KR20090046909A

KR20090046909A - 탄소 구조체의 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR20090046909A
Application number: KR1020097004348A
Authority: KR
Inventors: 히로시 나카이; 마사루 다치바나
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-05-11
Also published as: TWI406809B; CN101506095A; JP2008056546A; CN101506095B; TW200829508A; WO2008026738A1; US20090258164A1; KR101166570B1

Abstract

본 발명은, 기판 상에 탄소 구조체를 형성하는 탄소 구조체의 제조장치에 관한 것이다. 이 제조장치는, 기판을 수용하는 제1 공간을 형성하는 제1실; 제1 공간에 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급장치; 제1 공간과는 다른 제2 공간을 형성하는 제2실; 제2 공간에 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 공급하는 가스 공급장치; 제2 공간에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성장치; 제1 공간과 제2 공간을 접속하는 개구; 제2 공간에서 생성된 플라즈마를 개구를 개재하여 제1 공간에 도입하는 플라즈마 도입장치;를 구비하고, 제1 공간에 도입된 플라즈마에 의해, 원료 가스를 이용하여 기판 상에 탄소 구조체를 형성한다. 이 제조장치에 의하면, 기판 상에 탄소 구조체를 형성할 때에 전극 등의 오염과 이물질 등의 발생을 억제하고, 탄소 구조체를 대면적으로 양호하게 형성할 수 있다.

Description

탄소 구조체의 제조장치 및 제조방법{Apparatus and method for manufacturing carbon structure}

본 발명은 탄소 구조체의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 본원은 2006년 9월 1일에 일본에 출원된 특원 2006-238305호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

카본 나노 월, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버 등의 탄소 구조체(탄소 나노 구조체)는 반도체 디바이스, 연료전지의 전극 등 여러가지 분야에의 응용이 기대되고 있다. 하기 특허문헌에는 탄소 구조체의 제조수법에 관한 기술의 일례가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2005-307352호 공보

특허문헌 2: 일본특허공개 2005-097113호 공보

특허문헌 3: 일본특허공개 2006-069816호 공보

예를 들면, 성막실 내에 배치된 전극을 이용하여 그 성막실 내에 플라즈마를 생성하고, 그 성막실에 탄화수소계 가스 등의 원료 가스를 공급함으로써 기판 상에 탄소 구조체를 형성하는 경우, 전극의 일부 혹은 성막실의 내벽면의 일부 등 기판 이외의 부재에 탄소가 공급되고, 그 부재 상에 탄소막이 형성되어 버린다.

예를 들면, 전극 상에 탄소막이 형성된 경우, 그 전극에 의해 생성되는 플라즈마의 상태가 변동하는 등 플라즈마를 원하는 상태로 생성할 수 없게 되고, 그 결과, 기판 상에 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 없게 된다.

또한, 전극 상뿐만 아니라, 예를 들면 전극 근방의 성막실의 내벽면의 일부 영역에 탄소막이 많이 형성되는 현상이 생길 가능성이 있다. 그 형성된 탄소막은 벗겨지기 쉽고, 벗겨진 탄소막은 이물질로서 작용한다. 이물질이 기판에 부착한 경우, 기판 상에 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 없게 된다.

또한, 전극에 탄소막이 형성되는 것이나, 전극 재료를 구성하는 원소가 탄소 구조체에 불순물로서 혼입하는 것 등의 방지를 목적으로 하여, 유리 등의 비금속 재료의 창에서 마이크로파를 성막실 내로 도입하는 마이크로파 플라즈마 CVD법, 석영관 등의 비금속 재료를 반응 용기로 하고, 이 주위에 배치한 고주파 코일에 의해 반응 용기의 소정 부분에 플라즈마를 형성하는 방법 등 무전극 방전하는 방법을 생각할 수 있는데, 이러한 방법을 채용한 경우, 마이크로파를 도입하는 창의 내면 혹은 반응 용기의 내면에 탄소막이 형성되기 때문에, 프로세스를 계속해 가면, 탄소막의 석출 부분에 전력이 집중하여 가열된다. 그러면, 그 부분의 온도가 상대적으로 상승하여 창 및 성막실을 구성하는 유리 등의 비금속 재료의 융해에 의한 변형, 열충격에 의한 파괴 등의 발생이 걱정된다. 또한, 창 등의 실(seal) 재로 고무제 O링을 사용하고 있는 경우, 상술한 현상에 의해 창의 내면에 탄소막이 형성되어 전력이 집중하면, 쉽게 실 재의 내열온도를 넘는 것이 예상된다. 이러한 결과, 진공상태를 유지할 수 없는 등의 장치 운전상 중대한 장해에 이른다.

이로부터, 탄소 구조체를 형성하는 장치에서는 전극 및/또는 성막실(반응용기)의 빈번한 청소 및/또는 교환이 필요하였다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기판 상에 탄소 구조체를 형성할 때에 이물질 등의 발생을 억제하여 탄소 구조체를 대면적에 걸쳐 양호하게 형성할 수 있는 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 탄소 구조체의 하지층으로서 형성되는 금속막이나 촉매 미립자의 형성을 동일한 성막실 내에서 행할 수 있는 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 채용한다.

본 발명의 제1 태양은, 기판 상에 탄소 구조체를 형성하는 탄소 구조체의 제조장치로서, 상기 기판을 수용하는 제1 공간을 형성하는 제1실, 상기 제1 공간에 상기 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급장치, 상기 제1 공간과는 다른 제2 공간을 형성하는 제2실, 상기 제2 공간에 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 공급하는 가스 공급장치, 상기 제2 공간에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성장치, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 접속하는 개구, 상기 제2 공간에서 생성된 상기 플라즈마를 상기 개구를 개재하여 상기 제1 공간에 도입하는 플라즈마 도입장치를 구비하고, 상기 제1 공간에 도입된 상기 플라즈마에 의해, 상기 원료 가스를 이용하여 상기 기판 상에 상기 탄소 구조체를 형성하는 제조장치를 제공한다.

