KR101637980B1 - 열 화학기상증착 장치 및 열 화학기상증착 방법 - Google Patents

Abstract

효과적이고 효율적으로 대상 소재를 보다 균일하게 코팅시킬 수 있도록, 작업대 상에 배치되고 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내부에 회전가능하게 배치되며 소재를 수용하는 반응튜브, 상기 진공챔버 외측에 배치되는 가열부, 상기 반응튜브 내부에 소스가스를 공급하는 공급부, 상기 진공챔버 내부 압력을 조절하는 압력조절부, 상기 반응튜브를 진공챔버 내부로 삽입 또는 진공챔버에서 외측으로 인출하기 위한 이동부, 상기 진공챔버에 대해 상기 반응튜브를 회전시켜 대상 소재와 소스가스를 교반시키기 위한 회전부를 포함하는 열 화학기상증착 장치를 제공한다.

Description

열 화학기상증착 장치 및 열 화학기상증착 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THERMAL CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}

본 발명은 분체에 대한 균일 증착을 위한 열 화학기상증착 장치 및 열 화학기상증착 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열 화학기상증착(Thermal CVD)는 열에너지에 의해 가열된 소재에 원료 가스를 기상 증착하여 박막을 형성하는 기술이다. 열 화학기상증착은 고온에서 박막생성을 치밀하게 형성할 수 있고 순도가 높으며 극히 양질의 막을 형성할 수 있고, 소재와 매우 강한 부착 강도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

종래에는 통상, 열 화학기상증착을 통해 웨이퍼(wafer)나 글래스(glass) 등의 기판에 원하는 물질을 필름(film)형태로 증착하였으나, 종래 기술을 통해서는 분말(powder) 형태의 입자 하나하나에 원하는 물질을 고르게 증착하는 데 어려움이 있다.

분말 형태의 입자에 대한 증착은 분말의 입도나 장입량, CVD 장비 내에서 목적물질의 위치, 온도 편차 등 다양한 변수에 민감하게 좌우되기 때문에, 종래 기술을 통해서는 입자 하나하나에 원하는 물질을 고르게 증착하기 어려웠다.

따라서, 분말 형태의 소재에 원하는 물질을 보다 효과적이고 효율적이며 고르게 코팅하기 위한 열 화학기상증착 장비의 개발이 필요한 실정이다.

이에, 보다 효과적이고 효율적으로 대상 소재를 코팅할 수 있도록 된 열 화학기상증착 장치 및 열 화학기상증착 방법을 제공한다.

또한, 대상 소재를 보다 균일하게 코팅시킬 수 있는 열 화학기상증착 장치 및 열 화학기상증착 방법을 제공한다.

본 실시예의 열 화학기상증착 장치는 작업대 상에 배치되고 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내부에 회전가능하게 배치되며 소재를 수용하는 반응튜브, 상기 진공챔버 외측에 배치되는 가열부, 상기 반응튜브 내부에 소스가스를 공급하는 공급부, 상기 진공챔버 내부 압력을 조절하는 압력조절부, 상기 반응튜브를 진공챔버 내부로 삽입 또는 진공챔버에서 외측으로 인출하기 위한 이동부, 상기 진공챔버에 대해 상기 반응튜브를 회전시켜 대상 소재와 소스가스를 교반시키기 위한 회전부를 포함할 수 있다.

상기 반응튜브는 원형 단면 형태로 이루어져 회전 중심축이 수평으로 배치된 구조일 수 있다.

상기 진공챔버는 원형 단면 형태로 중심축이 수평으로 배치되고, 상기 반응튜브가 중심축선 상에 배치된 구조일 수 있다.

상기 가열부는 상기 진공챔버 하부에 배치되고 진공챔버가 안착되는 하부히터와, 상기 하부히터에 회동가능하게 결합되어 진공챔버를 덮는 상부히터를 포함할 수 있다.

상기 회전부는 반응튜브 내주면에 설치되어 소재를 교반하는 적어도 하나 이상의 블레이드를 더 포함하고, 상기 블레이드는 반응튜브 중심을 향해 돌출되고 축방향을 따라 연장되며, 반응튜브 내주면을 따라 간격을 두고 배치된 구조일 수 있다.

상기 회전부는 진공챔버의 일측 선단에 접하여 진공챔버를 밀폐하는 측판의 중심에 설치되는 외관과, 상기 외관에 삽입되어 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 반응튜브 일측 선단 중심부에 설치되어 축방향으로 연장되고 상기 회전축의 선단에 결합되어 회전축과 반응튜브를 연결하는 연결관, 상기 외관 내주면에 설치되어 외관과 회전축 사이를 실링하는 실링패드, 상기 측판 외측에 배치되고 상기 외관 선단에 연결되는 하우징, 상기 하우징에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동모터를 포함할 수 있다.

상기 회전부는 상기 반응튜브의 타측 선단 중심부에 외측으로 연장 형성되는 지지관과, 상기 진공챔버의 타측 선단에 설치되어 진공챔버를 밀폐하는 밀폐판의 중심부를 관통하여 진공챔버 내부로 연장되고, 상기 지지관에 끼워져 반응튜브를 축지지하는 축부재를 포함하여, 상기 반응튜브의 타측 선단을 축지지 하는 구조일 수 있다.

상기 이동부는 작업대 상부에 반응튜브의 축방향을 따라 설치되는 가이드레일과, 상기 가이드레일을 따라 이동가능하게 설치되며, 상부에는 상기 하우징이 고정설치되는 대차를 포함할 수 있다.

상기 공급부는 상기 외관의 측면에 외관 내부로 연통되는 투입구가 설치되어 투입구에 연결된 공급라인으로부터 소스가스를 공급받고, 상기 회전축은 중심축을 따라 가스통로가 형성되어 상기 연결관과 연통되며, 측면에는 외관 내부 공간과 상기 가스통로를 연통하는 적어도 하나 이상의 가스홀이 형성된 구조일 수 있다.

상기 공급부는 상기 회전축 선단에 연결되고 반응튜브의 중심축을 따라 반응튜브 내부로 연장되고, 표면에는 반응튜브 내부로 소스가스를 분출하는 적어도 하나 이상의 홀이 간격을 두고 형성된 공급관을 더 포함할 수 있다.

상기 공급관에 형성되는 홀은 공급관의 소스가스 이동방향을 따라 점차적으로 그 형성 간격이 작아지는 구조일 수 있다.

상기 압력조절부는 상기 밀폐판 외측에 축부재를 감싸며 축부재 일단을 축지지하는 로터리관이 설치되고, 상기 지지관은 선단에 유통홀이 형성되며, 상기 지지관 선단에 끼워지는 축부재는 중심축을 따라 배출통로가 형성되어 상기 유통홀과 연통되고, 지지관 측면에는 상기 로터리관 내부 공간과 상기 배출통로를 연결하는 배출홀이 형성되며, 상기 로터리관은 측면에 로터리관 내부로 연통되는 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 배출라인이 연결되며, 상기 배출라인에 연결되어 진공압을 가하는 진공펌프와, 상기 배출라인 일측에 설치되어 배출라인을 개폐하는 벨로즈밸브를 포함하여, 진공챔버 내부 가스를 배출하여 진공압을 형성하는 구조일 수 있다.

