JP5245499B2 - Method for producing carbon nanotube - Google Patents

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本発明は、カーボンナノチューブの製造方法、より具体的には基板上にカーボンナノチューブを気相成長させてカーボンナノチューブを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing carbon nanotubes, and more specifically, to a method for producing carbon nanotubes by vapor growth of carbon nanotubes on a substrate.

カーボンナノチューブの製造法は、アーク放電法、レーザ蒸発法、および化学気相成長法の３つに大別されうる。これらのうち、化学気相成長法によるカーボンナノチューブの製造は、遷移金属触媒の存在下で、原料である炭素原子を含むガスを反応させて、カーボンナノチューブを生成させる。遷移金属触媒は、基板などに配置されていてもよい。   Carbon nanotube production methods can be broadly divided into three methods: arc discharge, laser evaporation, and chemical vapor deposition. Among these, in the production of carbon nanotubes by chemical vapor deposition, a carbon nanotube is produced by reacting a gas containing carbon atoms as a raw material in the presence of a transition metal catalyst. The transition metal catalyst may be disposed on a substrate or the like.

例えばアルコールガスを原料とする、化学気相成長法によるカーボンナノチューブの製造方法が知られている（非特許文献１〜３参照）。いずれの文献においても、金属触媒（鉄系）を配置した基板を石英チューブ内にいれて；石英チューブ内を減圧し、約６００℃〜９００℃に加熱し；石英チューブ内にアルコールを導入することにより、基板上にカーボンナノチューブを生成させる。   For example, a method for producing carbon nanotubes by chemical vapor deposition using alcohol gas as a raw material is known (see Non-Patent Documents 1 to 3). In any document, a substrate on which a metal catalyst (iron-based) is placed is placed in a quartz tube; the inside of the quartz tube is decompressed and heated to about 600 ° C. to 900 ° C .; alcohol is introduced into the quartz tube. Thus, carbon nanotubes are generated on the substrate.

一方、カーボンナノチューブをウェハ上に気相成長させて、カーボンナノチューブアレイを作製する技術が報告されている（特許文献１を参照）。
特開２００７−１６１５７６号公報 Chemical Physics Letters 360 (2002) 229-334 J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16451-16456 表面科学 Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ６，ｐｐ３１８〜３２５（２００４） On the other hand, a technique for producing a carbon nanotube array by vapor growth of carbon nanotubes on a wafer has been reported (see Patent Document 1).
JP 2007-161576 A Chemical Physics Letters 360 (2002) 229-334 J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16451-16456 Surface Science Vol. 25, No6, pp318-325 (2004)

化学気相成長法は、原料がガスであるため、一般的に大量生産に向いていると考えられる。常温で液体である物質のガスを原料とすると、さらに工業生産に適用しやすい。しかしながら、従来の化学気相成長法によるカーボンナノチューブの製造は、いわば研究室レベルの規模での製造であり、工業規模への適用は困難であった。そこで、本発明は高品質なカーボンナノチューブを工業的規模で製造することを目的とする。   The chemical vapor deposition method is generally considered to be suitable for mass production because the raw material is a gas. If a material gas that is liquid at room temperature is used as a raw material, it is easier to apply to industrial production. However, the production of carbon nanotubes by the conventional chemical vapor deposition method is, so to speak, production at a laboratory level, and it has been difficult to apply to an industrial scale. Accordingly, an object of the present invention is to produce high-quality carbon nanotubes on an industrial scale.

半導体製造プロセスでは、低圧化学気相成長（低圧ＣＶＤ）装置が汎用される。低圧ＣＶＤ装置には、バッチ式装置や枚葉式装置などがある。本発明者は低圧ＣＶＤ装置を、気相成長法によるカーボンナノチューブの製造に適用することを検討し、本発明を完成させた。   In the semiconductor manufacturing process, a low pressure chemical vapor deposition (low pressure CVD) apparatus is widely used. Examples of the low pressure CVD apparatus include a batch type apparatus and a single wafer type apparatus. The present inventor studied the application of the low pressure CVD apparatus to the production of carbon nanotubes by vapor phase growth, and completed the present invention.

