KR102409153B1 - 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치 - Google Patents

3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 챔버; 상기 챔버의 일측에 형성되며, 직물이 진입하는 입구; 상기 입구를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제1 전구체를 분사하는 제1 라인; 상기 입구를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제2 전구체를 분사하는 제2 라인; 및 상기 챔버의 타측에 형성되며, 상기 직물이 배출되는 출구;를 포함하고, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인이 이격되어 퍼지 공간이 형성되는 것에 기술적 특징이 있다.

Description

3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치 {3D Spiral Arrangement Tessellation Atomic Layer Deposition Apparatus}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD)이란 자기 제한(self-limiting) 특성을 이용하여 물질을 단일 원자막 형식으로 한층 한층 기판표면에 형성하는 방법으로, 현재 반도체, 디스플레이, 2차 전지, 태양전지, 바이오, 의류 등의 여러 산업에서 핵심 공법으로 사용되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는 원자층 증착 도핑 방법이 제시되어 있는데, 특허문헌 1의 원자층 증착 도핑 방법은 반응챔버에 기판을 제공하는 단계에서 제2 전구체를 반응챔버에 통과시켜 제2 전구체를 조성하는 제2 원자가 제1 원자와 결합하지 않은 제1 반응위치에 결합되도록 하거나 또는 적어도 부분적으로 제1 원자를 대체하여 기판의 제1 반응위치에 결합되도록 하는 기술이 개시되어 있다.
즉, 특허문헌 1은 반도체 관련 기술의 예시가 개시된 것이다. 원자층 증착 기술은 다양한 산업에서 사용될 수 있는데, 현재 의류 산업이나 철강 산업에서는 원자층 증착 기술 적용이 부족한 실정이다.
그리고, 기존 면직물로 만들어진 의류에 방수 등의 목적으로 코팅을 하려면 방수용 스프레이를 옷에 직접 분사하는 방식을 쓸 수밖에 없었는데, 스프레이로 의류에 코팅된 막은 다음과 같은 문제점을 지닌다. 먼저 고른 코팅을 얻기 어려우며, 코팅의 효과가 지속적이지 않아 주기적으로 코팅을 다시 해줘야 한다. 또한 코팅할 때 이용하는 스프레이의 구성물질은 환경 오염을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2013-0092352호(2013.08.20.)
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 3차원 나선 배치를 통한 원자층 증착을 통해 실과 같은 직물 즉, 두께가 얇고 길이가 긴 물체를 효과적으로 증착할 수 있는 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 챔버; 상기 챔버의 일측에 형성되며, 직물이 진입하는 입구; 상기 입구를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제1 전구체를 분사하는 제1 라인; 상기 입구를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제2 전구체를 분사하는 제2 라인; 및 상기 챔버의 타측에 형성되며, 상기 직물이 배출되는 출구;를 포함하고, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인이 이격되어 퍼지 공간이 형성되는 것에 기술적 특징이 있다.
또한 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 상기 제1 전구체가 TMA(Trimethylaluminum)로 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 상기 제2 전구체가 H20로 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 상기 챔버 내에 설치되며 불활성 기체를 배출하는 퍼지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 실과 같은 직물 즉, 두께가 얇고 길이가 긴 물체를 효과적으로 증착할 수 있게 된다.
그리고 3차원적 입체 증착을 거친 직물로 의류를 제작한다면, 별도의 의류 코팅이 필요하지 않기 때문에 의류 제작이 용이해지며 스프레이 사용을 억제하기 때문에 환경 오염 유발을 억제하는 효과도 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치의 개략적인 구성도
도 3은 도 2에 따른 실시예를 2차원 공간에서 도식화한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치의 개략적인 구성도
도 5는 도 4에 따른 실시예를 2차원 공간에서 도식화한 도면
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하, 도면을 통해 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치의 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 챔버(300); 챔버(300)의 일측에 형성되며, 직물이 진입하는 입구(310); 입구(310)를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제1 전구체를 분사하는 제1 라인(100); 입구(310)를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제2 전구체를 분사하는 제2 라인(200); 상기 직물이 배출되는 출구(320);를 포함하여 구성되고, 이때 상기 제1 라인(100)과 상기 제2 라인(200)이 이격되어 퍼지 공간이 형성되도록 구성될 수 있다.
