(57)【要約】【課題】基板表面に生成する膜を全面でより均一にできるＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】熱化学気相成長法により基板Ｋの表面にカーボンナノチューブを生成する加熱室１３を有するカーボンナノチューブ形成用の熱ＣＶＤ装置であって、加熱室１３内を所定方向に移動される所定幅の基板Ｋを側面視が円弧形状となるように保持し得るガイド板２３を具備するとともに、このガイド板２３により保持される基板Ｋの円弧中心位置に原料ガスＧの放出口５を基板Ｋの幅方向に沿って配置したものである。【選択図】図１
2011184709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するＣＶＤ装置であって、
上記加熱室内で所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するＣＶＤ装置であって、
上記加熱室内を所定方向に移動される所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項３】
案内用回転体の外周に沿って加熱部材を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸着装置の１つである化学気相成長装置（以下ＣＶＤ装置という）は、不活性ガスを充填または真空（減圧状態）にした反応容器内に基板を配置し、当該反応容器に原料ガスを送り込んで、当該基板の表面に触媒を介して膜を成長させるものである。ＣＶＤ装置には、熱を利用する熱ＣＶＤ装置、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ装置、光エネルギーを利用する光ＣＶＤ装置などがある。
【０００３】
従来、蒸着装置としては、真空槽（反応容器）に配置された基板に、ルツボで加熱し蒸発された有機材料を導いて膜付けするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記蒸着装置では、基板が平面状に配置されているのに対し、ルツボはその開口部が基板表面の中心に対向するように配置されている。このため、基板表面の中心付近と外周付近で、ルツボの開口部との距離に差が生じ、接触する有機材料の濃度にも差が生じていた。特に、上記蒸着装置を化学気相成長法（ＣＶＤ法）に用いた場合、ＣＶＤ開始時に基板表面において接触する原料ガス濃度に差があれば膜の成長にも差が生じており、より均一に膜を生成できるＣＶＤ装置が望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明は、基板表面に生成する膜を全面でより均一にできるＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るＣＶＤ装置は、熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するＣＶＤ装置であって、
上記加熱室内で所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したものである。
【０００８】
また、請求項２に係るＣＶＤ装置は、熱化学気相成長法により基板の表面に蒸着材料を蒸着させる加熱室を有するＣＶＤ装置であって、
上記加熱室内を所定方向に移動される所定幅の基板を側面視が円弧形状となるように保持し得る基板保持手段を具備するとともに、この基板保持手段により保持される基板の円弧中心位置に蒸着材料の放出口を当該基板の幅方向に沿って配置したものである。
【０００９】
さらに、請求項３に係るＣＶＤ装置は、請求項１または２に記載のＣＶＤ装置において、案内用回転体の外周に沿って加熱部材を配置したものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記ＣＶＤ装置によると、基板の蒸着膜が生成される面を円弧形状にするとともに、この円弧中心位置に蒸着材料の放出口を配置しているので、円弧形状の面のいずれの部分であっても放出口からの距離は等しく、基板表面での蒸着材料の濃度が均一であり、基板表面に生成する蒸着膜を全面でより均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係るＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同ＣＶＤ装置の概略構成を示す要部断面図である。
【図３】加熱装置を省略した図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】加熱室内において加熱装置のみを示した図２のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係るＣＶＤ装置について、具体的に示した実施例に基づき説明する。