すなわち、本発明の第一は、以下に示すバッチ式の低圧ＣＶＤ装置を用いたカーボンナノチューブの製造方法に関する。
［１］ 基板に処理を施すための処理室を有するチューブ状のチャンバと、前記基板に処理を施すためのガスを処理室に導入するための気体導入手段と、前記処理室内の気体を排気する排気手段と、前記処理室に複数の基板をチャージした治具を搬入および搬出するための基板搬入出手段と、前記チャンバの周囲に設けられ、処理室内の基板の温度を調整するヒータと、を有する化学気相成長装置を用いて、前記複数の基板上にカーボンナノチューブを製造する方法であって、
１）平面を有する基板の前記平面上に、カーボンナノチューブ気相成長のための触媒が配置された基板の複数を準備するステップ、２）前記複数の基板を互いに離間させて治具にチャージして、前記治具を処理室に搬入するステップ、３）前記処理室内の気体を、前記排気手段を通して排気して、前記処理室内を大気圧よりも低い気圧にするステップ、４）前記処理室内に、還元性ガスおよび不活性ガスを導入して、前記ヒータで前記基板の温度を、カーボンナノチューブ生成温度に上昇させるステップ、５）前記処理室に、カーボンナノチューブ生成のための原料ガスを導入して、前記基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、６）前記カーボンナノチューブの生成後、前記基板の温度を前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度に下降させるステップ、７）前記処理室内の圧力を大気圧にするステップ、および８）前記処理室から、前記複数の基板をチャージした治具を搬出するステップ、を含む、カーボンナノチューブの製造方法。
［２］ 基板に処理を施すための処理室を有するチューブ状のチャンバと、前記基板に処理を施すためのガスを処理室に導入するための気体導入手段と、前記処理室内の気体を排気する排気手段と、前記処理室に複数の基板をチャージした治具を搬入および搬出するための基板搬入出手段と、前記チャンバの周囲に設けられ、処理室内の基板の温度を調整するヒータと、を有する化学気相成長装置を用いて、前記複数の基板上にカーボンナノチューブを製造する方法であって、
１）オリエンテーションフラットまたはノッチを有する略円形の基板であって、その平面上に格子状に区画された複数の領域を有し、前記複数の領域のそれぞれにはカーボンナノチューブの気相成長のための触媒が配置された基板の複数を準備するステップ、２）前記複数の基板を互いに離間させて、かつ前記平面を互いに平行にして治具にチャージして、前記治具を処理室に搬入するステップ、３）前記処理室内の気体を、前記排気手段を通して排気して、前記処理室内を大気圧よりも低い気圧にするステップ、４）前記処理室内に、還元性ガスおよび不活性ガスを導入して、前記ヒータで前記基板の温度をカーボンナノチューブ生成温度に上昇させるステップ、５）前記処理室に、カーボンナノチューブ生成のための原料ガスを導入して、前記基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、６）前記カーボンナノチューブの生成後、前記基板の温度を前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度に下降させるステップ、７）前記処理室内の圧力を大気圧にするステップ、および８）前記処理室から、前記複数の基板をチャージした治具を搬出するステップ、を含む、カーボンナノチューブの製造方法。 That is, the first of the present invention relates to a method for producing carbon nanotubes using a batch type low-pressure CVD apparatus described below.
[1] A tube-shaped chamber having a processing chamber for processing a substrate, gas introducing means for introducing a gas for processing the substrate into the processing chamber, and exhausting the gas in the processing chamber An exhaust means, a substrate carry-in / out means for carrying in and out a jig charged with a plurality of substrates in the processing chamber, and a heater provided around the chamber for adjusting the temperature of the substrate in the processing chamber. A method for producing carbon nanotubes on the plurality of substrates using a chemical vapor deposition apparatus comprising:
1) preparing a plurality of substrates on which a catalyst for vapor deposition of carbon nanotubes is arranged on the plane of a substrate having a plane; 2) charging the jig by separating the plurality of substrates from each other. A step of bringing the jig into the processing chamber; 3) a step of exhausting the gas in the processing chamber through the exhaust means to bring the processing chamber to an atmospheric pressure lower than atmospheric pressure; 4) in the processing chamber; Introducing a reducing gas and an inert gas, and raising the temperature of the substrate to a carbon nanotube production temperature with the heater; 5) introducing a raw material gas for producing carbon nanotubes into the processing chamber; A step of generating carbon nanotubes on a plane of the substrate; 6) after the generation of the carbon nanotubes, the temperature of the substrate is controlled by the carbon nanotubes; A step of lowering the temperature of the processing chamber to an atmospheric pressure, and a step of unloading the jig charged with the plurality of substrates from the processing chamber. A method for producing carbon nanotubes.
[2] A tube-shaped chamber having a processing chamber for processing a substrate, a gas introducing means for introducing a gas for processing the substrate into the processing chamber, and exhausting the gas in the processing chamber An exhaust means, a substrate carry-in / out means for carrying in and out a jig charged with a plurality of substrates in the processing chamber, and a heater provided around the chamber for adjusting the temperature of the substrate in the processing chamber. A method for producing carbon nanotubes on the plurality of substrates using a chemical vapor deposition apparatus comprising:
1) A substantially circular substrate having an orientation flat or notch, and having a plurality of regions partitioned in a lattice pattern on the plane, each of the plurality of regions for vapor phase growth of carbon nanotubes A step of preparing a plurality of substrates on which a catalyst is arranged; and 2) a step of charging the jig with the plurality of substrates spaced apart from each other and with the planes parallel to each other, and carrying the jig into the processing chamber. 3) exhausting the gas in the processing chamber through the exhaust means to bring the processing chamber to a pressure lower than atmospheric pressure, and 4) introducing a reducing gas and an inert gas into the processing chamber. , A step of raising the temperature of the substrate to a carbon nanotube generation temperature with the heater, 5) introducing a raw material gas for generating carbon nanotubes into the processing chamber Generating carbon nanotubes on the plane of the substrate, 6) lowering the temperature of the substrate to a temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air after the generation of the carbon nanotubes, 7) in the processing chamber A method of producing carbon nanotubes, comprising: bringing the pressure to atmospheric pressure; and 8) carrying out a jig charged with the plurality of substrates from the processing chamber.

本発明の第二は、以下に示す枚葉式の低圧ＣＶＤ装置を用いたカーボンナノチューブの製造方法に関する。
［３］ 基板に処理を施すための処理室を有するチャンバと、前記基板に処理を施すためのガスを処理室に導入するための気体導入手段と、前記処理室内の気体を排気する排気手段と、治具にチャージされた複数の基板を前記処理室に１枚ずつ搬入および排出する基板搬入出手段と、前記基板の温度を調整する、処理室内に配置されたヒータと、を有する化学気相成長装置を用いて、前記基板上にカーボンナノチューブを製造する方法であって、
１）オリエンテーションフラットまたはノッチを有する略円形の基板であって、その平面上に格子状に区画された複数の領域を有し、前記複数の領域のそれぞれにはカーボンナノチューブの気相成長のための触媒が配置された基板の複数を準備するステップ、２）前記処理室内の気体を、前記排気手段を通して排気して、前記処理室内を大気圧よりも低い気圧にするステップ、３）前記基板の１枚を処理室に搬入するステップ、４）前記処理室に搬入された基板の温度を、カーボンナノチューブ生成温度に上昇させるステップ、５）前記処理室に、カーボンナノチューブ生成のための原料ガスを導入して、前記基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、６）前記カーボンナノチューブの生成後、前記基板の温度を前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度に下降させるステップ、および７）前記処理室から、前記基板を搬出するステップ、を含む、カーボンナノチューブの製造方法。 The second aspect of the present invention relates to a method for producing carbon nanotubes using a single wafer type low pressure CVD apparatus described below.
[3] A chamber having a processing chamber for processing a substrate, a gas introducing means for introducing a gas for processing the substrate into the processing chamber, and an exhausting means for exhausting the gas in the processing chamber. A chemical vapor phase having substrate loading / unloading means for loading and unloading a plurality of substrates charged in the jig one by one into the processing chamber, and a heater disposed in the processing chamber for adjusting the temperature of the substrate. A method of producing carbon nanotubes on the substrate using a growth apparatus,
1) A substantially circular substrate having an orientation flat or notch, and having a plurality of regions partitioned in a lattice pattern on the plane, each of the plurality of regions for vapor phase growth of carbon nanotubes Preparing a plurality of substrates on which a catalyst is disposed, 2) exhausting the gas in the processing chamber through the exhaust means to bring the processing chamber to a pressure lower than atmospheric pressure, and 3) 1 of the substrate A step of carrying a sheet into the processing chamber, 4) a step of raising the temperature of the substrate carried into the processing chamber to a carbon nanotube generation temperature, and 5) introducing a raw material gas for generating the carbon nanotube into the processing chamber. 6) generating carbon nanotubes on the plane of the substrate; 6) after generating the carbon nanotubes, the temperature of the substrate is set to the carbon Step nanotubes lowers in temperature that are not oxidized in the oxygen in the air, and 7) from the processing chamber, comprising the step of unloading the substrate, method of manufacturing the carbon nanotube.

本発明により、半導体量産ラインを流用して、カーボンナノチューブを大量生産することができる。また、本発明により製造されるカーボンナノチューブは、半導体的性質を有するシングルウォールカーボンナノチューブであるので、カーボンナノチューブをチャネルとする電界効果型トランジスタ（ＣＮＴ−ＦＥＴ）の量産化が実現される。   According to the present invention, carbon nanotubes can be mass-produced by diverting a semiconductor mass production line. In addition, since the carbon nanotube produced by the present invention is a single wall carbon nanotube having semiconducting properties, mass production of a field effect transistor (CNT-FET) using the carbon nanotube as a channel is realized.

