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JP2011111380A - Apparatus and method for producing carbon nanotube - Google Patents

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JP2011111380A
JP2011111380A JP2009271974A JP2009271974A JP2011111380A JP 2011111380 A JP2011111380 A JP 2011111380A JP 2009271974 A JP2009271974 A JP 2009271974A JP 2009271974 A JP2009271974 A JP 2009271974A JP 2011111380 A JP2011111380 A JP 2011111380A
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Abstract

【課題】プラズマダメージや被処理体(基板)の変形を防ぎ、カーボンナノチューブを成長させることが可能なカーボンナノチューブの製造装置を提供する。
【解決手段】マイクロ波導入手段11を備え、内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入しながら所定の圧力状態を維持する真空処理室10と、前記内部空間にあって、前記マイクロ波導入手段11に付設された平板状のマイクロ波導入窓16に対向配置されるように、平板状の被処理体2を載置する支持体12と、前記支持体に内蔵された温度制御手段13と、を少なくとも備えたカーボンナノチューブの製造装置であって、前記マイクロ波導入窓16から導入したマイクロ波を前記プロセスガスに照射して生起させたプラズマ20から見て、前記被処理体を覆うように、可視光より長い波長をもつ光の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材18が配置されている。
【選択図】図1
A carbon nanotube manufacturing apparatus capable of growing carbon nanotubes while preventing plasma damage and deformation of an object to be processed (substrate).
A vacuum processing chamber (10) that includes a microwave introduction means (11) and maintains a predetermined pressure state while introducing a carbon-containing process gas into the internal space; and the microwave introduction means (11) in the internal space. A support 12 on which the plate-like object 2 is placed and a temperature control means 13 built in the support so as to be opposed to the plate-like microwave introduction window 16 attached thereto. A carbon nanotube manufacturing apparatus comprising at least a carbon nanotube visible from a plasma 20 generated by irradiating the process gas with a microwave introduced from the microwave introduction window 16 so as to cover the object to be processed. A plate material 18 having a transmittance of light having a wavelength longer than light of less than 5% and a porosity of greater than 70% and less than 95% is disposed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能な製造装置及び製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method capable of growing carbon nanotubes inexpensively and easily.

カーボンナノチューブの低温合成においてプラズマCVD法が用いられる。プラズマCVDでは、プラズマによって発生する原料を用いるので、カーボンナノチューブを効率よく成長させるためには、プラズマの出力を可能な限り大きくして原料を多く発生させ、発生した原料がカーボンナノチューブを成長させる基板に到達する前に反応性を失わないようにプラズマと基板との距離を短くすることが望ましい。   Plasma CVD is used in low-temperature synthesis of carbon nanotubes. Since plasma CVD uses raw materials generated by plasma, in order to grow carbon nanotubes efficiently, the output of the plasma is increased as much as possible to generate a large amount of raw materials, and the generated raw materials grow the carbon nanotubes. It is desirable to shorten the distance between the plasma and the substrate so as not to lose reactivity before reaching.

しかしながら、カーボンナノチューブを成長させる基板近傍にプラズマを発生させると、プラズマによる熱や、イオンによるエッチングやスパッタリングの影響によって基板がダメージを受けるほか、カーボンナノチューブの成長が妨げられることがある。そのためプラズマによる成長阻害を防ぐために様々な技術が開発されている。   However, if plasma is generated in the vicinity of a substrate on which carbon nanotubes are grown, the substrate may be damaged by the effects of heat from the plasma, etching or sputtering with ions, and the growth of carbon nanotubes may be hindered. Therefore, various technologies have been developed to prevent growth inhibition by plasma.

例えば特許文献1では、基板からの距離を適度に離したアンテナ先端部にプラズマを発生させることで、プラズマの熱やエッチングの影響なくカーボンナノチューブを成長させている。
ところが、プラズマを発生させるアンテナがプラズマによって蒸発し、アンテナ材料の微粒子が成長させたカーボンナノチューブの不純物として混入する問題がある。
For example, in Patent Document 1, a carbon nanotube is grown without being affected by the heat of plasma or etching by generating plasma at the tip of an antenna that is appropriately separated from the substrate.
However, there is a problem that the antenna that generates plasma evaporates due to the plasma, and the fine particles of the antenna material are mixed as impurities of the grown carbon nanotube.