상기 압력조절부는 진공압 형성시 반응튜브 내부의 와류 발생을 방지하기 위해, 상기 로터리관 측면에 형성되는 흡입구와, 상기 흡입구와 상기 진공펌프를 연결되는 흡입라인, 상기 흡입라인 상에 설치되고 상기 벨로즈밸브 개방전에 작동되어 진공챔버 내부 공기의 배출량을 조절하는 러핑밸브와 니들밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 압력조절부는 상기 로터리관 일측에 설치되어 진공챔버 내부 압력을 실시간으로 검출하기 위한 센서와, 상기 흡입라인에 분기되어 설치되는 밴트라인, 상기 밴트라인 일측에 설치되고 상기 센서의 신호에 따라 밴트라인을 개폐하여 가스를 배출하고 진공챔버 압력을 조절하는 이그저스트 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 연결관과 지지관의 선단에는 각각 체결구가 설치되고, 상기 반응튜브는 양 선단에 연결관의 체결구와 지지관의 체결구가 착탈가능하게 설치되어 반응튜브 내부를 개폐하는 구조일 수 있다.

상기 공급관은 반응튜브 중심축선을 따라 지지관으로 연장되고, 상기 연결관의 체결구와 지지관의 체결구 중심에 형성된 구멍에 끼워져 설치되며, 상기 체결구의 구멍은 공급관의 외주면과의 틈새를 형성하여 소재의 유출을 차단하고, 가스는 반응튜브에서 지지관의 체결구 구멍과 공급관 사이를 통해 흐르는 구조일 수 있다.

본 실시예의 열 화학기상증착 방법은 반응튜브 내에 증착 대상 소재를 장입하는 단계와, 진공챔버 내부로 반응튜브를 이동하는 단계, 진공챔버 내부에 진공압을 형성하고 가열하는 단계, 반응튜브를 회전시키는 단계, 반응튜브 내부로 소스가스를 투입하여 소재를 증착하는 단계, 증착 완료 후 진공챔버 내에서 반응튜브를 인출하는 단계, 반응튜브에서 소재를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 진공압 형성 후 진공챔버 내부에 분위기를 조성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 분위기 조성 후 진공챔버 내부 압력을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 반응튜브를 회전시키는 단계는 반응튜브를 회전방향을 정방향 및 역방향으로 번갈아 회진시키는 구조일 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 반응튜브를 회전시킴으로써 소재와 반응소스를 교반하면서 열 화학기상증착을 수행할 수 있게 된다. 이에, 열 화학기상증착이 보다 효과적으로 이루어지며, 소재 표면에 고르고 균일한 코팅막을 형성할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 장치를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 장치를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 장치의 내부 구성을 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 장치의 반응튜브 구조를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 과정을 나타낸 개략적인 순서도이다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 장치의 외형을 도시하고 있으며, 도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 열 화학기상증착 장치의 내부 구성을 도시하고 있다.

상기한 도면을 참조하면, 본 실시예의 열 화학기상증착 장치(100)는 작업대(10) 상에 배치되고 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버(20), 상기 진공챔버(20) 내부에 회전가능하게 설치되며 소재를 수용하는 반응튜브(30), 상기 진공챔버(20) 외측에 배치되는 가열부(40), 상기 반응튜브(30) 내부로 소스가스를 공급하는 공급부, 상기 진공챔버(20) 내부 압력을 조절하는 압력조절부, 상기 반응튜브(30)를 진공챔버(20) 내부로 삽입 또는 진공챔버(20)에서 외측으로 인출하기 위한 이동부(60), 상기 진공챔버(20)에 대해 상기 반응튜브(30)를 회전시켜 소재와 소스가스를 교반시키기 위한 회전부(70)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 소재는 증착이 이루어질 대상물로 분말 형태로 이루어질 수 있다. 상기 소스가스는 소재에 증착될 원료 소스를 포함하는 가스 상태의 물질로 이해할 수 있다.

이에, 본 실시예의 열 화학기상증착 장치(100)는 반응튜브(30)를 회전시켜 반응튜브(30) 내에 수용된 분말 형태의 소재를 교반시킴으로써, 소스가스와 소재가 효과적으로 섞이도록 하여 분말 형태의 소재에 대해 고르고 균일한 증착을 수행할 수 있게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 진공챔버(20)는 원형 단면 형태의 길게 연장되고 내부에 공간을 갖는 관 구조물로, 작업대(10) 상에 수평으로 배치된다. 진공챔버(20) 외측으로 가열부(40)가 배치된다.

상기 가열부(40)는 진공챔버(20) 하부를 감싸는 하부히터(42)와 진공챔버(20) 상부를 감싸는 상부히터(44)를 포함한다. 상기 하부히터(42)는 작업대(10) 상에 설치되며 상면에는 진공챔버(20)의 하부가 안착되는 홈(43)이 형성된다. 상기 상부히터(44)는 하부히터(42)에 회동가능하게 결합되어 하부히터(42)에 놓여진 진공챔버(20)를 덮거나 외부에 노출시킬 수 있도록 되어 있다. 상기 하부히터(42)와 접하는 상부히터(44)의 하면에는 상기 진공챔버(20) 상부가 안착되는 홈(45)이 형성되어 진공챔버(20) 상부를 덮게 된다.

이에, 필요시 하부히터(42)에 대해 상부히터(44)를 회동시켜주게 되면 진공챔버(20)가 외부로 노출되어 가열부(40)로부터 진공챔버(20)를 용이하게 분리할 수 있게 된다.

상기 진공챔버(20)의 일측 선단부에는 각각 반응튜브(30)로 반응소스를 공급하기 위한 공급부가 연결되며, 타측 선단부에는 진공챔버(20) 내부에서 가스를 배출하여 압력을 조절하는 압력조절부가 연결된다. 소스가스는 진공챔버(20)의 일측 선단을 통해 반응튜브(30)로 유입되어 반응이 이루어지며, 진공챔버(20) 타측 선단을 통해 배출된다. 소스가스의 가스 흐름은 진공챔버(20)의 축방향을 따라 형성된다. 진공챔버(20) 내부의 가스 역시 압력조절부를 통해 배출되어 진공챔버 내부에 진공압이 형성된다. 상기 가스의 공급과 배출 및 진공챔버 내부 압력조절의 구체적인 구조에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.

또한, 본 실시예의 장치는 소스가스를 반응 튜브(30) 내부로 공급하기 위한 공급부에 있어서, 상기 반응튜브(30) 내부로 연장되어 소스가스를 반응튜브 내부로 유도하는 공급관(도 3의 도면부호 50 참조)을 더 포함할 수 있다.

공급관을 구비하는 경우, 소스가스를 소재 전체에 보다 고르고 균일하게 공급할 수 있게 된다.

