KR20240055515A - 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리 - Google Patents

플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리 Download PDF

Info

Publication number
KR20240055515A
KR20240055515A KR1020220135905A KR20220135905A KR20240055515A KR 20240055515 A KR20240055515 A KR 20240055515A KR 1020220135905 A KR1020220135905 A KR 1020220135905A KR 20220135905 A KR20220135905 A KR 20220135905A KR 20240055515 A KR20240055515 A KR 20240055515A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
disk
support
plasma
disk support
diamond
Prior art date
Application number
KR1020220135905A
Other languages
English (en)
Inventor
송오성
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020220135905A priority Critical patent/KR20240055515A/ko
Priority to PCT/KR2023/010048 priority patent/WO2024085357A1/ko
Publication of KR20240055515A publication Critical patent/KR20240055515A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/04—Diamond

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리에 관한 것이다. 상기 다이아몬드 제조 장치는, 플라즈마가 형성되는 플라즈마 영역을 포함하는 플라즈마 챔버, 하나 이상의 연결부를 포함하고, 상기 플라즈마 챔버의 내부 공간에 설치되고, 다이아몬드 씨드가 실장되는 디스크, 상기 디스크와 연결되고, 상기 연결부와 결합된 제1 수용부를 포함하는 제1 디스크 지지체, 상기 제1 디스크 지지체 상에, 상기 연결부와 결합 가능한 제2 수용부를 포함하는 제2 디스크 지지체, 상기 디스크의 하부에 위치하고, 마이크로파를 상기 플라즈마 챔버 내부로 방사하는 마이크로파 생성부 및 상기 디스크의 상부에 위치하고, 다이아몬드 제조 공정 가스를 상기 플라즈마 챔버에 제공하는 가스 주입부를 포함하고, 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나가 회전하여, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부가 정렬되는 경우, 상기 디스크는 상기 제1 디스크 지지체에서 상기 제2 디스크 지지체로 이동하고, 상기 연결부와 상기 제2 수용부가 결합되는 다이아몬드 제조 장치를 포함한다.

Description

플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리 {Device for Manufacturing Single Crystal Diamond Using Plasma and Disk Assembly used therefor}
본 발명은 다이아몬드 제조 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 회전이 가능한 디스크 지지체를 이용하여 디스크의 높이를 조절함으로써 디스크 상부에 접하게 위치한 다이아몬드 씨드가 플라즈마 영역을 벗어나지 않도록 하는 안테나형 MPCVD 다이아몬드 제조 장치에 관한 것이다.
대구경의 합성 다이아몬드를 제조하는 것은 오랫동안 연구 및 산업의 목표가 되어 왔다. 다이아몬드는 보석의 특성 외에 가장 단단한 물질로 알려져 있으며, 열전도도가 가장 높은 것으로 알려져 있어 능동 및 수동 소자로의 응용이 활발히 진행 중이다. 뿐만 아니라, 무색 다이아몬드는 외관이 화려해 장신구 등에 사용되고 있다. 최근 화학적 방법으로 다이아몬드를 제조하기 위해, MPCVD(Microwave Plasma CVD) 방법으로 다이아몬드 박막을 증착하여 산업 및 보석용 다이아몬드를 제조하는 장치가 이용되고 있다.
종래의 MPCVD 다이아몬드 제조 장치 중 안테나형 MPCVD 다이아몬드 제조 장치를 사용하여 단결정 다이아몬드 씨드를 성장시키는 데 있어서 크게 2가지 문제가 있다.
첫째, 고정된 플라즈마 위치에 의해 다이아몬드 성장 선단부가 플라즈마 고밀도 영역을 넘어 단결정 다이아몬드 씨드의 성장속도가 감소하는 문제가 있다.
둘째, 단결정 다이아몬드 성장부 측면에 다결정 다이아몬드가 성장하여 이를 제거하는데 추가로 많은 공정과 비용이 소모되는 문제가 있다.
