特許 5754763 化学気相成長装置および化学気相成長方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5754763

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】化学気相成長装置および化学気相成長方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20150709BHJP

   C01B 31/02 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   C01B31/02 101F

【請求項の数】12

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2010-184771(P2010-184771)

(22)【出願日】2010年8月20日

(65)【公開番号】特開2012-41607(P2012-41607A)

(43)【公開日】2012年3月1日

【審査請求日】2013年5月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】古市 考次

(72)【発明者】

【氏名】野田 優

【審査官】 安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０９２７８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１７３２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１０５６４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｃ０１Ｂ ３１／００−３１／３６

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に触媒を配置した基板の一部を覆うヘッドと、
前記ヘッドに炭素源ガスを供給する炭素源ノズルと、
前記ヘッドに還元ガスを供給する還元ノズルと、
前記基板に対して前記ヘッドを所定の方向に所定の速度で相対的に移動させる移動部と、
前記基板に対して前記ヘッドが相対的に移動される間、前記基板の表面のうち、前記ヘッドに対向し、かつ、前記触媒が配置された領域を加熱する加熱部と、
を備え、
前記ヘッドは、前記炭素源ノズルから供給された炭素源ガスを前記基板の対向する領域に供給する炭素源室、および、前記還元ノズルから供給された還元ガスを前記基板の対向する領域に供給する還元室、を備え、
前記炭素源室および前記還元室は、前記基板に近接するように前記ヘッドに設けられた仕切壁を挟み込んで設けられ、
前記炭素源室および前記還元室の前記仕切壁を除く周囲には、前記基板に近接するようにスカートが突出して形成され、
前記還元室は、前記基板に対する前記ヘッドの相対移動方向に沿って前記炭素源室よりも前段側に設けられ、
前記加熱部は、前記炭素源室または前記還元室の全部が前記基板と対向しているときに、前記触媒が配置された領域を加熱することを特徴とする化学気相成長装置。

【請求項2】

請求項１記載の化学気相成長装置において、
前記仕切壁に、排気またはアルゴンガスの供給を行う雰囲気遮断ノズルを設けることを特徴とする化学気相成長装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の化学気相成長装置において、
前記炭素源室および前記還元室から炭素源ガスおよび還元ガスをそれぞれ供給している間の前記還元室内の圧力は前記炭素源室内の圧力よりも高圧であることを特徴とする化学気相成長装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の化学気相成長装置において、
前記ヘッドの前記スカートおよび前記仕切壁と前記基板との間隔は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、
前記移動部は、前記基板に対して前記ヘッドを１０ｍｍ／秒以上１０００ｍｍ／秒以下の速度で相対的に移動させることを特徴とする化学気相成長装置。

【請求項5】

請求項４記載の化学気相成長装置において、
前記移動部は、前記基板をローラによって搬送するローラコンベア機構を備え、
前記加熱部は、触媒を載置する線状部材に電圧を印加して通電加熱する通電部を備え、
前記ローラコンベア機構による前記基板の搬送に同期させて前記通電部を移動させる通電部移動機構をさらに備えることを特徴とする化学気相成長装置。

【請求項6】

請求項４記載の化学気相成長装置において、
前記移動部は、前記基板の下面から気体を噴出することによって前記基板を浮上させつつ搬送する浮上搬送機構を備えることを特徴とする化学気相成長装置。

【請求項7】

表面に触媒を配置した基板の一部を覆うヘッドを前記基板に対して所定の方向に所定の速度で相対的に移動させる移動工程と、
前記ヘッドに設けられた還元室から還元ガスを前記基板の対向する領域に供給する還元ガス供給工程と、
前記基板の還元ガスが供給された領域に、前記ヘッドに設けられた炭素源室から炭素源ガスを供給する炭素源ガス供給工程と、
前記基板に対して前記ヘッドが相対的に移動される間、前記基板の表面のうち、前記ヘッドに対向し、かつ、前記触媒が配置された領域を加熱する加熱工程と、
を備え、
前記炭素源室および前記還元室は、前記基板に近接するように前記ヘッドに設けられた仕切壁を挟み込んで設けられ、
前記炭素源室および前記還元室の前記仕切壁を除く周囲には、前記基板に近接するようにスカートが突出して形成され、
前記加熱工程は、前記炭素源室または前記還元室の全部が前記基板と対向しているときに、前記触媒が配置された領域を加熱することを特徴とする化学気相成長方法。

【請求項8】

請求項７記載の化学気相成長方法において、
前記還元ガス供給工程にて還元ガスが供給された領域が大気に暴露されることなく前記炭素源ガス供給工程に移行して当該領域に炭素源ガスを供給することを特徴とする化学気相成長方法。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載の化学気相成長方法において、
前記炭素源室および前記還元室から炭素源ガスおよび還元ガスをそれぞれ供給している間の前記還元室内の圧力は前記炭素源室内の圧力よりも高圧であることを特徴とする化学気相成長方法。

【請求項10】

請求項７から請求項９のいずれかに記載の化学気相成長方法において、
前記ヘッドの前記スカートおよび前記仕切壁と前記基板との間隔は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、
前記基板に対して前記ヘッドを１０ｍｍ／秒以上１０００ｍｍ／秒以下の速度で相対的に移動させることを特徴とする化学気相成長方法。

【請求項11】

請求項１０記載の化学気相成長方法において、
前記移動工程は、ローラによって前記基板を搬送し、
前記加熱工程は、通電部によって触媒を載置する線状部材に電圧を印加して通電加熱を行い、
前記ローラによる前記基板の搬送に同期させて前記通電部を移動させることを特徴とする化学気相成長方法。

【請求項12】

請求項１０記載の化学気相成長方法において、
前記移動工程は、前記基板の下面から気体を噴出することによって前記基板を浮上させつつ搬送することを特徴とする化学気相成長方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒を配置した大面積の基板上にカーボンナノチューブを形成する化学気相成長装置および化学気相成長方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイよりも表示特性の優れた電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Field Emission Display）の開発が進められている。電界放出ディスプレイは、表示特性が優れるだけでなく、電界電子放出を用いるため効率が良く低消費電力であり、発熱も少ない。

【0003】

このような電界放出ディスプレイのエミッタとしてカーボンナノチューブを用いる技術が注目されている。従来、カーボンナノチューブを形成するにあたっては、処理チャンバーなどの反応容器内で長時間、化学気相成長を行う必要があった（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−３５３７９号公報

【特許文献2】特開２００１−２３４３４１号公報

【特許文献3】特開２００５−２３９４９４号公報

【特許文献4】特開２００７−１１２６７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の化学気相成長技術においては、処理チャンバー内に基板を収容してカーボンナノチューブを合成するため、基板のサイズに合わせて処理チャンバーの大きさを設計する必要があった。特に、電界放出ディスプレイ用途の大型基板となると、処理チャンバーの著しい大型化は避けられない。処理チャンバーが大型化すると、装置コスト自体が高くなる他に、ガスの置換や加熱に長時間を要するため、スループットが低下するという問題が生じる。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、大面積の基板であっても短時間にカーボンナノチューブを形成することができる化学気相成長方法および化学気相成長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、請求項１の発明は、化学気相成長装置において、表面に触媒を配置した基板の一部を覆うヘッドと、前記ヘッドに炭素源ガスを供給する炭素源ノズルと、前記ヘッドに還元ガスを供給する還元ノズルと、前記基板に対して前記ヘッドを所定の方向に所定の速度で相対的に移動させる移動部と、前記基板に対して前記ヘッドが相対的に移動される間、前記基板の表面のうち、前記ヘッドに対向し、かつ、前記触媒が配置された領域を加熱する加熱部と、を備え、前記ヘッドは、前記炭素源ノズルから供給された炭素源ガスを前記基板の対向する領域に供給する炭素源室、および、前記還元ノズルから供給された還元ガスを前記基板の対向する領域に供給する還元室、を備え、前記炭素源室および前記還元室は、前記基板に近接するように前記ヘッドに設けられた仕切壁を挟み込んで設けられ、前記炭素源室および前記還元室の前記仕切壁を除く周囲には、前記基板に近接するようにスカートが突出して形成され、前記還元室は、前記基板に対する前記ヘッドの相対移動方向に沿って前記炭素源室よりも前段側に設けられ、前記加熱部は、前記炭素源室または前記還元室の全部が前記基板と対向しているときに、前記触媒が配置された領域を加熱することを特徴とする。

