JP4832046B2 - 連続熱ｃｖｄ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、膜やカーボンナノチューブの製造などに使用されるベルトコンベヤを主体する連続熱ＣＶＤ装置に関するものである。
化学気相蒸着法（以下ＣＶＤ法という）による膜の形成方法は、不活性ガス雰囲気で反応管内に基板を設置し、反応管内に原料ガスを送り込み、基板上に設けられた触媒微粒子を核として基板表面に膜やカーボンナノチューブを形成する方法である。ＣＶＤ法は、熱を利用する熱ＣＶＤ法、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ法、光エネルギーを利用する光ＣＶＤ法に分けられる。また、ＣＶＤ装置は、膜を減圧状態で形成する減圧ＣＶＤ装置と、大気圧で行う常圧ＣＶＤ装置に分けられる。
熱ＣＶＤ装置としては、反応器に１枚または複数枚の基板を一度に供給して膜を形成するバッチ式のものが一般的である。この装置では、一度反応を行うと、その都度、反応器内の基板やガスの置換が必要であるため、操作時間が長くかかる上に、多量のキャリアガスおよび原料ガスを必要とし、一度に大量の基板を供給することは困難であった。このため、基板をベルトコンベア等の搬送手段により連続的に反応器内に供給し、膜を生成させる連続式のＣＶＤ装置が開発されている（特許文献１参照）。
特開２０００−７７３４０号公報
しかしながら、反応器内に基板を連続的に供給して常圧で膜を生成させる常圧ＣＶＤ装置においては、反応器内雰囲気とその外気との間のシールが不充分であると、反応器内に不純物ガス成分やパーティクルが混入し、基板表面における膜の生成が不均一になり、パーティクルが基板に付着する等のため、製品の歩留まりが低いという問題があった。また、従来のＣＶＤ装置では、バッチ式、連続式を問わず、反応器内において原料ガスの供給または加熱の際に基板近傍での基板・ガスの温度分布およびガス流れの制御が困難で、温度分布およびガス流れにむらができ易く、これが基板上に形成される膜の均一性低下の要因となっていた。
本発明は、上記諸問題に鑑み、反応器内へ不純物ガス成分やパーティクルが混入する恐れがなく、基板近傍での基板・ガスの温度分布およびガス流れの制御がし易くて均―性の高い膜の形成が可能である連続熱ＣＶＤ装置を提供することを課題とする。
本発明は、水平に配されたループ状のベルトコンベヤと、コンベヤの一端部上に供給された基板と、コンベヤの一側の長さ中央部から他端円弧部に亘って設けられた基板予熱ゾーンと、コンベヤの他側にその他端部から長さ中央部に亘って設けられたＣＶＤ加熱ゾーンと、コンベヤの他端他側に設けられたキャリアガス流入口と、該キャリアガス流入口内の上部にＣＶＤ加熱ゾーン向きに設けられた原料ガス流入口とを備え、該原料ガス流入口の延長部は、ベルトコンベヤの他端円弧部の他側部の上まで至り、該延長部は基板より幅広なノズルを有する、連続ＣＶＤ装置を提供する。
本発明による連続ＣＶＤ装置は、好ましくは、原料ガスの未反応分とキャリアガスとのガス混合物を排出する排気路と、排気路に隣接して設けられたシールガス給気路とを備える。
なお、本明細書においては、図１に示される連続ＣＶＤ装置の右端を一端とし、左端を他端とし、上側を一側とし、下側を他側とする。
本発明による連続ＣＶＤ装置は、コンベヤの一側の長さ中央部から他端円弧部に亘って設けられた基板予熱ゾーンと、コンベヤの他側にその他端部から長さ中央部に亘って設けられたＣＶＤ加熱ゾーンとを備え、これらのゾーンにおいてコンベヤの必要な部分だけを加熱するので、コンベヤ全体を加熱する装置に比べ省エネルギーが達成でき、製品のコストを削減することができる。
