KR102372770B1 - 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 증착하는데 이용되는 화학적 증기기상 증착장비 - Google Patents

분말 입자 형태의 소재에 박막층을 증착하는데 이용되는 화학적 증기기상 증착장비 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 형성하는 화학적 증기기상 증착장비가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비는 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브와, 반응튜브에 열을 인가하는 가열부와, 반응튜브 및 가열부의 외측에 위치하는 단열부와, 반응튜브 내로 가스를 공급하는 가스 공급관과, 반응튜브 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관을 포함하고, 반응튜브는 작업대 상에 회전가능하게 배치되어 회전하면서 증착을 수행하도록 구성되고, 반응튜브는 중심부에 확장된 수용공간을 갖는 챔버부를 구비해 챔버부에 소재가 장입되어 증착이 수행되도록 구성될 수 있다.

Description

분말 입자 형태의 소재에 박막층을 증착하는데 이용되는 화학적 증기기상 증착장비{Chemical vapor deposition equipment for coating thin film layer on power shape material}
본 발명은 소재에 박막의 코팅층을 형성하는데 이용되는 화학적 증기기상 증착장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 분말 입자 소재에 보다 균일하고 균질한 박막층을 증착할 수 있도록 구성된 화학적 증기기상 증착장비에 관한 것이다.
화학적 증기기상 증착장비(구체적으로, 열 화학적 증기기상 증착장비)는 가열된 소재에 원료 가스를 공급해 박막층을 형성하는데 이용되는 장비로, 고온에서 박막층을 치밀하게 형성해 순도가 높은 양질의 박막층을 형성할 수 있는 장점이 있어 다양한 분야에서 많이 이용되고 있다.
그러나, 종래의 화학적 증기기상 증착장비는 주로 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 플레이트 표면에 원하는 물질의 박막층을 증착하기 위한 목적으로 설계되어 있어, 작은 크기의 분말 입자 형태로 형성된 파우더 소재의 표면에 박막층을 고르게 형성하는데는 한계를 가지고 있다.
예컨대, 분말 입자 형태의 파우더 소재는 플레이트의 일측 표면에 증착층을 형성하는 통상의 증착 공정과 달리 입자의 전체 표면에 증착층을 형성해야 하고 다수의 입자가 적층되어 장입된 상태에서 증착이 수행되어야 하기 때문에, 웨이퍼 등의 플레이트 표면에 박막층을 증착하는 경우와 달리 증착을 필요로 하는 전체 분말 입자 표면에 균질의 박막층을 형성하기 어려운 문제가 있다.
이와 관련해, 특허문헌 1을 참조하면 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 형성하기 위한 화학적 증기기상 증착장비가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 화학적 증기기상 증착장비(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 구조의 진공챔버(20)를 작업대 상에 회전가능하게 장착한 다음 진공챔버(20)를 회전시키면서 진공챔버(20)에 열과 원료가스 등을 공급해 증착을 수행하게 된다. 구체적으로, 도 1에 도시된 종래의 화학적 증기기상 증착장비(10)는 진공챔버(20) 주위에 배치된 가열부(30)를 통해 진공챔버(20)에 열을 인가하면서 진공챔버(20)의 입구부에 연결된 가스 공급부(40)를 통해 진공챔버(20) 내부로 원료가스 등을 주입해 진공챔버(20) 내에 장입된 분말 입자 형태의 소재에 원하는 박막층을 증착하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 화학적 증기기상 증착장비(10)는 증착이 수행되는 진공챔버(20)가 단순 원통형의 구조로 형성되어 있고 진공챔버(20)의 외주면 일부에 가열부(30)를 배치해 진공챔버(20)에 열을 인가하도록 구성되어 있기 때문에 진공챔버(20) 내부에 장입된 다수의 분말 입자들에 균일하게 열을 인가하기 어렵고(즉, 진공챔버의 중심부와 양측 단부 사이에 온도 편차가 발생된 상태로 증착 공정이 수행됨), 이로 인해 진공챔버(20) 내부에 장입된 분말 입자들에 균질의 박막층을 형성하는데 어려움이 있다. 또한, 단순 원통형 구조의 진공챔버(20) 내에 장입된 분말 입자 형태의 파우더 소재는 진공챔버(20) 내에 고르게 분배되어 유지되기 어렵기 때문에 분말 입자 마다 증착층이 상이하게 형성되어 증착 품질이 저하되는 문제가 발생할 우려가 있다.