이하, 본 실시예는 공급관이 구비된 구조를 예로서 설명한다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반응튜브(30)는 원형 단면 형태로 내부에 공간을 갖는 빈 관 구조물로, 수평으로 놓여져 진공챔버(20)의 내부에 중심축을 따라 배치된다. 상기 반응튜브(30)의 내부에 증착 대상물인 소재가 수용된다. 본 실시예에서 상기 반응튜브(30)의 양 선단에는 반응튜브(30)의 양단을 축 지지함과 더불어 가스 흐름을 위한 관로를 형성하는 연결관(32)과 지지관(34)이 설치된다.

상기 반응튜브(30)는 선단을 개폐하여 내부에 소재를 장입하거나 증착 완료된 소재를 꺼낼 수 있도록 되어 있다. 본 실시예에서, 상기 연결관(32)과 지지관(34)은 각각 반응튜브(30) 양 선단에 착탈가능하게 설치되어 반응튜브(30) 내부를 개폐하게 된다. 이에, 반응튜브(30)에서 연결관(32) 또는 지지관(34)을 분리하여 개방된 반응튜브(30)의 선단을 통해 소재를 내부로 소재를 장입하거나 인출한다.

도 5와 도 6은 반응튜브(30)에 연결관(32) 또는 지지관(34)을 결합하는 구조를 예시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 연결관(32)과 지지관(34)의 선단에는 각각 체결구(35)가 설치되고, 상기 반응튜브(30)는 양 선단에 연결관(32)의 체결구(35)와 지지관(34)의 체결구(35)가 끼워질 수 있도록 대응되는 형태의 결합구(36)가 형성된다. 상기 연결관(32)과 지지관(34)의 체결구(35)는 반응튜브(30)의 결합구(36)에 장착되는 스냅링(38)을 매개로 고정될 수 있다.

반응가스는 연결관(32)을 통해 반응튜브(30) 내부로 유입되어 반응튜브 내에서 소재에 증착된다. 본 실시예에서, 상기 연결관 내부를 지나 반응튜브 내부로 공급관(50)이 연장설치되어 소스가스는 공급관을 통해 반응튜브 내부에 바로 공급된다.

상기 공급관(50)은 상기 연결관(32) 내부에 설치되어 반응튜브(30) 내부로 연장된다. 상기 공급관(50)은 반응튜브(30) 중심축을 따라 지지관(34)으로 연장된다. 상기 연결관(32)의 체결구(35)와 지지관(34)의 체결구(35)는 중앙으로 공급관(50)이 관통되는 구멍(37)이 형성된 링 구조를 이룬다. 상기 체결구(35)의 구멍(37)은 도 7에 도시된 바와 같이, 공급관(50) 외주면과의 틈새를 형성하여 소재 유출은 차단하면서 가스의 흐름은 유지하는 정도의 크기로 형성된다. 이에, 소재는 반응튜브(30) 내부에서 소스가스에 의해 증착이 이루어지며, 반응튜브(30) 내부의 가스는 지지관(34)의 체결구(35)의 구멍(37)과 공급관(50) 사이를 통해 흘러나가게 된다.

상기 공급관(50)은 끝이 막혀 있는 구조로, 반응튜브(30)의 내부공간에 위치하는 표면에는 반응튜브(30) 내부로 소스가스를 분출하는 적어도 하나 이상의 홀(52)이 간격을 두고 형성된다. 상기 홀(52)은 공급관(50)의 축방향을 따라 간격을 두고 형성될 수 있으며, 공급관(50)에 원주방향을 따라 각도를 두고 배열 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 홀(52)은 공급관(50)에 원주방향을 따라 90도 간격으로 형성될 수 있다.

이에 공급관(50)을 통해 공급된 소스가스는 반응튜브(30) 내에서 홀(52)을 통해 소재로 분출되고, 반응튜브(30) 내에서 열화학기상 증착 공정을 통해 소재 표면에 증착된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 공급관(50)에 형성되는 홀(52)은 공급관(50)의 소스가스 진행방향을 따라 점차적으로 그 형성 간격이 작아지는 구조로 되어 있다. 즉, 소스가스의 가스 흐름방향을 따라 앞쪽에 위치한 홀(52) 간의 간격이 가장 크고 가스 흐름방향을 따라 점차적으로 홀(52) 간의 간격이 작아져 가장 뒤쪽에 위치한 홀(52) 간의 간격이 가장 작다.

소스가스의 진행방향을 따라 앞쪽에 위치한 홀(52)에는 반응소스의 공급 압력이 크고, 뒤쪽으로 갈수록 압력은 작아진다. 압력이 크면 소스가스의 분출 유량이 커지므로, 가스 흐름방향을 따라 분사관의 앞쪽에 형성된 홀(52)을 통해 분출되는 소스가스의 유량은 뒤쪽에 형성된 홀(52)을 통해 분출되는 소스가스의 유량보다 크다. 이와 달리, 소스가스의 진행방향을 따라 앞쪽에서 뒤쪽으로 갈수록 홀(52) 간의 간격이 점차 작아지므로, 앞쪽에서보다 뒤로 갈수록 단위면적당 소스가스 분출량은 커지게 된다.

이에, 상기와 같이 공급관(50)을 구비하고, 공급관에 형성되는 홀(52)의 간격을 달리함으로써, 공급압에 따른 소스가스의 분출유량 차이를 보상할 수 있고, 반응튜브(30)의 축방향을 따라 전체적으로 반응소스의 공급량이 균일해진다. 따라서, 반응튜브(30) 축방향을 따라 소재 전체에 소스가스가 균일하게 공급되어 보다 고른 코팅이 이루어질 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 반응튜브(30)는 진공챔버(20)의 내부에서 회전가능한 구조로 되어 있다. 반응튜브(30)가 회전함에 따라 내부에 수용된 소재가 교반되면서 보다 균일한 코팅이 이루어진다.

이하 상기 도면들을 참조하여 회전부를 설명하면 다음과 같다.

상기 회전부(70)는 진공챔버(20)의 일측 선단에 접하여 진공챔버(20)를 밀폐하는 측판(71)의 중심에 설치되는 외관(72)과, 상기 외관(72)에 삽입되어 회전가능하게 설치되는 회전축(74), 상기 반응튜브(30) 일측 선단 중심부에 설치되어 축방향으로 연장되고 상기 회전축(74)의 선단에 결합되어 회전축(74)과 반응튜브(30)를 연결하는 연결관(32), 상기 외관(72) 내주면에 설치되어 외관(72)과 회전축(74) 사이를 실링하는 실링패드(75), 상기 측판(71) 외측에 배치되고 상기 외관(72) 선단에 연결되는 하우징(76), 상기 하우징(76)에 설치되고 상기 회전축(74)에 연결되어 회전축(74)을 회전시키기 위한 구동모터(78)를 포함한다.

또한, 상기 회전부(70)는 상기 반응튜브(30)의 타측 선단 중심부에 외측으로 연장 형성되는 지지관(34)과, 상기 진공챔버(20)의 타측 선단에 설치되어 진공챔버(20)를 밀폐하는 밀폐판(79)의 중심부를 관통하여 진공챔버(20) 내부로 연장되고, 상기 지지관(34)에 끼워져 반응튜브(30)를 축지지하는 축부재(80)를 포함하여, 상기 반응튜브(30)의 타측 선단을 축지지 하는 구조로 되어 있다.