また、特許文献2、3では、プラズマと基板の間にバイアス電圧を印加したグリッド電極やメッシュ状の遮蔽手段を置いて、プラズマから発生したイオンによるスパッタリングの影響をなくして成長阻害を防いでいる。
しかし、電気的に制御するために別途電源や装置が必要なため装置の製造コストが増加し、またバイアス電圧の条件がカーボンナノチュープの成長条件に加わるため条件がさらに複雑になるため、より安価で簡便な方法が求められている。
In Patent Documents 2 and 3, a grid electrode or a mesh-like shielding means to which a bias voltage is applied is placed between the plasma and the substrate to prevent the growth inhibition by eliminating the influence of sputtering caused by ions generated from the plasma. .
However, since a separate power supply and device are required for electrical control, the manufacturing cost of the device increases, and the bias voltage condition is added to the growth conditions of the carbon nanotube, making the condition more complicated, so it is cheaper. And a simple method is demanded.

特開2006−036593号公報JP 2006-036593 A 特開2005−272284号公報JP 2005-272284 A 特開2005−350342号公報JP 2005-350342 A

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、プラズマの熱やスパッタリングの影響による基板のダメージ、変形を防ぐとともに、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えて、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能なカーボンナノチューブの製造装置を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、プラズマの熱やスパッタリングの影響による基板のダメージ、変形を防ぐとともに、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えて、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能なカーボンナノチューブの製造方法を提供することを第二の目的とする。
The present invention was devised in view of such a conventional situation, and while preventing damage and deformation of the substrate due to the influence of plasma heat and sputtering, it suppresses mixing of impurities and growth inhibition of carbon nanotubes, A first object is to provide an apparatus for producing carbon nanotubes that can be grown inexpensively and easily.
In addition, the present invention prevents carbon from being damaged or deformed due to the effects of plasma heat or sputtering, and suppresses the incorporation of impurities and the growth inhibition of carbon nanotubes, allowing carbon to grow carbon nanotubes easily and inexpensively. A second object is to provide a method for producing a nanotube.

本発明の請求項1に記載のカーボンナノチューブの製造装置は、マイクロ波導入手段を備え、内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入しながら所定の圧力状態を維持する真空処理室と、前記内部空間にあって、前記マイクロ波導入手段に付設された平板状のマイクロ波導入窓に対向配置されるように、平板状の被処理体を載置する支持体と、前記支持体に内蔵された温度制御手段と、を少なくとも備えたカーボンナノチューブの製造装置であって、前記マイクロ波導入窓から導入したマイクロ波を前記プロセスガスに照射して生起させたプラズマから見て、前記被処理体を覆うように、カーボンからなり通気性のある板材が配置されていることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載のカーボンナノチューブの製造装置は、請求項1において、前記板材は移動手段に支持され、前記被処理体に対して相対的に移動可能とされていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載のカーボンナノチューブの製造方法は、真空処理室の内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入し、該プロセスガスにマイクロ波を照射して生起させたプラズマから、支持体に載置された被処理体の表面にカーボンナノチューブを気相成長させるカーボンナノチューブの製造方法であって、前記プラズマと前記被処理体との間に、カーボンからなり通気性のある板材を配置し、前記支持体に内蔵された温度制御手段を用いて前記被処理体を所定の温度範囲に保ちながらカーボンナノチューブを形成すること、を特徴とする。
The apparatus for producing a carbon nanotube according to claim 1 of the present invention includes a vacuum processing chamber that includes a microwave introduction unit and maintains a predetermined pressure state while introducing a carbon-containing process gas into the internal space, and the internal space. A support body on which a flat plate-like object is placed so as to be opposed to a flat plate-like microwave introduction window attached to the microwave introduction means; and a temperature built in the support body. A carbon nanotube manufacturing apparatus comprising at least a control means, which covers the object to be processed as viewed from the plasma generated by irradiating the process gas with the microwave introduced from the microwave introduction window. Further, a plate material made of carbon and having air permeability is arranged.
The carbon nanotube manufacturing apparatus according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in claim 1, the plate material is supported by a moving means and is movable relative to the object to be processed. To do.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a carbon nanotube manufacturing method comprising: introducing a carbon-containing process gas into an internal space of a vacuum processing chamber; and irradiating the process gas with microwaves to generate a support from a plasma A method for producing carbon nanotubes, in which carbon nanotubes are vapor-grown on the surface of a target object placed on the substrate, wherein a breathable plate material made of carbon is disposed between the plasma and the target object. The carbon nanotubes are formed while maintaining the object to be processed in a predetermined temperature range using a temperature control means built in the support.

