JP7792901B2 - 炭素含有構造体を堆積するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングを通り搬送されるエンドレス基板上に炭素含有構造体を堆積するための装置に関する。ハウジングは、ハウジングに炭素含有プロセスガスを供給するためのガス入口と、プロセスガスの熱活性化のための加熱装置と、ハウジング内に供給されるガスを外に導くための例えばポンプであるガス除去システムに接続可能なガス出口と、第１周辺領域と第２周辺領域の間に配置される中央領域を有し、基板がその第１周辺領域に割り当てられた第１開口部を通って入り、搬送方向にその中央領域を通過し、その第２周辺領域に割り当てられた第２開口部を通りハウジングを出る。

本発明はさらに、ハウジングを通り搬送されるエンドレス基板上に炭素含有構造体を堆積するための方法に関する。基板は第１周辺領域に割り当てられた第１開口部を通りハウジングに入り、搬送方向にハウジングの中央領域を通過し、そしてハウジングの第２周辺領域に割り当てられた第２開口部を通りハウジングを出る。炭素含有プロセスガスはガス入口を通り供給され、そのプロセスガスは加熱装置によって熱で活性化される。ハウジング内に供給されるガスは、例えばポンプであるガス除去システムによってガス出口を通りハウジングから除去される。

例えばナノチューブ、グラフェン、又はこれに類するものである炭素含有構造体を堆積するための装置は、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３で知られる。

特許文献４及び特許文献５はカーボンナノ構造体を堆積するための装置及び方法を記載する。

エンドレス基板をコーティングするための多数の成長領域を備えるＣＶＤリアクタは、特許文献６に記載される。

装置はハウジングを備え、ハウジングはその２つの対向する側面に開口部を有する。第1開口部を通して、炭素構造体でコーティングされることになるエンドレス基板は、プロセスチャンバが配置されるキャビティに入る。エンドレス基板は反対側からハウジングを抜けていく。それは第１ロールから巻き戻され、第２ロールに巻かれるということである。ハウジング内で、炭素含有プロセスガスは、プロセスガスの化学反応が搬送方向にプロセスチャンバを通過するエンドレス基板の上で炭素含有構造体を形成するようなプロセス温度まで、引き上げられる。

基板がハウジングに入り、かつ基板がハウジングを抜ける領域は拡散バリヤーを含む。拡散バリヤーは洗浄チャンバを備え、その中へ不活性ガスが供給される。この目的のために、基板の両側に配置される複数のガス出口孔及びガス入口孔が設けられる。それを通り洗浄ガスが洗浄チャンバに入ることができ、チャンバを出ていく。このようにして、ハウジングの内部への周囲の空気の侵入は抑制される。

ハウジングの中央領域で炭素構造体によってコーティングされる基板は、清浄表面を有さなければならない。

欧州特許出願第3 015 425号明細書 欧州特許出願第2 450 310号明細書 国際公開第2013／043247号 独国特許出願公開第10 2018 110 348号明細書 韓国特許第101760653号公報 米国特許第2013／0 071 565号明細書

発明の根底にある目的は、コーティングの成果を改良するような方法において、関係する種類の装置又は、関係する種類の方法を洗練させる手段を記載することにある。

この目的は、請求項に記載された発明によって解決され、独立項で明らかにするものと同様に、有利なさらなる発明の発展を示すだけではなく、独立した解決をも示す。

本発明は炭素含有構造体を堆積するための装置及び方法に関する。炭素含有構造体は、特にグラフェン層又はカーボンナノチューブであるがそれに限定はされない。装置は、例えば９５０ｍｂａｒと１５００ｍｂａｒの間の範囲で、ガス圧力を調節可能なハウジング又はチャンバを有する。

第一に、本質的に、基板が入りかつ出る２つの周辺領域の１つにおいて、手段が設けられることを提案し、その手段によってガスが周辺領域に供給される。反応性ガスは酸化ガスであってもよく、好ましくは第１開口部を通りハウジングに入る。そうして反応性ガスの流入が搬送方向において生じ、まだコーティングされていない基板が第１周辺領域において反応性ガスと接触する。中央領域によって形成されるプロセスチャンバ内部において、基板の温度及び／又は反応性ガスは化学反応が生じるような方法で制御される。基板の入口側の周辺領域によって形成された基板の入口領域において、反応性ガスの温度及び／又は基板の温度が、反応性ガスが洗浄作用を果たすことができるところまで上昇する。ハウジングからガスを抽出することによって又はハウジング内に不活性ガスを供給することによって反応性ガスの流向における濃度勾配を設定する手段を備えてもよい。基板がハウジング内を通過する際に、反応性ガスが、ハウジングにおける気相内の高い分圧を有してもよい。この分圧は、基板がハウジング内に入る入口開口部からの距離が増加するにつれて低下する。

反応性ガスは、基板表面又は基板表面に付着する物質と化学的に反応し得る。その化学反応は揮発性の反応生成物を生成し得、それが例えばポンプ及びガス出口であるガス除去システムによってハウジング内部から除去される。酸素又は乾燥空気であってもよいハウジング内部へと供給される反応性ガスの通る供給ラインが備えられ得る。入口開口部又は出口開口部は開閉可能な開口部又は錠であってよい。特に基板がエンドレス基板であるように設けられる。