본 발명의 제1 태양에 의하면, 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스가 공급되는 제1 공간과 플라즈마를 생성하는 제2 공간을 나누었으므로, 제2 공간에 대한 원료 가스의 공급을 억제하고, 제2 공간에 배치되어 있는 플라즈마 생성장치를 구성하는 전극 등에 탄소막이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 공간에는 전극 등이 없으므로, 전극 근방의 제1실의 내벽면의 일부 영역에 탄소막이 많이 형성되는 현상의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 이물질의 발생을 억제하여 원하는 상태의 플라즈마를 이용하여 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 있다.

상기 태양의 제조장치에 있어서, 상기 제2 공간보다도 상기 제1 공간의 압력을 낮게 설정하는 구성을 채용할 수 있다.

이에 의하면, 제2 공간에서 제1 공간으로의 흐름을 생성할 수 있고, 제2 공간에서 생성된 원하는 상태의 플라즈마를 제1 공간에 원활하게 도입할 수 있다. 또한, 제1 공간의 물질이 제2 공간으로 흘러들어가는 것을 억제할 수 있다.

상기 태양의 제조장치에 있어서, 상기 개구의 근방에 배치되고, 상기 제1 공간에서의 상기 플라즈마를 시트 형상으로 정형하는 자기장 생성장치를 구비한 구성을 채용할 수 있다.

이에 의하면, 탄소 구조체를 기판 상의 넓은 영역에 신속하게 형성할 수 있다.

상기 태양의 제조장치에 있어서, 상기 제1 공간에 배치되도록 타겟 재료를 유지하는 유지부재를 가지고, 상기 제1 공간에 도입된 상기 플라즈마 중의 불활성 가스에 기초하여 생성한 이온 입자를 상기 타겟 재료에 조사하여, 상기 타겟 재료로부터 상기 기판 상에 도전성막 및 촉매 미립자의 적어도 하나를 형성하기 위한 스퍼터 입자를 방출시키는 스퍼터 장치를 구비한 구성을 채용할 수 있다.

이에 의하면, 제1 공간에서 스퍼터법에 기초하는 금속막의 형성동작과, 플라즈마 CVD법에 기초하는 탄소 구조체의 형성동작의 양쪽을 행할 수 있다. 따라서, 예를 들면 기판을 대기 등에 노출하지 않고, 기판 상에 원하는 금속막 및/또는 촉매 미립자와 탄소 구조체를 연속하여 형성할 수 있다. 또한, 다른 수법을 이용한 형성동작(스퍼터법을 이용한 형성동작, 플라즈마 CVD법을 이용한 형성동작)을 동일한 공간(제1 공간)에서 실행함으로써, 제조장치 전체의 구조의 복잡화 등을 억제하고, 금속막 및 탄소 구조체 각각을 원활하게 형성할 수 있다.

본 발명의 제2 태양은, 기판 상에 탄소 구조체를 형성하는 탄소 구조체의 제조방법으로서, 상기 기판이 수용된 제1 공간에 상기 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 동작, 상기 제1 공간과는 다른 제2 공간에서 플라즈마를 생성하는 동작, 상기 제2 공간에서 생성된 상기 플라즈마를 개구를 개재하여 상기 제1 공간에 도입하는 동작, 상기 제1 공간에 도입된 상기 플라즈마에 의해, 상기 원료 가스를 이용하여 상기 기판 상에 상기 탄소 구조체를 형성하는 동작을 포함하는 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스가 공급되는 제1 공간과 플라즈마를 생성하는 제2 공간을 나누었으므로, 제2 공간에 대한 원료 가스의 공급을 억제하여 제2 공간에 배치되어 있는 플라즈마 생성장치를 구성하는 전극 등에 탄소막이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 공간에는 전극 등이 없으므로, 전극 근방의 제1실의 내벽면의 일부 영역에 탄소막이 많이 형성되는 현상이 생기는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이물질의 발생을 억제하여 원하는 상태의 플라즈마를 이용하여 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 있다.

상기 태양의 제조방법에 있어서, 상기 기판 상에 상기 금속막 및 촉매 미립자의 적어도 하나를 형성한 후, 상기 탄소 구조체를 형성하는 구성을 채용할 수 있다.

이에 의하면, 예를 들면 기판 상에 직접적으로 탄소 구조체를 형성하기 어려운 경우라도, 기판 상에 금속막 및/또는 촉매 미립자를 형성함으로써, 그 기판 상에 형성된 금속막 및/또는 촉매 미립자 상에 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 있다.

상기 태양의 제조방법에 있어서, 상기 기판 상에 상기 탄소 구조체를 형성한 후, 촉매 미립자를 형성하는 구성을 채용할 수 있다.

이에 의하면, 탄소 구조체를 원하는 상태로 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 전극 등의 오염과 이물질 등의 발생을 억제할 수 있고, 대면적의 기판 상에 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 탄소 구조체의 제조장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2a는 기판 상에 공급되는 원료 가스에 기초하는 이온 입자의 양을 조정하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.

도 2b는 기판 상에 공급되는 원료 가스에 기초하는 이온 입자의 양을 조정하 고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 탄소 구조체의 제조장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 4a는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 제조장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

도 4b는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 제조장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

도 5a는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 제조장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

도 5b는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 제조장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

<부호의 설명>

1 : 제1실 1A : 제1 공간

2 : 제2실 2A : 제2 공간

3 : 원료 가스 공급장치 4 : 플라즈마 생성장치

5 : 개구 6 : 플라즈마 도입장치

7 : 기판 홀더 9 : 자기장 생성장치

10 : 시트 플라즈마 11 : 스퍼터 장치

12 : 유지부재 FA : 제조장치

T : 타겟 재료 W : 기판

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치관계에 대해 설명한다. 그리고, 원점을 예를 들면 후술하는 플라즈마원으로 정하고, 수평면 내에서의 소정 방향을 X축 방향, 수평면 내에서 X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향의 각각에 직교하는 방향(즉, 연직(鉛直) 방향)을 Z축 방향으로 한다. 또한, X축, Y축 및 Z축 둘레의 회전방향을 각각 θX, θY 및 θZ방향으로 한다.

<제1 실시형태>

본 발명의 제1 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 관한 탄소 구조체의 제조장치(FA)를 나타내는 개략 구성도이다. 탄소 구조체는, 이른바 탄소 나노 구조체를 포함한다. 탄소 나노 구조체는, 예를 들면 카본 나노 월, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 플레이크 및 카본 나노 시트 등을 포함한다.

