KR20220129027A - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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박원배
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는 상단부 및 하단부가 개구된 통형상의 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내부에 배치되고 상기 반응 챔버의 내부 공간을 높이방향으로 분할해 복수의 분할 챔버를 형성하는 적어도 하나의 내부 분할 격벽, 상기 반응 챔버의 외측면에 배치된 가열장치, 상기 반응 챔버의 상측에 배치된 복수의 상부 권취롤 및 상기 반응 챔버의 하측에 배치된 적어도 하나의 롤러를 포함한다.

Description

화학 기상 증착 장치
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 발명이다. 보다 상세하게는 반응 챔버를 분할하여 분할 챔버를 형성한 화학 기상 증착 장치에 관한 발명이다.
그래핀(Graphene) 등은 화학 기상 증착 방법(CVD)를 이용해 형성될 수 있다. 화학 기상 증착 방법은 일반적으로 상입이나 저압 또는 플라즈마 등의 특정한 상태를 형성하고 있는 챔버의 내부에 증착 재료가 되는 여러 가지 가스를 공급하여 피증착체의 표면 상에 요구되는 재질의 막을 증착시키도록 하는 공정이다.
이와 관련하여, KR 10-2013-0053201에서는 롤투롤(Roll to roll) 방식의 화학 기상 증착 장치를 게시하고 있다.
다만, KR 10-2013-0053201에 게시된 화학 기상 증착 장치는 복수의 챔버가 수직으로 배치되어 장치의 길이나 크기가 지나치게 큰 문제가 있었다.
뿐만 아니라, 각각의 챔버 별로 히팅존을 형성해야 하므로, 생산 효율이 낮은 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 컴팩트화된 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.
둘째, 본 발명은 화학 기상 증착 품질을 향상시킬 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.
기타, 본 발명은 상기에 기재한 기술적 과제외에 종래기술로부터 발생되거나 예측될 수 있는 모든 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 반응 챔버의 내부 공간을 분할하는 내부 분할 격벽을 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 상단부 및 하단부가 개구된 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내부에 배치되고 상기 반응 챔버의 내부 공간을 높이방향으로 분할해 복수의 분할 챔버를 형성하는 적어도 하나의 내부 분할 격벽을 포함한다.
뿐만 아니라, 상기 반응 챔버의 외측면에 배치된 가열장치, 상기 반응 챔버의 상측에 배치된 복수의 상부 권취롤 및 상기 반응 챔버의 하측에 배치된 적어도 하나의 롤러를 포함한다.
상기 복수의 분할 챔버 각각이 상기 복수의 상부 권취롤 각각과 대응될 수 있다.
복수의 반응 가스 공급관을 더 포함하고, 상기 복수의 반응 가스 공급관은 상기 복수의 분할 챔버 각각에 연결될 수 있다.
상기 가열장치는 상기 반응 챔버의 측면에 배치될 수 있다.
상기 복수의 상부 권취롤 각각은 피증착체를 감거나 풀 수 있다.
상기 롤러는 적어도 하나의 가이드 롤러를 포함하고, 상기 가이드 롤러는 풀려진 피증착체를 다른 권취롤이 감도록 가이드할 수 있다.
상기 복수의 상부 권취롤 중 제1의 상부 권취롤은 감겨진 피증착체를 풀고, 제2 상부 권취롤이 풀려진 피증착체를 감도록 상기 가이드 롤러가 상기 피증착체를 가이드할 수 있다.
상기 가이드 롤러는 상기 분할 챔버 하측에서 각 분할 챔버 사이에 배치될 수 있다.
상기 롤러는 복수의 하부 권취롤을 포함하고, 상기 복수의 하부 권취롤 각각은 상기 복수의 상부 권취롤 각각에 대응될 수 있다.
상기 상부 권취롤이 피증착체를 풀고, 상기 하부 권취롤이 상기 피증착체를 감을 수 있다.
상기 반응 챔버의 개구된 상단부 및 하단부에 배치되어 상기 개구를 차폐하는 배플을 더 포함할 수 있다.
상기 배플은 그라파이트, 스테인리스스틸, 티타늄, 니켈, 인코넬 합금 및 쿼츠 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배플은 상기 반응 챔버의 상단부에 배치되는 상단 배플 및 상기 반응 챔버의 하단부에 배치되는 하단 배플을 포함하고, 상기 상단 배플 및 하단 배플은 피증착층이 통과하는 복수의 슬롯을 포함할 수 있다.