【0009】

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る化学気相成長装置において、前記仕切壁に、排気またはアルゴンガスの供給を行う雰囲気遮断ノズルを設けることを特徴とする。

【0010】

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る化学気相成長装置において、前記炭素源室および前記還元室から炭素源ガスおよび還元ガスをそれぞれ供給している間の前記還元室内の圧力は前記炭素源室内の圧力よりも高圧であることを特徴とする。

【0011】

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る化学気相成長装置において、前記ヘッドの前記スカートおよび前記仕切壁と前記基板との間隔は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、前記移動部は、前記基板に対して前記ヘッドを１０ｍｍ／秒以上１０００ｍｍ／秒以下の速度で相対的に移動させることを特徴とする。

【0012】

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る化学気相成長装置において、前記移動部は、前記基板をローラによって搬送するローラコンベア機構を備え、前記加熱部は、触媒を載置する線状部材に電圧を印加して通電加熱する通電部を備え、前記ローラコンベア機構による前記基板の搬送に同期させて前記通電部を移動させる通電部移動機構をさらに備えることを特徴とする。

【0013】

また、請求項６の発明は、請求項４の発明に係る化学気相成長装置において、前記移動部は、前記基板の下面から気体を噴出することによって前記基板を浮上させつつ搬送する浮上搬送機構を備えることを特徴とする。

【0014】

また、請求項７の発明は、化学気相成長方法において、表面に触媒を配置した基板の一部を覆うヘッドを前記基板に対して所定の方向に所定の速度で相対的に移動させる移動工程と、前記ヘッドに設けられた還元室から還元ガスを前記基板の対向する領域に供給する還元ガス供給工程と、前記基板の還元ガスが供給された領域に、前記ヘッドに設けられた炭素源室から炭素源ガスを供給する炭素源ガス供給工程と、前記基板に対して前記ヘッドが相対的に移動される間、前記基板の表面のうち、前記ヘッドに対向し、かつ、前記触媒が配置された領域を加熱する加熱工程と、を備え、前記炭素源室および前記還元室は、前記基板に近接するように前記ヘッドに設けられた仕切壁を挟み込んで設けられ、前記炭素源室および前記還元室の前記仕切壁を除く周囲には、前記基板に近接するようにスカートが突出して形成され、前記加熱工程は、前記炭素源室または前記還元室の全部が前記基板と対向しているときに、前記触媒が配置された領域を加熱することを特徴とする。

【0015】

また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る化学気相成長方法において、前記還元ガス供給工程にて還元ガスが供給された領域が大気に暴露されることなく前記炭素源ガス供給工程に移行して当該領域に炭素源ガスを供給することを特徴とする。

【0016】

また、請求項９の発明は、請求項７または請求項８の発明に係る化学気相成長方法において、前記炭素源室および前記還元室から炭素源ガスおよび還元ガスをそれぞれ供給している間の前記還元室内の圧力は前記炭素源室内の圧力よりも高圧であることを特徴とする。

【0017】

また、請求項１０の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る化学気相成長方法において、前記ヘッドの前記スカートおよび前記仕切壁と前記基板との間隔は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、前記基板に対して前記ヘッドを１０ｍｍ／秒以上１０００ｍｍ／秒以下の速度で相対的に移動させることを特徴とする。

【0018】

また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る化学気相成長方法において、前記移動工程は、ローラによって前記基板を搬送し、前記加熱工程は、通電部によって触媒を載置する線状部材に電圧を印加して通電加熱を行い、前記ローラによる前記基板の搬送に同期させて前記通電部を移動させることを特徴とする。

【0019】

また、請求項１２の発明は、請求項１０の発明に係る化学気相成長方法において、前記移動工程は、前記基板の下面から気体を噴出することによって前記基板を浮上させつつ搬送することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

請求項１から請求項６の発明によれば、表面に触媒を配置した基板の一部を覆うヘッドを基板に対して所定の方向に所定の速度で相対的に移動させるため、大面積の基板であっても短時間にカーボンナノチューブを形成することができる。また、炭素源ノズルから供給された炭素源ガスを基板の対向する領域に供給する炭素源室、および、還元ノズルから供給された還元ガスを基板の対向する領域に供給する還元室、をヘッドに備え、基板に対するヘッドの相対移動方向に沿って還元室を炭素源室よりも前段側に設けるため、まず触媒の表面に還元処理を行って活性な表面状態を回復し、その活性な表面を有する触媒に炭素源ガスを供給することとなるため、カーボンナノチューブを適切に形成することができる。さらに、炭素源室および還元室は、基板に近接するようにヘッドに設けられた仕切壁を挟み込んで設けられるため、還元室にて還元された触媒は再度大気雰囲気に暴露されて酸化されることなく、炭素源室の炭素源ガス雰囲気に投入されることとなり、触媒の表面酸化によってカーボンナノチューブの適切な成長が阻害されるのを防止することができる。

【0022】

特に、請求項２の発明によれば、仕切壁に排気またはアルゴンガスの供給を行う雰囲気遮断ノズルを設けるため、炭素源室と還元室との雰囲気が分離され、処理中に炭素源室から還元室に炭素源ガスが流入して還元が不十分な触媒の表面に炭素源ガスが作用することが防止される。

【0023】

特に、請求項３の発明によれば、炭素源室および還元室から炭素源ガスおよび還元ガスをそれぞれ供給している間の還元室内の圧力は炭素源室内の圧力よりも高圧であるため、処理中に炭素源室から還元室に炭素源ガスが流入して還元が不十分な触媒の表面に炭素源ガスが作用することが防止される。

【0024】

また、請求項７から請求項１２の発明によれば、表面に触媒を配置した基板の一部を覆うヘッドを基板に対して所定の方向に所定の速度で相対的に移動させるため、大面積の基板であっても短時間にカーボンナノチューブを形成することができる。また、基板の還元ガスが供給された領域に炭素源ガスを供給するため、まず触媒の表面に還元処理を行って活性な表面状態を回復し、その活性な表面を有する触媒に炭素源ガスを供給することとなるため、カーボンナノチューブを適切に形成することができる。

【0025】

特に、請求項９の発明によれば、還元ガス供給工程にて還元ガスが供給された領域が大気に暴露されることなく炭素源ガス供給工程に移行して当該領域に炭素源ガスを供給するため、触媒の再度の表面酸化によってカーボンナノチューブの適切な成長が阻害されるのを防止することができる。

【0026】

特に、請求項１０の発明によれば、炭素源室および還元室から炭素源ガスおよび還元ガスをそれぞれ供給している間の還元室内の圧力は炭素源室内の圧力よりも高圧であるため、処理中に炭素源室から還元室に炭素源ガスが流入して還元が不十分な触媒の表面に炭素源ガスが作用することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１実施形態の化学気相成長装置の全体概略構成を示す正面図である。

