KR101262544B1 - 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기,및 이를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘계나노입자 포집 및 보관용기,및 이를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착장치 및 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기는 상기 용기의 일 측에 연결되어, 캐리어 가스에 의하여 나노입자가 유입되는 제 1 유입라인; 상기 용기의 타 측에 연결되어, 상기 유입된 나노입자가 외부로 배출되는 제 2 유입라인; 상기 용기 내에 구비되는 필터 스크린; 및 상기 필터 스크린을 통과한 캐리어 가스를 외부로 배출시키도록 상기 용기에 연결된 배출라인을 포함하는 것을 특징으로 하며, 별도의 나노입자 이송수단을 사용하지 않고서도 나노입자를 포집시키기 위하여 제공되는 캐리어 가스를 이용하여, 기판에 나노입자를 효과적으로 증착시킬 수 있고. 더 나아가, 증착 장치와 나노입자보관용기의 분리가 가능하므로 나노입자의 지속적인 주입이 가능하고, 아울러 유지 보수가 간편하다. 또한, 기존의 장치에도 본 발명에 따른 나노입자보관용기를 연결시킴으로써 효과적인 실리콘계나노입자 박막의 증착이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기는 상기 용기의 일 측에 연결되어, 캐리어 가스에 의하여 나노입자가 유입되는 제 1 유입라인; 상기 용기의 타 측에 연결되어, 상기 유입된 나노입자가 외부로 배출되는 제 2 유입라인; 상기 용기 내에 구비되는 필터 스크린; 및 상기 필터 스크린을 통과한 캐리어 가스를 외부로 배출시키도록 상기 용기에 연결된 배출라인을 포함하는 것을 특징으로 하며, 별도의 나노입자 이송수단을 사용하지 않고서도 나노입자를 포집시키기 위하여 제공되는 캐리어 가스를 이용하여, 기판에 나노입자를 효과적으로 증착시킬 수 있고. 더 나아가, 증착 장치와 나노입자보관용기의 분리가 가능하므로 나노입자의 지속적인 주입이 가능하고, 아울러 유지 보수가 간편하다. 또한, 기존의 장치에도 본 발명에 따른 나노입자보관용기를 연결시킴으로써 효과적인 실리콘계나노입자 박막의 증착이 가능하다.
Description
본 발명은 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기, 이를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐리어 가스에 의하여 유입되는 실리콘계나노입자를 포집/보관하며, 유입되는 캐리어 가스의 흐름에 따라 나노입자를 유입시켜, 공정 안정성과 함께 외부로부터의 나노입자 오염을 방지할 수 있는 실리콘계나노입자 보관용기, 이를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착장치 및 방법에 관한 것이다.
태양전지 시장의 대부분을 차지하는 벌크형 실리콘 태양전지는 높은 효율에도 불구하고 높은 원가라는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 시도로서 박막 태양전지가 활발히 연구되고 있다.
박막 태양전지 형태 중 하나는 저가의 기판, 예를 들면 유리, 금속판 또는 플라스틱 상에 박막 형태로 실리콘, 게르마늄 등의 실리콘계 물질을 증착시킨 형태이며, 벌크형 실리콘 태양전지에 비하여 낮은 원가라는 장점과 함께, 하부 기판 특성에 따라 플렉서블 태양전지 등이 가능하다는 장점이 있다.