상기 복수의 슬롯 각각은 상기 복수의 분할 챔버 각각에 대응될 수 있다.
상기 상단 배플은 반응 가스 공급관과 결합되는 결합부와 복수의 슬롯이 형성된 배플 플레이트 및 상기 배플 플레이트의 하측에 위치하고 복수의 관통홀과 복수의 슬롯이 형성된 하측 배플통을 포함할 수 있다.
상기 하측 배플통의 두께가 상기 배플 플레이트의 두께보다 두꺼을 수 있다.
상기 상단 배플은 반응 가스 공급관과 결합되는 결합부와 복수의 슬롯이 형성된 배플 플레이트를 포함하고 상기 배플 플레이트의 하측에서 상기 배플 플레이트와 이격된 복수의 확산 배플 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 복수의 확산 배플 플레이트는 서로 이격되어 순차적으로 배치되고, 각 확산 배플 플레이트는 상기 복수의 슬롯 및 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 복수의 확산 배플 플레이트는 하측으로 갈수록 관통홀의 수가 증가할 수 있다.
상기 하단 배플은 복수의 슬롯을 포함하고 관통홀이 미형성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 화학 기상 증착 장치는 내부 분할 격벽으로 반응 챔버의 내부 공간을 분할하여 컴팩트화할 수 있는 동시에, 분할된 내부 공간이 가열 장치를 공유할 수 있으므로, 생산효율을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 반응 챔버의 개구를 차폐하는 배플을 포함함으로써 온도 불균일을 감소시켜 화학 기상 증착 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 반응 챔버의 결합 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명 실시예들에 따른 상단 배플 및 하단 배플을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명 실시예 및 비교예에 따른 반응 챔버 내에서의 높이에 따른 온도 분포이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의되며, 명세서에서 용어의 의미에 대해 별도로 기재한 내용이 있다면 용어의 의미는 상기 기재 내용으로 정의될 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본원 발명의 화학 기상 증착 장치(100)는 내부 분할 격벽(20)으로 반응 챔버(10)의 내부 공간을 분할하여 컴팩트화할 수 있는 동시에, 분할된 내부 공간이 가열 장치(30)를 공유할 수 있으므로, 생산효율을 향상시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)에 대해 설명한다.
구체적으로, 도 1을 참고하면, 화학 기상 증착 장치(100)는 상단부 및 하단부가 개구된 통형상의 반응 챔버(10)를 포함할 수 있다.
반응 챔버(10)는 소정 크기의 내부 공간을 형성하여 화학 기상 증착 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다.
반응 챔버(10)는 높이 방향으로 연장된 통형상일 수 있다.
본 명세서에서 통형상은 원기둥, 사각기둥 등 기하학적 통형상이 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 가로, 세로 및 높이를 가져 내부 공간을 형성할 수 있는 비기하학적인 통형상까지 포함한다고 할 것이다.
반응 챔버(10)는 내마모성 및 내식성이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 반응 챔버(10)는 쿼츠로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 내부 분할 격벽(20)을 더 포함하여 상기 내부 공간을 분할할 수 있다.
구체적으로, 내부 분할 격벽(20)은 반응 챔버(10) 내부에 배치되고 반응 챔버(10)의 내부 공간을 높이 방향으로 분할하여 복수의 분할 챔버(11)를 형성할 수 있다.
내부 분할 격벽(20)은 내부 분할 격벽(20)의 가장자리가 반응 챔버(10)의 내면과 접하도록 삽입 배치되어 반응 챔버(10)의 내부 공간을 분할하여 복수의 분할 챔버(11)를 형성한다.
또한, 내부 분할 격벽(20)은 반응 챔버(10)의 높이 방향으로 내부 분할 격벽(20)이 삽입되어 배치됨으로서,반응 챔버(10)의 내부 공간을 높이 방향에서 분할할 수 있다.
즉, 높이 방향에 수직한 방향으로 자른 반응 챔버(10)의 단면을 볼 때, 상기 단면에는 복수의 분할 챔버(11)들과 분할 챔버(11)들 사이마다 위치한 내부 분할 격벽(20)이 위치하게 된다.