本実施例１においては、ＣＶＤ装置として、カーボンナノチューブ形成用の熱ＣＶＤ装置を用いたものについて説明する。
【００１３】
本実施例においては、カーボンナノチューブを形成する基板として、ステンレス製の薄鋼板、すなわちステンレス鋼板（薄板材の一例であり、例えば箔材の場合は２０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、ステンレス箔ということもできる。また、板材である場合には、３００μｍ〜数ｍｍ程度の厚さのものが用いられる。）を用いるようにしたもので、しかも、このステンレス鋼板としては、所定幅で長いもの、つまり帯状のものが用いられる。したがって、このステンレス鋼板はロールに巻き付けられており、カーボンナノチューブの形成に際しては、このロールから引き出されて連続的にカーボンナノチューブが形成されるとともに、このカーボンナノチューブが形成されたステンレス鋼板は、やはり、ロールに巻き取るようにされている。すなわち、一方の巻出しロールからステンレス鋼板を引き出し、この引き出されたステンレス鋼板の表面にカーボンナノチューブを形成（生成）した後、このカーボンナノチューブが形成されたステンレス鋼板を他方の巻取りロールに巻き取るようにされている。
【００１４】
以下、上述した帯状のステンレス鋼板（以下、主として、基板と称す）の表面に、カーボンナノチューブを形成するための熱ＣＶＤ装置について説明する。
この熱ＣＶＤ装置には、図１に示すように、炉本体２内にカーボンナノチューブを形成するための細長い処理用空間部が設けられて成る加熱炉１が具備されており、この炉本体２内に設けられた処理用空間部は、所定間隔おきに配置された区画壁３により、複数の、例えば５つの部屋に区画されて（仕切られて）いる。
【００１５】
すなわち、この炉本体２内には、ステンレス鋼板つまり基板Ｋが巻き取られた巻出しロール１６が配置される基板供給室１１と、この巻出しロール１６から引き出された基板Ｋを導きその表面に前処理を施すための前処理室１２と、この前処理室１２で前処理が施された基板Ｋを導きその表面にカーボンナノチューブを形成するための加熱室（反応室ともいえる）１３と、この加熱室１３でカーボンナノチューブが形成された基板Ｋを導き後処理を施すための後処理室１４と、この後処理室１４で後処理が施された基板Ｋを巻き取るための巻取りロール１７が配置された基板回収室（製品回収室ということもできる）１５とが具備されている。また、上記各ロール１６，１７の回転軸心は水平方向にされており、したがって加熱室１３内に引き込まれる（案内される）基板Ｋは水平面内を移動するとともに、基板Ｋの表面にカーボンナノチューブを形成するようにされている。また、基板供給室１１および基板回収室１５の外部には、図示しないが、上記各ロール１６，１７で基板Ｋの引き出しおよび巻き取りを行うために当該各ロール１６，１７を駆動させるサーボモータがそれぞれ設けられており、各サーボモータと各ロール１６，１７は、各室１１，１５の側壁部を貫通する気密構造の回転軸で接続される。なお、以下では、上記ロール１６，１７の間の方向、すなわち基板Ｋが移動する方向を前後方向といい、この前後方向に水平面上で直交する方向を左右方向という。
【００１６】
上記前処理室１２では、基板Ｋの表面、特にカーボンナノチューブを形成する表面（カーボンナノチューブの生成面であり、後述するが、ここでは下面である）の洗浄、不動態膜の塗布、カーボンナノチューブ生成用の触媒微粒子、具体的には、鉄の微粒子（金属微粒子）の塗布が行われる。洗浄については、アルカリ洗浄、ＵＶオゾン洗浄が用いられる。また、不動態膜の塗布方法としては、ロールコータ、ＬＰＤが用いられる。触媒微粒子の塗布方法としては、スパッタ、真空蒸着、ロールコータなどが用いられる。
【００１７】
また、後処理室１４では、基板Ｋの冷却と、基板Ｋの表面、すなわち下面に形成されたカーボンナノチューブの検査とが行われる。
そして、基板回収室１５では、基板Ｋの上面（裏面）に保護フィルムが貼り付けられ、この保護フィルムが貼り付けられたステンレス鋼板である基板Ｋが巻取りロール１７に巻き取られる。なお、基板Ｋの上面に保護フィルムを貼り付けるようにしているのは、基板Ｋを巻き取った際に、その外側に巻き取られる基板Ｋに形成されたカーボンナノチューブを保護するためである。
【００１８】
上述したように、炉本体２内には、区画壁３により５つの部屋が形成されており、当然ながら、各区画壁３には、基板Ｋを通過させ得る連通用開口部（スリットともいう）３ａがそれぞれ形成されている。
【００１９】