등록특허공보 제10-0110809호
본 발명의 과제는, 회전이 가능한 디스크 지지체를 이용하여 디스크의 높이를 조절함으로써 디스크 상부에 접하게 위치한 다이아몬드 씨드가 플라즈마 영역을 벗어나지 않도록 하는 안테나형 MPCVD 다이아몬드 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 과제는, 내부에 홈이 형성된 디스크를 이용함으로써 상기 홈에 안착하여 위치한 다이아몬드 씨드의 성장부 측면에 다결정 다이아몬드가 성장하지 않도록 하는 안테나형 MPCVD 다이아몬드 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치는, 플라즈마가 형성되는 플라즈마 영역을 포함하는 플라즈마 챔버, 하나 이상의 연결부를 포함하고, 상기 플라즈마 챔버의 내부 공간에 설치되고, 다이아몬드 씨드가 실장되는 디스크, 상기 디스크와 연결되고, 상기 연결부와 결합된 제1 수용부를 포함하는 제1 디스크 지지체, 상기 제1 디스크 지지체 상에, 상기 연결부와 결합 가능한 제2 수용부를 포함하는 제2 디스크 지지체, 상기 디스크의 하부에 위치하고, 마이크로파를 상기 플라즈마 챔버 내부로 방사하는 마이크로파 생성부 및 상기 디스크의 상부에 위치하고, 다이아몬드 제조 공정 가스를 상기 플라즈마 챔버에 제공하는 가스 주입부를 포함하고, 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나가 회전하여, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부가 정렬되는 경우, 상기 디스크는 상기 제1 디스크 지지체에서 상기 제2 디스크 지지체로 이동하고, 상기 연결부와 상기 제2 수용부가 결합된다.
또한, 상기 디스크의 하부에 연결되고, 탄성부재로 이루어진 디스크 중심축을 더 포함할 수 있고, 상기 디스크 중심축은 상기 디스크가 상기 제1 디스크 지지체에서 상기 제2 디스크 지지체로 이동할 때, 상기 제1 디스크 지지체의 두께만큼 압축될 수 있다.
또한, 상기 디스크는, 다이아몬드 씨드가 실장되는 제1 부분 및 상기 제1 부분을 둘러싸는 제2 부분을 포함할 수 있고, 상기 제1 부분의 제1 두께는 상기 제2 부분의 제2 두께보다 작을 수 있다.
또한, 상기 디스크는, 상기 제2 부분을 둘러싸는 제3 부분을 더 포함할 수 있고, 상기 제3 부분의 제3 두께는 상기 제2 두께보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나와 연결될 수 있고, 상기 다이아몬드 씨드의 성장 높이에 따라, 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나를 회전하는 회전부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전부는 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나를, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부가 정렬되는 각도만큼 회전할 수 있다.
또한, 상기 제2 디스크 지지체 상에, 상기 연결부와 결합 가능한 제3 수용부를 포함하는 제3 디스크 지지체를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 디스크 지지체 및 상기 제3 디스크 지지체 중 적어도 하나가 회전하여, 상기 제2 수용부와 상기 제3 수용부가 정렬되는 경우, 상기 디스크는 상기 제2 디스크 지지체에서 상기 제3 디스크 지지체로 이동할 수 있고, 상기 연결부와 상기 제3 수용부가 결합될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 어셈블리는, 상면에 다이아몬드 씨드가 실장되고, 외주면의 일측에 형성되는 연결부를 포함하는 디스크 및 상기 디스크의 외주면과 대응되는 형태로 형성되며 상기 디스크와 결합되는 디스크 지지 모듈을 포함하되, 상기 디스크 지지 모듈은, 제1 디스크 지지체, 제2 디스크 지지체 및 제3 디스크 지지체를 포함하고, 내주면의 일측에 형성되는 상기 연결부와 결합 가능한 수용부를 포함하고, 상기 연결부와 상기 수용부가 끼움 결합하여 상기 디스크와 상기 디스크 지지 모듈이 일부 결합된다.