더 나아가, 실리콘계 박막 태양전지의 효율을 향상시키고자 미리 합성된 실리콘계나노입자를 기판에 도입하는 기술이 있다. 상기 도입 기술로서 예를 들면 미리 합성된 나노입자를 함유하는 페이스트 또는 잉크 등을 박막 태양전지 기판에 도포시키는 기술이 있는데, 이 경우 미세한 크기 및 높은 표면적을 갖는 나노입자들이 외부에 노출되게 된다. 즉, 외부 공기나 조건에 나노입자들이 노출됨으로써 오염이 발생할 가능성이 높아지고, 더 나아가, 오염된 나노입자에 의하여 박막 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 나노입자의 외부 노출에 의한 오염을 최소화하는 용기 및 간편하고 효과적으로 나노입자 박막을 기판 상에 증착시킬 수 있는 장치 및 방법이 절실하다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 일정 압력이 유지되며, 나노입자를 가능한 외부에 노출시키지 않으면서, 별도의 이송수단을 사용하지 않고서도 나노입자를 기판에 증착시킬 수 있는 나노입자 포집 및 보관용기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 상술한 나노입자 포집 및 보관용기를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기로서, 상기 용기는 상기 용기의 일 측에 연결되어, 캐리어 가스에 의하여 나노입자가 유입되는 제 1 유입라인; 상기 용기의 타 측에 연결되어, 상기 유입된 나노입자가 외부로 배출되는 제 2 유입라인; 상기 용기 내에 구비되는 필터 스크린; 및 상기 필터 스크린을 통과한 캐리어 가스를 외부로 배출시키도록 상기 용기에 연결된 배출라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 보관용기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 필터 스크린은 상기 용기의 내측 단면에 구비되어, 상기 용기 내부를 수직의 제 1 공간 및 제 2 공간으로 분획하며, 또한, 상기 제 1 및 제 2 유입라인은 하부의 제 1 공간에 연결되고, 상기 배출라인은 상기 또 다른 제 2 공간에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 용기 내의 제 1 공간으로 유입된 나노입자는 상기 필터 스크린에 의하여 상기 제 2 공간으로 이동되지 못하며, 상기 나노입자를 유입시킨 캐리어 가스는 상기 필터 스크린을 지나 제 2 공간으로 이동되며, 상기 제 1 유입라인, 제 2 유입라인 및 배출라인에는 각각 밸브가 구비된다.
본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 상술한 나노입자 용기를 이용한 박막 증착장치로서, 상기 장치는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 나노입자보관용기; 및 상기 나노입자 포집 및 보관용기로부터 나노입자가 주입된 후, 내부에 적치된 기판상에 상기 나노입자가 제 1 증착되는 증착챔버를 포함하며, 상기 나노입자 주입은 상기 나노입자 용기에 주입되는 캐리어 가스에 의하여 상기 나노입자 용기 내의 나노입자가 상기 증착챔버로 이송되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 장치는 상기 나노입자 용기와 상기 증착챔버 사이에는 유량제어 컨트롤러가 구비된 제 1 유입라인을 더 포함한다.
또한, 본 발명은 박막 증착장치로서, 상기 장치는 캐리어 가스 및 실리콘계나노입자가 포집된 상술한 나노입자용기; 상기 나노입자용기로부터 나노입자가 주입된 후, 내부에 적치된 기판 상에 상기 나노입자가 제 1 증착되는 증착챔버; 상기 나노입자보관용기 및 증착챔버 사이에 구비되어 실리콘계나노입자 및 캐리어 가스를 나노입자 용기로 유입시키기 위한 제 2 유입라인; 상기 증착챔버와 연결되어, 상기 증착챔버 내의 기판 상에 실리콘계 박막을 제 2 증착하기 위한 반응가스가 유입되는 제 3 유입라인; 및 상기 증착챔버에 구비되며, 상기 제 3 유입라인을 통하여 유입되는 반응가스를 분해하기 위한 분해수단을 포함하며, 여기에서 상기 제 1 증착과 제 2 증착은 상기 기판상에서 동시에 진행되고, 상기 나노입자 용기로부터의 나노입자 주입은 상기 나노입자 용기에 주입되는 캐리어 가스에 의하여 상기 나노입자 용기 내의 나노입자가 상기 증착챔버로 이송되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 반응가스 분해수단은 플라즈마 발생장치이며, 상기 증착챔버로 유입되는 나노입자는 상기 플라즈마 발생장치에 의하여 증착챔버 내부에 형성된 플라즈마 영역을 지나 상기 기판상에 증착된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 유입라인 및 제 3 유입라인은 상기 증착챔버 상부에 구비된 나노입자 분산장치에 연결되며, 상기 나노입자 분산장치는 샤워헤드이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 샤워헤드는 복수 개의 홀이 형성된 하나의 이상의 플레이트를 포함하는 구조이며, 상기 샤워헤드는 복수 개의 홀이 형성된 플레이트가 둘 이상 적층된 구조이며, 상기 플레이트 사이에는 상기 유입되는 나노입자가 수평으로 이동할 수 있는 이격 공간이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 플레이트는 증착챔버 방향으로 홀 사이의 간격이 좁아지며, 상기 나노입자 용기는 상기 제 2 유입라인으로부터 선택적으로 분리될 수 있다.