상기 측판(71)은 진공챔버(20)의 개방된 일측 선단을 밀폐하기 위한 원형 판 구조물이다. 측판(71)은 진공챔버(20)의 일측 선단에 설치된 플랜지(22)에 접하여 진공챔버(20)를 밀폐한다. 본 실시예에서 상기 측판(71)은 이동부(60)에 의해 반응튜브(30) 이동시 같이 이동하여 진공챔버(20)를 선택적으로 개폐하게 된다.

상기 밀폐판(79)은 진공챔버(20)의 개방된 타측 선단을 밀폐하는 원형 판 구조물이다. 상기 밀폐판(79)은 진공챔버(20)의 타측 선단에 설치된 플랜지(24)에 접하여 진공챔버(20)를 밀폐한다. 진공챔버(20)는 양단에 설치되는 측판(71)과 밀폐판(79)에 의해 밀폐되어 외부와 차단된다. 상기 밀폐판(79)과 진공챔버(20)의 플랜지(24) 사이 및 상기 측판(71)과 진공챔버의 플랜지(22) 사이에는 기밀 유지를 위한 오링(26)이 더 설치될 수 있다.

상기 측판(71)과 상기 밀폐판(79)을 반응튜브(30)에 밀착 고정시키기 위해, 예를 들어 체인 형태로 측판(71) 둘레를 따라 감겨져 측판(71)과 반응튜브(30) 선단의 플랜지 사이를 조여 주는 구조의 체인링(도시되지 않음)을 이용하거나, 측판(71)과 플랜지 사이를 볼트 체결하는 구조 등 다양한 구조가 적용될 수 있다.

상기 외관(72)은 관 구조물로, 상기 측판(71)의 외측면 중심부에 축방향으로 설치된다. 상기 외관(72)의 내부에는 회전축(74)이 회전가능하게 설치된다. 상기 회전축(74)은 외관(72)을 관통하여 외측 선단은 하우징(76)에 설치된 구동모터(78)에 연결되며, 내측 선단은 측판(71)을 지나 반응튜브(30) 내부로 연장된다. 상기 외관(72)의 내주면에는 실링패드(75)가 설치되어 외관(72)과 회전축(74) 사이를 실링한다. 이에, 외관(72)과 회전축(74) 사이를 통해 진공챔버(20) 내부 압력이나 가스의 유출을 방지할 수 있다.

상기 하우징(76)은 측면에 외관(72)이 고정 설치되며, 내부 또는 일측에 구동모터(78)가 결합된다. 상기 하우징(76) 내부에는 구동모터(78)의 구동력을 회전축(74)에 인가하기 위한 동력전달기구가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 동력전달기구는 회전속도나 회전방향을 전환하는 변속기어로 이루어질 수 있다.

이에, 상기 구동모터(78)를 제어작동하게 되면 외관(72) 내부에 설치된 회전축(74)으로 동력이 전달되고, 최종적으로 회전축(74)에 연결된 반응튜브(30)가 정방향 또는 역방향으로 회전된다.

본 실시예에서, 상기 구동모터(78)는 하우징(76)의 외측에 설치되어 가열부(40)와는 하우징(76)을 사이에 두고 이격 배치된 구조일 수 있다. 이와 같이, 가열부(40)로부터 구동모터(78)를 멀리 이격 배치함으로써, 가열부(40)에서 발생되는 고열의 영향을 최소화하여 구동모터(78)의 손상을 방지할 수 있다.

도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 반응튜브(30)의 양 선단에는 반응튜브(30)의 회전축(74) 역할과 더불어 가스 흐름을 위한 관로를 형성하는 연결관(32)과 지지관(34)이 설치된다.

상기 연결관(32)은 내부가 빈 관 구조물로, 반응튜브(30) 일측 선단 중심에 설치되어 축방향으로 연장된다. 상기 연결관(32) 선단과 회전축(74)의 선단에는 각각 결합을 위한 플랜지(33)가 설치되어 예를 들어 체결 볼트를 매개로 결합된다. 이에, 회전축(74) 회전시 연결관(32)을 매개로 회전축(74)에 연결된 반응튜브(30)가 회전된다.

상기 연결관(32)의 내부를 따라 공급관(50)이 삽입되며, 공급관(50)의 일측 선단은 회전축(74)에 연결되고, 타측 선단은 반응튜브(30) 내부로 삽입된다.

상기 지지관(34)은 내부가 빈 관 구조물로, 반응튜브(30)의 타측 선단 중심에 설치되어 축방향으로 연장된다. 상기 지지관(34)의 외측 선단에는 축부재(80)가 끼워질 수 있도록 삽입홈(82)이 형성되어, 지지관(34)은 삽입홈(82)을 매개로 축부재(80)에 끼워져 축지지된다. 이에, 상기 반응튜브(30)는 연결관(32)을 매개로 회전축(74)에 일단이 결합되고, 지지관(34)을 매개로 일단이 축부재(80)에 지지되어 반응튜브(30) 내에서 회전가능하게 축지지된다. 상기 지지관(34)은 반응튜브(30)와 연통되어 내부로 가스가 흘러나가는 통로를 이루며, 선단에는 가스가 배출되는 유통홀(83)이 형성된다.

상기 지지관(34)을 축지지하는 축부재(80)는 원형 바 형태를 이루며, 밀폐판(79)의 중심을 축방향으로 관통하여 밀폐판(79)에 대해 자유롭게 회전가능하게 설치된다. 축부재(80)의 내측 선단은 진공챔버(20) 내부로 연장되며, 타측 선단은 밀폐판(79) 외측으로 연장되어 작업대(10)에 설치된 지지대(81)에 회전가능하게 축결합된다. 상기 축부재(80)의 내측 선단은 상기 지지관(34)에 형성된 삽입홈(82)에 끼워질 수 있는 형태와 크기로 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 상기 반응튜브(30)는 회전시 내부에 수용된 소재의 교반력을 높일 수 있도록, 내부에 블레이드(31)가 설치된다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 반응튜브(30)의 내부에는 내주면에 설치되어 대상 소재를 교반하는 적어도 하나 이상의 블레이드(31)가 구비된다. 상기 블레이드(31)는 반응튜브(30) 중심을 향해 돌출되고 축방향을 따라 연장되며, 반응튜브(30) 내주면을 따라 간격을 두고 배치된 구조로 되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 블레이드(31)는 반응튜브(30) 내주면에 원주방향을 따라 120도 각도로 3개가 배치된 구조일 수 있다. 상기 블레이드(31)의 설치 개수나 설치 간격은 상기한 구조에 한정되지 않으며 예를 들어, 2개나 4개 등 다양하게 변형가능하다.

이와 같이, 반응튜브(30) 내부에 블레이드(31)를 설치함으로써, 반응튜브(30)가 회전하게 되면 블레이드(31)가 움직이면서 반응튜브(30) 밑에 자중에 의해 가라앉아 있던 소재를 위로 이동시킨 후 낙하시키게 된다. 즉, 반응튜브(30) 내부에 수용된 소재는 반응튜브(30) 회전에 따라 블레이드(31)에 걸려 위로 이동된 후 낙하되는 과정을 계속 반복하면서 반응튜브(30) 내부로 공급된 소스가스와 고르게 섞이게 된다. 이에, 소스가스가 소재에 보다 고르고 균일하게 증착가능하게 된다.