また、この装置はコンベヤの他端他側にキャリアガスの流入口を備えるので、同ガスの一部を予熱ゾーンへ流入させることによって、予熱ゾーンで予熱されたガスが同ゾーンからＣＶＤ加熱ゾーンへ流入するのを防ぐことができ、これにより予熱ガスに含まれる不純物ガス成分やパーティクルがＣＶＤ加熱ゾーンに混入するのを確実に防ぐことができ、製品の歩留まりを向上することができる。
加えて、この装置によれば、基板が基板予熱ゾーンおよびＣＶＤ加熱ゾーンを移動させられることで、生成面積の制限がなくなり、均一で且つ大面積の膜を生成することができる。
さらに、排気路に隣接してシールガス給気路を設けることにより、外気がＣＶＤ加熱ゾーンへ流入するのを防ぐことができ、外気に含まれる不純物ガス成分やパーティクルがＣＶＤ加熱ゾーンに混入するのを確実に防ぐことができる。
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施形態を示す。
図１、図２において、両側ストレート部と両端円弧部からなるループ状のベルトコンベヤ(1) が水平に配されている。ベルトコンベヤ(1) の一端一側上に、触媒（図示省略）を担持したシリコン製の基板(4) が連続的に供給される。この基板搬入部の回転方向前方にはケーシング(5) の頂壁に立上がり状に排気路(13)が設けられ、これによりキャリアガス等を含むガス混合物が装置外へ排出される。ベルトコンベヤ(1) は、その一端寄りの部分を除いて、水平断面略Ｕ字状のケーシング(5) に収められている。ベルトコンベヤ(1) の一側の長さ中央部から他端円弧部に亘って予熱ゾーン(9) が設けられている。
ベルトコンベヤ(1) の他側には、他端部から長さ中央部に亘ってＣＶＤ加熱ゾーン(11)が設けられている。予熱ゾーン(9) とその回転方向前方のＣＶＤ加熱ゾーン(11)は、図中で一点鎖線(a) で示すように連続しており、加熱手段（図示省略）で所要温度に加熱される。
ベルトコンベヤ(1) を収めたケーシング(5) の他端他側にはその垂直端壁(12)にキャリアガスの流入口(2) が水平に設けられ、同流入口(2) 内の上部に原料ガス流入口(3) がＣＶＤ加熱ゾーン(11)向きに水平に設けられ、その延長部(6) はベルトコンベヤ(1) の他端円弧部の他側部の上まで至る。原料ガス流入口(3) の延長部(6) は、基板(4) より幅広な偏平ノズル(6a)を有する（幅１００ｍｍ×高さ５ｍｍ）。偏平ノズル(6a)の下壁先端部(6b)は前方下向きに傾いた傾斜壁となされている。このような構成により、原料ガスとキャリアガスの混合ガスが偏平ノズル(6a)から基板(4) 上に均等に供給され、偏平ノズル(6a)と基板(4) の間にキャリアガスが流される。キャリアガスは、原料ガスをケーシング(5) の他端他側からＣＶＤ加熱ゾーン(11)へ導入してケーシング(5) の他側部の内部を通過させる。キャリアガスはまた、基板予熱ゾーン(9) からＣＶＤ加熱ゾーン(11)へのガス流入を防ぐ働きをし、さらに原料ガスとキャリアガスの混合ガスが逆流して漏れ出るのを完全に防ぐシールガスとしても働く。原料ガスとキャリアガスの混合ガスを偏平ノズル(6a)から基板(4) 上に一様に供給することにより、基板(4) 表面に形成される膜(7) の厚さを均一化することができる。また、シールガスとしてのキャリアガス、および、原料ガスとキャリアガスの混合ガスの供給量および／または濃度を適時制御することにより、所望の均一な厚さの膜(7) が形成できる。
ＣＶＤ加熱ゾーン(11)より回転方向前方にはケーシング(5) の頂壁に立上がり状に排気路(8) が設けられ、これにより原料ガスの未反応分とキャリアガスとのガス混合物が装置外へ排出される。排気路(8) のさらに回転方向前方にはこれに隣接してシールガスの給気路(10)が設けられている。