본 실시형태에서는, 제조장치(FA)가 탄소 나노 구조체를 기판(W) 상에 형성함으로써 탄소 나노 구조체를 제조하는 경우를 예로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 탄소를 포함하는 구조체이면, 제조장치(FA)는 그 구조체를 제조 가능하다. 즉, 제조장치(FA)가 형성 가능한 탄소 구조체(탄소 나노 구조체)는 상술한 것에 한정되지 않고, 임의의 탄소 구조체(탄소 나노 구조체)를 제조 가능하다.

도 1에서, 제조장치(FA)는, 기판(W)을 수용하는 제1 공간(1A)을 형성하는 제 1실(1), 제1 공간(1A)에 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급장치(3), 제1 공간(1A)과는 다른 제2 공간(2A)을 형성하는 제2실(2), 제2 공간(2A)에 플라즈마를 생성하기 위한 방전용 가스를 공급하는 제1 방전용 가스 공급장치(4G), 제2 공간(2A)에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마원(4A)을 포함하는 플라즈마 생성장치(4), 제1 공간(1A)과 제2 공간(2A)을 접속하는 개구(5), 제2 공간(2A)에서 생성된 플라즈마를 개구(5)를 개재하여 제1 공간(1A)에 도입하는 플라즈마 도입장치(6)를 구비하고 있다.

또한, 제조장치(FA)는 기판(W)을 유지하는 기판 홀더(7)를 구비하고 있다. 기판 홀더(7)는 제1 공간(1A)에 배치되어 있고, 기판(W)이 제1 공간(1A)에 배치되도록 그 기판(W)을 유지한다. 기판 홀더(7)는, 기판(W)의 표면(탄소 구조체가 형성되는 면)과 XY평면이 거의 평행하게 되도록 기판(W)을 유지한다. 또한, 기판 홀더(7)는 유지한 기판(W)의 온도를 조정 가능한 온도 조정 장치를 구비하고 있다. 기판 홀더(7)(및 기판 홀더(7)에 유지된 기판(W))에는 양 또는 음의 전위가 인가된다.

기판(W)은 그 표면에 탄소 구조체를 형성 가능하면, 임의의 재료에 의해 형성 가능하고, 예를 들면 실리콘(Si) 등의 반도체 재료, 유리(석영) 등의 절연성 재료 및 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 티탄(Ti) 및 이들 합금 등의 도전성 재료(금속 재료) 등으로 형성 가능하다. 또한, 기판(W)을 도전성 세라믹스 재료로 형성하는 것도 가능하다. 본 실시형태에서는, 기판(W)으로서 실리콘 웨이퍼를 이용한다.

제1실(1)은, 이른바 진공실(성막실)로서, 제1실(1)의 제1 공간(1A)은 도시하 지 않은 진공 시스템에 의해 적어도 대기압보다 낮은 압력으로 설정된다. 제2실(2)은, 이른바 방전실로서, 제1실(1)의 외측에 배치되어 있고, 제1 공간(성막공간)(1A)과는 다른 제2 공간(방전공간)(2A)을 형성한다. 제1 공간(1A)의 압력은 제2 공간(2A)의 압력보다도 낮게 설정된다.

원료 가스 공급장치(3)는, 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 기판(W)이 배치된 제1 공간(1A)에 공급하는 것으로서, 원료 가스로서, 예를 들면 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 또는 이들의 혼합물을 포함하는 탄화수소계 가스를 공급한다. 또, 원료 가스 공급장치(3)는 탄화수소계 가스와 수소 가스의 양쪽을 공급해도 된다. 본 실시형태에서는, 원료 가스 공급장치(3)는 메탄(CH₄) 및 수소(H₂)를 공급한다.

제1 공간(1A)의 소정 위치에는 원료 가스 공급장치(3)와 접속된 노즐 부재(3A)가 배치되어 있고, 원료 가스 공급장치(3)로부터 송출된 원료 가스는 공급관(3L)을 개재하여 노즐 부재(3A)에 공급된다. 원료 가스 공급장치(3)로부터 송출되어 공급관(3L)을 흐른 원료 가스는, 노즐 부재(3A)를 개재하여 제1 공간(1A)에 방출된다. 또한, 공급관(3L)의 도중에는 이 공급관(3L)의 유로를 개폐 가능한 밸브 기구(3B)가 배치되어 있다.

또한, 제1실(1)의 소정 위치(본 실시형태에서는 제1실(1)의 상단 및 하단의 소정 위치)에는, 제1 공간(1A)의 가스를 배기 가능한 배기구(1K)가 형성되어 있다.

또한, 제1실(1)의 외벽면의 소정 위치에는, 대경으로 공심(空芯)의 코일(1M) 이 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 제조장치(FA)는 개구(5) 근방에서 제2 공간(2A)을 둘러싸도록 -X측의 외벽면에 배치된 제1 코일(1M)과 +X측의 외벽면에 배치된 제2 코일(1M)을 가진다.

플라즈마 생성장치(4)는 제2 공간(2A)에서 플라즈마를 생성 가능하고, 예를 들면 일본특허공개 평6-119992호 공보, 일본특허공개 2001-240957호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같은 플라즈마 총(plasma gun)을 포함한다. 플라즈마 총을 포함하는 플라즈마 생성장치(4)는 생성한 플라즈마를 제1 공간(1A)에 공급 가능하다.

본 실시형태에서는, 플라즈마 생성장치(4)는 일본특허공개 평6-119992호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 플라즈마원(4A)을 가진다. 플라즈마원(4A)은 제2 공간(2A)에 배치되어 있다.

또한, 제조장치(FA)는, 제2 공간(2A)에 플라즈마를 생성하기 위한 방전용 가스를 공급하는 제1 방전용 가스 공급장치(4G)를 구비하고 있다. 제1 방전용 가스 공급장치(4G)는, 플라즈마 생성장치(4)에서 방전되는 방전용 가스를 제2 공간(2A)에 배치된 플라즈마원(4A)에 공급하는 것으로서, 방전용 가스로서, 예를 들면 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 공급한다. 제1 방전용 가스 공급장치(4G)로부터 송출된 방전용 가스(본 실시형태에서는 아르곤 가스)는, 공급관(4L)을 개재하여 플라즈마원(4A)에 공급된다. 또한, 공급관(4L)의 도중에는 이 공급관(4L)의 유로를 개폐 가능한 밸브 기구(4B)가 배치되어 있다.

