KR100732516B1

KR100732516B1 - Apparatus and method for collection carbon nano tube

Info

Publication number: KR100732516B1
Application number: KR1020050124674A
Authority: KR
Inventors: 김성수; 황진태; 장석원; 김형석
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-27
Also published as: CN1982212A; KR20070064108A; CN1982212B

Abstract

본 발명은 탄소 나노 튜브의 대량 생산을 위한 탄소나노튜브 생산 자동화 시스템에서 탄소 나노 튜브의 합성이 진행되는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 탄소 나노 튜브 합성 장치는 탄소나노튜브의 생성공간을 제공하는 반응로, 반응로를 가열하는 가열부, 반응로의 생성공간에 위치되며 합성기판들이 놓여지는 보트, 반응로의 생성공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급부, 반응로내의 소스가스를 배기하는 가스배기부 및 반응로 내에 잔류가스가 남아 있는지를 검출하여, 반응로로부터 합성기판의 언로딩을 단속하기 위한 잔류가스 검출부를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 반응로 내부에 잔류가스가 설정농도 이상 남아 잔류하고 있는 경우 반응로의 개방을 사전에 차단함으로써, 잔류가스가 외부로 유출되는 것을 사전에 차단할 수 있어 안전한 공정 진행이 가능하다. The present invention relates to an apparatus for synthesizing carbon nanotubes in a carbon nanotube production automation system for mass production of carbon nanotubes. The carbon nanotube synthesizing apparatus of the present invention is a reaction furnace providing a space for producing carbon nanotubes, a heating unit for heating a reactor, a space in which a synthesis substrate is placed, and a space for generating a reactor, and a space for generating a reactor A gas supply unit for supplying the source gas, a gas exhaust unit for exhausting the source gas in the reactor, and a residual gas detector for detecting whether residual gas remains in the reactor, and controlling unloading of the composite substrate from the reactor; Can be. According to the present invention, when the residual gas remains inside the reactor at a predetermined concentration or more, the opening of the reactor is blocked in advance, thereby preventing the residual gas from flowing out to the outside in advance, thereby enabling safe process progression.

CNT, 탄소나노튜브, 합성기판, 잔류가스 CNT, carbon nanotube, synthetic substrate, residual gas

Description

탄소나노튜브 합성을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COLLECTION CARBON NANO TUBE}Apparatus and method for carbon nanotube synthesis {APPARATUS AND METHOD FOR COLLECTION CARBON NANO TUBE}

도 1은 탄소 나노 튜브의 생산 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating a production system of carbon nanotubes.

도 2는 도 1의 촉매도포부의 구성도이다. FIG. 2 is a diagram illustrating the catalyst coating of FIG. 1.

도 3은 도 2에 표시된 A-A′ 선을 따라 절단된 평면도이다. 3 is a plan view taken along the line AA ′ of FIG. 2.

도 4a 내지 도 4c는 촉매 도포부에서의 촉매 도포 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이다. 4A to 4C are diagrams for explaining the catalyst application process step by step in the catalyst coating unit.

도 5는 도 1의 기판 보관부와 제 1이송장치를 보여주는 평면도이다. 5 is a plan view illustrating the substrate storage part and the first transfer device of FIG. 1.

도 6은 기판 보관부의 측면도이다. 6 is a side view of the substrate storage portion.

도 7은 기판 보관부의 카세트를 보여주는 사시도이다. 7 is a perspective view showing a cassette of the substrate storage portion.

도 8은 제 1이송장치의 사시도이다. 8 is a perspective view of the first transfer device.

도 9는 도 1의 회수부의 사시도이다. 9 is a perspective view of a recovery part of FIG. 1.

도 10은 도 9의 회수부의 평면도이다. 10 is a plan view of the recovery part of FIG.

도 11은 회수부에서의 탄소 나노 튜브 회수 과정을 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining a carbon nanotube recovery process in the recovery unit.

도 12는 탄소 나노 튜브 생성을 위한 시스템에서의 공정 순서도이다. 12 is a process flow diagram in a system for carbon nanotube production.

도 13은 변형된 촉매 공급부를 설명하기 위한 촉매 도포부의 구성도이다.13 is a block diagram of a catalyst coating unit for explaining the modified catalyst supply unit.

도 14는 도 1에 도시된 반응 챔버를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.14 is a view for explaining in detail the reaction chamber shown in FIG.

도 15는 탄소 나노 튜브 생성 단계를 구체적으로 설명하기 위한 공정 순서도이다.15 is a process flowchart for explaining the carbon nanotube generation step in detail.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

100 : 반응 챔버100: reaction chamber

200 : 스테이션부200: station

300 : 제 1이송장치300: first transfer device

400 : 기판 보관부400: substrate storage

500 : 촉매 도포부500: catalyst coating unit

600 : 회수부600: recovery unit

700 : 제 2이송장치700: second transfer device

본 발명은 탄소 나노 튜브의 대량 생산을 의한 탄소나노튜브 생산 자동화 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 탄소 나노 튜브의 합성이 진행되는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube production automation system by mass production of carbon nanotubes, and more particularly, to a device and a method for synthesizing carbon nanotubes.

탄소 나노 튜브(Carbon Nano tubes)는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 결합되어 육각 환형을 이루고, 이러한 육각 환형이 벌집 형태로 반복된 평면이 말려 원통형 또는 튜브를 이룬 형태를 가진다. Carbon nanotubes (carbon nanotubes) is formed by combining three carbon atoms adjacent to one carbon atom to form a hexagonal ring, and the hexagonal ring is a honeycomb-shaped plane is rolled to form a cylindrical or tube.

탄소 나노 튜브는 그 구조에 따라 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성 을 나타낼 수 있는 성질을 가진 재료로서 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소 나노 튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 커패시터(super capacitors)와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 가스 센서 등에 적용가능하다.Carbon nanotubes are materials that can exhibit metallic or semiconducting conductivity depending on their structure and can be widely applied in various technical fields. For example, carbon nanotubes are applicable to electrodes of electrochemical storage devices such as secondary cells, fuel cells or super capacitors, electromagnetic shielding, field emission displays, or gas sensors.

이러한 탄소 나노 튜브는 대부분 수작업에 의존한 소량 생산으로 이루어진다. 특히, 합성기판에 촉매를 도포하는 작업이나, 합성기판을 반응관에 로딩/언로딩하는 작업, 탄소 나노 튜브가 합성된 합성기판을 반응관에서 언로딩하여 합성기판으로부터 탄소 나노 튜브를 회수하는 과정 등이 작업자에 의해 진행되기 때문에 연속공정 및 대량 생산이 어렵다. Most of these carbon nanotubes consist of small quantities of hand-dependent production. In particular, a process of applying a catalyst to a synthetic substrate, loading / unloading a synthetic substrate into a reaction tube, and recovering carbon nanotubes from the synthetic substrate by unloading the synthetic substrate on which the carbon nanotubes are synthesized in the reaction tube It is difficult to carry out continuous process and mass production because the back is made by worker.

그리고, 탄소나노튜브 합성 공정에서는 수소를 포함하는 소스가스(유해/폭발성 가스)들이 많이 사용되기 때문에 반응로 내부의 잔류가스 제거가 요구된다. 만약, 탄소나노튜브 합성 공정을 마친 후 반응관 내부에 소스가스가 배기되지 않고 남아 있는 경우, 반응관 내부에 잔류하고 있는 가스 성분 중 유해가스(수소)가 공기 중에 노출되면서 유해가스가 산소와 반응하여 폭발할 수 있는 가능성이 있다. 특히 반응로의 구경이 대구경화되면서 잔류가스에 의한 사고 위험성은 더욱 높아질 수 있다. In the carbon nanotube synthesis process, since source gases (harmful / explosive gases) containing hydrogen are frequently used, removal of residual gas inside the reactor is required. If the source gas is not exhausted inside the reaction tube after the carbon nanotube synthesis process is completed, the harmful gas (hydrogen) among the gas components remaining in the reaction tube is exposed to the air and the harmful gas reacts with the oxygen. There is a possibility of explosion. In particular, as the diameter of the reactor becomes large, the risk of accidents due to residual gas may be increased.

본 발명은 공정을 마친 반응챔버 내부에 잔류가스가 남아 있는지를 확인할 수 있는 탄소나노튜브 합성 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a device and method for synthesizing carbon nanotubes capable of confirming whether residual gas remains in a reaction chamber after the process.

본 발명은 안정하게 공정을 진행할 수 있는 탄소나노튜브 합성 장치 및 방법 을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a device and method for synthesizing carbon nanotubes that can stably proceed.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 탄소나노튜브 합성 장치는 탄소나노튜브의 생성공간을 제공하는 반응로; 상기 반응로를 가열하는 가열부; 상기 반응로의 생성공간에 위치되며 합성기판들이 놓여지는 보트; 상기 반응로의 생성공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 반응로내의 소스가스를 배기하는 가스배기부; 및 상기 반응로 내에 잔류가스가 남아 있는지를 검출하여, 상기 반응로로부터 합성기판의 언로딩을 단속하기 위한 잔류가스 검출부를 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the carbon nanotube synthesis apparatus is a reactor for providing a space for producing carbon nanotubes; A heating unit for heating the reactor; A boat located in the production space of the reactor and on which synthetic substrates are placed; A gas supply unit supplying a source gas to a space generated in the reactor; A gas exhaust unit configured to exhaust the source gas in the reactor; And a residual gas detector configured to detect whether residual gas remains in the reactor, and to control unloading of the synthetic substrate from the reactor.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 잔류가스 검출부는 상기 반응로로부터 배기되는 잔류가스의 농도를 검출하는 가스센서가 내장된 가스검출기; 및 상기 가스검출기에서 검출된 잔류가스의 농도값에 따라 상기 반응로의 게이트 밸브의 잠금상태를 유지 또는 해제하는 제어부를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the residual gas detection unit comprises a gas detector with a gas sensor for detecting the concentration of the residual gas exhausted from the reactor; And a controller for maintaining or releasing the locked state of the gate valve of the reactor according to the concentration value of the residual gas detected by the gas detector.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스검출기는 상기 가스배기부의 배기라인과 연결되어 상기 배기라인을 통해 배기되는 가스가 유입되는 제1유입포트와, 외부 공기가 유입되는 제2유입포트 그리고 상기 제1유입포트와 제2유입포트를 선택적으로 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gas detector is connected to an exhaust line of the gas exhaust unit, a first inflow port through which gas exhausted through the exhaust line flows, a second inflow port through which external air flows in, and the second It may include a valve for selectively opening and closing the first inlet port and the second inlet port.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부는 탄소나노튜브의 합성공정이 완료된 상기 반응로가 불활성 가스에 의해 퍼지된 이후에 상기 제1유입포트가 개방되도록 상기 밸브를 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit may control the valve so that the first inlet port is opened after the reactor in which the synthesis process of the carbon nanotubes is completed is purged with an inert gas.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 탄소 나노 튜브 합성 방법은 반응로의 내부공간으로 합성기판을 로딩하는 단계; 상기 반응로의 내부공간으로 소스가스를 공급하여 상기 합성기판 표면에 탄소나노튜브를 합성하는 단계; 상기 반응로에서의 탄소나노튜브 합성 공정이 완료되면 소스가스 공급을 중단하는 단계; 상기 반응로에 남아 있는 잔류가스를 제거하는 단계; 상기 반응로 내에 잔류가스가 남아 있는지를 검출하는 단계; 상기 잔류가스의 검출 유무에 따라 상기 반응로의 개방을 단속하는 단계; 상기 잔류가스가 검출되지 않으면, 상기 반응로를 개방하여 상기 합성기판을 언로딩하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention for achieving the above object, the carbon nanotube synthesis method comprises the steps of loading a synthetic substrate into the inner space of the reactor; Synthesizing carbon nanotubes on the surface of the synthetic substrate by supplying a source gas into the inner space of the reactor; Stopping supply of the source gas when the carbon nanotube synthesis process in the reactor is completed; Removing residual gas remaining in the reactor; Detecting whether residual gas remains in the reactor; Controlling the opening of the reactor according to whether the residual gas is detected; If the residual gas is not detected, it may include opening the reactor to unload the synthetic substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 반응로 내에 잔류가스가 검출되면 상기 잔류가스 제거 단계를 다시 실시할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, if residual gas is detected in the reactor, the residual gas removing step may be performed again.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 잔류가스 제거 단계는 상기 반응로 내부에 불활성가스를 공급하면서 배기할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the residual gas removing step may be exhausted while supplying an inert gas into the reactor.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 잔류가스 제거 단계는 상기 반응로 내부를 진공 상태로 만드는 단계; 상기 반응로 내부에 불활성 가스를 공급하여 상기 반응로 내부를 상압 상태로 만드는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of removing residual gas may include making the inside of the reactor a vacuum state; Supplying an inert gas to the inside of the reactor may include the step of making the inside of the reactor at atmospheric pressure.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 검출단계는 상기 반응로 내부에 잔류하는 수소가스를 검출할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the detecting step may detect hydrogen gas remaining in the reactor.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전 하게 설명하기 위해서 제공된 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.For example, embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This example is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize clearer explanations.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 15를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 안정하게 공정을 진행할 수 있으면서 자동화 및 대량 생산이 가능한 탄소나노튜브 합성 장치를 제공하며, 또한 그러한 합성장치를 갖는 자동화 및 대량 생산이 가능한 탄소 나노 튜브 생산 시스템(1)을 제공한다. 도 1은 본 발명의 탄소 나노 튜브 생산 시스템의 일 예를 개략적으로 보여주는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 시스템(1)은 합성기판(10), 탄소 나노 튜브 합성 장치(이하 반응챔버라 함)(100), 그리고 전후처리실을 갖는다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 15. The present invention provides a carbon nanotube synthesizing apparatus that can be stably processed and can be automated and mass-produced, and also provides an automated and mass-producing carbon nanotube production system 1 having such a synthesizing apparatus. 1 is a schematic view showing an example of a carbon nanotube production system of the present invention. Referring to FIG. 1, the system 1 includes a composite substrate 10, a carbon nanotube synthesis apparatus 100 (hereinafter referred to as a reaction chamber) 100, and a post-process chamber.