나아가, 복수의 분할 챔버(11) 각각은 내부 분할 격벽(20)에 의해 물리적으로 다른 분할 챔버(11)들과 독립된 분리 공간일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)에 포함된 내부 분할 격벽(20)은 적어도 하나 이상일 수 있다.
예를 들어, 하나의 내부 분할 격벽(20)을 포함하면 2개의 분할 챔버(11)를 형성할 수 있고, 또는 서로 교차된 내부 분할 격벽(20) 2개를 포함하여 4개의 분할 챔버(11)를 형성할 수도 있다.
한편, 내부 분할 격벽(20)의 개수와 분할 챔버(11)의 개수는 상기 기재 및 도면에 게시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 용이 설계 가능한 범위에서 내부 분할 격벽(20)과 그에 따른 분할 챔버(11)의 수를 조절할 수 있다.
추가적으로, 복수의 내부 분할 격벽(20)을 포함하는 경우, 복수의 내부 분할 격벽(20)의 서로 교차되어 내부 분할 격벽(20)사이의 각도가 등각으로 형성될 수 있다.
다만, 복수의 내부 분할 격벽(20)의 구조 역시 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 복수의 분할 챔버(11)를 형성하는 동시에 각 분할 챔버(11)를 독립적으로 분할시킬 수 있는 범위에서 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 구조까지 포함한다고 할 것이다.
내부 분할 격벽(20)은 쿼츠, 그라파이트, 티타늄, 니켈, 인코넬 합금 및 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 재료까지 포함한다고 할 것이다.
한편, 내부 분할 격벽(20)은 반응 챔버(10)의 내부 공간 전체를 분할하는 것은 아니며, 중앙 부분을 분할할 수 있다. 즉, 내부 분할 격벽(20)의 높이가 반응 챔버(10)의 높이보다 작아, 반응 챔버(10)의 상단부 및 하단부 일부 부분은 분할하지 않고, 중앙부분이 내부 분할 격벽(20)에 의해 분할 될 수 있다.
내부 분할 격벽(20)에 의해 분할된 각 영역은 실제 화학 기상 증착이 이루어지는 액티브 존(active zone)일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 반응 챔버(10)의 측면에 배치된 가열장치(30)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 가열 장치(30)는 반응 챔버(10)의 외측면 또는 내측면에서, 반응 챔버(10)를 감싸는 구조로 형성될 수 있다.
즉, 가열장치(30)는 반응 챔버(10)의 외측면을 감싸, 반응 챔버(10)의 높이 방향에 수직한 방향으로 자른 단면에서, 가열 장치(30)가 고리형일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 가열 장치(30)가 반응 챔버(10)의 외측면에 배치되어 반응 챔버(10)의 외측면을 감싸도록 형성함으로써, 분할 챔버(11)들이 가열장치(30)를 공유할 수 있다.
따라서, 복수의 분할 챔버(11) 각각에 대한 가열 장치를 구비하지 않더라도, 가열장치(30)를 작동시킴으로써, 복수의 분할 챔버(11) 각각에 열을 전달할 수 있다.
가열장치(30)는 저항코일, 할로겐 램프 및 IR 하터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 가열장치(30)의 구성이 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 화학 기상 증착 장치로서 적용할 수 있는 발열장치까지 포함한다고 할 것이다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 반응 챔버(10) 상측에 배치된 복수의 상부 권취롤(40)을 포함할 수 있다. 복수의 상부 권취롤(40)은 반응 챔버(10)의 상측에서, 반응 챔버(10)와 이격되어 배치될 수 있다.
복수의 상부 권취롤(40) 각각은 화학 기상 증착 과정에서 증착이 이루어지는 피증착체(1)를 롤 형태로 감거나 풀어낼 수 있다.
즉, 복수의 상부 권취롤(40) 모두가 피증착체(1)를 풀어낼 수도 있고, 일부 상부 권취롤(40)은 피증착체(1)를 풀어내고 다른 일부 상부 권취롤(40)은 피증착체(1)를 감아낼 수도 있다.
복수의 상부 권취롤(40)의 동작 사항은 롤러(50)에 의해 정해질 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
피증착체(1)는 화학 기상 증착이 이루어지는 대상으로서, 촉매 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 구리를 포함할 수 있다. 다만, 피증착체(1)의 종류를 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 화학 기상 증착법에 적용 가능한 피증차체(1) 종류까지 포함한다고 할 것이다.
