균일하게 유지시킨다.The second heater 114 heats the substrate 112 provided in the second region 122 of the chamber 104, that is, the plate 116, to a second temperature lower than the first temperature to heat the substrate 112. Keep the temperature uniformly.

예컨대, 제 1 히터(108)는 할로겐 램프(halogen lamp)로 구비하여 탄소나노튜브(CNT) 합성 전에 챔버(104) 내부의 제 1 영역(120)을 약 600 ℃ 이하로 가열하여 단시간 내에 탄소함유 가스를 분해한다. 이어서 분해된 탄소함유 가스는 기판(112)의 온도를 균일하게 하는 제 2 히터(114) 예컨대, 저항성 히터(resistive heater)로 기판(112)을 약 450 ℃ 이하로 가열하여 합성 기판으로 이동하여 탄소나노튜브를 합성한다.For example, the first heater 108 may include a halogen lamp to heat the first region 120 inside the chamber 104 to about 600 ° C. or less before the carbon nanotube (CNT) synthesis. Decompose the gas. The decomposed carbon-containing gas is then moved to the composite substrate by heating the substrate 112 to about 450 ° C. or less with a second heater 114, for example, a resistive heater, which makes the temperature of the substrate 112 uniform. Synthesize nanotubes.

기판(112)은 제 2 히터(114)에 의해 약 450 ℃ 이하로 가열되기 때문에 녹는점이 낮은 예컨대, 소다라임(sodalime silicate) 유리기판으로 사용 가능하다. 이 경우 챔버(104)는 탄소함유 가스가 기판(112) 내의 촉매(미도시됨)와 결합이 잘 이루어질 수 있는 분위기를 갖추며, 15 인치 이상의 면적에서도 탄소나노튜브의 합성이 가능하다.Since the substrate 112 is heated to about 450 ° C. or less by the second heater 114, the substrate 112 may be used as, for example, a sodalime silicate glass substrate having a low melting point. In this case, the chamber 104 has an atmosphere in which a carbon-containing gas can be easily combined with a catalyst (not shown) in the substrate 112, and the carbon nanotubes can be synthesized in an area of 15 inches or more.

챔버(104)는 반사판(110)에 의해 가스 공급구(102) 쪽에 인접하여 가스 공급구(102)로부터 공급되는 탄소함유 가스를 열 분해시키기 위한 제 1 영역(120)과, 탄소나노튜브를 합성하는 제 2 영역(122)으로 분할되며, 제 1 영역(120)은 할로겐 램프(108)를 이용하여 가열되고, 제 2 영역(122)은 저항성 히터(114)를 이용하여 합성시키고자 하는 기판(112)의 온도 균일성을 잃지 않도록 유지한다.The chamber 104 synthesizes the carbon nanotubes and the first region 120 for thermally decomposing the carbon-containing gas supplied from the gas supply port 102 adjacent to the gas supply port 102 by the reflector 110. Is divided into a second region 122, the first region 120 is heated using a halogen lamp 108, and the second region 122 is a substrate to be synthesized using a resistive heater 114. Maintain the temperature uniformity of 112) without losing it.

반사판(110)은 가장자리가 챔버(104) 내측과 결합되어 챔버(104) 내부를 제 1 및 제 2 영역(120, 122)으로 분할하고, 제 1 영역(120)에서 제 1 히터(108)로부터 발생되는 적외선을 기판(112) 방향으로 전달되지 않도록 차단하여 탄소함유 가 스의 열효율을 증가시키고, 분해된 탄소함유 가스를 제 1 영역(120)에서 제 2 영역(122)으로 원할하게 이동되도록 중앙부가 오픈된다.The reflector plate 110 has an edge coupled to the inside of the chamber 104 to divide the interior of the chamber 104 into first and second regions 120 and 122 and from the first heater 108 in the first region 120. By blocking the generated infrared rays from being transmitted toward the substrate 112, the thermal efficiency of the carbon-containing gas is increased, and the center portion is moved to smoothly move the decomposed carbon-containing gas from the first region 120 to the second region 122. Is open.

그러므로 제 1 영역(120)의 할로겐 램프(108)는 빠른 승온 속도와, 저온으로의 빠른 냉각 속도 때문에 탄소나노튜브의 연속적인 합성 공정이 가능하며, 할로겐 램프(108)에서 발생되는 적외선이 기판(112) 방향으로 침투되는 것을 방지하고, 탄소함유 가스의 분해 효율을 높이기 위해 반사판(110)을 설치한다.Therefore, the halogen lamp 108 of the first region 120 is capable of a continuous synthesis process of carbon nanotubes due to the high temperature rise rate and the fast cooling rate to low temperature, and the infrared rays generated from the halogen lamp 108 The reflection plate 110 is installed to prevent penetration in the direction 112 and to increase the decomposition efficiency of the carbon-containing gas.