本発明のカーボンナノチューブの製造装置では、被処理体を所定の温度範囲に保つ温度制御手段が支持体に内蔵されているとともに、被処理体を覆うように、カーボンからなり通気性のある板材が配置されているので、プラズマの熱やスパッタリングの影響により被処理体に与えるダメージや変形を防ぐことができる。また、通気性のある板材が配置されているので、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えることができる。これにより本発明では、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能なカーボンナノチューブの製造装置を提供することができる。
また、本発明のカーボンナノチューブの製造方法では、支持体に内蔵された温度制御手段により被処理体を所定の温度範囲に保つとともに、被処理体を覆うように、カーボンからなり通気性のある板材を配置しているので、プラズマの熱やスパッタリングの影響により被処理体に与えるダメージや変形を防ぐことができる。また、通気性のある板材を配置することで、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えることができる。これにより本発明では、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能なカーボンナノチューブの製造方法を提供することができる。
In the carbon nanotube manufacturing apparatus of the present invention, a temperature control means for keeping the object to be processed in a predetermined temperature range is built in the support, and a breathable plate material made of carbon is provided so as to cover the object to be processed. Since they are arranged, damage and deformation to the object to be processed due to the influence of plasma heat and sputtering can be prevented. Further, since the air-permeable plate material is disposed, it is possible to suppress the mixing of impurities and the inhibition of the growth of carbon nanotubes. Thereby, in this invention, the manufacturing apparatus of the carbon nanotube which can grow a carbon nanotube cheaply and simply can be provided.
In the method for producing carbon nanotubes of the present invention, the object to be treated is kept in a predetermined temperature range by the temperature control means built in the support, and the air-permeable plate material is made of carbon so as to cover the object to be treated. Therefore, it is possible to prevent damage or deformation to the object to be processed due to the influence of plasma heat or sputtering. Further, by arranging a gas-permeable plate material, it is possible to suppress the mixing of impurities and the growth inhibition of carbon nanotubes. Thereby, in this invention, the manufacturing method of the carbon nanotube which can grow a carbon nanotube cheaply and simply can be provided.

本発明のカーボンナノチューブの製造装置の一構成例を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the example of 1 composition of the manufacture device of the carbon nanotube of the present invention.

以下、本発明に係るカーボンナノチューブの製造装置及び製造方法の一実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a carbon nanotube production apparatus and production method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のカーボンナノチューブの製造装置の一構成例を示す模式的断面図である。
このカーボンナノチューブの製造装置1は、マイクロ波の発生部11aとマイクロ波を進行させる誘導部11bから構成されるマイクロ波導入手段11を備え、内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入しながら所定の圧力状態を維持する真空処理室10と、この内部空間にあって、マイクロ波導入手段11に付設された平板状のマイクロ波導入窓16に対向配置されるように、平板状の被処理体(たとえば、基板)2を載置する支持体12と、支持体12に内蔵された温度制御手段13と、を少なくとも備える。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the carbon nanotube production apparatus of the present invention.
The carbon nanotube manufacturing apparatus 1 includes a microwave introduction unit 11 including a microwave generation unit 11a and a guidance unit 11b for advancing microwaves, and introduces a predetermined process gas while introducing a carbon-containing process gas into an internal space. A vacuum processing chamber 10 that maintains a pressure state, and a planar object to be processed (in this internal space, so as to face the planar microwave introduction window 16 attached to the microwave introduction means 11 ( For example, at least a support 12 on which the substrate 2 is placed and a temperature control means 13 built in the support 12 are provided.

また、本発明のカーボンナノチューブの製造装置1は、マイクロ波導入窓16から導入したマイクロ波をプロセスガスに照射して生起させたプラズマ20から見て、被処理体2を覆うように、可視光より長い波長をもつ光(電磁波)の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材18が配置されている。   In addition, the carbon nanotube manufacturing apparatus 1 of the present invention has a visible light so as to cover the workpiece 2 when viewed from the plasma 20 generated by irradiating the process gas with the microwave introduced from the microwave introduction window 16. A plate material 18 having a transmittance of light (electromagnetic wave) having a longer wavelength of less than 5% and a porosity of more than 70% and less than 95% is disposed.

上記構成を備えた製造装置1は、プラズマ20の熱やスパッタリングの影響によって、基板2が受けるダメージや変形を防ぐことができる。また、前記板材18が配置されているので、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えることができる。その結果、本発明のカーボンナノチューブの製造装置1では、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能である。   The manufacturing apparatus 1 having the above configuration can prevent the substrate 2 from being damaged or deformed by the heat of the plasma 20 or the influence of sputtering. Further, since the plate material 18 is disposed, it is possible to suppress the mixing of impurities and the growth inhibition of carbon nanotubes. As a result, the carbon nanotube production apparatus 1 of the present invention can grow carbon nanotubes inexpensively and easily.