합성기판(10)은 탄소 나노 튜브(도 7의 30)의 합성이 이루어지는 기저판(base plate)으로서 사용된다. 탄소 나노 튜브(30)가 합성되는 합성기판(10)으로는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), ITO(Induim Tin Oxide) 기판, 코팅된 유리(ITO-coated glass), 소다라임 유리, 코닝 유리, 전이금속이 증착된 기판, 알루미나 등이 사용될 수 있다. 그러나 탄소 나노 튜브(30)를 합성(성장,생성)시키기에 충분한 강성을 가진다면 합성 기판은 상술한 종류의 기판 외에 다양한 종류가 사용될 수 있다.The synthetic substrate 10 is used as a base plate on which carbon nanotubes (30 in FIG. 7) are synthesized. The composite substrate 10 on which the carbon nanotubes 30 are synthesized includes a silicon wafer, an induim tin oxide (ITO) substrate, coated glass (ITO-coated glass), soda-lime glass, corning glass, and transition metal. This deposited substrate, alumina or the like can be used. However, if the carbon nanotube 30 has sufficient rigidity for synthesizing (growing, producing), various kinds of synthetic substrates may be used in addition to the above-described substrates.

반응 챔버(100)는 합성 기판(10) 상에 탄소 나노 튜브(30)를 생성하는 공정을 수행하고, 전후처리실은 반응 챔버(100)로/로부터 로딩/언로딩되는 합성기판(10)에 대한 전처리 공정 및 후처리 공정을 수행한다. 전처리 공정 및 후처리 공정은 기판에 촉매(20)를 도포하는 공정, 또는 합성 기판 상에 생성된 탄소 나노 튜브 (30)를 회수하는 공정 등을 포함한다. 전후처리실은 스테이션부(200), 제 1이송장치(300), 기판 보관부(400), 촉매 도포장치(이하 촉매 도포부)(500), 회수부(600), 그리고 제 2이송장치(700)를 가진다. The reaction chamber 100 performs a process of generating carbon nanotubes 30 on the composite substrate 10, and the pre- and post-processing chambers are used for the composite substrate 10 loaded / unloaded from / to the reaction chamber 100. Pretreatment and post-treatment processes are carried out. The pretreatment step and the post-treatment step include a step of applying the catalyst 20 to the substrate, a step of recovering the carbon nanotubes 30 generated on the synthetic substrate, and the like. The post-processing chamber includes a station part 200, a first transfer device 300, a substrate storage part 400, a catalyst coating device (hereinafter referred to as a catalyst application part) 500, a recovery part 600, and a second transfer device 700. )

스테이션부(200)는 반응 챔버(100)로부터 언로딩되는 합성기판(10)이 대기 중에 노출되는 것을 방지한다. 제 1이송장치(300)는 반응 챔버(100)로/로부터 합성기판을 로딩/언로딩한다. 기판 보관부(400)는 반응 챔버(100)로/로부터 로딩되거나 언로딩되는 합성기판을 저장한다. 촉매 도포부(500)는 합성기판(10)이 반응 챔버(100)로 로딩되기 전에 합성기판(10) 상에 촉매(20)를 도포하는 공정을 수행한다. 회수부(600)는 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성 기판(10) 상에 생성된 탄소 나노 튜브(30)를 합성 기판(10)으로부터 회수하는 공정을 수행한다. 제 2이송장치(700)는 기판 보관부(400), 촉매 도포부(500), 그리고 회수부(600) 간에 합성기판(10)을 이송한다. The station unit 200 prevents the composite substrate 10 unloaded from the reaction chamber 100 from being exposed to the atmosphere. The first transfer device 300 loads / unloads the composite substrate into / from the reaction chamber 100. Substrate storage 400 stores a composite substrate that is loaded or unloaded into / from reaction chamber 100. The catalyst applicator 500 performs a process of applying the catalyst 20 on the synthetic substrate 10 before the synthetic substrate 10 is loaded into the reaction chamber 100. The recovery unit 600 performs a process of recovering the carbon nanotubes 30 generated on the synthetic substrate 10 unloaded from the reaction chamber 100 from the synthetic substrate 10. The second transfer device 700 transfers the synthetic substrate 10 between the substrate storage unit 400, the catalyst application unit 500, and the recovery unit 600.

일 예에 의하면, 스테이션부(200)는 반응 챔버(100)의 일측에 반응 챔버(100)와 나란하게 배치된다. 스테이션부(200)는 제 1영역(240)과 제 2영역(260)을 가진다. 제 1영역(240)은 반응 챔버(100)와 인접하게 배치되며, 제 1영역(240)에는 기판 저장부(400)가 위치된다. 제 2영역(260)은 제 1영역(240)을 기준으로 반응 챔버(100)와 반대 방향에 제공되며 제 1이송장치(300)가 위치된다. 반응 챔버(100)와 제 2영역(260)은 제 1방향(42)으로 동일 선상에 위치되도록 배치된다. 제 1영역(240)은 상부 영역(242)과 하부 영역(244)을 가진다. 상부 영역(242)은 반응 챔버(100) 및 제 2영역(260)과 동일 선상에 위치되는 영역이고, 하부 영역(244)은 상부 영역(244)으로부터 제 1방향(42)과 수직한 제 2방향(44)으로 연장되는 영역이다. 제 1영역(240)과 제 2영역(260)은 각각 대체로 직사각의 형상을 가진다. According to an example, the station unit 200 is disposed side by side with the reaction chamber 100 on one side of the reaction chamber 100. The station unit 200 has a first area 240 and a second area 260. The first region 240 is disposed adjacent to the reaction chamber 100, and the substrate storage 400 is positioned in the first region 240. The second region 260 is provided in a direction opposite to the reaction chamber 100 with respect to the first region 240 and the first transfer device 300 is located. The reaction chamber 100 and the second region 260 are disposed in the same direction in the first direction 42. The first region 240 has an upper region 242 and a lower region 244. The upper region 242 is a region located on the same line as the reaction chamber 100 and the second region 260, and the lower region 244 is a second perpendicular to the first direction 42 from the upper region 244. It is an area extending in the direction 44. The first region 240 and the second region 260 are generally rectangular in shape.

촉매 도포부(500)와 회수부(600), 그리고 제 2이송장치(400)는 스테이션부(200)와 인접하게 위치되며, 제 1영역(240)의 상부 영역(242)을 기준으로 하부 영역(244)과 반대되는 위치에 제 1방향(42)과 평행한 방향으로 나란하게 배치된다. 제 2이송장치(400)는 스테이션부(200)의 제 1영역(240)과 대향되는 위치에 배치된다. 또한, 제 2이송장치(400)는 촉매 도포부(500)와 회수부(600) 사이에 위치된다.The catalyst applicator 500, the recovery part 600, and the second transfer device 400 are positioned adjacent to the station part 200, and have a lower area based on the upper area 242 of the first area 240. It is disposed side by side in a direction parallel to the first direction 42 at a position opposite to the (244). The second transfer device 400 is disposed at a position opposite to the first area 240 of the station unit 200. In addition, the second transfer device 400 is located between the catalyst applicator 500 and the recovery unit 600.

다음에는 본 발명의 시스템의 각각의 구성요소에 대해 상세히 설명한다.Next, each component of the system of the present invention will be described in detail.

도 1 및 도 14를 참조하면, 반응 챔버(100)는 반응로(reaction tube;120), 가열부(140), 보트(160), 가스 공급부(150), 가스 배기부(180), 잔류가스 검출부(170)를 포함한다.1 and 14, the reaction chamber 100 includes a reaction tube 120, a heating unit 140, a boat 160, a gas supply unit 150, a gas exhaust unit 180, and a residual gas. The detector 170 is included.

반응로(120)는 석영(quartz) 또는 그라파이트(graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 이루어진다. 반응로(120)는 대체로 원통 형상으로 제공될 수 있다. 반응로(120)의 전단에는 반응로(120) 내부를 외부로부터 밀폐하는 플랜지(132)가 설치되며, 반응로의 후단에는 게이트 밸브(222)와 반응로(120)를 연결하는 플랜지(134)가 설치된다. The reactor 120 is made of a heat resistant material such as quartz or graphite. Reactor 120 may be provided in a substantially cylindrical shape. A flange 132 is provided at the front of the reactor 120 to seal the inside of the reactor 120 from the outside, and a flange 134 connecting the gate valve 222 and the reactor 120 to the rear end of the reactor. Is installed.

