JP6138017B2 - CVD device for carbon nanotube - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置に関する。 The present invention relates to a CVD apparatus for carbon nanotubes.
従来のカーボンナノチューブ用化学気相成長装置としては、原料ガスを分解してカーボンナノチューブを生成する化学気相成長装置、所謂、ＣＶＤ装置がある（例えば、特許文献１参照）。 As a conventional chemical vapor deposition apparatus for carbon nanotubes, there is a so-called CVD apparatus that decomposes a source gas to generate carbon nanotubes, so-called a CVD apparatus (see, for example, Patent Document 1).
このＣＶＤ装置においては、触媒金属層が形成された基板が設置されている反応管の内部に、メタンやアセチレンなどの原料ガスが導入され、そして加熱された基板上で原料ガスを分解させて、カーボンナノチューブを成長させていた。 In this CVD apparatus, a source gas such as methane or acetylene is introduced into the reaction tube in which the substrate on which the catalytic metal layer is formed is installed, and the source gas is decomposed on the heated substrate, Carbon nanotubes were growing.
ところで、上述したＣＶＤ装置において、反応管の大きさによっては原料ガスが基板に届かずに反応管の上方部に滞留し、基板の触媒金属層と反応しないまま排気される場合があり、供給される原料ガスの利用効率の向上が望まれている。 By the way, in the above-described CVD apparatus, depending on the size of the reaction tube, the source gas may not reach the substrate but stay in the upper part of the reaction tube, and may be exhausted without reacting with the catalytic metal layer of the substrate. Improvement of utilization efficiency of raw material gas is desired.
そこで、本発明は、供給される原料ガスの利用効率が向上するカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbon nanotube CVD apparatus that improves the utilization efficiency of the supplied source gas.
本発明のカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置は、表面に触媒が付着されかつ所定方向に移動される基板を導き入れるとともに、原料ガスを供給して化学気相成長法によりカーボンナノチューブを生成する反応容器を有するカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置であって、
前記反応容器には、前記基板に前記原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
当該原料ガス供給管に接続されて前記基板の上方を覆い反応空間を形成する反応本体部と、当該反応本体部の上流側下端部及び下流側下端部に突出されて基板を案内する基板案内用口部とから成る空間仕切体とが具備され、
前記基板案内用口部の内面の基板表面の上側位置に、反応本体部から流入する原料ガスを基板表面側へ向けるガス偏向部が設けられていることを特徴とするものである。
The CVD apparatus for carbon nanotubes of the present invention has a reaction vessel that introduces a substrate on which a catalyst is attached and moves in a predetermined direction, and supplies a source gas to generate carbon nanotubes by chemical vapor deposition. A CVD device for carbon nanotubes,
In the reaction vessel, a source gas supply pipe that supplies the source gas to the substrate;
A reaction main body connected to the source gas supply pipe to cover the upper side of the substrate to form a reaction space, and a substrate guide for guiding the substrate by protruding from the lower end on the upstream side and the lower end on the downstream side of the reaction main body. A space partition composed of a mouth portion,
A gas deflecting portion for directing the source gas flowing from the reaction main body portion toward the substrate surface is provided at an upper position on the substrate surface on the inner surface of the substrate guide opening.
また、ガス偏向部は、基板の移動方向に交差する方向に延びる突条部材であることが好ましい。
そして、原料ガス供給管を反応本体部に接続するための供給管接続口が反応本体部の基板の上方側に設けられるとともに、空間仕切体内のガスを反応容器の外部に排気するガス排気管を接続するためのガス排気口が、反応容器の基板の下方側に設けられていることがより好ましい。
Moreover, it is preferable that a gas deflection | deviation part is a protrusion member extended in the direction which cross | intersects the moving direction of a board | substrate.
A supply pipe connection port for connecting the source gas supply pipe to the reaction main body is provided above the substrate of the reaction main body, and a gas exhaust pipe for exhausting the gas in the space partition to the outside of the reaction vessel. More preferably, a gas exhaust port for connection is provided on the lower side of the substrate of the reaction vessel.
本発明のカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置によれば、反応容器全体に原料ガスを供給する場合に比べて、空間仕切体により原料ガスが化学反応を起こす反応空間が制限されるため、空間仕切体に供給された原料ガスの利用効率が向上する。 According to the CVD apparatus for carbon nanotubes of the present invention, since the reaction space in which the source gas undergoes a chemical reaction is limited by the space partition as compared with the case where the source gas is supplied to the entire reaction vessel, it is supplied to the space partition. The utilization efficiency of the raw material gas is improved.
［実施例１］
本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置について、図１〜図７を用いて説明する。
[Example 1]
A carbon nanotube CVD apparatus according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置１は、図１に示すように、表面に触媒（図示せず）が付着（担持）された基板２を所定方向に移動させてカーボンナノチューブ３を連続的に形成するためのＣＶＤ装置である。 As shown in FIG. 1, a CVD apparatus 1 for carbon nanotubes according to Example 1 of the present invention moves a substrate 2 having a catalyst (not shown) attached (supported) on its surface in a predetermined direction to move carbon nanotubes 3. Is a CVD apparatus for continuously forming the film.
図２及び図３に示すように、処理用空間部４は、基板２の移動方向に沿って、基板２の温度を所定温度まで上昇させる前処理部１０と、前処理部１０にて所定温度まで上昇した基板２に原料ガスＧ２を供給しながら化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ：ＣＶＤ法）によりカーボンナノチューブ３を形成する形成部２０と、形成部２０にて形成されたカーボンナノチューブ３を有する基板２を導いて基板２の温度を下げる後処理部（冷却部ともいえる。）３０とを備える。処理用空間部４は、導き入れられる基板２の加熱温度によって、図３に仮想線にて示すように、前処理部１０に対応する昇温領域Ｘ、形成部２０に対応するＣＶＤ温度領域Ｙ及び後処理部３０に対応する降温領域Ｚを有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the processing space 4 includes a pre-processing unit 10 that raises the temperature of the substrate 2 to a predetermined temperature along the moving direction of the substrate 2, and a predetermined temperature at the pre-processing unit 10. Forming the carbon nanotube 3 by the chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition method: CVD method) while supplying the raw material gas G2 to the substrate 2 that has risen up to, and the carbon nanotube 3 formed in the forming portion 20 And a post-processing unit (also referred to as a cooling unit) 30 for lowering the temperature of the substrate 2. Depending on the heating temperature of the introduced substrate 2, the processing space 4 has a temperature rising region X corresponding to the preprocessing portion 10 and a CVD temperature region Y corresponding to the forming portion 20, as indicated by a virtual line in FIG. 3. And it has the temperature fall area | region Z corresponding to the post-processing part 30. FIG.
前処理部１０は、繰出部６側の真空チャンバー５内に設けられて、基板２の温度を下流側の形成部２０での加熱温度（ＣＶＤ温度）と同等の温度まで上昇させるための加熱装置を少なくとも１つ具備する。本実施例においては、昇温領域Ｘでは３段階で基板２を昇温させるため、図３に仮想線にて示すように、上流側から下流側に向かって、第１温度領域Ａ１、第２温度領域Ａ２及び第３温度領域Ａ３を有する。前処理部１０は、第１温度領域Ａ１に設けられた第１加熱装置１１、第２温度領域Ａ２に設けられた第２加熱装置１２及び第３温度領域Ａ３に設けられた第３加熱装置１３の３つの加熱装置を具備する。第１加熱装置１１、第２加熱装置１２及び第３加熱装置１３の加熱温度は、４００℃〜７８０℃の範囲でそれぞれ設定されている。 The pre-processing unit 10 is provided in the vacuum chamber 5 on the feeding unit 6 side, and is a heating device for raising the temperature of the substrate 2 to a temperature equivalent to the heating temperature (CVD temperature) in the forming unit 20 on the downstream side. At least one. In the present embodiment, since the temperature of the substrate 2 is raised in three stages in the temperature raising region X, the first temperature region A1 and the second temperature are increased from the upstream side to the downstream side as shown by the phantom line in FIG. It has a temperature region A2 and a third temperature region A3. The pretreatment unit 10 includes a first heating device 11 provided in the first temperature region A1, a second heating device 12 provided in the second temperature region A2, and a third heating device 13 provided in the third temperature region A3. The three heating devices are provided. The heating temperature of the 1st heating apparatus 11, the 2nd heating apparatus 12, and the 3rd heating apparatus 13 is each set in the range of 400 to 780 degreeC.