第１及び第２開口部はそれぞれ、例えば窒素である不活性ガスによって洗浄される拡散バリヤーであるか又は拡散バリヤーを形成し得る。そのような種類の拡散バリヤーは、ガス出口アレイ上に均一に分布して配置された多数のガス出口孔を備え得る。それを通り不活性ガスは基板の反対に位置する２つの広域面のそれぞれに向けて出ていく。ガス出口孔は、ガス入口孔に隣接して配置し得、基板を通り過ぎるような方法で洗浄チャンバ内に導入される不活性ガスは、それらを通り吸い出されていく。

しかしガス出口孔によってのみ拡散バリヤーを機能させることも可能であり、その場合、好ましくはハウジング内部が過小圧力となるように設定され、それにより、基板表面とガス出口孔の間の間隙に供給される不活性ガスは、ハウジング内部へと、全体的に又はほぼ全体的に流れる。不活性ガスは、周囲の空気をそこに含まれる酸素と共に、ハウジング内部へと運び得る。

それによって作られるガスの流れが、基板の搬送方向又は搬送方向とは逆に向かい得る。好適な発明の変形において、第１開口部は第２開口部上方で鉛直に位置することができる。それによって基板が天井から底までプロセスチャンバを通り動くようになる。反応性ガスは好ましくは上方又は入口側の開口を通ってのみ供給される。プロセスガスは水素、メタン、アセチレン、エチレン、又はその他の炭素含有ガス、又は純粋な形態又は不活性ガスに混合した状態のいずれかの前記ガスの組み合わせであってもよい。

プロセスガスはこれらのガスの混合であってもよく、水素は好ましくは追加的に含まれてもよい。プロセスガスにおける、水素又は例えば窒素である不活性ガスに対する炭素含有ガスの割合は０．２５と２の間の範囲、又は、０．５と２の間の範囲又は１に等しくできる。最後のケースにおいては、ハウジング内部に窒素又は不活性ガスが供給されない。

不活性ガスは、窒素、アルゴン、その他の非反応性ガスであってもよい。基板上で洗浄作用を果たすことができる反応性ガスは好ましくは酸素である。本発明の好適な変形において、拡散バリヤーは、大気の酸素が拡散バリヤーを通過するように設計される。好適な変形において、第１開口部に割り当てられる拡散バリヤーは、制御された少量の酸素がそれを通り周辺領域に入るような方法で制御装置によって制御される。対照的に第２開口部に割り当てられた拡散バリヤーは、拡散バリヤーを通り第２開口部に割り当てられる周辺領域に入る酸素がほとんどない又は全くないような方法で制御装置によって制御される。

一方で拡散バリヤーは、不活性ガスの質量流量の変化によって制御され得る。しかしながら他方でガス出口孔の間又は設けられているのであればガス入口孔の間の間隙の高さの変化を通して制御されてもよい。その場合ガス入口孔又はガス出口孔は、基板表面に平行に延在する入口アレイ又はガス出口アレイに配置される。制御は、ガス入口アレイ又はガス出口アレイから基板表面までの距離の変化によって影響を受け得る。

特に、両方の拡散バリヤーが、第１開口部に隣接する周辺領域の第１エッジ上における直の酸素の分圧が、少なくとも０．１％（１０００ｐｐｍ）の値を有し、かつ第２開口部に隣接する周辺領域の第２エッジ上における直の酸素の分圧が０．０１％（１００ｐｐｍ）の値 を有するような方法で、制御される。その場合中央領域の最初の分圧が、好ましくは０．００５％（５０ｐｐｍ）又は０．００１％（１０ｐｐｍ）よりも大きくならない。各周辺領域のエッジ上の直における２つの分圧が、少なくとも５倍、１０倍、又は少なくとも１００倍相互に異なるよう設けられ得る。反応性ガスの分圧に影響を与えるためにハウジング内部に配置された手段により、濃度勾配は、プロセスチャンバの中央部周辺から、少なくとも１０、２０、５０、１００、２００、５００又は１０００倍の減少が、好ましくは与えられる。

第１開口部に割り当てられた拡散バリヤー及び第２開口部に割り当てられた拡散バリヤーは完全に気密ではない。この結果、周囲の大気のガスの流れが両方の拡散バリヤーを通りハウジング内部へと入ることができる。反応性ガスの分圧が第１周辺領域よりも第２周辺領域においてより低くなっていることを確保するため、２つの拡散バリヤーは異なるように設計される。例えば、基板が拡散バリヤーの洗浄チャンバを通過する間隙は、異なる間隙の幅又は高さ又は断面積を備え得る。
代わりに又はこれと相互作用的に、洗浄ガスの質量流量は、反応性ガスのより大きな質量流量が、第２開口部を通るよりも第１開口部を通りハウジング内部へ入るような方法で制御装置によって異なるように制御されてもよい。
しかし、代わりに又はそれとの組み合わせにおいて、ガスが第２開口部の近傍、特に第２周辺領域で供給され、反応性ガスと化学的に反応し、不活性ガスが反応生成物として得られるように設けられてもよい。
とりわけ、ガス出口孔が、好ましくは反応性ガスと化学的に反応するプロセスガスのための第２周辺領域に配置されるように設けられる。第１開口部又は第１周辺領域の領域における搬送方向に減少する反応性ガスの濃度勾配をつくるために、１つ以上のガス出口孔がそこに設けられ、それによりガスをハウジング内部から外へ排気することができる。