한편, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)에서 복수의 상부 권취롤(40)의 수와 복수의 분할 챔버(11)의 수가 동일할 수 있으며, 나아가, 각 분할 챔버(11)에 각 권취롤(40)이 대응되어 배치될 수 있다.
즉, 각 상부 권취롤(40)에서 풀려나온 피증착체(1)는 각각 서로 독립적으로 분할된 분할 챔버(11)로 이동할 수 있고, 또는 각 분할 챔버(11)로부터 빠져나오는 피증착체(1)가 각 상부 권취롤(40)에 감길 수 있다.
각 상부 권취롤(40)에서 풀려나온 피증착체(1) 또는 각 분할 챔버(11)로부터 빠져나오는 피증착체(1)는 복수의 상부 보조 가이드 롤러(41) 중 하나에 의해 가이드 되어 분할 챔버(11)로 유입되거나, 상부 권취롤(40)에 감길 수 있다.
구체적으로, 상부 권취롤(40)에 감겨진 피증착체(1)의 두께 또는 상부 권취롤(40) 자체의 크기에 의해, 상부 권취롤(40)의 위치와 이에 대응되는 분할 챔버(11)의 위치가 얼라인 되지 않을 수 있다.
따라서, 분할 챔버(11)의 중앙 위치와 얼라인 되는 지점에 상부 보조 가이드 롤러(41)가 배치되고, 상부 권취롤(40)로부터 풀려진 피증착체(1)는 상부 보조 가이드 롤러(41)에 의해 가이드 되어 안정적으로 대응되는 분할 챔버(11)로 유입될 수 있다.
반대로, 분할 챔버(11)에서 빠져나오는 피증착체(1)는 상부 보조 가이드 롤러(41)에 의해 가이드되어 안정적으로 상부 권취롤(40)에 감길 수 있다.
한편, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 복수의 반응 가스 공급관(60)을 더 포함할 수 있다.
복수의 반응 가스 공급관(60)은 복수의 분할 챔버(11) 각각에 연결되어 화학 기상 증착에 사용되는 원료 가스등을 공급할 수 있다.
예를 들어, 반응 가스 공급관(60)은 캐리어 가스를 포함한 탄소 공급원으로서 메탄(CH4)가스를 공급할 수 있다.
캐리어 가스는 수소(H2), 아르곤(Ar) 및 질소(N2)와 같은 가스가 단일 가스 또는 혼합 가스로 사용될 수 있고, 캐리어 가스와 함께 메탄 가스를 공급함으로서 피증착체(1) 상에 그래핀(Graphene)을 증착시킬 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 복수의 분할 챔버(11) 각각에 대해 반응 가스 공급관(60)을 연결하므로, 각 분할 챔버(11)별로 다른 화학 기상 증착 조건을 구성할 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 반응 챔버(100) 하측에 배치된 적어도 하나의 롤러(50)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 롤러(50)는 적어도 하나의 가이드 롤러(51)를 포함하고, 가이드 롤러(51)는 내부 분할 격벽(20) 하측에 배치되어 풀려진 상부 권취롤(40) 중 하나로부터 풀려진 피증착체(1)를 다른 상부 권취롤(40)이 감도록 가이드할 수 있다.
한편, 롤러(50)는 하부 보조 가이드 롤러(52)를 더 포함할 수 있다.
분할 챔버(11)에서 빠져나오는 피증착체(1)가 인접한 분할 챔버(11) 사이 하측에 배치된 가이드 롤러(51)로 직접 이동하는 경우, 피증착체(1)의 이동 방향이 기울기를 가져 증착 품질이 저하될 수 있다.
따라서, 분할 챔버(11) 하측에서 분할 챔버(11)의 중앙 위치와 얼라인되는 지점에 하부 보조 가이드 롤러(52)가 배치되고, 분할 챔버(11)에서 빠져 나오는 피증착체(1)를 하부 보조 가이드 롤러(52)가 가이드 롤러(51)로 가이드하여 증착 품질 저하를 방지할 수 있다.
이어서, 가이드 롤러(51)에 의해 가이드된 피증착체(1)는 다른 하부 보조 가이드 롤러(52)에 의해 다시 가이드 되어 다른 분할 챔버(11)로 유입될 수 있다.