또한, 상기 연결부는, 상기 디스크의 외주면 일측에 제1 길이만큼 돌출되는 형태를 포함할 수 있고, 상기 수용부는, 상기 디스크 지지 모듈의 내주면 일측에 제2 길이만큼 만입되는 형태를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결부는, 상기 디스크의 외주면 일측에 제1 길이만큼 만입되는 형태를 포함할 수 있고, 상기 수용부는, 상기 디스크 지지 모듈의 내주면 일측에 제2 길이만큼 돌출되는 형태를 포함할 수 있다.
본 발명의 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치는, 회전이 가능한 디스크 지지체를 이용하여 디스크의 높이를 조절함으로써 고밀도 플라즈마와의 접촉 계면을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다이아몬드 씨드가 실장되는 홈이 형성된 디스크를 이용함으로써 상기 다이아몬드 씨드의 성장부 측면에 다결정 다이아몬드가 성장하는 것을 방지할 수 있다.
상술한 내용과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치의 구성 요소를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 디스크 어셈블리의 구성 사시도이다.
도 3은 도 2의 디스크 어셈블리의 단면도이다.
도 4는 도 1의 디스크 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 디스크 어셈블리의 연결부와 수용부의 형상이 바뀐 실시예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 회전부가 디스크 어셈블리를 동작시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디스크에 형성된 계단형 홈의 형상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 7의 계단형 홈에 실장된 다이아몬드 씨드가 성장하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치에 디스크를 지지하는 중심축이 추가된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 디스크 어셈블리와 중심축의 구성 사시도이다.
도 11은 도 10의 디스크 어셈블리와 중심축의 단면도이다.
도 12는 도 9의 디스크를 지지하는 중심축이 탄성 부재로 구성된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 9의 디스크 어셈블리와 중심축의 분해 사시도이다.
도 14는 도 9의 디스크 어셈블리의 연결부와 수용부의 형상이 바뀐 실시예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니된다. 발명자가 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상과 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명이 실현되는 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 및 응용 가능한 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
“a, b 및 c 중 적어도 하나”라는 부분이 포함된 문장의 의미는 그 부분이 a만을 포함하는 경우, b만을 포함하는 경우, c만을 포함하는 경우, a와 b를 포함하는 경우, a와 c를 포함하는 경우, b와 c를 포함하는 경우와, a, b 및 c를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하에서 설명하는 “수직” 방향은 Z 방향(Z)을 의미할 수 있고, “수평” 방향은 X 방향(X) 및 Y 방향(Y)으로 이루어진 XY평면 상의 임의의 한 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 수직면의 경우 Z 방향(Z)의 축과 평행하게 형성되는 면을 의미할 수 있고, 수평면의 경우 XY 평면과 평행하게 형성되는 면을 의미할 수 있다. 즉, X 방향(X)은 수평 방향일 수 있다. Y 방향(Y)은 X 방향(X)과 서로 수직한 방향일 수 있다. 이때, Y 방향(Y)도 X 방향(X)과 같이 수평 방향일 수 있다. Z 방향(Z)은 X 방향(X) 및 Y 방향(Y)과 서로 수직한 방향일 수 있다. Z 방향(Z)은 예를 들어, 수직 방향일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. X 방향(X), Y 방향(Y) 및 Z 방향(Z)은 서로 오쏘고날(Orthogonal)한 방향일 수 있다.