本発明のカーボンナノチューブの製造方法は、その平面に触媒が配置された基板上に、低圧ＣＶＤ装置を用いてカーボンナノチューブを気相成長させることを特徴とする。つまり、本発明のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブを気相成長させるための触媒を配置された基板上に形成される。基板は特に限定されないが、半導体製造プロセスで使用される低圧ＣＶＤ装置を適用する場合には、半導体ウェハであることが好ましい。半導体ウェハとは、半導体物質を直径が約１２０ｍｍから２００ｍｍ程度の円柱状に結晶成長させて得たインゴットを、約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍにスライスして作製した略円形の円盤である。半導体物質の例にはシリコンなどが含まれる。   The carbon nanotube production method of the present invention is characterized in that carbon nanotubes are vapor-phase grown on a substrate on which a catalyst is disposed using a low-pressure CVD apparatus. That is, the carbon nanotube of the present invention is formed on a substrate on which a catalyst for vapor-phase growth of the carbon nanotube is disposed. The substrate is not particularly limited, but is preferably a semiconductor wafer when a low pressure CVD apparatus used in a semiconductor manufacturing process is applied. A semiconductor wafer is a substantially circular disk produced by slicing an ingot obtained by crystal growth of a semiconductor material into a columnar shape having a diameter of about 120 mm to about 200 mm to about 0.5 mm to 1.5 mm. Examples of semiconductor materials include silicon.

基板の平面には、炭素原子を含む原料ガスからカーボンナノチューブが気相成長するための触媒が配置される。配置される触媒は特に限定されないが、鉄、コバルト、ニッケルまたはそれらの合金の粒子であればよい。触媒は、スパッタリングにより基板上にパターニングして配置すればよい。   A catalyst for vapor growth of carbon nanotubes from a source gas containing carbon atoms is disposed on the plane of the substrate. Although the catalyst arrange | positioned is not specifically limited, What is necessary is just the particle | grains of iron, cobalt, nickel, or those alloys. The catalyst may be arranged by patterning on the substrate by sputtering.

また基板の平面は、格子状に区画されて、複数の領域に分けられていてもよい。そして、複数の領域のそれぞれに触媒を設けることにより、１つの基板から複数のカーボンナノチューブデバイス（カーボンナノチューブＦＥＴなど）のチップを得ることができる。   Further, the plane of the substrate may be divided into a plurality of regions by being partitioned in a lattice shape. By providing a catalyst in each of the plurality of regions, it is possible to obtain a plurality of carbon nanotube device (such as carbon nanotube FET) chips from one substrate.

本発明の基板には、一般的な半導体ウェハと同様に、オリエンテーションフラットまたはノッチを有していることが好ましい。オリエンテーションフラットまたはノッチにより、半導体結晶の方位がわかる。   The substrate of the present invention preferably has an orientation flat or notch as in the case of a general semiconductor wafer. The orientation of the semiconductor crystal is known by the orientation flat or notch.

カーボンナノチューブを気相成長させるための原料ガスは、炭素原子を含むガスであればよく、メタン、エタン、プロパンなどの飽和炭化水素ガスのほか、エチレンやアセチレンなどの不飽和炭化水素ガスでもよい。ただし、好ましくは常温（約２５℃）で液体であり、０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒでは気体である物質であることが好ましい。常温で液体であれば、純度の高い原料を容易に入手することができる。また、安全性も高い。好ましい原料ガスの例には、エタノールが含まれる。   The source gas for vapor growth of the carbon nanotubes may be a gas containing carbon atoms, and may be a saturated hydrocarbon gas such as methane, ethane or propane, or an unsaturated hydrocarbon gas such as ethylene or acetylene. However, it is preferably a substance that is liquid at normal temperature (about 25 ° C.) and is a gas at 0.1 Torr to 0.6 Torr. If it is liquid at room temperature, a highly pure raw material can be easily obtained. In addition, safety is high. An example of a preferred source gas includes ethanol.

後述の通り、触媒が形成された基板が配置された処理室に、カーボンナノチューブの原料ガスを導入する前に、還元性ガスを導入する。還元性ガスは、基板の平面に形成された触媒を活性化させることができる。還元性ガスの例には、水素ガスが含まれる。また、還元性ガスとともに、不活性ガスを導入してもよい。還元性ガスを希釈するためである。不活性ガスの例には、窒素ガスやアルゴンガスなどが含まれる。   As will be described later, the reducing gas is introduced into the processing chamber in which the substrate on which the catalyst is formed is disposed before introducing the carbon nanotube raw material gas. The reducing gas can activate the catalyst formed on the plane of the substrate. Examples of the reducing gas include hydrogen gas. Further, an inert gas may be introduced together with the reducing gas. This is for diluting the reducing gas. Examples of the inert gas include nitrogen gas and argon gas.

本発明のカーボンナノチューブの製造方法は、半導体製造プロセスで汎用される低圧ＣＶＤ装置を用いて行うことができる。低圧ＣＶＤ装置は、バッチ式（図１および図２参照）と枚葉式（図３参照）とに大別されうる。バッチ式は、チャンバの配置態様によって、横型（図１参照）および縦型（図２参照）に分類されうる。   The carbon nanotube production method of the present invention can be performed using a low-pressure CVD apparatus widely used in a semiconductor production process. The low-pressure CVD apparatus can be roughly classified into a batch type (see FIGS. 1 and 2) and a single wafer type (see FIG. 3). The batch type can be classified into a horizontal type (see FIG. 1) and a vertical type (see FIG. 2) depending on the arrangement of the chambers.

バッチ式の低圧ＣＶＤ装置はチャンバを有する。チャンバは、一般的に石英からなるチューブ状の部材である。チャンバの内部には、基板を処理する（基板上にカーボンナノチューブを形成することを含む）ための処理室が配置される。バッチ式の低圧ＣＶＤ装置のチャンバは、横置き（チューブの軸方向が水平方向）であっても、縦置き（チューブの軸方向が鉛直方向）であってもよい。   The batch type low-pressure CVD apparatus has a chamber. The chamber is a tubular member generally made of quartz. A processing chamber for processing a substrate (including forming carbon nanotubes on the substrate) is disposed inside the chamber. The chamber of the batch type low-pressure CVD apparatus may be placed horizontally (the axial direction of the tube is horizontal) or vertically (the axial direction of the tube is vertical).

バッチ式の低圧ＣＶＤ装置は、チャンバの処理室にガスを導入するための気体導入手段を有する。処理室に導入されるガスは、カーボンナノチューブの原料ガスのほか、還元性ガスや不活性ガスなどである。原料ガスはエタノールなどである。   The batch type low-pressure CVD apparatus has gas introduction means for introducing gas into the processing chamber of the chamber. The gas introduced into the processing chamber is a reducing gas or an inert gas in addition to the carbon nanotube raw material gas. The source gas is ethanol or the like.