【図2】図１の化学気相成長装置の平面図である。

【図3】化学気相成長装置を図２のＣ−Ｃ断面から見た図である。

【図4】ヘッドを底面から見た図である。

【図5】ヘッドを図４のＡ−Ａ断面から見た図である。

【図6】ヘッドに対する給排気機構を説明するための図である。

【図7】化学気相成長装置における処理動作の手順を示すフローチャートである。

【図8】表面に触媒を配置した基板の一例を示す図である。

【図9】細線を配置した基板の一部領域を拡大した断面図である。

【図10】細線への通電制御を説明するための図である。

【図11】細線への通電制御を説明するための図である。

【図12】細線への通電制御を説明するための図である。

【図13】細線への通電制御を説明するための図である。

【図14】細線への通電制御を説明するための図である。

【図15】細線への通電制御を説明するための図である。

【図16】細線への通電制御を説明するための図である。

【図17】細線への通電制御を説明するための図である。

【図18】細線に対する印加電圧を示すタイミングチャートの一例である。

【図19】第２実施形態の浮上搬送機構を示す斜視図である。

【図20】ヘッドの直下に設けられた浮上搬送ユニットを示す図である。

【図21】ヘッドの他の例を示す図である。

【図22】図２１のヘッドをＢ−Ｂ断面から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0029】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の化学気相成長装置１の全体概略構成を示す正面図である。また、図２は、化学気相成長装置１の平面図である。また、図３は、化学気相成長装置１を図２のＣ−Ｃ断面から見た図である。図１および以降の各図においては、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法を誇張して描いている。

【0030】

本発明に係る化学気相成長装置１は、表面に触媒を配置した基板（ガラス基板）にアセチレンなどの炭素源ガスを供給しつつ加熱処理も行ってカーボンナノチューブを形成する装置である。化学気相成長装置１は、主たる構成として筐体１０の内部に、ローラコンベア２０、ヘッド３０および給電ユニット６０を備えている。

【0031】

ローラコンベア２０は、複数のローラ２１およびそれらの一部または全部を回転させるモータ（図示省略）を備えて構成されている。所定数の一組のローラ２１がＸ方向に沿って設けられた１本の回転軸２２に取り付けられている。そのような回転軸２２がＹ方向に沿って複数配列されることにより、ＸＹ平面に複数のローラ２１が配置される。複数のローラ２１が回転することによって、ローラ２１に支持された基板ＷがＹ方向に沿って搬送されることとなる。すなわち、複数のローラ２１の頂点によって形成される平面が基板Ｗの搬送平面である。なお、本実施形態においては、（−Ｙ）側から（＋Ｙ）側に向けて基板Ｗが搬送される。

【0032】

略直方体形状のヘッド３０は、支持ブロック３１によって基板Ｗの搬送平面よりも上方に固定設置されている。図４は、ヘッド３０を底面から（基板Ｗ側から）見た図である。また、図５は、ヘッド３０を図４のＡ−Ａ断面から見た図である。ヘッド３０の底面側には２つの凹部が形成されている。２つの凹部のうちの一方が還元室４０であり、他方が炭素源室５０である。なお、還元室４０および炭素源室５０の双方を総称して処理室とする。

【0033】

還元室４０の中央にはＸ方向（基板Ｗの幅方向）に沿ってスリット状の還元ノズル４２が形成されている。同様に、炭素源室５０の中央にはＸ方向に沿ってスリット状の炭素源ノズル５２が形成されている。還元室４０と炭素源室５０とは仕切壁４９によって分離されている。すなわち、還元室４０および炭素源室５０は、仕切壁４９を挟み込んで隣り合うように設けられている。第１実施形態において、仕切壁４９の幅は２ｍｍである。

【0034】

還元室４０および炭素源室５０の周囲（仕切壁４９を除く周囲）は、それぞれスカート４８およびスカート５８として規定される。スカート４８，５８の下端高さ位置と仕切壁４９の下端高さ位置とは等しい。これらスカート４８，５８および仕切壁４９は、ノズル４２，５２よりも基板Ｗに近接するように、突出して形成されている。基板Ｗの処理中、すなわちヘッド３０の下方を基板Ｗが通過しているときのスカート４８，５８および仕切壁４９の下端と基板Ｗの表面との間隔は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下（本実施形態では０．２ｍｍ）である。このため、還元室４０および炭素源室５０と基板Ｗとの隙間から流出するガスは最小限に抑制される。ヘッド３０と基板Ｗとの間隔が０．０１ｍｍ未満であるとヘッド３０と基板Ｗとが接触するおそれがあり、１ｍｍより大きいと還元室４０および炭素源室５０から漏出するガス量が多くなる。なお、第１実施形態において、少なくともＸ方向に沿った（仕切壁４９と平行な）スカート４８，５８の幅は２ｍｍである。

【0035】

ヘッド３０の（−Ｙ）側端部および（＋Ｙ）側端部にはＸ方向に沿って排気ノズル５９が形成されている。排気ノズル５９もスリット状のノズルであり、還元室４０および炭素源室５０から流出したガスを吸引する。

【0036】

図６は、ヘッド３０に対する給排気機構を説明するための図である。還元ノズル４２は、還元ガス配管４３によって還元ガス供給源４６と連通接続されている。還元ガス配管４３の経路途中にはガスバルブ４４およびマスフローコントローラ４５が介挿されている。ガスバルブ４４を開放することによって、還元ガス供給源４６から還元ノズル４２に還元ガスが送給される。さらに、送給された還元ガスはスリット状の還元ノズル４２から還元室４０内に供給される。還元室４０に供給される還元ガスの流量はマスフローコントローラ４５によって調整される。ここで、還元ガスとしては、水素ガス（Ｈ₂）とアルゴンガス（Ａｒ）との混合ガスが用いられる。

【0037】

炭素源ノズル５２は、炭素源ガス配管５３によって炭素源ガス供給源５６と連通接続されている。炭素源ガス配管５３の経路途中にはガスバルブ５４およびマスフローコントローラ５５が介挿されている。ガスバルブ５４を開放することによって、炭素源ガス供給源５６から炭素源ノズル５２に炭素源ガスが送給される。さらに、送給された炭素源ガスはスリット状の炭素源ノズル５２から炭素源室５０内に供給される。炭素源室５０に供給される炭素源ガスの流量はマスフローコントローラ５５によって調整される。ここで、炭素源ガスとしては、アセチレンガス（Ｃ₂Ｈ₂）とアルゴンガス（Ａｒ）との混合ガスが用いられる。炭素源ガスにはさらに水素ガスを混入するようにしても良い。

【0038】

排気ノズル５９は、排気配管３３によって排気機構３６と連通接続されている。排気配管３３の経路途中には排気バルブ３４が介挿されている。排気バルブ３４を開放することによって、排気ノズル５９からヘッド３０のＹ方向両端付近の雰囲気および仕切壁４９付近の雰囲気を吸引して排気することができる。

【0039】

図５に示すように、第１実施形態においては、Ｙ方向が基板搬送方向であり、（−Ｙ）側から（＋Ｙ）側に向けて基板Ｗが搬送される。そして、還元室４０は炭素源室５０よりも（−Ｙ）側に設けられている。すなわち、基板Ｗは還元室４０から炭素源室５０に向けて搬送されることとなり、基板Ｗの搬送方向に沿って還元室４０は炭素源室５０よりも前段側に設けられている。

【0040】

還元室４０の下方を基板Ｗが通過しているときにガスバルブ４４を開放すると、還元ノズル４２から供給された還元ガスが還元室４０に対向する基板Ｗの領域に供給される。還元室４０からスカート４８と基板Ｗとの隙間を通過して流出した還元ガスは排気ノズル５９によって吸引回収される。同様に、炭素源室５０の下方を基板Ｗが通過しているときにガスバルブ５４を開放すると、炭素源ノズル５２から供給された炭素源ガスが炭素源室５０に対向する基板Ｗの領域に供給される。炭素源室５０からスカート５８と基板Ｗとの隙間を通過して流出した炭素源ガスは排気ノズル５９によって吸引回収される。

【0041】

ところで、スカート４８，５８の下端高さ位置と仕切壁４９の下端高さ位置とは等しいため、還元ガスがスカート４８を越えて還元室４０から流出するときには、仕切壁４９を越えて還元室４０から炭素源室５０に還元ガスが流入する可能性もある。同様に、炭素源ガスがスカート５８を越えて炭素源室５０から流出するときには、仕切壁４９を越えて炭素源室５０から還元室４０に炭素源ガスが流入する可能性もある。還元室４０および炭素源室５０の双方の下方を基板Ｗが通過しているときには、還元ガスおよび炭素源ガスがともに供給されている。

