JP2007091485A - Method for production of carbon fiber, substrate cartridge, and thermal cvd device - Google Patents

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拓治 小向
Takashi Hirao
孝 平尾
Hiroshi Furuta
寛 古田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of producing on a massive scale, a high purity carbon fiber with uniform length having less damage. <P>SOLUTION: The production method comprises: a first step of mounting a substrate 4 on a substrate cartridge 2; a second step of forming the film of a catalyst on the substrate 4; a third step of setting the substrate cartridge 2 in a thermal CVD device 6; a fourth step of forming the film of the carbon fiber 28 on the surface of the substrate by the thermal CVD device 6; a fifth step of taking out the substrate cartridge 2 from the device 6; and a sixth step of separating and collecting the carbon fiber 28 by using the pressure of a gas non-reactive to the catalyst. Since the same substrate 4 can repeatedly be used, the mass production of the carbon fiber 28 is made possible. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭素系ガスを触媒に接触させてカーボンファイバを製造するカーボンファイバの製造方法、複数の基板を積層することができる基板カートリッジ、およびカーボンファイバを熱ＣＶＤ法により基板上に生産する熱ＣＶＤ装置に関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber manufacturing method for manufacturing a carbon fiber by bringing a carbon-based gas into contact with a catalyst, a substrate cartridge capable of laminating a plurality of substrates, and heat for producing a carbon fiber on a substrate by a thermal CVD method. The present invention relates to a CVD apparatus.

カーボンナノチューブ等のカーボンファイバは、ナノオーダーで細くかつ高アスペクト比であり、電子エミッタ材料、水素吸蔵体、高容量キャパシタ材料、二次電池または燃料電池の電極材料、電磁波吸収材料、等に汎用されつつある。   Carbon fibers such as carbon nanotubes are nano-order thin and have a high aspect ratio, and are widely used for electron emitter materials, hydrogen storage materials, high-capacity capacitor materials, secondary battery or fuel cell electrode materials, electromagnetic wave absorbing materials, etc. It's getting on.

このようなカーボンファイバの製造方法には、アーク放電法、レーザ蒸発法、熱ＣＶＤ法、などがある。これら製造方法のうち、熱ＣＶＤ法には、基板上にカーボンファイバの成長のための微粒子化した金属系の触媒を基板上に生成して炭素系ガスの雰囲気中で基板を加熱することによりカーボンファイバを製造する技術が知られている（特許文献１参照）。   Such a carbon fiber manufacturing method includes an arc discharge method, a laser evaporation method, a thermal CVD method, and the like. Among these manufacturing methods, the thermal CVD method uses carbon by forming a finely divided metal-based catalyst for carbon fiber growth on the substrate and heating the substrate in a carbon-based gas atmosphere. A technique for manufacturing a fiber is known (see Patent Document 1).

しかしながら、この製造方法では、基板の一枚毎にカーボンファイバを製造するために、量産性が低かった。また、この量産性が低いことに加えて基板上にカーボンファイバを均一な長さに成長させにくく、さらには、カーボンファイバを回収するに際して該カーボンファイバにダメージが付きやすく、また、回収したカーボンファイバの純度が低かったうえに製造プロセスが非効率でかつ製造コストが高くつくものであった。
特開２００４−３６２９６０ However, in this manufacturing method, since the carbon fiber is manufactured for each substrate, the mass productivity is low. In addition to this low mass productivity, it is difficult to grow carbon fibers on a substrate to a uniform length. Further, when collecting the carbon fibers, the carbon fibers are easily damaged. In addition to the low purity, the production process is inefficient and the production cost is high.
JP 2004-362960 A

本発明により解決すべき課題は、ダメージが無いか少なくほぼ均一な長さで高純度のカーボンファイバを効率的にかつ安価に量産できるようにすることである。   The problem to be solved by the present invention is to make it possible to mass-produce high-purity carbon fibers efficiently and inexpensively with little or almost no damage.

（１）本発明によるカーボンファイバの製造方法は、カーボンファイバの製造ステップが、基板を基板カートリッジに搭載する第１ステップと、基板カートリッジに搭載されている基板に触媒を成膜する第２ステップと、上記基板カートリッジを熱ＣＶＤ装置にセットする第３ステップと、上記熱ＣＶＤ装置に基板カートリッジをセットした状態で基板面上にカーボンファイバを成膜する第４ステップと、上記熱ＣＶＤ装置から基板カートリッジを取り出す第５ステップと、上記基板カートリッジに基板を搭載した状態で該基板からカーボンファイバを触媒に非反応のガス圧により剥離して回収する第６ステップと含み、上記ステップを同じ基板を用いて繰り返す製造サイクルを有することを特徴とするものである。   (1) In the carbon fiber manufacturing method according to the present invention, the carbon fiber manufacturing step includes a first step of mounting a substrate on a substrate cartridge, and a second step of depositing a catalyst on the substrate mounted on the substrate cartridge. A third step of setting the substrate cartridge in the thermal CVD apparatus, a fourth step of forming a carbon fiber on the substrate surface with the substrate cartridge set in the thermal CVD apparatus, and the substrate cartridge from the thermal CVD apparatus. And a sixth step of separating and collecting the carbon fiber from the substrate by a non-reacting gas pressure with the substrate mounted on the substrate cartridge, and using the same substrate. It is characterized by having a repeated manufacturing cycle.

本発明では第６ステップで基板カートリッジに基板を搭載した状態で各基板からカーボンファイバを触媒に非反応のガス圧により剥離して回収することを可能としたのでカーボンファイバの量産性が飛躍的に向上する。   In the present invention, in the sixth step, the carbon fiber is peeled off from each substrate by the non-reacting gas pressure and collected with the substrate mounted on the substrate cartridge, so that the mass productivity of the carbon fiber is drastically increased. improves.

すなわち、本発明によると、第１ステップから第２ステップで基板カートリッジに基板を搭載し触媒を成膜した後、第３ステップで基板カートリッジを熱ＣＶＤ装置にセットし、第４ステップで熱ＣＶＤ装置においては基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板上にカーボンファイバを製造し、第５ステップを経て第６ステップではカーボンファイバは基板を基板カートリッジに搭載した状態でガス圧で基板面から剥離して回収して１回の製造サイクルを終えることができる。第１ステップにおいて、触媒を成膜した基板を基板カートリッジにセットしてもよい。   That is, according to the present invention, after the substrate is mounted on the substrate cartridge in the first step to the second step and the catalyst is deposited, the substrate cartridge is set in the thermal CVD device in the third step, and the thermal CVD device in the fourth step. The carbon fiber is manufactured on the substrate with the substrate mounted on the substrate cartridge, and after the fifth step, the carbon fiber is peeled off from the substrate surface by the gas pressure with the substrate mounted on the substrate cartridge in the sixth step. It can be recovered to complete one manufacturing cycle. In the first step, the substrate on which the catalyst is formed may be set in the substrate cartridge.