플라즈마 생성장치(4)의 플라즈마원(4A)은, 공급된 방전용 가스를 아크 방전에 의해 플라즈마화한다. 플라즈마 생성장치(4)의 플라즈마원(4A)은, 제1 방전용 가스 공급장치(4G)로부터 공급된 아르곤 가스를 플라즈마화하여 그 아르곤 가스의 플라즈마를 생성한다.

또, 본 실시형태에서는, 플라즈마 생성장치(4)는, 예를 들면 텅스텐 필라멘트로부터의 열전자 방출을 이용한 직류 방전에 의해 방전용 가스를 플라즈마화해도 된다.

플라즈마 도입장치(6)는, 플라즈마 생성장치(4)의 플라즈마원(4A)에 의해 제2 공간(2A)에서 생성된 플라즈마를 개구(5)를 개재하여 제1 공간(1A)에 도입하기 위한 것으로서, 한 쌍의 링형상의 전극(6M)을 포함한다.

전극(6M)과 대향하는 위치에는 대향전극(8)이 배치되어 있고, 플라즈마 생성장치(4)에 의해 제2 공간(2A)에서 생성된 플라즈마의 전자류는 전극(6M)에 의해 가속되고, 개구(5)를 개재하여 제1 공간(1A)에 도입(조사)된다.

또한, 본 실시형태에서는, 제조장치(FA)는 개구(5)의 근방에 배치되고, 제1 공간(1A)에서의 플라즈마를 시트 형상으로 정형하는 자기장 생성장치(9)를 구비하고 있다. 자기장 생성장치(9)는, 개구(5)를 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 영구자석(9A)을 가진다. 한 쌍의 영구자석(9A)은 동극끼리(예를 들면, N극끼리 또는 S극끼리)를 대향시키도록 배치되어 있다. 플라즈마 생성장치(4)에 의해 생성되고, 개구(5)를 통과할 때는 YZ 평면 내에서 거의 원형이었던 플라즈마는 자기장 생성장치(9)에 의해 YZ 평면 내에서 Y축 방향으로 긴 시트 형상으로 정형된다. 이하의 설명에서는, 자기장 생성장치(9)에 의해 시트 형상으로 정형된 플라즈마를 적절히 시트 플라즈마(10)라고 칭한다.

또, 본 실시형태에서는, 영구자석(9A)에 의해 플라즈마를 시트 형상으로 정형하고 있지만, 제1실(1)의 양단에 설치된 코일(1M)에 의한 자기장에 의해 플라즈마를 정형해도 된다. 단, 제1 공간(1A)에 형성되는 플라즈마를 고밀도로 하고, 대면적의 기판(W)에 대해 균일한 장을 형성하기 위해서는, 영구자석(9A)에 의해 시트 형상의 플라즈마로 하는 것이 바람직하다.

전극(6M)은 기판 홀더(7)에 유지된 기판(W)에 대해 -X측에 배치되고, 대향전극(8)은 +X측에 배치되어 있다. 시트 플라즈마(10)는 전극(6M)측(제1 공간(1A)의 -X측)에서 대향전극(8)측(제1 공간(1A)의 +X측)으로 향하여 진행한다. 시트 플라즈마(10)의 표면 및 이면은 XY 평면과 거의 평행하다. 원료 가스를 공급하는 노즐 부재(3A)와 기판 홀더(7)에 유지된 기판(W)은 시트 플라즈마(10)를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다.

다음에, 상술한 구성을 가지는 제조장치(FA)의 동작에 대해서 설명한다. 기판(W)이 기판 홀더(7)에 유지된 후, 기판(W)의 온도가 온도 조정 장치에 의해 조정된다. 그리고, 원료 가스 공급장치(3)로부터 노즐 부재(3A)를 개재하여 제1 공간(1A) 내에 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스가 공급된다. 또한, 플라즈마 생성장치(4)에서는, 제1 방전용 가스 공급장치(4G)로부터 제2 공간(2A)에 배치된 플라즈마원(4A)에 방전용 가스가 공급되고, 플라즈마가 생성된다.

플라즈마 생성장치(4)에 의해 제2 공간(2A)에서 생성된 플라즈마는, 전극(6M)을 포함하는 플라즈마 도입장치(6)에 의해 개구(5)를 개재하여 제1 공간(1A)에 도입된다. 플라즈마는 제1 공간(1A)을 +X방향으로 향하여 진행한다. 제1 공 간(1A)에서의 개구(5)의 근방에는 영구자석(9A)을 포함하는 자기장 생성장치(9)가 배치되어 있고, 제1 공간(1A)에 도입된 플라즈마는 기판 홀더(7)에 유지된 기판(W)의 표면(탄소 구조체가 형성되는 면)과 거의 평행한 XY 평면을 따라 넓어져 시트 플라즈마(10)로 변환된다.