한국특허 제10-1637980호 (등록일: 2016.7.4.)
본 발명은 전술한 종래의 화학적 증기기상 증착장비의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 분말 입자 형태의 다수의 파우더 소재에 전체적으로 고르고 높은 품질의 박막층을 효율적으로 증착할 수 있는 화학적 증기기상 증착장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 형성하는 화학적 증기기상 증착장비가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비는 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브와, 반응튜브에 열을 인가하는 가열부와, 반응튜브 및 가열부의 외측에 위치하는 단열부와, 반응튜브 내로 가스를 공급하는 가스 공급관과, 반응튜브 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관을 포함하고, 반응튜브는 작업대 상에 회전가능하게 배치되어 회전하면서 증착을 수행하도록 구성되고, 반응튜브는 중심부에 위치하는 챔버부와 챔버부의 일측에 위치하는 제1 원통부와 챔버부의 타측에 위치하는 제2 원통부를 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 챔버부는 제1 원통부 및 제2 원통부 보다 확장된 내경을 갖는 직경 확장부와 직경 확장부의 단부에 위치하는 경사부를 포함하도록 구성되어 챔버부 내에 형성되는 확장된 수용공간에 소재가 장입되어 증착이 수행될 수 있도록 구성되고, 가열부는 챔버부의 반경방향 외측에 위치하는 중심 가열부와 중심 가열부의 양측 단부에 위치하는 측면 가열부를 포함하여 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브의 챔버부를 경방향 및 축방향에서 에워싸도록 구성될 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따르면, 직경 확장부의 일측 단부에는 제1 경사부가 구비되고 직경 확장부의 타측 단부에는 제2 경사부가 구비될 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열부는 복수의 영역으로 구획되어 각 영역의 가열부를 독립적으로 제어해 챔버부에 열을 인가하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열부는 챔버부의 직경 확장부가 위치하는 제1 영역에 열을 인가하는 제1 가열부, 챔버부의 제1 경사부가 위치하는 제2 영역에 열을 인가하는 제2 가열부, 챔버부의 제2 경사부가 위치하는 제3 영역에 열을 인가하는 제3 가열부를 포함하고, 제1 가열부, 제2 가열부 및 제3 가열부는 각 영역의 온도 기초해 독립적으로 제어되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단열부는 반응튜브의 챔버부 및 가열부를 외측에서 에워싸는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브의 챔버부 내주면에는 반경방향 내측으로 돌출되어 형성되며 챔버부의 길이방향을 따라 연장하는 블레이드가 챔버부의 원주방향을 따라 하나 이상 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브의 양측 단부에는 덮개부가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 덮개부는 일측에 위치하는 마개부와 마개부로부터 길이방향을 따라 연장하는 연장부를 포함하여 형성되고, 덮개부의 연장부는 반응튜브 내로 삽입되어 장착되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 덮개부는 내부에 빈 공간부가 구비되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 덮개부에는 내부의 빈 공간부를 외부와 연통시키는 벤트홀이 하나 이상 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 덮개부의 연장부와 반응튜브의 내주면 사이에는 O링이 개재되어 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착이 수행되는 동안 미리 정해진 시간 간격에 따라 반응튜브에 충격을 인가하는 충격 인가부가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 충격 인가부는 피스톤과 실린더로 형성되는 유압 액츄에이터로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업대는 반응튜브가 거치되는 상부 플레이트와 상부 플레이트를 하측에서 지지하는 하부 지지부를 포함하고, 작업대의 상부 플레이트는 힌지부를 통해 하부 지지부에 결합되어 하부 지지부에 대해 피봇회전 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업대의 상부 플레이트와 하부 지지부 사이에는 액츄에이터가 구비되어 액츄에이터의 작동에 의해 상부 플레이트가 수평한 상태와 경사진 상태 사이에서 위치이동되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업대의 상부 플레이트와 하부 지지부 사이에는 구비되는 액츄에이터는 피스톤과 실린더로 형성되는 유압 액츄에이터로 구성될 수 있다.