XY 평면은 X 방향(X)과 Y 방향(Y)이 포함되는 평면일 수 있다. YZ 평면은 Y 방향(Y)과 Z 방향(Z)이 포함되는 평면일 수 있다. XZ 평면은 X 방향(X)과 Z 방향(Z)이 포함되는 평면일 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치의 구성 요소 및 디스크 어셈블리의 작동 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치의 구성 요소를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 디스크 어셈블리의 구성 사시도이고, 도 3은 도 2의 디스크 어셈블리의 단면도이고, 도 4는 도 1의 디스크 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 디스크 어셈블리의 연결부와 수용부의 형상이 바뀐 실시예를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 회전부가 디스크 어셈블리를 동작시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 3의 <B1>은 도 2의 <A1>을 I-I'으로 자른 단면도이고, 도 3의 <B2>는 도 2의 <A2>를 Ⅱ-Ⅱ'으로 자른 단면도이고, 도 3의 <B3>은 도 2의 <A3>을 Ⅲ-Ⅲ'으로 자른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 다이아몬드 제조 장치(100)는 플라즈마 챔버(110), 가스 플레이트(120), 가스 주입부(130), 안테나(160), 냉각관(170), 디스크 어셈블리(DA) 및 회전부(190m)를 포함할 수 있다
다이아몬드 제조 장치(100)는 다이아몬드 합성을 위한 장치로서, 마이크로파 및 다이아몬드 제조 공정 가스를 이용해 플라즈마 챔버(110) 내에 플라즈마를 형성할 수 있다. 이때, 플라즈마가 형성되는 부분을 플라즈마 영역(PS)으로 정의한다. 플라즈마 영역(PS)은 마이크로파의 파워, 다이아몬드 제조 공정 가스의 종류 및 유량, 챔버 내부 온도 등에 따라 형성되는 위치 및 크기가 바뀔 수 있다.
플라즈마 챔버(110)는 내부에 다이아몬드 씨드(DS)가 실장될 디스크(150)가 놓일 수 있다. 플라즈마 챔버(110)는 내부에 마이크로파 및 다이아몬드 제조 공정 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시켜, 상기 디스크(150)상에 다이아몬드 씨드(DS)를 성장시키는 방식으로 동작할 수 있다.
플라즈마 챔버(110)는 내부에 캐비티를 포함한 통 형상으로 형성될 수 있다. 플라즈마 챔버(110) 내/외부에는 복수의 구성요소들이 설치될 수 있다. 플라즈마 챔버(110) 내/외부에 설치된 복수의 구성요소들과의 상호 작용을 통해, 플라즈마 챔버(100) 내부에서 다이아몬드 제조 공정이 수행될 수 있다. 다시 말해서, 플라즈마 챔버(110)는 다이아몬드 제조를 위한 공정이 수행되는 공간일 수 있으며, 이를 달리 리액터 또는 반응기로 표현할 수도 있다.
가스 플레이트(120)는 Z 방향(Z)으로 상하 운동(120d)이 가능하게 설치될 수 있다. 가스 플레이트(120)는 가스 주입부(130)의 Z 방향(Z) 높이를 조절하여 다이아몬드 제조 공정 가스에 의해 형성되는 플라즈마 영역(PS)의 위치 및 크기를 조절할 수 있다.
가스 플레이트(120)는 플라즈마 챔버(110)의 상부를 가로지르는 형태로 설치될 수 있다. 다시 말해서, 가스 플레이트(120)는 플라즈마 챔버(110)의 내부 공간의 상부를 정의할 수 있다. 가스 플레이트(120)는 가스 주입부(130)의 양단에 설치되어 플라즈마 챔버(110)와 가스 주입부(130)를 연결하는 형태로 형성될 수 있다. 가스 플레이트(120)는 도면에 도시되지 않은 전동 기구에 의해 Z 방향(Z)으로 상하 운동할 수 있다. 다만, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 가스 플레이트(120)는 전술한 형태와 다른 형태로 가스 주입부(130)와 연결될 수도 있을 것이다.
가스 주입부(130)는 내부에 가스 주입관(131)이 형성되어 플라즈마 챔버(110) 내에 다이아몬드 제조 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 주입부(130)는 내부에 가스 유량 조절기가 설치되어 다이아몬드 제조 공정 가스의 유량을 조절하여 플라즈마 챔버(110)의 내부에 다이아몬드 제조 공정 가스를 공급할 수 있다.