本発明のカーボンナノチューブの製造装置1は、マイクロ波プラズマを利用して、基板2(非処理体)表面にカーボンナノチューブを気相成長させる装置である。
真空処理室10は、平板状のマイクロ波導入窓16を備え、内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入しながら所定の圧力状態を維持する。
真空処理室10には、プロセスガスを導入するガス導入手段14と、このプロセスガスを導入しながら所定の圧力状態を維持するための真空排気手段15がそれぞれ接続されている。ガス導入手段14は、ガス管を介して図示しないガス源に連通している。
The carbon nanotube production apparatus 1 of the present invention is an apparatus for vapor-phase growing carbon nanotubes on the surface of a substrate 2 (non-treated body) using microwave plasma.
The vacuum processing chamber 10 includes a flat plate-like microwave introduction window 16 and maintains a predetermined pressure state while introducing a carbon-containing process gas into the internal space.
Connected to the vacuum processing chamber 10 are a gas introduction means 14 for introducing a process gas and a vacuum exhaust means 15 for maintaining a predetermined pressure state while introducing the process gas. The gas introduction means 14 communicates with a gas source (not shown) through a gas pipe.

カーボンナノチューブを被処理体2の被処理面(図1では上面)に気相成長させる際に導入する炭素含有のプロセスガスとしては、メタン(CH)、アセチレン(C)などの炭化水素ガス若しくは気化させたアルコール、または気相成長における希釈と触媒作用のために、これらのガスに水素(H)、アンモニア(NH)、窒素(N)若しくはアルゴン(Ar)のうち少なくとも1つを混合したものが用いられる。好ましくは、メタンなど、加熱した基板温度で分解しないものを用いる。 The carbon-containing process gas introduced when the carbon nanotube is vapor-phase grown on the surface to be processed (upper surface in FIG. 1) of the object 2 is carbonized such as methane (CH 4 ) or acetylene (C 2 H 2 ). Hydrogen gas or vaporized alcohol, or for dilution and catalysis in vapor phase growth, these gases include at least one of hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen (N 2 ), or argon (Ar) A mixture of one is used. Preferably, methane or the like that does not decompose at a heated substrate temperature is used.

この真空処理室10には、たとえば大口径のプラズマを生成するために、基本モードで伝播する小径導波管から、高次モードが複数存在し得る大口径の導波管へ拡大するテーパ型のマイクロ波導入手段11が接続されている。このマイクロ波導入手段11と真空処理室10とは、マイクロ波導入窓16により空間的に仕切られている。   In this vacuum processing chamber 10, for example, in order to generate a large-diameter plasma, a taper-type that expands from a small-diameter waveguide propagating in the fundamental mode to a large-diameter waveguide in which a plurality of higher-order modes can exist. A microwave introducing means 11 is connected. The microwave introduction means 11 and the vacuum processing chamber 10 are spatially separated by a microwave introduction window 16.

支持体12は、真空処理室10の内部空間にあって、マイクロ波導入窓16に対向配置されるように、たとえば平板状の被処理体(以下、基板とも呼ぶ)2を載置する。
ここで、カーボンナノチューブを気相成長させる基板2としては、特に限定されるものではないが、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)等からなり、厚さは例えば20〜100μmである。
また、カーボンナノチューブを成長させる触媒膜の材料としては、たとえば鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含むものが用いられる。
The support 12 is in the internal space of the vacuum processing chamber 10, and places, for example, a plate-like object (hereinafter also referred to as a substrate) 2 so as to be opposed to the microwave introduction window 16.
Here, the substrate 2 on which the carbon nanotubes are vapor-grown is not particularly limited, but is made of titanium (Ti), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), etc., and the thickness is For example, it is 20-100 micrometers.
Further, as a material for the catalyst film for growing carbon nanotubes, for example, a material containing iron (Fe), cobalt (Co), or nickel (Ni) is used.