원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD)은 전구체(precursor)라 불리는 두 가지 소스를 번갈아 가면서 공급하여, 자기제한(self-limiting)적인 표면반응을 유도한다.
일반적인 원자층 증착 과정에서 자기제한적인 표면반응이 유도되는 이유는 전구체가 표면에 흡착된 후에 반응이 일어나기 때문이다.
첫 번째 단계에서는 제1 전구체의 흡착이 이루어진다.
두 번째 단계에서는 불활성 기체에 의해 챔버 공간에 남아있는 제1 전구체 성부의 잔류 기체와 표면의 불완전한 흡착물이 제거된다.
세 번째 단계에서는 표면에 흡착된 제1 전구체와 반응할 수 있는 제2 전구체가 흡착된다.
네 번째 단계에서는 세 번째 단계에서의 잔류 기체와 표면의 불완전한 흡착물이 불활성 기체를 통해 제거된다.
즉, 일반적인 원자층 증착 과정은 시간 순서대로 이루어지는 시계열적인 공정이었으며, 그 순서는 제1 전구체 흡착 → 퍼지(Purge) → 제2 전구체 흡착 → 퍼지(Purge)로 이루어진다.
본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 시계열적으로 제1 전구체 흡착 → 퍼지(Purge) → 제2 전구체 흡착 → 퍼지(Purge)를 구현하는 것이 아니라, 공간을 분할하는 개념으로 3차원 나선 배치 형태를 도입함으로써 시계열적 원자층 증착 공정을 달성할 수 있는 기술인 것이다.
도 3은 도 2에 따른 실시예를 2차원 공간에서 도식화한 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같은 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 도 3서와 같이 2차원 공간에서 도식화될 수 있다.
도 2를 참고하면, 직물의 이동방향을 기준으로 제1 전구체 흡착 → 퍼지(Purge) → 제2 전구체 흡착 → 퍼지(Purge)의 순서로 2차원적 도식화가 가능한 것을 확인할 수 있는데, 이는 앞서 살펴본 일반적인 원자층 증착 공정의 순서와 동일한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치를 이용하여 직물을 통과시키는 것만으로 원자층 증착이 가능해진다.
따라서 실과 같은 직물 즉, 두께가 얇고 길이가 긴 물체를 효과적으로 원자층 증착이 가능해지며, 3차원적 원자층 증착을 거친 직물로 의류를 제작한다면, 별도의 의류 코팅이 필요하지 않기 때문에 의류 제작이 용이해지며 스프레이 사용을 억제하기 때문에 환경 오염 유발을 억제할 수 있게 된다.
본 발명에서 제1 전구체가 TMA(Trimethylaluminum)로 구성될 수 있고, 제2 전구체는 H20로 구성될 수 있다. 제1 전구체로 사용되는 TMA(Trimethylaluminum)와 제2 전구체로 사용되는 H20는 현재 반도체 산업 분야에서 널리 사용되고 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
또한 본 발명에서는 필요에 따라 12족 (Zn;아연) 또는 13족 (Al;알루미늄,Ga;갈륨,In;인듐)의 전이 금속과 알킬(Alkyl)기 및 알콕시 아마이드(Alkoxy amide)기로 이루어진 전구체 화합물이 제1 전구체로 사용될 수도 있다. 상기 화합물은 TMA와 박막증착율을 가지며, 대기 중에서 자연 발화적(Pyrophoric) 성격을 가지기 때문에 TMA 대신 제1 전구체로 사용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참고하면, 도 2에 따른 실시예보다 제1 라인(100)과 제2 라인(200) 사이의 공간이 더 커진것을 확인할 수 있다.
3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 상황에 따라 퍼지 공간이 확대되거나 축소될 필요성이 있다.
예를 들어 직물의 종류에 따라 퍼지 공간이 확대될 필요성이 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 라인(100)과 제2 라인(200)이 늘어난 형태를 가짐으로써 구현이 가능해진다.