이 외에도, 본 발명에 따른 화학적 증기기상 증착장비에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비는 증착이 수행되는 반응튜브에 확장된 수용공간을 갖는 챔버부를 형성해 챔버부의 확장된 수용공간(리세스 형태의 수용공간) 내에 다수의 분말 입자 소재가 안정적으로 수용된 상태로 증착이 수행되도록 구성되어 있어, 다수의 파우더 소재에 전체적으로 고른 막질의 증착층을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비는 분말 입자 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브의 챔버부가 가열부(및 단열부)에 의해 완전히 에워싸여 배치된 상태로 챔버부에 열을 인가하도록 구성되어 있기 때문에, 증착이 수행되는 반응튜브의 챔버부에 고른 온도분포가 형성된 상태로 증착이 수행될 수 있고, 이로 인해 종래의 화학적 증기기상 증착장비에 비해 분말 입자 형태의 파우더 소재 표면에 보다 균일하고 균질한 증착층을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비는 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브의 챔버부에 반경방향 내측으로 돌출되어 형성된 블레이드를 구비해 챔버부의 내부 공간을 구획하도록 구성되어 있기 때문에, 반응튜브를 회전시키면서 증착을 수행할 때 챔버부에 장입된 분말 입자 소재들이 블레이드에 의해 상부로 이동된 다음 낙하하면서 상하로 적층되어 있던 분말 입자들의 위치가 서로 교반되면서 다수의 분말 입자에 보다 균질한 증착층이 형성될 수 있게 된다.
도 1은 종래의 화학적 증기기상 증착장비를 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비의 구조를 예시적으로 도시한다(본 발명의 특징적 구성인 반응튜브의 구조를 보다 명확히 확인할 수 있도록 반응튜브와 관련 부분은 단면 형태로 도시함).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비의 반응튜브 및 이의 주변에 배치된 가열부/단열부의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비에 구비되는 반응튜브(챔버부)의 단면 구조를 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비의 덮개부 구조를 예시적으로 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 형상 및 크기는 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 형상 및 크기로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변형되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100; CVD 장비)가 예시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)는 후술하는 바와 같이 증착이 수행되는 반응튜브(200), 반응튜브(200)의 주위에 배치되어 반응튜브에 열을 인가하는 가열부(300), 반응튜브 및 가열부의 외측을 둘러싸 외부로 열이 방출되는 것을 방지하는 단열부(400), 반응튜브 내로 증착에 필요한 원료 가스 등을 공급하는 가스 공급관(500), 반응튜브 내의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관(600) 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 분말 입자 형태의 소재를 반응튜브(200) 내에 장입한 다음 반응튜브(200)를 회전시켜 소재를 교반하면서 원료 가스 등을 주입해 증착을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)는 증착이 수행될 소재가 장입되어 증착이 수행되는 부분으로, 전체적으로 관통된 관형의 구조로 형성될 수 있으며, 중심부에는 확장된 공간을 갖는 챔버부가 구비되어 챔버부 내에 분말 입자 형태의 파우더 소재가 장입되어 보유된 상태로 증착이 수행되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 반응튜브(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 양측 단부에 구비되는 제1 원통부(210; 제1 지지부) 및 제2 원통부(220; 제2 지지부)와 이들 사이에 구비되는 챔버부(230)로 구성될 수 있으며, 챔버부(230)는 중심부에 위치하는 직경 확장부(240)와 이의 