反応性ガスは、基板表面の汚染物質とだけでなく、プロセスガスとも反応する。プロセスガスは、反応性ガスの供給ポイントから離れている供給ポイントで、ハウジング内部によって形成されたプロセスチャンバに供給されるように設けられてもよい。プロセスガスの供給ポイントは好ましくは第２周辺領域に配置される。そこで、好ましくは、プロセスガスを供給するためのガス入口からガス出口孔までの距離が、第２開口部からプロセスチャンバの全長の約５～１０％の距離となるような、第２開口部からの距離となる。その場合、その全長が第１開口部と第２開口部の間の距離になる。搬送方向に計測された第１周辺領域の長さは、２０％と３０％の間の範囲に、好ましくは全長の２５％に等しくなり得る。第２周辺領域の長さは、全長の１５％と２５％の間の範囲になり得、好ましくは全長の２０％に等しくなる。
プロセスガスは、基板の搬送方向と逆方向にプロセスチャンバを通って流れ、好ましく第１周辺領域の領域においてのみ、反応性ガスと化学的に反応する。これは反応性ガスの分圧及び第１周辺領域におけるプロセスガスの分圧の両方の減少につながるが、反応性ガスが中央領域に入ることを防ぐ。従って、第１周辺領域は清浄領域であり、そこで化学反応が、反応性ガスとプロセスガスの炭素含有ガスとの間で生じる。中央領域は成長領域であり、そこで炭素構造体は、前記構造体が反応性ガスによって燃焼されることなく堆積される。グラフェン多層構造体が堆積する間、成長領域内の温度は好ましくは、５００℃と１２００℃との、好ましくは６００℃と９００℃との間となる。一方で、仮にグラフェン単一層が堆積されることになるならば、その温度は５００℃と１２００℃との間の範囲に、とりわけ８５０℃と１１００℃との間の範囲になり得る。そうでないならば、仮にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が堆積されることになるならば、その温度は５００℃と１０００℃との間の範囲、好ましくは６００℃と７００℃との間の範囲になり得る。この場合その温度は、好ましくは６００℃と６６０度との間の範囲、又は６１５℃と６２５℃との間の範囲のそれぞれになる。第１周辺領域における基板の温度は、５００℃と中央領域における基板温度との間の範囲となり得る。

冷却装置を備えてもよく、それによって基板がハウジング内部を出る前に冷却され得る。冷却装置は好ましくは第２開口部に割り当てられた拡散バリヤーによって形成される。拡散バリヤーによって、ハウジング内部より出てくる基板から熱を発散させることができる。これは好ましくは拡散バリヤーに供給される不活性ガスに起因して生じる。前記不活性ガスの温度は、例えば５０℃である所与の温度を下回るよう制御される。ガス出口孔と基板との間の間隙に不活性ガスを供給することによって、基板が１５０℃を下回る又は１００℃を下回る温度に冷却される。これは、基板上に堆積される炭素構造体が周囲の空気中で燃焼されることから防ぐ。さらに第２の拡散バリヤーは、可能な限り少ない周囲の空気がハウジング内部へ入るような方法で機能するように設けられる。

以下にて、例示的実施形態に関してより詳細に本発明を説明する。
図１は、本発明に従い、第１の実施形態の装置に関する横断面を概略的に示す。 図２は、基板の搬送方向における反応性ガスの分圧の発達を示す。 図３は、図１と同様の方法において第２の実施形態を示す。 図４は、図２と同様の方法で、第２の実施形態を示す。

図において示した装置は、ハウジングケースを備える細長いハウジング１を有し、それが下側及びその反対側の上側で、エンドキャップで閉じている。２つの各エンドキャップは、開口部６、７を備え、それが細長い形状を有し、それを通り基板２がハウジング１の内部へと通過することができ、そしてハウジング１の外へと抜けていく。基板２は、第１ロール１８から引き出され、第２ロール１９に巻かれていくエンドレス基板である。

上方の第１開口部６は基板２のための入口開口部を形成し、下方の開口部７は基板２のための出口開口部を形成する。基板２は直線的に、鉛直に、下方に、搬送方向Ｆに方向づけられて、装置を通り通過する。装置内において、ガス入口孔８があり、それを通り、例えばメタン、アセチレン、又はエチレンであるプロセスガスがプロセスチャンバに供給される。加熱装置９が備えられ、それによってプロセスガスが加熱される。さらなる加熱装置２１が備えられてもよく、それによって基板２が加熱される。

ハウジング１の内部は、搬送方向Ｆにおいて順々に配置された３つの領域を形成する。第１の周辺領域３は、第１開口部６に直接隣接する。第２周辺領域４は第２開口部７に直接隣接する。これらの間に中央領域５が存在し、そこでコーティングプロセスが実行される。そのコーティングプロセスにおいて、炭素構造体が、プロセスガスの化学反応を通して、基板の２つの広域面の１つの上に堆積される。炭素構造体はカーボンナノチューブ又はグラフェンであってよい。

ガス出口１６が設けられ、それによってガスがハウジング１のボリュームの外に送る。ガス出口１６はポンプ１０に接続される。

拡散バリヤーは、搬送方向における第１開口部６より前に、かつ搬送方向における第２開口部７の後に設けられ、それによって周囲の空気の侵入が防がれ又は制御される。制御装置１５によって、基板入口側の拡散バリヤーが、周囲の空気の一定の流れつまり酸素含有ガスの流れが第１開口部６を通り第１周辺領域３に入るような方法で、制御される。
一方で、基板出口側の拡散バリヤーは、周囲の空気つまり周囲の空気に含まれた酸素が前記拡散バリヤーを通って第２周辺領域４に全く入らない又は少量しか入ることができないような方法で、制御装置により制御される。

