KR102370369B1 - 마이크로파 및 네블라이저를 이용한 용액 공정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 소자에 적용이 가능한 나노구조체 성장을 위한 마이크로파와 네블라이저를 적용한 용액 공정 장치에 관한 것으로서, 에너지원으로 마이크로파를 이용하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내 상부에 위치하는 기판부; 상기 반응 챔버 내 상부에 위치하고, 상기 기판부에 인접하는 환기부; 상기 반응 챔버 내 하부에 위치하는 자외선 램프부; 상기 반응 챔버 외부에 위치하며 상기 기판부를 회전시키는 모터부; 및 상기 반응 챔버 외부에 위치하고 상기 반응 챔버의 하부를 통하여 반응 용액을 주입하며 네블라이저가 구비된 용액공급부를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 마이크로파와 네블라이저를 동시에 구비함으로써, 에너지원이 존재하면서 용액의 낭비를 줄일 수 있는 새로운 용액 공정 장치를 제공할 수 있다.

Description

마이크로파 및 네블라이저를 이용한 용액 공정 장치{SOLUTION PROCESS APPARATUS USING MICROWAVE AND NEBULIZER}
본 발명은 다양한 소자에 적용이 가능한 나노구조체 성장을 위한 마이크로파와 네블라이저를 적용한 용액 공정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로파 챔버의 하부로부터 네블라이저에 의하여 반응 용액을 미세 입자의 형태로 분사시켜주면서 마이크로파를 에너지원을 사용하여 기판에 나노구조체를 성장시키는 나노구조체 성장용 용액 공정 장치에 관한 것이다.
산화물의 박막은 디스플레이 분야, 태양전지 분야, 터치패널 분야 등 다양한 분야에서 전자 소자로 이용되는 것으로, 간단한 조성 변화로 광학적으로 투명하면서도 전기 전도성이 높은 박막의 형성이 가능하므로 그 관심이 증대되고 있다.
한편, 기존 산화물 박막 제조 시에는 고가의 진공 증착 장비 및 타겟 등의 공정이 많이 이용되었으나, 최근에는 경제성 있는 공정을 위하여 용액 공정을 통한 산화물 박막 형성 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. 대표적인 용액 공정으로는 spin-coating, inkjek printing 등이 있으며, 용액 공정은 일반적인 진공공정에 비하여 저가의 비용으로 대면적에 균일한 박막의 형성이 유리하며, 방법이 매우 간단하고, 박막 사이의 계면의 특성을 조절하면 추가적인 전기적 특성 향상을 기대할 수 있다는 장점이 있으나, 일반적인 열처리 방식을 이용하여 우수한 전기적 특성을 얻기 위해서는 매우 높은 온도가 요구된다. 이러한 열처리 온도는 용액 공정의 제조비용을 증가시키는 문제점이 있다. 이에 마이크로파를 이용한 용액 공정이 제안되었다.
마이크로파(Microwave)는 주파수가 낮은 전자기파의 한 종류(3 내지 300 GHz)로서, 산업용, 과학용 또는 의료용 등의 응용분야에 적용할 수 있는 재현성이 높은 강력한 에너지원이다. 일반적으로 물질을 가열하기 위해서는 열원으로부터 전도열을 이용하여 처리하였으며, 열은 시료와 용매에 전달되기 위해 먼저 시료 용기, 매질을 통하여 물질에 전달된다. 이러한 중간과정은 비효율적이며, 열 손실이 발생하고, 수시간이 소요된다. 이에 비하여, 마이크로파는 재질과 열전도도에 의존하지 않고, 직접 시료에 전달되어, 분자의 회전운동으로 인해 에너지를 전달한다.
이외에 네블라이저(nebulizer)를 이용한 용액 공정은 통하여 기판 상에 박막을 증착시키는데 이용된다. 일반적으로 웨이퍼나 유리 등의 기판 상에 박막 층을 형성시켜 태양전지 등의 제조에서 증착 공정을 수행한다. 이외에 태양전지를 제조하면서 다양한 증착 장비들이 사용되고 있다.
종래의 네블라이저 또는 마이크로파를 이용한 용액 공정 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다. 네블라이저 용액 공정 장치는 추가적인 에너지원이 없어 기판에 박막을 형성시킴에 있어 효율성의 문제점이 있었으며, 마이크로파 용액 공정 장치는 반응 용액의 농도가 변화하는 문제점과 공정이 진행된 후 대용량의 폐용액이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0007681호
본 발명의 목적은, 마이크로파와 네블라이저를 동시에 이용하는 용액 공정 장치를 제공함으로써, 기판에 박막을 형성시 효율성을 개선하고, 반응 용액의 농도가 일정하여, 기판 상에 나노구조체를 균일하게 성장시킬 수 있는 용액 공정 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에너지원으로 마이크로파를 이용하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내 상부에 위치하는 기판부; 상기 반응 챔버 내 상부에 위치하고, 상기 기판부에 인접하는 환기부; 상기 반응 챔버 내 하부에 위치하는 자외선 램프부; 상기 반응 챔버 외부에 위치하며 상기 기판부를 회전시키는 모터부; 및 상기 반응 챔버 외부에 위치하고 상기 반응 챔버의 하부를 통하여 반응 용액을 주입하며 네블라이저가 구비된 용액공급부를 포함하는 용액 공정 장치를 제공하는 것을 본 발명의 일 측면으로 한다.