가스 주입부(130)는 내부에 가스 주입관(131)이 형성된 속이 빈 원통 형상을 가질 수 있다. 다만, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니고, 가스 주입관(131)은 가스 분사의 형태에 따라 경사진 면을 포함할 수도 있고, 다양한 오리피스의 주입관으로 형성될 수도 있을 것이다. 가스 주입부(130)는 내부에 형성된 가스 주입관(131)을 통해 플라즈마 챔버(110)의 내부에 다이아몬드 제조 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 주입부(130)의 내부에 형성된 가스 주입관(131)은 디스크(150)를 향하는 방향으로 형성되어 디스크(150)를 향하는 방향으로 다이아몬드 제조 공정 가스를 공급할 수 있다.
안테나(160)는 마이크로파 생성부(112)에서 생성된 마이크로파를 플라즈마 챔버(110) 내부로 제공할 수 있다. 안테나(160)의 내부에는 냉각수가 흐르는 캐비티가 형성될 수 있다. 캐비티 내부에는 냉각관(170)이 형성될 수 있다. 냉각관(170)은 외부에서 유입된 냉각수를 냉각수 유입부(171)를 따라 상부로 이동시켜, 안테나(160)의 상부 온도를 하강시키는 역할을 수행할 수 있다.
냉각수 유입부(171)를 따라 안테나(160)의 상부 온도를 하강시킨 냉각수는, 냉각수 배출부(161)를 따라 외부로 배출될 수 있다. 외부로 배출된 냉각수는 열 교환기(heat exchanger) 등의 수단을 통해 냉각되어, 냉각수 유입부(171)로 다시 제공될 수 있다.
디스크 어셈블리(DA)는 적어도 2개 이상의 디스크 지지체(191, 192, 193)와, 하나의 디스크(150)를 포함할 수 있다. 디스크 어셈블리(DA)는 다이아몬드 씨드가 성장하는 동안, 다이아몬드의 성장 크기에 따라 디스크(150)를 하부로 이동시킴으로써, 다이아몬드의 성장면과 플라즈마 영역(PS)을 최대한 균일하게 접촉시킬 수 있다.
디스크 어셈블리(DA)는 최소 2개 이상의 디스크 지지체가 서로 오버랩 되는 형태로 적층 되어 형성된 디스크 지지 모듈(190)과 디스크(150)가 결합되어 형성될 수 있다. 즉, 디스크 어셈블리(DA)는 디스크 지지 모듈(190) 및 디스크(150)를 포함할 수 있다.
회전부(190m)는 제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193)중 적어도 하나에 맞물려 있는 회전판(190m3)을 회전시킬 수 있다. 회전부(190m)는 회전판(190m3)을 회전함으로써 최소 2개 이상의 디스크 지지체가 서로 Z 방향(Z)으로 정렬되어 디스크(150)를 하부로 이동시킬 수 있다.
회전부(190m)는 회전 모터(190m1), 회전축(190m2) 및 회전판(190m3)을 포함할 수 있다. 회전부(190m)는 하부에 회전 모터(190m1)가 위치하고, 상부에 회전판(190m3)이 위치할 수 있다. 회전부(190m)는 회전 모터(190m1)와 회전판(190m3) 사이에 회전축(190m2)이 위치하여 회전 모터(190m1)의 회전력을 회전판(190m3)에 전달할 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 회전부(190m)가 회전 모터(190m1), 회전축(190m2) 및 회전판(190m3)을 포함하는 것으로 설명하였으나 실시예들이 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 설계 변경을 통해, 디스크 어셈블리(DA)를 회전시킬 수 있는 회전부(190m)를 구성할 수 있을 것이다.