そして、前処理部１０は、繰出部６から送出された所定幅の基板２の周囲を覆うとともに基板２を案内するダクト１４を具備する。本実施例においては、図２及び図３に示すように、ダクト１４は断面矩形状で中空のものが用いられており、前処理部１０（昇温領域Ｘ）の前端から後端すなわち第１温度領域Ａ１から第３温度領域Ａ３に亘って延設されている。ダクト１４は、熱伝導性及び熱膨張性の小さい石英ガラス製の４枚の板を各接合部に設けられた段部を係合させて溶接することにより形成されている。一般的には、ダクト１４は、図４に示すように、少なくとも基板２が挿入され得る大きさであればよい。なお、本実施例のようにロール・ツー・ロール式のＣＶＤ装置１においては、基板２の厚みは例えば０．０３ｍｍ〜０．１００ｍｍである。なお、前処理部１０において、ダクト１４の形状や長さ、若しくはダクト１４が設けられる位置はこれに限定されない。また、図３に示すように、本実施例においては、前処理部１０のダクト１４の上流側の端部は、繰出部６と真空チャンバー５とを接続する接続部材８内へ突出しており、真空チャンバー５にはダクト１４が挿入されるための挿入口１５が形成されている。この挿入口１５とダクト１４との間に、前処理部１０内のガス等の接続部材８内への流入を防ぐシール部材として例えばＯ‐リング（オーリング）１６が設けられている。 The pretreatment unit 10 includes a duct 14 that guides the substrate 2 while covering the periphery of the substrate 2 having a predetermined width sent from the feeding unit 6. In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the duct 14 is rectangular in cross section and hollow, and the duct 14 is used from the front end to the rear end, that is, the first end of the pretreatment unit 10 (temperature rising region X). The temperature region A1 extends from the third temperature region A3. The duct 14 is formed by welding four plates made of quartz glass having low thermal conductivity and low thermal expansion by engaging the step portions provided at each joint portion. In general, as shown in FIG. 4, the duct 14 may have a size that allows at least the substrate 2 to be inserted. In the roll-to-roll CVD apparatus 1 as in this embodiment, the thickness of the substrate 2 is, for example, 0.03 mm to 0.100 mm. In the pretreatment unit 10, the shape and length of the duct 14 or the position where the duct 14 is provided is not limited to this. Further, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, the upstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 protrudes into the connecting member 8 that connects the feeding unit 6 and the vacuum chamber 5, An insertion port 15 for inserting the duct 14 is formed in the vacuum chamber 5. Between the insertion port 15 and the duct 14, for example, an O-ring (O-ring) 16 is provided as a seal member that prevents the gas in the pretreatment unit 10 from flowing into the connection member 8.
前処理部１０のダクト１４には、繰出部６側から接続部材８を介して前処理用ガスＧ１が供給される。前処理用ガスＧ１としては、例えば、窒素（Ｎ）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスと、基板２表面の触媒の微粒化を促進する水素（Ｈ）などの微粒化促進ガスが挙げられる。なお、不活性ガスと併せて微粒化促進ガスを供給しても構わない。 The pretreatment gas G <b> 1 is supplied to the duct 14 of the pretreatment unit 10 from the supply unit 6 side via the connection member 8. Examples of the pretreatment gas G1 include an inert gas such as nitrogen (N) and argon (Ar), and an atomization promoting gas such as hydrogen (H) that promotes atomization of the catalyst on the surface of the substrate 2. . Note that the atomization promoting gas may be supplied together with the inert gas.
本実施例においては、操出部６側から接続部材８を介して前処理用ガスＧ１を供給しているが、これに限定されるものではない。例えば、前処理用ガスＧ１がダクト１４に供給されるような構成であればよい。 In the present embodiment, the pretreatment gas G1 is supplied from the operation portion 6 side via the connecting member 8, but the present invention is not limited to this. For example, the pretreatment gas G1 may be configured to be supplied to the duct 14.
このように、前処理部１０に設けられたダクト１４に前処理用ガスＧ１を供給することにより、ダクト１４内に形成部２０から原料ガスＧ２が流入することを防ぐことができる。ゆえに、基板２表面の触媒に原料ガスＧ２が接触することを防ぎ、表面に付着された触媒の活性力が損なわれることなく、基板２が形成部２０へ送られるので、カーボンナノチューブ３の生成率が向上する。 In this way, by supplying the pretreatment gas G1 to the duct 14 provided in the pretreatment unit 10, it is possible to prevent the raw material gas G2 from flowing into the duct 14 from the forming unit 20. Therefore, the raw material gas G2 is prevented from coming into contact with the catalyst on the surface of the substrate 2, and the substrate 2 is sent to the forming unit 20 without impairing the activity of the catalyst attached to the surface. Will improve.
本実施例においては、図３及び図４に示すように、前処理部１０と形成部２０との境界近傍に、前処理部１０のダクト１４の下流側の端部が位置している。前処理部１０のダクト１４の下流側の端部には、前処理部１０に供給された前処理用ガスＧ１と形成部２０に供給された原料ガスＧ２（正確には化学反応により発生した原料ガスＧ２の分解成分を含む。以下、原料ガスＧ２及びこの分解成分を原料ガス等Ｇ４ということがある。）とが混合した混合ガスＧ３を排気するための排気用開口部４０が設けられている。本実施例において、排気用開口部４０は、前処理部１０のダクト１４の上流側の開口端部である。この構成によって、原料ガスＧ２が前処理部１０のダクト１４に流入されることをより確実に防ぎ、カーボンナノチューブ３の生成率を向上させる。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 is located in the vicinity of the boundary between the pretreatment unit 10 and the forming unit 20. At the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10, the pretreatment gas G1 supplied to the pretreatment unit 10 and the raw material gas G2 supplied to the forming unit 20 (precisely, the raw material generated by a chemical reaction) An exhaust opening 40 is provided for exhausting the mixed gas G3 including the decomposition component of the gas G2 and the mixture of the source gas G2 and the decomposition component may be referred to as a source gas G4). . In the present embodiment, the exhaust opening 40 is an opening end on the upstream side of the duct 14 of the pretreatment unit 10. With this configuration, the raw material gas G2 is more reliably prevented from flowing into the duct 14 of the pretreatment unit 10, and the production rate of the carbon nanotubes 3 is improved.