【0042】

ここで、本実施形態においては、還元室４０および炭素源室５０から還元ガスおよび炭素源ガスをそれぞれ供給している間の還元室４０内の圧力が炭素源室５０内の圧力よりも高圧となるようにしている。具体的には、マスフローコントローラ４５，５５によって還元室４０への還元ガスの供給流量が炭素源室５０への炭素源ガスの供給流量よりも多くなるようにしている。これにより、ヘッド３０から還元ガスおよび炭素源ガスがともに供給されているときには、還元室４０の方が炭素源室５０よりも高圧となり、還元室４０から仕切壁４９を越えて炭素源室５０に還元ガスが若干流入する可能性がある。逆に、炭素源室５０から仕切壁４９を越えて還元室４０に炭素源ガスが流入することは完全に防止される。なお、炭素源室５０内の圧力はヘッド３０外部の大気圧よりは高圧である。また、還元室４０および炭素源室５０への還元ガスおよび炭素源ガスのそれぞれの供給流量はペクレ数が１０以上となるようにマスフローコントローラ４５，５５によって流量調整している。

【0043】

図１〜３に戻り、化学気相成長装置１の筐体１０の内部には一対の給電ユニット６０が設けられている。一対の給電ユニット６０は、処理対象となる基板Ｗの搬送方向に沿った両側端部の上側に相対向して設けられている。給電ユニット６０の下部には複数のプローブ６６が設けられている。複数のプローブ６６のそれぞれは、基板Ｗの表面に配置された後述の電極パッドに接触する。一対の給電ユニット６０は、複数のプローブ６６を介して基板Ｗ上の電極パッドに電圧を印加する。また、給電ユニット６０には、図示を省略する可撓性の給電コードから電力供給がなされる。

【0044】

給電ユニット６０は、Ｙ方向に沿って延設されたボールネジ６２に螺合されている。ボールネジ６２はモータ６４によって回転される。モータ６４がボールネジ６２を正方向または逆方向に回転させると、給電ユニット６０がＹ方向に沿ってスライド移動する。給電ユニット６０は、ローラコンベア２０による基板Ｗの搬送に同期してスライド移動する。従って、基板Ｗが筐体１０の内部にてローラコンベア２０によって搬送されている間は、その基板Ｗの上方には常に一対の給電ユニット６０が存在して基板Ｗと等速でＹ方向に移動している。このため、給電ユニット６０は、基板Ｗ上の電極パッドが任意の位置を通過する時点で当該電極パッドに電圧を印加することができる。なお、ヘッド３０を保持する支持ブロック３１には、給電ユニット６０が通過するための溝部３２が設けられている。

【0045】

また、化学気相成長装置１には制御部９０が設けられている（図１参照）。制御部９０は、化学気相成長装置１に設けられた種々の動作機構を制御する。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクなどを備えている。

【0046】

次に、上記構成を有する化学気相成長装置１における動作手順について説明する。図７は、化学気相成長装置１における処理動作の手順を示すフローチャートである。まず、カーボンナノチューブを形成する対象となる基板Ｗを準備する（ステップＳ１）。カーボンナノチューブを形成するためには、下地となる基板Ｗ上に触媒を配置する必要がある。第１実施形態においては、ガラスの基板Ｗ上に発熱体として機能するクロム（Ｃｒ）の線状部材を複数配置し、その線状部材を含む基板Ｗ上にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の支持体層を形成し、さらにその支持体層の上に鉄（Ｆｅ）の触媒を配置する。

【0047】

図８は、表面に触媒を配置した基板Ｗの一例を示す図である。同図に示すように、基板Ｗの表面にはクロムの配線パターンが形成されている。このような配線パターンは、例えば、ガラスの基板Ｗの表面に蒸着またはめっきなどによってクロムの薄膜を成膜し、フォトリソグラフィの技法を用いてパターンのマスクを形成し、その後エッチングによって不要なクロム膜を除去することにより形成することができる。クロムの配線パターンを他の手法によって形成しても良いことは勿論である。

【0048】

図８の配線パターンは、２つの基幹電極８１ａ，８１ｂの間を複数の細線（線状部材）８０で連結して構成されている。本実施形態においては、クロムの細線８０および基幹電極８１ａ，８１ｂの膜厚を１００ｎｍとしている。一対の基幹電極８１ａ，８１ｂの間に配置された複数の細線８０はメッシュ状をなしており、各細線８０の幅は１μｍ、隣り合う細線８０同士の間隔は９μｍである。また、各細線８０の長さ（すなわち、基幹電極８１ａと基幹電極８１ｂとの間隔）は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0049】

基板Ｗの幅方向（Ｘ方向）両端部において、基幹電極８１ａ，８１ｂにはそれぞれ電極パッド８２ａ，８２ｂが配置されている。これら電極パッド８２ａ，８２ｂのそれぞれには給電ユニット６０のプローブ６６が接触する。電極パッド８２ａ，８２ｂは、例えば銀（Ａｇ）にて形成すれば良い。

【0050】

図８に示すように、２つの基幹電極８１ａ，８１ｂの間に複数の細線８０を配置して構成される配線パターンを基板Ｗの表面にＹ方向に沿って繰り返し形成している。図９は、細線８０を配置した基板Ｗの一部領域を拡大した断面図である。細線８０を含む基板Ｗの上面には、アルミナの支持体層８５が形成される。このアルミナの支持体層８５はクロムの細線８０と鉄の触媒との合金化を防ぐためのものである。そして、支持体層８５の表面に鉄の触媒８７の粒子が配置されている。このようにして、カーボンナノチューブを形成する対象となる基板Ｗが用意され、複数のクロムの細線８０の上にアルミナの支持体層８５を挟んで配置された鉄の触媒８７がカーボンナノチューブ形成の触媒として機能する。なお、配線パターンのサイズおよび形状は上記に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。また、カーボンナノチューブ形成のための触媒としては、鉄に限定されるものではなく、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）のうち少なくとも一つを含む金属であれば利用可能である。また、発熱体を構成する細線８０の材質はクロムに限定されるものではなく、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性材料を利用することが可能である。

【0051】

図８，図９に示す如き表面に触媒８７を配置した基板Ｗを搬入口１１（図１，２参照）から化学気相成長装置１内に搬入し、ローラコンベア２０によって基板Ｗの搬送を開始する（ステップＳ２）。第１実施形態では、静止状態のヘッド３０に対して基板Ｗが搬送される。ローラコンベア２０は、基板ＷをＹ方向に沿って（＋Ｙ）側に向けて一定速度で搬送する。ローラコンベア２０による基板Ｗの搬送速度は１０ｍｍ／秒以上１０００ｍｍ／秒以下であり、本実施形態では２７ｍｍ／秒としている。

【0052】

基板Ｗが化学気相成長装置１内に搬入されると同時に、一対の給電ユニット６０が基板Ｗの上方に位置し、複数の電極パッド８２ａ，８２ｂのそれぞれに給電ユニット６０のプローブ６６が接触する。そして、基板Ｗの搬送が開始されると同時に、モータ６４がボールネジ６２を回転させて給電ユニット６０も移動を開始する（ステップＳ３）。給電ユニット６０もＹ方向に沿って（＋Ｙ）側に向けて一定速度で移動する。給電ユニット６０の移動速度は基板Ｗの搬送速度と全く同じである（本実施形態では２７ｍｍ／秒）。すなわち、給電ユニット６０は、ローラコンベア２０による基板Ｗの搬送と完全に同期して移動する。このため、電極パッド８２ａ，８２ｂには絶えず給電ユニット６０のプローブ６６が接触しており、任意のタイミングで細線８０に電圧を印加することができる。なお、細線８０がヘッド３０の下方に到達する以前に当該細線８０に電圧を印加することは無い。その理由は、化学気相成長装置１の筐体１０の内部は通常の大気雰囲気であって、ヘッド３０の下方に到達する以前に細線８０を通電加熱すると鉄の触媒８７が酸化されるためである。