제 1 영역(120)에서 분해된 탄화 가스는 제 2 영역(122)으로 이동되는 과정에서 온도 차이가 심하게 되면 분해된 탄소함유 가스의 평균 자유 경로가 짧아지는 결과를 가져오게 되며, 이로 인하여 챔버(104)의 측벽이 오염될 소지가 있다. 따라서 본 발명은 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 챔버(104)의 제 1 영역(120)에서 분해된 탄소함유 가스가 온도가 약 450 ℃ 이하가 되는 낮은 온도의 제 2 영역(122)에서 합성이 가능하다.When the carbonized gas decomposed in the first region 120 is moved to the second region 122, if the temperature difference is severe, the average free path of the decomposed carbon-containing gas is shortened. The side wall of 104 may be contaminated. Accordingly, in the present invention, the carbon nanotube synthesizing apparatus 100 synthesizes the carbon-containing gas decomposed in the first region 120 of the chamber 104 in the second region 122 having a low temperature such that the temperature is about 450 ° C. or less. This is possible.

가스 공급구(102)와 기판(112) 사이에 할로겐 램프(108)를 두어 약 600 ℃ 이하에서 탄소함유가스를 분해한다. 이 때, 할로겐 램프(108)와 저항성 히터(114) 사이에 반사판(110)를 두어 반사되는 적외선을 통해 제 1 영역(120)에서의 탄소함유 가스의 분해를 위한 열 효율을 높이며 기판(112)으로의 열 전달이 이루어 지지 못하도록 막는 역할을 한다.A halogen lamp 108 is placed between the gas supply port 102 and the substrate 112 to decompose the carbonaceous gas at about 600 ° C. or less. In this case, the reflector 110 is disposed between the halogen lamp 108 and the resistive heater 114 to increase the thermal efficiency for the decomposition of the carbon-containing gas in the first region 120 through the reflected infrared rays, and the substrate 112. This prevents heat transfer to the system.

분해된 탄소함유 가스는 제 1 영역(120)에서의 온도와 기판(112) 사이의 온도 차이가 심하지 않기 때문에 탄소함유 가스가 제 2 영역(122)까지 이동 후 기판(112)에서 탄소나노튜브를 형성한다.Since the decomposed carbon-containing gas does not have a significant temperature difference between the temperature in the first region 120 and the substrate 112, the carbon-containing gas moves to the second region 122 and then removes the carbon nanotubes from the substrate 112. Form.

이어서 반응 가스의 배기구(118)는 챔버(104) 하단부에 복수 개(예를 들어, 3 개 지점) 구비하고, 배기 라인을 통해 배기함으로써 제 1 및 제 2 영역(120, 122) 간에 가스의 압력 차이가 발생되지 않도록 하여 공정 가스의 흐름이 원활하게 한다.Subsequently, the exhaust port 118 of the reaction gas is provided at the lower end of the chamber 104 (for example, three points), and the pressure of the gas between the first and second regions 120 and 122 is exhausted through the exhaust line. The flow of process gas is smoothed by making no difference.

또한, 저항성 히터(114)는 탄소나노튜브가 합성되는 기판(112) 예컨대, 소다라임 유리기판의 변형 온도 보다 낮게 유지하며, 제 1 영역(12)에서 승온 및 제 2 영역(122)에서 냉각 속도가 빠른게 진행되므로 탄소나노튜브의 연속적인 합성 공정이 가능하다.In addition, the resistive heater 114 maintains lower than the deformation temperature of the substrate 112, for example, soda-lime glass substrate, on which the carbon nanotubes are synthesized, and increases the temperature in the first region 12 and the cooling rate in the second region 122. Because of the rapid progress, the continuous synthesis process of carbon nanotubes is possible.

이상에서, 본 발명에 따른 저온 합성을 이용하는 탄소나노튜브 합성 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.In the above, the configuration and operation of the carbon nanotube synthesis apparatus using a low-temperature synthesis according to the present invention has been shown in accordance with the detailed description and drawings, but this is only described by way of example, within the scope not departing from the technical spirit of the present invention Many variations and modifications are possible.

상술한 바와 같이, 본 발명의 탄소나노튜브 합성 장치는 하나의 챔버에 서로 다른 온도를 가열하는 복수개의 히터들을 구비하고, 공정 가스의 온도 변화를 줄임으로써, 저온을 이용하여 탄소나노튜브 합성이 가능하다.As described above, the carbon nanotube synthesis apparatus of the present invention includes a plurality of heaters for heating different temperatures in one chamber, and by reducing the temperature change of the process gas, carbon nanotube synthesis is possible using low temperature. Do.