양측 단부에 위치하는 경사부[도면에 도시된 실시예의 경우 제1 원통부(210)와 직경 확장부(240) 사이에 위치하는 제1 경사부(250) 및 제2 원통부(220)와 직경 확장부(240) 사이에 위치하는 제2 경사부(260)]를 포함하여 형성될 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)는 전술한 종래의 화학적 증기기상 증착장비와 달리 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)에 확장된 내부공간을 갖는 챔버부(230)를 형성해 챔버부(230)에 소재가 장입되도록 구성되어 있기 때문에 챔버부(230)에 형성되는 리세스 형태의 확장된 수용공간 내에 분말 입자 형태의 소자가 안정적으로 장입되어 위치될 수 있고, 이로 인해 반응튜브(200)를 회전시키면서 증착을 수행하는 경우에도 분말 입자 형태의 소재가 외측으로(반응튜브의 축방향 단부측으로) 벗어나지 않고 증착 위치에 안정적으로 보유된 상태로 증착이 수행되어 균일하고 고른 증착이 수행될 수 있게 된다. 한편, 챔버부(230)의 양측 단부는 경사부[제1 경사부(250) 및 제2 경사부(260)] 구조로 형성되어 있기 때문에, 반응튜브(200)를 회전시키는 과정에서 챔버부(230)에 장입된 소재가 챔버부(230)의 중심부 측으로 이동이 유도되어 챔버부(230) 내에 더욱 안정적으로 위치하도록 구성될 수 있고, 증착이 완료된 이후 후술하는 바와 같이 반응튜브(200)가 장착되는 작업대의 일측을 상승시켜 반응튜브(200)를 경사지게 위치시키면 챔버부(230)의 단부에 형성된 경사면을 타고 챔버부(230)에 장입되어 있는 소재가 보다 원활하게 외부로 배출될 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)의 외측에는 가열부(300)가 구비될 수 있다. 예컨대, 가열부(300)는 가열 코일 등으로 구성될 수 있으며 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)를 에워싸는 형태로 구성될 수 있다.
구체적으로, 가열부(300)는 반응튜브(200)의 외주면[구체적으로는, 소재가 장입되는 챔버부(230)의 외주면]의 반경방향 외측에 위치하는 원통형 형상의 중심 가열부와 중심 가열부의 양측 단부에 위치하는 측면 가열부를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 가열부(300)의 구조에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)를 사방에서(경방향 및 축방향에서) 에워싸는 구조로 가열부(300)를 형성해 열을 인가하도록 구성될 수 있기 때문에 도 1에 도시된 종래의 화학적 증기기상 증착장비에 비해 증착이 수행되는 챔버부(230)에 온도 구배가 없는 균일한 온도 조건을 형성할 수 있고, 이로 인해 챔버부(230) 내에 장입된 다수의 분말 입자에 보다 균질한 막질을 갖는 박막층을 형성할 수 있게 된다.
도면에 도시된 실시형태의 경우에는 원통형 형상으로 배치된 중심 가열부의 양측 단부에 이에 수직한 방향으로 연장하는 측면 가열부가 형성되는 형태로 가열부(300)가 형성되어 있으나 가열부(300)의 구조는 반드시 이러한 구조로 형성되어야 하는 것은 아니고, 측면 가열부가 챔부버(230)의 양측 단부에 구비된 경사부[제1 경사부(250) 및 제2 경사부(260)]와 같이 경사진 구조로 형성되는 등 가열부(300)에 의해 소재가 장입되는 챔버부(230)가 에워싸여질 수 있는 구조로 형성될 수 있으면 임의의 다른 구조로 변경되어 형성되어도 무방하다. 다만, 도면에 도시된 바와 같이 챔버부(230)의 양측 단부에 공간부(S)가 형성되도록 챔버부(230)와 가열부(300)를 형성하게 되면, 공간부(S)가 열보존부로서 기능해 증착 공정을 위해 인가된 열이 보다 안정적으로 유지되면서 균질의 박막층 형성을 보조할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열부(300)는 복수의 영역으로 구획되어 각 영역의 가열부를 독립적으로 제어해 챔버부(230)에 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비는 도 3에 도시된 바와 같이 증착이 수행되는 챔버부(230)의 구조에 따라 3개의 영역[챔버부의 직경 확장부가 위치하는 제1 영역(Z1), 챔버부의 제1 경사부(250)가 위치하는 제2 영역(Z2), 챔버부의 제2 경사부(260)가 위치하는 제3 영역(Z3)]으로 가열 영역을 구획한 다음, 가열부(300)가 제1 영역(Z1)에 위치하는 제1 가열부(310), 제2 영역(Z2)에 위치하는 제2 