하부 보조 가이드 롤러(52)와 상부 보조 가이드 롤러(51)는 서로 대응되어 수직선 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 롤러는 회전 가능한 롤러 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 회전되지 않는 바 형상일 수도 있다.
즉, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 가이드 롤러(51)를 포함함으로써, 특정 상부 권취롤(40)로부터 풀려진 피증착체(1)가 적어도 2 이상의 분할 챔버(11)를 거치게 할 수 있다.
나아가, 가이드 롤러(51)의 수는 분할 챔버(11)의 수에 따라 달라 질 수 있다.
예를 들어, 반응 챔버(10)의 내부 공간을 2등분한 2개의 분할 챔버(11)가 형성된 경우, 하나의 가이드 롤러(51)가 배치될 수 있으며, 3등분한 3개의 분할 챔버(11)가 형성된 경우, 2개의 가이드 롤러(51)가 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 내부 분할 격벽(20)에 의해 독립적으로 분할된 분할 챔버(11), 분할 챔버(11)에 대응되도록 배치된 복수의 상부 권취롤(40), 반응 가스 공급관(60) 및 가이드 롤러(51)를 포함한다.
따라서, 하나의 반응 챔버(10)를 이용해 서로 다른 조건의 화학 기상 증착을 수행할 수 있어 화학 기상 증착 장치(100)를 컴팩트화할 수 있는 동시에, 분할 챔버(11)를 연결해 연속 증착이 가능하므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 컴팩트화 및 생산성 향상을 구현하는 분할 챔버(11), 상부 권취롤(40), 반응 가스 공급관(60) 및 가이드 롤러(51)들 간의 유기적 결합 관계에 대해 자세히 설명한다.
다시 도 1 및 도 2를 참고하면, 복수의 상부 권취롤 중 하나인 제1 의 상부 권취롤(40)은 롤 형태로 감겨진 피증착체(1)를 풀어낼 수 있고, 풀려진 피증착체(1)는 제1 의 상부 보조 가이드 롤러(41)를 거쳐 상기 제1 의 상부 권취롤(40)에 대응되는 제1 의 분할 챔버(11)로 유입된다.
제1 의 분할 챔버(11)로 유입된 피증착체(1)는 상기 제1의 분할 챔버(11)에 연결된 반응 가스 공급관(60)으로부터 제1 조건의 반응 기체를 공급받고 가열장치(30)가 화학 기상 증착이 이루어지도록 가열함으로써 피증착체(1) 상에 제1 화학 기상 증착이 이루어질 수 있다.
상기 제1 화학 기상 증착이 이루어진 피증착체(1)는 하부 방향으로 이동하여 제1 및 2의 하부 보조 가이드 롤러(52) 및 가이드 롤러(51)에 의해 가이드되어 다른 제2 의 분할 챔버(11)로 이동할 수 있다.
상기 제2 의 분할 챔버(11)로 이동한 피증착체(11)는 상기 제2 의 분할 챔버(11)에 연결된 반응 가스 공급관(60)으로부터 제2 조건의 반응 기체를 공급받고 가열장치(30)가 화학 기상 증착이 이루어지도록 가열함으로써 피증착체(1) 상에 제2 화학 기상 증착이 이루어질 수 있다.
제2 화학 기상 증착이 이루어진 피착체(1)는 제2 의 상부 보조 가이드 롤러(41)에 의해 가이드되어 제2의 분할 챔버(11)에 대응되는 제2 의 상부 권취롤(40)에 의해 감겨질 수 있다.
상기 제1 조건 및 제2 조건은 반응기체의 종류, 유량 및 압력 환경등을 포함할 수 있으며, 화학 기상 증착 장치(100)를 이용한 제1 및 제2 화학 기상 증착에서, 반응 기체의 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건은 동일한 조건일 수 있고 또는 서로 다른 조건일 수 있다.