원료 가스 공급장치(3)로부터 노즐 부재(3A)를 개재하여 제1 공간(1A) 내에 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스가 공급된다. 제1실(1) 내의 시트 플라즈마(10)는 제1실(1) 내의 원료 가스를 여기, 이온화한다. 제1 공간(1A)에 도입된 플라즈마에 의해 여기, 이온화된 원료 가스는 기판 홀더(7)에 유지되어 있는 기판(W)의 표면에 탄소 구조체를 형성한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 기판(W) 상에 탄소 구조체를 형성하기 위한 제1실(1)의 제1 공간(1A)에는, 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성장치(4)의 전극 등을 포함하는 플라즈마원은 배치되어 있지 않고, 플라즈마 생성장치(4)를 구성하는 플라즈마원(전극) 등의 부재를 제1 공간(1A)과는 다른 제2 공간(2A)에 배치하고 있으므로, 탄소막이 플라즈마 생성장치(4)를 구성하는 부재 상에 형성되는 것을 억제할 수 있다. 플라즈마원 등에 탄소막이 형성된 경우, 생성되는 플라즈마의 상태가 변동하여 기판(W) 상에 원하는 상태의 탄소 구조체를 형성할 수 없게 될 가능성이 있다. 또한, 기판(W) 이외의 부재 상에 형성된 탄소막은 그 부재로부터 벗겨지기 쉽고, 그 벗겨진 탄소막은 이물질로서 작용하기 때문에, 그 이물질이 기판(W)에 부착되면, 제조되는 탄소 구조체의 성능이 열화될 가능성이 있다. 본 실시형태에서는, 기판(W) 상에 탄소 구조체를 형성하기 위한 제1 공간(1A) 과 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마원(4A) 등이 배치된 제2 공간(2A)을 나누었으므로, 상술한 결함의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 원료 가스가 공급되는 제1 공간(1A)에는 플라즈마원 등이 없고, 플라즈마는 제2 공간(2A)에서 형성되므로, 예를 들면 제1실(1)의 내벽면의 국소적인 영역에 탄소막이 많이 형성되어 버리는 결함을 억제할 수 있다. 예를 들면, 제1실(1)의 제1 공간(1A)의 내측에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마원이 배치되어 있는 경우, 그 플라즈마원에 기초하여 생성되는 플라즈마의 상태에 의해서는, 예를 들면 플라즈마원 근방의 제1실(1)의 내벽면의 국소적인 영역에 탄소막이 많이 형성되어 버릴 가능성이 있다. 예를 들면, 플라즈마원에 기초하여 생성되는 플라즈마 발생영역에 원료 가스가 공급된 경우, 그 플라즈마 발생영역 근방의 제1실(1)의 내벽면의 국소적인 영역에 탄소막이 많이 형성되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 예를 들면 성막실을 유리관 등으로 형성하고, 그 성막실의 외측에 전극 또는 코일 등을 배치하며, 그 성막실의 외측에 배치된 코일 등을 이용하여 성막실의 내측에 플라즈마를 형성한 경우에서도, 그 코일 근방의 성막실의 내벽면의 일부 영역에 탄소막이 많이 형성되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 제1실(1)의 내벽면에서의 국소적인 영역에 탄소막이 많이 형성되면, 그 부분에만 전력이 집중되어 그 부분의 온도가 과잉으로 상승해 버릴 가능성이 있다. 그 경우, 제1실(1)의 일부가 열화되거나, 기판(W) 상에서의 탄소 구조체의 형성이 양호하게 이루어지지 않게 될 가능성이 있다. 본 실시형태에서는, 제1실(1)의 제1 공간(1A)에는 플라즈마원 등이 없으므로, 그러한 결함의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제2 공간(2A)보다도 제1 공간(1A)의 압력이 낮게 설정되어 있으므로, 제2 공간(2A)에서 제1 공간(1A)으로 향하는 기류가 생성된다. 이에 의해, 제1 공간(1A)의 원료 가스가 플라즈마원(4A)이 배치되어 있는 제2 공간(2A)에 흘러들어가는 것을 억제할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성장치(4)에는 원료 가스는 거의 유입하지 않거나 혹은 유입했어도 미량이기 때문에, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마원(4A) 등에 탄소막이 형성되는 일은 거의 없다.

또, 제1실(1)의 내벽면에도 탄소막이 형성될 가능성이 있지만, 그 양은 얼마 안 된다. 또한, 제1실(1)의 내벽면과 기판(W)의 거리 혹은 제1실(1)의 내벽면과 시트 플라즈마(10)의 거리가 크기 때문에, 제1실(1)의 내벽면에서 발생하는 이물질의 기판(W)으로의 부착이 억제되어 있다.

또, 대향전극(8)에도 탄소막이 형성될 가능성이 있지만, 그 양은 얼마 안 된다. 또한, 대향전극(8)은 플라즈마를 생성하기 위한 전극이 아니라, 플라즈마를 제2 공간(2A)에서 제1 공간(1A)으로 이끌기 위한 전극이기 때문에, 대향전극(8)에 탄소막이 형성되었어도 생성되는 플라즈마의 상태가 변동한다는 결함은 생기지 않는다.

또한, 본 실시형태에서는, 제1 공간(1A)에서 기판(W)의 표면과 거의 평행한 시트 플라즈마(10)를 생성함으로써, 높은 플라즈마 밀도 하에서 기판(W)의 표면이 넓은 영역에 균일한 탄소 구조체를 원활하고 고속으로 형성할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 탄소 구조체를 규칙적으로 기판(W) 상에 적층할 수 있고, 원하는 구조를 가지는 탄소 구조체를 제조할 수 있다. 따라서, 전계 전자 방출특성, 수소 흡수 특성, 기판(W)의 표면에 대한 수직방향의 도전성 등이 뛰어난 탄소 구조체를 형성할 수 있다.

또한, 기판(W)의 전위를 조정함으로써, 기판(W)에 조사(주입)되는 이온 입자(아르곤 가스에 기초하는 이온 입자, 원료 가스에 기초하는 이온 입자를 포함함)의 양 및 에너지를 조정할 수 있다. 예를 들면, 기판(W)의 전위를 조정함으로써, 도 2a의 모식도에 나타내는 바와 같이, 기판(W)에 공급되는 원료 가스에 기초하는 이온 입자의 공급량을 적게 할 수 있고, 도 2b의 모식도에 나타내는 바와 같이, 기판(W)에 공급되는 원료 가스에 기초하는 이온 입자의 공급량을 많게 할 수도 있다. 구체적으로는, 기판(W)에 음의 전위가 인가되어 있는 경우에, 그 전위의 절대값을 작게 함으로써 기판(W)에 공급되는 이온 입자의 공급량을 적게 할 수 있고, 그 전위의 절대값을 크게 함으로써 기판(W)에 공급되는 이온 입자의 공급량을 많게 할 수 있다.

또한, 도 2a보다도 도 2b가 입사하는 이온의 에너지는 크고, 기판(W)에 인가하는 음의 전위에 의해 입사하는 이온의 에너지를 조정할 수 있다. 또한, 기판(W)에 인가하는 전위를 양으로 하고, 이 전위를 조정함으로써 기판(W)으로 이온이 유입하는 것을 억제할 수 있으며, 전위를 조정함으로써 라디칼을 주원료로서 탄소 구조체를 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이 기판(W)에의 이온 입사량, 이온의 에너지, 라디칼 입사량을 조정함으로써, 탄소 구조체의 크기, 그것을 구성하는 결정자의 크기 및 흑연화도를 제어할 수 있다. 또한, 전기 전도율, 가스 흡착 능력 등을 제어할 수 있다.