여기서, 소스가스를 공급하기 위한 공급부와 상기 진공챔버의 압력을 조절하는 압력조절부의 구조를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예에서 소스가스의 공급은 회전축(74)을 통해 이루어진다. 이를 위해, 상기 회전축(74)은 중심축을 따라 가스통로(84)가 형성되어 상기 공급관(50)과 연통된다. 회전축(74)의 측면에는 외관(72)의 내부 공간과 상기 가스통로(84)를 연통하는 적어도 하나 이상의 가스홀(85)이 형성된다. 이에, 공급관(50)은 회전축(74) 내부의 가스통로(84)와 가스홀(85)을 통해 외관과 연통된다. 상기 외관(72)은 측면에 외관(72) 내부로 연통되는 투입구(86)가 설치되고, 상기 투입구(86)에는 공급라인(87)이 연결된다. 이에, 상기 공급라인(87)으로 소스가스를 공급하게 되면 외관과 연통되어 있는 공급관으로 소스가스가 유입된다.

상기 공급라인(87)에는 제어부(93)의 제어신호에 따라 소스가스의 공급량을 조절하는 제어밸브가 설치될 수 있다.

공급라인(87)에서 공급된 소스가스는 외관(72)의 투입구(86)를 통해 외관(72) 내부로 유입된다. 외관(72) 내부에 구비된 회전축(74)에 형성된 가스홀(85)은 외관(72) 내부와 연통되어 있어서, 외관(72) 내부로 유입된 소스가스는 회전축(74)의 가스홀(85)을 통해 가스홀(85)과 연결된 가스통로(84)를 따라 흐른다. 상기 회전축(74)에 형성된 가스홀(85)은 외관(72)과 회전축(74) 사인 외관(72) 내부 공간과 계속 연통되어 있어서, 회전축(74)이 회전하더라도 가스홀(85)을 통해 회전축(74) 내부의 가스통로(84)로 흘러나갈 수 있다. 회전축(74)은 공급관(50)과 연결되어 있어서, 소스가스는 가스통로(84)를 통해 최종적으로 공급관(50)으로 공급된다. 공급관이 구비되지 않은 구조의 경우, 가스통로는 바로 연결관과 연통되므로, 소스가스는 연결관을 통해 반응튜브로 공급된다.

공급관(50)으로 유입된 소스가스는 공급관(50) 표면에 형성된 홀(52)을 통해 반응튜브(30) 내부로 분출되어 소재 표면에 증착된다. 반응튜브(30)로 분출된 소스가스는 반응튜브(30)에 설치된 지지관(34)으로 흘러나가 압력조절부를 통해 배출된다.

여기서, 상기 공급라인은 필요에 따라 소스가스 외에 분위기가스를 공급하게 된다. 상기 공급라인으로 소스가스의 공급을 차단하고 예를 들어, 질소 등의 분위기가스를 공급하게 되면, 공급라인을 통해 외관 내부로 질소가 공급되고, 외관에 연통되어 있는 공급관을 통해 반응튜브 내부로 질소가스가 공급된다. 상기 공급라인을 통한 소스가스 또는 분위기가스의 공급은 예를 들어, 공급라인에 연결된 밸브의 조작을 통해 이루어질 수 있으며 이하 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 본 장치는 가스가 배출되는 축부재(80)의 배출통로(88)를 통해 진공챔버(20) 내부에 진공압을 형성할 수 있다. 상기 로터리관(90)은 일측에 흡입홀(94)이 형성되고, 상기 흡입홀(94)에는 흡입라인(97)을 통해 진공펌프(94)가 연결되어 진공챔버(20) 내부에 진공압을 형성하는 구조로 되어 있다.

본 실시예에서, 상기 압력조절부는 반응챔버를 포함하여 진공챔버 내부 가스를 지지관(34)에 연결된 축부재(80)를 통해 배출하여 진공챔버 내부에 진공압을 형성하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 지지관(34)은 선단에 유통홀(83)이 형성되며, 상기 지지관(34) 선단에 끼워지는 축부재(80)는 중심축을 따라 배출통로(88)가 형성된다. 그리고 축부재(80)의 측면에는 상기 배출통로(88)와 연통되는 배출홀(89)이 형성된다. 또한 상기 밀폐판(79) 외측에는 축부재(80)를 감싸며 축부재(80) 일단을 축지지하는 로터리관(90)이 설치되어, 상기 유통홀(83)이 로터리관(90) 내부공간과 연통된다. 상기 로터리관(90)은 측면에 로터리관(90) 내부로 연통되는 배출구(91)가 설치되고, 상기 배출구(91)에는 가스가 배출되는 배출라인(92) 설치된다.

또한, 상기 배출라인(92)은 진공압을 가하는 진공펌프(94)와 연결되며, 상기 배출라인(92) 일측에는 배출라인을 개폐하는 벨로즈밸브(95)가 설치되어, 진공챔버 내부 가스를 배출하여 진공압을 형성한다.

상기 로터리관(90)은 관 구조물로, 축부재(80)를 감싸며 상기 밀폐판(79)의 외측면 중심부에 축방향으로 설치된다. 상기 축부재(80)는 로터리관(90) 선단을 지나 외측으로 연장되어 지지대(81)에 축결합된다. 상기 로터리관(90)과 축부재(80) 사이에는 실링부재(73)가 설치되어 로터리관과 축부재 사이를 실링한다. 이에, 로터리관(90)과 축부재(80) 사이를 통해 진공챔버(20) 내부 압력이나 가스의 유출을 방지할 수 있다.

상기한 구조로 되어, 진공펌프(94)가 구동되고 벨로즈밸브(95)가 개방작동되면 반응튜브(30)를 포함하여 반응챔버(20) 내부의 가스는 지지관(34) 선단의 삽입홈(82)과 축부재(80) 사이 틈새 및 유통홀(83)을 통해 유통홀(83)과 연통된 축부재(80)의 배출통로(88)로 이동되어 로터리관(90) 내부로 흘러나간다. 상기 로터리관(90)은 내부의 축부재(80)에 형성된 배출홀(89)이 로터리관(90) 내부와 연통되어 있어서, 축부재(80)의 배출통로(88)로 유입된 가스는 배출홀(89)을 통해 로터리관(90) 내부로 흘러나오게 된다. 상기 축부재(80)에 형성된 배출홀(89)은 로터리관(90) 내부 공간과 계속 연통되어 있어서 축부재(80)가 회전하더라도 가스는 배출홀(89)을 통해 로터리관(90) 내부로 흘러나올 수 있게 된다. 로터리관(90) 내부로 유입된 가스는 로터리관(90)에 연결된 배출구(91)와 배출라인(92)을 통해 진공펌프로 흡입되어, 진공챔버 내부에 진공압을 형성한다.