さらにバッチ式の低圧ＣＶＤ装置は、チャンバの処理室内の気体を排出するための排気手段を有する。気体を排出することにより処理室を減圧することができ、例えば０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒとすることができる。０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒにまで減圧することで、チャンバ内の大気（酸素やその他大気中の不純物）をより確実に排出し、外気の要因を排除して、より高清浄な状態でCNTを精製できる。
一方、減圧が十分でない（例えば５〜１０Ｔｏｒｒ）と、気相成長時における原料ガス（エタノールなど）の揮発量が高くなり、これによりＣＮＴの架橋率が上昇しすぎることがある。すると、メタリック性のＣＮＴを含む複数本のＣＮＴが架橋して、目的とする1本のＳＷ−ＣＮＴの架橋によるＦＥＴの歩留まりが低下する可能性が高いと考えられる。 Further, the batch type low-pressure CVD apparatus has an exhaust means for exhausting the gas in the processing chamber of the chamber. By exhausting the gas, the processing chamber can be depressurized, for example, 0.1 Torr to 0.6 Torr. By reducing the pressure to 0.1 Torr to 0.6 Torr, the atmosphere in the chamber (oxygen and other impurities in the atmosphere) can be discharged more reliably, the cause of the outside air can be eliminated, and the CNT can be removed in a more clean state. It can be purified.
On the other hand, if the pressure reduction is not sufficient (for example, 5 to 10 Torr), the volatilization amount of the raw material gas (ethanol or the like) at the time of vapor phase growth becomes high, which may cause the CNT crosslinking rate to increase too much. Then, it is considered that there is a high possibility that a plurality of CNTs including metallic CNTs are cross-linked, and the yield of FETs is reduced due to the cross-linking of one target SW-CNT.

バッチ式の低圧ＣＶＤ装置のチャンバの周囲には、ヒータが設けられていることが好ましい。ヒータにより、処理室に配置された基板の温度を調整することができる。カーボンナノチューブの原料ガスが導入されるときの、処理室内の基板温度は７００℃以上９００℃以下であることが好ましい。カーボンナノチューブを効率よく形成するためである。また、基板が搬入された処理室は、大気圧よりも低い圧力に減圧される。   A heater is preferably provided around the chamber of the batch type low-pressure CVD apparatus. With the heater, the temperature of the substrate placed in the processing chamber can be adjusted. The substrate temperature in the processing chamber when the carbon nanotube source gas is introduced is preferably 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. This is to form carbon nanotubes efficiently. Further, the processing chamber into which the substrate is loaded is decompressed to a pressure lower than the atmospheric pressure.

バッチ式の低圧ＣＶＤ装置を用いた場合には、複数の基板をチャージする治具が、処理室に搬入される。治具に配置された複数の基板は互いに離間しており、かつ触媒が配置された基板表面が互いに平行に配置されていることが好ましい。さらに具体的には、基板同士は約６ｍｍの間隔があることが好ましい。   When a batch type low-pressure CVD apparatus is used, a jig for charging a plurality of substrates is carried into the processing chamber. It is preferable that the plurality of substrates arranged on the jig are separated from each other, and the substrate surfaces on which the catalyst is arranged are arranged in parallel to each other. More specifically, it is preferable that the substrates have an interval of about 6 mm.

さらに、治具にチャージされた複数の基板は、その平面と、チャンバのチューブの軸方向とが直行するように、処理室に配置されることが好ましい。つまり、バッチ式横型低圧ＣＶＤ装置のバッチのチューブの軸は水平であるので、基板平面は鉛直方向に配置されていることが好ましい。一方、バッチ式縦型低圧ＣＶＤ装置のバッチのチューブの軸は鉛直であるので、基板平面は水平方向に配置されていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the plurality of substrates charged in the jig are arranged in the processing chamber so that the plane thereof is orthogonal to the axial direction of the chamber tube. That is, since the axis of the batch tube of the batch type horizontal low pressure CVD apparatus is horizontal, the substrate plane is preferably arranged in the vertical direction. On the other hand, since the axis of the tube of the batch of the batch type vertical low pressure CVD apparatus is vertical, the substrate plane is preferably arranged in the horizontal direction.

一方、枚葉式の低圧ＣＶＤ装置のチャンバは、バッチ式と同様にチューブ状であってもよいが、その形状は特に限定されない。チャンバの内部には、基板に処理を施すための処理室があるが、当該処理室に１枚ずつ基板が搬入される。処理室において基板が配置される箇所には基板の温度を調整するためのヒータが設けられていることが好ましい。   On the other hand, the chamber of the single-wafer type low-pressure CVD apparatus may be tubular like the batch type, but the shape is not particularly limited. Inside the chamber, there is a processing chamber for processing the substrate, and the substrates are carried into the processing chamber one by one. It is preferable that a heater for adjusting the temperature of the substrate is provided at a position where the substrate is disposed in the processing chamber.

枚葉式の低圧ＣＶＤ装置のチャンバは、バッチ式の低圧ＣＶＤ装置と同様に、処理室にガスを導入するための気体導入手段、処理室内の気体を排気する排気手段を有する。   The chamber of the single wafer type low pressure CVD apparatus has a gas introduction means for introducing gas into the processing chamber and an exhaust means for exhausting the gas in the processing chamber, as in the batch type low pressure CVD apparatus.

枚葉式の低圧ＣＶＤ装置のチャンバは、複数の基板がチャージされた治具を有する。治具に配置された複数の基板を１枚ずつ、チャンバ内の処理室に搬入する。治具とチャンバの間には、予備室が設けられていてもよい。予備室と処理室とは開閉可能な仕切りを介して隣接している。予備室がある場合には、まず予備室に基板が１枚ずつ搬入され、さらにその基板が処理室に搬入される。予備室に基板が搬入されると、予備室を大気圧よりも低い気圧にして、その後、減圧されている処理室に予備室の基板を搬入する。   A chamber of a single wafer type low pressure CVD apparatus has a jig charged with a plurality of substrates. A plurality of substrates placed on the jig are carried one by one into a processing chamber in the chamber. A spare chamber may be provided between the jig and the chamber. The preliminary chamber and the processing chamber are adjacent to each other through a partition that can be opened and closed. When there is a spare chamber, first, the substrates are loaded one by one into the spare chamber, and further, the substrates are loaded into the processing chamber. When the substrate is loaded into the reserve chamber, the reserve chamber is set to a pressure lower than the atmospheric pressure, and then the substrate in the reserve chamber is loaded into the processing chamber whose pressure is reduced.

以下において、図面を参照して本発明のカーボンナノチューブの製造方法を説明する。   Hereinafter, a method for producing a carbon nanotube of the present invention will be described with reference to the drawings.

１．バッチ式横型低圧ＣＶＤ装置を用いた気相成長法によるＣＮＴの製造
図１には、バッチ式低圧ＣＶＤ装置であって、チャンバ１を構成する石英チューブ１−１が、横置きされた装置が示される（チャンバの石英チューブ１−１の軸が水平にされている）。石英チューブ１−１の内部の処理室１−２に複数の基板６が配置される。チャンバ１の周りには、ヒータ２が配置されている。 1. Production of CNTs by vapor phase growth using a batch type horizontal low pressure CVD apparatus FIG. 1 shows a batch type low pressure CVD apparatus in which a quartz tube 1-1 constituting a chamber 1 is placed horizontally. (The axis of the quartz tube 1-1 of the chamber is horizontal). A plurality of substrates 6 are arranged in the processing chamber 1-2 inside the quartz tube 1-1. A heater 2 is disposed around the chamber 1.