【0053】

次に、基板Ｗの先端がヘッド３０の下方に到達するよりも前に、ガスバルブ４４を開放して還元室４０に還元ガスを供給するとともに（ステップＳ４）、ガスバルブ５４を開放して炭素源室５０に炭素源ガスを供給する（ステップＳ５）。還元ガスおよび炭素源ガスの供給開始タイミングは基板Ｗの先端がヘッド３０の下方に到達するよりも前であれば良く、当該先端がヘッド３０の下方に到達する直前であっても良いし、基板Ｗが化学気相成長装置１に搬入される前であっても良い。

【0054】

基板Ｗがヘッド３０の下方に到達した後に、給電ユニット６０がプローブ６６を介して電極パッド８２ａ，８２ｂに電圧を印加し、細線８０の通電加熱を開始する（ステップＳ６）。第１実施形態においては、細線８０がヘッド３０の下方を通過している間、絶えず通電加熱が行われているわけではなく、その間も細線８０への通電が制御部９０によってオンオフ制御されている（ステップＳ７）。また、基板Ｗがヘッド３０の下方に到達した後においては、基板Ｗの一部がヘッド３０によって覆われ、基板Ｗの還元室４０に対向する領域には還元ガスが供給され、基板Ｗの炭素源室５０に対向する領域には炭素源ガスが供給される。以下、細線８０への通電制御についてさらに説明を続ける。

【0055】

図１０から図１７は、細線８０への通電制御を説明するための図である。ここでは、基板Ｗの最も先端側（（＋Ｙ）側）に配置された細線８０に注目して説明を行うが、それよりも後段側に配置された細線８０についても同様である。

【0056】

図１０には、基板Ｗの先端が還元室４０の下方に到達した状態を示す。このときには、還元室４０の一部は基板Ｗに対向しているものの、残部の下方には基板Ｗが存在していない。よって、当該残部の下方は開放されている。このような状態のときには、還元ノズル４２から還元室４０内に還元ガスを供給していたとしても、当該残部の下方が開放されているために、還元室４０内には酸素を含む大気も混入している。従って、還元室４０に細線８０が対向していたとしても、触媒８７の酸化のおそれがあるため、その細線８０に通電加熱を行うことは不可能である。このような事情を考慮して、基板Ｗの最先端領域には細線８０を配していない。なお、図１０の状態においては、最初の細線８０への通電加熱は当然に行っていない。

【0057】

図１０の状態から基板Ｗが前進し、やがて図１１に示すように、細線８０の先端部ＣＡ（（＋Ｙ）側端部）が還元室４０の下方に到達する。より厳密には、細線８０の先端部ＣＡがスカート４８の内壁面の直下に到達する。図１１の状態以降は細線８０の上に配置された触媒８７が還元ガスに曝されることとなる。そして、図１１に示すように、細線８０の先端部ＣＡが還元室４０の下方に到達したときには、基板Ｗの先端は炭素源室５０の下方に到達している。すなわち、還元室４０の全部が基板Ｗと対向することとなり、還元室４０の内部は半密閉空間となる。なお、既述したように、ヘッド３０と基板Ｗの表面との間隔は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下（本実施形態では０．２ｍｍ）である。

【0058】

還元室４０の全部が基板Ｗと対向すれば、還元ノズル４２から還元ガスを供給し続けている限りにおいては、還元室４０内の雰囲気はほぼ完全に還元ガスに置換される。このような状態となってようやく細線８０の通電加熱を行うことができるのである。換言すれば、基板Ｗの先端から還元室４０の全部を覆うことができる長さの領域には細線８０を形成したとしても処理を行うことができないのである。その具体的な長さについてはさらに後述する。なお、図１１の状態では細線８０の上に配置された触媒８７に還元ガスが供給されていないため、細線８０への通電加熱は行っていない。

【0059】

図１１の状態から基板Ｗがさらに前進すると、図１２に示すように、細線８０の後端部ＣＢ（（−Ｙ）側端部）が還元室４０の下方に到達する。この時点にて、細線８０の全体が還元室４０に対向することとなり、細線８０の上面全体に還元ガスが均等に供給されることとなる。そして、細線８０の後端部ＣＢが還元室４０の下方に到達すると同時に、制御部９０が給電ユニット６０を制御して電極パッド８２ａ，８２ｂに電圧を印加し、細線８０の通電加熱を開始する。なお、制御部９０の制御によって給電ユニット６０は複数のプローブ６６のそれぞれごとに電圧を印加することができる。また、本実施形態における給電ユニット６０による初期投入電力は９．５ＭＷ／ｍ²〜１２ＭＷ／ｍ²である。

【0060】

水素ガスを含む還元ガスの雰囲気下にて、細線８０の通電加熱を行うと、その細線８０の上に配置された触媒８７の表面が還元される。鉄の触媒８７の表面は常温であっても容易に酸化されて酸化被膜を形成する。すなわち、ステップＳ１にて表面に触媒８７を配置した基板Ｗを準備して化学気相成長装置１に搬入する時点では、通常既に触媒８７の表面には酸化被膜が形成されている。このように触媒８７の表面が酸化されていると、触媒としての機能が十分ではなく、いわば触媒が失活した状態となっている。触媒が失活していると、カーボンナノチューブが安定して成長しない。このため、本実施形態においては、還元室４０から還元ガスを供給しつつ、細線８０に通電加熱を行って細線８０の上に配置された触媒８７を還元しているのである。

【0061】

基板Ｗがさらに前進すると、図１３に示すように、細線８０の先端部ＣＡが還元室４０の下方から外れる位置に到達する（厳密には、仕切壁４９の還元室４０側の内壁面直下に到達する）。そして、細線８０の先端部ＣＡが還元室４０の下方から外れる位置に到達すると同時に、制御部９０が給電ユニット６０を制御して細線８０の通電加熱を停止する。図１２から図１３に至る間は、細線８０の全体が常に還元室４０に対向しており、細線８０の上面全体に還元ガスが均等に供給され続けている。また、図１２から図１３に至る間は、細線８０が継続して通電加熱されており、この期間に細線８０の上に配置された触媒８７の還元処理が実行されるのである。

【0062】

本実施形態においては、還元処理時間、つまり図１２から図１３に至るまでの通電時間は約０．５秒としている。０．５秒程度あれば、触媒８７の表面を十分に還元して失活状態を回復することができる。また、細線８０の上に配置された触媒８７全体に還元ガスを均等に供給しつつ通電加熱を行っているため、当該触媒８７全体に均等な還元処理を行うことができる。

【0063】

ここで、本実施形態においては、ガラス基板Ｗの大きさをＧ５サイズとし、基板Ｗの搬送速度を２７ｍｍ／秒としている。２７ｍｍ／秒の搬送速度にて還元処理時間に約０．５秒を要するのであれば、その間に基板Ｗは少なくとも１３．５ｍｍ以上搬送されることとなる。すなわち、図１２に示す細線８０の後端部ＣＢが還元室４０の下方に到達した状態から図１３に示す細線８０の先端部ＣＡが還元室４０の下方から外れる位置に到達するまでに基板Ｗは１３．５ｍｍ以上前進することとなる。また、還元処理を開始する時点（図１２に示す状態）において、既に細線８０の全体が還元室４０の下方に進入している。

【0064】

従って、還元室４０の基板搬送方向（Ｙ方向）に沿った幅としては、細線８０の長さと還元処理時間の間に基板Ｗが進行する距離との和以上を確保する必要がある。第１実施形態においては、還元処理時間の間に基板Ｗが進行する距離に若干余裕を持たせて１５ｍｍを確保することとしている。従って、細線８０の基板搬送方向に沿った長さをＬｍｍとすれば、還元室４０の基板搬送方向における幅を（１５＋Ｌ）ｍｍとしている。