この場合、第６ステップでは基板カートリッジに基板を搭載した状態でカーボンファイバを回収することができるので、次の製造サイクルの第１ステップに移行し、基板カートリッジに基板を搭載した状態で例えば鍍金液に基板カートリッジごと浸漬して基板面に触媒膜を成膜することができるようになり、カーボンファイバの量産性が飛躍的に向上する。   In this case, in the sixth step, the carbon fiber can be recovered with the substrate mounted on the substrate cartridge. Therefore, the process proceeds to the first step of the next manufacturing cycle. Thus, it becomes possible to form a catalyst film on the substrate surface by immersing the substrate cartridge together with the substrate cartridge, and the mass productivity of the carbon fiber is remarkably improved.

そして本発明では、第６ステップでのカーボンファイバの回収が基板を基板カートリッジに搭載した状態でガス圧でカーボンファイバを基板面から剥離して回収するためにカーボンファイバに屈曲レスで隙間のある凝集状態で回収することができ、ダメージが無く、また、高純度のカーボンファイバを回収することができ、さらには、製造プロセスが効率的で安価に製造することができる。   In the present invention, the carbon fiber recovery in the sixth step is agglomeration with no gap in the carbon fiber so that the carbon fiber is separated from the substrate surface by the gas pressure and recovered with the substrate mounted on the substrate cartridge. The carbon fiber can be recovered in a state, there is no damage, a high-purity carbon fiber can be recovered, and the manufacturing process is efficient and can be manufactured at low cost.

本発明の好適な一態様は、第１ステップでは基板カートリッジに搭載する基板に触媒を成膜しておくことで第２ステップを省略して第１ステップから第３ステップに移行することである。   In a preferred embodiment of the present invention, in the first step, the catalyst is formed on the substrate to be mounted on the substrate cartridge, so that the second step is omitted and the process proceeds from the first step to the third step.

本発明の好適な一態様は、第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルを第３ステップから開始する、ことである。   In a preferred aspect of the present invention, the catalyst is deposited on the substrate while the substrate is mounted on the substrate cartridge when shifting from the sixth step to the next manufacturing cycle, so that the next manufacturing cycle starts from the third step. Is to start.

本発明の好適な一態様は、第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジから基板を取り外して基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルでは第１ステップから開始し第２ステップを省略して第３ステップに移行することである。   A preferred embodiment of the present invention starts from the first step in the next manufacturing cycle by removing the substrate from the substrate cartridge and depositing the catalyst on the substrate when the process proceeds from the sixth step to the next manufacturing cycle. The second step is omitted, and the process proceeds to the third step.

本発明の好適な一態様は、第６ステップを、基板面に平行に触媒に非反応のガスを吹き付けることにより当該基板面からカーボンファイバを剥離するステップとすることである。   In a preferred aspect of the present invention, the sixth step is a step of peeling the carbon fiber from the substrate surface by blowing a non-reactive gas onto the catalyst in parallel with the substrate surface.

この態様ではガスを基板面に平行に吹き付けるので、カーボンファイバにダメージを与えることなく高純度のカーボンファイバを得ることができるようになって好ましい。   In this embodiment, since the gas is blown in parallel to the substrate surface, a high purity carbon fiber can be obtained without damaging the carbon fiber, which is preferable.

本発明の好適な一態様は、第６ステップの後に基板をアッシングする第７ステップを実施することである。   A preferred aspect of the present invention is to perform a seventh step of ashing the substrate after the sixth step.

第６ステップで基板面からカーボンファイバをガス圧で剥離した場合、基板面にカーボンファイバの残渣（剥離されずに残る炭素成分）が残ることがある。このように基板面にカーボンファイバの残渣が残ると同じ基板を次のカーボンファイバの製造に再利用することができにくくなる。   When the carbon fiber is peeled off from the substrate surface by gas pressure in the sixth step, carbon fiber residue (carbon component remaining without being peeled off) may remain on the substrate surface. If carbon fiber residues remain on the substrate surface in this way, it becomes difficult to reuse the same substrate for the production of the next carbon fiber.

そのため、基板面からカーボンファイバを剥離させた後にアッシングにより炭素成分を燃やして二酸化炭素に変えて基板面から飛ばすことにより基板面を清浄化して次のカーボンファイバの製造に基板を再利用可能とすることができるようになる。   Therefore, after peeling the carbon fiber from the substrate surface, the carbon component is burned by ashing, changed to carbon dioxide, and then blown off the substrate surface, so that the substrate surface can be cleaned and reused for the production of the next carbon fiber. Will be able to.

本発明の好適な一態様は、第６ステップの後に基板を洗浄する第８ステップを実施することである。   A preferred aspect of the present invention is to perform an eighth step of cleaning the substrate after the sixth step.

第６ステップで基板面からカーボンファイバをガス圧では剥離した場合、基板面に不純物が残存している場合がある。そこで、上記態様による第８ステップにより第６ステップの後に基板を洗浄することにより基板面を清浄化して次のカーボンファイバの製造に基板を再利用可能とすることができる。   If the carbon fiber is peeled off from the substrate surface by gas pressure in the sixth step, impurities may remain on the substrate surface. Therefore, by cleaning the substrate after the sixth step by the eighth step according to the above aspect, the substrate surface can be cleaned so that the substrate can be reused for the production of the next carbon fiber.

本発明の好適な一態様は、第８ステップの洗浄を酸洗浄とすることである。   One preferable aspect of the present invention is that the cleaning in the eighth step is acid cleaning.

カーボンファイバの成長に用いた触媒が基板上に残ることがある。この触媒は例えばＦｅやＡｌ等の金属であったり、あるいは化学反応して触媒作用が失われた化合物等に変質している場合がある。このような不純物は通常の洗浄では基板面から洗浄しにくい。   The catalyst used for carbon fiber growth may remain on the substrate. This catalyst may be a metal such as Fe or Al, or may be altered to a compound that loses its catalytic action due to a chemical reaction. Such impurities are difficult to clean from the substrate surface by normal cleaning.

そこで、第６ステップの後の第８ステップを酸により洗浄するようにすると上記不純物を除去して基板面を清浄化することができ、次のカーボンファイバの製造に基板を再利用することが可能となる。   Therefore, if the eighth step after the sixth step is cleaned with an acid, the impurities can be removed to clean the substrate surface, and the substrate can be reused for the next carbon fiber production. It becomes.

本発明の好適な一態様は、第２ステップを、複数の基板を基板カートリッジに互いに平行に間隔をあけて搭載するステップとすることであり、第４ステップを、触媒に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながら各基板面にほぼ平行に沿わせて強制的に流して基板面上にカーボンファイバを成膜するステップとすることである。   In a preferred aspect of the present invention, the second step is a step of mounting a plurality of substrates on the substrate cartridge at intervals in parallel with each other, and the fourth step is a carbon-based gas in the catalyst. This is a step of forming a carbon fiber film on the substrate surface by forcibly flowing along the substrate surface while controlling the flow rate within a certain range.