実質的に同様に設計されたそれぞれの拡散バリヤーは、洗浄チャンバ１７を形成する。それを通り基板２が搬送される。従って、洗浄チャンバ１７は２つの部分を有し、それらが基板２の２つ広域面の１つにそれぞれ割り当てられる。ガス入口ボリューム１１を備えるガス入口構造及びガス出口ボリューム１２を備えるガス出口構造は、洗浄チャンバ１７の２つの部分のそれぞれに割り当てられる。例えば窒素である不活性ガスが、洗浄チャンバ１７のそれぞれの部分におけるガス出口孔１３を通り入り、ガス入口ボリューム１１に供給される。不活性ガスが、基板２の広域面で偏向させられ、搬送方向に又は搬送方向と逆向きに、ガス出口ボリューム１２に接続されるガス入口孔１４に向けて流れ、ガス出口ボリュームはガスの流れが洗浄チャンバ１７において形成されるように吸い出される。このガスの流れは拡散バリヤーを形成し、そこで洗浄チャンバに入る周囲の空気がガス出口孔１４を通り抽気される。

洗浄チャンバ１７のバリヤー機能は、その幅を介して変更され得る。対向して位置する２つのガス出口アレイ又はガス入口アレイの間の距離が大きいほど、バリヤー機能は弱まる。バリヤー機能は、洗浄チャンバ１７の幅や高さや断面積だけでなく、不活性ガスの体積流量によって影響を受け得る。制御装置１５は、２つの拡散バリヤーのバリヤー機能が相互に異なるように設定される。基板入口側の拡散バリヤーのバリヤー機能は、周辺領域３内の開口部６と直に隣接したところにおいて１％を超えない好ましくは０．２％を超えない酸素分圧が生じるような体積流量で酸素含有空気が洗浄チャンバ１７を通過するように、調整される。

一方で、基板出口側の拡散バリヤーのバリヤー機能は、周辺領域４内の開口部７に直に隣接するところにおいて特に０．１％未満又は０．０２％未満の低い分圧が生じるような体積流量で酸素含有空気が洗浄チャンバ１７を通過するように、調整される。

ガス出口１６は、反応性ガスの濃度勾配が搬送方向において生じるように設計される。プロセスチャンバ内の酸素分圧は、図２に示すように搬送方向Ｆにおいて、連続的に減少する。

この目的のために、ガス出口１６は、搬送方向において配列された複数のガス出口孔を含むことができ、これが抽気孔を形成する。

ガス入口８は、周辺領域４における基板出口側に配列されたガス出口孔を有してもよい。プロセスガスはこれを通り、搬送方向Ｆと反対方向に周辺領域４を出て中央領域５へと流れる。加熱装置９はプロセスガスの温度上昇を引き起こす。これに関連して、プロセスガスは、ガス供給ラインにいる間に熱分解してもよい。従ってガス入口のパイプラインは、加熱された中央領域５を通り延在するループを形成してもよい。加熱装置２１は、中央領域５を加熱するために備えられる。

プロセスガスは、炭素含有ガスに加えて、水素又はその他の還元ガスを包含してもよい。

プロセスガスは酸素と反応する。とりわけ予め加熱することで、プロセスガス及び／又は基板２は酸素と化学的に反応する温度まで上昇されるように設けられる。この点に関して、拡散バリヤーを通過して拡散している酸素と反応するために、プロセスガス又はプロセスガスの一部が第２開口部７に直に隣接する第２周辺領域４に供給されることが有利である。これは、この領域における酸素分圧の大幅な追加的減少を生む。

従って、本発明における装置は２つの開口部６、７を備え、第２入口開口部７は、受動的な入口開口部であり、そこを通り可能な限りほとんど酸素がハウジング内部に入ることがない。他方で第１開口部は能動的な開口部であり、そこを通り制御された酸素がハウジング内部に入ることができる。基板は、能動的な開口部を通りハウジング内部へ、そして受動的な開口部を通りハウジング内部の外へと通過する。開口部６の直後に、ハウジング内部に入る酸素分圧が、全圧の０％から１％の間の範囲となる。全圧は大気圧になり得る。開口部６を通る酸素流量は、拡散バリヤーの不活性ガスの流量の調整によって制御されてもよい。この方法において膜によって形成された基板２は、ハウジング内部へ入るときに洗浄される。例えば酸素供給ラインである分離した酸素源が備えられ、それによって狙った方法において酸素が第１周辺領域に供給される。この目的のため、例えばシャワーヘッドである分離したガス入口がそこに備えられてもよい。

還元ガスが第２周辺領域４に供給されるガス出口孔２０は、ガス入口装置の第２ガス出口孔であってもよく、それによりプロセスガスは中央領域５に供給される。図１に示していないさらなるガス入口はそのように備えられ、それによってプロセスガスが中央領域に直接供給される。

中央領域の領域における温度は、周辺領域３、４における領域よりも高くなる。それゆえに、ガス入口８のパイプラインが中央領域５を通り、かつ予め加熱されたプロセスガスがガス出口孔２０を通り出ていくのであれば有利である。予め加熱されたプロセスガスは、第２周辺領域４の領域において、例えばＣＯ_２を生じるために拡散バリヤーを通り入る大気の酸素と反応し得る。