【0065】

次に、基板Ｗがさらに前進すると、図１４に示すように、細線８０の一部が炭素源室５０の下方に進入する。細線８０の先端部ＣＡが炭素源室５０の下方に到達（厳密には、仕切壁４９の炭素源室５０側の内壁面直下に到達）した時点で、炭素源室５０の全部が基板Ｗと対向することとなり、炭素源室５０の内部は半密閉空間となる。このため、図１４に示す状態においては、炭素源室５０の雰囲気はほぼ完全に炭素源ガスに置換されている。但し、図１４の状態では細線８０の全体に炭素源ガスが供給されていないため、細線８０への通電加熱は行っていない。

【0066】

図１４の状態から基板Ｗがさらに前進すると、図１５に示すように、細線８０の後端部ＣＢが炭素源室５０の下方に到達する。この時点にて、細線８０の全体が炭素源室５０に対向することとなり、細線８０の上に配置された触媒８７全体に炭素源ガスが均等に供給されることとなる。そして、細線８０の後端部ＣＢが炭素源室５０の下方に到達すると同時に、制御部９０が給電ユニット６０を制御して電極パッド８２ａ，８２ｂに再度電圧を印加し、細線８０の通電加熱を開始する。

【0067】

アセチレンガスを含む炭素源ガスの雰囲気下にて、細線８０の通電加熱を行うと、細線８０の上に配置された鉄の触媒８７上にカーボンナノチューブが成長する。本実施形態においては、細線８０が炭素源室５０に到達する前に、細線８０の上に配置された触媒８７の還元処理を行っている。このため、細線８０が炭素源室５０に到達した時点において、触媒８７は酸化されておらずに活性な状態を維持しているため、カーボンナノチューブを適切に形成することができる。

【0068】

基板Ｗがさらに前進すると、図１６に示すように、細線８０の先端部ＣＡが炭素源室５０の下方から外れる位置に到達する。そして、細線８０の先端部ＣＡが炭素源室５０の下方から外れる位置に到達すると同時に、制御部９０が給電ユニット６０を制御して細線８０の通電加熱を停止する。図１５から図１６に至る間は、細線８０の全体が常に炭素源室５０に対向しており、細線８０の上面全体に炭素源ガスが均等に供給され続けている。また、図１５から図１６に至る間は、細線８０が継続して通電加熱されており、この期間に細線８０の上に配置された触媒８７上にカーボンナノチューブが形成されるのである。

【0069】

本実施形態においては、炭素源室５０の基板搬送方向における幅を還元室４０と同様の（１５＋Ｌ）ｍｍとしている。このようにしている理由は、還元室４０の場合におけるのと全く同様である。すなわち、カーボンナノチューブの成長時間として０．５秒程度以上を確保するために必要な基板Ｗの搬送距離と細線８０の長さとの和以上の長さとして（１５＋Ｌ）ｍｍとしている。０．５秒程度あれば、活性な触媒８７の表面に１μｍ程度のカーボンナノチューブを形成することができる。電界放出ディスプレイのエミッタとしては、カーボンナノチューブが１μｍ程度成長すれば十分である。また、細線８０の上に配置された触媒８７全体に炭素源ガスを均等に供給しつつ通電加熱を行っているため、当該触媒８７全体に均等にカーボンナノチューブを形成することができる。

【0070】

上述したように、各処理室（還元室４０および炭素源室５０）の幅は（１５＋Ｌ）ｍｍであり、スカート４８，５８の幅および仕切壁４９の幅がそれぞれ２ｍｍであるため、ヘッド３０の全体としての基板搬送方向における幅は（３６＋２Ｌ）ｍｍとなる。なお、各処理室（還元室４０および炭素源室５０）の幅は上記に限定されるものではなく、処理時間（還元処理時間およびカーボンナノチューブの形成時間）、基板Ｗの大きさ、基板搬送速度等に応じて（１５＋Ｌ）ｍｍよりも長くするようにしても良い。この場合、ヘッド３０の全体としての幅も（３６＋２Ｌ）ｍｍより長くなるが、その上限は５００ｍｍ以下とする。また、ヘッド３０の基板幅方向（Ｘ方向）における長さは基板Ｗの幅を覆うことができる長さとするのが好ましいが、基板Ｗを化学気相成長装置１内にて複数回搬送するのであれば、それより短くても良い。

【0071】

図１６の状態から基板Ｗがさらに前進すると、図１７に示すように、最初の細線８０が炭素源室５０の下方から外れ、当該細線８０の上に配置された触媒８７に対するカーボンナノチューブの形成処理が完了する。２番目以降の細線８０についても上記と同様の処理がなされて各細線８０の上に配置された触媒８７にカーボンナノチューブが形成される。その後、処理が完了した基板Ｗが化学気相成長装置１の搬出口１２（図１，２）から搬出される。

【0072】

図１８は、ある一つの細線８０に対する印加電圧を示すタイミングチャートである。時刻ｔ０に細線８０の先端部ＣＡが還元室４０の下方に到達し（図１１の状態）、時刻ｔ１に後端部ＣＢが還元室４０の下方に到達する（図１２の状態）。この時刻ｔ１の時点にて、制御部９０の制御により給電ユニット６０が電極パッド８２ａ，８２ｂに電圧を印加し、細線８０の通電加熱を開始する。これにより細線８０の上に配置された触媒８７の還元処理が進行する。細線８０の通電加熱は、細線８０の先端部ＣＡが還元室４０の下方から外れる位置に到達する時刻ｔ２まで継続される（図１３の状態）。時刻ｔ２にて、制御部９０の制御により給電ユニット６０が電圧印加を停止する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、基板Ｗの表面に配置された触媒８７を載せた細線８０に一定の電圧が印加されるとともに、細線８０の全体が還元室４０に対向しており、細線８０の上に配置された触媒８７全体に還元ガスが均等に供給されている。よって、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけては、触媒８７の表面の均一な還元処理を行うことができる。

【0073】

次に、時刻ｔ３に細線８０の後端部ＣＢが炭素源室５０の下方に到達する（図１５の状態）。この時刻ｔ３の時点にて、制御部９０の制御により給電ユニット６０が再び電極パッド８２ａ，８２ｂに電圧を印加し、細線８０の通電加熱を開始する。これにより、細線８０の上に配置された触媒８７にカーボンナノチューブが形成される。細線８０の通電加熱は、細線８０の先端部ＣＡが炭素源室５０の下方から外れる位置に到達する時刻ｔ４まで継続される（図１６の状態）。時刻ｔ４にて、制御部９０の制御により給電ユニット６０が電圧印加を停止する。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間は、細線８０に一定の電圧が印加されるとともに、細線８０の全体が炭素源室５０に対向しており、細線８０の上に配置された触媒８７全体に炭素源ガスが均等に供給されている。よって、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけては、触媒８７の表面に均一にカーボンナノチューブを成長させることができる。

【0074】

制御部９０の制御により、給電ユニット６０は複数のプローブ６６のそれぞれごとに電圧を印加することができる。従って、給電ユニット６０は、一対の基幹電極８１ａ，８１ｂに連結された細線８０ごとに電圧を印加することが可能であり、ヘッド３０に対向し、かつ、触媒８７を載せた細線８０が配置された領域のみを加熱することが可能である。このため、基板搬送方向に沿って断続的に配置された複数の細線８０の全てについて、図１８に示すようなパターンにて電圧を印加することができ、全ての細線８０の上に配置された触媒８７に適切にカーボンナノチューブを形成することができる。

【0075】

なお、仕切壁４９の幅は２ｍｍと比較的狭いため、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、必ずしも細線８０に対する電圧印加を停止する必要は無い。すなわち、細線８０の後端部ＣＢが還元室４０の下方に到達する時刻ｔ１から先端部ＣＡが炭素源室５０の下方から外れる位置に到達する時刻ｔ４までの間、常に細線８０への電圧印加を継続するようにしても良い。