この態様では基板面上の触媒によりガスが分解される速度（分解律速）を基板面全体においてほぼ均一化させ、これによって基板面全体におけるカーボンファイバが成長する速度（成長律速）をほぼ均一化させることができ、結果、基板面上にカーボンファイバを均一な長さに成膜させることができるようになる。   In this embodiment, the rate at which the gas is decomposed by the catalyst on the substrate surface (decomposition rate limiting) is made substantially uniform over the entire substrate surface, and thereby the rate at which carbon fibers grow on the entire substrate surface (growth rate limiting) is made almost uniform. As a result, the carbon fiber can be formed in a uniform length on the substrate surface.

本発明の好適な一態様は、第１ステップが、基板上に触媒を鍍金により形成するステップである。この態様では、基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することができ、カーボンファイバの量産性向上に寄与することができるようになる。   In a preferred aspect of the present invention, the first step is a step of forming a catalyst on the substrate by plating. In this aspect, the catalyst can be formed on the substrate in a state where the substrate is mounted on the substrate cartridge, which can contribute to the improvement of mass productivity of the carbon fiber.

本発明の好適な一態様は、第１ステップを、基板上に下地膜を鍍金により形成し、次いでその鍍金した下地膜の上に触媒膜を鍍金により形成するステップとすることである。この態様では、基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に下地膜と触媒膜とを成膜することができ、カーボンファイバの量産性向上に寄与することができるようになる。   In a preferred aspect of the present invention, the first step is a step of forming a base film on the substrate by plating, and then forming a catalyst film on the plated base film by plating. In this aspect, the base film and the catalyst film can be formed on the substrate in a state where the substrate is mounted on the substrate cartridge, which can contribute to an improvement in the mass productivity of the carbon fiber.

（２）本発明による基板カートリッジは、複数の基板を互いに平行に間隔をあけて収納することができる基板カートリッジであって、上記（１）のカーボンファイバの製造方法に用いられることを特徴とするものである。   (2) A substrate cartridge according to the present invention is a substrate cartridge capable of storing a plurality of substrates at intervals in parallel to each other, and is used in the carbon fiber manufacturing method of (1) above. Is.

本発明の基板カートリッジによると、複数の基板を互いに平行に搭載した状態で本発明のカーボンファイバの製造方法において第１ないし第８ステップの実施に用いることができる。   According to the substrate cartridge of the present invention, it can be used in the first to eighth steps in the carbon fiber manufacturing method of the present invention with a plurality of substrates mounted in parallel to each other.

（３）本発明による熱ＣＶＤ装置は、本発明のカーボンファイバの製造方法に用いる熱ＣＶＤ装置であって、内部で熱ＣＶＤが実施されるメインチャンバと、メインチャンバにゲートバルブを介して取り付けられかつゲートバルブを通じてメインチャンバと同じ雰囲気にしてメインチャンバに対する基板カートリッジの収納と取り出しの作業を行うことが可能なロードロックチャンバとを備えたことを特徴とするものである。  (3) The thermal CVD apparatus according to the present invention is a thermal CVD apparatus used in the carbon fiber manufacturing method of the present invention, and is attached to the main chamber through the gate valve, in which the thermal CVD is performed. In addition, a load lock chamber capable of performing the operations of storing and removing the substrate cartridge from the main chamber in the same atmosphere as the main chamber through the gate valve is provided.

なお、ロードロックチャンバは実施の形態における内部が真空引きされることに限定されず、Ｈｅガスなどの非反応性ガスによるガス置換を行うことにより常圧作業することを可能としたロードロックチャンバでもよい。また、ロードロックチャンバはメインチャンバと同圧力にして作業することを目的としているものである。   Note that the load lock chamber is not limited to being evacuated in the embodiment, and the load lock chamber can be operated at normal pressure by performing gas replacement with a non-reactive gas such as He gas. Good. The load lock chamber is intended to operate at the same pressure as the main chamber.

このロードロックチャンバは１つでも複数でもよい。   One or a plurality of load lock chambers may be provided.

本発明の好適な一態様は、メインチャンバは、その内部に収納されている基板カートリッジに積載されている各基板の対向する基板面に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながらほぼ平行に沿わせて強制的に流すことができるようになっていることである。   According to a preferred aspect of the present invention, the main chamber has a carbon-based gas on the opposite substrate surface of each substrate loaded in a substrate cartridge housed in the main chamber while controlling the gas flow rate within a certain range. It is to be able to forcibly flow along the parallel.

なお、カーボンファイバは、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノバンブ、グラファイトナノファイバを含むことができる。   The carbon fiber can include carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocones, carbon nanobumps, and graphite nanofibers.

触媒に用いる金属は、カーボンファイバの成膜を促進する物質であれば特に限定されないが、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の金属がある。   Although the metal used for a catalyst will not be specifically limited if it is a substance which accelerates | stimulates the film-forming of carbon fiber, For example, there exist metals, such as iron, cobalt, nickel.

触媒は、基板上に微粒子化された金属系の触媒が好ましい。この場合、基板上に触媒だけ配置することができるが、基板上に触媒膜を成膜し、この触媒膜を加熱処理して微粒子化するときに触媒膜を構成する金属が基板中に拡散すると、触媒が生成されなくなる。   The catalyst is preferably a metal catalyst finely divided on a substrate. In this case, only the catalyst can be arranged on the substrate. However, when the catalyst film is formed on the substrate and the catalyst film is heat-treated to form fine particles, the metal constituting the catalyst film diffuses into the substrate. , No catalyst is produced.

そのことを防止するため、基板上に触媒に非反応の下地膜を成膜し、その下地膜の上に触媒膜を成膜し、これら下地膜と触媒膜とを加熱処理して微粒子化する技術がある。   In order to prevent this, a non-reacting base film is formed on the substrate on the substrate, a catalyst film is formed on the base film, and the base film and the catalyst film are heat-treated to form fine particles. There is technology.

このような下地膜に用いる金属にはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属またはそれらの合金を例示することができる。   Examples of the metal used for such a base film include metals such as Al, Ti, and Cu, or alloys thereof.

基板面に触媒を成膜する方法には上記の鍍金に限定されるものではなく、電子ビーム蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等により成膜することができる。   The method for depositing the catalyst on the substrate surface is not limited to the above-described plating, but can be deposited by electron beam evaporation, sputtering, ion plating, or the like.

炭素系ガスは、炭素を含むガスであれば特に限定されないが、このガスには例えば、アセチレン、エチレン、メタン、プロパン、プロピレン等がある。また、常温・常圧下においては気体でなくともカーボンファイバの成膜条件（圧力・温度など）において気体であれば良く、メタノールやエタノールをはじめとするアルコール類やアセトンやベンゼンなどの有機溶媒などを用いることができる。   The carbon-based gas is not particularly limited as long as it contains carbon. Examples of the gas include acetylene, ethylene, methane, propane, and propylene. Also, at normal temperature and normal pressure, it is not necessary to use gas as long as the carbon fiber film formation conditions (pressure, temperature, etc.) are sufficient, such as alcohols such as methanol and ethanol, and organic solvents such as acetone and benzene. Can be used.