ハウジングキャップとなる開口部６，７の前の２つの拡散バリヤーは、ある程度、ガスカーテンのシールを生じ、それは、制御された酸素の流量が基板入口側のシールを通りプロセスチャンバに入るような方法で制御され、プロセスチャンバ内の濃度勾配がプロセスチャンバのおおよそ中央と同程度の予め設定された値まで減少し、一方で可能な限りほとんど酸素が基板出口側のシールを通りプロセスチャンバに入らず、そこでプロセスチャンバに入る酸素を関与させつつ化学反応が起こる。

炭素含有プロセスガスは、中央領域５に配置されたシャワーヘッドの形状の入口要素を通り供給され得る。

一つの変形として、反応性ガス及びプロセスガスのガス相反応生成物がプロセスチャンバ及び隣接する周辺領域であるハウジング内部から除去されるガス出口は、濃度が入口開口部６のほぼ近くで例えば最大２０ｐｐｍである高い値を有し、中央領域５の境界で最大５ｐｐｍ又は１ｐｐｍである低い値から構成され、及びプロセスチャンバの中央Ｍにおいて０に近くなるような反応ガスの濃度勾配が設定されるような方法で設計され得る。ハウジング内部の全圧は、外圧を１５ｍｂａｒから５０ｍｂａｒ下回る値であってよい。

本発明は、特に装置又は方法に関するもので、酸素が狙った方法で入口領域に供給され、出口領域において酸素と反応するガスが狙った方法において導入され、そしてその場合に搬送方向において減少する反応性ガスの濃度勾配が、入口領域に近接して配置されたガス出口装置により、ハウジング内部において生じる。

図３に示された実施形態は実質的に図１及び図２で示した実施形態と同じであり、そこに関係する記述を参照されたい。

ハウジング１の外側に配置された拡散バリヤーは第１開口部６に隣接する。基板２の２つの広域面の１つに対向してそれぞれ位置する２つの分配ボリューム１１の外に、不活性ガスはガス出口孔１３を通り、ガス出口孔１３を保持する２つのガス出口アレイの間の間隙へと通過する。基板２は、洗浄チャンバ１７を形成するこの間隙を通り搬送され、それから開口部６を通りプロセスチャンバを形成するハウジング１へと至らされる。周囲の空気は、洗浄チャンバ１７を形成する間隙を通り、プロセスチャンバへと流れる。１つの変形において、拡散バリヤーは、周囲の空気に含まれた酸素の分圧が、第１開口部６の領域において１０００ｐｐｍを超えない値を有するような方法において設計され、かつそのような方法で制御される。

ガスが抽気孔２４は、それを通りポンプ１０によってプロセスチャンバから吸い出され、好ましくは第１周辺領域３と中央領域５の間の境界の領域において基板２の両方の広域面のそばに位置する。

拡散バリヤーは第２開口部７に隣接しても配置される。上述した第１開口部６の拡散バリヤーと同じ方法で構成されるが、可能な限り少ない周囲の空気が拡散バリヤーを通りプロセスチャンバ内へ入ることができるような方法で設計され、機能する。

第１開口部６を通る大気の酸素及び第２開口部７を通る大気の酸素が、プロセスチャンバに入り、ガス出口孔２０を通りプロセスチャンバ内に供給されるプロセスガスと反応する。そしてとりわけそこに含まれる炭素含有ガス及び／又は水素含有ガスと反応する。
第２開口部７に隣接して化学反応が起こるチャンバは、第２開口部７のごく近傍に限定される。これに関連して、基板上に配置された炭素構造体が大気の酸素によって燃焼されることを防ぐために設計された手段がとられる。

図４は、第１開口部６を通り供給される酸素の分圧が連続的に減少することを示す。これは一方で大気の酸素の基板２上の汚染物質との反応に起因して生じ、他方ではガス出口１６を通るガスの抽気によって生じ、そして第１周辺領域３の領域における大気の酸素とプロセスガスとの間の化学反応によっても生じる。これとの関連で、大気の酸素が中央領域５に到達することを防ぐために設計された手段がとられる。プロセスガスの、及びとりわけプロセスガスに含まれる炭素含有ガスの分圧は、中央領域の全長にわたり実質的に一定となり、かつ第１周辺領域３に隣接する中央領域５の端部の領域において落ち込む。

本発明において、第２開口部７に隣接する拡散バリヤーは、プロセスチャンバから出る基板を１５０℃未満の温度まで冷却するために、冷却装置として機能する。この目的のために、洗浄チャンバ１７へ供給される不活性ガスによって、熱が基板２から抜かれる。

上述は、本願の範囲全体に収まる発明の説明に資するように意図し、それは少なくとも後述の特徴の組み合わせを通して関連技術をそれぞれ独立して進展もさせ、前記特徴の組み合わせのうち、２つ、複数、又は全てもまた組み合わせ得る。

第１周辺領域３への制御された反応性ガスの導入のための手段が設けられていることを特徴とする装置。

反応性ガスが制御された方法で第１周辺領域３に入り、そのガスが第１周辺領域において基板の汚染物質と化学的に反応することを特徴とする方法。

反応性ガスの質量流量が、制御された方法で、第１周辺領域３及び第２周辺領域４の両方へと供給され得、その場合に第１周辺領域３へと入る質量流量が第２周辺領域４へと入る質量流量よりも大きくなる手段が設けられることを特徴とする装置。