【0076】

第１実施形態においては、基板Ｗに還元ガスを供給する還元室４０と炭素源ガスを供給する炭素源室５０とをヘッド３０に設けている。そして、基板Ｗの搬送方向に沿って還元室４０を炭素源室５０よりも上流側、つまり前段側に設けている。従って、還元室４０から還元ガスが供給された基板Ｗの領域と同じ領域に炭素源室５０から炭素源ガスを供給することとなる。また、基板Ｗの表面に配置された触媒８７を載せた細線８０の全体が還元室４０または炭素源室５０に対向しているときには、当該細線８０の通電加熱を行っている。これにより、まず細線８０の上に配置された触媒８７の表面に還元ガスを供給して還元処理を行って活性な表面状態を回復し、その活性な表面を有する触媒８７に炭素源ガスを供給することとなるため、カーボンナノチューブを適切に形成することができる。

【0077】

特に、第１実施形態においては、還元室４０および炭素源室５０が仕切壁４９を挟み込んで隣り合うように設けられている。このため、基板Ｗ上の細線８０の上に配置された触媒８７は還元室４０にて還元処理がなされた後、直ちに炭素源室５０に搬送されて炭素源ガスの供給を受けることとなる。従って、還元室４０にて還元された触媒８７は再度大気雰囲気に暴露されて酸化されることなく、炭素源室５０の炭素源ガス雰囲気に投入されることとなり、触媒８７の表面酸化によってカーボンナノチューブの適切な成長が阻害されるのを防止することができる。

【0078】

また、基板Ｗに比較して小さなヘッド３０を固定設置し、そのヘッド３０に対して基板Ｗを搬送するようにしている。すなわち、大きな基板Ｗの表面に対してその一部を覆う小さなヘッド３０を相対的に走査することによって、カーボンナノチューブを形成している。このため、基板Ｗが大型であったとしても、還元室４０および炭素源室５０の雰囲気置換に長時間を要することはなく、大面積の基板Ｗであっても短時間にカーボンナノチューブを形成することができる。

【0079】

また、ヘッド３０の還元室４０および炭素源室５０から還元ガスおよび炭素源ガスをそれぞれ供給している間の還元室４０内の圧力を炭素源室５０内の圧力よりも高圧としているため、処理中に炭素源室５０から仕切壁４９を越えて還元室４０に炭素源ガスが流入することは防止される。このため、還元室４０内に炭素源ガスが流入して還元が不十分な触媒８７の表面に炭素源ガスが作用することは防止される。逆に、処理中に還元室４０から仕切壁４９を越えて炭素源室５０に還元ガスが流入する可能性はある。しかし、処理中の炭素源ガスに還元ガスが混入したとしても、カーボンナノチューブの形成処理にはほとんど影響をあたえない。なお、還元室４０よりも低圧の炭素源室５０であってもヘッド３０外部の大気圧よりは高圧であるため、基板Ｗと対向しているときの還元室４０および炭素源室５０に大気雰囲気が混入することは防止される。

【0080】

ところで、第１実施形態においては、還元室４０の全部が基板Ｗと対向しなければ、還元室４０内に大気が混入するおそれがあるため、細線８０の処理を行うことはできない。このため、基板Ｗの搬送方向に沿った先端側から還元室４０の全部を覆う長さの領域には細線８０を配置していない。具体的には、上述の通り、細線８０の基板搬送方向に沿った長さをＬｍｍとしたときに、還元室４０の基板搬送方向における幅を（１５＋Ｌ）ｍｍとしている。これに、仕切壁４９の幅（２ｍｍ）を加算した（１７＋Ｌ）ｍｍを基板Ｗの先端から還元室４０の全部を覆うのに必要な長さとしている。よって、最初の細線８０は基板Ｗの先端から（１７＋Ｌ）ｍｍ以上内側に配置され、基板Ｗの搬送方向先端側より少なくとも（１７＋Ｌ）ｍｍ内側からヘッド３０によるカーボンナノチューブの成膜処理が行われることとなる。

【0081】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態ではローラコンベア２０によって基板Ｗを水平方向に搬送するようにしていたが、第２実施形態においては浮上搬送方式によって基板ＷをＹ方向に搬送するようにしている。

【0082】

図１９は、第２実施形態において基板Ｗを搬送する浮上搬送機構１２０を示す斜視図である。浮上搬送機構１２０は、複数の浮上搬送ユニット１２１をＹ方向に沿って配列して構成されている。また、第２実施形態の化学気相成長装置１においても、第１実施形態と同様のヘッド３０が固定設置されており、ヘッド３０の直下には浮上搬送ユニット１３１が配置されている。

【0083】

各浮上搬送ユニット１２１の上面には、複数の噴出孔１２２が穿設されている。各噴出孔１２２は、鉛直方向（Ｚ方向）に対して斜めに向けて設けられている。具体的には、噴出孔１２２から噴出される気体の噴出方向が（＋Ｚ）方向と（＋Ｘ）方向の成分を合成した方向となるように構成されている。従って、浮上搬送ユニット１２１の上側に基板Ｗが存在しているときに、複数の噴出孔１２２から気体を噴出すると、その基板Ｗは上側に押し上げられて浮上搬送ユニット１２１の上面から浮上するとともに、（＋Ｘ）側に向かう力を受ける。

【0084】

浮上搬送ユニット１２１の上面以上の高さ位置であって、（＋Ｘ）側の側方には複数の搬送ローラ１２５がＹ方向に沿って一列に配置されている。モータ１２６の回転駆動はギア１２８を介して複数の搬送ローラ１２５に伝達される。これにより、複数の搬送ローラ１２５は連動して同一方向に回転される。

【0085】

浮上搬送機構１２０によって基板Ｗを搬送するときには、各浮上搬送ユニット１２１の複数の噴出孔１２２から圧縮空気を噴出するとともに、複数の搬送ローラ１２５を回転させる。噴出孔１２２からの圧縮空気の噴出によって基板Ｗは押し上げられて浮上されるとともに、基板Ｗのエッジが搬送ローラ１２５に押し付けられる。その結果、基板Ｗのエッジと搬送ローラ１２５との間に摩擦力が生じ、搬送ローラ１２５の回転によって基板ＷがＹ方向に沿って搬送されることとなる。第２実施形態においては、噴出孔１２２からの圧縮空気の噴出によって浮上された基板Ｗの下面が搬送平面であり、（−Ｙ）側から（＋Ｙ）側に向けて基板Ｗが搬送される。

【0086】

図２０は、ヘッド３０の直下に設けられた浮上搬送ユニット１３１を示す図である。ヘッド３０直下の浮上搬送ユニット１３１も他の浮上搬送ユニット１２１と同様に圧縮空気を噴出して基板Ｗを浮上させる。

【0087】

また、第２実施形態においては、加熱手段として浮上搬送ユニット１３１にハロゲンランプ１３８を設けている。ハロゲンランプ１３８は、還元室４０および炭素源室５０のそれぞれと対向する位置に設けられている。このため、基板Ｗ上に配置された細線８０が還元室４０および炭素源室５０のそれぞれの下方を通過しているときに、ハロゲンランプ１３８を点灯して個別に細線８０を加熱することができる。すなわち、ハロゲンランプ１３８は、ヘッド３０に対向し、かつ、触媒８７を載せた細線８０が配置された領域のみを加熱することが可能である。第２実施形態のように、基板Ｗの下方からハロゲンランプ１３８の光照射によって加熱する場合には、基板Ｗは透明基板で、かつ、細線８０はカーボン等の黒色材料にて形成することが好ましい。

【0088】

ローラコンベア１２０に代えて搬送手段として浮上搬送機構１２０を用いている点、および、給電ユニット６０に代えて加熱手段としてハロゲンランプ１３８を用いている点以外は、第２実施形態の化学気相成長装置１は第１実施形態と同様の構成を備える。なお、第２実施形態においては、給電ユニット６０を設けていないため、給電ユニット６０を駆動する機構（ボールネジ６２およびモータ６４）も設けていない。