ここで、本実施例においては、図４に示すように、前処理部１０と形成部２０との境界は、昇温領域ＸとＣＶＤ温度領域Ｙとの境界線Ｌであり、また、境界近傍とは昇温領域ＸとＣＶＤ温度領域Ｙとの境界線Ｌを含んだ所定範囲ｄ（例えば１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲）とする。図４には、境界線Ｌから前処理部１０側に所定間隔ｄ´だけ離れた位置に、ダクト１４の端部が設けられている場合を示した。所定間隔ｄ´は、真空チャンバー５の大きさやカーボンナノチューブ３の形成条件等により適宜設定されればよいが、本実施例においては、１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲が好適である。 Here, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 is a boundary line L between the temperature rising region X and the CVD temperature region Y, and in the vicinity of the boundary. Is a predetermined range d (for example, a range of 10 mm to 150 mm) including a boundary line L between the temperature rising region X and the CVD temperature region Y. FIG. 4 shows a case where the end of the duct 14 is provided at a position separated from the boundary line L by a predetermined distance d ′ toward the preprocessing unit 10. The predetermined interval d ′ may be set as appropriate depending on the size of the vacuum chamber 5 and the formation conditions of the carbon nanotube 3, but in the present embodiment, a range of 10 mm to 100 mm is preferable.
また、図４に示すように、具体的には、ダクト１４の上流側の開口端部すなわち排気用開口部４０の高さＨ１は、基板２の厚みに０．１ｍｍ〜３ｍｍを加えた大きさであることが好ましい。また、図５に示すように、排気用開口部４０の幅Ｗ１は、基板２の幅に１ｍｍ〜５０ｍｍを加えた大きさであることが好ましい。 As shown in FIG. 4, specifically, the height H1 of the opening end on the upstream side of the duct 14, that is, the exhaust opening 40, is a size obtained by adding 0.1 mm to 3 mm to the thickness of the substrate 2. It is preferable that In addition, as shown in FIG. 5, the width W1 of the exhaust opening 40 is preferably a size obtained by adding 1 mm to 50 mm to the width of the substrate 2.
また、前処理部１０と形成部２０との境界近傍には、原料ガスＧ２をより確実に前処理部１０のダクト１４に流入させないようにするため、排気用開口部４０から排気される混合ガスＧ３を真空チャンバー５の外へ流出する混合ガス排気管４１と混合ガス排気管４１を接続するための混合ガス排気口４１ａとが設けられている。本実施例においては、図４に示すように、混合ガス排気管４１及び混合ガス排気口４１ａは、真空チャンバー５の基板２の下方側、すなわち真空チャンバー５の底側に配置される。 Further, in order to prevent the source gas G2 from flowing into the duct 14 of the pretreatment unit 10 in the vicinity of the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20, the mixed gas exhausted from the exhaust opening 40. A mixed gas exhaust pipe 41 through which G3 flows out of the vacuum chamber 5 and a mixed gas exhaust port 41a for connecting the mixed gas exhaust pipe 41 are provided. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the mixed gas exhaust pipe 41 and the mixed gas exhaust port 41 a are disposed below the substrate 2 in the vacuum chamber 5, that is, on the bottom side of the vacuum chamber 5.
また、前処理部１０において、基板２は、その裏面をダクト１４の内面に摺動されながら移動する。本実施例においては、図３に示すように、基板２の裏面はダクト１４の内側の下面を摺動するように構成されている。図６に示すように、ダクト１４の基板２の裏面が摺動される内面（内側下面）には、基板２の移動方向と交差（具体的には直交）する方向すなわち基板２の幅方向に延びる複数の突条部１７が所定間隔をもって設けられている。このように突条部１７が設けられていることにより、ダクト１４の内面と基板２の裏面との接触面積が低減されるため、摩擦が低減され、基板２の移動速度を安定させることができる。ひいては、生成されるカーボンナノチューブ３の質も安定させることができる。本実施例においては、図６に示すように、突条部１７として溶接ビードが採用されている。当然、突条部１７は溶接ビードに限定されず、丸棒等を適宜採用することができる。 Further, in the pretreatment unit 10, the substrate 2 moves while the back surface thereof is slid on the inner surface of the duct 14. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the back surface of the substrate 2 is configured to slide on the lower surface inside the duct 14. As shown in FIG. 6, the inner surface (inner lower surface) of the duct 14 on which the rear surface of the substrate 2 is slid is crossed (specifically orthogonal) to the moving direction of the substrate 2, that is, in the width direction of the substrate 2. A plurality of protruding ridges 17 are provided at a predetermined interval. By providing the protrusions 17 in this way, the contact area between the inner surface of the duct 14 and the back surface of the substrate 2 is reduced, so that friction is reduced and the moving speed of the substrate 2 can be stabilized. . As a result, the quality of the produced carbon nanotubes 3 can also be stabilized. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a weld bead is employed as the protrusion 17. Of course, the protrusion 17 is not limited to a weld bead, and a round bar or the like can be appropriately employed.
次に、本発明の要旨である前処理部１０の下流に位置する形成部２０について説明する。形成部２０では、ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ３が生成される。形成部２０には、図３及び図４に示すように、真空チャンバー５内に原料ガスＧ２を供給するための原料ガス供給管２１と、原料ガス供給管２１を接続するための原料ガス供給口２１ａと、この原料ガス供給管２１に接続されて、基板２の表面を所定範囲に亘って覆うことによって、供給された原料ガスＧ２を基板２上で化学反応させカーボンナノチューブ３を生成する反応空間を制限するための空間仕切体２２（２２Ａ，２２Ｂ）とが備えられる。 Next, the formation part 20 located downstream of the pre-processing part 10 which is the gist of the present invention will be described. In the formation part 20, the carbon nanotube 3 is produced | generated by CVD method. As shown in FIGS. 3 and 4, the forming unit 20 has a source gas supply pipe 21 for supplying the source gas G <b> 2 into the vacuum chamber 5 and a source gas supply port for connecting the source gas supply pipe 21. 21a and a reaction space that is connected to the source gas supply pipe 21 and covers the surface of the substrate 2 over a predetermined range, thereby chemically reacting the supplied source gas G2 on the substrate 2 to generate carbon nanotubes 3. And a space partition 22 (22A, 22B) for limiting the above.
形成部２０に供給される原料ガスＧ２としては、メタン（ＣＨ４）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素系の気体が一般的である。
空間仕切体２２Ａ，２２Ｂは、図３及び図４に示すように、中空の直方体形状の反応本体部２３と、反応本体部２３の上流側下端部及び下流側下端部に突出されて基板２の周囲を覆い基板２を案内する基板案内用口部２４とから成る。具体的には、図３及び図４に示すように、基板案内用口部２４の断面はダクト１４と同一形状にされており、言い換えれば、反応本体部２３にダクト１４が接続された形状をしている。以下、この基板案内用口部２４をダクト部２４という。反応本体部２３は、熱伝導性及び熱膨張性の小さい石英ガラス製の５枚の板を各接合部に設けられた段部を係合させて溶接することにより形成されている。また、反応本体部２３は原料ガス供給管２１を接続するための供給管接続口２１ｂを有する。すなわち、原料ガス供給管２１は真空チャンバー５の原料ガス供給口２１ａに挿通されて供給管接続口２１ｂまで設けられる。なお、ダクト１４の開口端部の高さＨ１は、ダクト部２４の前処理部１０側の開口端部の高さＨ２よりも低く（Ｈ１＜Ｈ２）され、形成部２０のガスが前処理部１０のダクト１４へ流入しにくくされている。
As the source gas G2 supplied to the formation unit 20, a hydrocarbon gas such as methane (CH 4 ) or acetylene (C 2 H 2 ) is generally used.