本発明によれば、カーボンファイバの量産性を向上させることができる。   According to the present invention, the mass productivity of carbon fibers can be improved.

本発明はまた、上記量産性の向上に加えて均一な長さにカーボンファイバを製造することができる。   The present invention can also produce a carbon fiber in a uniform length in addition to the above-described improvement in mass productivity.

本発明はさらにまた、上記量産性の向上に加えてカーボンファイバを回収するに際してダメージが少なく回収し、回収したカーボンファイバの純度を向上させることができる。   Furthermore, in addition to the improvement in mass productivity, the present invention can recover the carbon fiber with less damage and improve the purity of the recovered carbon fiber.

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るカーボンファイバの製造方法を説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a carbon fiber according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１はその製造方法の工程を示すフローチャート図、図２はこのフローチャートに沿う各ステップでの実施状況を示す図、図３は図２の実施状況のうち熱処理装置に基板カートリッジをセットする前後での基板カートリッジや熱ＣＶＤ装置の概略構成を拡大して示す図である。このフローチャートに従って当該製造方法を説明する。   FIG. 1 is a flowchart showing the steps of the manufacturing method, FIG. 2 is a diagram showing an implementation status at each step along the flowchart, and FIG. 3 is a diagram of the implementation status of FIG. 2 before and after setting the substrate cartridge in the heat treatment apparatus. It is a figure which expands and shows schematic structure of this substrate cartridge and a thermal CVD apparatus. The manufacturing method will be described according to this flowchart.

（第１ステップ）
基板カートリッジ２に複数の基板４を搭載する。 (First step)
A plurality of substrates 4 are mounted on the substrate cartridge 2.

基板カートリッジ２は、詳細な構成は図示していないが、複数の基板４を互いに平行に間隔をあけて搭載することができるように枠材５を一体に組み立ててユニット化されている。   Although the detailed configuration of the substrate cartridge 2 is not shown, the frame member 5 is assembled into a unit so that a plurality of substrates 4 can be mounted parallel to each other at intervals.

搭載できる基板４の形状は円形形状でも矩形形状でもよい。搭載できる基板４のサイズに合わせて基板カートリッジ２を構成することができる。   The shape of the substrate 4 that can be mounted may be circular or rectangular. The substrate cartridge 2 can be configured according to the size of the substrate 4 that can be mounted.

実施の形態の製造方法が備える製造ステップの実施中、基板カートリッジ２に１つないし複数の基板４を搭載しておくことができる。   During the execution of the manufacturing steps included in the manufacturing method of the embodiment, one or a plurality of substrates 4 can be mounted on the substrate cartridge 2.

（第２ステップ）
基板カートリッジ２に搭載している基板４それぞれに触媒を成膜する。 (Second step)
A catalyst is deposited on each of the substrates 4 mounted on the substrate cartridge 2.

この触媒の成膜においては、基板カートリッジ２を下地膜用鍍金溶液５に浸漬し基板４上に下地膜４ａを電解鍍金や無電解鍍金等により鍍金する。この鍍金が終了すると基板カートリッジ２を下地膜用鍍金溶液５から引き上げ、次いで、基板カートリッジ２を触媒膜用鍍金溶液７に浸漬して、下地膜４ａの上に触媒膜４ｂを電解鍍金や無電解鍍金等により鍍金する。この鍍金が終了すると基板カートリッジ２を触媒膜用鍍金溶液７から引き上げて次のステップである第３ステップに移行する。   In forming the catalyst, the substrate cartridge 2 is immersed in the plating solution 5 for the base film, and the base film 4a is plated on the substrate 4 by electrolytic plating, electroless plating, or the like. When this plating is completed, the substrate cartridge 2 is pulled up from the plating solution 5 for the base film, and then the substrate cartridge 2 is immersed in the plating solution 7 for the catalyst film, so that the catalyst film 4b is electroplated or electrolessly formed on the base film 4a. Make a deposit by making a deposit. When this plating is completed, the substrate cartridge 2 is lifted from the plating solution 7 for the catalyst film, and the process proceeds to the third step, which is the next step.

電解鍍金（電気鍍金）は電流で金属イオンを処理対象である基板４に固着させて金属被膜である下地膜４ａ、触媒膜４ｂを生成する鍍金である。無電解鍍金（化学鍍金）は化学反応のみで鍍金被膜である下地膜４ａ、触媒膜４ｂを析出する鍍金であり、被膜の目的とする金属を溶かした鍍金浴中に基板４を浸漬し金属イオンを化学還元剤の作用で還元し、基板４の表面に下地膜４ａや触媒膜４ｂに対応した金属を析出させる。   Electrolytic plating (electroplating) is a plating that causes metal ions to be fixed to a substrate 4 to be processed by an electric current to form a base film 4a and a catalyst film 4b that are metal films. Electroless plating (chemical plating) is a plating that deposits a base film 4a and a catalyst film 4b which are plating films only by a chemical reaction. Is reduced by the action of a chemical reducing agent, and a metal corresponding to the base film 4 a and the catalyst film 4 b is deposited on the surface of the substrate 4.

基板４はシリコン、クロム、タングステン、その他の素材から構成することができる。下地膜４ａ鍍金用金属にはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ等を例示することができる。触媒膜４ｂ鍍金用金属にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を例示することができる。なお鍍金の方法は上記に限定されない。   The substrate 4 can be made of silicon, chromium, tungsten, or other materials. Examples of the base film 4a plating metal include Al, Ti, and Cu. Examples of the metal for plating the catalyst film 4b include Fe, Co, Ni, and the like. The plating method is not limited to the above.

上記鍍金のために基板カートリッジ２は他のステップにおける熱処理に耐えうる素材例えばアルミナなどのセラミック類、石英などのガラス類、または、ニッケル合金などで構成されていることが好ましい。   For the plating, the substrate cartridge 2 is preferably made of a material that can withstand heat treatment in other steps, such as ceramics such as alumina, glass such as quartz, or nickel alloy.

この鍍金に代えて、基板カートリッジ２から基板４を取り出して、各種の成膜装置で下地膜４ａ、触媒膜４ｂを成膜することができる。例えば、電子ビーム蒸着やその他の方法で下地膜４ａ、触媒膜４ｂを成膜してもよい。   Instead of this plating, the substrate 4 can be taken out from the substrate cartridge 2, and the base film 4a and the catalyst film 4b can be formed by various film forming apparatuses. For example, the base film 4a and the catalyst film 4b may be formed by electron beam evaporation or other methods.

（第３ステップ）
基板カートリッジ２を熱ＣＶＤ装置６にセットする。 (Third step)
The substrate cartridge 2 is set in the thermal CVD apparatus 6.