가열부(320), 제3 영역에 위치하는 제3 가열부(330)를 포함하여 형성되도록 구성해, 각 영역에 설치된 온도센서(미도시) 등을 통해 측정된 온도에 따라 각각의 가열부[제1 가열부(310), 제2 가열부(320), 제3 가열부(330)]를 독립적으로 제어함으로써, 소재가 장입된 전체 챔버부(230)에 보다 고른 온도구배를 형성해 전체 소재에 균질의 증착을 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)의 챔버부(230) 및 가열부(300)의 외측에는 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위한 단열부(400)가 구비될 수 있다. 단열부(400)는 바람직하게는 반응튜브의 챔버부(230) 및 가열부(300)를 외측에서 에워싸도록, 바람직하게는 반응튜브의 챔버부(230) 및 가열부(300)를 경방향 및 축방향 외측에서 에워싸도록 구성될 수 있으며, 전술한 가열부(300) 및 단열부(400)는 외부 하우징(410) 내에 배치되도록 구성될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)는 증착이 수행되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)를 가열부(300)에 의해 완전히 둘러싸이는 구조로 형성해 사방에서 챔버부(230)로 열을 공급하도록 구성되어 있으며 단열부(400)를 통해 챔버부(230) 및 가열부(300)를 완전히 둘러싸 단열을 수행하도록 구성되어 있기 때문에, 반응튜브(200)의 챔버부(230)에 박막층 증착에 필요한 열이 원활히 인가되어 전체적으로 균일한 온도구배가 유지될 수 있게 되고, 이로 인해 분말 입자 형태의 다수의 파우더 소재에 높은 품질의 박막층을 신뢰성 있게 증착할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)는 작업대(500) 상에 회전가능하게 장착되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 반응튜브(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 작업대(500)에 장착된 지지대(510) 등을 통해 회전가능하게 지지되도록, 예컨대 반응튜브(200)의 외주면[구체적으로는, 반응튜브(200)의 제1 원통부(210) 및 제2 원통부(220)의 외주면]이 지지대(510)에 회전가능하게 장착되어 지지되도록 구성될 수 있으며, 반응튜브(200)의 일측에는 전동모터 등의 동력장치(520)에서 발생된 구동력이 체인 등의 동력전달장치(530)를 통해 전달되도록 구성되어 반응튜브(200)를 회전시키도록 구성될 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)는 반응튜브(200)를 회전시키면서 내부에 장입된 분말 입자 형태의 소재에 증착을 수행할 수 있기 때문에, 다수의 분말 입자(파우더 소재)를 반응튜브(200) 내에 적층하여 장입한 상태로 증착을 수행하더라도 장입된 분말 입자 소재들이 원활히 교반되면서 증착이 수행되어 다수의 분말 입자에 균일한 증착층이 형성될 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착할 소재가 장입되는 반응튜브(200)의 챔버부(230) 내부에는 하나 이상의 블레이드(270)가 구비될 수 있다. 예컨대, 블레이드(270)는 도 4에 도시된 바와 같이 챔버부(230) 내주면으로부터 돌출되어 반응튜브(200)의 축방향을 따라 연장하는 형태로 형성될 수 있으며 원주방향을 따라 하나 이상의 블레이드(270)가 구비되어 소재가 장입되는 챔버부(230)의 내부공간을 구획하도록 구성될 수 있다. [설명의 편의를 위해 도 2 및 도 3에서는 반응챔버(200) 내부에 블레이드(270)가 생략된 상태로 반응튜브(200)가 도시되어 있음]
이와 같이, 분말 입자 형태의 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)에 블레이드(270)를 형성하게 되면, 챔버부(230) 내에 장입된 소재는 반응튜브(200)가 회전함에 따라 상부로 끌려 올라간 다음 낙하하게 되면서 상하로 적층되어 있던 소재들의 위치가 변경되면서 소재의 교반이 보다 효과적으로 수행될 수 있고, 이로 인해 다수의 분말 입자가 적층되어 챔버부(230)에 장입되더라도 전체 소재에 균질의 박막층을 안정적으로 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)의 양측 단부에는 덮개부(280)가 구비될 수 있으며, 덮개부(280)는 반응튜브(200)의 양측 단부를 폐쇄하는 기능을 수행하게 된다. 