上記構成の膜の連続製造装置において、複数の基板(4) がベルトコンベヤ(1) の一端一側からコンベヤのベルト上に連続的に供給される。次いで基板(4) は予熱ゾーン(9) へ送られ、ここで予熱され、ベルトコンベヤ(1) の他端円弧部を通過してＣＶＤ加熱ゾーン(11)に入る。予熱ゾーン(9) には、流入口(2) からキャリアガス（ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガス）の一部が送り込まれる。これによって、予熱ゾーン(9) で予熱されたガスが同ゾーン(9) からＣＶＤ加熱ゾーン(11)へ流入するのを防ぐことができ、予熱ガスに含まれる不純物ガス成分やパーティクルがＣＶＤ加熱ゾーンに混入するのを確実に防ぐことができる。
ＣＶＤ加熱ゾーン(11)には、原料ガス流入口(3) から原料ガス通路(6) を経て来た膜形成用の原料ガスと、キャリアガス流入口(2) からのキャリアガスの残部とのガス混合物が供給される。これによって、基板(4) 表面に膜(7) が形成される。膜(7) 付き基板(4)
は、次いでケーシング(5) を出てベルトコンベヤ(1) から装置外へ搬出される。基板搬入部の回転方向前方に隣接してケーシング(5) の一側一端にも、シールガス給気路(10)と同じ構造のシールガス給気路(14)が設けられている。
は、次いでケーシング(5) を出てベルトコンベヤ(1) から装置外へ搬出される。基板搬入部の回転方向前方に隣接してケーシング(5) の一側一端にも、シールガス給気路(10)と同じ構造のシールガス給気路(14)が設けられている。
原料ガスの未反応分とキャリアガスとのガス混合物は、排気路(8) を経て装置外へ排出される。シールガスが給気路(10)(14)を経てケーシング(5) 内に吹き込まれる。これによって、外気がケーシング(5) の回転方向前方および基板搬入部からＣＶＤ加熱ゾーン(11)へ流入するのを防ぐことができ、外気に含まれる不純物ガス成分やパーティクルがＣＶＤ加熱ゾーンに混入するのを確実に防ぐことができる。
(1) ：ループ状のベルトコンベヤ
(2) ：キャリアガス流入口
(3) ：原料ガス流入口
(4) ：基板
(5) ：ケーシング
(6) ：延長部
(6a)：偏平ノズル
(8) (13)：排気路
(9) ：予熱ゾーン
(10)(14)：シールガス給気路
(11)：ＣＶＤ加熱ゾーン
(12)：垂直壁
(2) ：キャリアガス流入口
(3) ：原料ガス流入口
(4) ：基板
(5) ：ケーシング
(6) ：延長部
(6a)：偏平ノズル
(8) (13)：排気路
(9) ：予熱ゾーン
(10)(14)：シールガス給気路
(11)：ＣＶＤ加熱ゾーン
(12)：垂直壁
Claims (2)
- 水平に配されたループ状のベルトコンベヤと、コンベヤの一端部上に供給された基板と、コンベヤの一側の長さ中央部から他端円弧部に亘って設けられた基板予熱ゾーンと、コンベヤの他側にその他端部から長さ中央部に亘って設けられたＣＶＤ加熱ゾーンと、コンベヤの他端他側に設けられたキャリアガス流入口と、該キャリアガス流入口内の上部にＣＶＤ加熱ゾーン向きに設けられた原料ガス流入口とを備え、該原料ガス流入口の延長部は、ベルトコンベヤの他端円弧部の他側部の上まで至り、該延長部は基板より幅広なノズルを有する、連続ＣＶＤ装置。
- 原料ガスの未反応分とキャリアガスとのガス混合物を排出する排気路と、排気路に隣接して設けられたシールガス給気路とを備えた請求項１記載の連続ＣＶＤ装置。
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