【0089】

第２実施形態の化学気相成長装置１における動作手順は、図７に示した第１実施形態における手順と概ね同様となる。但し、第２実施形態においては、給電ユニット６０が存在しないため、ステップＳ３の処理は行われない。また、ステップＳ６，Ｓ７での細線８０の通電加熱に代えてハロゲンランプ１３８による光照射加熱を実行する。

【0090】

第２実施形態においては、浮上搬送機構１２０によって基板Ｗの下面から気体を噴出して基板Ｗを浮上させつつＹ方向に沿って（＋Ｙ）側に向けて一定速度で搬送する。ヘッド３０の還元室４０には還元ガスが供給され、炭素源室５０には炭素源ガスが供給されている。そして、基板Ｗの表面に配置された触媒８７を載せた細線８０の全体が還元室４０に対向しているときに、制御部９０の制御によって還元室４０の下方に設けられたハロゲンランプ１３８が点灯して当該細線８０の光照射加熱を行う。これにより、細線８０の上に配置された触媒８７の表面に還元処理が行われ、活性な表面状態が回復される。

【0091】

続いて、還元処理のなされた触媒８７を載せた細線８０の全体が炭素源室５０に対向しているときに、制御部９０の制御によって炭素源室５０の下方に設けられたハロゲンランプ１３８が点灯して当該細線８０の光照射加熱を行う。これにより、第１実施形態と同様に、還元室４０から還元ガスが供給された基板Ｗの領域と同じ領域に炭素源室５０から炭素源ガスを供給して加熱することとなり、還元処理によって活性な表面状態を回復した触媒８７にカーボンナノチューブを適切に形成することができる。

【0092】

また、基板Ｗ上の細線８０の上に配置された触媒８７は還元室４０にて還元処理がなされた後、直ちに炭素源室５０に搬送されて炭素源ガスの供給を受けることとなるため、還元室４０にて還元された触媒８７は再度大気雰囲気に触れて酸化されることなく、炭素源室５０の炭素源ガス雰囲気に投入される。その結果、触媒８７の表面酸化によってカーボンナノチューブの適切な成長が阻害されるのを防止することができる。

【0093】

さらに、第１実施形態と同様に、基板Ｗの一部を覆う比較的小さなヘッド３０に対して基板Ｗを搬送するようにしているため、基板Ｗが大型であったとしても、還元室４０および炭素源室５０の雰囲気置換に長時間を要することはなく、大面積の基板Ｗであっても短時間にカーボンナノチューブを形成することができる。

【0094】

また、第２実施形態においても、還元室４０の全部が基板Ｗと対向しなければ、還元室４０内に大気が混入するおそれがあるため、細線８０の処理を行うことはできない。特に、第２実施形態では、ヘッド３０直下の浮上搬送ユニット１３１から圧縮空気を噴出するため、還元室４０内に空気が混入するおそれが強い。このため、第１実施形態と同様に、基板Ｗの搬送方向に沿った先端側から還元室４０の全部を覆う長さの領域、具体的には基板Ｗの先端から（１７＋Ｌ）ｍｍには細線８０を配置しておらず、基板Ｗの搬送方向先端側より少なくとも（１７＋Ｌ）ｍｍ内側からヘッド３０によるカーボンナノチューブの成膜処理が行われることとなる。

【0095】

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、ヘッド３０を固定設置するとともに、基板ＷをＹ方向に沿って搬送するようにしていたが、これに代えて、基板Ｗを載置台上に静止状態で載置してヘッド３０を基板Ｗに対して走査するようにしても良い。この場合、載置台のサイズを基板Ｗよりも相応に大きくしておけば、ヘッド３０が基板Ｗの上方に位置していなくても載置台によって還元室４０および炭素源室５０を覆うことができるため、還元室４０および炭素源室５０への大気雰囲気の混入を防止することができる。その結果、基板Ｗの端縁部近傍（基板端より２ｍｍ程度内側）にも細線８０を配置して成膜処理を行うことができ、基板Ｗの表面領域を有効に利用することができる。

【0096】

また、基板Ｗを搬送しつつ、かつ、ヘッド３０を移動させるようにしても良い。要するに、基板Ｗに対してヘッド３０を所定の方向に所定の速度で相対的に移動させる形態であれば、還元室４０および炭素源室５０の雰囲気置換に長時間を要することがなく、大面積の基板Ｗであっても短時間にカーボンナノチューブを形成することができる。ヘッド３０を移動させる場合であっても、基板Ｗに対するヘッド３０の相対移動方向に沿って還元室４０を炭素源室５０よりも前段側に設ける。これにより、まず細線８０の上に配置された触媒８７の表面に還元ガスを供給して還元処理を行って活性な表面状態を回復し、その活性な表面を有する触媒８７に炭素源ガスを供給することとなるため、カーボンナノチューブを適切に形成することができる。

【0097】

また、図２１および図２２に示すように、還元室４０と炭素源室５０とを仕切る仕切壁４９にＸ方向に沿って雰囲気遮断ノズル４７を形成するようにしても良い。図２１は、雰囲気遮断ノズル４７を設けたヘッド３０を底面から見た図である。図２２は、ヘッド３０を図２１のＢ−Ｂ断面から見た図である。雰囲気遮断ノズル４７は、排気ノズル５９と同様のスリット状のノズルであり、仕切壁４９付近の雰囲気を吸引して排気する。仕切壁４９に設けた雰囲気遮断ノズル４７からも周辺雰囲気の排気を行うことによって、処理中に炭素源室５０から仕切壁４９を越えて還元室４０に流入しようとする炭素源ガスを排気することができ、還元室４０への炭素源ガスの混入をより確実に防止することができる。

【0098】

また、図２１および図２２の雰囲気遮断ノズル４７から排気を行うのに代えて、アルゴンガスを供給するようにしても良い。仕切壁４９に設けた雰囲気遮断ノズル４７から不活性なアルゴンガスを供給することによって、還元室４０と炭素源室５０との雰囲気を分離することができ、還元室４０への炭素源ガスの混入をより確実に防止することができる。

【0099】

また、還元ノズル４２および炭素源ノズル５２はスリット状のノズルに限定されるものではなく、還元室４０および炭素源室５０に均一に還元ガスおよび炭素源ガスを供給できるノズルであれば良く、例えばＸ方向に沿って列設された複数の噴出孔にて構成するようにしても良い。

【0100】

また、第１実施形態では給電ユニット６０によって細線８０を通電加熱し、第２実施形態ではハロゲンランプ１３８によって細線８０を光照射加熱するようにしていたが、細線８０の加熱手段としてはこれらに限定されるものではなく、レーザ加熱、電磁誘導加熱、マイクロ波加熱、フラッシュランプ加熱などを用いることができる。すなわち、基板Ｗの表面のうち、ヘッド３０に対向し、かつ、触媒が配置された領域を加熱することができる要素であれば良い。よって、第１実施形態において、ヘッド３０の下方のローラ２１間にランプを設けて細線８０を光照射加熱するようにしても良いし、第２実施形態において、第１実施形態と同様の給電ユニット６０を設けて細線８０を通電加熱するようにしても良い。なお、細線８０は必ずしも線状でなくとも良く、例えば平面状にすることも可能である。触媒を載せた平面状の導電性部材の両端に電圧を印加して通電加熱するようにしても良いし、平面状の黒色部材をランプ加熱するようにしても良い。

【符号の説明】

【0101】

１ 化学気相成長装置
１０ 筐体
２０ ローラコンベア
２１ ローラ
３０ ヘッド
４０ 還元室
４２ 還元ノズル
４７ 雰囲気遮断ノズル
４９ 仕切壁
５０ 炭素源室
５２ 炭素源ノズル
５９ 排気ノズル
６０ 給電ユニット
６６ プローブ
８０ 細線
８１ａ，８１ｂ 基幹電極
８２ａ，８２ｂ 電極パッド
８５ 支持体層
８７ 触媒
９０ 制御部
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】