보트(160)는 합성기판(10)이 다단으로 놓여지는 2층 구조로, 반응로(120) 내에 위치된다. 보트(160)는 반응로(120) 내에 하나만 제공되거나 복수개가 제공될 수 있다. 보트(160)는 충분히 큰 크기로 제공되어, 하나의 보트(160)에 반응로(120)의 길이방향(상술한 제 1방향(42))을 따라 복수 개의 합성기판(10)이 놓여질 수 있다. 선택적으로 보트(160)는 상하 방향 및 길이 방향으로 각각 복수 개의 합성기판들(10)을 지지할 수 있는 크기 및 구조를 가질 수 있다. 일 예에 의하면, 보트(160)들은 상하로 2개씩 그리고 길이방향으로 2개씩 합성기판(10)을 지지할 수 있는 크기 및 구조를 가진다. 보트(160)들은 반응로(120) 내에 고정설치될 수 있다.The boat 160 is a two-layer structure in which the synthetic substrate 10 is placed in multiple stages and is located in the reactor 120. Only one boat 160 may be provided in the reactor 120, or a plurality of boats 160 may be provided. The boat 160 is provided with a sufficiently large size so that a plurality of synthetic substrates 10 may be placed in one boat 160 along the longitudinal direction of the reactor 120 (the first direction 42 described above). . Optionally, the boat 160 may have a size and a structure capable of supporting the plurality of composite substrates 10 in the vertical direction and the longitudinal direction, respectively. According to an example, the boats 160 have a size and a structure capable of supporting the composite substrate 10 two vertically and two longitudinally. The boats 160 may be fixedly installed in the reactor 120.

또한, 보트(160)는 하나의 합성기판(10)을 지지할 수 있는 크기로 제공될 수 있다. 이 경우, 보트(160)는 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다. 보트(160)가 복수개 제공되는 경우, 보트(160)들은 반응로(120)의 길이방향(상술한 제 1방향(42))을 따라 복수개가 배치되거나, 선택적으로 제 1방향(42)과 수직한 상하방향으로 적층될 수 있다. In addition, the boat 160 may be provided in a size capable of supporting one composite substrate 10. In this case, one or more boats 160 may be provided. When a plurality of boats 160 are provided, a plurality of boats 160 may be disposed along the longitudinal direction of the reactor 120 (first direction 42 described above), or optionally perpendicular to the first direction 42. It can be stacked in one vertical direction.

가열부(140)는 반응로(120)를 공정온도로 가열하기 위한 것으로, 가열부(140)는 반응로(120)의 외벽을 감싸도록 설치되는 두꺼운 단열벽(142)과, 이 단열벽(142) 안쪽에 코일 형상의 열선(144)을 포함한다. 공정 진행 중 반응로(120)는 대략 섭씨 500 - 1100도(℃)(공정온도)로 유지될 수 있다. The heating unit 140 is for heating the reactor 120 to a process temperature, the heating unit 140 is a thick heat insulating wall 142 is installed to surround the outer wall of the reactor 120, and the heat insulating wall ( 142 includes a coil-shaped hot wire 144 inside. The reactor 120 during the process may be maintained at approximately 500-1100 degrees Celsius (℃) (process temperature).

가스공급부(150)는 소스가스 공급원(151), 불활성가스(아르곤 또는 질소) 공급원(152), 공급라인(153) 그리고 노즐부(154)를 포함한다.The gas supply unit 150 includes a source gas supply source 151, an inert gas (argon or nitrogen) supply source 152, a supply line 153, and a nozzle unit 154.

반응로(120)의 전단에 설치되는 플랜지(132)에는 가스공급부(150)로부터의 가스 공급을 위한 가스유입포트(182)가 장착된다. 노즐부(154)는 상기 가스유입포트(154)를 통해 상기 반응로(120) 내부에 위치된다. 소스가스로는 주로 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선 택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 소스가스는 열분해에 의해 라디칼로 분해되며 이 라디칼들이 합성기판(10)위에 도포된 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 합성한다.A gas inlet port 182 for supplying gas from the gas supply unit 150 is mounted to the flange 132 installed at the front end of the reactor 120. The nozzle unit 154 is positioned inside the reactor 120 through the gas inlet port 154. As the source gas, at least one selected from the group consisting mainly of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide may be used. The source gas is decomposed into radicals by pyrolysis, and the radicals react with the catalyst applied on the synthetic substrate 10 to synthesize carbon nanotubes.

가스 배기부(180)는 반응로(120) 내부의 가스 배기를 위한 것으로, 가스배기덕트(184), 가스배기덕트(184)에 연결되는 메인 배기라인(185) 그리고 상기 메인 배기라인(185)으로부터 분기되는 제1배기라인(186)과 제2배기라인(187)을 포함한다. 가스배기덕트(184)는 반응로(120)의 타단에 설치되는 플랜지(134)에 설치된다. 제1배기라인(186)은 일반 송풍 배기라인이고, 제2배기라인(187)은 진공라인이며, 이들 배기라인들에는 제1,2밸브(186a,187a)가 설치된다. The gas exhaust unit 180 is for exhausting the gas inside the reactor 120, and includes a main gas exhaust duct 184, a main exhaust line 185 connected to the gas exhaust duct 184, and the main exhaust line 185. The first exhaust line 186 and the second exhaust line 187 branching from the. The gas exhaust duct 184 is installed at the flange 134 installed at the other end of the reactor 120. The first exhaust line 186 is a general blowing exhaust line, the second exhaust line 187 is a vacuum line, and these exhaust lines are provided with first and second valves 186a and 187a.

잔류가스 검출부(170)는 반응로(120) 내에 잔류하는 소스가스(이하, 잔류가스)(특히, 잔류가스 중에 수소 가스)가 남아 있는지를 검출하여, 반응로(120)로부터 합성기판(10)의 언로딩을 단속하기 위한 것이다. 잔류가스 검출부(170)는 가스 검출기(172)와 제어부(178)를 포함한다. 가스검출기(172)는 수소가스의 농도를 검출하는 가스센서를 갖는 검출부(173)와, 검출부(173)로 검출 대상 기체가 유입되는 제1,2흡입포트(174,175) 그리고 검출부(173)를 통과한 검출 대상 기체가 배기되는 배출포트(176)를 포함한다. 제1흡입포트(174)는 가스 배기부(180)의 가스배기덕트(184)에 연결되도록 설치되며, 제2흡입포트(175)는 외부 공기가 유입되도록 설치된다. 가스검출기(172)는 지속적으로 가스를 흡입하는 압력이 걸리기 때문에, 가스 검출기(172)는 제1,2흡입포트(174,175)에 설치된 밸브(174a,174b) 조작을 통해 필요한 단계에서만 반응로(120)의 잔류가스를 검출하게 된다. 예컨대, 가스성분 분석 장비 중에는 가스를 지속적으로 흡입하지 않아도 되는 알지에이(RGA-Residual Gas Analysis)와 같은 장비가 사용될 수 도 있으나, 이 장비는 고가이기 때문에 경제성이 없다. 즉, 공정중에는 반응로 외부의 가스(공기)가 유입되도록 제2흡입포트(175)를 열어놓고, 공정이 끝나고 제1게이트 밸브(222)를 오픈하기 바로 전에는 제1흡입포트(174)를 열어놓고 반응로(120)의 잔류가스를 검출하게 된다. The residual gas detector 170 detects whether source gas (hereinafter, referred to as residual gas) (particularly, hydrogen gas in the residual gas) remaining in the reactor 120 remains, and then, from the reactor 120, synthesizes the substrate 10. Is to crack down on unloading. The residual gas detector 170 includes a gas detector 172 and a controller 178. The gas detector 172 passes through a detector 173 having a gas sensor for detecting the concentration of hydrogen gas, first and second suction ports 174 and 175 and a detector 173 through which the gas to be detected is introduced into the detector 173. And a discharge port 176 through which one gas to be detected is exhausted. The first suction port 174 is installed to be connected to the gas exhaust duct 184 of the gas exhaust unit 180, and the second suction port 175 is installed to allow external air to flow therein. Since the gas detector 172 is under pressure to continuously inhale the gas, the gas detector 172 is operated only at the necessary stage through the operation of the valves 174a and 174b installed at the first and second suction ports 174 and 175. ) Will be detected. For example, a gas component analysis equipment such as RGA (Residual Gas Analysis), which does not need to continuously inhale the gas may be used, but because the equipment is expensive, it is not economical. That is, during the process, the second suction port 175 is opened so that gas (air) outside the reactor flows, and the first suction port 174 is opened just before the process is finished and the first gate valve 222 is opened. The residual gas of the reactor 120 is detected.

제어부(178)는 가스검출기(172)에서 검출된 잔류가스의 농도값에 따라 제1게이트 밸브(222)의 잠금 상태를 유지 또는 해제하게 된다. 예를 들어, 가스 검출기(172)에서 잔류가스의 수소 농도값이 일정값 이상 검출되면, 제어부(178)는 제1게이트 밸브(222)의 잠금 상태를 계속 유지시킨다. 반대로, 가스검출기(172)에서 잔류가스의 수소 농도값이 일정값 이하로 검출되면, 제어부(178)는 제1게이트 밸브(222)의 잠금 상태를 해제시켜 다음 스텝이 진행되도록 한다. The controller 178 maintains or releases the locked state of the first gate valve 222 according to the concentration value of the residual gas detected by the gas detector 172. For example, when the hydrogen concentration value of the residual gas is detected by the gas detector 172 or more, the controller 178 keeps the locked state of the first gate valve 222. On the contrary, when the hydrogen concentration value of the residual gas is detected at the gas detector 172 to a predetermined value or less, the controller 178 releases the lock state of the first gate valve 222 to allow the next step to proceed.

한편, 제1게이트밸브(222)는 스테이션부(200)와 반응 챔버(100) 사이에 설치되어, 이들 간에 합성기판(10)이 이동되는 통로를 개폐하게 된다. 제 1게이트 밸브(222)는 반응 챔버(100)와 인접하여 배치될 경우 반응 챔버(100) 내 복사열에 의해 게이트 밸브의 오링 등이 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해 반응 챔버(100)의 길이를 충분히 길게 하여 가열부(140)와 제1게이트 밸브(222)간 충분한 거리를 충분히 유지하도록 할 수 있다. 그러나 이 경우 반응 챔버(100)의 길이 증가로 인해 시스템(1)이 대형화된다. On the other hand, the first gate valve 222 is installed between the station 200 and the reaction chamber 100, and opens and closes the passage through which the composite substrate 10 is moved between them. When the first gate valve 222 is disposed adjacent to the reaction chamber 100, the O-ring of the gate valve may be damaged by radiant heat in the reaction chamber 100. In order to prevent this, the length of the reaction chamber 100 may be sufficiently long to sufficiently maintain a sufficient distance between the heating unit 140 and the first gate valve 222. In this case, however, the system 1 becomes larger due to the increase in the length of the reaction chamber 100.

본 실시예에 의하면, 시스템(1)의 대형화를 방지함과 동시에 제 1게이트 밸브(222)가 복사열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 제 1게이트 밸브(222)와 반 응 챔버(100) 사이에 열 차단부재(190)가 설치된다. 열 차단부재(190)로는 반응 챔버(100)로부터 제 1게이트 밸브(222)로 전해지는 복사열을 차단하기 위한 알루미나와 같이 열전도율이 낮은 재질의 차단판이 사용될 수 있다. 일반 금속재질로 차단판을 사용할 경우 금속 차단판의 열변형 및 차단효율을 높이기 위해 냉각수를 공급할 수 있다. 차단부재(190)는 제 1게이트 밸브(222)가 닫혀 있는 동안에는 제 1게이트 밸브(222)의 전방에 위치되고, 제 1게이트 밸브(222)가 개방된 때에는 합성기판(10)의 이동경로를 방해하지 않는 위치로 이동된다. According to this embodiment, between the first gate valve 222 and the reaction chamber 100 to prevent the system 1 from being enlarged and to prevent the first gate valve 222 from being damaged by radiant heat. The heat blocking member 190 is installed. As the heat blocking member 190, a blocking plate of a material having a low thermal conductivity such as alumina for blocking radiant heat transmitted from the reaction chamber 100 to the first gate valve 222 may be used. When the barrier plate is used as a general metal material, cooling water can be supplied to increase the thermal deformation and the barrier efficiency of the barrier plate. The blocking member 190 is positioned in front of the first gate valve 222 while the first gate valve 222 is closed. When the first gate valve 222 is opened, the blocking member 190 moves the movement path of the composite substrate 10. Move to a location that does not interfere.