ところで、上記加熱室１３においては、熱ＣＶＤ法により、カーボンナノチューブが形成（生成）されるが、内部は所定の真空度（負圧状態）に維持されるとともに、カーボンナノチューブの生成用ガスつまり原料ガスＧが供給されており、またこの原料ガスＧが隣接する部屋に漏れないように考慮されている。例えば、加熱室１３においては、ヘリウムガスなどの不活性ガスＮと一緒に原料ガスＧが下方から供給されるとともに上方から排出されて（引き抜かれて）いる。なお、この加熱室１３以外の部屋、すなわち基板供給室１１、前処理室１２、後処理室１４および製品回収室１５についても、ヘリウムガスなどの不活性ガスＮが下方から供給されるとともに上方から排出されて（引き抜かれて）、大気が入り込まないようにされている。
【００２０】
ここで、加熱室１３について詳しく説明する。
すなわち、図２および図３に示すように、この加熱室１３の底壁部２ａの左右方向における中心位置には、カーボンを含む原料ガス（例えば、アセチレンガスが用いられる）Ｇを供給するガス導入ノズル９が、下方から底壁部２ａを貫通するように挿入されており、このガス導入ノズル９の上端における開口、すなわち放出口５は、左右方向が長手方向となる矩形状である。また、加熱室１３の上方部には、ガスを排出するガス排出口（例えば、排出管である）６が前後方向において所定間隔おきで複数個形成されている。なお、この加熱室１３を形成する内壁面には所定厚さの断熱材４が貼り付けられている。また、上壁部２ｂと断熱材４との間には、各ガス排出口６からのガスを導き一つのガス抜出口７から排出するためのガス集合室８が形成されている。なお、このガス抜出口７は炉本体２の上壁部２ｂに設けられている。したがって、上壁部２ｂを、または上壁部２ｂおよび上部断熱材４を、加熱室１３の上部ということができるとともに、底壁部２ａを、または底壁部２ａおよび下部断熱材４を、加熱室１３の下部ということができる。また、上記基板Ｋの上方位置には、加熱室１３内を加熱するための複数本の円柱形状（または棒状）の発熱体（加熱部材である）２２を有する加熱装置２１が、図２に示すように設けられている（図３では加熱装置２１の図示を省略する）。なお、加熱装置２１の詳細は後述する。
【００２１】
さらに、図示しないが、加熱室１３には、当該加熱室１３内の空気を排気して所定の減圧下にするための排気装置（真空装置でもある）が接続されている。
また、加熱室１３には、左右方向と平行の回転軸２４を回転面２３ａの中心に有するとともに基板Ｋの左右方向における両側縁部をそれぞれ下面から外周面２３ｂで保持する２基の円盤形状のガイド板（基板保持部材の一例である）２３と、これら両ガイド板２３の前後位置において左右方向と平行に配置された円柱形状の押さえローラ２５とが具備されている。なお、ガイド板２３の回転軸２４および押さえローラ２５は、両側壁部の内側にそれぞれ設けられたブラケット（図３にのみ図示する）２６で、回転自在に支持される。また、基板Ｋを両ガイド板２３の外周面２３ｂに沿わせて円弧形状にするために、基板Ｋを、ガイド板２３の前後において、下面（内周）側からはガイド板２３、上面（外周）側からは押さえローラ２５で保持する。具体的には、図１および図２に示すように、区画壁３の連通用開口部３ａの上端と押さえローラ２５の下端との高さが等しくなるように、つまり、連通用開口部３ａから押さえローラ２５までの部分で基板Ｋが水平になるように、押さえローラ２５が配置される。
【００２２】
一方、上記ガス導入ノズル９の放出口５は、上記基板Ｋの円弧中心に位置する。すなわち、上記ガイド板２３および押さえローラ２５で湾曲させた基板Ｋの円弧形状の中心が、放出口５の位置と一致するように、当該ガイド板２３および押さえローラ２５が配置される。また、図３に示すように、これら両ガイド板２３は、当該ガス導入ノズル９の左右位置、すなわち両ガイド板２３の間にガス導入ノズル９が位置するようにして配置されるので、ガス導入ノズル９の放出口５からの原料ガスＧは、妨げられることなく基板Ｋの円弧形状の部分にまで到達する。
【００２３】
ところで、有機ガスの影響を無くすために、加熱室１３における基板Ｋ以外の構成材料、例えば断熱材４などは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの無機材料で構成されている。
【００２４】
ここで、前処理室１２での工程について説明する。
この前処理室１２内では、基板Ｋが洗浄された後、シリカ、アルミナなどの不動態膜が塗布され、さらにこの不動態膜の上面に、金属例えば鉄（Ｆｅ）の触媒微粒子が塗布される。勿論、図示しないが、この前処理室１２内には、基板Ｋの洗浄手段、不動態膜の塗布手段、および金属例えば鉄（Ｆｅ）の触媒微粒子の塗布手段が設けられている。
【００２５】