본 장치는 진공챔버(20) 내부에 진공압을 형성하는 과정에서, 벨로즈 밸브(95) 작동에 따라 진공챔버 내부 가스가 대량으로 빠져나가지 않고 천천히 빠져나가도록 하여 소재의 배출을 방지하는 구조로 되어 있다. 이에, 진공펌프(94)의 펌핑 구동으로 인해 진공챔버 내부의 반응튜브 내에서 공기의 와류가 발생되는 것을 최대한 억제할 수 있게 된다. 반응튜브 내에서 공기의 와류 형성을 방지함으로써 분말 형태의 소재가 와류의 흐름에 따라 가스와 함께 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이를 위해 본 장치는 상기 로터리관(90) 측면에 형성되는 흡입구(96)와, 상기 흡입구와 상기 진공펌프(94)를 연결되는 흡입라인(97), 상기 흡입라인 상에 설치되고 상기 벨로즈밸브(95) 개방전에 작동되어 진공챔버 내부 공기가 천천히 배출될 수 있도록 배출량을 조절하는 러핑밸브(roughing valve)(98)와, 니들밸브(needle valve)(99)를 더 포함한다.

상기 러핑밸브(98)와 니들밸브(99)는 제어부(93)의 제어신호에 따라 흡입라인(97)을 개방하게 된다. 제어부(93)는 진공압 형성시 배출라인(92)의 벨로즈밸브(95)를 개방 작동하기 전에 러핑밸브(98)와 니들밸브(99)를 개방 작동하게 된다. 상기 러핑밸브(98)는 제어부(93)의 출력신호에 따라 개폐량이 조절된다. 진공펌프(94)에 의한 흡입압은 흡입라인(97)을 통해 진공챔버(20)에 가해진다. 이에, 진공챔버(20) 내부 공기는 흡입라인(97)을 통해 매우 천천히 배출된다.

벨로즈밸브(95)는 진공펌프(94)와 바로 연결되어 있는 배출라인(92) 상에 설치된 밸브로, 진공압 형성을 위해 먼저 벨로즈밸브를 개방 작동하게 되면 상당히 급속도로 반응챔버 내부에 진공압이 형성된다. 따라서, 진공펌프(94) 구동에 따라 급작스럽게 진공압이 가해짐에 따라 진공챔버(20) 내부에서 공기의 흐름이 급격히 발생하여 증착 대상인 소재가 와류의 흐름을 따라 진공펌프로 유입될 수 있다.

본 장치는 상기와 같이, 벨로즈밸브 구동 전에 러핑밸브와 니들밸브를 구동하여 흡입라인을 통해 먼저 진공압을 천천히 형성함으로써, 와류 형성 및 와류에 의해 소재가 진공펌프로 빨려 배출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 러핑밸브는 초기 진공압 형성시 개방 작동된다. 상기 니들밸브는 가스 흐름방향을 따라 러핑밸브 후단에 배치되어 가스의 배출량이나 속도를 조절한다. 러핑밸브와 니들밸브에 의해 진공챔버 내부 가스가 와류를 일으키지 않고 천천히 빠져나가게 된다.

제어부(93)는 진공챔버(20)의 가스가 흡입라인을 통해 어느정도 빠져나가 내부 압력이 기 설정된 압력 이하가 되었을 때, 러핑밸브와 니들밸브를 닫고, 벨로즈밸브를 개방 작동한다.

진공챔버 내부 가스는 흡입라인을 통해 어느정도 배출된 상태로 벨로즈밸브를 개방시 와류 형성없이 진공챔버 내부 가스가 배출라인을 통해 배출되면서 내부 압력은 설정된 진공압으로 떨어진다.

또한, 상기 압력조절부는 로터리관(90) 일측에 설치되어 진공챔버 내부 압력을 실시간으로 검출하기 위한 센서(77)와, 상기 흡입라인(97)에 분기되어 설치되는 밴트라인(61), 상기 밴트라인 일측에 설치되고 상기 센서(77)의 신호에 따라 밴트라인을 개폐하여 가스를 배출하고 진공챔버 압력을 조절하는 이그저스트 밸브(67)를 더 포함한다.

이에, 상기 압력조절부는 진공압 형성 후 진공챔버 내부로 공급되는 분위기가스나 소스가스에 의해 진공챔버 내부압이 상승할 때, 진공챔버 내부 가스를 배기하여 진공챔버 내부압을 적절하게 유지시키게 된다.

상기 센서(77)는 본 장치를 제어하는 제어부(93)에 전기적으로 연결되어 검출된 신호를 제어부로 출력한다. 상기 센서(77)는 로터리관(90)을 포함하여 진공챔버(20) 내부 압력을 검출한다. 예를 들어, 상기 센서(77)는 진공챔버 내부압을 음압과 양압 정도로 검출한다. 제어부(93)는 센서(77)로부터 검출된 신호를 연산하여 검출된 압력값이 기 설정된 압력, 예를 들어 양압에 도달하였을 때 밴트라인(61)을 개방하여, 가스를 배출한다.

상기 이그저스트 밸브(67)는 제어부의 출력신호에 따라 진공챔버 내부 압력이 양압인 경우 개방되어 가스를 배기하고 음압인 경우 밴트라인을 폐쇄한다.

이와 같이 밴트라인(61)으로 가스를 배기함으로써, 진공챔버로 유입되는 분위기가스나 소스가스에 의해 진공챔버 내부 압력이 높아지는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서 인화성 가스 또는 폭발성의 가스를 증착 가스로 사용할 경우에도 압력 증대로 인한 폭발 사고를 방지할 수 있다.

본 장치는 증착 대상인 소재를 반응튜브(30) 내에 장입하거나 증착 완료된 제품을 반응튜브(30) 내에서 인출하기 위해, 진공챔버(20)에서 반응튜브(30)를 분리시켜야 한다. 상기 이동부(60)는 진공챔버(20)의 축방향을 따라 진공챔버(20)를 이동시켜, 진공챔버(20) 내부로 반응튜브(30)를 삽입하거나 인출하게 된다. 본 실시예에서 상기 이동부(60)는 작업대(10) 상부에 반응튜브(30)의 축방향을 따라 설치되는 가이드레일(62)과, 상기 가이드레일(62)을 따라 이동가능하게 설치되며, 상부에는 상기 하우징(76)이 고정설치되는 대차(64)를 포함한다.

상기 이동부(60)는 대차(64)를 수작업을 이동시킬 수 있도록 측면에 손잡이(66)가 더 설치될 수 있다. 상기 이동부(60)는 대차(64)의 이동을 위해 구동실린더나 모터(78) 등의 별도의 동력원을 구비하여 기계적으로 이동시는 구조일 수 있다.

이에, 레일(62)을 따라 대차(64)를 이동시키게 되면 대차(64) 위에 설치된 하우징(76)이 이동하고, 하우징(76)에 결합되어 있는 측판(71)이 이동하여 진공챔버(20) 선단을 개방하면서, 하우징(76)에 연결되어 있는 반응튜브(30)가 이동하여 진공챔버(20)에서 외측으로 인출된다.