As shown in FIGS. 3 and 4, the space partitions 22 </ b> A and 22 </ b> B protrude from the hollow rectangular parallelepiped-shaped reaction main body 23, the upstream lower end of the reaction main body 23, and the downstream lower end of the substrate 2. It comprises a substrate guide opening 24 that covers the periphery and guides the substrate 2. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the cross-section of the substrate guiding opening 24 has the same shape as the duct 14, in other words, the shape in which the duct 14 is connected to the reaction main body 23. doing. Hereinafter, the board guide opening 24 is referred to as a duct part 24. The reaction main body 23 is formed by welding five plates made of quartz glass having low thermal conductivity and low thermal expansion by engaging the stepped portions provided at each joint. The reaction main body 23 has a supply pipe connection port 21 b for connecting the source gas supply pipe 21. That is, the source gas supply pipe 21 is inserted into the source gas supply port 21a of the vacuum chamber 5 and is provided up to the supply pipe connection port 21b. Note that the height H1 of the opening end of the duct 14 is lower than the height H2 of the opening end on the preprocessing unit 10 side of the duct 24 (H1 <H2), and the gas in the forming unit 20 is pretreated. 10 is difficult to flow into the duct 14.
さらに、形成部２０は、ＣＶＤ温度領域Ｙにおいて、基板２の下方に基板２及び空間仕切体２２Ａ，２２Ｂ内を加熱する加熱装置を少なくとも１つ具備する。形成部２０の加熱装置の加熱温度は例えば６８０度〜７８０度である。 Further, the forming unit 20 includes at least one heating device that heats the inside of the substrate 2 and the space partitions 22A and 22B below the substrate 2 in the CVD temperature region Y. The heating temperature of the heating device of the forming unit 20 is, for example, 680 to 780 degrees.
本実施例において、図３及び図４に示すように、形成部２０には基板２の移動方向に沿って、空間仕切体２２Ａ，２２Ｂ及び加熱装置２５，２６が２組設けられている。すなわち、上流側の第４温度領域Ａ４に第１空間仕切体２２Ａに対応する第４加熱装置２５が、下流側の第５温度領域Ａ５に第２空間仕切体２２Ｂに対応する第５加熱装置２６がそれぞれ配置されている。また、図４に示すように、第１空間仕切体２２Ａ及び第２空間仕切体２２Ｂのダクト部２４は接続されて一体化されている。カーボンナノチューブ３は、上流側の第１空間仕切体２２Ａ内の第１反応空間Ｐ１及び下流側の第２空間仕切体２２Ｂ内の第２反応空間Ｐ２において、順次形成される。この構成により、カーボンナノチューブ３の形成状態に応じて、ＣＶＤ温度領域Ｙにおいて、空間仕切体２２Ａ，２２Ｂごとに温度を適切に調整することができる。ただし、調整が必要でない場合は、空間仕切体２２Ａ，２２Ｂは１つでもよい。本実施例においては、第１反応空間Ｐ１及び第２反応空間Ｐ２は、加熱条件等のカーボンナノチューブ３の生成条件は同一である。 In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the formation unit 20 is provided with two sets of space partitions 22 </ b> A and 22 </ b> B and heating devices 25 and 26 along the moving direction of the substrate 2. That is, the fourth heating device 25 corresponding to the first space partition 22A in the fourth temperature region A4 on the upstream side and the fifth heating device 26 corresponding to the second space partition 22B in the fifth temperature region A5 on the downstream side. Are arranged respectively. Moreover, as shown in FIG. 4, the duct parts 24 of the first space partition 22A and the second space partition 22B are connected and integrated. The carbon nanotubes 3 are sequentially formed in the first reaction space P1 in the upstream first space partition 22A and the second reaction space P2 in the downstream second space partition 22B. With this configuration, the temperature can be appropriately adjusted for each of the space partitions 22A and 22B in the CVD temperature region Y according to the formation state of the carbon nanotubes 3. However, if no adjustment is required, the number of space partitions 22A and 22B may be one. In the present embodiment, the first reaction space P1 and the second reaction space P2 have the same carbon nanotube 3 generation conditions such as heating conditions.
さらに、図４に示すように、各空間仕切体２２Ａ，２２Ｂにおけるダクト部２４の内面の基板２表面の上側位置、すなわちダクト部２４の天井の内面に、反応本体部２３から流入する原料ガスＧ２を基板２表面側へ向けるガス偏向部２７が設けられている。本実施例においては、図４に示すように、基板２の移動方向に交差する方向（具体的には基板２の幅方向）に延びる複数の突条部材２７が基板２の移動方向において所定間隔でもって配置されている。この構成により、ダクト部２４内に流入した原料ガスＧ２を突条部材２７に衝突させて、基板２側に向かう原料ガスＧ２の流れを作ることができ、基板２表面の触媒に原料ガスＧ２をより確実に接触させることができるため、カーボンナノチューブ３の生成率が向上する。 Furthermore, as shown in FIG. 4, the raw material gas G <b> 2 flowing from the reaction main body 23 into the upper position of the surface of the substrate 2 on the inner surface of the duct portion 24 in each of the space partitions 22 </ b> A and 22 </ b> B, that is, the inner surface of the ceiling of the duct portion 24. Is provided with a gas deflecting portion 27 that faces the surface of the substrate 2. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of protrusion members 27 extending in the direction intersecting the moving direction of the substrate 2 (specifically, the width direction of the substrate 2) are arranged at predetermined intervals in the moving direction of the substrate 2. Arranged with it. With this configuration, the raw material gas G2 that has flowed into the duct portion 24 can be made to collide with the ridge member 27 to create a flow of the raw material gas G2 toward the substrate 2, and the raw material gas G2 is used as a catalyst on the surface of the substrate 2. Since the contact can be made more reliably, the production rate of the carbon nanotubes 3 is improved.
また、供給管接続口２１ａは反応本体部２３の基板２の上方側、すなわち反応本体部２３の天井側に設けられるとともに、第１空間仕切体２２Ａ及び第２空間仕切体２２Ｂ内に供給された原料ガス等Ｇ４を真空チャンバー５の外部に排気するガス排気管２８を接続するためのガス排気口２８ａを真空チャンバー５の基板２の下方側、すなわち真空チャンバー５の底側に設けられている。これにより、原料ガス等Ｇ４は、基板２の下方側から排気されるため、第１空間仕切体２２Ａ及び第２空間仕切体２２Ｂ内における原料ガスＧ２の流れが基板２上方側から下方側へ向かう方向になる。したがって、原料ガスＧ２が基板２表面の触媒に接触しやすくなり、カーボンナノチューブ３の生成率が向上する。具体的には、原料ガス等Ｇ４を排出するガス排気口２８ａは、各空間仕切体２２Ａ，２２Ｂに対応して配置されることになるが、本実施例では、構成の簡略化のために、図４に示すように、第１空間仕切体２２Ａに対して配置されるガス排気口２８ａについては混合ガス排気口４１ａが兼用される。当然、ガス排気管２８ａとして、混合ガス排気口４１ａに接続された混合ガス排気管４１が兼用される。また、第２空間仕切体２２Ｂに対しては、真空チャンバー５において、形成部２０と後処理部３０との境界（ＣＶＤ温度領域Ｙと降温領域Ｚとの境界）であるダクト部２４の下流側端部の真下の位置にガス排気口２８ａが設けられ、ガス排気管２８が接続される。 The supply pipe connection port 21a is provided above the substrate 2 of the reaction main body 23, that is, on the ceiling side of the reaction main body 23, and is supplied into the first space partition 22A and the second space partition 22B. A gas exhaust port 28 a for connecting a gas exhaust pipe 28 for exhausting the source gas G4 and the like to the outside of the vacuum chamber 5 is provided below the substrate 2 of the vacuum chamber 5, that is, on the bottom side of the vacuum chamber 5. Thereby, since the source gas G4 and the like are exhausted from the lower side of the substrate 2, the flow of the source gas G2 in the first space partition 22A and the second space partition 22B is directed from the upper side to the lower side of the substrate 2. Become a direction. Therefore, the source gas G2 is likely to come into contact with the catalyst on the surface of the substrate 2, and the generation rate of the carbon nanotubes 3 is improved. Specifically, the gas exhaust port 28a for discharging the source gas G4 or the like is disposed corresponding to each of the space partitions 22A and 22B, but in this embodiment, in order to simplify the configuration, As shown in FIG. 4, the mixed gas exhaust port 41a is also used as the gas exhaust port 28a disposed with respect to the first space partition 22A. Naturally, the mixed gas exhaust pipe 41 connected to the mixed gas exhaust port 41a is also used as the gas exhaust pipe 28a. Further, with respect to the second space partition 22 </ b> B, in the vacuum chamber 5, the downstream side of the duct portion 24, which is a boundary between the formation unit 20 and the post-processing unit 30 (boundary between the CVD temperature region Y and the temperature decrease region Z). A gas exhaust port 28a is provided at a position directly below the end, and a gas exhaust pipe 28 is connected thereto.