즉, 상기 제1 조건이 제2 조건과 상이한 경우, 하나의 반응 챔버(10)를 이용해 서로 다른 제1 및 제2 화학 기상 증착을 효과적으로 수행할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 조건과 제2 조건이 동일 한 경우, 하나의 반응 챔버(10)를 이용해 반복 증착하는 효과를 수행할 수 있으므로, 화학 기상 증착 장치(100)를 컴팩트화 하는 동시에 화학 기상 증착의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 1, 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)의 배플(70)에 대해 설명한다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 배플(70)을 포함하여, 화학 기상 증착 온도 불균일을 감소시켜 증착 품질을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 화학 기상 증착 장치(100)의 배플(70)은 반응 챔버(10)의 개구된 상단부 및 하단부에 배치되어 상기 개구 각각을 차폐할 수 있다.
본 명세서에서 반응 챔버(10)가 배플(70)에 의해 차폐되었다는 것은 상기 반응 챔버(10)의 개구부에 대해 적어도 일부를 배플(70)이 커버하고 있다는 것으로, 반응 챔버(10)의 내부 공간이 배플(70)에 의해 외부와 완전히 차단되어 분리된다는 것은 아니다.
더 자세하게는 도 3(a)를 참고하면 배플(70)은 반응 챔버(10)의 상단부 개구에 배치되는 상단 배플(71) 및 하단부 개구에 배치되는 하단 배플(72)을 포함하고, 상단 배플(71) 및 하단 배플(72)은 피증착체(1)가 통과하는 복수의 슬롯을 포함할 수 있다. 나아가, 슬롯은 분할 챔버(11)각각에 대응되도록 형성된다.
뿐만 아니라, 상단 배플(71)은 분할 챔버(11) 각각에 대응되는 반응 가스 공급관(60) 각각이 연결되는 복수의 결합부(73)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 결합부(73)는 상단 배플(71)의 관통부일 수 있고, 반응 가스 공급관(60)이 관통부에 결합되어 반응 가스를 분할 챔버(11) 내로 공급할 수 있다.
즉, 각 분할 챔버(11) 마다 상측 및 하측이 상단 배플(71) 및 하단 배플(72)에 의해 차폐되고, 상단 배플(71) 및 하단 배플(72)에 형성된 슬롯으로 피증착체(1)가 유입 및 유출되며, 상단 배플(71)에 각 반응 가스 공급관(60)이 연결되어 독립된 조건의 반응 가스를 공급받게 된다.
한편, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 상단 배플(71) 및 하단 배플(72) 각각이 반응 챔버(10)의 개구된 상단부 및 하단부를 차폐함으로써 반응 챔버(10)의 개구에 의해 발생할 수 있는 상하 열손실을 방지할 수 있다.
도 4를 참고하면, 배플(70)을 미포함한 경우(a) 반응 챔버(10)의 상하에서 열이 외부로 유출되기 때문에 반응 챔버(10) 내부에서의 온도가 균일하지 못하고, 개구된 상단부 및 하단부에 가까워질수록 중앙부분에 비해 온도가 현저히 낮아질 수 있다.
하지만, 본 발명 실시예에 따른 배플(70)이 반응 챔버(10)의 개구된 상단부 및 하단부를 차폐하는 경우(b) 반응 챔버(10)의 상단부 및 하단부에서의 열손실을 방지해 화학 기상 증착 온도를 균일화시키고 결과적으로 증착 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)에서 배플(70)은 반응 챔버(10)내의 온도를 효과적으로 균일하게 유지하기 위해, 그라파이트, 스테인리스 스틸 및 쿼츠 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배플(70)이 상기 구성물질을 포함함으로서, 반응 챔버(10)내의 온도를 효과적으로 외부로 유출시키지 않을 수 있다.
다만, 배플(70)의 구성 물질은 상기 기재에 한정되는 것은 아니고, 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 범위까지 포함한다고 할 것이다.
또한, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 상단 배플(71)의 형상을 제어하여 반응 가스 확산성을 향상시킴으로서 화학 기상 증착 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
우선 도 3(b)를 참고하면, 상단 배플(71)은 반응 가스 공급관(60)과 연결되는 결합부(73)와 복수의 슬롯이 형성된 배플 플레이트(71a1) 및 배플 플레이트(71a1)의 하측에 위치하고 복수의 관통홀(74)과 복수의 슬롯이 형성된 하측 배플통(71a2)를 포함할 수 있다.
배플 플레이트(71a1)와 하측 배플통(71a2)는 이격 거리를 가지고 배치될 수 있고, 반응 가스 공급관(60)이 결합부(73)에 결합되어 배플 플레이트(71a1)와 하측 배플통(71a2) 사이에서 반응 가스를 반응 챔버(11)에 공급할 수 있다.