본 발명은 또한 캐리어 가스에 의하여 실리콘계나노입자가 유입된 후 포집된 상술한 나노입자 용기; 상기 나노입자 용기로부터 나노입자가 주입된 후, 내부에 적치된 기판상에 상기 나노입자가 제 1 증착되는 증착챔버; 상기 나노입자 용기에 구비되어 실리콘계나노입자 및 캐리어 가스를 나노입자 용기로 유입시키기 위한 제 2 유입라인; 및 상기 증착챔버에 연결되어 실리콘계 박막의 제 2 증착을 위한 반응가스가 유입되는 제 3 유입라인을 포함하며, 여기에서 상기 나노입자 주입은 상기 제 1 유입라인을 통하여 상기 나노입자 용기로 주입되는 캐리어 가스에 의하여 상기 나노입자 용기 내의 나노입자가 상기 증착챔버로 이송되는 방식으로 수행되는 증착장치를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착방법으로, 상기 방법은 제 2 유입라인으로부터 유입되는 캐리어 가스 및 실리콘계나노입자와 제 3 유입라인을 통하여 반응가스를 상기 증착챔버로 유입시키는 단계; 상기 반응가스를 상기 증착챔버 내에서 분해시키는 단계; 상기 주입된 실리콘계나노입자의 제 1 증착과 상기 분해된 반응가스의 제 2 증착을 상기 기판상에서 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 박막 증착방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 반응가스는 RF 플라즈마 또는 열에 의하여 분해되며, 상기 방법은 상기 제 2 유입라인을 통하여 유입된 나노입자를 확산시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 1 증착과 제 2 증착은 동시에 진행된다.
본 발명은 또한 상술한 방법에 의하여 증착된 실리콘계나노입자 박막을 제공한다.
본 발명에 따른 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기는 캐리어 가스와 함께 유입되는 나노입자를 대기압 이하의 일정 압력으로 보관할 수 있다. 또한, 유입된 캐리어 가스가 필터 외부로 배출됨에 따라 상기 나노입자 용기는 입자의 지속적인 유입에도 불구하고 일정한 압력을 유지하고, 또한 용기 하부에 구비된 유입라인을 통하여 진공이 유지되는 나노입자 박막 증착 장치에 유입되는 캐리어 가스의 흐름을 이용, 나노입자를 주입한다. 따라서, 별도의 나노입자 이송수단을 사용하지 않고서도 나노입자를 포집시키기 위하여 제공되는 캐리어 가스를 이용하여, 기판에 나노입자를 효과적으로 증착시킬 수 있다. 더 나아가, 증착 장치와 나노입자보관용기의 분리가 가능하므로 나노입자의 지속적인 주입이 가능하고, 아울러 유지 보수가 간편하다. 또한, 기존의 장치에도 본 발명에 따른 나노입자보관용기를 연결시킴으로써 효과적인 실리콘계나노입자 박막의 증착이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 용기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 보관용기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계나노입자 박막 증착장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 박막 증착챔버에서의 증착과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드(230)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 보관용기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계나노입자 박막 증착장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 박막 증착챔버에서의 증착과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드(230)의 단면도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 실리콘계나노입자(이는 실리콘, 게르마늄 등의 4족 반도체 특성을 갖는 나노입자를 모두 포함하는 용어이며, 실리콘(Si) 자체로 나노입자의종류가 한정되지 않는다)의 증착(제 1 증착)과 실란 등과 같은 반응가스를 플라즈마 등의 방식으로 분해시켜 이를 기판에 증착(제 2 증착)시키는 두 개의 공정을 하나의 챔버에서 동시에 진행하는 방식을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 용기의 단면도이다. 본 발명에서 상기 나노입자 용기는 주입되는 나노입자를 포집한 후, 증착을 위하여 보관하는 밀폐형 용기이므로, 본 명세서에서 '포집 및 보관 용기'는 실질적으로 하나의 나노입자 용기를 지칭한다.