熱ＣＶＤ装置６の構成を説明する。熱ＣＶＤ装置６は、メインチャンバ８と、メインチャンバ８の図２でその左右両側のゲートバルブ１０，１２に取り付けられた第１、第２ロードロックチャンバ１４，１６とを備える。これらロードロックチャンバ１４，１６とメインチャンバ８との間のゲートバルブ１０，１２は真空側のゲートバルブであるが、ロードロックチャンバ１４，１６には基板カートリッジ２を搬入、搬出する大気側のゲートバルブもあり、これらの図示は図解の都合で省略している。   The configuration of the thermal CVD apparatus 6 will be described. The thermal CVD apparatus 6 includes a main chamber 8 and first and second load lock chambers 14 and 16 attached to the gate valves 10 and 12 on the left and right sides of the main chamber 8 in FIG. The gate valves 10 and 12 between the load lock chambers 14 and 16 and the main chamber 8 are vacuum side gate valves, but the atmosphere side gates for loading and unloading the substrate cartridge 2 into and from the load lock chambers 14 and 16. There is also a valve, and these illustrations are omitted for convenience of illustration.

以下の説明では前者のゲートバルブを真空側ゲートバルブ１０，１２といい、後者のゲートバルブは符号をとらないが大気側ゲートバルブという。   In the following description, the former gate valves are referred to as vacuum side gate valves 10 and 12, and the latter gate valve is referred to as an atmospheric side gate valve although it is not denoted by a reference numeral.

メインチャンバ８は、熱ＣＶＤ法によりカーボンファイバを基板４上に成膜させるためのチャンバであり、第１真空側ゲートバルブ１０側に原料ガス（反応ガスである炭素系ガス例えばＣ2Ｈ2ガスと希釈ガス例えばＨｅガス）を第１矢印１８から導入するとともにさらに第２矢印２０の向きに強制的に沿わせて流す原料ガス導入路があり、また、第２真空側ゲートバルブ１２側にメインチャンバ８内を第３矢印２２の向きから第４矢印２４向きに真空排気する排気ガス導出路がある。 The main chamber 8 is a chamber for depositing a carbon fiber on the substrate 4 by a thermal CVD method, and a source gas (a carbon-based gas which is a reaction gas such as C 2 H 2 gas) is provided on the first vacuum side gate valve 10 side. And a diluting gas (for example, He gas) from the first arrow 18 and a source gas introduction path forcibly flowing along the direction of the second arrow 20, and the main on the second vacuum side gate valve 12 side. There is an exhaust gas lead-out path for evacuating the chamber 8 from the direction of the third arrow 22 to the direction of the fourth arrow 24.

メインチャンバ８は、この原料ガス導入路と排気ガス導出路との間に基板カートリッジ設置部２６を備える。   The main chamber 8 includes a substrate cartridge installation portion 26 between the source gas introduction path and the exhaust gas lead-out path.

第１ロードロックチャンバ１４は第１大気側ゲートバルブを開けて基板カートリッジ２を収納し収納完了後に第１大気側ゲートバルブと第１真空側ゲートバルブ１０とを閉じて内部を真空引きしてのち第１真空側ゲートバルブ１０を開けて基板カートリッジ２をメインチャンバ８に移動することを可能している。   The first load lock chamber 14 opens the first atmosphere side gate valve to store the substrate cartridge 2, and after the storage is completed, closes the first atmosphere side gate valve and the first vacuum side gate valve 10 and evacuates the inside. It is possible to move the substrate cartridge 2 to the main chamber 8 by opening the first vacuum side gate valve 10.

第１ロードロックチャンバ１４は、基板カートリッジ２をメインチャンバ８に移動した後は第１大気側ゲートバルブを開け第１真空側ゲートバルブ１０を閉じて大気復圧して次の基板カートリッジ２を収納することができる。   After the substrate cartridge 2 is moved to the main chamber 8, the first load lock chamber 14 opens the first atmosphere side gate valve, closes the first vacuum side gate valve 10, and restores the atmosphere to accommodate the next substrate cartridge 2. be able to.

第２ロードロックチャンバ１６は第２大気側ゲートバルブと第２真空側ゲートバルブ１２とを閉じて真空引きされてから第２真空側ゲートバルブ１２を開けてメインチャンバ８から基板カートリッジ２を内部に移動し、その内部に基板カートリッジ２の収納が完了した後、第２ゲートバルブ１２を閉じて内部を大気復圧してから第２大気側ゲートバルブを開けて基板カートリッジ２を外部に取り出すことができるようになっている。   The second load lock chamber 16 closes the second atmosphere side gate valve and the second vacuum side gate valve 12 and is evacuated, and then opens the second vacuum side gate valve 12 to bring the substrate cartridge 2 into the interior from the main chamber 8. After the movement and the housing of the substrate cartridge 2 are completed, the second gate valve 12 can be closed to return the atmosphere to the atmosphere, and then the second atmosphere side gate valve can be opened to take out the substrate cartridge 2 to the outside. It is like that.

（第４ステップ）
以上の熱ＣＶＤ装置６に基板カートリッジ２をセットした後、熱ＣＶＤ装置６により基板４面上にカーボンファイバ２８を成膜する。 (4th step)
After the substrate cartridge 2 is set in the thermal CVD apparatus 6 described above, the carbon fiber 28 is formed on the surface of the substrate 4 by the thermal CVD apparatus 6.

この成膜においては、メインチャンバ８ではその内部に搬入されている基板カートリッジ２に対して原料ガス導入路から原料ガスを供給する。この供給において基板カートリッジ２に互いに平行に搭載されている基板４に対して原料ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながら各基板４面にほぼ平行に沿わせて強制的に流して基板４面上にカーボンファイバ２８を成膜する。   In this film formation, the main chamber 8 supplies the source gas from the source gas introduction path to the substrate cartridge 2 carried into the main chamber 8. In this supply, the substrate 4 is forced to flow along the surfaces of the respective substrates 4 while controlling the gas flow rate within a certain range with respect to the substrates 4 mounted in parallel to each other on the substrate cartridge 2. A carbon fiber 28 is formed on the surface.

このように原料ガスを供給することにより、触媒によりガスが分解される速度を基板面全体においてほぼ均一化させ、基板面全体におけるカーボンファイバ２８が成長する速度をほぼ均一化させることができ、結果、基板面上にカーボンファイバ２８を均一な長さに成膜させることができるようになる。   By supplying the raw material gas in this way, the rate at which the gas is decomposed by the catalyst can be made substantially uniform over the entire substrate surface, and the rate at which the carbon fiber 28 grows over the entire substrate surface can be made almost uniform. The carbon fiber 28 can be formed on the substrate surface to have a uniform length.