또, 저온으로 탄소나노튜브를 합성함으로써, 소다라임 유리기판을 이용하여 15 인치 이상의 면적에서 탄소나노튜브를 합성할 수 있다.Also, by synthesizing carbon nanotubes at low temperature, carbon nanotubes can be synthesized in an area of 15 inches or more using a soda lime glass substrate.

또, 복수 개의 히터들을 이용하여 탄소함유 가스의 분해 및 저온으로의 냉각 속도를 빠르게 함으로써, 탄소나노튜브 합성의 소요 시간을 줄일 수 있다.In addition, by using a plurality of heaters to accelerate the decomposition of the carbon-containing gas and the cooling rate to a low temperature, it is possible to reduce the time required for carbon nanotube synthesis.

또한, 하나의 챔버 내부를 반사판을 이용하여 복수 개의 영역으로 분할하고, 서로 다른 온도로 가열하여 공정 가스의 흐름을 원할하게 함으로써, 탄소나노튜브 합성이 용이하다.In addition, carbon nanotubes are easily synthesized by dividing the inside of one chamber into a plurality of regions by using a reflecting plate and heating the process gas to different temperatures.

Claims (6)

탄소나노튜브 합성 장치에 있어서:In the carbon nanotube synthesis apparatus: 탄소 성분이 함유된 공정 가스를 공급하는 가스 공급원으로부터 상기 공정 가스를 받아서 균일하게 분사하는 샤워헤드와;A showerhead which receives the process gas uniformly from a gas supply source supplying a process gas containing a carbon component and uniformly sprays the process gas; 기판이 로딩되고, 상기 샤워헤드로부터 상기 분사된 공정 가스를 받아서 상기 기판에서 탄소나노튜브를 합성하는 챔버와;A chamber loaded with a substrate and receiving the injected process gas from the shower head to synthesize carbon nanotubes on the substrate; 상기 챔버를 제 1 및 제 2 영역으로 분할하고, 상기 제 1 영역에서의 상기 공정 가스의 열효율을 증가시키고, 상기 공정 가스를 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동되도록 구비하는 반사판과;A reflecting plate that divides the chamber into first and second regions, increases the thermal efficiency of the process gas in the first region and moves the process gas from the first region to the second region; 상기 챔버의 상기 제 1 영역 일측에 구비되어 적외선으로 상기 공정 가스를 제 1의 온도로 가열하여 분해시키는 제 1 히터 및A first heater provided at one side of the first region of the chamber to decompose and heat the process gas to a first temperature by infrared rays; 상기 챔버의 상기 제 2 영역에 구비되어 상기 기판을 상기 제 1의 온도보다 낮은 제 2의 온도로 가열하여 상기 기판의 온도를 균일하게 하는 제 2 히터를 포함하되;A second heater provided in the second region of the chamber to heat the substrate to a second temperature lower than the first temperature to uniformize the temperature of the substrate; 상기 반사판은 상기 제 1 히터로부터 발생되는 적외선을 상기 기판으로 전달되지 않도록 차단하여 상기 공정 가스의 열효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The reflector is a carbon nanotube synthesis device, characterized in that to block the infrared rays generated from the first heater not to be transmitted to the substrate to increase the thermal efficiency of the process gas. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 소다라임(soda lime silicate) 유리기판인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The substrate is a carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that the soda lime silicate glass substrate. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 1 히터는 할로겐 램프로 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.Carbon nanotube synthesizing apparatus, characterized in that the first heater is provided with a halogen lamp. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 2 히터는 저항성 히터(resistive heater)로 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The second heater is a carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that provided as a resistive heater (resistive heater). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 반사판은;The reflector plate; 가장자리가 상기 챔버 내측에 결합되고, 상기 공정 가스를 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로 이동되도록 중앙부가 오픈되어, 상기 가장자리에 의해 상기 제 1 히터로부터 발생되는 적외선이 상기 기판으로 침투되지 않도록 차단하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치. An edge is coupled inside the chamber, and a central portion is opened to move the process gas from the first region to the second region, thereby blocking infrared rays generated from the first heater from penetrating the substrate by the edge. Carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 1 히터는 상기 제 1 영역을 600 ℃ 이하의 온도로 가열하고,The first heater heats the first region to a temperature of 600 ° C. or less, 상기 제 2 히터는 상기 제 2 영역을 450 ℃ 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The second heater is a carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that for heating the second region to a temperature of 450 ℃ or less.
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