支持体12には、基板2を所定の温度範囲に保つ温度制御手段13(例えばヒーター)が内蔵されている。
温度制御手段13によって基板2を加熱することで、カーボンナノチューブを気相成長させる際に、基板温度の制御が容易になり、また、低温でカーボンナノチューブを気相成長させることが可能になる。前記基板2が400〜800℃の範囲内の所定温度に保持されるように、温度制御手段13の作動を制御することが好ましい。
なお、支持体12は、電気的に接地された状態が好ましいが、必要に応じて電気的にフローティング状態としてもよい。
The support 12 incorporates temperature control means 13 (for example, a heater) for keeping the substrate 2 in a predetermined temperature range.
When the substrate 2 is heated by the temperature control means 13, when the carbon nanotubes are vapor-phase grown, the substrate temperature can be easily controlled, and the carbon nanotubes can be vapor-grown at a low temperature. It is preferable to control the operation of the temperature control means 13 so that the substrate 2 is maintained at a predetermined temperature within a range of 400 to 800 ° C.
The support 12 is preferably electrically grounded, but may be electrically floating as necessary.

そして本発明のカーボンナノチューブの製造装置1では、前記マイクロ波導入部11から導入したマイクロ波を、前記プロセスガスに照射して生起させたプラズマ20から見て、基板(被処理体)2を覆うように、可視光より長い波長をもつ光(電磁波)の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材18が配置されている。ここで、「可視光より長い波長をもつ光(電磁波)」とは、波長領域が400[nm]〜2500[nm]の光を意味する。また「透過率」とは、板材の(カーボンナノチューブを気相成長させた)面に対して垂直に入射する光の透過率のことを意味する。   In the carbon nanotube production apparatus 1 of the present invention, the substrate (object to be processed) 2 is covered as seen from the plasma 20 generated by irradiating the process gas with the microwave introduced from the microwave introduction unit 11. As described above, the plate member 18 having a transmittance of light (electromagnetic wave) having a wavelength longer than that of visible light of less than 5% and a porosity of greater than 70% and less than 95% is disposed. Here, “light having a wavelength longer than visible light (electromagnetic wave)” means light having a wavelength region of 400 [nm] to 2500 [nm]. Further, “transmittance” means the transmittance of light incident perpendicularly to the surface of the plate (the carbon nanotubes are vapor-grown).

上記板材18における光の透過率が5%以上とした場合には、プラズマから発生した高エネルギー粒子や電磁波の影響を軽減することが不十分であり、カーボンナノチューブの成長に適さない。
また、上記板材18における気孔率が70%以下の場合は、気体の透過性が低いので、カーボンナノチューブの成長に適さない。95%以上では、板材としての構造を保つことが難しい。
このような板材18としては、例えば、通気性炭素板、カーボンペーパー、炭素繊維不織布などが挙げられる。
When the light transmittance of the plate 18 is 5% or more, it is insufficient to reduce the influence of high energy particles and electromagnetic waves generated from plasma, and is not suitable for the growth of carbon nanotubes.
Further, when the porosity of the plate member 18 is 70% or less, the gas permeability is low, which is not suitable for the growth of carbon nanotubes. If it is 95% or more, it is difficult to maintain the structure as a plate material.
Examples of such a plate material 18 include a breathable carbon plate, carbon paper, and carbon fiber nonwoven fabric.

板材18を配置することによって、プラズマの熱が、被処理体を成す基板2に直接伝わらず、熱が通気性の板を拡散して基板2に伝わるか、あるいは殆ど伝わらない状況とすることができる。つまり、従来の問題、すなわち、局所的に熱が加わった影響により、不均一に加熱されて基板2が変形してしまうという問題を解消することができる。
また、板材18を配置することで、プラズマから発生したエネルギーの高いイオンが直接基板2に到達せず、カーボンナノチューブがスパッタリングされず効率よく成長させることもできる。
また、板材18を配置することで、プラズマを発生させるアンテナから蒸発したアンテナ材料が直接基板2に到達せず、不純物微粒子の混入を防ぐことも可能となる。
また、板材18を配置するだけなので、電位を制御するようなグリッド電極を設置するよりはるかに安価で簡便である。
By arranging the plate member 18, the heat of the plasma is not directly transmitted to the substrate 2 constituting the object to be processed, but the heat is diffused through the air-permeable plate and transmitted to the substrate 2 or hardly transmitted. it can. That is, the conventional problem, that is, the problem that the substrate 2 is deformed by being heated unevenly due to the influence of locally applied heat can be solved.
In addition, by arranging the plate member 18, high energy ions generated from the plasma do not directly reach the substrate 2, and the carbon nanotubes can be efficiently grown without being sputtered.
In addition, by arranging the plate member 18, the antenna material evaporated from the antenna that generates plasma does not directly reach the substrate 2, and it is also possible to prevent the mixing of impurity fine particles.
Further, since only the plate member 18 is disposed, it is much cheaper and simpler than installing a grid electrode for controlling the potential.