이때, 분사된 반응 가스는 배플 플레이트(71a1)와 하측 배플통(71a2) 사이에서 확산되어 하측 배플통(71a2)에 형성된 다수의 관통홀(74)에 의해 분할 챔버(11)에 분산되어 공급될 수 있다.
즉, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 반응 가스가 다수의 관통홀(74)에 의해 분산되어 분할 챔버(11)에 공급됨으로써, 국지적으로 반응가스가 밀집되거나 부족하여 발생되는 증착 품질 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 하측 배플통(71a2)는 배플 플레이트(71a1)에 비해 더 두꺼울 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 하측 배플통(71a2)과 배플 플레이트(71a1)간의 두께를 제어하고, 하측 배플통(71a2)과 배플 플레이트(71a1)간의 이격 거리를 형성함으로써 효과적으로 분할 챔버(11)의 열기 유출을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상대적으로 두꺼운 하단 배플통(71a2)이 하측에 있어, 분할 챔버(11)에서 외부로 유출되는 열기를 대부분 차단할 수 있으며, 하단 배플통(71a2)과 배플 플레이트(71a1) 사이에 형성된 공기층은 열전도도가 낮아 더욱 효과적으로 유출되는 열기를 감소시킬 수 있다.
상단 배플(71)은 상기 기재 및 도면에 게시된 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 3(c)를 참고하면, 상단 배플(71)은 반응 가스 공급관(60)과 결합되는 결합부(73)와 복수의 슬롯이 형성된 배플 플레이트(71b1)를 포함하고, 배플 플레이트(71b1)과 이격된 복수의 확산 배플 플레이트(71b2)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 배플 플레이트(71b1) 하측에 복수의 확산 배플 플레이트(71b2)들이 순차적으로 배치될 수 있고, 확산 배플 플레이트(71b2) 각각에 복수의 슬롯 및 관통홀(74)이 형성될 수 있다.
도 3(c)의 상단 배플(71)에서는 반응 가스 공급관(60)이 결합부(73)에 결합되어 배플 플레이트(71b1)와 확산 배플 플레이트(71b2)사이에서 반응 가스를 반응 챔버(11)에 공급할 수 있다.
이때, 분사된 반응 가스는 배플 플레이트(71b1)와 최상측 확산 배플 플레이트(71b2) 사이에서 확산되어 복수의 확산 배플 플레이트(71b2)에 형성된 다수의 관통홀(74)을 거쳐 분할 챔버(11)에 분산되어 공급될 수 있다.
복수의 확산 배플 플레이트(71b2) 각각은 복수의 슬롯 및 관통홀(74)이 형성될 수 있으며, 하측으로 갈수록 확산 배플 플레이트(71b2)에 형성된 관통홀(74)을 수가 증가할 수 있다.
즉, 본 발명 일 실시예에 따른 상단 배플(71)은 복수의 확산 배플 플레이트(71b2)를 포함하고, 하측으로 갈수록 확산 배플 플레이트(71b2)에 형성된 관통홀(74)의 수가 증가하면서, 반응 가스의 확산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 복수의 확산 배플 플레이트(71b2)들은 서로 이격되어 있어, 분사된 반응 가스가 각각의 확산 배플 플레이트(71b2)의 관통홀(74)를 지날 때마다 이격 공간에서 다시 확산 과정을 거치게되고, 하측으로 갈수록 관통홀(74)의 수가 증가하므로, 분할 쳄버(11) 전체에 반응 가스 분산이 효율적으로 일어날 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)의 하단 배플(72)은 상단 배플(71)과 같이 복수의 슬롯이 형성될 수는 있으나, 관통홀은 미형성될 수 있다.
화학 기상 증착 과정에서 반응하지 않은 잔여 반응 가스 등은 진공펌프(미도시)에 연결된 배기부(미도시)등을 통해 반응 챔버(10) 외부로 배출될 수 있다.
이어서, 도 5를 참고하여 본 발명 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(200)에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(200)는 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 화학 기상 증착 장치(100)와 비교하여, 롤러(50)의 구성과 구조가 다른 것을 제외하고 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 이에 따라 반복되는 설명은 생략하겠다. 이에, 본 실시예에 따른 설명에서는 차이점을 위주로 설명하겠다.