第１開口部６及び第２開口部７のそれぞれが、不活性ガスによって洗浄される拡散バリヤー１１、１２、１３、１４によって形成され、かつそれを通り基板２が搬送され、その場合に、反応性ガスとして第１開口部６を通り入る酸素を含む周囲の空気の質量流量が、制御装置によって、調整可能である又は調整される、又は制御可能である又は制御されるような方法で、拡散バリヤー１１、１２、１３が構成される又は、それらを洗浄する不活性ガスがそのような方法で制御される質量流量であることを特徴とする装置又は方法。

拡散バリヤー１１、１２、１３、１４が、不活性ガスの流量を変更することによって及び／又はガス出口孔１３又はガス入口孔１４からの間隔によって、制御可能である又は制御されることを特徴とする装置又は方法。

反応性ガスの入口孔２３を通り、それによって反応性ガスが、缶の中に供給され、又は少なくとも第１周辺領域３へと供給されることを特徴とする装置又は方法。

ハウジング内部においてガス出口孔２０及び抽気孔２４は、反応性ガスの分圧が、搬送方向Ｆにおいて第１開口部６から連続的に減少するような方法で配置され又は機能し、それにより、第１周辺領域３において９０％の割合でのみ又は少なくとも９０％の割合で、基板２上の汚染物質との反応性ガスの化学反応及びプロセスガスとの化学反応が生じることを特徴とする装置又は方法。

拡散バリヤー１１、１２、１３、１４が、搬送方向Ｆと横方向に洗浄チャンバ１７へと方向づけられたガスの流れを発生させる入口孔１３を備え、その流れが出ていくか、ガス出口孔１４を通り洗浄チャンバ１７から抽気されるか、又はハウジング内部へと流れることを特徴とする装置又は方法。

第２周辺領域３におけるガス出口孔２０が、プロセスガスの分圧が搬送方向Ｆと反対方向に下降するような方法で配置され又は機能することを特徴とする装置又は方法。

ガス入口８又はガス入口８のパイプラインが、予め加熱可能又は第２加熱装置９によって予め加熱されることを特徴とする装置又は方法。

第２加熱装置９が中央領域５に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする装置又は方法。

第１周辺領域３において反応性ガスが基板２を洗浄するために基板２の表面上の汚染物質と化学的に反応し、かつ中央領域５において炭素含有構造体が堆積するような方法で、ハウジング内部における第１周辺領域３と中央領域５との間の境界に、抽気孔２４が配置され又は機能することを特徴とする装置又は方法。

冷却装置が備えられ、それにより第２開口部７から出てくる基板２を冷却し得、又は冷却することを特徴とする装置又は方法。

拡散バリヤー（１１、１２、１３、１４）が冷却装置として設計され又は機能し、それによって基板（２）が冷却されることを特徴とする装置又は方法。

拡散バリヤー１１、１３が基板２の表面に向けて方向づけられたガス出口孔１３を備え、それを通り不活性ガスが、ガス出口孔１３と基板２との間の間隙へと供給され、その場合に、間隙内に供給される不活性ガスがガス内部へと流れるような方法で、ハウジング内部の全圧が調整されることを特徴とする装置又は方法。

基板２が第１ロール１８から巻き戻される又は巻き戻され得るエンドレス基板であり、ハウジング内部の中の基板の表面を洗浄し、かつ前記ハウジング内部における基板２の表面をコーティングした後に、それが第２ロール１９に巻かれる又は巻かれ得ることを特徴とする装置又は方法。

搬送方向Ｆにおいて計測された第１開口部６と第２開口部７との間の距離によって定義された全長に対して、第１周辺領域３の長さがその全長の２０～３０％又は２５％に等しくなる、かつ／又は第２周辺領域４の長さがその全長の１５～２５％又は２０％に等しくなることを特徴とする装置。

ガス出口孔２０が搬送方向Ｆと反対方向に第２開口部７と離れて位置し、又はガス出口孔２０と第２開口部７との間で搬送方向Ｆにおいて計測された距離が、全長の５～１０％に相当することを特徴とする装置。

ハウジング内部の内側の全圧が周囲の圧力よりも少なくとも５０ｍｂａｒ低くなることを特徴とする方法。

中央領域５において、基板２が、グラフェン多層構造体を堆積するために５００℃と１２００℃との間の範囲における又は６００℃と９００℃との間における温度に引き上げられ、又はグラフェン単一層を堆積するために５００℃と１２００℃との間の範囲における又は８５０℃と１１００℃との間の範囲における温度に引き上げられ、又はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を堆積するために５００℃と１０００℃との間の範囲における又は６００℃と７００℃との間の範囲における温度に引き上げられることを特徴とする方法。

第１開口部６の領域において反応性ガスの分圧が、ハウジング内部において全圧の０．１％（１０００ｐｐｍ）より大きくなく、及び／又は第１周辺領域３と中央領域５との間の境界において反応性ガスの分圧が全圧の０．００５％（５０ｐｐｍ）又は０．００１％（１０ｐｐｍ）よりも小さくなることを特徴とする方法。