도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)의 반응튜브(200)에 장착될 수 있는 덮개부(280)의 구조가 예시적으로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 덮개부(280)는 일측에 구비되어 반응튜브(200)의 끝단을 막는 마개부(282)와 마개부(282)로부터 일측방향으로 연장하는 연장부(284)를 포함하여 구성될 수 있으며, 연장부(284)는 반응튜브(200)의 단부측 내주면에 대응하는 크기로 형성되어 반응튜브(200) 내로 삽입되어 장착되도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 덮개부(280)의 일부[도면에 도시된 실시예의 경우에는, 연장부(284)]를 반응튜브(200) 내부로 삽입해 장착하게 되면 반응튜브(200)로부터 외부로 열이 손실되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있어 증착에 유리할 수 있다. 예컨대, 덮개부(280)의 연장부(284)는 반응튜브(200)의 양단에 위치하는 원통부[제1 원통부(210) 및 제2 원통부(220)]와 실질적으로 동일한 길이로 형성되어 덮개부(280)의 끝단이 챔버부(230)에 인접한 위치까지 삽입되어 장착되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)의 입구측에 장착되는 덮개부(280)에는 증착을 수행할 원료 가스 등을 공급하기 위한 가스 공급관(600)이 연결되어 반응튜브(200) 내부로 증착을 위한 원료 가스 등을 공급하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 가스 공급관(600)은 로터리 조인트 등을 통해 덮개부(280)에 회전가능하게 연결되어 반응튜브(200) 및 이에 결합된 덮개부(280)가 증착 과정에서 회전하더라도 가스 공급관(600)이 꼬이지 않도록 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 덮개부(280)는 얇은 두께의 원통형 구조로 형성되어 내부에 빈 공간부가 형성되도록 구성될 수 있다(도 2, 도 3 및 도 5 참조). 이러한 구조에 의하면, 가스 공급관(600)을 통해 덮개부(280)로 유입된 가스가 덮개부(280) 내부 공간으로 확산된 다음 덮개부(280)의 타측에 형성된 개구부(286)를 통해 반응튜브(200) 내부로 유입될 수 있기 때문에, 가스 공급관(600)을 통해 공급되는 가스가 확산되면서 저속으로 균일하게 공급되어 소재에 보다 균일한 박막층이 증착되도록 유도할 수 있게 된다.
한편, 덮개부(280)에는 하나 이상의 벤트홀(288)이 형성되어 덮개부(280) 내부에 고압이 형성되지 않도록 구성될 수 있으며, 덮개부(280)의 연장부(284)와 연장부(284)가 삽입되는 반응튜브(200)의 내주면 사이에는 O링 등의 씰링부재가 결합되어 반응튜브(200) 내외로 압력이 누설되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 출구측 덮개부(280)에는 반응튜브(200) 내부의 잔여가스를 배출하기 위한 가스 배출관(700)이 연결되어 증착 공정이 완료된 이후에 반응튜브(200) 내부에 잔존하는 가스를 외부로 배출하거나 증착을 위해 반응튜브(200) 내부에 진공의 환경을 조성하기 위해 내부의 가스를 배출하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 배출관(700)은 로터리 조인트 등을 통해 덮개부에 회전가능하게 연결되어 반응튜브 및 이에 결합된 덮개부가 회전하더라도 가스 배출관이 꼬이지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 배출관(700)은 증착 공정 후 잔존하는 가스를 배출하기 위한 가스 배기관(710) 및 반응튜브(200) 내부의 공기를 흡입하는 흡입관(720)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 흡입관(720)은 진공펌프(미도시) 등에 연결되어 반응튜브(200) 내부의 공기를 흡입해 반응튜브(200) 내부에 진공의 환경을 조성하도록 구성될 수 있고, 배출관(710) 및 흡입관(720)은 밸브장치(730) 등을 통해 개폐되도록 작동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)는 작업대(500) 상에 회전가능한 상태로 배치되어 증착을 수행하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 작업대(500)는 반응튜브(200)가 거치되는 상부 플레이트(540)와 이를 지지하는 하부 지지부(550)로 구성될 수 있으며, 상부 플레이트(540)는 힌지부(560)를 통해 하부 지지부(550)에 피봇가능하게 장착될 수 있다. 