このように、可視光より長い波長をもつ光(電磁波)の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材18を配置することで、プラズマの熱やスパッタリングの影響により被処理体に与えるダメージや変形を防ぐことができる。また、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えることができる。その結果、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることが可能である。   As described above, by arranging the plate material 18 having a transmittance of light (electromagnetic wave) having a wavelength longer than that of visible light of less than 5% and a porosity of more than 70% and less than 95%, the heat of plasma or sputtering The damage and deformation | transformation which are given to a to-be-processed object by influence can be prevented. In addition, impurities can be prevented and carbon nanotube growth inhibition can be suppressed. As a result, it is possible to grow carbon nanotubes inexpensively and easily.

また、板材18は、移動手段(図示せず)に支持され、基板(被処理体)2に対して相対的に移動可能とされている。移動手段が存在することによって、板材18が交換された場合や、板材18との離間距離を調整する場合に有効となる。ここで、前記「相対的」とは、上下(Z軸(高さ)方向)、左右(X−Y(面内)方向)の何れか一方、あるいは両方が含まれる。   Further, the plate member 18 is supported by a moving means (not shown) and is movable relative to the substrate (object to be processed) 2. The presence of the moving means is effective when the plate member 18 is exchanged or when the distance from the plate member 18 is adjusted. Here, the term “relative” includes one or both of up and down (Z-axis (height) direction) and left and right (XY (in-plane) direction).

次に、以上のような構成のカーボンナノチューブ製造装置1を用いた、カーボンナノチューブの製造方法について説明する。
本発明のカーボンナノチューブの製造方法は、真空処理室10の内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入し、該プロセスガスにマイクロ波を照射して生起させたプラズマ20から、支持体12に載置された基板(被処理体)2の表面にカーボンナノチューブを気相成長させるカーボンナノチューブの製造方法であって、プラズマ20と基板2との間に、カーボンからなり通気性のある板材18を配置し、支持体12に内蔵された温度制御手段13を用いて基板2を所定の温度範囲に保ちながらカーボンナノチューブを形成すること、を特徴とする。
Next, a method for manufacturing carbon nanotubes using the carbon nanotube manufacturing apparatus 1 having the above configuration will be described.
In the method for producing carbon nanotubes of the present invention, a process gas containing carbon is introduced into the internal space of the vacuum processing chamber 10 and is placed on the support 12 from the plasma 20 generated by irradiating the process gas with microwaves. A method for producing carbon nanotubes, in which carbon nanotubes are vapor-grown on the surface of a substrate (object to be processed) 2, and a plate 18 made of carbon and having air permeability is disposed between the plasma 20 and the substrate 2. The carbon nanotubes are formed using the temperature control means 13 incorporated in the support 12 while keeping the substrate 2 in a predetermined temperature range.

本発明のカーボンナノチューブの製造方法では、支持体12に内蔵された温度制御手段13により基板(被処理体)2を所定の温度範囲に保つとともに、基板(被処理体)2を覆うように、カーボンからなり通気性のある板材18を配置しているので、プラズマの熱やスパッタリングの影響により基板2に与えるダメージや変形を防ぐことができる。また、通気性のある板材18を配置することで、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えることができる。その結果、本発明のカーボンナノチューブの製造方法では、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることができる。   In the method for producing carbon nanotubes of the present invention, the substrate (object to be processed) 2 is maintained in a predetermined temperature range by the temperature control means 13 built in the support 12 so that the substrate (object to be processed) 2 is covered. Since the air-permeable plate 18 made of carbon is disposed, damage or deformation to the substrate 2 due to the influence of plasma heat or sputtering can be prevented. Further, by arranging the air-permeable plate 18, it is possible to suppress the mixing of impurities and the growth inhibition of carbon nanotubes. As a result, the carbon nanotube production method of the present invention makes it possible to grow carbon nanotubes inexpensively and easily.

以上、本発明のカーボンナノチューブの製造装置及び製造方法について説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although the manufacturing apparatus and manufacturing method of the carbon nanotube of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these examples, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can change suitably.