이하, 본 장치를 통한 열 화학기상증착 과정에 대해 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 반응튜브(30)를 분리한 후 반응튜브(30) 내부에 피증착 대상물인 분말 형태의 소재를 장입한다. 반응튜브(30)는 대차(64)를 이동시켜 진공챔버(20)에서 반응튜브(30)를 인출한 후, 회전축(74)과 연결관(32)의 체결 상태를 해제함으로써, 동력원인 구동모터(78)로부터 독립적으로 분리된다. 분리된 반응튜브(30)의 선단에 체결된 스냅링(38)을 제거하게 되면 반응튜브(30)의 결합구(36)에서 연결관(32) 또는 지지관(34)의 체결구(35)를 분리할 수 있게 된다. 이에, 반응튜브(30)에서 연결관(32) 또는 지지관(34)을 분리하게 되면 반응튜브(30)가 개방되어 내부로 소재를 장입할 수 있다.

반응튜브(30) 내에 소재를 장입한 후에는 연결관(32) 또는 지지관(34)을 반응튜브(30)에 장착한 후 연결관(32)과 회전축(74)을 체결한다. 이에, 반응튜브(30)는 구동모터(78)와 연결된다.

이 상태에서 가이드레일(62)을 따라 대차(64)를 진공챔버(20)쪽으로 이동시키게 되면 반응튜브(30)가 진공챔버(20) 내부로 들어가게 된다. 반응튜브(30)가 진공챔버(20) 내부로 완전히 이동하게 되면 진공챔버(20) 내부에서는 반응튜브(30)의 지지관(34) 선단에 형성된 삽입홈(82)으로 축부재(80)가 끼워지면서 연결되고, 측판(71)은 진공챔버(20) 선단의 플랜지에 밀착되어 진공챔버(20)를 밀폐하게 된다. 상기 측판(71)은 체인링을 이용하여 진공챔버(20) 플랜지에 밀착 고정한다.

측판(71)이 진공챔버(20)에 밀착 고정되면, 진공펌프(94)를 가동하여 진공챔버(20) 내부를 중진공 상태로 형성한다. 진공펌프가 가동되면 로터리관(90)에 진공압이 걸린다. 진공챔버(20)는 축부재(80)에 형성된 배출통로(88)와 배출홀(89)을 통해 로터리관(90)과 연결되어 있어서, 진공챔버(20) 내부 공기는 지지관(34) 선단의 삽입홈(82)과 축부재(80) 사이를 통해 축부재(80)의 배출통로(88)로 흘러나가 배출홀(89)을 통해 로터리관(90)으로 유입된다. 로터리관(90)으로 유입된 내부 공기는 먼저 천천히 흡입라인(97)을 통해 진공펌프(94)로 흡입되어 빠져나간다. 제어부(93)는 진공펌프 구동시 배출라인(92)을 개방하기 전에 흡입라인에 설치된 러프밸브(98)와 니들밸브(99)를 개방한다. 이에, 진공펌프의 진공압은 흡입라인에 걸리게 되어, 진공챔버의 내부 공기는 흡입라인을 통해 천천히 빠져나간다. 이에, 진공압 형성 과정에서 진공챔버 내부에 급격한 공기의 흐름이 생성되는 것을 방지하고, 소재의 유동 및 유출을 최소화할 수 있게 된다. 진공챔버 내부 공기가 어느정도 배출되어 일정 압력 이하가 되면, 제어부의 신호에 따라 벨로즈밸브(95)가 작동되어 배출라인이 개방되고 나머지 내부 공기는 배출라인(92)을 통해 진공펌프로 흡입된다. 이에, 진공챔버(20) 내부는 대략 3×10^-3 torr 이하의 진공압 상태가 된다.

진공챔버(20)에 진공압이 형성되면 진공챔버(20) 내부로 질소가스를 공급하여 내부를 질소 분위기로 형성한다. 질소가스는 공급라인(87)을 통해 공급될 수 있다.

준비가 완료되면, 가열부(40)가 구동되어 진공챔버(20)에 열을 가하면서 회전부(70)가 구동되어 반응튜브(30)를 회전시키게 된다. 상기 반응튜브(30) 내부에는 블레이드(31)가 설치되어 있어서, 반응튜브(30)가 회전함에 따라 블레이드(31)에 의해 소재가 끌어올려져 낙하되는 과정이 반복된다. 이에, 반응튜브(30) 내부에서 소재의 교반 작용이 계속 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 회전부(70)는 반응튜브(30)를 정방향 및 역방향으로 번갈아 회진시키게 된다. 이에, 반응튜브(30)를 일방향으로만 회전하였을 때, 반응튜브(30)에 수용된 소재가 한쪽으로 몰리는 현상을 방지하여, 보다 고른 교반이 이루어진다.

가열부(40)에 의해 진공챔버(20) 내부 온도가 적정 수준에 도달하면, 온도를 유지하면서 반응튜브(30) 내부로 소스가스를 공급한다.

소스가스는 공급라인(87)을 통해 외관(72)의 내부로 공급되고, 회전축(74)을 통해 공급관(50)으로 공급된다. 외관(72) 내부 공간은 회전축(74)의 가스통로(84)와 가스홀(85)을 통해 공급관(50)과 연통되어 있어서, 외관(72)으로 유입된 소소가스는 회전축(74)의 가스홀(85)과 가스통로(84)를 통해 공급관(50)으로 이동된다.

공급관(50)으로 이동된 소스가스는 공급관(50)에 형성된 홀(52)을 통해 반응튜브(30) 내부로 분출되어, 반응튜브(30) 내에 수용된 소재 표면에 증착된다. 여기서 상기 반응튜브(30)는 회전부(70)의 구동에 의해 회전하여 소재가 교반되고 있는 상태로, 반응튜브(30)로 공급된 소스가스가 교반되는 소재와 함께 섞이면서 소재 전체에 고른 증착이 이루어질 수 있게 된다.

소재 증착과정에서 반응튜브(30)로 공급된 소스가스는 지지관(34)의 체결구(35)의 구멍(37)과 공급관(50) 사이를 통해 지지관(34)으로 흐르고, 지지관(34)과 축부재(80)를 통해 로터리관(90)으로 흘러, 로터리관(90)에 연결된 배출라인(92)으로 배출된다.

소재에 대한 증착이 완료되면, 공급라인(87)을 통해 질소가스를 공급하여 진공챔버(20) 내부를 질소분위기로 치환한다.

그리고 가열부(40) 구동을 정지하여 온도를 상온으로 낮춘 후 진공챔버(20) 내부에서 반응튜브(30)를 인출한다.

반응튜브(30) 인출 과정은 위에서 언급한 반응튜브(30) 장착 작업의 역순으로 진행될 수 있다. 먼저, 측판(71)을 고정하고 있는 체인링을 해제하고 가이드레일(62)을 따라 대차(64)를 후진시키게 되면 진공챔버(20)에서 반응튜브(30)가 인출된다.