본 실시예에서는 탄화수소를 열분해 하여 탄소 나노 튜브(30)를 생산하는 열분해법(pyrolysis of hydrocarbon)이 적용된 구조를 가진 반응 챔버(100)를 예를 들어 설명하였으나, 이는 하나의 예에 불과하며, 본 발명의 시스템(100)은 레이저증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열화학 기상증착법, 플레임(flame) 합성방법 등의 다양한 생성방식이 적용된 구조를 가진 반응 챔버가 사용될 수 있다. In the present embodiment, a reaction chamber 100 having a structure to which pyrolysis of hydrocarbon is applied by pyrolyzing hydrocarbons to produce carbon nanotubes 30 is described as an example, but this is only one example. In the system 100 of the present invention, a reaction chamber having a structure to which various generation methods such as laser deposition, plasma chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, and flame synthesis can be applied may be used.

스테이션부(200)는 외부와 격리된 챔버(200a)를 포함한다. 스테이션부(200)와 반응 챔버(100) 사이에는 이들 간에 합성기판(10)이 이동되는 통로를 개폐하는 제 1게이트 밸브(222)가 설치되고, 스테이션부(200)와 제 2이송장치(700) 사이에는 이들 간에 합성기판(10)이 이동되는 통로를 개폐하는 제 2게이트 밸브(224)가 설치된다. The station unit 200 includes a chamber 200a isolated from the outside. A first gate valve 222 is installed between the station unit 200 and the reaction chamber 100 to open and close a passage through which the composite substrate 10 moves, and the station unit 200 and the second transfer device 700 are provided therebetween. The second gate valve 224, which opens and closes the passage through which the composite substrate 10 moves between them, is installed between them.

스테이션부(200)에는 그 내부로 질소, 아르곤 등과 같은 불활성가스를 공급하는 가스 공급부재(280)가 설치된다. 불활성 가스는 스테이션부(200) 내부에 공기(특히, 산소)를 제거하고 스테이션부(200) 내부를 비활성 가스 분위기를 유지한다. 이는 스테이션부(200) 내에 반응 챔버(100)로부터 합성기판(10)이 언로딩될 때, 합성기판(10) 상에 생성된 고온의 탄소 나노 튜브(30)가 산소와 접촉되는 것을 방지한다. 가스 공급부재(280)는 제 1영역(240)에 제공되는 것이 바람직하다.The station unit 200 is provided with a gas supply member 280 for supplying an inert gas such as nitrogen, argon, and the like into the station unit 200. The inert gas removes air (particularly oxygen) inside the station unit 200 and maintains an inert gas atmosphere inside the station unit 200. This prevents the hot carbon nanotubes 30 generated on the composite substrate 10 from contacting with oxygen when the composite substrate 10 is unloaded from the reaction chamber 100 in the station unit 200. The gas supply member 280 is preferably provided in the first region 240.

합성기판(10)은 반응 챔버(160)로 로딩되기 전에, 촉매 도포부(500)에서 반응 챔버(160) 상면에 촉매(20)(금속막)가 도포된다. 도 2는 도 1에 도시된 촉매 도포부(500)의 구성도이고, 도 3은 도 2의 선 A-A′를 따라 절단후 상부에서 바라본 촉매 도포부(500)의 평면도이다. Before the synthetic substrate 10 is loaded into the reaction chamber 160, the catalyst 20 (metal film) is applied to the upper surface of the reaction chamber 160 in the catalyst applying unit 500. FIG. 2 is a configuration diagram of the catalyst applicator 500 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the catalyst applicator 500 viewed from the top after cutting along the line A-A 'of FIG. 2.

도 2와 도 3을 참조하면, 촉매 도포부(500)는 스테이지(590), 촉매 공급부(520) 그리고 브러시 유닛(580)을 갖는다. 이들은 밀폐된 투명한 케이스(510) 내부에 설치된다. 2 and 3, the catalyst applicator 500 includes a stage 590, a catalyst supply part 520, and a brush unit 580. They are installed inside the sealed transparent case 510.

공정 진행시 합성기판(10)은 케이스(510)의 일측에 형성된 출구(512)를 통해 스테이지(590) 상에 놓여진다. 스테이지(590)는 사이에 합성기판(10)이 위치되도록 일정간격 이격되어 서로 대향되도록 배치되는 2개의 측판들(592)과 각각의 측판(592)에 안쪽으로 돌출되도록 설치되어 합성기판(10)의 가장자리 영역을 지지하는 복수의 지지돌기들(594)을 가진다. 각각의 측판(592)에 지지돌기(594)는 복수개가 설치될 수 있다. During the process, the composite substrate 10 is placed on the stage 590 through an outlet 512 formed at one side of the case 510. The stage 590 is installed to protrude inwardly on the two side plates 592 and the respective side plates 592 which are spaced apart from each other so as to face each other so that the composite substrate 10 is located therebetween. It has a plurality of support protrusions 594 supporting the edge region of the. A plurality of support protrusions 594 may be installed on each side plate 592.

촉매 공급부(520)는 촉매 저장 탱크(521)와 정량 공급부(560)를 포함한다. The catalyst feeder 520 includes a catalyst storage tank 521 and a metered feeder 560.

촉매 저장 탱크(521)는 스테이지(590) 상부에 배치되며 합성기판(10) 상면에 일정량의 촉매(20)를 공급하는 토출구(526a)를 갖는다. 브러시 유닛(580)은 합성기판(10) 상면으로 공급된 촉매(20)를 합성기판(10) 상면에 균일한 두께로 펴준다. The catalyst storage tank 521 is disposed above the stage 590 and has a discharge port 526a for supplying a predetermined amount of the catalyst 20 to the upper surface of the synthetic substrate 10. The brush unit 580 spreads the catalyst 20 supplied to the upper surface of the synthetic substrate 10 to a uniform thickness on the upper surface of the synthetic substrate 10.

브러시 유닛(580)은 가이드 레일(584), 도포용 브러시(587), 그리고 이동체(588)를 포함한다. 가이드 레일(584)은 합성기판(10)이 놓여지는 스테이지(590)의 양측에 길이방향으로 설치된다. 이동체(588)는 가이드 레일(584)에 이동 가능하게 설치되며, 이동체(588)는 리니어모터 구동방식, 실린더 구동방식, 모터 구동방식과 같은 공지의 직선 이동 구동부(586)에 의해 직선 이동된다. 도포용 브러시(587)는 촉매(20)를 합성기판(10) 전면에 균일한 두께로 펴 준다. 도포용 브러시(587)는 스테이지(590)의 상부에 합성기판(10)과는 촉매 도포 두께만큼 이격되도록 위치된다. 도포용 브러시(587)는 그 양단이 이동체(588)에 연결되어 이동체(588)와 함께 슬라이드 방식으로 이동된다. 도포용 브러시(587)는 진행방향에 대하여 특정한 경사면을 갖는 플레이트 형상으로 제공될 수 있다. The brush unit 580 includes a guide rail 584, an application brush 587, and a movable body 588. The guide rails 584 are installed in the longitudinal direction on both sides of the stage 590 on which the composite substrate 10 is placed. The movable body 588 is movably installed on the guide rail 584, and the movable body 588 is linearly moved by a known linear movement driver 586 such as a linear motor drive method, a cylinder drive method, and a motor drive method. The coating brush 587 spreads the catalyst 20 in a uniform thickness on the entire surface of the synthetic substrate 10. The coating brush 587 is positioned above the stage 590 to be spaced apart from the synthetic substrate 10 by a thickness of a catalyst coating. Both ends of the coating brush 587 are connected to the movable body 588 and are moved in a slide manner together with the movable body 588. The application brush 587 may be provided in a plate shape having a specific inclined surface with respect to the advancing direction.

도포용 브러시(587)는 합성기판(10) 상면에 도포되는 촉매(20)의 도포 두께에 따라 이동체(588) 상에서 높낮이 조절이 가능하도록 설치되며, 도포용 브러시(587)의 높낮이 조절은 수직이동기(589)에 의해 이루어진다. 수직이동기(589)는 이동체(588)의 상단에 고정결합되는 상부판(589a), 이와 대향되도록 이동체(588)의 하단에 고정결합되는 하부판(589b), 그리고 상부판(589a)과 하부판(589b)을 연결하도록 수직하게 배치된 가이드축(589c)을 가진다. 가이드축(589c)에는 통상의 구동기(도시되지 않음)에 의해 가이드축(589c)을 따라 상하방향으로 직선 이동되며, 도포용 브러시(587)가 고정장착되는 브라켓(589d)이 설치된다. The coating brush 587 is installed to adjust the height on the movable body 588 according to the coating thickness of the catalyst 20 applied on the upper surface of the composite substrate 10, and the height adjusting of the coating brush 587 is performed by the vertical mover. (589). The vertical mover 589 includes an upper plate 589a fixedly coupled to the upper end of the movable body 588, a lower plate 589b fixedly coupled to the lower end of the movable body 588 to face the upper plate 589a, and an upper plate 589a and the lower plate 589b. ) Has a guide shaft 589c disposed vertically. The guide shaft 589c is linearly moved up and down along the guide shaft 589c by a normal driver (not shown), and a bracket 589d to which the application brush 587 is fixedly mounted is provided.

촉매 저장 탱크(521)는 내부에 저장된 촉매(20)를 합성기판(10) 상으로 공급한다. 촉매 저장 탱크(521)는 덮개방식의 상부면(522), 측면(524), 그리고 토출구 (526a)가 형성된 하부면(526)을 가진다. 측면(524)은 대체로 수직한 상측부(524a), 이로부터 아래로 연장되며 아래로 갈수록 안쪽으로 경사진 중간측부(524b), 그리고 이로부터 아래로 대체로 수직하게 연장되며 좁은 통로를 제공하는 하측부(524c)를 가진다. 상술한 구조로 인해 상측부(524a)에 의해 제공된 공간에는 하측부(524c)에 의해 제공된 공간에 비해 동일 높이에 해당되는 영역에 많은 량의 촉매(20)가 저장된다. 상술한 중간측부(524b)의 형상에 의해 상측부(524a)에 의해 제공된 공간 내 촉매(20)는 원활하게 하측부(524c)에 의해 제공된 공간으로 공급된다. The catalyst storage tank 521 supplies the catalyst 20 stored therein onto the synthetic substrate 10. The catalyst storage tank 521 has a lid top surface 522, a side surface 524, and a bottom surface 526 on which a discharge port 526a is formed. Side 524 is a generally vertical upper portion 524a, a middle side portion 524b extending downwardly therefrom and inclined inwardly downward, and a lower portion extending generally vertically downwardly therefrom and providing a narrow passageway. Has 524c. Due to the above-described structure, a large amount of catalyst 20 is stored in the space provided by the upper portion 524a in a region corresponding to the same height as compared to the space provided by the lower portion 524c. Due to the shape of the intermediate side portion 524b described above, the catalyst 20 in the space provided by the upper portion 524a is smoothly supplied into the space provided by the lower portion 524c.