도 1을 참조하면, 나노입자용기(10)의 일 측에는 캐리어 가스와 함께 나노입자가 유입되는 제 1 유입라인(11)이 구비된다. 상기 제 1 유입라인(11)을 통하여 외부에서 제조된 나노입자가아르곤 등과 같은 캐리어 가스가 상기 나노입자 용기(10) 내로 유입되며, 상기 제 1 유입라인(11)에는 상기 캐리어 가스의 유입을 차단할 수 있는 제 1 밸브(12)가 구비될 수 있다.
상기 제 1 유입라인(11)을 통하여 유입된 나노입자는 상기 용기(10) 내에 체류하게 되는데, 본 발명에 따른 상기 나노입자 용기(10)에는 상기 나노입자의 외부 배출을 방지하는 필터 스크린(13)이 상기 용기(10) 내에 구비된다. 이때 아르곤과 같은 캐리어 가스의 배출을 원활히 촉진하기 위하여, 필터 스크린(13)은 용기(10) 내의 위쪽에 구비되는 것이 바람직하다. 이로써 필터 스크린(13) 위쪽으로 나노입자는 배출되지 않고, 다만 캐리어 가스만이 위쪽으로 배출되어, 용기 외부에 구비된 배출라인(14)을 통하여 배출된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 배출라인(14)에는 별도의 제 2 밸브(15)가 구비될 수 있으며, 상기 배출라인(14)으로부터 상기 나노입자 용기(10)는 탈부착될 수 있다. 이로써 목적하는 양의 나노입자를 용기에 주입한 후, 상기 제 2 밸브(15)를 먼저 폐쇄하고, 제 1 밸브(12)를 나중에 폐쇄함으로써 상기 나노입자 용기(10) 내부는 일정한 압력이 된다. 이 상태에서 상기 제 1 유입라인 및/또는 배출라인으로부터 상기 나노입자 보관용기(10)는 분리되어, 이동할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 필터 스크린(13)이 구비된 나노입자 용기(10) 하부 공간의 일 측에는 또 다른 제 2 유입라인(16)이 연결되는데, 상기 제 2 유입라인(16)에는 또 다른 제 3 밸브(17)가 구비된다. 비록 도 1에서는 제 1 유입라인과 제 2 유입라인이 동시에 연결된 형태를 나타내나, 만약 보관용기가 이동가능한 형태라면 상기 제 1 유입라인과 제 2 유입라인은 동시에 연결되지 않을 수 있다. 이 경우, 제 1 유입라인을 통하여 나노입자가 일정 수준 이상으로 포집되면, 상기 보관용기는 격리된 채 이동되어, 상기 제 2 유입라인에 연결된다. 따라서, 본 발명의 범위는 도 1의 구성에만 제한되지 않는다.
제 2 밸브(15)는 폐쇄된 상태에서 개방된 제 1 밸브를 통하여 압력차에 의하여 유입되는 캐리어 가스는 제 3 밸브(17)를 개방에 따라 대기압 이하로 일정 압력이 유지되는 나노입자 용기 내의 나노입자를 상기 제 2 유입라인(16)을 통하여 나노입자 박막 증착 장치로 이송된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 보관용기의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 용기(10)의 일 측에는 제 1 유입라인(11)이, 타 측에는 제 2 유입라인(12)이 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 유입라인(11, 16)는 모두 용기 내에 구비된 필터 스크린(13) 아래에 연결된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 상기 필터 스크린(13)은 용기(10) 내측 단면에 구비되어, 상기 용기 내부를 수직의 2 공간으로 분획한다. 이때 분획된 용기(10) 내부의 하측 공간(제 1 공간, 10a)에 상기 제 1 유입라인과 제 2 유입라인이 연결된다. 또한 분획된 상측의 또 다른 공간(제 2 공간, 10b)에는 배출라인(14)이 연결되는데, 상기 제 1 공간으로 유입된 나노입자는 필터 스크린(13)에 의하여 제 1 공간에만 보관되나, 상기 나노입자를 유입시키는 구동력을 제공한 캐리어 가스는 상기 제 2 공간(10b)로 넘어가 상기 배출라인(14)을 통하여 외부로 배출된다.