チャンバ１には、処理室１−２にガスを導入する気体導入手段３が接続されている。気体導入手段３は、チャンバ１との接続口である気体導入口３−１、および気体導入口３−１に連通する、１）原料ガス（図ではエタノール）供給源３−２、２）還元性ガス（図では水素ガス）供給源３−３、および３）不活性ガス（図では窒素ガス）供給源３−４、４）キャリアガス供給源３−５を有する。キャリアガスとは、原料ガスとともに処理室１−２に導入されるガスである。気体導入手段３のガス流路には、適宜、マスフローコントローラーＭＦＣ１〜３、フィルターＦ、ガスフローメーターＭＦＭ、減圧弁Ｒ、ガスセンサーＧなどが設けられている。   The chamber 1 is connected with gas introduction means 3 for introducing gas into the processing chamber 1-2. The gas introduction means 3 communicates with a gas introduction port 3-1 which is a connection port with the chamber 1 and the gas introduction port 3-1, 1) a source gas (ethanol in the figure) supply source 3-2, 2) reduction A gas source (3-3), and 3) an inert gas (nitrogen gas) source 3-4, 4) a carrier gas source 3-5. The carrier gas is a gas introduced into the processing chamber 1-2 together with the raw material gas. In the gas flow path of the gas introduction means 3, mass flow controllers MFC1 to MFC1, filters F, a gas flow meter MFM, a pressure reducing valve R, a gas sensor G, and the like are provided as appropriate.

チャンバ１には、処理室１−２の気体を排気する排気手段４が接続されている。排気手段４は、チャンバ１との接続口である排気口４−１、メインバルブＭ、Auto Pressure Contoroller（ＡＰＣ）、ターボ分子ポンプＴＭＰ、拡散ポンプＤＰを有する。   The chamber 1 is connected to an exhaust means 4 for exhausting the gas in the processing chamber 1-2. The exhaust unit 4 includes an exhaust port 4-1 that is a connection port with the chamber 1, a main valve M, an Auto Pressure Controller (APC), a turbo molecular pump TMP, and a diffusion pump DP.

チャンバ１には、処理室１−２に基板６を搬入したり、処理室１−２内の基板６を搬出したりする基板搬入出手段５が設けられている。基板搬入出手段５は、チャンバ１への出入口である基板搬入口５−１、複数の基板６をチャージするボート（治具）５−２、ボート５−２を処理室１−２に搬入したり処理室１−２から搬出したりするフォーク５−３を有する。つまり、処理室１−２には基板６がチャージされたボート５−２だけが配置され、基板６の処理（ＣＮＴの形成など）が行われる。   The chamber 1 is provided with substrate loading / unloading means 5 for loading the substrate 6 into the processing chamber 1-2 and unloading the substrate 6 in the processing chamber 1-2. The substrate loading / unloading means 5 loads the substrate loading / unloading port 5-1 which is the loading / unloading port to the chamber 1, the boat (jig) 5-2 for charging a plurality of substrates 6, and the boat 5-2 into the processing chamber 1-2. Or a fork 5-3 for carrying out from the processing chamber 1-2. That is, only the boat 5-2 charged with the substrate 6 is disposed in the processing chamber 1-2, and processing of the substrate 6 (formation of CNT, etc.) is performed.

図４は、図１に示される低圧ＣＶＤ装置を用いたカーボンナノチューブの製造プロセスと、基板の温度との関係を示すグラフである。まず、基板６をチャージするボート５−２を処理室１−２に搬入し、基板６が搬入された処理室１−２の内部の気圧を下げる（工程１）。工程１において、基板の温度は触媒が酸化されてにくい温度以下（約５００℃以下）にされていればよく、必ずしも室温である必要はない。減圧後の処理室内の気圧は、０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの範囲とすることが好ましい。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the carbon nanotube manufacturing process using the low-pressure CVD apparatus shown in FIG. 1 and the substrate temperature. First, the boat 5-2 that charges the substrate 6 is loaded into the processing chamber 1-2, and the atmospheric pressure inside the processing chamber 1-2 into which the substrate 6 is loaded is lowered (step 1). In step 1, it is sufficient that the temperature of the substrate is not higher than the temperature at which the catalyst is not easily oxidized (about 500 ° C. or lower), and is not necessarily room temperature. The pressure in the processing chamber after the pressure reduction is preferably in the range of 0.1 Torr to 0.6 Torr.

処理室１−２の内部の気圧が所定値にまで下がったら、チャンバ１の周囲に配置されたヒータ２を加熱して、基板６の温度をカーボンナノチューブ生成温度にまで上昇させる（工程２）。カーボンナノチューブ生成温度とは、例えば７００℃〜９００℃である。工程２において、基板６を加熱しながら処理室１−２に還元性ガス（水素ガスなど）および不活性ガス（窒素ガスなど）を導入する。   When the atmospheric pressure inside the processing chamber 1-2 decreases to a predetermined value, the heater 2 disposed around the chamber 1 is heated to raise the temperature of the substrate 6 to the carbon nanotube generation temperature (step 2). The carbon nanotube generation temperature is, for example, 700 ° C. to 900 ° C. In step 2, reducing gas (such as hydrogen gas) and inert gas (such as nitrogen gas) are introduced into the processing chamber 1-2 while heating the substrate 6.

処理室１−２内の基板６の温度がカーボンナノチューブ生成温度にまで上昇したら、処理室１−２に原料ガス（エタノールなど）を導入する（工程３）。基板６の温度は７００℃〜９００℃に維持することが好ましく、処理室１−２の内部の気圧は０．１〜０．６Ｔｏｒｒに維持することが好ましい。工程３の時間は、基板上にカーボンナノチューブが成長するのに必要な時間以上であればよいが、通常は〜約１時間である。   When the temperature of the substrate 6 in the processing chamber 1-2 rises to the carbon nanotube generation temperature, a raw material gas (such as ethanol) is introduced into the processing chamber 1-2 (step 3). The temperature of the substrate 6 is preferably maintained at 700 ° C. to 900 ° C., and the atmospheric pressure inside the processing chamber 1-2 is preferably maintained at 0.1 to 0.6 Torr. The time of step 3 may be longer than the time required for the carbon nanotubes to grow on the substrate, but is usually about 1 hour.

基板６にカーボンナノチューブが成長したら、基板６の温度を下降させる（工程４）。基板６の下降後の温度は、形成されたカーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度以下であればよい。当該降下後の温度は約６００℃以下であればよく、必ずしも室温程度にまで下降させる必要はない。また、カーボンナノチューブが形成された基板を搬出した後に、別の基板を搬入して繰り返しカーボンナノチューブを製造する場合に、室温程度にまで基板の温度低下させてしまうと、別の基板の温度をカーボンナノチューブ生成温度にまで上昇させるのに多くの熱量が必要となり、かつ時間がかかる。よって、当該降下後の基板の温度は、約６００℃以下であり、かつ室温以上であることが好ましい。   When carbon nanotubes grow on the substrate 6, the temperature of the substrate 6 is lowered (step 4). The temperature after the substrate 6 is lowered may be equal to or lower than the temperature at which the formed carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air. The temperature after the lowering may be about 600 ° C. or less, and it is not always necessary to lower the temperature to about room temperature. In addition, after the substrate on which the carbon nanotubes are formed is unloaded, when another substrate is loaded and the carbon nanotube is repeatedly manufactured, if the temperature of the substrate is lowered to about room temperature, the temperature of the other substrate is reduced to carbon. A large amount of heat is required and time is required to raise the nanotube formation temperature. Therefore, the temperature of the substrate after the lowering is preferably about 600 ° C. or less and more than room temperature.