또한, 기판 홀더(7)를 Z축 방향으로 이동함으로써, 기판(W)과 시트 플라즈마(10)의 거리를 조정할 수 있고, 이 조정에 의해 플라즈마와 기판(W)의 사이의 전계강도를 조정할 수 있다. 그리고, 상술한 기판(W)에 인가하는 전압의 조정동작과, 기판(W)과 시트 플라즈마(10)의 거리의 조정동작을 병용함으로써, 이온 주입량, 에너지, 라디칼 입사량을 양호하게 제어 가능하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 플라즈마 도입장치(6)의 전극(6M)(또는 수속(收束) 코일)에서 생성되는 자력을 이용하여 플라즈마 생성장치(4)에서 생성한 플라즈마를 제1 공간(1A)에 유효하게 도입할 수 있다.

<제2 실시형태>

다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태의 특징적인 부분은, 제조장치(FA)가 제1 공간(1A)에 배치되도록 타겟 재료(T)를 유지하는 유지부재(12)를 가지고, 제1 공간(1A)에 도입된 플라즈마 중의 불활성 가스에 기초하여 생성한 이온 입자를 타겟 재료(T)에 조사하여, 타겟 재료(T)로부터 기판(W) 상에 금속막 및/또는 촉매 미립자를 형성하기 위한 스퍼터 입자를 방출시키는 스퍼터 장치(11)를 구비한 점에 있다. 즉, 상술한 제1 실시형태에서는, 이른바 플라즈마 CVD법에 기초하여 탄소 구조체를 형성하고 있지만, 제2 실시형태에서는, 플라즈마 CVD법에 기초하여 탄소 구조체를 형성하는 동작에 덧붙여, 이른바 스퍼터법에 기초하여 금속막 및/또는 촉매 미립자를 형성하는 동작이 실행된다. 이하의 설명에서, 상술한 제1 실시형태와 동일하거나 또는 동등한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 간략 또는 생략한다.

도 3은 제2 실시형태에 관한 제조장치(FA)를 나타내는 개략 구성도이다. 도 3에서, 제조장치(FA)는 스퍼터 장치(11)를 가진다. 스퍼터 장치(11)는 타겟 재료(T)를 유지 가능한 전극(12A)을 포함하는 유지부재(12)와, 제1 공간(1A)에 방전용 가스로서 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 공급 가능한 제2 방전용 가스 공급장치(14)를 구비하고 있다.

본 실시형태의 스퍼터 장치(11)는 타겟 재료(T)와 제1실(1)의 사이에 직류 전압을 인가하는 DC 스퍼터 장치이지만, 고주파를 인가하는 고주파 스퍼터 장치, 타겟 재료(T)의 이면에 자석을 배치한 마그네트론 스퍼터 장치이어도 된다.

전극(12A)을 포함하는 유지부재(12)는, 기판 홀더(7)에 유지된 기판(W)의 표면과 타겟 재료(T)가 대향하도록 타겟 재료(T)를 유지한다. 본 실시형태에서는, 타겟 재료(T)는 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 금속을 포함한다.

제2 방전용 가스 공급장치(14)로부터 송출된 불활성 가스(방전용 가스)는, 공급관(14L)을 개재하여 제1 공간(1A)에 공급된다. 또한, 공급관(14L)의 도중에는, 이 공급관(14L)의 유로를 개폐 가능한 밸브 기구(14B)가 배치되어 있다.

스퍼터 장치(11)는, 제2 방전용 가스 공급장치(14)로부터 방전용 가스로서 아르곤 가스를 공급하고, 제1 공간(1A)에서의 타겟 재료(T)의 근방, 본 실시형태에서는 타겟 재료(T)의 -Z측의 소정 영역(기판(W)과의 사이의 소정 영역)에서 플라즈마를 발생시킨다. 제1 공간(1A)에서 플라즈마가 발생한 플라즈마 발생영역(PU')에는, 그 방전용 가스에 기초하는 이온 입자(p1)가 생성된다. 스퍼터 장치(11)는 생 성한 이온 입자(p1)를 타겟 재료(T)에 조사하여, 타겟 재료(T)로부터 기판(W) 상에 금속막을 형성하기 위한 스퍼터 입자(p2)를 방출시킨다.

다음에, 상술한 구성을 가지는 제조장치(FA)의 동작에 대해서 설명한다. 기판(W)이 기판 홀더(7)에 유지된 후, 도 4a의 모식도에 나타내는 바와 같이 스퍼터 장치(11)가 타겟 재료(T)를 스퍼터링한다. 즉, 제조장치(FA)는 제2 방전용 가스 공급장치(14)로부터 제1 공간(1A)에 불활성 가스(아르곤 가스)를 공급함과 동시에, 전극(12A)에 전력을 인가하고, 제1 공간(1A)에서의 타겟 재료(T)와 기판(W)의 사이의 소정 영역에 플라즈마 발생영역(PU')을 형성한다. 또, 스퍼터 장치(11)에 의한 스퍼터링 처리 중에서 플라즈마 생성장치(4)는 플라즈마를 생성하지 않는다.

플라즈마 발생영역(PU')에 방전용 가스(불활성 가스)가 공급됨으로써, 그 방전용 가스에 기초하는 이온 입자(p1)가 생성된다. 생성된 이온 입자(p1)는 타겟 재료(T)에 조사된다. 타겟 재료(T)에 이온 입자(p1)가 조사됨으로써, 그 타겟 재료(T)로부터 금속막을 형성하기 위한 스퍼터 입자(p2)가 방출되고, 기판(W) 상에 금속막이 형성된다.

스퍼터 장치(11)에 의해 기판(W) 상에 금속막이 형성된 후, 제조장치(FA)는 스퍼터 장치(11)의 동작을 정지한다. 그리고, 도 4b의 모식도에 나타내는 바와 같이, 제조장치(FA)는 원료 가스 공급장치(3)로부터 제1 공간(1A)에 원료 가스를 공급함과 동시에, 플라즈마 생성장치(4)에 의해 플라즈마를 생성한다. 이에 의해, 제1 공간(1A)에는 시트 플라즈마(10)가 생성되고, 기판(W)의 금속막 상에 탄소 구조체가 형성된다.