도 5를 참고하면, 본 발명 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(200)에서, 롤러(50)는 하부 보조 가이드 롤러(52) 및 복수의 권취롤(53)를 포함할 수 있다.
복수의 하부 권취롤(53) 각각은 복수의 상부 권취롤(40) 각각에 대응되어 각 분할 챔버(11)의 하부에 배치될 수 있다.
따라서, 각각의 분할 챔버(11)에 대해서, 상부 권취롤(40)은 감겨져 있던 피증착체(1)를 풀어낼 수 있고, 풀어낸 피증착체(1)는 분할 챔버(11) 내에서 화학 기상 증착이 이루어지고, 화학 기상 증착이 이루어진 피증착체(1)는 하부 보조 가이드 롤러(52)에 의해 가이드되어 하부 권취롤(53)에 의해 다시 감겨질 수 있는 것이다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 상단부 및 하단부가 개구된 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에 배치되고 상기 반응 챔버의 내부 공간을 높이방향으로 분할해 복수의 분할 챔버를 형성하는 적어도 하나의 내부 분할 격벽;
    상기 반응 챔버의 외측면에 배치된 가열장치;
    상기 반응 챔버의 상측에 배치된 복수의 상부 권취롤; 및
    상기 반응 챔버의 하측에 배치된 적어도 하나의 롤러를 포함하는
    화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분할 챔버 각각이 상기 복수의 상부 권취롤 각각과 대응되는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 반응 가스 공급관을 더 포함하고,
    상기 복수의 반응 가스 공급관은 상기 복수의 분할 챔버 각각에 연결되는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열장치는 상기 반응 챔버의 측면에 배치된 화학 기상 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 상부 권취롤 각각은 피증착체를 감거나 푸는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 롤러는 적어도 하나의 가이드 롤러를 포함하고, 상기 가이드 롤러는 풀려진 피증착체를 다른 권취롤이 감도록 가이드하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 상부 권취롤 중 제1의 상부 권취롤은 감겨진 피증착체를 풀고, 제2 상부 권취롤이 풀려진 피증착체를 감도록 상기 가이드 롤러가 상기 피증착체를 가이드하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가이드 롤러는 상기 분할 챔버 하측에서 각 분할 챔버 사이에 배치되는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 롤러는 복수의 하부 권취롤을 포함하고,
    상기 복수의 하부 권취롤 각각은 상기 복수의 상부 권취롤 각각에 대응되는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 권취롤이 피증착체를 풀고, 상기 하부 권취롤이 상기 피증착체를 감는 화학 기상 증착 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 개구된 상단부 및 하단부에 배치되어 상기 개구를 차폐하는 배플을 더 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배플은 그라파이트, 스테인리스스틸, 티타늄, 니켈, 인코넬 합금 및 쿼츠 중 적어도 하나를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 배플은 상기 반응 챔버의 상단부에 배치되는 상단 배플 및 상기 반응 챔버의 하단부에 배치되는 하단 배플을 포함하고,
    상기 상단 배플 및 하단 배플은 피증착층이 통과하는 복수의 슬롯을 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯 각각은 상기 복수의 분할 챔버 각각에 대응되는 화학 기상 증착 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 상단 배플은 반응 가스 공급관과 결합되는 결합부와 복수의 슬롯이 형성된 배플 플레이트 및 상기 배플 플레이트의 하측에 위치하고 복수의 관통홀과 복수의 슬롯이 형성된 하측 배플통을 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하측 배플통의 두께가 상기 배플 플레이트의 두께보다 두꺼운 화학 기상 증착 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 상단 배플은 반응 가스 공급관과 결합되는 결합부와 복수의 슬롯이 형성된 배플 플레이트를 포함하고 상기 배플 플레이트의 하측에서 상기 배플 플레이트와 이격된 복수의 확산 배플 플레이트를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 확산 배플 플레이트는 서로 이격되어 순차적으로 배치되고, 각 확산 배플 플레이트는 상기 복수의 슬롯 및 관통홀이 형성된 화학 기상 증착 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 확산 배플 플레이트는 하측으로 갈수록 관통홀의 수가 증가하는 화학 기상 증착 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 하단 배플은 복수의 슬롯을 포함하고 관통홀이 미형성된 화학 기상 증착 장치.
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