상기 반응 챔버는 마그네트론을 구비할 수 있다.
상기 환기부는 환풍기와 환풍구를 구비할 수 있다.
상기 자외선 램프부는 무전극 자외선 램프일 수 있다.
상기 용액공급부는 용액주입구와 용액분출구로 더 포함할 수 있으며, 상기 용액분출구는 반응 용액이 분출되는 출구의 형태가 관형, 원추형 또는 교차형일 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면,
마이크로파와 네블라이저를 동시에 구비함으로써, 에너지원이 존재하면서 용액의 낭비를 줄일 수 있는 새로운 용액 공정 장치를 제공할 수 있다.
또한, 자외선 램프를 이용하여 기판 표면의 특성을 변화시켜 표면 특성 제어를 통한 성장 효율을 높일 수 있다.
또한, 기판부를 회전시킴으로써 반응 용액이 균일하게 기판부에 도달하여, 나노구조체를 균일하게 성장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 용액 공정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 용액 공정 장치의 구성도이다.
도 3는 본 발명의 일 형태에 따른 용액 공정 장치에서의 용액분출구의 실시예이다.
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 용액 공정 장치에서의 용액공급부의 실시예이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 소자에 적용 가능한 나노구조체의 성장을 위한 마이크로파 및 네블라이저를 이용한 용액 공정 장치에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용액 공정 장치의 구성도에 관한 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 용액 공정 장치(100)는 에너지원으로 마이크로파를 이용하는 반응 챔버(110); 반응 챔버(110) 내 상부에 위치하는 기판부(120); 반응 챔버(110) 내 상부에 위치하고, 기판부(120)에 인접하는 환기부(130); 반응 챔버(110) 내 하부에 위치하는 자외선 램프부(140); 반응 챔버(110) 외부에 위치하며 기판부(120)을 회전시키는 모터부(150); 및 반응 챔버(110) 외부에 위치하며 반응 챔버(110)의 하부를 통하여 반응 용액을 증기의 상태로 주입하는 것으로 네블라이저(161)를 구비하는 용액공급부(160);를 포함한다.
용액 공정 장치(100)는 에너지원으로서 마이크로파를 이용하여 기판부(120)에서 나노구조체를 성장시키며, 네블라이저(161)를 이용하여 반응 용액을 미세화한 증기의 상태로 반응 챔버(110) 내에 분사시켜 공급하고, 환기부(130), 자외선 램프부(140) 및 모터부(150)를 통해 나노구조체의 균일한 성장, 기판부(120) 표면 처리 등을 할 수 있도록 설계변경이 가능하다.
반응 챔버(110)는 마이크로파가 기판부(120)에 집중되지 않고 잘 분산될 수 있도록 형성되며, 네블라이저(161)를 포함하는 용액공급부(160)와의 연결부가 누설되지 않도록 한다. 반응 챔버(110)는 전력에 따른 에너지 조절이 가능하며, 반응 챔버(110)는 나노구조체 성장 시 효과적인 에너지원으로 다양한 마이크로파를 발생시키는 마그네트론을 구비할 수 있으며, 상기 마그네트론은 반응 챔버(110) 외측 측면에 형성될 수 있다.
기판부(120)는 기판 홀더를 통하여 반응 챔버(110)의 상부에 형성되며, 용액 공정 시 불순물로 인한 오염을 방지하기 위하여 기판부(120)의 증착면이 지면을 향하는 방향으로 형성된다.
환기부(130)는 환풍기(131)와 환풍구(132)를 구비하며, 환기부(130)는 기판부(120)에서 나노구조체의 성장 중 새로운 반응 용액이 지속적으로 기판부(120)에 도달할 수 있도록 반응 챔버(110)의 상부에 형성되며, 반응 챔버 내부(110)에서 반응 용액이 기판부(120)에 공급될 수 있도록 반응 용액이 순환할 수 있을 정도로만 가동하는 것이 바람직하다. 환풍기(131)는 팬(fan)을 구비하며, 상기 팬은 회전 속도가 조절이 가능한 것이며, 상기 팬을 이용하여 챔버 내부의 증기 상태인 반응 용액을 환풍구(132)를 통하여 반응 챔버(110)의 외부로 배출한다. 이때, 환풍기(131) 팬의 속도, 환풍구(132)의 형성 각도 등을 조절하여 증기 상태인 반응 용액의 흐름이 제어 가능하도록 하고, 기판부(120)에서 반응하지 않은 반응 용액을 적절한 속도로 배출 가능하도록 조절할 수 있다.