플라즈마 챔버(110)는 플라즈마 챔버(110)의 외부에서 플라즈마 챔버(110)의 내부로 다이아몬드 제조 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입부(130)가 구비될 수 있다. 플라즈마 챔버(110)는 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부(112)가 구비될 수 있다. 또한, 플라즈마 챔버(110)는 마이크로파 생성부(112)에서 생성된 마이크로파를 플라즈마 챔버(110) 내부에 제공하기 위한 안테나(160)를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버(110)는 가스 주입부(130)를 통해 공급된 다이아몬드 제조 공정 가스와 마이크로파 생성부(112)를 통해 공급된 마이크로파가 반응하여 후술할 디스크(150)의 상단에 플라즈마 영역(PS)을 형성하여, 디스크(150) 상에 다이아몬드 씨드(DS)를 성장시키는 방식으로 동작할 수 있다. 이때, 상기 다이아몬드 제조 공정 가스의 성분에는 다이아몬드 합성을 위해 탄화 수소와 수소가 포함될 수 있다. 플라즈마 챔버(110)는 반응이 완료된 다이아몬드 제조 공정 가스를 플라즈마 챔버(110)의 외부로 배기하기 위한 가스 배기부(111)가 구비될 수 있다.
플라즈마 챔버(110) 내부에는 다양한 구성요소가 설치될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(110) 내부에는 가스 플레이트(120), 가스 주입부(130), 디스크 어셈블리(DA), 안테나(160) 및 회전부(190m)가 설치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 플라즈마 챔버(110) 내부에 설치되는 디스크 어셈블리(DA)를 기준으로 설명한다.
가스 플레이트(120) 및 가스 주입부(130)는 디스크 어셈블리(DA) 상에 위치할 수 있다. 즉, 가스 주입부(130)는 다이아몬드 제조 공정 가스를 디스크 어셈블리(DA)의 상면에 분사할 수 있다. 안테나(160)는 디스크 어셈블리(DA) 아래에 위치할 수 있다. 즉, 안테나(160)는 디스크 어셈블리(DA)의 하부에서 디스크 어셈블리(DA)의 상부 방향으로 마이크로파를 제공할 수 있다. 회전부(190m)는 디스크 어셈블리(DA)의 일측면에 위치할 수 있다. 다만, 이러한 구성요소들의 위치 관계는 단지 일 실시예에 불과하며, 실시예들이 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 필요에 따라 다양한 위치에 각 구성요소들을 배치할 수 있을 것이다.
몇몇 실시예에서, 안테나(160)와 플라즈마 챔버(110)의 하부 바닥면 사이에는 윈도우(180)가 설치될 수 있다. 윈도우(180)는 다이아몬드 제조 공정 가스가 안테나(160) 하부로 유입되는 것을 방지하여, 안테나(160) 하부 영역에서 플라즈마가 형성되는 것을 막을 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 플라즈마 챔버(110) 내에는 다이아몬드 씨드(DS)가 실장된 디스크(150)를 다이아몬드 씨드(DS)의 성장 높이에 따라 하향 이동하기 위한 디스크 지지 모듈(190)이 구비될 수 있다. 디스크(150)는 플라즈마 챔버(110)의 내부 공간에 설치되고, 상면에 다이아몬드 씨드(DS)가 실장될 수 있다. 디스크(150)는 디스크 지지 모듈(190)의 내측에 연결될 수 있다. 다시 말해서, 디스크 지지 모듈(190)은 디스크(150)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
디스크(150)는 외주면의 일측에 하나 이상의 제1 연결부(150a) 또는 제2 연결부(150b)를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 연결부(150a)는 디스크(150)의 외주면 일측에 제1 길이(Lth1)만큼 돌출되는 형태를 포함할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에 따른 제2 연결부(150b)는 디스크(150)의 외주면 일측에 제1 길이(Lth1)만큼 만입되는 형태를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 제1 길이(Lth1)는 디스크(150)의 외주면 일측으로부터 돌출되어 형성되는 제1 연결부(150a) 또는 만입되어 형성되는 제2 연결부(150b)의 X 방향(X) 길이를 의미할 수 있다. 