そして、図３に示すように、形成部２０の下流側には、基板２及び生成されたカーボンナノチューブ３（以下、基板２等ということがある。）を冷却する後処理部３０が備えられている。後処理部３０の降温領域Ｚには、基板２等を形成部２０でのＣＶＤ温度から低下（例えば３００℃〜４００℃）させるための加熱装置を少なくとも１つ具備する。本実施例においては、降温領域Ｚでは、３段階で基板２等を降温させるため、図３に仮想線にて示すように、上流側から下流側に向かって第６温度領域Ａ６、第７温度領域Ａ７及び第８温度領域Ａ８を有する。後処理部３０は、第６温度領域Ａ６に設けられた第６加熱装置３１、第７温度領域Ａ７に設けられた第７加熱装置３２及び第８温度領域Ａ８に設けられた第８加熱装置３３の３つの加熱装置を具備する。第６加熱装置３１、第７加熱装置３２及び第８加熱装置３３の加熱温度は、形成部２０での加熱温度から冷却するにあたって、基板２の熱変形を防ぐため、５００度〜６００度を経た後、冷却（例えば３００℃〜４００℃）するようそれぞれ設定されている。 As shown in FIG. 3, a downstream side of the forming unit 20 is provided with a post-processing unit 30 that cools the substrate 2 and the generated carbon nanotubes 3 (hereinafter also referred to as the substrate 2 or the like). Yes. The temperature-lowering region Z of the post-processing unit 30 includes at least one heating device for lowering the substrate 2 and the like from the CVD temperature in the forming unit 20 (for example, 300 ° C. to 400 ° C.). In the present embodiment, in the temperature lowering region Z, the temperature of the substrate 2 and the like is decreased in three stages. Therefore, as shown by the phantom line in FIG. It has area | region A7 and 8th temperature area A8. The post-processing unit 30 includes a sixth heating device 31 provided in the sixth temperature region A6, a seventh heating device 32 provided in the seventh temperature region A7, and an eighth heating device 33 provided in the eighth temperature region A8. The three heating devices are provided. The heating temperatures of the sixth heating device 31, the seventh heating device 32, and the eighth heating device 33 passed through 500 degrees to 600 degrees in order to prevent thermal deformation of the substrate 2 when cooling from the heating temperature in the forming unit 20. Thereafter, the temperature is set to cool (for example, 300 ° C. to 400 ° C.).
なお、本実施例においては、加熱装置としては、前処理部１０、形成部２０及び後処理部３０のいずれにも、発熱体（例えばフィラメント）を石英製の円筒に入れて炭化ケイ素を充填したものを複数本、基板２の移動方向に並べて配置し、それらを電源装置に接続した、いわゆる石英管ヒーターが採用されている。 In this embodiment, as a heating device, a heating element (for example, a filament) is placed in a quartz cylinder and filled with silicon carbide in any of the pretreatment unit 10, the formation unit 20, and the posttreatment unit 30. A so-called quartz tube heater is used, in which a plurality of objects are arranged in the moving direction of the substrate 2 and connected to a power supply device.
後処理部３０において、図７に示すように、基板２の移動方向と交差（具体的には直交）する方向すなわち基板２の幅方向に延びる複数の丸棒３４の上を基板２が摺動している。このように、基板２の幅方向に延びる複数の丸棒３４の上を基板２が摺動していることにより、基板２が平板と接触する場合に比べて、基板２の裏面との接触面積が低減されるため、摩擦が低減される。さらに、丸棒３４が基板２の幅方向に延びていることにより、基板２の進行方向が安定する。したがって、基板２の移動速度を安定させることができ、生成されるカーボンナノチューブ３の質も安定させることができる。また、基板２が平板と接触する場合に比べて、基板２の裏面側の通気性が向上するため、より良好に冷却することができる。なお、図７においては、基板２の摺動様子を示すため、生成されたカーボンナノチューブ３の図示は省略している。 In the post-processing unit 30, as shown in FIG. 7, the substrate 2 slides on a plurality of round bars 34 extending in the direction intersecting (specifically, orthogonal) to the moving direction of the substrate 2, that is, in the width direction of the substrate 2. doing. Thus, the contact area with the back surface of the board | substrate 2 compared with the case where the board | substrate 2 contacts a flat plate by the board | substrate 2 sliding on the some round bar 34 extended in the width direction of the board | substrate 2 in this way. Therefore, friction is reduced. Further, since the round bar 34 extends in the width direction of the substrate 2, the traveling direction of the substrate 2 is stabilized. Therefore, the moving speed of the substrate 2 can be stabilized, and the quality of the generated carbon nanotubes 3 can also be stabilized. Moreover, since the air permeability on the back surface side of the substrate 2 is improved as compared with the case where the substrate 2 is in contact with the flat plate, the substrate 2 can be cooled better. In FIG. 7, the generated carbon nanotubes 3 are not shown in order to show the sliding state of the substrate 2.
以下、本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置を用いたカーボンナノチューブの製造方法について、図１〜図３を用いて説明する。
図１及び図２に示すように、基板２は繰出部６から真空チャンバー５内の処理用空間部４に導き入れられて巻取部７へと移動される。図３に示すように、処理用空間部４の前処理部１０において、予め表面に触媒が付着された基板２は、前処理用ガスＧ１が供給されたダクト１４に導き入れられて第１加熱装置１１〜第３加熱装置１３により加熱されることによって、昇温領域Ｘにて昇温されるとともに、基板２表面の触媒が微粒化される。次に、基板２は前処理部１０から形成部２０へ導き入れられて、第１空間仕切体２２Ａの第１反応空間Ｐ１及び第２空間仕切体２２Ｂの第２反応空間Ｐ２にて、第４加熱装置２５及び第５加熱装置２６によりＣＶＤ温度に加熱されながら原料ガスＧ２を基板２上で反応させることにより、基板２上にカーボンナノチューブ３が生成される。そして、基板２は形成部２０から後処理部３０へ導き入れられて第６加熱装置３１〜第８加熱装置３３により加熱されることによって、基板２及び基板２上に生成されたカーボンナノチューブ３が降温される。このとき、前処理部１０と形成部２０との境界にある排気用開口部４０から排出された前処理用ガスＧ１と原料ガスＧ２（正確には原料ガス等Ｇ４）とが混合された混合ガスＧ３は混合ガス排気管４１を介して真空チャンバー５の外へ排気されている。
Hereinafter, a carbon nanotube manufacturing method using the carbon nanotube CVD apparatus according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate 2 is introduced from the feeding unit 6 into the processing space 4 in the vacuum chamber 5 and moved to the winding unit 7. As shown in FIG. 3, in the pretreatment unit 10 of the treatment space 4, the substrate 2 on which the catalyst has been previously attached is introduced into the duct 14 to which the pretreatment gas G <b> 1 is supplied and is subjected to the first heating. By being heated by the devices 11 to 13, the temperature is raised in the temperature raising region X, and the catalyst on the surface of the substrate 2 is atomized. Next, the substrate 2 is introduced from the pretreatment unit 10 into the formation unit 20, and in the first reaction space P <b> 1 of the first space partition 22 </ b> A and the second reaction space P <b> 2 of the second space partition 22 </ b> B, By reacting the source gas G2 on the substrate 2 while being heated to the CVD temperature by the heating device 25 and the fifth heating device 26, the carbon nanotubes 3 are generated on the substrate 2. The substrate 2 is introduced from the forming unit 20 to the post-processing unit 30 and heated by the sixth heating device 31 to the eighth heating device 33, so that the carbon nanotubes 3 generated on the substrate 2 and the substrate 2 are formed. The temperature is lowered. At this time, a mixed gas in which the pretreatment gas G1 and the source gas G2 (more precisely, the source gas G4, etc.) discharged from the exhaust opening 40 at the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 are mixed. G3 is exhausted out of the vacuum chamber 5 through the mixed gas exhaust pipe 41.