이하, 본 발명에 따른 나노입자 용기를 이용한 증착장치와 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 실리콘계나노입자 증착장치는 외부로 노출되지 않고, 탈부착이 가능한 도 1 및 2의 나노입자 보관용기로부터 대기압 미만의 진공 상태가 유지되는 증착장치로 직접 나노입자를 이송시키므로, 나노입자의 오염 또는 입자 응집(aggregation), 그리고 오염 및 응착을 방지하기 위한 나노입자 표면처리 공정 등이 필요하지 않게 된다. 또한, 본 발며의 일 실시예에 따른 나노입자 증착장치는 나노입자 포집/보관 용기로 나노입자를 유입시키기 위한 캐리어 가스를 그대로 유입받으며, 이로써 캐리어 가스에 의하여 용기 내의 나노입자가 상기 증착 챔버 내로 유입된다. 따라서, 별도의 펌프 등을 사용하지 않고서도, 포집/보관 용기로부터 나노입자를 증착챔버에 효과적으로 이송시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계나노입자 박막 증착장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착장치는 나노입자가 캐리어 가스와 함께 보관되며, 유입되는 도 1, 2의 나노입자 용기(100) 및 박막 증착을 위한 반응가스(예를 들면, 실란, 수소, 메탄 등)가 유입되는 유입라인(제 3 유입라인, 302)이 연결된 증착챔버(200)을 포함한다. 상기 증착챔버(200)와 나노입자 용기(100) 사이의 제 2 유입라인(102)에는 유량제어 컨트롤러(Mass Flow Controller, 103)가 구비되어, 상기 나노입자 용기(100)로 주입되는 캐리어 가스에 의하여 이송되는 나노입자의 양을 조절하게 된다.
본 발명은 특히 별도의 공정에서 제조된 후 나노입자를 증착공정 중 외부로 노출시켜야 하는 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 상기 나노입자가 캐리어 가스와 함께 포집된 상태의 독립된 별도 용기를 선택적으로 증착챔버에 연결시켜, 나노입자의 유입동력을 상기 나노입자 주입을 위하여 사용되는 캐리어 가스를 사용한다. 따라서, 별도의 펌프 사용 등에 의한 나노입자의 외부 노출을 최소화시킨다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 상기 나노입자 용기(100)는 제 2 유입라인으로부터 자유로이 분리가능하며, 또 다른 나노입자 용기로 교체가능하다. 따라서, 장치의 유지보수가 상대적으로 용이하는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 나노입자를 증착챔버로 유입시키는 캐리어 가스는 아르곤, 질소 등와 같은 비활성 가스일 수 있으나, 이와 달리 분해된 후 기판 상에 박막을 형성하는 실란 등과 같은 반응가스가 캐리어 가스로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 증착장치의 증착챔버에는 박막 증착을 위하여 챔버 내로 유입되는 반응가스를 분해시키기 위한 분해수단(미도시)이 더 구비될 수 있는데, 예를 들면 상기 분해수단은 RF 플라즈마 또는 열선일 수 있다. 즉, 본 발명에서 상기 반응가스 분해수단은 통상의 PECVD에 사용되는 플라즈마 발생장치를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 박막 증착챔버에서의 증착과정을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 증착챔버(200) 는 나노입자 박막 증착과 함께 실리콘계 박막 증착을 형성하기 위하여 내부로 유입되는 반응가스를 분해하기 위한 분해수단을 더 구비되는데, 예를 들면, RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 또는 열선 등이 상기 분해 수단으로 사용될 수 있다. 상기 반응가스는 박막의 종류에 따라 결정되는데, 예를 들면 실리콘 박막이 증착되는 경우, 상기 반응가스는 실란과 수소를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 증착챔버 내에는 기판(S)이 적치되는 플레이트(220)가 구비된다. 상기 플레이트는 상부에 적치되는 기판(S)의 온도를 조절, 제어하기 위한 온도조절수단(미도시, 예를 들면 열선 등)이 구비될 수 있다.