上記において、ガスを一定範囲の流速に制御した場合、基板面全体に対して触媒に対する接触ガス濃度とガス接触時間とをカーボンファイバ２８の均一成長が可能なように平衡制御することができる。この場合、ガスを基板面に平行に沿わせて強制的に流すことにより、基板面の特定領域にガスが不所望に滞留することを避けることができる。   In the above, when the gas flow rate is controlled within a certain range, the contact gas concentration with respect to the catalyst and the gas contact time with respect to the entire substrate surface can be balanced and controlled so that the carbon fiber 28 can be uniformly grown. In this case, by forcibly flowing the gas along the substrate surface in parallel, the gas can be prevented from undesirably staying in a specific region of the substrate surface.

そして、ガス流速が一定範囲以下の速度では、ガスの流速が遅くなりすぎてガス接触時間が長くなり基板面の一端側領域（ガス流入側）ではカーボンファイバ２８が極端に成長し、基板面の他端側領域（ガス流出側）ではさらにガス接触時間が長くなるがガス中の炭素がガス流入側で消費されて他端側領域では所要のガス濃度が得られずカーボンファイバ２８が成長しなくなり、基板面全体ではカーボンファイバ２８が不均一に成長したものとなる。   When the gas flow rate is below a certain range, the gas flow rate becomes too slow and the gas contact time becomes long, and the carbon fiber 28 grows extremely in one end side region (gas inflow side) of the substrate surface. In the other end side region (gas outflow side), the gas contact time is further increased, but carbon in the gas is consumed on the gas inflow side, and the required gas concentration cannot be obtained in the other end side region, and the carbon fiber 28 does not grow. The carbon fiber 28 grows unevenly over the entire substrate surface.

また、ガス流速が一定範囲以上の速度になると、ガス流速が速すぎて触媒へのガス接触時間中におけるガス分子の十分な加熱を確保することができず基板面全領域でカーボンファイバ２８の成長がみられなくなる。ただし、後者においてはガスを前段階で加熱しておくことにより改善することが可能である。   Further, if the gas flow rate is a certain range or more, the gas flow rate is too high to ensure sufficient heating of gas molecules during the gas contact time with the catalyst, and the growth of the carbon fiber 28 over the entire area of the substrate surface. Disappears. However, the latter can be improved by heating the gas in the previous stage.

そこで、ガスを一定範囲の速度で基板面の一端側から他端側に流すと、流速を基板面の一端側と他端側と比較すると、一端側では大きく、他端側では低くなるものの、ガス濃度に関しては基板面の一端側から新たに供給されてくるので、基板面全領域においては接触ガス濃度とガス接触時間とが平衡し基板面全領域にわたり均一にカーボンファイバ２８を成長させることができる。   Therefore, when the gas is flowed from one end side to the other end side of the substrate surface at a certain range of speed, the flow rate is larger on one end side and lower on the other end side than the other end side, Since the gas concentration is newly supplied from one end side of the substrate surface, the contact gas concentration and the gas contact time are balanced in the entire region of the substrate surface, and the carbon fiber 28 can be grown uniformly over the entire region of the substrate surface. it can.

（第５ステップ）
熱ＣＶＤ装置６から基板カートリッジ２を取り出す。 (5th step)
The substrate cartridge 2 is taken out from the thermal CVD apparatus 6.

この基板カートリッジ２の取り出しは、第２大気側ゲートバルブを閉じ第２ロードロックチャンバ１６を真空引きしてから第２真空側ゲートバルブ１２を開けてメインチャンバ８から基板カートリッジ２を移動させる。そして、この移動してきた基板カートリッジ２を第２ロードロックチャンバ１６に収納が完了した後、第２ゲートバルブ１２を閉じる。第２ゲートバルブ１２が閉じると第２ロードロックチャンバ１６内を大気復圧してから第２大気側ゲートバルブを開けて基板カートリッジ２を取り出す。   To remove the substrate cartridge 2, the second atmosphere side gate valve is closed, the second load lock chamber 16 is evacuated, the second vacuum side gate valve 12 is opened, and the substrate cartridge 2 is moved from the main chamber 8. Then, after the moved substrate cartridge 2 is completely stored in the second load lock chamber 16, the second gate valve 12 is closed. When the second gate valve 12 is closed, the pressure in the second load lock chamber 16 is restored to the atmosphere, and then the second atmosphere side gate valve is opened to take out the substrate cartridge 2.

（第６ステップ）
第５ステップで第２ロードロックチャンバ１６から取り出した基板カートリッジ２に対して各基板４間に触媒に非反応のガス３０を吹き付けると、基板面からカーボンファイバ２８がそのガス３の圧力で剥離する。 (6th step)
When the non-reacting gas 30 is blown to the catalyst between the substrates 4 to the substrate cartridge 2 taken out from the second load lock chamber 16 in the fifth step, the carbon fiber 28 is peeled off from the substrate surface by the pressure of the gas 3. .

図２の第６ステップを示す基板カートリッジ２には基板４の表裏面からカーボンファイバ２８が剥離している様子が一部を拡大した円内に模式的に示されている。   In the substrate cartridge 2 showing the sixth step in FIG. 2, a state in which the carbon fibers 28 are peeled from the front and back surfaces of the substrate 4 is schematically shown in a partially enlarged circle.

このガス３０の種類は限定されないが、例えば窒素ガスを例示することができる。ガス３０の吹付け治具は適宜のブロワーでよい。   Although the kind of this gas 30 is not limited, For example, nitrogen gas can be illustrated. The blowing tool for the gas 30 may be an appropriate blower.

この回収ではカーボンファイバ２８に治具を用いて掻き落としや削ぎ落とし等の機械的応力を加えていないので、回収後のカーボンファイバを集合体として構成した場合、カーボンファイバは基板や従来の治具等により汚染されておらず、その上、カーボンファイバ同士の隙間の無い凝集や個々のカーボンファイバに屈曲等が無いか有っても極めて少なく、損傷が無いか極めて少なくかつ高純度なカーボンファイバの集合体を構成することができる。その上、高純度なカーボンファイバの集合体を簡単にかつコスト的に安価に得ることができる。   In this collection, since a mechanical stress such as scraping or scraping off is not applied to the carbon fiber 28 using a jig, when the collected carbon fiber is configured as an aggregate, the carbon fiber is used as a substrate or a conventional jig. In addition, there is little or no agglomeration with no gaps between carbon fibers or bending of each carbon fiber, and there is little or no damage. Aggregates can be constructed. In addition, a high-purity carbon fiber assembly can be obtained easily and inexpensively.

本発明者が、１枚の基板４から剥離したカーボンファイバ２８には１枚の基板２８上の全触媒が残存しているとして計算した結果によると、触媒は触媒膜をＦｅ膜（膜厚２０Å）とし下地膜をＡｌ膜（膜厚３０Å）として、全触媒重量は２．３８７×１０-6ｇ／ｃｍ2である。 According to the result of calculation by the inventor that all the catalyst on one substrate 28 remains in the carbon fiber 28 peeled from one substrate 4, the catalyst uses the catalyst film as the Fe film (thickness of 20 mm). ) And the base film is an Al film (film thickness 30 mm), and the total catalyst weight is 2.387 × 10 −6 g / cm 2 .