このように、前処理部１０のダクト１４に前処理用ガスＧ１を供給することにより、ダクト１４内に形成部２０からの原料ガスＧ２が流入することを阻止して、触媒に原料ガスＧ２が接触することを防止することができる。そのため、表面に付着された触媒の活性力が損なわれることなく、基板２が形成部２０へ送られるので、カーボンナノチューブ３の生成率が向上する。
［実施例２］
実施例２について図８を用いて説明する。実施例１と同一の構成については同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。本実施例２では、形成部２０において、空間仕切体２２が１つだけ設けられている。すなわち、第４温度領域Ａ４の第４加熱装置２５に対して空間仕切体２２が設けられ、また、第５温度領域Ａ５の第５加熱装置２６に対して空間仕切体２２の基板案内用口部２４が延長されて設けられている。延長された基板案内用口部２４にも、ガス偏向部２７が備えられている。
Thus, by supplying the pretreatment gas G1 to the duct 14 of the pretreatment unit 10, the raw material gas G2 from the formation unit 20 is prevented from flowing into the duct 14, and the raw material gas G2 is supplied to the catalyst. Contact can be prevented. Therefore, since the substrate 2 is sent to the forming unit 20 without impairing the activity of the catalyst attached to the surface, the production rate of the carbon nanotubes 3 is improved.
[Example 2]
A second embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the second embodiment, only one space partition 22 is provided in the forming unit 20. That is, the space partition 22 is provided for the fourth heating device 25 in the fourth temperature region A4, and the substrate guide opening of the space partition 22 for the fifth heating device 26 in the fifth temperature region A5. 24 is extended. The extended substrate guiding opening 24 is also provided with a gas deflection unit 27.
この構成により、空間仕切体２２内にて第４加熱装置２５により十分に加熱されて化学反応により発生した原料ガスＧ２の分解成分又は化学反応を起こしやすい状態になった原料ガスＧ２が、第５加熱領域Ａ５における基板２表面の触媒に効率よく供給されるため、良質なカーボンナノチューブ３の生成が行われる。すなわち、延長された基板案内用口部２４は、空間仕切体２２よりも高さが低いため、供給された上記の原料ガスＧ２の分解成分又は化学反応を起こしやすい状態になった原料ガスＧ２と、基板２表面の触媒とがより接触しやすくなる。また、この構成によれば、延長された基板案内用口部２４にもガス偏向部２７が設けられているため、上記の原料ガスＧ２の分解成分又は化学反応を起こしやすい状態になった原料ガスＧ２を基板２表面へと向かわせることができ、カーボンナノチューブ３の形成に寄与することができる。
［実施例３］
実施例３について図９を用いて説明する。実施例１と同一の構成には同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。実施例３においては、実施例１における前処理部１０と形成部２０との境界に、排気用開口部４０に対応する位置（具体的には前処理部１０と形成部２０との境界）で上方に凸状（曲面状）に膨らむ***部５０を有する。この構成により、前処理部１０及び形成部２０から排出される混合ガスＧ３をこの***部５０に当てて上昇させることができる。この場合、図９に示すように、上昇した混合ガスＧ３を真空チャンバー５の外へ排気するため、真空チャンバー５における***部５０の上方位置に混合ガス排気管４１及び混合ガス排気口４１ａが設けられている。なお、図９に示すように、実施例１と同様に、原料ガス等Ｇ４を排気するためのガス排気管２８及びガス排気口２８ａは、真空チャンバー５の基板２の下方側、すなわち真空チャンバ−５の底側（本実施例においては、前処理部１０と形成部２０との境界）に設けられている。
［実施例４］
実施例４について図１０を用いて説明する。実施例１と同一の構成には同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。実施例４においては、実施例１における前処理部１０と形成部２０との境界に、排気用開口部４０に対応する位置（具体的には前処理部１０と形成部２０との境界）で、混合ガスＧ３を上方へ流す隔壁５１が立設されるとともに、真空チャンバー５における混合ガス排気管４１及び混合ガス排気口４１ａが隔壁５１の上方位置に配置されている。この構成により、前処理部１０及び形成部２０から排出される混合ガスＧ３をこの隔壁５１を伝わせて上昇させ、基板２上方に位置する混合ガス排気管４１へと確実に排気することができる。具体的には、図１０に示すように、隔壁５１の下方端部は、前処理部１０のダクト１４の下流側端部（具体的には排気用開口部４０の上端位置）に対応する位置に設けられている。なお、図１０に示すように、実施例１と同様に、原料ガス等Ｇ４を排気するためのガス排気管２８及びガス排気口２８ａは、真空チャンバー５の基板２の下方側、すなわち真空チャンバー５の底側（本実施例においては、前処理部１０と形成部２０との境界すなわち隔壁５１の下方）に設けられている。
［実施例５］
実施例５について図１１を用いて説明する。実施例１と同一の構成には同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。実施例５においては、実施例１における前処理部１０と形成部２０との境界に、排気用開口部４０に対応する位置（具体的には前処理部１０と形成部２０との境界）で、上方に凸状（曲面状）に膨らむ***部５０を有し、且つ混合ガスＧ３を上方へ流す隔壁５１が立設されるとともに、真空チャンバー５における混合ガス排気管４１及び混合ガス排気口４１ａが隔壁５１の上方に配置されている。この構成により、前処理部１０及び形成部２０から排出される混合ガスＧ３をこの***部５０に当てて上昇させるとともに、隔壁５１を伝わせて真上に上昇させることができる。具体的には、図１１に示すように、隔壁５１の下方端部は、前処理部１０のダクト１４の下流側端部（具体的には排気用開口部４０の上端位置）に対応する位置に設けられている。なお、図１１に示すように、実施例１と同様に、原料ガス等Ｇ４を排気するためのガス排気管２８及びガス排気口２８ａは、真空チャンバー５の基板２の下方側、すなわち真空チャンバー５の底側（本実施例においては、前処理部１０と形成部２０との境界すなわち隔壁５１の下方）に設けられている。
［変形例］
実施例１〜実施例５においては、空間仕切体２２内に供給された原料ガス等Ｇ４を真空チャンバー５の外部に排気するガス排気管２８を接続するためのガス排気口２８ａを真空チャンバー５の基板２の下方側、すなわち真空チャンバー５の底側に設けられているが、これに限定されない。例えば、真空チャンバー５の基板２の上方側、すなわち真空チャンバー５の天井側に設けられていてもよい。このように、ガス排気管２８及びガス排気口２８ａが基板２の上方側（真空チャンバー５の天井側）に設けられている場合で、且つ、実施例３〜実施例５に示すように、混合ガス排気口４１ａ及び混合ガス排気管４１が、基板２の上方側（真空チャンバー５の天井側）に設けられる場合には、ガス排気口２８ａ及びガス排気管２８を、混合ガス排気口４１ａ及び混合ガス排気管４１としてそれぞれ兼用しても構わない。
With this configuration, the source gas G2 that has been sufficiently heated in the space partition 22 by the fourth heating device 25 and that is likely to cause a decomposition component of the source gas G2 generated by a chemical reaction or a chemical reaction is the fifth. Since the catalyst is efficiently supplied to the catalyst on the surface of the substrate 2 in the heating region A5, a high-quality carbon nanotube 3 is generated. That is, since the extended substrate guiding opening 24 is lower than the space partition 22, the material gas G 2 that is in a state in which it is likely to cause a decomposition component or chemical reaction of the supplied raw material gas G 2. The catalyst on the surface of the substrate 2 is more easily contacted. In addition, according to this configuration, since the extended substrate guiding port 24 is also provided with the gas deflection unit 27, the source gas that is in a state in which the decomposition component of the source gas G2 or the chemical reaction is likely to occur. G2 can be directed to the surface of the substrate 2 and can contribute to the formation of the carbon nanotubes 3.