촉매 저장 탱크(521)에는 합성기판(10) 상면으로 설정된 량만큼 촉매(20)가 공급되도록 하는 정량 공급부(560)가 설치된다. 정량 공급부(560)는 설정된 량의 촉매(20)가 담겨질 수 있는 정량 공간(568)을 제공할 수 있는 상부 차단판(564)과 하부 차단판(562)을 가진다. 상부 차단판(564)과 하부 차단판(562)는 하측부(524c)에 제공된다. 정량 공간(568)은 촉매 저장 탱크(521)의 토출구(520a) 상부에 위치되며, 상부 차단판(564)은 정량 공간(568)의 상단으로 제공되고, 하부 차단판(562)은 정량 공간(568)의 하단으로 제공된다. 상부 차단판(564)과 하부 차단판(562)은 실린더(566)와 같은 구동수단에 의해 작동된다. 하부 차단판(562)이 닫혀진 상태에서 상부 차단판(564)이 닫혀지면, 하부 차단판(562)과 상부 차단판(564) 사이에 설정된 량 만큼의 촉매(20)가 정량공간(568)에 채워진다. The catalyst storage tank 521 is provided with a quantitative supply unit 560 for supplying the catalyst 20 by an amount set to the upper surface of the synthetic substrate 10. The metered feeder 560 has an upper barrier plate 564 and a lower barrier plate 562 that can provide a quantitative space 568 in which a set amount of catalyst 20 can be contained. The upper blocking plate 564 and the lower blocking plate 562 are provided at the lower side 524c. The metering space 568 is located above the discharge port 520a of the catalyst storage tank 521, the upper blocking plate 564 is provided to the top of the metering space 568, the lower blocking plate 562 is the metering space ( 568). The upper block plate 564 and the lower block plate 562 are operated by driving means such as the cylinder 566. When the upper blocking plate 564 is closed while the lower blocking plate 562 is closed, the amount of the catalyst 20 that is set between the lower blocking plate 562 and the upper blocking plate 564 enters the metering space 568. Is filled.

하부 차단판(562)이 개방되면 정량 공간(568)에 담겨진 촉매(20)가 토출구(526a)를 통해 합성기판(10) 상면으로 공급된다. 한편, 촉매 저장 탱크(521)의 중간측부(524b)에는 촉매(20)를 교반시키는 교반기(540)가 설치된다. 교반기(540)의 교반날개(542)는 촉매(20)가 정량 공간으로 공급되기 전 회전하여 촉매 저장 탱크(521) 내부의 빈공간을 제거함과 동시에 촉매(20)가 정량 공간(568)으로 자연스럽게 공급되도록 유도하는 역할을 갖는다. When the lower blocking plate 562 is opened, the catalyst 20 contained in the metering space 568 is supplied to the upper surface of the synthetic substrate 10 through the discharge port 526a. On the other hand, an agitator 540 is provided in the middle side portion 524b of the catalyst storage tank 521 to stir the catalyst 20. The stirring blade 542 of the stirrer 540 rotates before the catalyst 20 is supplied to the quantitative space to remove the empty space inside the catalyst storage tank 521 and the catalyst 20 naturally moves to the quantitative space 568. Has a role of inducing supply.

도 4a 내지 도 4c는 촉매 도포부(500)에서의 촉매 도포 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 합성기판(10)이 제 2이송장치(700)에 의해 스테이지(590)에 놓여지면, 하부 차단판(562)이 실린더(566)에 의해 작동되어 측방향으로 이동되면서 정량 공간(568) 하부를 개방하게 되고, 정량 공간(568)에 담겨져 있던 설정된 량의 촉매(20)가 합성기판(10) 상면으로 떨어진다(도 4a). 합성기판(10) 상면에 수북하게 쌓인 촉매(20)는 브러시 유닛(580)에 의해 합성기판(10) 전면에 균일한 두께로 도포된다(도 4b, 도 4c). 즉, 도포용 브러시(587)는 이동체(588)와 함께 합성기판(10)의 일단에서 타단까지 슬라이드 이동하면서 촉매(20)를 합성기판(10) 전면에 균일하게 도포시킨다. 이때 촉매(20)의 균일한 도포를 위한 진동모터와 같은 진동기(599)가 추가로 설치될 수 있다. 진동기(599)는 도포용 브러시(587) 또는 합성기판(10)에 진동을 가해줄 수 있는 곳에 설치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 진동기(599)가 스테이지(190)의 측판(592)에 설치되었다. 진동기(599)로부터 발생되는 진동은 지지돌기들(594)을 통해 합성기판으로 전달된다. 4A to 4C are diagrams for explaining the catalyst application process in the catalyst applying unit 500 step by step. 4A to 4C, when the composite substrate 10 is placed on the stage 590 by the second transfer device 700, the lower blocking plate 562 is operated by the cylinder 566 to move laterally. While moving, the lower part of the quantitative space 568 is opened, and the set amount of the catalyst 20 contained in the quantitative space 568 falls to the upper surface of the synthetic substrate 10 (FIG. 4A). Catalyst 20 stacked on the upper surface of the synthetic substrate 10 is applied to the entire surface of the synthetic substrate 10 by a brush unit 580 in a uniform thickness (Figs. 4b, 4c). That is, the application brush 587 uniformly applies the catalyst 20 to the entire surface of the synthetic substrate 10 while slidingly moving from one end to the other end of the synthetic substrate 10 together with the moving body 588. In this case, a vibrator 599 such as a vibration motor for uniform application of the catalyst 20 may be additionally installed. The vibrator 599 is preferably installed where it can apply vibration to the application brush 587 or the composite substrate 10. In this embodiment, the vibrator 599 is installed on the side plate 592 of the stage 190. The vibration generated from the vibrator 599 is transmitted to the composite substrate through the support protrusions 594.

여기서, 촉매(20)는 예를 들면 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨 등의 전이금속과 또는 이들의 합금 및 산화마그네슘(MgO), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등의 다공성 물질이 혼합된 분말형태일 수 있으며, 또는 이러한 소재가 포함된 액상 의 촉매(20)일 수 있다. Here, the catalyst 20 is a mixture of transition metals such as iron, platinum, cobalt, nickel, and yttrium, and alloys thereof, and porous materials such as magnesium oxide (MgO), alumina (Al2O3), and silica (SiO2). It may be in the form of powder, or may be a liquid catalyst 20 containing such a material.

도 13에서와 같이, 촉매(20)가 액상인 경우에는 촉매 공급부(520')는 액상의 촉매가 담겨진 촉매 저장 탱크(530), 공급라인(532), 공급라인(532) 상에 설치되는 정량공급용 펌프(534) 그리고 액상의 촉매(20)를 합성기판 상면으로 공급하는 공급노즐(536)을 포함할 수 있으며, 공급노즐(536)은 합성기판(10)의 폭과 대응되는 길이를 갖는 슬릿타입의 노즐로 이루어진다. 공급노즐(536)은 가이드레일(538)을 따라 합성기판의 일측에서 타측까지 이동하면서 합성기판(10)에 균일한 두께로 촉매를 도포할 수 있으며, 이 경우 공급노즐(536)이 합성기판(10)에 직접 촉매를 균일하게 도포함으로써 브러시 유닛을 생략할 수 있다. As shown in FIG. 13, when the catalyst 20 is in the liquid phase, the catalyst supply part 520 ′ is fixed on the catalyst storage tank 530, the supply line 532, and the supply line 532 in which the liquid catalyst is contained. It may include a supply pump 534 and a supply nozzle 536 for supplying the liquid catalyst 20 to the upper surface of the synthetic substrate, the supply nozzle 536 has a length corresponding to the width of the synthetic substrate 10 It consists of a slit type nozzle. The supply nozzle 536 may apply the catalyst to the synthetic substrate 10 with a uniform thickness while moving from one side to the other side of the synthetic substrate along the guide rail 538, in which case the supply nozzle 536 may be a synthetic substrate ( The brush unit can be omitted by uniformly applying the catalyst directly to 10).

상술한 예에서는 도포용 브러시(587)가 이동하면서 합성기판(10) 상에 촉매(20)를 균일하게 도포하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 도포용 브러시(587)는 고정되고 스테이지가 이동될 수 있다. 그러나 촉매 도포부(500)의 공간을 줄이기 위해 상술한 예와 같이 도포용 브러시(587)가 이동되는 것이 바람직하다.In the above-described example, it has been described that the catalyst 20 is uniformly coated on the synthetic substrate 10 while the application brush 587 moves. Alternatively, the application brush 587 is fixed and the stage can be moved. However, in order to reduce the space of the catalyst coating unit 500, it is preferable that the coating brush 587 is moved as in the above-described example.

또한, 상술한 예에서는 촉매(20)는 촉매 도포부(500)에서 별도로 합성기판(10) 상에 도포되고, 반응 챔버(100) 내에서는 촉매(20)가 도포된 합성기판(10) 상에 탄소나노튜브(30)를 생성시키는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 촉매 도포부를 제거하고, 반응 챔버 내에서 촉매 가스 및 소스가스를 공급하여 합성기판 상에 촉매 도포 및 탄소 나노 튜브의 생성이 이루어질 수 있다.In addition, in the above-described example, the catalyst 20 is applied on the synthetic substrate 10 separately from the catalyst applying unit 500, and in the reaction chamber 100 on the synthetic substrate 10 to which the catalyst 20 is applied. It has been described as generating carbon nanotubes 30. Alternatively, however, the catalyst applicator may be removed, and the catalyst gas and the source gas may be supplied in the reaction chamber to apply the catalyst and generate carbon nanotubes on the synthetic substrate.

도 5는 기판 보관부(400)와 제 1이송장치(300)의 평면도이고, 도 6은 기판 보관부의 측면도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 기판 보관부(400)는 합성기판(10) 을 보관하는 카세트(420), 수직 레일들(442), 수평 레일(444), 그리고 이동 프레임들(446)을 가진다. 수직 레일들(442)은 제 1영역(240)의 모서리 부분에 각각 배치된다. 수직 레일들(442)은 상하 방향으로 긴 로드 형상을 가지며, 이동 프레임(446)의 상하 이동을 안내한다. 각각의 수직 레일(442)에는 수직 레일(442)을 따라 수직 구동부(도시되지 않음)에 의해 상하로 이동되는 브라켓(448)이 결합된다. 각각의 이동 프레임(446)은 제 1방향(42)을 따라 길게 제공되며, 서로 대향되도록 배치된다. 이동 프레임(446)은 브라켓(448)에 고정결합되어 브라켓(448)과 함께 수직 레일(442)을 따라 상하로 직선이동된다. 각각의 이동 프레임(446)의 양단은 각각 제 1방향(42)으로 서로 대향되는 브라켓들에 고정설치되며, 이동 프레임들(446)은 브라켓(448)과 함께 상하로 이동된다. 이동 프레임(446) 상에는 수평 레일(444)이 고정 설치된다. 각각의 수평 레일(444)은 제 2방향(44)을 따라 길게 제공되며, 수평 레일들(444)은 서로 대향되도록 배치된다. 수평 레일(444)은 제 1영역(240) 전체 영역에 걸쳐 제공되며, 수평 레일(444) 상에는 수평 레일(444)을 따라 제 2방향(44)으로 이동가능하도록 카세트(420)가 장착된다. 5 is a plan view of the substrate storage unit 400 and the first transfer device 300, Figure 6 is a side view of the substrate storage unit. 5 and 6, the substrate storage unit 400 may include a cassette 420, a vertical rails 442, a horizontal rail 444, and moving frames 446 for storing the composite substrate 10. Have The vertical rails 442 are disposed at corners of the first region 240, respectively. The vertical rails 442 have a long rod shape in the vertical direction and guide the vertical movement of the moving frame 446. Each vertical rail 442 is coupled with a bracket 448 that is moved up and down by a vertical drive (not shown) along the vertical rail 442. Each moving frame 446 is provided long along the first direction 42 and is disposed to face each other. The moving frame 446 is fixedly coupled to the bracket 448 and linearly moves up and down along the vertical rail 442 together with the bracket 448. Both ends of each moving frame 446 are fixed to brackets facing each other in the first direction 42, and the moving frames 446 are moved up and down together with the bracket 448. The horizontal rail 444 is fixedly installed on the moving frame 446. Each horizontal rail 444 is provided long along the second direction 44, and the horizontal rails 444 are disposed to face each other. The horizontal rail 444 is provided over the entire area of the first region 240, and the cassette 420 is mounted on the horizontal rail 444 to be movable in the second direction 44 along the horizontal rail 444.