ところで、基板Ｋとして、厚さが２０〜３００μｍ以下に圧延加工されてコイル状に巻き取られた薄いステンレス鋼板（ステンレス箔でもある）が用いられており、このような基板Ｋには、コイルの巻き方向に引張りの残留応力が存在するため、触媒の微粒化および熱ＣＶＤ時に、残留応力の開放により、基板Ｋに反りが発生する。このような反りの発生を防止するために、コイル巻き方向で張力を付加する機構、具体的には、巻出しロールと巻取りロールとの間で張力を発生させて（例えば、両ロールの回転速度を異ならせることにより張力を発生させる。具体的には、一方のモータで引っ張り、他方のモータにブレーキ機能を発揮させればよい。）基板Ｋを引っ張るようにしてもよい。また、巻取りロール側に錘を設けて引っ張るようにしてもよい。
【００２６】
次に、加熱装置２１について図２および図４（図４では加熱室１３内における加熱装置２１以外の構成を省略する）に基づき説明する。
この加熱装置２１は、円弧形状の基板Ｋの上面（外周）側に配置されるものであり、円柱形状（または棒状）の発熱体２２が、左右方向と平行（並行）に且つ前後方向にて所定間隔おきで複数配置されている。また、これら発熱体２２を含む曲面は、側面視が基板Ｋと同心円の円弧形状となるようにされている。なお、発熱体２２としては非金属の抵抗発熱体が用いられ、具体的には、炭化ケイ素、ケイ化モリブデン、ランタンクロマイト、ジルコニア、黒鉛などが用いられる。特に、炭化ケイ素およびケイ化モリブデンは、窒素ガス、水素ガス雰囲気下で用いられ、ランタンクロマイトは大気下でのみ用いられ、黒鉛は不活性ガス雰囲気（還元雰囲気）下で用いられる。
【００２７】
また、上記発熱体２２は円柱形状のものが用いられるとともに所定間隔おきで且つ基板Ｋと同心円の円弧形状に、すなわち、いずれの発熱体２２も基板Ｋまでの距離が等しくなるように、基板Ｋの外周に沿って複数本並置されたものであるため、これら発熱体２２による基板Ｋへの加熱の均一化すなわち均熱化を図るとともに均熱面積の最大化が望まれる。すなわち、発熱体２２の配置および当該発熱体２２の中心から基板Ｋまでの距離については適切に配置されること（つまり、設計）が要求される。
【００２８】
ところで、上記加熱炉１にて熱ＣＶＤ法が行われる際には、加熱室１３内が所定圧力に減圧される。
この減圧値としては、数Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲に維持される。例えば、数十Ｐａ〜数百Ｐａに維持される。なお、減圧範囲の下限である数Ｐａは、カーボンナノチューブの形成レート（成膜レートである）を保つための限界値であり、上限である１０００Ｐａは煤、タールの抑制という面での限界値である。また、形成用容器１内の構成部材としては、煤、タールなどの生成が促進しないように、非金属の材料が用いられている。
【００２９】
ところで、加熱室１３以外の他の処理室、すなわち基板供給室１１、前処理室１２、後処理室１４および製品回収室１５については詳しくは説明しなかったが、これら各室１１，１２，１４，１５についても減圧状態にされるとともに、加熱室１３に空気などのカーボンナノチューブの形成に悪影響を及ぼすガスが流入するのを防止するために、図１に示すように、それぞれの底壁部２ａにはヘリウムガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給口５′が設けられるとともに、上壁部２ｂには、ガス排出口６′が設けられている。
【００３０】
なお、図１は熱ＣＶＤ装置の概略構成を示し、その内部が分かるように、手前側の側壁部および断熱材４については省略している。
次に、上記熱ＣＶＤ装置により、カーボンナノチューブの形成方法について説明する。
【００３１】
まず、巻出しロール１６から基板Ｋを引き出し、前処理室１２、加熱室１３および後処理室１４における各区画壁３の連通用開口部３ａを挿通させ、その先端を巻取りロール１７に巻き取らせる。このとき、基板Ｋには張力が付与されて、連通用開口部３ａからガイド板２３までにおいて真っ直ぐな水平面となるようにされている。
【００３２】
そして、前処理室１２内では基板Ｋの洗浄が行われた後、不動態膜が下面全体に亘って塗布され、この不動態膜の表面に鉄の微粒子が塗布（付着）される。なお、この触媒微粒子の塗布範囲については、少なくとも、カーボンナノチューブの形成面（生成面）であればよい。
【００３３】
この前処理が済むと、基板Ｋは所定長さ分だけ、つまりカーボンナノチューブが形成される長さ分だけ、巻取りロール１７により巻き取られる。したがって、前処理室１２で前処理が行われた部分が、順次、加熱室１３内に移動される。ここで、カーボンナノチューブを形成する部分がガイド板２３および押さえローラ２５により円弧形状に湾曲されて、基板Ｋが保持される。なお、これらガイド板２３および押さえローラ２５は回転自在であるため、基板Ｋの移動はスムーズに行われる。
【００３４】
この加熱室１３では、排気装置（図示せず）により、所定の減圧下に、例えば数Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲に、具体的には、上述したように数十Ｐａ〜数百Ｐａに維持される。