[Example 3]
A third embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the third embodiment, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 in the first embodiment corresponds to the exhaust opening 40 (specifically, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20). It has a raised portion 50 that bulges upward (curved surface). With this configuration, the mixed gas G <b> 3 discharged from the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 can be raised against the raised portion 50. In this case, as shown in FIG. 9, a mixed gas exhaust pipe 41 and a mixed gas exhaust port 41a are provided above the raised portion 50 in the vacuum chamber 5 in order to exhaust the raised mixed gas G3 to the outside of the vacuum chamber 5. It has been. As shown in FIG. 9, as in the first embodiment, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a for exhausting the source gas G4 and the like are below the substrate 2 of the vacuum chamber 5, that is, the vacuum chamber 5 is provided on the bottom side (in the present embodiment, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20).
[Example 4]
Example 4 will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 in the first embodiment is a position corresponding to the exhaust opening 40 (specifically, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20). A partition wall 51 for flowing the mixed gas G <b> 3 upward is erected, and a mixed gas exhaust pipe 41 and a mixed gas exhaust port 41 a in the vacuum chamber 5 are disposed above the partition wall 51. With this configuration, the mixed gas G3 discharged from the pretreatment unit 10 and the forming unit 20 can be raised along the partition wall 51 and reliably exhausted to the mixed gas exhaust pipe 41 located above the substrate 2. . Specifically, as shown in FIG. 10, the lower end of the partition wall 51 corresponds to the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 (specifically, the upper end position of the exhaust opening 40). Is provided. As shown in FIG. 10, as in the first embodiment, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a for exhausting the source gas G4 and the like are below the substrate 2 of the vacuum chamber 5, that is, the vacuum chamber 5 (In this embodiment, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20, that is, below the partition wall 51).
[Example 5]
A fifth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the fifth embodiment, the boundary between the pretreatment section 10 and the formation section 20 in the first embodiment is a position corresponding to the exhaust opening 40 (specifically, the boundary between the pretreatment section 10 and the formation section 20). Further, a partition wall 51 having a raised portion 50 bulging upward (curved surface) and flowing the mixed gas G3 upward is provided, and a mixed gas exhaust pipe 41 and a mixed gas exhaust port 41a in the vacuum chamber 5 are provided. Is disposed above the partition wall 51. With this configuration, the mixed gas G3 discharged from the pretreatment unit 10 and the forming unit 20 can be lifted against the raised portion 50, and can be raised directly above the partition wall 51. Specifically, as shown in FIG. 11, the lower end of the partition wall 51 corresponds to the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 (specifically, the upper end position of the exhaust opening 40). Is provided. As shown in FIG. 11, as in the first embodiment, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a for exhausting the source gas G4 and the like are below the substrate 2 of the vacuum chamber 5, that is, the vacuum chamber 5 (In this embodiment, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20, that is, below the partition wall 51).
[Modification]
In the first to fifth embodiments, the gas exhaust port 28a for connecting the gas exhaust pipe 28 for exhausting the source gas G4 and the like supplied into the space partition 22 to the outside of the vacuum chamber 5 is provided in the vacuum chamber 5. Although it is provided on the lower side of the substrate 2, that is, on the bottom side of the vacuum chamber 5, it is not limited to this. For example, the vacuum chamber 5 may be provided above the substrate 2, that is, on the ceiling side of the vacuum chamber 5. As described above, in the case where the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a are provided on the upper side of the substrate 2 (the ceiling side of the vacuum chamber 5), and as shown in Examples 3 to 5, mixing is performed. When the gas exhaust port 41a and the mixed gas exhaust pipe 41 are provided on the upper side of the substrate 2 (the ceiling side of the vacuum chamber 5), the gas exhaust port 28a and the gas exhaust pipe 28 are connected to the mixed gas exhaust port 41a and the mixed gas exhaust port 41a. Each of the gas exhaust pipes 41 may also be used.
実施例１〜実施例５においては、前処理部１０のダクト１４と形成部２０の第１空間仕切体２２Ａの上流側のダクト部２４が別体である場合を示したが、これに限定されない。例えば、前処理部１０のダクト１４と形成部２０の第１空間仕切体２２Ａの上流側のダクト部２４との間を連続させて一体化した構成の場合には、図１２に示すように、前処理部１０と形成部２０との境界近傍（具体的には境界線Ｌの垂線ＬＨ上）にダクト１４及びダクト部２４の少なくとも一方の上面に排気用開口部６０を設け、混合ガスＧ３を排気する構成とすればよい。この排気用開口部６０の大きさは、上述した実施例１の排気用開口部４０と同等又はそれ以上であればよく、適宜設計すればよい。 In Example 1-Example 5, although the duct 14 of the pre-processing part 10 and the duct part 24 of the upstream of the 1st space partition 22A of the formation part 20 were shown separately, it is not limited to this. . For example, in the case of a configuration in which the duct 14 of the pretreatment unit 10 and the duct portion 24 on the upstream side of the first space partition 22A of the formation unit 20 are continuously integrated, as shown in FIG. the pre-processing unit 10 and the forming unit 20 the duct 14 and the exhaust openings 60 on at least one of the upper surface of the duct portion 24 near the boundary (specifically, on the vertical line L H border L) and provided, mixed gas G3 May be configured to exhaust the air. The size of the exhaust opening 60 may be equal to or larger than that of the exhaust opening 40 of the first embodiment described above, and may be appropriately designed.
また、実施例１〜実施例５においては、前処理部１０のダクト１４の開口端部の高さＨ１を、形成部２０のダクト部２４の前処理部１０側の開口端部の高さＨ２よりも低くしたが、これに限定されない。ダクト１４の開口端部の高さＨ１を、ダクト部２４の前処理部１０側の開口端部の高さＨ２以上（Ｈ１≧Ｈ２）となるようにしてもよい。 In the first to fifth embodiments, the height H1 of the opening end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 is set to the height H2 of the opening end of the duct unit 24 of the forming unit 20 on the preprocessing unit 10 side. However, it is not limited to this. You may make it the height H1 of the opening edge part of the duct 14 become more than the height H2 of the opening edge part by the side of the pre-processing part 10 of the duct part 24 (H1> = H2).