したがって、触媒のｗｔ％は全触媒重量／カーボンナノチューブ回収前後の基板重量差の式で与え、この式に上記数値を代入することにより、２．３８７×１０-6／１．４１９×１０-3≒０．１６８ｗｔ％となった。この触媒のｗｔ％は回収したカーボンナノチューブに含む不純物となる。既存の熱ＣＶＤ法により回収したカーボンナノチューブの触媒のｗｔ％は０．２ｗｔ％以上であるので、計算の結果では、極めて触媒のｗｔ％が０．２ｗｔ％未満である高純度のカーボンナノチューブの集合体を得ることができた。 Therefore, wt% of the catalyst is given by the formula of the total catalyst weight / substrate weight difference before and after carbon nanotube recovery, and by substituting the above numerical value into this formula, 2.387 × 10 −6 /1.419×10 −3. ≈0.168 wt%. The wt% of the catalyst becomes an impurity contained in the recovered carbon nanotube. Since the wt% of the carbon nanotube catalyst recovered by the existing thermal CVD method is 0.2 wt% or more, the calculation results show that the collection of high-purity carbon nanotubes in which the catalyst wt% is less than 0.2 wt% is extremely high. I was able to get a body.

以上、第１ステップから第６ステップまでのステップからなる一連の製造サイクルによりカーボンファイバを製造することができる。この製造サイクルにおいて１回目は第１ステップから第６ステップまでを実施してカーボンファイバを製造し、２回目以降は１回目の第６ステップの後、第３ステップから第６ステップを繰り返してカーボンファイバを量産することができる。これは、基板には触媒が存在しているから第２ステップを省略することができるからである。
なお、図１および図２中、点線で示すように、次の第７、第８ステップを必要に応じて実施してもよい。 As described above, the carbon fiber can be manufactured by a series of manufacturing cycles including the steps from the first step to the sixth step. In this manufacturing cycle, the first time from the first step to the sixth step is performed to manufacture the carbon fiber, and the second and subsequent steps are repeated after the first sixth step, and then the third step to the sixth step are repeated. Can be mass-produced. This is because the second step can be omitted because the catalyst exists on the substrate.
In addition, as shown with a dotted line in FIG. 1 and FIG. 2, you may implement the following 7th, 8th step as needed.

（第７ステップ）
基板面を酸素フロー中あるいはエアフロー中でアッシング処理して基板面上の炭素成分を燃やして灰化して飛ばす。これは基板面からカーボンファイバ２８が剥離された後には基板面上にカーボンファイバ２８が剥離しきれずに残存していることがある。もちろん、基板面上に炭素成分が残存していない場合はこのアッシングを施す必要は必ずしもなく、第７ステップを省略することができる。 (7th step)
Ashing treatment is performed on the substrate surface in oxygen flow or air flow to burn carbon components on the substrate surface to ash and fly away. This is because, after the carbon fiber 28 is peeled from the substrate surface, the carbon fiber 28 may remain on the substrate surface without being peeled off. Of course, if no carbon component remains on the substrate surface, this ashing is not necessarily performed, and the seventh step can be omitted.

（第８ステップ）
基板４を洗浄する。 (8th step)
The substrate 4 is cleaned.

カーボンファイバ２８が剥離された後の基板面上には触媒が残存している場合がある。この触媒は金属から構成されているので、酸洗浄することが好ましい。この酸には硝酸、塩酸、ふっ酸等がある。この酸洗浄により基板面は分子レベルで洗浄されることになり清浄化される。もちろん、基板面上に触媒成分が全く残存していない場合ではこの洗浄を施す必要は必ずしもなく、第８ステップを省略することができる。   The catalyst may remain on the substrate surface after the carbon fiber 28 is peeled off. Since this catalyst is composed of metal, it is preferable to perform acid cleaning. Examples of the acid include nitric acid, hydrochloric acid, and hydrofluoric acid. By this acid cleaning, the substrate surface is cleaned at the molecular level and cleaned. Of course, when no catalyst component remains on the substrate surface, it is not always necessary to perform this cleaning, and the eighth step can be omitted.

以上、第１ステップから第８ステップまでのステップからなる一連の製造サイクルによりカーボンファイバを製造し、製造サイクルにおいて１回目は第１ステップから第８ステップまでを実施してカーボンファイバを製造し、２回目以降は１回目の第８ステップの後、第２ステップから第８ステップを繰り返してカーボンファイバを量産することができる。   As described above, the carbon fiber is manufactured by a series of manufacturing cycles including the steps from the first step to the eighth step, and the first time in the manufacturing cycle is performed from the first step to the eighth step to manufacture the carbon fiber. From the first time on, after the first eighth step, the second step to the eighth step can be repeated to mass-produce the carbon fiber.

なお、第７と第８ステップは必要に応じて実施するとよく、必要でなければ、１回目でも２回目以降でも第７と第８ステップを省略することができる。   It should be noted that the seventh and eighth steps may be carried out as necessary. If not necessary, the seventh and eighth steps can be omitted at the first time or after the second time.

また、第２ステップでは基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することができるが、第１ステップで基板カートリッジに基板を搭載する前に基板に触媒を成膜して第２ステップを省略してもよい。すなわち、第８ステップの後、あるいは第８ステップを省略するときは第７ステップの後、第７ステップを省略するときは第６ステップの後、基板カートリッジから基板を取り外して基板に触媒を成膜して第１ステップを実施し、第３ステップに移行することができる。   In the second step, the catalyst can be formed on the substrate with the substrate mounted on the substrate cartridge. However, the catalyst is formed on the substrate before the substrate is mounted on the substrate cartridge in the first step. Steps may be omitted. That is, after the eighth step, or when the eighth step is omitted, after the seventh step, when the seventh step is omitted, after the sixth step, the substrate is removed from the substrate cartridge, and the catalyst is formed on the substrate. Then, the first step can be performed and the process can move to the third step.

また、本実施の形態では基板カートリッジ２の搬送形態は図示していないが、その搬送形態に限定されない。   In the present embodiment, the transport form of the substrate cartridge 2 is not shown, but is not limited to the transport form.

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various changes or modifications within the scope described in the claims.