図1に示したような製造装置を用いて、基板(被処理体)上にカーボンナノチューブを成長させた。
(実施例1)
基板として、事前にニッケル薄膜を形成したチタン基材(厚さ0.04〜0.1mm)をマイクロ波プラズマCVD装置の、ヒーターが内蔵されたステージ上に配置した。さらに、基板を構成するニッケル薄膜面上に、「可視光より長い波長をもつ光(電磁波)の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材」としてカーボンペーパー(東レ製:TGP−H−120)が載せられた状態として、出力300Wでカーボンペーパーの直上にプラズマを発生させ、CVD法により基板のニッケル薄膜上にカーボンナノチューブを成長させた。
その結果、肉厚の極めて薄い基板を用いても、基板が変形することなく基板の全面に亘ってカーボンナノチューブを成長させることができた。また、本例において作製したカーボンナノチューブの透過率は、200nm〜2500nmの波長領域において1%以下であることが確認された。
Carbon nanotubes were grown on a substrate (object to be processed) using a manufacturing apparatus as shown in FIG.
Example 1
As a substrate, a titanium base material (thickness 0.04 to 0.1 mm) on which a nickel thin film was formed in advance was placed on a stage of a microwave plasma CVD apparatus in which a heater was built. Further, on the surface of the nickel thin film constituting the substrate, carbon paper as “a plate material having a transmittance of light (electromagnetic wave) having a wavelength longer than visible light of less than 5% and a porosity of greater than 70% and less than 95%”. (Toray: TGP-H-120) was put on, plasma was generated immediately above the carbon paper at an output of 300 W, and carbon nanotubes were grown on the nickel thin film of the substrate by the CVD method.
As a result, even when a very thin substrate was used, carbon nanotubes could be grown over the entire surface of the substrate without deformation. Moreover, it was confirmed that the transmittance of the carbon nanotube produced in this example is 1% or less in the wavelength region of 200 nm to 2500 nm.

(比較例1)
基板上にカーボンペーパーを載せなかったこと以外は、実施例1と同じ条件でCVDにより基板上にカーボンナノチューブを成長させた。
その結果、基板がプラズマの熱で変形し、カーボンナノチューブもプラズマから離れた基板端部にしか成長しなかった。プラズマ出力を200Wに下げたところ、基板変形は抑えられたが、基板中央部はスパッタリングによりカーボンナノチューブが成長しなかった。さらにプラズマ出力を100Wにさげたところ、プラズマが不安定になり、カーボンナノチューブは成長しなかった。
(Comparative Example 1)
Carbon nanotubes were grown on the substrate by CVD under the same conditions as in Example 1 except that no carbon paper was placed on the substrate.
As a result, the substrate was deformed by the heat of the plasma, and the carbon nanotubes grew only on the substrate edge away from the plasma. When the plasma output was lowered to 200 W, deformation of the substrate was suppressed, but carbon nanotubes did not grow by sputtering at the center of the substrate. When the plasma output was further reduced to 100 W, the plasma became unstable and the carbon nanotubes did not grow.

(実施例2)
ニッケル薄膜を形成したチタン基板(厚さ0.04〜0.1mm)をマイクロ波プラズマCVD装置の、ヒーターが内蔵されたステージ上に置いた。さらにチタン基板の上にカーボンペーパー(東レ製)を載せ、出力300Wでカーボンペーパーの直上に設置したタングステン製アンテナの先端にプラズマを発生させ、CVDにより基板上にカーボンナノチューブを成長させた。
その結果、アンテナ材料のタングステン微粒子がカーボンナノチューブに混入することなく、また基板も変形することなく全面にカーボンナノチューブを成長させることができた。
(Example 2)
A titanium substrate (thickness 0.04 to 0.1 mm) on which a nickel thin film was formed was placed on a stage in which a heater was built in a microwave plasma CVD apparatus. Further, carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc.) was placed on the titanium substrate, plasma was generated at the tip of a tungsten antenna placed directly on the carbon paper with an output of 300 W, and carbon nanotubes were grown on the substrate by CVD.
As a result, it was possible to grow carbon nanotubes on the entire surface without the tungsten fine particles of the antenna material being mixed into the carbon nanotubes and without deforming the substrate.

(比較例2)
基板上にカーボンペーパーを載せなかったこと以外は、実施例2と同じ条件でCVDにより基板上にカーボンナノチューブを成長させた。
その結果、カーボンナノチューブの上面に、アンテナ材料のタングステン微粒子がカーボンナノチューブに混入してしまった。
(Comparative Example 2)
Carbon nanotubes were grown on the substrate by CVD under the same conditions as in Example 2 except that no carbon paper was placed on the substrate.
As a result, tungsten fine particles of the antenna material were mixed into the carbon nanotubes on the upper surface of the carbon nanotubes.