第１周辺領域３において基板温度が５００℃よりも高い温度に引き上げられることを特徴とする方法。

プロセスガスが、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４、Ｎ_２の少なくとも１つを含み、かつ／又はこれらのガスの少なくとも２つからなる混合物であることを特徴とする方法。

プロセスガス中の水素又は不活性ガスに対する炭素含有ガスの質量比が０．２５と２との間の範囲である、又は０．５と２との間の範囲である、又は１に等しくなることを特徴とする方法。

中央領域５において、直接的なガス供給も直接的なガス抽気も実行されないことを特徴とする方法。

第２開口部７を通りハウジング内部を出る際に、拡散バリヤー１１、１２、１３、１４において、基板２が不活性ガス内での熱の発散によって１５０℃を下回る、又は１００℃を下回る温度に冷却されることを特徴とする方法。

開示された全ての特徴は、（それ自体のために、また互いに組み合わされて）本発明に不可欠である。ここでの出願の開示は、関連する／添付された優先権書類（写し及び先の出願）の開示内容をその内容全体に含み、それはこれらの書類の特徴を本願の請求項に組み込む目的でもある。従属請求項は、特にこれらの請求項に基づいて分割出願を行うために、引用される請求項の特徴がなくても、先行技術の独立した発明性のあるさらなる発展を特徴とする。各請求項で特定された発明は、前述の説明で特定された、特に参照符号が付与された、及び／又は符号の説明で特定された、１つ以上の機能を追加で有することができる。本発明はまた、特に、それらがそれぞれの使用目的に明らかに不要であるか、又は技術的に同じ効果を有する他の手段で置き換えることができる限り、前述の説明で述べた特徴の個々のものが実装されない実施形態に関する。

１ ハウジング
２ エンドレス基板
３ 第１周辺領域
４ 第２周辺領域
５ 中央領域
６ 第１開口部
７ 第２開口部
８ ガス入口
９ 加熱装置
１０ ポンプ
１１ ガス分配ボリューム
１２ ガス抽気ボリューム
１３ ガス出口孔
１４ ガス入口孔
１５ 制御装置
１６ ガス出口
１７ 洗浄チャンバ
１８ 第１ロール
１９ 第２ロール
２０ ガス出口孔
２１ 加熱装置
２２ 反応性ガス供給ライン
２４ 抽気孔

Ｆ 搬送方向

Claims (17)