상기 증착챔버로 유입되는 나노입자 및 반응가스는 상기 증착챔버(200) 내에 구비된 나노입자 분산장치(230)에 의하여 동시에 분산, 확산된다. 도 4에서는 샤워헤드(230) 타입의 분산장치를 개시하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 일정 속도로 유입되는 나노입자를 원하는 범위까지 분산, 확산시킬 수 있는 임의의 모든 수단이 상기 나노입자 분산장치(230)에 속한다.
이로써 기판 전체로 확산되어 나노입자와 반응가스가 유입되는데, 이때 상기 반응가스는 증착챔버(200) 내의 플라즈마 영역에서 분해되며, 나노입자와 함께 기판(S) 상에 동시에 증착된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 반응가스에 의한 실리콘계 박막의 제 1 증착과 별도 용기에서 유입된 실리콘계나노입자의 제 2 증착을 기판 상에 동시에 수행하며, 이로써 나노입자의 외부 노출을 최소화시켜, 박막 매트릭스 내에 나노입자가 균일하게 분사된, 소위 실리콘계나노입자 박막을 기판상에 증착시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 박막 증착장치는 증착챔버(200) 상단에 구비되며, 반응가스와 나노입자를 동시에 확산시키는 수단인 나노입자 분산장치(230)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드(230)의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 샤워헤드는 복수 개의 홀(h)이 형성된 플레이트들이 적층된 구조로서, 상기 플레이트(230a, 230b, 230c) 사이에는 나노입자가 수평으로 이동할 수 있는 수준의 간격만큼 이격되어 있다.
도 3에서는 3개의 플레이트(230a, 230b, 230c)가 예시되나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서는 상기 균일한 수준으로 나노입자를 분산, 확산시키기 위하여, 각 플레이트에 구비되어, 나노입자가 지나는 홀 사이의 간격(피치)를 달리 구성하며, 나노입자가 주입되는 방향으로 갈수록 간격이 좁아지는 구성을 제공한다. 이로써, 증착챔버로 유입되는 나노입자는 제 1 플레이트(230a), 제 2 플레이트(230b) 및 제 3 플레이트(230c)를 지날수록 보다 균일한 분포도를 가지며 확산된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
Claims (21)
- 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기로서, 상기 용기는
상기 용기의 일 측에 연결되어, 캐리어 가스에 의하여 나노입자가 유입되는 제 1 유입라인;
상기 용기의 타 측에 연결되어, 상기 유입된 나노입자가 외부로 배출되는 제 2 유입라인;
상기 용기 내에 구비되는 필터 스크린; 및
상기 필터 스크린을 통과한 캐리어 가스를 외부로 배출시키도록 상기 용기에 연결된 배출라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기.
- 제 1항에 있어서,
상기 필터 스크린은 상기 용기의 내측 단면에 구비되어, 상기 용기 내부를 수직의 제 1 공간 및 제 2 공간으로 분획하는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기.
- 제 2항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유입라인은 하부의 제 1 공간에 연결되고, 상기 배출라인은 상기 또 다른 제 2 공간에 연결되는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기.
- 제 3항에 있어서,
상기 용기 내의 제 1 공간으로 유입된 나노입자는 상기 필터 스크린에 의하여 상기 제 2 공간으로 이동되지 못하며, 상기 나노입자를 유입시킨 캐리어 가스는 상기 필터 스크린을 지나 제 2 공간으로 이동되는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기.
- 제 4항에 있어서,
상기 제 1 유입라인, 제 2 유입라인 및 배출라인에는 각각 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기를 이용한 박막 증착장치로서, 상기 장치는
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기; 및
상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기로부터 나노입자가 주입된 후, 내부에 적치된 기판 상에 상기 나노입자가 제 1 증착되는 증착챔버를 포함하며, 상기 나노입자 주입은 상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기에 주입되는 캐리어 가스에 의하여 상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기 내의 나노입자가 상기 증착챔버로 이송되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는박막 증착장치.