また、実施例１〜実施例５においては、前処理部１０の昇温領域Ｘ及び後処理部３０の降温領域Ｚにおいて、３つの加熱装置を用いて加熱する態様を示したが、当然ながら、１つの加熱装置を用いて加熱し、昇温又は降温を行っても構わない。 Moreover, in Example 1-5, although the temperature rising area X of the pre-processing part 10 and the temperature decreasing area Z of the post-processing part 30 showed the aspect heated using three heating apparatuses, of course, You may heat using one heating apparatus, and may perform temperature rise or temperature fall.
また、実施例１〜実施例５においては、前処理部１０におけるダクト１４の基板２の裏面が摺動される面に、基板２の幅方向に延びる複数の突条部１７が設けられている構成を示したが、突条部１７の代わりに溝部を設ける構成にしても構わない。 Moreover, in Example 1- Example 5, the some protrusion part 17 extended in the width direction of the board | substrate 2 is provided in the surface where the back surface of the board | substrate 2 of the duct 14 in the pre-processing part 10 is slid. Although the configuration is shown, a configuration in which a groove portion is provided instead of the ridge portion 17 may be adopted.
また、実施例１〜実施例５においては、前処理部１０にのみ、ダクト１４の基板２の裏面が摺動される面に、基板２の幅方向に延びる複数の突条部１７が設けられている場合を示したが、形成部２０においても、同一の構成を具備していても構わない。 In the first to fifth embodiments, only the pretreatment unit 10 is provided with a plurality of protrusions 17 extending in the width direction of the substrate 2 on the surface on which the back surface of the substrate 2 of the duct 14 is slid. However, the forming unit 20 may have the same configuration.
さらに、実施例１〜実施例５においては、形成部２０の各空間仕切体２２Ａ，２２Ｂから排出された原料ガス等Ｇ４は、各空間仕切体２２Ａ，２２Ｂのダクト部２４の上流側端部及び下流側端部から排気されるため、ガス排気管２８及びガス排気口２８ａは前処理部１０と形成部２０との境界及び形成部２０と後処理部３０との境界に設けられているが、これに限定されない。例えば、各空間仕切体２２Ａ，２２Ｂにおいて、反応本体部２３の下部の両側面に排気用の窓部を設けるとともに、各空間仕切体２２Ａ，２２Ｂの真下にガス排気管２８及びガス排気口２８ａを配置する構成としてもよい。 Furthermore, in Example 1-5, source gas etc. G4 discharged | emitted from each space partition 22A, 22B of the formation part 20 are the upstream edge part of the duct part 24 of each space partition 22A, 22B, and Since gas is exhausted from the downstream end, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a are provided at the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 and at the boundary between the formation unit 20 and the posttreatment unit 30. It is not limited to this. For example, in each of the space partitions 22A and 22B, exhaust windows are provided on both side surfaces of the lower part of the reaction main body 23, and the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a are provided directly below the space partitions 22A and 22B. It is good also as a structure to arrange.
１ カーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置
２ 基板
３ カーボンナノチューブ
４ 処理用空間部
５ 真空チャンバー（反応容器）
６ 繰出部
６ａ 繰出装置
６ｂ 繰出ロール
７ 巻取部
７ａ 巻取装置
７ｂ 巻取ロール
８ 接続部材
１０ 前処理部
１１ 第１加熱装置
１２ 第２加熱装置
１３ 第３加熱装置
１４ ダクト
１５ 挿入口
１６ Ｏ‐リング
１７ 突条部
Ｘ 昇温領域
Ａ１ 第１温度領域
Ａ２ 第２温度領域
Ａ３ 第３温度領域
２０ 形成部
２１ 原料ガス供給管
２１ａ 原料ガス供給口
２１ｂ 供給管接続口
２２ 空間仕切体
２２Ａ 第１空間仕切体
２２Ｂ 第２空間仕切体
Ｐ１ 第１反応空間
Ｐ２ 第２反応空間
２３ 反応本体部
２４ 基板案内用口部（ダクト部）
２５ 第４加熱装置
２６ 第５加熱装置
２７ ガス偏向部
２８ ガス排気管
２８ａ ガス排気口
Ｙ ＣＶＤ温度領域
Ａ４ 第４温度領域
Ａ５ 第５温度領域
３０ 後処理部（冷却部）
３１ 第６加熱装置
３２ 第７加熱装置
３３ 第８加熱装置
３４ 丸棒
４０ 排気用開口部
４１ 混合ガス排気管
４１ａ 混合ガス排気口
Ｚ 降温領域
Ａ６ 第６温度領域
Ａ７ 第７温度領域
Ａ８ 第８温度領域
５０ ***部
５１ 隔壁
Ｇ１ 前処理用ガス
Ｇ２ 原料ガス
Ｇ３ 混合ガス
Ｇ４ 原料ガス等
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CVD apparatus for carbon nanotubes 2 Substrate 3 Carbon nanotubes 4 Space for processing 5 Vacuum chamber (reaction vessel)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 Feeding part 6a Feeding apparatus 6b Feeding roll 7 Winding part 7a Winding apparatus 7b Winding roll 8 Connection member 10 Pretreatment part 11 1st heating apparatus 12 2nd heating apparatus 13 3rd heating apparatus 14 Duct 15 Insertion port 16 O -Ring 17 ridge X X temperature rising area A1 first temperature area A2 second temperature area A3 third temperature area 20 forming part 21 source gas supply pipe 21a source gas supply port 21b supply pipe connection port 22 space partition 22A first Space partition 22B Second space partition P1 First reaction space P2 Second reaction space 23 Reaction main body 24 Substrate guide opening (duct)
25 4th heating device 26 5th heating device 27 Gas deflection part 28 Gas exhaust pipe 28a Gas exhaust port Y CVD temperature range A4 4th temperature range A5 5th temperature range 30 Post-processing part (cooling part)
31 Sixth heating device 32 Seventh heating device 33 Eighth heating device 34 Round bar 40 Exhaust opening 41 Mixed gas exhaust pipe 41a Mixed gas exhaust port Z Temperature drop region A6 Sixth temperature region A7 Seventh temperature region A8 Eighth temperature Region 50 Raised portion 51 Partition G1 Pretreatment gas G2 Source gas G3 Mixed gas G4 Source gas, etc.
Claims (3)
前記反応容器には、前記基板に前記原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
当該原料ガス供給管に接続されて前記基板の上方を覆い反応空間を形成する反応本体部と、当該反応本体部の上流側下端部及び下流側下端部に突出されて基板を案内する基板案内用口部とから成る空間仕切体とが具備され、
前記基板案内用口部の内面の基板表面の上側位置に、反応本体部から流入する原料ガスを基板表面側へ向けるガス偏向部が設けられていることを特徴とするカーボンナノチューブ用ＣＶＤ装置。 A carbon nanotube CVD apparatus having a reaction vessel that introduces a substrate on which a catalyst is attached and moves in a predetermined direction, and that supplies a source gas to generate carbon nanotubes by chemical vapor deposition,
In the reaction vessel, a source gas supply pipe that supplies the source gas to the substrate;
A reaction main body connected to the source gas supply pipe to cover the upper side of the substrate to form a reaction space, and a substrate guide for guiding the substrate by protruding from the lower end on the upstream side and the lower end on the downstream side of the reaction main body. A space partition composed of a mouth portion,
A CVD apparatus for carbon nanotubes, wherein a gas deflecting portion for directing a source gas flowing from the reaction main body portion toward the substrate surface side is provided at an upper position of the substrate surface on the inner surface of the substrate guide opening.
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