탄소 구조체를 형성할 때에는, 타겟 재료(T)에는 전압을 인가하지 않고, 기판(W)을 소정 온도까지 가열하며, 원료 가스를 제1실(1) 내에 흘려보내고, 기판(W)의 금속막 상에 탄소 재료를 퇴적시킨다. 또, 유지부재(12)를 이동 가능한 기구를 설치하여, 원료 가스를 공급하여 금속막 상에 탄소 구조체를 형성할 때, 유지부재(12)를 이동하여 타겟 재료(T)를 퇴피(退避)하도록 해도 된다. 이 때, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성장치(4)에는 원료 가스는 거의 유입하지 않거나 혹은 유입했어도 미량이기 때문에, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마원(4A) 등에 탄소막이 형성되는 일은 거의 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 하나의 제1실(1) 내에서 스퍼터법에 기초하는 금속막의 형성동작과, 플라즈마 CVD법에 기초하는 탄소 구조체의 형성동작을 행할 수 있다. 따라서, 예를 들면 기판(W)을 대기 등에 노출하지 않고 제조장치(FA) 전체의 구조의 복잡화 등을 억제하면서, 기판(W) 상에 원하는 막(구조체)을 형성할 수 있다.

그리고, 탄소 구조체를 전극 재료로서 이용하는 경우, 탄소 구조체에 전하를 공급하는 도전성막으로서 구리, 알루미늄, 티탄, 니크롬, 금, 은, 스테인레스, 니켈 등의 금속막을 형성하고, 그 금속막 상에 탄소 구조체를 형성할 수 있다. 또한, 도전성막으로서는 상술한 금속막 이외에 ITO, ZnO 등의 도전성막을 이용할 수 있다.

또한, 형성하고자 하는 탄소 구조체가 카본 나노 튜브인 경우, 카본 나노 튜브의 성장(성막)의 촉진 등을 목적으로서 기판(W) 상에 촉매 금속(촉매 미립자)으 로 불리는 금속막을 형성하는 경우, 본 실시형태의 제조장치(FA)에 의하면, 하나의 제1실(1A) 내에서 기판(W) 상에 금속막(촉매 금속)을 형성한 후, 그 촉매 금속 상에 카본 나노 튜브를 형성하기 위한 플라즈마 CVD법에 기초하는 처리를 실행할 수 있다.

또한, 촉매 금속에 한정되지 않고, 탄소 구조체와의 접착성이 양호하지 않은 기판(W)을 이용하는 경우에는, 그 기판(W) 상에 탄소 구조체와의 접착성이 양호하게 되는 막을 형성한 후, 그 막 상에 탄소 구조체(카본 나노 월, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버 등)를 형성함으로써, 기판(W)(금속막) 상에 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 촉매 미립자로서 기판(W) 상에, 예를 들면 백금, 니켈 등을 공급한 후, 탄소 구조체를 형성할 수 있다.

또한, 도전성막, 촉매 미립자에 한정되지 않고, 기판(W) 상에 실리콘 등의 반도체막을 형성한 후, 그 반도체막 상에 탄소 구조체를 형성해도 된다.

<제3 실시형태>

다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 상술한 제2 실시형태에서는, 타겟 재료(T)를 유지하는 전극(12A)에 전력을 인가하여 제1 공간(1A)에 플라즈마 발생영역(PU')을 형성하여 금속막을 형성하고 있지만, 도 5a에 나타내는 바와 같이 플라즈마 생성장치(4)에서 생성한 플라즈마를 타겟 재료(T)가 배치된 제1 공간(1A)에 도입하고, 그 도입한 플라즈마(시트 플라즈마(10))를 이용하여 타겟 재료(T)를 스퍼터링해도 된다. 이렇게 함으로써도 기판(W) 상에 금속막을 형성할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 제2 방전용 가스 공급장치(14)는 생략되어도 된다. 또, 제2 공간(2A)에서 플라즈마를 생성시키기 위해 필요한 압력으로 하기 위한 제1 방전용 가스 공급장치(4G)로부터의 가스 공급량으로는 제1 공간(1A)의 압력을 스퍼터링에 필요한 소정의 압력으로 충족시킬 수 없는 경우에는, 제2 방전용 가스 공급장치(14)를 보조적으로 이용하여, 제1 공간(1A)을 스퍼터링에 필요한 압력으로 조정하기 위해 이용해도 된다.

시트 플라즈마(10)에 대해 타겟 재료(T)는 음의 전위가 인가되어 있고, 시트 플라즈마(10)에 의해 발생한 이온 입자(p1)는 타겟 재료(T)를 스퍼터하며, 타겟 재료(T)로부터 기판(W) 상에 금속막을 형성하기 위한 스퍼터 입자(p2)를 방출시킨다. 이 때, 기판(W)의 온도, 기판(W)에 대한 스퍼터 입자(p2)의 입사량, 스퍼터 시간 등을 제어함으로써, 금속막의 막두께, 촉매 미립자의 입자직경, 분포 등을 제어할 수 있다.

또한, 금속막의 형성에 있어서 이온 입자(p1)가 타겟 재료(T)의 넓은 영역에 똑같이 조사되도록, 타겟 재료(T)의 폭(Y축 방향의 크기)과 시트 플라즈마(10)의 폭(Y축 방향의 크기)을 거의 같게 해 두는 것이 바람직하다. 또한, 기판(W)의 크기를 타겟 재료(T)의 크기와 거의 같거나 혹은 약간 작게 해 둠으로써, 형성되는 금속막의 막두께를 균일하게 할 수 있다.

또한, 플라즈마원(4A)을 제어하여 타겟 재료(T)에 조사되는 이온 입자(p1)의 양을 늘릴 수 있다. 이온 입자(p1)가 타겟 재료(T)를 때리는 에너지를 제어하는 데에는, 타겟 재료(T)에 인가하는 스퍼터링 전압을 크게 한다. 이들은 독립적으로 제 어 가능하고, 마그네트론 스퍼터링과 같은 전압만을 제어하는 형태와는 다르기 때문에, 성막속도, 막의 품질 등을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다.