자외선 램프부(140)는 2 이상인 것이 바람직하며, 반응 챔버(110) 내 하부의 양단에 형성될 수 있으며, 기판부(120)의 표면 특성을 변화시켜 반응 액체가 기판부(120)에 용이하게 접근할 수 있도록 하여 증착률을 향상시킨다. 자외선 램프부(140)는 무전극 자외선 램프일 수 있으며, 상기 무전극 자외선 램프는 마이크로파의 조사 시에만 작동되어 기판부(120)의 표면특성을 변화시켜 표면 특성 제어를 통한 성장 효율을 높일 수 있으며, 동시에 용액 공정 장치(100)의 작동 순서를 간소화 시킬 수 있다.
모터부(150)는 회전속도(RPM) 조절 기능을 수반하는 것으로, 용액 공정 중 기판부(120)의 기판부(120)를 회전시켜 기판부(120)에 반응 용액이 균일하게 도달하여 나노구조체 등의 균일한 성장이 가능하도록 한다. 모터부(150)는 반응 챔버(110) 외부 상면에 형성되는 것으로, 반응 챔버(110) 내의 기판 홀더를 통하여 기판부(120)와 연결되며, 기판부(120)를 일정한 RPM으로 회전시켜, 기판부(120)에서의 나노구조체를 균일하게 성장시킨다.
용액공급부(160)는 네블라이저(161)를 포함하는 것으로, 반응 챔버(110)의 하부와 연결되어 반응 용액이 증기 상태로 반응 챔버(110) 내부로 유입될 수 있도록 한다. 용액공급부(160)는 용액주입구(162)와 용액분출구(163)을 더 포함할 수 있으며, 네블라이저(161)는 용액주입구(162)의 일단과 연결되며, 용액주입구(162)의 타단과 용액분출구(163)의 일단과 연결되며, 용액분출구(162)의 일단은 반응 챔버(110) 외부에 위치하며, 용액분출구(163)의 타단은 반응 챔버(110) 내에 위치한다. 용액주입구(162)와 용액분출구(163)는 서로 탈부착이 가능한 조립식일 수 있으며, 용액분출구(163)는 필요에 따라 교체가 가능하다.
도 3 및 도 4는 용액분출구의 실시예로서, 도 3 및 도 4를 참조하면, 용액분출구(163)는 필요에 따라 다양한 형태를 가지는 용액분출구(163)를 제작하여 적용할 수 있으며, 보다 상세하게는 반응 용액이 분출되는 출구의 형태가 관형(163a), 원추형(163b) 또는 교차형(cross-type)(163c)일 수 있다. 용액분출구(163)는 용액공급부(160)와 기판 사이의 거리를 조절할 수 있도록 설계변경할 수 있다.
네블라이저(161)는 용액주입구(162) 및 용액분출구(163)을 통하여 반응 챔버(110)의 하부와 연결되며, 반응 용액의 입자를 미세화하여 증기의 상태로 반응 챔버(110) 내부로 유입될 수 있도록 한다. 또한, 네블라이저(161)는 반응 용액의 분사 량을 조절할 수 있도록 하여 반응 용액의 공급 속도를 제어할 수 있으며, 상술한 다양한 출구의 형태를 가지는 용액분출구(163)를 탈부착하여 용도에 따른 공정 진행이 가능하며, 필요에 따라 다양한 형태를 가지는 용액분출구(163)의 제작 및 적용이 가능하다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
100 : 용액 공정 장치
110 : 반응 챔버 120 : 기판부
130 : 환기부 140 : 자외선 램프부
150 : 모터부 160 : 용액공급부

Claims (6)

  1. 에너지원으로 마이크로파를 이용하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내 상부에 위치하는 기판부;
    상기 반응 챔버 내 상부에 위치하고, 상기 기판부에 인접하는 환기부;
    상기 반응 챔버 내 하부에 위치하는 자외선 램프부;
    상기 반응 챔버 외부에 위치하며 상기 기판부를 회전시키는 모터부; 및
    상기 반응 챔버 외부에 위치하고 상기 반응 챔버의 하부를 통하여 반응 용액을 주입하며 네블라이저가 구비된 용액공급부를 포함하고,
    상기 용액공급부는 용액주입구와 용액분출구를 포함하고, 상기 네블라이저는 상기 용액주입구의 일단과 연결되며, 상기 용액주입구의 타단과 상기 용액분출구의 일단과 연결되고, 상기 용액분출구의 일단은 상기 반응 챔버 외부에 위치하며, 상기 용액분출구의 타단은 상기 반응 챔버 내에 위치하고, 상기 용액분출구는 반응 용액이 분출되는 출구의 형태가 관형, 원추형 또는 교차형이고, 상기 용액분출구는 상기 용액공급부와 상기 기판부 사이의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 용액 공정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 마그네트론을 구비하는 것을 특징으로 하는 용액 공정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 환기부는 환풍기와 환풍구를 구비하는 것을 특징으로 하는 용액 공정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 램프부는 무전극 자외선 램프인 것을 특징으로 하는 용액 공정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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