예컨대, 상부 플레이트(540)와 하부 지지부(550) 사이에는 액츄에이터(570)가 구비되어 액츄에이터(570)의 작동에 의해 힌지부(560)를 중심으로 상부 플레이트(540)가 하부 지지부(550)에 대해 피봇회전할 수 있도록, 즉 상부 플레이트(540)가 경사지게 배치될 수 있도록 구성될 수 있다. 이 때, 액츄에이터(570)는 도 2에 도시된 바와 같이 실린더와 이에 장착되는 피스톤으로 형성되는 유압 액츄에이터 등으로 형성되어 피스톤의 왕복 이동에 의해 상부 플레이트(540)의 위치를 이동시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업대(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 반응튜브(200)가 수평하게 위치한 상태로 증착 공정을 수행하다가, 증착 공정이 완료된 이후에는 액츄에이터(570)를 통해 반응튜브(200)의 일측 단부를 상승시켜 경사지게 위치시킴으로써 증착공정 완료 후 반응튜브(200) 내부에 위치한 소재를 외부로 용이하게 제거하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기기상 증착장비(100)는 전술한 바와 같이 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)가 단부에 경사부[예컨대, 챔버부의 일측에 형성되는 제1 경사부(250)]를 구비하도록 형성되어 있기 때문에, 액츄에이터(570)를 이용해 작업대(500)의 상부 플레이트(540) 및 이에 거치된 반응튜브(200)를 경사지게 기울이면 반응튜브(200)의 챔버부(230)에 장입된 소재가 챔버부의 단부에 형성된 경사부를 통해 보다 용이하게 외부로 제거될 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응튜브(200)의 외측에는 반응튜브(200)에 충격을 가하는 충격 인가부(290)가 구비될 수 있다. 예컨대, 충격 인가부(290)는 작업대에 구비되는 액츄에이터와 유사하게 실린더와 피스톤으로 형성되는 유압 액츄에이터 등으로 구성될 수 있으며, 증착이 수행되는 과정에서 반응튜브(200)에 소정의 충격을 부여하도록 기능할 수 있다. 이와 같이 충격 인가부(290)를 통해 반응튜브(200)에 소정의 간격으로 충격을 인가하면서 증착을 수행하게 되면, 반응튜브(200) 내부에 장입된 분말 입자 형태의 소재가 챔버부(230)의 내주면에 고착되지 않고 원활하게 교반되면서 증착이 수행될 수 있게 되어, 보다 양질 및 균질의 박막층이 형성될 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 이들 실시예들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위에 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 화학적 증기기상 증착장비
200: 반응튜브
210: 제1 원통부(제1 지지부)
220: 제2 원통부(제2 지지부)
230: 챔버부
240: 직경 확장부
240, 250: (챔버부의 양단에 형성되는) 경사부
270: 블레이드
280: 덮개부
290: 충격 인가부
300: 가열부
310: 중심 가열부
320, 330: 측면 가열부
400: 단열부
410: 외부 하우징
500: 작업대
510: 지지대
520: 동력장치
530: 동력전달장치
540: 상부 플레이트
550: 하부 지지부
560: 힌지부
570: 액츄에이터

Claims (18)

  1. 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 형성하는 화학적 증기기상 증착장비(100)이며,
    소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)와,
    상기 반응튜브(200)에 열을 인가하는 가열부(300)와,
    상기 반응튜브(200) 및 가열부(300)의 외측에 위치하는 단열부(400)와,
    상기 반응튜브(200) 내로 가스를 공급하는 가스 공급관(600)과,
    상기 반응튜브(200) 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관(700)을 포함하고,
    상기 반응튜브(200)는 작업대(500) 상에 회전가능하게 배치되어 회전하면서 증착을 수행하도록 구성되고,