도 5에 도시된 바와 같이, 카세트(420)는 점선으로 표시된 대기위치와 실선으로 표시된 로딩/언로딩 위치(X2)(반응 챔버와 연결되는 제 1게이트 밸브(222) 바로 앞) 사이에서 수평 이동된다. 대기 위치(X1)는 제 1영역(240)의 하부 영역(244) 내 위치이고 로딩/언로딩 위치(X2)는 제 1영역(240)의 상부 영역(242) 내 위치이다. 카세트(420)는 반응 챔버(100)로/로부터 합성기판(10)을 로딩/언로딩할 때와 제 2이송장치(700)에 의한 합성기판(10) 이송시 로딩/언로딩 위치(X2)로 이동되며, 합성기판(10)의 온도를 낮추기 위해 대기할 때에는 대기위치(X1)로 이동한다. As shown in Fig. 5, the cassette 420 is moved horizontally between the standby position indicated by the dotted line and the loading / unloading position X2 indicated by the solid line (just before the first gate valve 222 connected to the reaction chamber). do. The standby position X1 is a position in the lower region 244 of the first region 240 and the loading / unloading position X2 is a position in the upper region 242 of the first region 240. The cassette 420 is loaded / unloaded position (X2) when loading / unloading the composite substrate 10 into / from the reaction chamber 100 and when transferring the composite substrate 10 by the second transfer device 700. Is moved to, and when waiting to lower the temperature of the composite substrate 10 is moved to the standby position (X1).

도 7은 카세트(420)의 사시도이다. 반응 챔버(100)로 로딩될 합성기판(10) 및 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판들(10)은 카세트(420)에 보관된다. 도 7을 참조하면, 카세트(420)는 지지부들(422), 상판(424) 및 하판(426), 그리고 수직축들(428)을 가진다. 상판(424)과 하판(426)은 대체로 직사각 형상으로 제공되며 상하로 서로 마주보도록 배치된다. 수직축들(428)은 상판(424)과 하판(426)의 서로 마주보는 모서리 영역을 연결하며 4개가 제공된다. 수직축(428)에는 합성기판(10)이 카세트(420)에 적층되어 보관되도록 합성기판(10)을 지지하는 지지부들(422)이 설치된다. 각각의 지지부(422)는 합성기판(10)의 가장자리 부분을 지지하는 4개의 지지블럭(423)을 가진다. 지지부들(422)은 2개의 그룹으로 그룹지어진다. 제 1그룹에 속하는 지지부들(422a, 이하 제 1지지부)은 반응 챔버(100)로 로딩될 합성기판(10)들을 지지하며, 제 2그룹에 속하는 지지부들(422b, 이하 제 2지지부)은 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10)들을 지지한다. 일 예에 의하면, 제 1지지부(422a) 및 제 2지지부(422b)는 각 4개씩 제공되며, 제 1지지부들(422a)은 제 2지지부들(422b)의 상부에 위치되도록 제공된다.7 is a perspective view of the cassette 420. The composite substrate 10 to be loaded into the reaction chamber 100 and the composite substrates 10 unloaded from the reaction chamber 100 are stored in the cassette 420. Referring to FIG. 7, the cassette 420 has supports 422, an upper plate 424 and a lower plate 426, and vertical axes 428. The upper plate 424 and the lower plate 426 are generally provided in a rectangular shape and are disposed to face each other up and down. The vertical axes 428 connect four corner portions of the upper plate 424 and the lower plate 426 facing each other. Support portions 422 supporting the composite substrate 10 are installed on the vertical axis 428 so that the composite substrate 10 is stacked and stored in the cassette 420. Each support 422 has four support blocks 423 for supporting the edge of the composite substrate 10. The supports 422 are grouped into two groups. The supports 422a (hereinafter referred to as the first support) belonging to the first group support the composite substrates 10 to be loaded into the reaction chamber 100, and the supports 422b (hereinafter referred to as the second support) belonging to the second group react. The unloaded composite substrates 10 are supported from the chamber 100. In an example, four first support parts 422a and four second support parts 422b are provided, and the first support parts 422a are provided to be positioned above the second support parts 422b.

제 2지지부들(422b) 간의 상하 간격은 제 1지지부들(422a) 간의 상하 간격보다 넓게 제공된다. 상술한 구조로 인해 카세트(420) 전체 높이는 줄이면서 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10)의 상면에 생성된 탄소 나노 튜브(30)(CNT)가 인접한 합성기판(10)과 접촉되지 않도록 하는 공간을 충분히 제공할 수 있다.The vertical space between the second supports 422b is wider than the vertical space between the first supports 422a. Due to the structure described above, the carbon nanotubes 30 (CNT) generated on the upper surface of the unloaded synthetic substrate 10 from the reaction chamber 100 are in contact with the adjacent composite substrate 10 while reducing the overall height of the cassette 420. It can provide enough space to prevent it.

카세트(420)의 제 1지지부(422)들에 보관중인 합성기판(10)들은 제 1이송장 치(300)에 의해 반응 챔버(100) 내부로 로딩된다. 반응 챔버(100)의 보트(160)에는 4장의 합성기판(10)들이 놓여지게 된다. 제 1이송장치(300)는 합성기판을 하나씩 순차적으로 반응 챔버(100)로/로부터 로딩하고 언로딩한다. 합성기판(10)들의 로딩이 완료되면, 반응 챔버(100)에서 탄소 나노 튜브(30) 생성을 위한 공정이 진행된다. 반응 챔버(100)에서 공정이 진행되는 동안, 또 다른 4장의 합성기판(10)들은 촉매 도포부(500)에서 촉매 도포 후 카세트(420)의 제 1지지부(422)들에서 대기하게 된다. 반응 챔버(100)에서 탄소 나노 튜브(30)의 생성 공정이 완료되면, 고온 상태의 합성기판(10)은 제 1이송장치(300)에 의해 반응 챔버(100)로부터 언로딩되어 카세트(420)의 제 2지지부(422b)에 수납되며, 고온의 합성기판(10)은 제 2지지부(422b)에서 일정시간 동안 냉각 과정을 거친다. 냉각은 자연 냉각 방식에 의해 이루어진다. 선택적으로 냉각수 등과 같은 냉각 수단을 사용하여 강제 냉각할 수 있다.한편, 탄소 나노 튜브(30) 생성이 완료된 합성기판(10)들이 신속하게(일정온도로 떨어지는 것을 기다리지 않고) 반응 챔버(100)로부터 인출되면, 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에서 대기중인 4장의 합성기판(탄소 나노 튜브(30) 생성을 위해 대기중인 합성기판)(10)이 반응 챔버(100)로 로딩된다. 이렇게 반응 챔버(100)에서는 반응로(120) 온도가 공정온도를 유지한 상태에서 신속하게 합성기판(10)들이 로딩됨으로써 반응로(120)의 공정온도로 높이기 위한 승온 과정을 생략할 수 있다. The composite substrates 10 stored in the first supporting portions 422 of the cassette 420 are loaded into the reaction chamber 100 by the first transfer device 300. Four synthetic substrates 10 are placed in the boat 160 of the reaction chamber 100. The first transfer device 300 sequentially loads and unloads the composite substrate into / from the reaction chamber 100 one by one. When the loading of the synthetic substrates 10 is completed, a process for generating the carbon nanotubes 30 is performed in the reaction chamber 100. During the process in the reaction chamber 100, another four composite substrates 10 are waiting for the first support portion 422 of the cassette 420 after applying the catalyst in the catalyst coating portion 500. When the production process of the carbon nanotubes 30 in the reaction chamber 100 is completed, the synthetic substrate 10 in a high temperature state is unloaded from the reaction chamber 100 by the first transfer device 300 to draw the cassette 420. The second support portion 422b is stored in the high temperature synthetic substrate 10 undergoes a cooling process for a predetermined time in the second support portion 422b. Cooling is achieved by natural cooling. Optionally, forced cooling may be performed using a cooling means such as cooling water or the like. On the other hand, the composite substrates 10 on which the carbon nanotubes 30 have been generated are rapidly removed from the reaction chamber 100 without waiting for the temperature to drop to a certain temperature. When withdrawn, four synthetic substrates (synthetic substrates waiting for generation of the carbon nanotubes 30) 10 which are waiting at the first support 422a of the cassette 420 are loaded into the reaction chamber 100. As such, in the reaction chamber 100, the temperature increase process for increasing the process temperature of the reactor 120 may be omitted by rapidly loading the composite substrates 10 while the temperature of the reactor 120 maintains the process temperature.

탄소 나노 튜브(30)가 생성된 합성기판(10)들은 일정온도 이하로 떨어질 때까지 카세트(420)의 제 2지지부(422b)들에서 대기하게 된다. 합성기판(10)들이 대 기하는 카세트(420)는 스테이션부(200) 내부에 위치된다. 스테이션부(200)의 내부는 불활성가스로 채워져 있기 때문에, 카세트(420)에서 대기 중인 합성기판(10)들은 외부의 공기(특히 산소)와 접촉되지 않는다. 예컨대, 반응 챔버(100)에서 공정을 마친 합성기판(10)이 일정 온도 이하로 떨어진 상태에서는 상관없지만, 합성기판(10)이 고온 상태에서 상온의 대기 중에 노출되면, 합성기판(10) 표면에 생성된 탄소 나노 튜브(30)가 대기중의 산소와 반응하면서 변형을 일으키게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 예방하기 위해 반응 챔버(100)에서 언로딩된 합성기판(10)들이 산소와의 접촉되지 않도록 상술한 바와 같이 불활성가스로 채워진 스테이션부(200)를 제공하였다. The composite substrates 10 on which the carbon nanotubes 30 are formed are waited at the second support portions 422b of the cassette 420 until they fall below a predetermined temperature. The cassette 420 waiting for the composite substrate 10 is located inside the station unit 200. Since the inside of the station part 200 is filled with inert gas, the synthetic substrates 10 waiting in the cassette 420 are not in contact with outside air (especially oxygen). For example, the synthesis substrate 10 that has been processed in the reaction chamber 100 may not be in a state where the temperature falls below a predetermined temperature. However, when the synthesis substrate 10 is exposed to the atmosphere at room temperature in a high temperature state, the surface of the synthesis substrate 10 The produced carbon nanotubes 30 react with oxygen in the atmosphere to cause deformation. In the present invention, in order to prevent such a problem, the unloaded synthetic substrate 10 in the reaction chamber 100 is provided with a station part 200 filled with an inert gas as described above so as not to come into contact with oxygen.

한편, 카세트(420)의 제 2지지부(422b)들에서 일정시간 동안 대기한 합성기판(10)들은 제 2게이트 밸브(224)를 통해 제 2이송장치(700)에 의해 회수부(600)로 옮겨진다. 그리고, 회수부(600)에서 탄소 나노 튜브(30)의 회수를 마친 합성기판(10)은 촉매 도포부(500)에서 촉매(20)를 도포한 후 다시 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된다. Meanwhile, the composite substrates 10 waited for a predetermined time in the second support parts 422b of the cassette 420 are transferred to the recovery part 600 by the second transfer device 700 through the second gate valve 224. Transferred. After the carbon nanotubes 30 have been recovered from the recovery part 600, the synthetic substrate 10 is coated with the catalyst 20 from the catalyst applicator 500, and again, the first support part 422a of the cassette 420. ) Is stored.