以上の結果から明らかなように、基板を覆うように、カーボンからなり通気性のある板材を配置した実施例1,2では、プラズマの熱やスパッタリングの影響により基板に与えるダメージや変形を防ぐことができた。また、不純物の混入やカーボンナノチューブの成長阻害を抑えることができた。
これに対し、板材を配置しなかった比較例1,2では、プラズマの熱やスパッタリングの影響により基板がダメージを受け変形してしまった。また、不純物が混入したりカーボンナノチューブの成長が阻害されてしまった。
したがって、本発明では、安価で簡便にカーボンナノチューブを成長させることができることがわかった。
As is clear from the above results, in Examples 1 and 2, in which a breathable plate material made of carbon is arranged so as to cover the substrate, damage and deformation to the substrate due to the effects of plasma heat and sputtering are prevented. I was able to. In addition, the contamination of impurities and the growth inhibition of carbon nanotubes could be suppressed.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which no plate material was arranged, the substrate was damaged and deformed by the influence of plasma heat and sputtering. In addition, impurities are mixed in and the growth of carbon nanotubes is inhibited.
Therefore, it has been found that carbon nanotubes can be grown easily and inexpensively in the present invention.

本発明は、カーボンナノチューブの製造装置及び製造方法に広く適用可能である。   The present invention is widely applicable to a carbon nanotube manufacturing apparatus and manufacturing method.

1 製造装置、2 基板(被処理体)、10 真空処理室、11 マイクロ波導入部、12 支持体、13 温度制御手段、14 ガス導入手段、15 真空排気手段、18 板材、20 プラズマ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus, 2 Substrate (object to be processed), 10 Vacuum processing chamber, 11 Microwave introduction part, 12 Support body, 13 Temperature control means, 14 Gas introduction means, 15 Vacuum exhaust means, 18 Plate material, 20 Plasma.

Claims (3)

マイクロ波導入手段を備え、内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入しながら所定の圧力状態を維持する真空処理室と、
前記内部空間にあって、前記マイクロ波導入手段に付設された平板状のマイクロ波導入窓に対向配置されるように、平板状の被処理体を載置する支持体と、
前記支持体に内蔵された温度制御手段と、を少なくとも備えたカーボンナノチューブの製造装置であって、
前記マイクロ波導入窓から導入したマイクロ波を前記プロセスガスに照射して生起させたプラズマから見て、前記被処理体を覆うように、可視光より長い波長をもつ光の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材が配置されていることを特徴とするカーボンナノチューブの製造装置。
A vacuum processing chamber provided with microwave introduction means and maintaining a predetermined pressure state while introducing a carbon-containing process gas into the internal space;
A support in which the plate-like object is placed so as to be opposed to the plate-like microwave introduction window attached to the microwave introduction means in the internal space;
A temperature control means built in the support, and at least a carbon nanotube production apparatus comprising:
The transmittance of light having a wavelength longer than visible light is less than 5% so as to cover the object to be processed as seen from the plasma generated by irradiating the process gas with the microwave introduced from the microwave introduction window The carbon nanotube production apparatus is characterized in that a plate material having a porosity of greater than 70% and less than 95% is disposed.
前記板材は移動手段に支持され、前記被処理体に対して相対的に移動可能とされていることを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノチューブの製造装置。   2. The carbon nanotube manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the plate member is supported by a moving means and is movable relative to the object to be processed. 真空処理室の内部空間に炭素含有のプロセスガスを導入し、該プロセスガスにマイクロ波を照射して生起させたプラズマから、支持体に載置された被処理体の表面にカーボンナノチューブを気相成長させるカーボンナノチューブの製造方法であって、
前記プラズマと前記被処理体との間に、可視光より長い波長をもつ光の透過率が5%未満で、気孔率が70%より大きく95%未満である板材を配置し、前記支持体に内蔵された温度制御手段を用いて前記被処理体を所定の温度範囲に保ちながらカーボンナノチューブを形成すること、を特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。
A carbon-containing process gas is introduced into the internal space of the vacuum processing chamber, and carbon nanotubes are vapor-phased on the surface of the target object mounted on the support from the plasma generated by irradiating the process gas with microwaves. A method for producing carbon nanotubes to be grown, comprising:
A plate material having a transmittance of light having a wavelength longer than visible light of less than 5% and a porosity of greater than 70% and less than 95% is disposed between the plasma and the object to be processed, A method for producing carbon nanotubes, characterized in that carbon nanotubes are formed while maintaining the object to be treated in a predetermined temperature range using a built-in temperature control means.
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