1. ハウジング（１）のハウジング内部を通って搬送される基板（２）上に炭素含有構造体を堆積するための方法であって、前記ハウジング内部は、第１開口部（６）に隣接する第１周辺領域（３）と、第２開口部（７）に隣接する第２周辺領域（４）と、前記周辺領域（３、４）の間に配置された中央領域（５）と、を有し、
   前記基板（２）は、前記第1開口部（６）を通って前記ハウジング（１）内に入り、搬送方向（Ｆ）に前記中央領域（５）を通過し、かつ前記第２開口部（７）を通って前記ハウジング（１）から出て行き、
   炭素含有プロセスガスを前記ハウジング内部に供給するためにガス出口孔（２０）を有するガス入口（８）を有し、
   前記中央領域（５）は、第１加熱装置（２１）により加熱され、
   抽気孔（２４）を有し前記抽気孔（２４）をポンプ（１０）に接続したガス出口（１６）によりガスが前記ハウジング内部から導出され、
   前記第１周辺領域（３）内に反応性ガスが制御されて入り、
   前記第１周辺領域（３）で第１の化学反応が発生し、前記反応性ガスが前記基板（２）の表面上の汚染物質と反応する、前記方法において、
   前記第１周辺領域（３）及び前記第２周辺領域（４）が共通するハウジング内部に位置し、かつ、
   前記ガス出口孔（２０）及び前記抽気孔（２４）は、前記反応性ガスの分圧が搬送方向（Ｆ）において前記第１開口部（６）から連続的に減少するように前記ハウジング内部に配置されかつ操作され、それによって前記反応性ガスの前記第１の化学反応及び炭素含有プロセスガスとの反応性ガスの第２の化学反応が、前記第１周辺領域（３）において少なくとも９０％生じることを特徴とする方法。
2. 前記第１周辺領域（３）及び前記第２周辺領域（４）の両方に、制御された反応性ガスの質量流量が供給され、前記第１周辺領域（３）に入る質量流量が前記第２周辺領域（４）に入る質量流量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１開口部（６）が、不活性ガスによって洗浄される拡散バリヤー（１１、１２、１３、１４）により形成され、それを通って前記基板（２）が搬送され、
   酸素を反応性ガスとし、前記第１開口部（６）を通って入るその酸素を含む周囲の空気の質量流量が、調整され又は制御装置により制御されるように、前記拡散バリヤー（１１、１２、１３）が構成されかつそれを洗浄する前記不活性ガスが質量流量を制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記拡散バリヤー（１１、１２、１３、１４）が、前記不活性ガスの流量を変更することによって及び／又は不活性ガス出口孔（１３）の間若しくはガス導入孔（１４）の間の間隙によって制御されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 反応性ガス導入孔（２２）を有し、前記反応性ガス導入孔（２２）を通り前記反応性ガスが少なくとも前記第１周辺領域（３）に供給されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. 搬送方向（Ｆ）において計測された前記第１開口部（６）と前記第２開口部（７）との間の距離によって定義された全長に対して、前記第１周辺領域（３）の長さが前記全長の２０～３０％又は２５％に相当し、かつ／又は、前記第２周辺領域（４）の長さが前記全長の１５～２５％又は２０％に相当し、かつ／又は、前記ハウジング内部の全圧が周囲の圧力よりも少なくとも５０ｍｂａｒ低いことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 前記中央領域（５）において、前記基板（２）が、グラフェン多層構造体を堆積するために５００℃と１２００℃との間の範囲における又は６００℃と９００℃との間における温度に引き上げられ、又はグラフェン単一層を堆積するために５００℃と１２００℃との間の範囲における又は８５０℃と１１００℃との間の範囲における温度に引き上げられ、又はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を堆積するために５００℃と１０００℃との間の範囲における又は６００℃と７００℃との間の範囲における温度に引き上げられることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第１開口部（６）の領域において前記反応性ガスの分圧が、前記ハウジング内部において全圧の０．１％（１０００ｐｐｍ）より大きくなく、及び／又は前記第１周辺領域（３）と前記中央領域（５）との間の境界において前記反応性ガスの分圧が全圧の０．００５％（５０ｐｐｍ）又は０．００１％（１０ｐｐｍ）よりも小さくなることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
9. 前記炭素含有プロセスガス中の水素又は不活性ガスに対する炭素含有ガスの質量比が０．２５と２との間の範囲であり、又は０．５と２との間の範囲であり、又は１に等しくなり、前記炭素含有プロセスガスが、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４、Ｎ_２の少なくとも１つを含み、かつ／又はこれらのガスの少なくとも２つからなる混合物であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の方法。
10. ハウジング内部を有するハウジング（１）を備えた装置であって、前記ハウジング内部は、第１開口部（６）に隣接する第１周辺領域（３）と、第２開口部（７）に隣接する第２周辺領域（４）と、前記周辺領域（３、４）の間に配置された中央領域（５）と、を有し、
    基板（２）は、前記第1開口部（６）を通って前記ハウジング（１）内に入り、搬送方向（Ｆ）に前記中央領域（５）を通過し、かつ前記第２開口部（７）を通って前記ハウジング（１）から出て行き、
    炭素含有プロセスガスを前記ハウジング内部に供給するためにガス出口孔（２０）を有するガス入口（８）を有し、
    前記中央領域（５）は、第１加熱装置（２１）により加熱され、
    抽気孔（２４）を有し前記抽気孔（２４）をポンプ（１０）に接続したガス出口（１６）によりガスが前記ハウジング内部から導出され、
    前記第１周辺領域（３）内に反応性ガスが制御されて入り、前記第１周辺領域（３）で第１の化学反応が発生し、前記反応性ガスが前記基板（２）の表面上の汚染物質と反応する手段を備えている、前記装置において、
    両方の前記周辺領域（３，４）が共通するハウジング内部に位置し、かつ、
    前記ガス出口孔（２０）及び前記抽気孔（２４）は、前記反応性ガスの分圧が搬送方向（Ｆ）において前記第１開口部（６）から連続的に減少するように前記ハウジング内部に配置されかつ操作され、それによって前記反応性ガスの前記第１の化学反応及び炭素含有プロセスガスとの第２の化学反応が、前記第１周辺領域（３）において少なくとも９０％生じることを特徴とする装置。
11. 反応性ガスの質量流量を前記第２周辺領域（４）にも制御して供給することができる手段を有し、前記第１周辺領域（３）に入る質量流量が前記第２周辺領域（４）に入る質量流量よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記第１開口部（６）及び前記第２開口部（７）のそれぞれが、不活性ガスによって洗浄される拡散バリヤー（１１、１２、１３、１４）によって形成され、かつそれを通り前記基板（２）が搬送され、
    酸素を反応性ガスとし、前記第１開口部（６）によりその酸素を含む周囲の空気の質量流量を制御装置（１５）により制御するために、前記拡散バリヤー（１１、１２、１３、１４）が、前記不活性ガスの流量を変更することによって及び／又は不活性ガス出口孔（１３）の間若しくはガス導入孔（１４）の間の間隙によって制御可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
13. 反応性ガス導入孔（２２）を有し、前記反応性ガス導入孔（２２）を通り反応性ガスが少なくとも第１周辺領域（３）に供給されることを特徴とする請求項１０～１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記ガス入口（８）又は前記ガス入口（８）のパイプラインが、第２加熱装置（９）によって予め加熱され、前記第２加熱装置（９）が、少なくとも部分的に前記中央領域（５）に配置されることを特徴とする請求項１０～１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記第１周辺領域（３）において前記反応性ガスが前記基板（２）を洗浄するために前記基板（２）の表面上の汚染物質と化学的に反応し、かつ前記中央領域（５）において炭素含有構造体が堆積するように、前記抽気孔（２４）が第１周辺領域（３）と中央領域（５）との間の境界に配置されていることを特徴とする請求項１０～１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記拡散バリヤー（１１、１２、１３、１４）が冷却装置として構成され又は操作され、それによって前記基板（２）が冷却されることを特徴とする請求項１２～１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記基板（２）が第１ロール（１８）から巻き戻されることができる又は巻き戻されたエンドレス基板であり、前記ハウジング内部の中の前記基板の表面の洗浄及び同じ前記ハウジング内部における前記基板（２）の表面のコーティングの後に、前記基板が第２ロール（１９）に巻かれることを特徴とする請求項１０～１６のいずれかに記載の装置。