이처럼, 본 발명의 시스템에서는 총 8장의 합성기판들이 두 그룹으로 나누어서 교대로 반응 챔버에서 탄소 나노 튜브(30) 합성 공정을 연속적으로 진행하기 때문에 처리량 향상을 기대할 수 있고, 그에 따라 대량 생산이 가능한 이점이 있다. As described above, in the system of the present invention, a total of eight synthetic substrates are divided into two groups, and thus the carbon nanotube 30 synthesis process is continuously performed in the reaction chamber alternately, and thus the throughput can be expected to be improved, thereby allowing mass production. There is this.

도 8은 제 1이송장치의 사시도이다. 도 8을 참조하면, 제 1이송장치(300)는 합성기판(10)을 지지하는 아암(320), 블레이드(340), 수직 레일들(362), 수평 레일(364), 이동 프레임들(366), 그리고 이동블럭(368)을 가진다. 수직 레일들(362)은 제 2영역(260)의 모서리 부분에 각각 배치된다. 수직 레일들(362)은 상하 방향으로 긴 로드 형상을 가지며, 이동 프레임(366)의 상하 이동을 안내한다. 각각의 수직 레일(362)에는 수직 레일(362)을 따라 수직 구동부(도시되지 않음)에 의해 상하로 이동되는 브라켓(365)이 결합된다. 각각의 이동 프레임(366)은 제 2방향(44)을 따라 길게 제공되며, 서로 대향되도록 배치된다. 이동 프레임(366)은 브라켓(365)에 고정결합되어 브라켓(365)과 함께 수직 레일(362)을 따라 상하로 직선이동된다. 각각의 이동 프레임(366)의 양단은 각각 제 2방향(44)으로 서로 대향되는 브라켓들(365)에 고정설치되며, 이동 프레임들(366)은 브라켓(365)과 함께 상하로 이동된다. 이동 프레임(366)들 상에는 수평 레일(364)이 고정설치된다. 각각의 수평 레일(364)은 제 1방향(42)으로 길게 제공된다. 수평 레일(364)은 제 2영역(260) 전체 영역에 걸쳐 제공되며, 수평 레일(364) 상에는 수평 레일(364)을 따라 제 2방향(44)으로 이동가능하도록 이동블럭(368)이 장착된다. 이동블럭(368)에는 제 1방향(42)을 따라 길게 설치된 아암(320)이 고정설치되고, 아암(320)에는 합성기판(10)을 지지하는 블레이드(340)가 장착된다.8 is a perspective view of the first transfer device. Referring to FIG. 8, the first transfer apparatus 300 includes an arm 320 supporting the composite substrate 10, a blade 340, vertical rails 362, a horizontal rail 364, and moving frames 366. ), And a moving block 368. The vertical rails 362 are disposed at corners of the second region 260, respectively. The vertical rails 362 have a long rod shape in the vertical direction and guide the vertical movement of the moving frame 366. Each vertical rail 362 is coupled with a bracket 365 which is moved up and down by a vertical drive (not shown) along the vertical rail 362. Each moving frame 366 is elongated along the second direction 44 and is disposed to face each other. The moving frame 366 is fixedly coupled to the bracket 365 and linearly moved up and down along the vertical rail 362 together with the bracket 365. Both ends of each of the moving frames 366 are fixed to brackets 365 facing each other in the second direction 44, and the moving frames 366 are moved up and down together with the brackets 365. Horizontal rails 364 are fixedly installed on the moving frames 366. Each horizontal rail 364 is provided elongated in the first direction 42. The horizontal rail 364 is provided over the entire area of the second region 260, and the movable block 368 is mounted on the horizontal rail 364 to be movable in the second direction 44 along the horizontal rail 364. . The movable block 368 is fixedly provided with an arm 320 installed along the first direction 42. The arm 320 is equipped with a blade 340 for supporting the composite substrate 10.

카세트(420)의 제 2지지부(444)들에서 일정시간 동안 냉각 과정을 마친 합성기판(10)들은 제 2게이트 밸브(224)를 통해 제 2이송장치(700)에 의해 회수부(600)로 옮겨진다. The composite substrates 10 that have been cooled for a predetermined time in the second support parts 444 of the cassette 420 are transferred to the recovery part 600 by the second transfer device 700 through the second gate valve 224. Transferred.

도 9 및 도 10은 각각 회수부의 사시도 및 평면도이고, 도 11은 회수부에서의 탄소 나노 튜브(30) 회수 과정을 설명하기 위한 도면이다. 9 and 10 are respectively a perspective view and a plan view of the recovery unit, Figure 11 is a view for explaining the carbon nanotube 30 recovery process in the recovery unit.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 회수부(600)는 상면이 개방된 케이스(602)를 갖는다. 합성기판(10)이 놓여지는 스테이지(620)는 케이스 상면에 위치된다. 스테이지(620)의 하단(케이스의 개방된 상면 아래)에는 합성기판(10)으로부터 회수되는 탄소 나노 튜브(30)가 저장되는 회수통(660)이 위치된다. 그리고 케이스 상면에는 회수유닛(640)이 설치된다. 이 회수유닛(640)은 합성기판(10) 상면으로부터 탄소 나노 튜브(30)를 회수통(660)으로 쓸어주기 위한 것이다. 회수유닛(640)에는 합성기판(10)의 길이방향으로 설치되는 가이드 레일(646)이 제공된다. 가이드 레일(646)에는 이동체(644)가 설치되며, 이동체(644)에는 회수용 브러시(642)가 설치된다. 회수용 브러시(642)는 부드러운 모 재질로 이루어지거나 또는 일반 금속/플라스틱 재질이 사용될 수 있다. 회수용 브러시(642)는 합성기판(10)의 일측에서부터 길이방향으로 슬라이드 이동하면서 합성기판(10) 상면의 탄소 나노 튜브(30)를 회수통(660)으로 쓸어낸다. 회수용 브러시(642)는 이동체(644)에서 높낮이 조절이 가능할 수 있다. 한편, 회수통의 저면에는 회수통으로 회수되는 탄소나노튜브의 무게를 측정하기 위한 전자저울(690)이 설치될 수 있으며, 전자저울(690)에서 측정된 값은 외부에 설치된 모니터(692)를 통해 누적량과 현재 회수량 등이 표시된다. 작업자는 모니터에 표시되는 값을 보고 정확한 생산량 산출이 가능하다. 9 to 11, the recovery part 600 has a case 602 with an open top surface. The stage 620 on which the composite substrate 10 is placed is located on the upper surface of the case. At the bottom of the stage 620 (below the open top surface of the case), a recovery container 660 in which the carbon nanotubes 30 recovered from the synthetic substrate 10 are stored is located. And a recovery unit 640 is installed on the upper surface of the case. The recovery unit 640 is for sweeping the carbon nanotubes 30 from the upper surface of the synthetic substrate 10 into the recovery container 660. The recovery unit 640 is provided with a guide rail 646 installed in the longitudinal direction of the composite substrate 10. The movable body 644 is installed in the guide rail 646, and the recovery brush 642 is installed in the movable body 644. The recovery brush 642 may be made of a soft bristle material, or a general metal / plastic material may be used. The recovery brush 642 sweeps the carbon nanotubes 30 on the upper surface of the synthetic substrate 10 into the recovery container 660 while slidingly moving in one direction from one side of the synthetic substrate 10. The recovery brush 642 may be adjustable in height in the movable body 644. On the other hand, the bottom of the recovery container may be provided with an electronic balance 690 for measuring the weight of the carbon nanotubes recovered by the recovery container, the value measured in the electronic balance 690 through the monitor 692 installed outside The cumulative amount and the current recovery amount are displayed. The operator can see the value displayed on the monitor and calculate the exact yield.

상술한 예에서는 회수용 브러시(642)가 이동하면서 합성기판(10) 상에 촉매(20)를 쓸어내는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 회수용 브러시(642)는 고정되고 스테이지가 이동될 수 있다. 그러나 회수부(600)의 공간을 줄이기 위해 상술한 예와 같이 회수용 브러시(642)가 이동되는 것이 바람직하다.In the above-described example, it has been described that the catalyst 20 is swept out on the synthetic substrate 10 while the recovery brush 642 is moved. Alternatively, however, the recovery brush 642 can be fixed and the stage can be moved. However, in order to reduce the space of the recovery unit 600, it is preferable that the recovery brush 642 is moved as in the above-described example.

탄소 나노 튜브(30)가 회수된 합성기판(10)은 제 2이송장치(700)에 의해 촉 매 도포부(500)로 제공되어 앞에서 언급한 촉매 도포 과정을 거친 후 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된다. The composite substrate 10 from which the carbon nanotubes 30 have been recovered is provided to the catalyst applying unit 500 by the second transfer device 700 to undergo the above-described catalyst application process, and then the first of the cassettes 420. It is stored in the support part 422a.

도 12를 참조하면, 이러한 구성을 갖는 탄소 나노 튜브(30) 대량 생산을 위한 시스템에서의 공정 진행은 촉매 도포단계(S110), 탄소 나노 튜브(30) 생성 단계(S120), 냉각(대기)단계(S130), 회수단계(S140)를 가진다. Referring to Figure 12, the process in the system for mass production of carbon nanotubes 30 having such a configuration is a catalyst coating step (S110), carbon nanotubes 30 production step (S120), cooling (standby) step (S130), has a recovery step (S140).

촉매 도포 단계(S110)는 촉매 저장 탱크(521)에서 1회 도포량에 해당되는 촉매(20)가 합성기판(10) 상면으로 공급되면, 브러시 유닛(580)의 도포용 브러시(587)가 이동하면서 합성기판(10) 상면에 촉매(20)를 고르게 분포시킨다. 이렇게 촉매(20) 도포가 완료된 합성기판(10)은 제 2이송장치(700)에 의해 스테이션부(200)에 설치된 기판 보관부(400)의 카세트(420)에 수납된다. 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된 합성기판(10)은 반응 챔버(100)로부터 공정을 마친 합성기판(10)이 언로딩된 직후 제 1이송장치(300)에 의해 반응 챔버(100)의 보트(160)로 로딩된다. 합성기판(10)의 로딩이 완료되면 반응 챔버(100)에서 탄소 나노 튜브(30) 생성을 위한 공정이 진행된다(S120). In the catalyst applying step S110, when the catalyst 20 corresponding to a single coating amount is supplied from the catalyst storage tank 521 to the upper surface of the synthetic substrate 10, the application brush 587 of the brush unit 580 moves. The catalyst 20 is evenly distributed over the synthetic substrate 10. The composite substrate 10 having the catalyst 20 coated thereon is accommodated in the cassette 420 of the substrate storage unit 400 installed in the station unit 200 by the second transfer device 700. The composite substrate 10 accommodated in the first supporting portion 422a of the cassette 420 is formed by the first transfer device 300 immediately after the composite substrate 10 which has been processed from the reaction chamber 100 is unloaded. Loaded into boat 160 of 100. When the loading of the synthetic substrate 10 is completed, a process for generating the carbon nanotubes 30 is performed in the reaction chamber 100 (S120).

도 15를 참조하면서 탄소나노튜브 생성을 위한 공정(s120)을 설명하면 다음과 같다. Referring to Figure 15 describes the process for producing carbon nanotubes (s120) as follows.