도 5는 도 4에 따른 실시예를 2차원 공간에서 도식화한 도면으로, 제1 라인(100)과 제2 라인(200)이 덜 촘촘하게 배열됨으로써 확대된 퍼지 공간을 가질 수 있게 된다.
반대로 제1 라인(100)과 제2 라인(200)이 더 촘촘하게 배열된다면 축소된 퍼지 공간을 가질 수 있게 된다.
본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 제1 라인(100)과 제2 라인(200) 각각에 분사구가 형성될 수 있다. 제1 라인(100)과 제2 라인(200) 각각에 형성되는 분사구는 입구(310)에서 출구(320)로 향하는 직물을 향하도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 챔버 내에 설치되며 불활성 기체를 배출하는 퍼지부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 퍼지부가 배출하는 불활성 기체에 의해 제1 라인(100)과 제2 라인(200) 사이에 형성된 퍼지 공간으로 불활성 기체가 유입되어 직물에 남아있는 불완전한 흡착물이 제거될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 입구(310)에서 출구(320)로 향하는 직물을 기준으로 했을 때, 입구(310)에서 출구(320)로 이동하는 동안 제1 전구체 흡착 → 퍼지(Purge) → 제2 전구체 흡착 → 퍼지(Purge)의 순서로 동작이 이루어지게 되고, 이로써 시간 분할을 하지 않고도 직물을 입구(310)에서 출구(320)로 이동시키기만 하면 직물의 원자층 증착이 가능해진다.
본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 필요에 따라 TMA 감지 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서는 제1 전구체로 TMA가 사용되는 구성에서 TMA 감지 센서를 포함할 수 있다. TMA 감지 센서는 ZnO 박막 센서를 포함하여 구성되어, TMA를 감지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 제1 라인(100)의 동작, 제2 라인(200)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있는데, 제1 전구체인 TMA 가스가 과도하게 챔버(300) 내에 분사되어 증착 효율이 떨어지는 경우 제1 라인(100)을 통한 제1 전구체 분사를 중지할 수 있다.
이때, 제1 전구체인 TMA 가스가 과도하게 챔버(300) 내에 분사되었는지에 대한 판단은 TMA 감지 센서를 통해 이루어질 수 있다. 예를 들어 TMA 가스에 대한 소정 기준치가 미리 제어부에 설정 저장되었을 때, TMA 감지 센서가 감지하는 TMA 가스 농도가 상기 소정 기준치 이상이면 제어부가 제1 전구체인 TMA 가스가 과도하게 챔버(300) 내에 분사된 것으로 판단할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 증착 효율이 떨어져 제1 라인(100)을 통한 제1 전구체 분사를 중지한 경우, 퍼지부를 통한 불활성 기체의 배출량을 증가시킬 수 있다. 참고적으로 이러한 퍼지부의 동작도 제어부에 의해 제어될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치는 실과 같은 직물 즉, 두께가 얇고 길이가 긴 물체를 효과적으로 증착할 수 있게 된다.
그리고 3차원적 입체 증착을 거친 직물로 의류를 제작한다면, 별도의 의류 코팅이 필요하지 않기 때문에 의류 제작이 용이해지며 스프레이 사용을 억제하기 때문에 환경 오염 유발을 억제하는 효과도 발생한다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
100: 제1 라인
200: 제2 라인
300: 챔버
310: 입구
320: 출구

Claims (4)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 일측에 형성되며, 직물이 진입하는 입구;
    상기 입구를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제1 전구체를 분사하는 제1 라인;
    상기 입구를 통해 진입한 직물의 길이 방향으로 상기 직물을 둘러싸되, 상기 직물과 소정 거리 이격되어 나선형태로 형성되며, 제2 전구체를 분사하는 제2 라인; 및
    상기 챔버의 타측에 형성되며, 상기 직물이 배출되는 출구;를 포함하고,
    상기 제1 라인과 상기 제2 라인이 이격되어 공간이 형성되며,
    상기 챔버 내에 설치되며 불활성 기체를 배출하는 퍼지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전구체는 TMA(Trimethylaluminum)인 것을 특징으로 하는 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전구체는 H20인 것을 특징으로 하는 3차원 나선 배치형 공간 분할 원자층 증착 장치.
  4. 삭제
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