図１はその製造方法の工程を示すフローチャート図である。FIG. 1 is a flowchart showing the steps of the manufacturing method. 図２はこのフローチャートに沿う各ステップでの実施状況を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an implementation status at each step along the flowchart. 図３は図２の実施状況のうち熱処理装置に基板カートリッジをセットする前後での基板カートリッジや熱ＣＶＤ装置の概略構成を拡大して示す図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a schematic configuration of the substrate cartridge and the thermal CVD apparatus before and after setting the substrate cartridge in the heat treatment apparatus in the implementation state of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

２ 基板カートリッジ
４ 基板
５ 下地膜用鍍金溶液
７ 触媒膜用鍍金溶液
６ 熱ＣＶＤ装置
８ メインチャンバ
１０，１２ ゲートバルブ
１４，１６ ロードロックチャンバ
２６ 基板カートリッジ設置部
２８ カーボンファイバ
３０ ガス 2 substrate cartridge 4 substrate 5 plating solution for base film 7 plating solution for catalyst film 6 thermal CVD apparatus 8 main chamber 10, 12 gate valve 14, 16 load lock chamber 26 substrate cartridge installation portion 28 carbon fiber 30 gas

Claims (14)

カーボンファイバの製造ステップが、
基板を基板カートリッジに搭載する第１ステップと、
基板カートリッジに搭載した状態で基板に触媒を成膜する第２ステップと、
上記基板カートリッジを熱ＣＶＤ装置にセットする第３ステップと、
上記熱ＣＶＤ装置に基板カートリッジをセットした状態で基板面上にカーボンファイバを成膜する第４ステップと、
上記熱ＣＶＤ装置から基板カートリッジを取り出す第５ステップと、
上記基板カートリッジに基板を搭載した状態で該基板からカーボンファイバを触媒に非反応のガス圧により剥離して回収する第６ステップと、
を含み、
上記ステップを同じ基板を用いて繰り返す製造サイクルを有する、ことを特徴とするカーボンファイバの製造方法。 Carbon fiber manufacturing steps
A first step of mounting a substrate on a substrate cartridge;
A second step of depositing the catalyst on the substrate while mounted on the substrate cartridge;
A third step of setting the substrate cartridge in a thermal CVD apparatus;
A fourth step of forming a carbon fiber on the substrate surface with the substrate cartridge set in the thermal CVD apparatus;
A fifth step of removing the substrate cartridge from the thermal CVD apparatus;
A sixth step of separating and collecting the carbon fiber from the substrate by a non-reacting gas pressure with the substrate mounted on the substrate cartridge;
Including
It has a manufacturing cycle which repeats the said step using the same board | substrate, The manufacturing method of the carbon fiber characterized by the above-mentioned. 第１ステップでは基板カートリッジに搭載する基板に触媒を成膜しておくことで第２ステップを省略して第１ステップから第３ステップに移行する、ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンファイバの製造方法。   2. The carbon according to claim 1, wherein in the first step, the catalyst is formed on a substrate to be mounted on the substrate cartridge, so that the second step is omitted and the process proceeds from the first step to the third step. Fiber manufacturing method. 第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルを第３ステップから開始する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンファイバの製造方法。   The next manufacturing cycle is started from the third step by depositing a catalyst on the substrate in a state where the substrate is mounted on the substrate cartridge when shifting from the sixth step to the next manufacturing cycle. Item 3. A method for producing a carbon fiber according to Item 1 or 2. 第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジから基板を取り外して基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルでは第１ステップから開始し第２ステップを省略して第３ステップに移行する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンファイバの製造方法。   When shifting from the sixth step to the next manufacturing cycle, the substrate is removed from the substrate cartridge and a catalyst is deposited on the substrate, so that the next manufacturing cycle starts from the first step and omits the second step. 3. The method for producing a carbon fiber according to claim 1, wherein the method proceeds to a step. 第６ステップが、基板面に平行に触媒に非反応のガスを吹き付けることにより当該基板面からカーボンファイバを剥離するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。   5. The carbon according to claim 1, wherein the sixth step is a step of peeling the carbon fiber from the substrate surface by blowing a non-reactive gas onto the catalyst in parallel with the substrate surface. Fiber manufacturing method. 第６ステップの後に基板をアッシングする第７ステップを有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。   The carbon fiber manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a seventh step of ashing the substrate after the sixth step. 第６ステップの後に基板を洗浄する第８ステップを有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。   The carbon fiber manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, further comprising an eighth step of cleaning the substrate after the sixth step. 第８ステップの洗浄が酸洗浄である、ことを特徴とする請求項７に記載のカーボンファイバの製造方法。   The carbon fiber manufacturing method according to claim 7, wherein the cleaning in the eighth step is acid cleaning. 第２ステップが、複数の基板を基板カートリッジに互いに平行に間隔をあけて搭載するステップであり、
第４ステップが、触媒に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながら各基板面にほぼ平行に沿わせて強制的に流して基板面上にカーボンファイバを成膜するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。 The second step is a step of mounting a plurality of substrates on the substrate cartridge at intervals in parallel to each other,
The fourth step is a step of forming a carbon fiber on the substrate surface by forcibly flowing a carbon-based gas to the catalyst while controlling the gas flow rate within a certain range so as to be substantially parallel to each substrate surface. 9. The method for producing a carbon fiber according to claim 1, wherein the carbon fiber is produced. 第１ステップが、基板上に触媒を鍍金により形成するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。   The carbon fiber manufacturing method according to any one of claims 1 to 9, wherein the first step is a step of forming a catalyst on a substrate by plating. 第１ステップが、基板上に下地膜を鍍金により形成し、次いでその鍍金した下地膜の上に触媒膜を鍍金により形成するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。   The first step is a step of forming a base film on a substrate by plating, and then forming a catalyst film on the plated base film by plating. The manufacturing method of the carbon fiber of description. 複数の基板を互いに平行に間隔をあけて収納することができる基板カートリッジであって、請求項１ないし１１のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法に用いられる、ことを特徴とする基板カートリッジ。   A substrate cartridge capable of storing a plurality of substrates in parallel with each other at intervals, and used in the carbon fiber manufacturing method according to any one of claims 1 to 11. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法に用いる熱ＣＶＤ装置であって、
内部で熱ＣＶＤが実施されるメインチャンバと、
メインチャンバにゲートバルブを介して取り付けられかつゲートバルブを通じてメインチャンバと同じ雰囲気にしてメインチャンバに対する基板カートリッジの収納と取り出しの作業を行うことが可能なロードロックチャンバと、
を備えたことを特徴とする熱ＣＶＤ装置。 A thermal CVD apparatus used for the carbon fiber manufacturing method according to any one of claims 1 to 11,
A main chamber in which thermal CVD is performed;
A load lock chamber attached to the main chamber via a gate valve and capable of storing and removing the substrate cartridge from the main chamber in the same atmosphere as the main chamber through the gate valve;
A thermal CVD apparatus comprising: メインチャンバは、その内部に収納されている基板カートリッジに積載されている各基板の対向する基板面に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながらほぼ平行に沿わせて強制的に流すことができるようになっている、ことを特徴とする請求項１３に記載の熱ＣＶＤ装置。   The main chamber forcibly causes the carbon-based gas to flow substantially parallel to the opposing substrate surface of each substrate loaded in the substrate cartridge housed in the main chamber while controlling the gas flow rate within a certain range. The thermal CVD apparatus according to claim 13, wherein the thermal CVD apparatus is configured to be capable of performing the above.
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