먼저, 합성기판(10)이 반응로(120)의 내부공간으로 로딩되면(s121), 반응로(120)는 가열부(140)에 의해 공정온도(500-1100도)로 가열된다. 반응로(120)의 내부 온도가 공정온도에 도달되면, 소스가스가 반응로(120)의 내부공간으로 공급된다(s122). 소스가스는 열분해에 의해 라디칼로 분해되며, 이 라디칼들이 합성기판 (10) 위에 도포된 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 합성하게 된다. 반응로(120)에서의 탄소나노튜브 합성 공정이 완료되면 가스공급부(150)로부터 소스가스 공급이 중단된다(s123). 소스가스 공급이 중단되고, 반응로(120)에 남아 있는 잔류가스는 잔류가스 제거 단계를 통해 제거된다(s124). 잔류가스 제거 단계는 반응로(120) 내부를 제2배기라인(187)을 통해 강제 배기하여 진공상태로 만든 후에, 불활성 가스를 공급하여 반응로 내부를 상압 상태로 만드는 과정으로 진행된다. 한편, 잔류가스 제거 단계 이후에 반응로 (120)내에 잔류가스가 남아 있는지를 검출한 후(s125), 잔류가스의 검출 유무에 따라 반응로(120)의 개방을 단속하게 된다(s126). 만약, 잔류가스가 남아 있는지를 확인하지 않고 제1게이트 밸브(222)를 개방하게 되면 외부로부터 유입되는 산소와 잔류가스 중에 있는 수소가스가 반응하여 폭발할 수도 있다. 따라서, 반응로(120) 내부에 잔류하는 가스 중에 수소가스가 설정농도 이하로 남아 있는지를 확인한 후, 반응로(120)를 개방하는 것이 안전하다. 만약, 반응로 내에 잔류가스가 설정농도 이상 검출되면, 잔류가스 제거 단계를 다시 실시하며, 잔류가스가 설정농도 이하로 검출되면, 반응로(120)를 개방하여 합성기판을 언로딩한다(s127). First, when the synthetic substrate 10 is loaded into the internal space of the reactor 120 (s121), the reactor 120 is heated to the process temperature (500-1100 degrees) by the heating unit 140. When the internal temperature of the reactor 120 reaches the process temperature, the source gas is supplied to the internal space of the reactor 120 (s122). The source gas is decomposed into radicals by pyrolysis, and these radicals react with the catalyst applied on the synthetic substrate 10 to synthesize carbon nanotubes. When the carbon nanotube synthesis process in the reactor 120 is completed, the source gas supply from the gas supply unit 150 is stopped (s123). Source gas supply is stopped, the residual gas remaining in the reactor 120 is removed through the residual gas removal step (s124). Residual gas removal step proceeds to the process of forcibly evacuating the inside of the reactor 120 through the second exhaust line 187 to make a vacuum, and then supplying an inert gas to make the inside of the reactor into an atmospheric pressure state. On the other hand, after detecting the residual gas remaining in the reactor 120 after the residual gas removal step (s125), the opening of the reaction furnace 120 is intermittent according to whether the residual gas is detected (s126). If the first gate valve 222 is opened without checking whether the residual gas remains, oxygen introduced from the outside and hydrogen gas in the residual gas may react and explode. Therefore, after confirming whether hydrogen gas remains below the set concentration in the gas remaining inside the reactor 120, it is safe to open the reactor 120. If the residual gas is detected in the reactor above the set concentration, the step of removing the residual gas is performed again. If the residual gas is detected below the set concentration, the reactor 120 is opened to unload the synthetic substrate (s127). .

한편, 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10)들은 카세트(420)의 제 2지지부(422b)에 수납된 후, 일정시간 동안 냉각 과정을 거친다(S130). 일정시간이 지나면 합성기판(10)들은 스테이션부(400) 밖으로 인출되어 회수부(600)로 이동된다(S140). 회수부(600)에서 탄소 나노 튜브(30) 회수를 마친 합성기판(10)은 다시 촉매 도포부(500)로 이동되어, 촉매 도포 후 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수 납된다. 반응 챔버(100)에서 공정을 마친 합성기판(10)들은 카세트의 제 2지지부(422b)에 수납된 후 앞에서 서술한 과정을 반복하여 실시하게 된다. Meanwhile, the synthetic substrates 10 unloaded from the reaction chamber 100 are accommodated in the second support part 422b of the cassette 420 and then cooled for a predetermined time (S130). After a certain time, the synthetic substrate 10 is drawn out of the station unit 400 and moved to the recovery unit 600 (S140). After the recovery of the carbon nanotubes 30 from the recovery unit 600, the synthetic substrate 10 is moved to the catalyst applying unit 500 again and is stored in the first support part 422a of the cassette 420 after the catalyst application. . After completing the process in the reaction chamber 100, the synthetic substrates 10 are stored in the second support portion 422b of the cassette, and are then repeatedly performed.

본 발명에 의하면 반응로 내부의 잔류가스가 남아 있는지 그리고 잔류가스 중에 외부로 유출되면 위험한 가스가 설정 농도 이상 잔류하는지를 확인할 수 있다. According to the present invention, it is possible to check whether residual gas inside the reactor remains and when dangerous gas remains outside the set concentration when the residual gas is discharged to the outside.

본 발명에 의하면, 반응로 내부에 잔류가스가 설정농도 이상 남아 잔류하고 있는 경우 반응로의 개방을 사전에 차단함으로써, 잔류가스가 외부로 노출되는 것을 사전에 차단할 수 있어 안전한 공정 진행이 가능하다. According to the present invention, when the residual gas remains inside the reactor at a predetermined concentration or more, the opening of the reactor is blocked in advance, thereby preventing the residual gas from being exposed to the outside in advance, thereby enabling safe process progression.

또한, 본 발명이 적용된 탄소 나노 튜브 생산을 위한 시스템에 의하면, 탄소 나노 튜브를 대량으로 생산할 수 있다.In addition, according to the system for producing carbon nanotubes to which the present invention is applied, carbon nanotubes can be produced in large quantities.

또한, 본 발명이 적용된 탄소 나노 튜브 생산을 위한 시스템에 의하면, 반응 챔버의 공정 온도를 계속적으로 유지할 수 있으므로 합성기판의 탄소 나노 튜브 합성을 연속적으로 진행할 수 있어 설비 가동률을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the system for producing carbon nanotubes to which the present invention is applied, since the process temperature of the reaction chamber can be continuously maintained, the carbon nanotube synthesis of the composite substrate can be continuously performed, thereby improving facility utilization rate.

또한, 본 발명이 적용된 탄소 나노 튜브 생산을 위한 시스템에 의하면, 정확하고 신뢰성 있는 자동 촉매 공급을 통한 공정 신뢰성을 확보할 수 있다. In addition, according to the system for producing carbon nanotubes to which the present invention is applied, it is possible to secure process reliability through accurate and reliable automatic catalyst supply.

또한, 본 발명이 적용된 탄소 나노 튜브 생산을 위한 시스템에 의하면, 탄소 나노 튜브의 자동 회수를 통해 정확한 생산량 산출이 가능하다. In addition, according to the system for producing carbon nanotubes to which the present invention is applied, accurate production can be calculated through automatic recovery of carbon nanotubes.

Claims

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합성기판에 탄소 나노 튜브를 합성하기 위한 장치에 있어서:Apparatus for synthesizing carbon nanotubes on a composite substrate:

탄소나노튜브의 생성공간을 제공하는 반응로;Reactor for providing a space for producing carbon nanotubes;

상기 반응로를 가열하는 가열부; A heating unit for heating the reactor;

상기 반응로의 생성공간에 위치되며 합성기판들이 놓여지는 보트;A boat located in the production space of the reactor and on which synthetic substrates are placed;

상기 반응로의 생성공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급부;A gas supply unit supplying a source gas to a space generated in the reactor;

상기 반응로내의 소스가스를 배기하는 가스배기부; 및A gas exhaust unit configured to exhaust the source gas in the reactor; And

상기 반응로 내에 잔류가스가 남아 있는지를 검출하여, 상기 반응로로부터 합성기판의 언로딩을 단속하기 위한 잔류가스 검출부를 포함하되;A residual gas detection unit for detecting whether residual gas remains in the reactor, and controlling an unloading of the synthetic substrate from the reactor;

상기 잔류가스 검출부는The residual gas detector

상기 반응로로부터 배기되는 잔류가스의 농도를 검출하는 가스센서가 내장된 가스검출기; 및A gas detector with a gas sensor for detecting a concentration of residual gas exhausted from the reactor; And

상기 가스검출기에서 검출된 잔류가스의 농도값에 따라 상기 반응로의 게이트 밸브의 잠금상태를 유지 또는 해제하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 장치.And a control unit for maintaining or releasing the locked state of the gate valve of the reactor according to the concentration value of the residual gas detected by the gas detector.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 가스검출기는 The gas detector is

상기 가스배기부의 배기라인과 연결되어 상기 배기라인을 통해 배기되는 가스가 유입되는 제1유입포트와, 외부 공기가 유입되는 제2유입포트 그리고 상기 제1유입포트와 제2유입포트를 선택적으로 개폐하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 장치.Selectively opening and closing the first inlet port, the second inlet port through which the outside air is introduced, the first inlet port and the second inlet port, which are connected to an exhaust line of the gas exhaust unit, into which the gas exhausted through the exhaust line flows. Carbon nanotube synthesizing apparatus comprising a valve.

제3항에 있어서, The method of claim 3,

상기 제어부는The control unit

탄소나노튜브의 합성공정이 완료된 상기 반응로가 불활성 가스에 의해 퍼지된 이후에 상기 제1유입포트가 개방되도록 상기 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 장치. And the valve is controlled such that the first inlet port is opened after the reaction furnace in which the carbon nanotube synthesis process is completed is purged with an inert gas.

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합성기판에 탄소 나노 튜브를 합성하기 위한 방법에 있어서:In a method for synthesizing carbon nanotubes on a synthetic substrate:

반응로의 내부공간으로 합성기판을 로딩하는 단계;Loading the synthetic substrate into the inner space of the reactor;

상기 반응로의 내부공간으로 소스가스를 공급하여 상기 합성기판 표면에 탄소나노튜브를 합성하는 단계;Synthesizing carbon nanotubes on the surface of the synthetic substrate by supplying a source gas into the inner space of the reactor;

상기 반응로에서의 탄소나노튜브 합성 공정이 완료되면 소스가스 공급을 중단하는 단계;Stopping supply of the source gas when the carbon nanotube synthesis process in the reactor is completed;

상기 반응로에 남아 있는 잔류가스를 제거하는 단계;Removing residual gas remaining in the reactor;

상기 반응로 내에 잔류가스가 남아 있는지를 검출하는 단계;Detecting whether residual gas remains in the reactor;

상기 잔류가스의 검출 유무에 따라 상기 반응로의 개방을 단속하는 단계;Controlling the opening of the reactor according to whether the residual gas is detected;

상기 잔류가스가 검출되지 않으면, 상기 반응로를 개방하여 상기 합성기판을 언로딩하는 단계를 포함하되;If the residual gas is not detected, opening the reactor to unload the synthetic substrate;

상기 반응로 내에 잔류가스가 검출되면 상기 잔류가스 제거 단계를 다시 실시하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 방법.When the residual gas is detected in the reactor, the method of removing the residual gas, characterized in that for performing a carbon nanotube synthesis.

상기 잔류가스 제거 단계는The residual gas removing step

상기 반응로 내부에 불활성가스를 공급하면서 배기하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 방법.Carbon nanotube synthesis method characterized in that the exhaust while supplying an inert gas into the reactor.

상기 잔류가스 제거 단계는The residual gas removing step

상기 반응로 내부를 진공 상태로 만드는 단계; Vacuuming the interior of the reactor;

상기 반응로 내부에 불활성 가스를 공급하여 상기 반응로 내부를 상압 상태로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 방법.Supplying an inert gas into the reactor to make the inside of the reactor at atmospheric pressure.

상기 검출단계는 상기 반응로 내부에 잔류하는 수소가스를 검출하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 합성 방법.The detecting step is a carbon nanotube synthesis method, characterized in that for detecting the hydrogen gas remaining in the reactor.