そして、加熱装置２１、すなわち発熱体２２により、基板Ｋの温度を所定温度例えば７００〜８００℃に加熱するとともに、加熱室１３の外壁温度が８０℃またはそれ以下（好ましくは、５０℃以下）となるようにする。
【００３５】
上記温度になると、放出口５より原料ガスとしてアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）を供給して所定の反応を行わせることにより、基板Ｋ下面に、カーボンナノチューブを生成（成長）させる。
【００３６】
そして、所定時間が経過して所定高さのカーボンナノチューブが得られると、同じく、所定長さだけ移動されて、このカーボンナノチューブが形成された基板Ｋが後処理室１４内に移動される。
【００３７】
この後処理室１４内では、基板Ｋの冷却と検査とが行われる。
この後処理が済むと、基板Ｋは製品回収室１５内に移動されて、その上面に保護フィルムが貼り付けられるとともに、巻取りロール１７に巻き取られる。すなわち、カーボンナノチューブが形成された基板Ｋが製品として回収されることになる。なお、カーボンナノチューブが形成された基板Ｋが全て巻取りロール１７に巻き取られると、外部に取り出されることになる。
【００３８】
上記熱ＣＶＤ装置の構成によると、基板Ｋを加熱室１３内に導くとともに原料ガスＧを導入してその表面にカーボンナノチューブを形成する際に、巻出しロール１６に巻き取られた基板Ｋを巻取りロール１７に巻き取るようにするとともに、その途中の基板Ｋの表面にカーボンナノチューブを形成するようにしたので、所定長さ毎ではあるが連続的に、基板Ｋにカーボンナノチューブを形成することができ、したがって完全なバッチ式にカーボンナノチューブを形成する場合に比べて、効率良くカーボンナノチューブを形成することができる。
【００３９】
また、カーボンナノチューブが形成される面を円弧形状に湾曲させるとともに、その円弧中心にガス導入ノズル９の放出口５が位置しているので、当該円弧形状の面のいずれの部分であっても上記放出口５からの距離（原料ガスＧ移動距離）は等しく、基板Ｋ表面での原料ガスＧ濃度は均一となる。さらに、発熱体２２を含む曲面は、側面視が基板Ｋと同心円の円弧形状となるようにされているので、基板Ｋへの加熱の均一化が行われることから、原料ガスＧの反応も均一に行われる。したがって、形成するカーボンナノチューブの膜を均一にすることができる。
【００４０】
さらに、円弧形状に保持された基板Ｋの内周側に放出口５が位置することから、基板Ｋは原料ガスＧが放出される空間を覆うような形状であるため、基板Ｋに原料ガスＧを効率的に供給でき、より効率良くカーボンナノチューブを形成することができる。
【００４１】
加えて、発熱体２２を基板Ｋのカーボンナノチューブの形成面とは反対の上面（外周）側に配置したので、原料ガスＧによる反応がスムーズに行われる。この理由は、発熱体２２が直接基板Ｋを温めるとともに原料ガスＧが発熱体２２と反対の面から供給されるため、原料ガスＧは基板Ｋに真っ先に供給されてその極近傍でガス分解が生じるからである。なお、原料ガスＧが発熱体２２を通過した場合には、その近傍でガス分解されて温度が高温から低温に変化する箇所で煤が生成し易くなると同時に、基板Ｋに供給される炭素が少なくなってしまう。
【００４２】
また、加熱室１３内を減圧したので、原料ガスＧの拡散性が向上する（優れる）ため、基板Ｋの内周面全体に均一に原料ガスＧを供給することができ、言い換えれば、ガスの流れの影響を受けにくくなるため、製品品質の向上に繋がるとともに、複雑な形状に対しても、基板Ｋに触媒粒子が付着している限り、カーボンナノチューブの形成が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｋ      基板
１      加熱炉
２      炉本体
２ａ    底壁部
２ｂ    上壁部
３      区画壁
４      断熱材
５      放出口
６      ガス排出口
７      ガス抜出口
９      ガス導入ノズル
１１      基板供給室
１２      前処理室
１３      加熱室
１４      後処理室
１５      基板回収室
１６      巻出しロール
１７      巻取りロール
２１      加熱装置
２２      発熱体
２３      ガイド板
２３ａ    回転面
２３ｂ    外周面
２４      回転軸
２５      押さえローラ
２６      ブラケット
【図１】
2011184709.tif 000003
【図２】
2011184709.tif 000004
【図３】
2011184709.tif 000005
【図４】
2011184709.tif 000006