다음에, 탄소 구조체를 형성할 때, 타겟 재료(T)에는 전압을 인가하지 않고, 기판(W)을 소정 온도까지 가열하며, 도 5b에 나타내는 바와 같이 원료 가스를 제1 공간(1A)에 공급하고, 기판(W) 상에 탄소 재료를 퇴적시킨다. 이때, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성장치(4)에는 원료 가스는 거의 유입하지 않거나 혹은 유입했어도 미량이기 때문에, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마원(4A)에 탄소막이 형성되는 일은 거의 없다. 또한, 이때, 전극(6M)에 흘려보내는 전류와, 기판(W)에 인가하는 바이어스 전압과, 시트 플라즈마(10)와 기판(W)의 거리를 제어함으로써, 기판(W)에 조사되는, 원료 가스에 기초하는 이온 입자량, 이온 에너지, 라디칼의 양을 제어할 수 있어, 탄소 구조체의 형태, 구조를 제어할 수 있다. 도 5에서는, 스퍼터법에 기초하여 금속막을 형성하는 동작과 플라즈마 CVD법에 기초하여 탄소 구조체를 형성하는 동작을 각각 명확하게 하기 위해, 기판(W)에 대해 +Z측에 도 5a에서는 타겟 재료(T)가, 도 5b에서는 노즐 부재(3A)가 배치되어 있는데, 제1실(1A) 내에는 타겟 재료(T), 노즐 부재(3A)의 각각을 제1실(1A) 내에서 이동 가능한 기구 및 제1실(1A) 내에 대해 도입 및 퇴피하는 기구가 더 설치되어 있어, 스퍼터법과 플라즈마 CVD법의 양쪽을 실행할 수 있다. 또한, 노즐 부재(3A)는 기판(W)의 정면에 배치할 필요는 없고, 제1실(1A) 내에 원료 가스를 도입할 수 있으면 된다.

<제4 실시형태>

다음에, 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 상술한 제2, 제3 실시형태에서는, 기판(W)에 금속막 및/또는 촉매 미립자를 형성한 후, 탄소 구조체를 형성하고 있는데, 예를 들면 기판(W)에 탄소 구조체를 형성한 후, 촉매 미립자를 형성할 수 있다. 상술한 제2, 제3 실시형태에서 설명한 바와 같은 스퍼터법에 기초하여 금속막 및/또는 촉매 미립자를 형성하는 동작은, 기판(W) 상에 탄소 구조체를 형성하는 동작 후에 실시 가능하다. 예를 들면, 기판(W) 상에 탄소 구조체를 형성한 후, 스퍼터법에 의해 탄소 구조체의 표면에 소정의 재료를 입사할 수 있다. 예를 들면, 탄소 구조체를 연료전지의 전극 재료로서 이용하는 경우, 기판(W) 상에 형성된 탄소 구조체에 촉매 미립자로서 백금, 니켈 등을 공급 가능하다. 공급된 백금, 니켈 등의 촉매 미립자는 탄소 구조체에 담지된다.

또, 상술한 제2 내지 제4 실시형태에서 탄소 구조체를 형성할 때에 타겟 재료(T)의 표면에 탄소가 부착되거나, 타겟 재료(T)의 원자가 탄소 구조체에 불순물로서 혼입할 가능성이 있다. 타겟 재료(T)를 Z축 방향으로 이동 가능한 이동기구를 설치하고, 그 타겟 재료(T)를 퇴피시킴으로써, 타겟 재료(T)의 표면에의 탄소의 부착이나, 타겟 재료(T)의 원자의 탄소 구조체에의 불순물로서의 혼입을 억제할 수 있다. 또한, 셔터 부재, 밸브 기구 등에 의해 제1 공간(1A)과 차폐된 공간(실)에 타겟 재료(T)를 수용해도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전극 등의 오염과 이물질 등의 발생을 억제할 수 있고, 대면적의 기판 상에 탄소 구조체를 양호하게 형성할 수 있다.

Claims

기판 상에 탄소 구조체를 형성하는 탄소 구조체의 제조장치로서,

상기 기판을 수용하는 제1 공간을 형성하는 제1실;

상기 제1 공간에 상기 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급장치;

상기 제1 공간과는 다른 제2 공간을 형성하는 제2실;

상기 제2 공간에 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 공급하는 가스 공급장치;

상기 제2 공간에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성장치;

상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 접속하는 개구;

상기 제2 공간에서 생성된 상기 플라즈마를 상기 개구를 개재하여 상기 제1 공간에 도입하는 플라즈마 도입장치;를 구비하고,

상기 제1 공간에 도입된 상기 플라즈마에 의해, 상기 원료 가스를 이용하여 상기 기판 상에 상기 탄소 구조체를 형성하는 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 공간보다도 상기 제1 공간의 압력을 낮게 설정하는 제조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개구의 근방에 배치되어, 상기 제1 공간에서의 상기 플라즈마를 시트 형상으로 정형하는 자기장 생성장치를 구비한 제조장 치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 공간에 배치되도록 타겟 재료를 유지하는 유지부재를 가지고, 상기 제1 공간에 도입된 상기 플라즈마 중의 불활성 가스에 기초하여 생성한 이온 입자를 상기 타겟 재료에 조사하여, 상기 타겟 재료로부터 상기 기판 상에 도전성막 및 촉매 미립자의 적어도 하나를 형성하기 위한 스퍼터 입자를 방출시키는 스퍼터 장치를 구비한 제조장치.
기판 상에 탄소 구조체를 형성하는 탄소 구조체의 제조방법으로서,

상기 기판이 수용된 제1 공간에 상기 탄소 구조체를 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 동작;

상기 제1 공간과는 다른 제2 공간에서 플라즈마를 생성하는 동작;

상기 제2 공간에서 생성된 상기 플라즈마를 개구를 개재하여 상기 제1 공간에 도입하는 동작;

상기 제1 공간에 도입된 상기 플라즈마에 의해, 상기 원료 가스를 이용하여 상기 기판 상에 상기 탄소 구조체를 형성하는 동작;을 포함하는 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 금속막 및 촉매 미립자의 적어도 하나를 형성한 후, 상기 탄소 구조체를 형성하는 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 탄소 구조체를 형성한 후, 촉매 미립자를 형성하는 제조방법.