基板の温度を下降させた後に、処理室１−２の内部に不活性ガスを導入して、気圧を大気圧と同じにする。その後、カーボンナノチューブが形成された基板６をチャージするボート５−２を、処理室１−２から搬出する（工程５）。   After the temperature of the substrate is lowered, an inert gas is introduced into the processing chamber 1-2 so that the atmospheric pressure is the same as the atmospheric pressure. Thereafter, the boat 5-2 that charges the substrate 6 on which the carbon nanotubes are formed is unloaded from the processing chamber 1-2 (step 5).

２．バッチ式縦型低圧ＣＶＤ装置を用いた気相成長法によるＣＮＴの製造
図２には、バッチ式低圧ＣＶＤ装置であって、チャンバ１を構成する石英チューブ１−１が、縦置きされた装置が示される（チャンバの石英チューブ１−１の軸が鉛直にされている）。図１に示されたバッチ式低圧ＣＶＤ装置と同様の、ヒータ２、気体導入手段３、排気手段４、基板搬入出手段５’を有する。 2. Production of CNTs by vapor phase growth method using a batch type vertical low-pressure CVD apparatus FIG. 2 shows a batch type low-pressure CVD apparatus in which a quartz tube 1-1 constituting a chamber 1 is placed vertically. Is shown (the axis of the quartz tube 1-1 of the chamber is vertical). Similar to the batch type low-pressure CVD apparatus shown in FIG.

図２で示されたように、基板６はその平面を水平にして処理室１−２に搬入されるが、それ以外は図１で示される装置を用いた方法と同様にして、カーボンナノチューブを製造することができる。   As shown in FIG. 2, the substrate 6 is carried into the processing chamber 1-2 with the plane thereof being horizontal, but otherwise, the carbon nanotubes are made in the same manner as in the method using the apparatus shown in FIG. 1. Can be manufactured.

３．枚葉式低圧ＣＶＤ装置を用いた気相成長法によるＣＮＴの製造
図３には、枚葉式の低圧ＣＶＤ装置が示される。枚葉式の低圧ＣＶＤ装置は、バッチ式低圧ＣＶＤ（図１または図２）と同様に、基板６に処理を施すための処理室１−２を有するチャンバ１を有するが、チャンバ１に隣接する予備室７をさらに有する。また、処理室１−２の内部の気体を排気する排気手段４、および予備室７の内部の気体を排気する排気手段４’を有する。処理室１−２の内部と予備室７の内部とは、開閉可能な仕切り８で隔てられており、それぞれの内部の気圧を独立に制御することができる。また、基板６を加熱するためのヒータ２が処理室１−２の内部に配置される。 3. Production of CNTs by vapor phase growth method using single-wafer type low-pressure CVD apparatus FIG. 3 shows a single-wafer type low-pressure CVD apparatus. The single-wafer type low-pressure CVD apparatus has a chamber 1 having a processing chamber 1-2 for performing processing on the substrate 6 as in the batch-type low-pressure CVD (FIG. 1 or FIG. 2), but is adjacent to the chamber 1. A spare chamber 7 is further provided. In addition, an exhaust unit 4 for exhausting the gas inside the processing chamber 1-2 and an exhaust unit 4 ′ for exhausting the gas inside the preliminary chamber 7 are provided. The inside of the processing chamber 1-2 and the inside of the auxiliary chamber 7 are separated by a partition 8 that can be opened and closed, and the pressure inside each can be controlled independently. A heater 2 for heating the substrate 6 is disposed inside the processing chamber 1-2.

枚葉式の低圧ＣＶＤ装置のチャンバ１には、処理室１−２にガスを供給するための気体導入手段３が連結される。気体導入手段３の構成は、前述のバッチ式低圧ＣＶＤの気体導入手段３と同じにすればよい。   A gas introducing means 3 for supplying gas to the processing chamber 1-2 is connected to the chamber 1 of the single-wafer type low-pressure CVD apparatus. The configuration of the gas introduction means 3 may be the same as that of the gas introduction means 3 of the batch type low pressure CVD described above.

枚葉式の低圧ＣＶＤ装置は、基板搬入出手段５を有し、基板搬入出手段５は、複数の基板６をチャージする治具５−１と、基板６を１枚ずつ予備室に搬入する手段と、予備室に搬入された基板を処理室に移動させる手段と、処理室に搬入された基板を搬出する手段（各手段は不図示）とを有する。   The single-wafer type low-pressure CVD apparatus has a substrate carry-in / out means 5, and the substrate carry-in / out means 5 carries a jig 5-1 for charging a plurality of substrates 6 and the substrates 6 one by one into a spare chamber. Means, means for moving the substrate carried into the preliminary chamber to the processing chamber, and means for carrying out the substrate carried into the processing chamber (each means is not shown).

まず、治具５−１に固定された基板６の一枚を予備室７に搬入し、予備室７の内部の気圧を排気手段（ポンプ）４’で低下させる。一方、チャンバ１の処理室１−２の内部の気圧も、排気手段（ポンプ）４で低下させる。   First, one piece of the substrate 6 fixed to the jig 5-1 is carried into the spare chamber 7, and the air pressure inside the spare chamber 7 is lowered by the exhaust means (pump) 4 '. On the other hand, the pressure inside the processing chamber 1-2 of the chamber 1 is also reduced by the exhaust means (pump) 4.

処理室１−２の内部と予備室７の内部との仕切り８を開いて、予備室７の基板６を処理室１−２に移動させる。処理室１−２に移動させた基板６の温度をヒータ２で、カーボンナノチューブ生成温度（約７００〜９００℃）に上昇させる。このとき、気体導入手段３で還元性ガスおよび不活性ガスを処理室１−２に導入する。処理室１−２内の基板６の温度を上昇させた後、気体導入手段３でカーボンナノチューブの原料ガスを処理室１−２に導入して、基板６にカーボンナノチューブを成長させる。カーボンナノチューブの成長後、基板６の温度を、カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化しない温度に降下させる。温度が降下した基板６は、処理室１−２から搬出される。   The partition 8 between the inside of the processing chamber 1-2 and the inside of the preliminary chamber 7 is opened, and the substrate 6 in the preliminary chamber 7 is moved to the processing chamber 1-2. The temperature of the substrate 6 moved to the processing chamber 1-2 is raised to the carbon nanotube generation temperature (about 700 to 900 ° C.) by the heater 2. At this time, the reducing gas and the inert gas are introduced into the processing chamber 1-2 by the gas introduction means 3. After raising the temperature of the substrate 6 in the processing chamber 1-2, the carbon nanotube raw material gas is introduced into the processing chamber 1-2 by the gas introducing means 3 to grow the carbon nanotubes on the substrate 6. After the growth of the carbon nanotubes, the temperature of the substrate 6 is lowered to a temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air. The substrate 6 whose temperature has dropped is unloaded from the processing chamber 1-2.