    상기 반응튜브(200)는 중심부에 위치하는 챔버부(230)와, 상기 챔버부(230)의 일측에 위치하는 제1 원통부(210)와, 상기 챔버부(230)의 타측에 위치하는 제2 원통부(220)를 포함하고,
    상기 챔버부(230)는 상기 제1 원통부(210) 및 상기 제2 원통부(220) 보다 확장된 내경을 갖는 직경 확장부(240)와; 상기 직경 확장부(240)와 상기 제1 원통부(210) 사이에 위치하는 제1 경사부(250)와; 상기 직경 확장부(240)와 상기 제2 원통부(220) 사이에 위치하는 제2 경사부(260)를 포함하도록 구성되어, 상기 챔버부(230) 내에 형성되는 확장된 수용공간에 소재가 장입되어 증착이 수행될 수 있도록 구성되고,
    상기 가열부(300)는 상기 챔버부(230)의 반경방향 외측에 위치하는 중심 가열부와 중심 가열부의 양측 단부에 위치하는 측면 가열부를 포함하여, 소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)를 경방향 및 축방향에서 에워싸도록 구성되고,
    상기 가열부(300)는 복수의 영역으로 구획되어 각 영역의 가열부를 독립적으로 제어해 챔버부(230)에 열을 인가하도록 구성되고,
    상기 반응튜브(200)의 외측에는 증착이 수행되는 동안 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 반응튜브(200)에 충격을 인가하는 충격 인가부(290)가 더 구비되도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열부(300)는, 챔버부(230)의 직경 확장부(240)가 위치하는 제1 영역(Z1)에 열을 인가하는 제1 가열부(310), 챔버부(230)의 제1 경사부(250)가 위치하는 제2 영역(Z2)에 열을 인가하는 제2 가열부(320), 챔버부(230)의 제2 경사부(260)가 위치하는 제3 영역(Z3)에 열을 인가하는 제3 가열부(330)를 포함하고,
    상기 제1 가열부(310), 제2 가열부(320) 및 제3 가열부(330)는 각 영역의 온도 기초해 독립적으로 제어되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단열부(400)는 상기 반응튜브(200)의 챔버부(230) 및 가열부(300)를 외측에서 에워싸는 형태로 형성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반응튜브(200)의 챔버부(230) 내주면에는 반경방향 내측으로 돌출되어 형성되며 챔버부(230)의 길이방향을 따라 연장하는 블레이드(270)가 챔버부(230)의 원주방향을 따라 하나 이상 구비되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응튜브(200)의 양측 단부에는 덮개부(280)가 구비되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 덮개부(280)는 일측에 위치하는 마개부(282)와 상기 마개부(282)로부터 길이방향을 따라 연장하는 연장부(284)를 포함하여 형성되고,
    상기 덮개부(280)의 연장부(284)는 상기 반응튜브(200) 내로 삽입되어 장착되도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 덮개부(280)는 내부에 빈 공간부가 구비되도록 형성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 덮개부(280)에는 내부의 빈 공간부를 외부와 연통시키는 벤트홀(288)이 하나 이상 구비되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 덮개부(280)의 연장부(284)와 상기 반응튜브(200)의 내주면 사이에는 O링이 개재되어 결합되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 작업대(500)는 상기 반응튜브(200)가 거치되는 상부 플레이트(540)와 상기 상부 플레이트(540)를 하측에서 지지하는 하부 지지부(550)를 포함하고,
    상기 작업대(500)의 상부 플레이트(540)는 힌지부(560)를 통해 상기 하부 지지부(550)에 결합되어 하부 지지부(550)에 대해 피봇회전 가능하도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 작업대(500)의 상부 플레이트(540)와 하부 지지부(550) 사이에는 액츄에이터(570)가 구비되어 액츄에이터(570)의 작동에 의해 상부 플레이트(540)가 수평한 상태와 경사진 상태 사이에서 위치이동되도록,
    화학적 증기기상 증착장비.
  18. 삭제
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