- 제 6항에 있어서, 상기 장치는
상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기와 상기 증착챔버 사이에는 유량제어 컨트롤러가 구비된 제 1 유입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 박막 증착장치로서, 상기 장치는
캐리어 가스 및 실리콘계나노입자가 포집된 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기;
상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기로부터 나노입자가 주입된 후, 내부에 적치된 기판상에 상기 나노입자가 제 1 증착되는 증착챔버;
상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기와 증착챔버 사이에 구비되어 실리콘계나노입자 및 캐리어 가스를 나노입자 용기로 유입시키기 위한 제 2 유입라인;
상기 증착챔버와 연결되어, 상기 증착챔버 내의 기판 상에 실리콘계 박막을 제 2 증착하기 위한 반응가스가 유입되는 제 3 유입라인; 및
상기 증착챔버에 구비되며, 상기 제 3 유입라인을 통하여 유입되는 반응가스를 분해하기 위한 분해수단을 포함하며, 여기에서 상기 제 1 증착과 제 2 증착은 상기 기판상에서 동시에 진행되고, 상기 실리콘계나노입자 포집 및 보관용기로부터의 나노입자 주입은 상기 나노입자 용기에 주입되는 캐리어 가스에 의하여 상기 나노입자 용기 내의 나노입자가 상기 증착챔버로 이송되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 반응가스 분해수단은 플라즈마 발생장치인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 증착챔버로 유입되는 나노입자는 상기 플라즈마 발생장치에 의하여 증착챔버 내부에 형성된 플라즈마 영역을 지나 상기 기판상에 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 10항에 있어서,
상기 제 2 유입라인 및 제 3 유입라인은 상기 증착챔버 상부에 구비된 나노입자 분산장치에 연결된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 11항에 있어서,
상기 나노입자 분산장치는 샤워헤드인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 12항에 있어서,
상기 샤워헤드는 복수 개의 홀이 형성된 하나의 이상의 플레이트를 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 13항에 있어서,
상기 샤워헤드는 복수 개의 홀이 형성된 플레이트가 둘 이상 적층된 구조이며, 상기 플레이트 사이에는 상기 유입되는 나노입자가 수평으로 이동할 수 있는 이격 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 14항에 있어서,
상기 플레이트는 증착챔버 방향으로 홀 사이의 간격이 좁아지는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 제 15항에 있어서,
상기 나노입자 용기는 상기 제 2 유입라인으로부터 선택적으로 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
- 캐리어 가스에 의하여 실리콘계나노입자가 유입된 후 포집된 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 나노입자 용기; 상기 나노입자 용기로부터 나노입자가 주입된 후, 내부에 적치된 기판상에 상기 나노입자가 제 1 증착되는 증착챔버; 상기 나노입자 용기에 구비되어 실리콘계나노입자 및 캐리어 가스를 나노입자 용기로 유입시키기 위한 제 2 유입라인; 및
상기 증착챔버에 연결되어 실리콘계 박막의 제 2 증착을 위한 반응가스가 유입되는 제 3 유입라인을 포함하며, 여기에서 상기 나노입자 주입은 상기 제 1 유입라인을 통하여 상기 나노입자 용기로 주입되는 캐리어 가스에 의하여 상기 나노입자 용기 내의 나노입자가 상기 증착챔버로 이송되는 방식으로 수행되는 증착장치를 이용한 실리콘계나노입자 박막 증착방법으로, 상기 방법은
제 2 유입라인으로부터 유입되는 캐리어 가스 및 실리콘계나노입자와 제 3 유입라인을 통하여 반응가스를 상기 증착챔버로 유입시키는 단계;
상기 반응가스를 상기 증착챔버 내에서 분해시키는 단계;
상기 주입된 실리콘계나노입자의 제 1 증착과 상기 분해된 반응가스의 제 2 증착을 상기 기판상에서 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 박막 증착방법.
- 제 17항에 있어서,
상기 반응가스는 RF 플라즈마 또는 열에 의하여 분해되는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 박막 증착방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 방법은
상기 제 2 유입라인을 통하여 유입된 나노입자를 확산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 박막 증착방법.
- 제 19항에 있어서,
상기 제 1 증착과 제 2 증착은 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계나노입자 박막 증착방법.
- 삭제
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