一方、一の基板が処理室１−２で処理をされている間に、予備室７には別の１枚の基板６が搬入されて、予備室７の内部の気圧が低下される。処理室１−２の基板６が搬出されると、続いて予備室７に搬入されていた基板６が処理室１−２に移動して、同様のプロセスが繰り返される。   On the other hand, while one substrate is being processed in the processing chamber 1-2, another substrate 6 is loaded into the spare chamber 7, and the pressure inside the spare chamber 7 is lowered. When the substrate 6 in the processing chamber 1-2 is unloaded, the substrate 6 that has been loaded into the preliminary chamber 7 moves to the processing chamber 1-2, and the same process is repeated.

本発明により、高品質なシングルウォールカーボンナノチューブの大量生産が可能になる。それにより、カーボンナノチューブデバイス、例えばカーボンナノチューブＦＥＴの工業生産が実現される。   The present invention enables mass production of high quality single wall carbon nanotubes. Thereby, industrial production of carbon nanotube devices, such as carbon nanotube FETs, is realized.

本発明の製造方法を実施する、バッチ式の横型低圧ＣＶＤ装置の模式図である。It is a schematic diagram of a batch type horizontal low-pressure CVD apparatus for carrying out the manufacturing method of the present invention. 本発明の製造方法を実施する、バッチ式の縦型低圧ＣＶＤ装置の模式図である。It is a schematic diagram of a batch type vertical low-pressure CVD apparatus for carrying out the production method of the present invention. 本発明の製造方法を実施する、枚葉式の低圧ＣＶＤ装置の模式図である。It is a schematic diagram of a single wafer type low-pressure CVD apparatus for carrying out the manufacturing method of the present invention. 本発明の製造方法のプロセスと、基板温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the process of the manufacturing method of this invention, and substrate temperature.

Claims (17)