반응튜브(30)가 인출되면, 반응튜브(30)를 구동모터(78)에서 분리하고, 선단에 설치된 연결관(32) 또는 지지관(34)을 분리하여 반응튜브(30)를 개방한 후 증착완료된 소재를 회수한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 작업대 20 : 진공챔버 22,24 : 플랜지
26 : 오링 30 : 반응튜브 31 : 블레이드
32 : 연결관 34 : 지지관 35 : 체결구
36 : 결합구 37 : 구멍 40 : 가열부
42 : 하부히터 44 : 상부히터 50 : 공급관
52 : 홀 60 : 이동부 61 : 밴트라인
62 : 가이드레일 64 : 대차 67 : 이그저스트밸브
70 : 회전부 71 : 측판 72 : 외관
73 : 실링부재 74 : 회전축 76 : 하우징
77 : 센서 78 : 구동모터 79 : 밀폐판
80 : 축부재 82 : 삽입홈 83 : 유통홀
84 : 가스통로 85 : 가스홀 86 : 투입구
87 : 공급라인 88 : 배출통로 89 : 배출홀
90 : 로터리관 91 : 배출구 92 : 배출라인
93 : 제어부 94 : 진공펌프 95 : 벨로즈밸브
96 : 흡입구 97 : 흡입라인 98 : 러프밸브
99 : 니들밸브

Claims (19)

1. 작업대 상에 배치되고 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내부에 회전가능하게 배치되며 소재를 수용하는 반응튜브, 상기 진공챔버 외측에 배치되는 가열부, 상기 반응튜브 내부에 소스가스를 공급하는 공급부, 상기 진공챔버 내부 압력을 조절하는 압력조절부, 상기 반응튜브를 진공챔버 내부로 삽입 또는 진공챔버에서 외측으로 인출하기 위한 이동부, 및 상기 진공챔버에 대해 상기 반응튜브를 회전시켜 대상 소재와 소스가스를 교반시키기 위한 회전부를 포함하고,
   상기 회전부는 진공챔버의 일측 선단에 접하여 진공챔버를 밀폐하는 측판의 중심에 설치되는 외관과, 상기 외관에 삽입되어 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 반응튜브 일측 선단 중심부에 설치되어 축방향으로 연장되고 상기 회전축의 선단에 결합되어 회전축과 반응튜브를 연결하는 연결관, 상기 외관 내주면에 설치되어 외관과 회전축 사이를 실링하는 실링패드, 상기 측판 외측에 배치되고 상기 외관 선단에 연결되는 하우징, 상기 하우징에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동모터, 상기 반응튜브의 타측 선단 중심부에 외측으로 연장 형성되는 지지관, 및 상기 진공챔버의 타측 선단에 설치되어 진공챔버를 밀폐하는 밀폐판의 중심부를 관통하여 진공챔버 내부로 연장되고 상기 지지관에 끼워져 반응튜브를 축지지하는 축부재를 포함하고, 상기 연결관과 지지관의 선단에는 각각 체결구가 설치되고, 상기 반응튜브는 양 선단에 연결관의 체결구와 지지관의 체결구가 착탈가능하게 설치되어 반응튜브 내부를 개폐하는 구조의 열 화학기상증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전부는 반응튜브 내주면에 설치되어 소재를 교반하는 적어도 하나 이상의 블레이드를 더 포함하고, 상기 블레이드는 반응튜브 중심을 향해 돌출되고 축방향을 따라 연장되며, 반응튜브 내주면을 따라 간격을 두고 배치된 구조의 열 화학기상증착 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 압력조절부는 상기 밀폐판 외측에 축부재를 감싸며 축부재 일단을 축지지하는 로터리관이 설치되고, 상기 지지관은 선단에 유통홀이 형성되며, 상기 지지관 선단에 끼워지는 축부재는 중심축을 따라 배출통로가 형성되어 상기 유통홀과 연통되고, 지지관 측면에는 상기 로터리관 내부 공간과 상기 배출통로를 연결하는 배출홀이 형성되며, 상기 로터리관은 측면에 로터리관 내부로 연통되는 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 배출라인이 연결되며, 상기 배출라인에 연결되어 진공압을 가하는 진공펌프와, 상기 배출라인 일측에 설치되어 배출라인을 개폐하는 벨로즈밸브를 포함하여, 진공챔버 내부 가스를 배출하여 진공압을 형성하는 구조의 열 화학기상증착 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 압력조절부는 상기 로터리관 측면에 형성되는 흡입구와, 상기 흡입구와 상기 진공펌프를 연결되는 흡입라인, 상기 흡입라인 상에 설치되고 상기 벨로즈밸브 개방전에 작동되어 진공챔버 내부 공기의 배출량을 조절하는 러핑밸브와 니들밸브를 더 포함하는 열 화학기상증착 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 압력조절부는 상기 로터리관 일측에 설치되어 진공챔버 내부 압력을 실시간으로 검출하기 위한 센서와, 상기 흡입라인에 분기되어 설치되는 밴트라인, 상기 밴트라인 일측에 설치되고 상기 센서의 신호에 따라 밴트라인을 개폐하여 가스를 배출하고 진공챔버 압력을 조절하는 이그저스트 밸브를 더 포함하는 열 화학기상증착 장치.
9. 제 1 항, 제 2 항, 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공급부는 상기 외관의 측면에 외관 내부로 연통되는 투입구가 설치되어 투입구에 연결된 공급라인으로부터 소스가스를 공급받고, 상기 회전축은 중심축을 따라 가스통로가 형성되어 상기 연결관과 연통되며, 측면에는 외관 내부 공간과 상기 가스통로를 연통하는 적어도 하나 이상의 가스홀이 형성된 구조의 열 화학기상증착 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급부는 상기 회전축 선단에 연결되고 반응튜브의 중심축을 따라 반응튜브 내부로 연장되고, 표면에는 반응튜브 내부로 소스가스를 분출하는 적어도 하나 이상의 홀이 간격을 두고 형성된 공급관을 더 포함하는 열 화학기상증착 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공급관에 형성되는 홀은 공급관의 소스가스 이동방향을 따라 점차적으로 그 형성 간격이 작아지는 구조의 열 화학기상증착 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 공급관은 반응튜브 중심축선을 따라 지지관으로 연장되고, 상기 연결관의 체결구와 지지관의 체결구 중심에 형성된 구멍에 끼워져 설치되며, 상기 체결구의 구멍은 공급관의 외주면과의 틈새를 형성하여 소재의 유출을 차단하고, 가스는 반응튜브에서 지지관의 체결구 구멍과 공급관 사이를 통해 흐르는 구조의 열 화학기상증착 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 진공챔버는 원형 단면 형태로 중심축이 수평으로 배치되고, 상기 반응튜브가 중심축선 상에 배치된 구조의 열 화학기상증착 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 진공챔버 하부에 배치되고 진공챔버가 안착되는 하부히터와, 상기 하부히터에 회동가능하게 결합되어 진공챔버를 덮는 상부히터를 포함하는 열 화학기상증착 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이동부는 작업대 상부에 반응튜브의 축방향을 따라 설치되는 가이드레일과, 상기 가이드레일을 따라 이동가능하게 설치되며, 상부에는 상기 하우징이 고정설치되는 대차를 포함하는 열 화학기상증착 장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제

Images