基板に処理を施すための処理室を有するチューブ状のチャンバと、前記基板に処理を施すためのガスを処理室に導入するための気体導入手段と、前記処理室内の気体を排気する排気手段と、前記処理室に複数の基板をチャージした治具を搬入および搬出するための基板搬入出手段と、前記チャンバの周囲に設けられ、処理室内の基板の温度を調整するヒータと、を有する化学気相成長装置を用いて、
前記複数の基板上にカーボンナノチューブを製造する方法であって、
１）平面を有する基板の前記平面上に、カーボンナノチューブ気相成長のための触媒が配置された基板の複数を準備するステップ、
２）前記複数の基板を互いに離間させて治具にチャージして、前記治具を前記基板の温度が５００℃以下になるように設定された処理室に搬入するステップ、
３）前記処理室内の気体を、前記排気手段を通して排気して、前記処理室内を大気圧よりも低い気圧にするステップ、
４）前記処理室内に、還元性ガスおよび不活性ガスを導入して、前記ヒータで前記基板の温度を７００℃以上９００℃以下に上昇させるステップ、
５）前記処理室に、カーボンナノチューブ生成のための原料ガスを導入して、前記基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、
６）前記カーボンナノチューブの生成後、前記基板の温度を前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度に下降させるステップ、
７）前記処理室内の圧力を大気圧にするステップ、
８）前記処理室から、前記複数の基板をチャージした治具を搬出するステップ、および
９）前記１）のステップで準備した前記複数の基板のうち、前記８）のステップで前記処理室から搬出された基板とは別の基板を用いて、前記２）〜８）の各ステップを繰り返して当該基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、
を含む、カーボンナノチューブの製造方法。 A tubular chamber having a processing chamber for processing the substrate, a gas introduction means for introducing a gas for processing the substrate into the processing chamber, and an exhaust means for exhausting the gas in the processing chamber; A chemical loading / unloading means for loading / unloading a jig charged with a plurality of substrates to / from the processing chamber, and a heater provided around the chamber for adjusting the temperature of the substrate in the processing chamber. Using phase growth equipment
A method of producing carbon nanotubes on the plurality of substrates,
1) preparing a plurality of substrates on which a catalyst for vapor deposition of carbon nanotubes is disposed on the plane of a substrate having a plane;
2) charging the jig with the plurality of substrates spaced apart from each other, and carrying the jig into a processing chamber set so that the temperature of the substrate is 500 ° C. or lower ;
3) exhausting the gas in the processing chamber through the exhaust means to bring the processing chamber to a pressure lower than atmospheric pressure;
4) introducing a reducing gas and an inert gas into the processing chamber and raising the temperature of the substrate to 700 ° C. or more and 900 ° C. or less with the heater;
5) introducing a raw material gas for producing carbon nanotubes into the processing chamber to produce carbon nanotubes on the plane of the substrate;
6) lowering the temperature of the substrate after the carbon nanotubes are generated to a temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air;
7) setting the pressure in the processing chamber to atmospheric pressure ;
8) from the processing chamber, the step of unloading the jig was charged with the plurality of substrates, and
9) Among the plurality of substrates prepared in the step 1), a substrate different from the substrate carried out from the processing chamber in the step 8) is used, and the steps 2) to 8) are performed. Repeatedly generating carbon nanotubes on the plane of the substrate;
The manufacturing method of a carbon nanotube containing this. 前記基板は、オリエンテーションフラットまたはノッチを有する、略円形の半導体基板である、請求項１に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the substrate is a substantially circular semiconductor substrate having an orientation flat or a notch. 前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度は、６００℃以下である、請求項１に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air is 600 ° C. or less. 前記３）のステップにおける大気圧よりも低い気圧は、０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの間である、請求項１に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the atmospheric pressure lower than the atmospheric pressure in the step 3) is between 0.1 Torr and 0.6 Torr. 前記原料ガスは、常温で液体である物質の気化物である、請求項１に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the source gas is a vaporized substance that is liquid at room temperature. 前記原料ガスは、エタノールである、請求項１に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the source gas is ethanol. 基板に処理を施すための処理室を有するチューブ状のチャンバと、前記基板に処理を施すためのガスを処理室に導入するための気体導入手段と、前記処理室内の気体を排気する排気手段と、前記処理室に複数の基板をチャージした治具を搬入および搬出するための基板搬入出手段と、前記チャンバの周囲に設けられ、処理室内の基板の温度を調整するヒータと、を有する化学気相成長装置を用いて、
前記複数の基板上にカーボンナノチューブを製造する方法であって、
１）オリエンテーションフラットまたはノッチを有する略円形の基板であって、その平面上に格子状に区画された複数の領域を有し、前記複数の領域のそれぞれにはカーボンナノチューブの気相成長のための触媒が配置された基板の複数を準備するステップ、
２）前記複数の基板を互いに離間させて、かつ前記平面を互いに平行にして治具にチャージして、前記治具を前記基板の温度が５００℃以下になるように設定された処理室に搬入するステップ、
３）前記処理室内の気体を、前記排気手段を通して排気して、前記処理室内を大気圧よりも低い気圧にするステップ、
４）前記処理室内に、還元性ガスおよび不活性ガスを導入して、前記ヒータで前記基板の温度を７００℃以上９００℃以下に上昇させるステップ、
５）前記処理室に、カーボンナノチューブ生成のための原料ガスを導入して、前記基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、
６）前記カーボンナノチューブの生成後、前記基板の温度を前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度に下降させるステップ、
７）前記処理室内の圧力を大気圧にするステップ、
８）前記処理室から、前記複数の基板をチャージした治具を搬出するステップ、および
９）前記１）のステップで準備した前記複数の基板のうち、前記８）のステップで前記処理室から搬出された基板とは別の基板を用いて、前記２）〜８）の各ステップを繰り返して当該基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、
を含む、カーボンナノチューブの製造方法。 A tubular chamber having a processing chamber for processing the substrate, a gas introduction means for introducing a gas for processing the substrate into the processing chamber, and an exhaust means for exhausting the gas in the processing chamber; A chemical loading / unloading means for loading / unloading a jig charged with a plurality of substrates to / from the processing chamber, and a heater provided around the chamber for adjusting the temperature of the substrate in the processing chamber. Using phase growth equipment
A method of producing carbon nanotubes on the plurality of substrates,
1) A substantially circular substrate having an orientation flat or notch, and having a plurality of regions partitioned in a lattice pattern on the plane, each of the plurality of regions for vapor phase growth of carbon nanotubes Providing a plurality of substrates on which a catalyst is disposed;
2) Charge the jig with the plurality of substrates spaced apart from each other and with the planes parallel to each other, and carry the jig into a processing chamber set so that the temperature of the substrate is 500 ° C. or less. Step to do,
3) exhausting the gas in the processing chamber through the exhaust means to bring the processing chamber to a pressure lower than atmospheric pressure;
4) introducing a reducing gas and an inert gas into the processing chamber and raising the temperature of the substrate to 700 ° C. or more and 900 ° C. or less with the heater;
5) introducing a raw material gas for producing carbon nanotubes into the processing chamber to produce carbon nanotubes on the plane of the substrate;
6) lowering the temperature of the substrate after the carbon nanotubes are generated to a temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air;
7) setting the pressure in the processing chamber to atmospheric pressure ;
8) from the processing chamber, the step of unloading the jig was charged with the plurality of substrates, and
9) Among the plurality of substrates prepared in the step 1), a substrate different from the substrate carried out from the processing chamber in the step 8) is used, and the steps 2) to 8) are performed. Repeatedly generating carbon nanotubes on the plane of the substrate;
The manufacturing method of a carbon nanotube containing this. 前記基板は、半導体基板である、請求項７に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 7 , wherein the substrate is a semiconductor substrate. 前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度は、６００℃以下である、請求項７に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 7 , wherein the temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air is 600 ° C. or less. 前記３）のステップにおける大気圧よりも低い気圧は、０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの間である、請求項７に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 7 , wherein the atmospheric pressure lower than the atmospheric pressure in the step 3) is between 0.1 Torr and 0.6 Torr. 前記原料ガスは、常温で液体である物質の気化物である、請求項７に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 7 , wherein the source gas is a vaporized substance that is liquid at room temperature. 前記原料ガスは、エタノールである、請求項７に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 7 , wherein the source gas is ethanol. 基板に処理を施すための処理室を有するチャンバと、前記チャンバに隣接する予備室と、前記基板に処理を施すためのガスを処理室に導入するための気体導入手段と、前記予備室内および前記処理室内の気体を排気する排気手段と、治具にチャージされた複数の基板を前記予備室に１枚ずつ搬入および排出する基板搬入出手段と、前記基板の温度を調整する、処理室内に配置されたヒータと、を有する化学気相成長装置を用いて、
前記基板上にカーボンナノチューブを製造する方法であって、
１）オリエンテーションフラットまたはノッチを有する略円形の基板であって、その平面上に格子状に区画された複数の領域を有し、前記複数の領域のそれぞれにはカーボンナノチューブの気相成長のための触媒が配置された基板の複数を準備するステップ、
２）前記基板の１枚を予備室に搬入するステップ、
３）前記予備室内および前記処理室内の気体を、前記排気手段を通して排気して、前記予備室内および前記処理室内を大気圧よりも低い気圧にするステップ、
４）前記予備室内の前記基板を、前記基板の温度が５００℃以下になるように設定された処理室に搬入するステップ、
５）前記処理室に搬入された基板の温度を７００℃以上９００℃以下に上昇させるステップ、
６）前記処理室に、カーボンナノチューブ生成のための原料ガスを導入して、前記基板の平面上にカーボンナノチューブを生成するステップ、
７）前記カーボンナノチューブの生成後、前記基板の温度を前記カーボンナノチューブが空気中の酸素で酸化されない温度に下降させるステップ、
８）前記処理室から、前記基板を搬出するステップ、および
９）前記１）のステップで準備した前記複数の基板のうち、前記８）のステップで前記処理室から搬出された基板とは別の基板を用いて、前記２）〜８）の各ステップを繰り返して当該基板の平面上にカーボンナノチューブを製造するステップ、
を含む、カーボンナノチューブの製造方法。 A chamber having a processing chamber for performing a process on a substrate, and the preliminary chamber adjacent to the chamber, a gas introducing means for introducing into the processing chamber gas for performing processing on the substrate, wherein the preliminary chamber and the Arranged in the processing chamber for exhausting the gas in the processing chamber, substrate loading / unloading means for loading and unloading a plurality of substrates charged in the jig one by one into the spare chamber, and adjusting the temperature of the substrate And using a chemical vapor deposition apparatus having a heater,
A method of producing carbon nanotubes on the substrate,
1) A substantially circular substrate having an orientation flat or notch, and having a plurality of regions partitioned in a lattice pattern on the plane, each of the plurality of regions for vapor phase growth of carbon nanotubes Providing a plurality of substrates on which a catalyst is disposed;
2) carrying one of the substrates into a spare chamber;
3 ) exhausting the gas in the preliminary chamber and the processing chamber through the exhaust means to bring the preliminary chamber and the processing chamber to an atmospheric pressure lower than the atmospheric pressure;
4 ) carrying the substrate in the preliminary chamber into a processing chamber set so that the temperature of the substrate is 500 ° C. or lower ;
5 ) increasing the temperature of the substrate carried into the processing chamber to 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower ;
6 ) introducing a raw material gas for producing carbon nanotubes into the processing chamber to produce carbon nanotubes on the plane of the substrate;
7 ) After generating the carbon nanotubes, lowering the temperature of the substrate to a temperature at which the carbon nanotubes are not oxidized by oxygen in the air ;
8 ) unloading the substrate from the processing chamber; and
9) Among the plurality of substrates prepared in the step 1), a substrate different from the substrate carried out from the processing chamber in the step 8) is used, and the steps 2) to 8) are performed. Repeatedly producing carbon nanotubes on the plane of the substrate,
The manufacturing method of a carbon nanotube containing this. 前記基板は半導体基板である、請求項１３に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 13 , wherein the substrate is a semiconductor substrate. 前記３）のステップにおける大気圧よりも低い気圧は、０．１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの間である、請求項１３に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 13 , wherein the atmospheric pressure lower than the atmospheric pressure in the step 3) is between 0.1 Torr and 0.6 Torr. 前記原料ガスは、常温で液体である物質の気化物である、請求項１３に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 13 , wherein the source gas is a vaporized substance that is liquid at room temperature. 前記原料ガスは、エタノールである、請求項１３に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 13 , wherein the source gas is ethanol.
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