제1 길이(Lth1)는 디스크 지지 모듈(190)의 X 방향(X) 외경과 디스크 지지 모듈(190)의 X 방향(X) 내경의 차이보다 작을 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 디스크(150)의 형태는 원형의 디스크 플레이트에 제1 연결부(150a) 또는 제2 연결부(150b)가 형성되는 형태로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크(150)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크(150)의 형태는 원형, 타원형 및 볼록 다각형 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 디스크(150)의 형태가 타원형 및 볼록 다각형 중 어느 하나일 경우, 디스크(150)는 제1 연결부(150a) 또는 제2 연결부(150b)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 하나의 디스크(150)에 형성되는 제1 연결부(150a) 또는 제2 연결부(150b)의 개수가 2개로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들이 이러한 개수에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 디스크 지지 모듈(190)은 안테나(160)의 상단에 위치할 수 있고, 내부에 디스크(150)와 결합할 수 있는 캐비티를 포함할 수 있다. 상기 캐비티는 디스크(150)와 결합 가능하게 형성될 수 있다. 즉, 디스크 지지 모듈(190)의 내주면은 디스크(150)의 외주면과 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 디스크 지지 모듈(190)의 수평 단면의 넓이가 안테나(160) 상단의 수평 단면의 넓이와 동일한 것처럼 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스크 지지 모듈(190)의 수평 단면의 넓이는 안테나(160) 상단의 수평 단면의 넓이보다 작을 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디스크 지지 모듈(190)은 내주면의 일측에 제1 연결부(150a)와 결합 가능한 제1 수용부(191a), 제2 수용부(192a) 및 제3 수용부(193a)를 포함할 수 있다. 디스크(150)의 제1 연결부(150a)와 디스크 지지 모듈(190)의 제1 수용부(191a) 내지 제3 수용부(193a)는 서로 끼움 결합될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 제1 연결부(150a)가 제1 길이(Lth1)만큼 돌출되는 형태를 가질 때, 제1 수용부(191a) 내지 제3 수용부(193a)는 디스크 지지 모듈(190)의 내주면 일측에 제2 길이(Lth2)만큼 만입되는 형태를 포함할 수 있다. 이때, 제1 길이(Lth1)는 제1 길이(Lth1)보다 길거나 같을 수 있다.
디스크 지지 모듈(190)의 형태는 원기둥과 원기둥을 관통하는 캐비티 내에 제1 수용부(191a) 내지 제3 수용부(193a)가 형성되는 형태로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)을 XY 평면으로 자른 단면의 형태는 중심부가 빈 원형, 타원형 및 볼록 다각형 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 디스크 지지 모듈(190)을 XY 평면으로 자른 단면의 형태가 타원형 및 볼록 다각형 중 어느 하나일 경우, 디스크 지지 모듈(190)은 제1 수용부(191a) 내지 제3 수용부(193a)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 디스크 지지 모듈(190)에 형성되는 제1 수용부(191a) 내지 제3 수용부(193a)의 개수가 6개로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)에 형성되는 제1 수용부(191a) 내지 제3 수용부(193a)의 개수가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디스크 지지 모듈(190)은 내주면의 일측에 제2 연결부(150b)와 결합 가능한 제4 수용부(191b), 제5 수용부(192b) 및 제6 수용부(193b)를 포함할 수 있다. 제2 연결부(150b)가 제1 길이(Lth1)만큼 만입되는 형태를 가질 때, 제4 수용부(191b) 내지 제6 수용부(193b)는 디스크 지지 모듈(190)의 내주면 일측에 제2 길이(Lth2)만큼 돌출되는 형태를 포함할 수 있다. 디스크 지지 모듈(190)의 형태는 원기둥과 원기둥을 관통하는 캐비티 내에 제4 수용부(191b) 내지 제6 수용부(193b)가 형성되는 형태로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)을 XY 평면으로 자른 단면의 형태는 중심부가 빈 원형, 타원형 및 볼록 다각형 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 디스크 지지 모듈(190)을 XY 평면으로 자른 단면의 형태가 타원형 및 볼록 다각형 중 어느 하나일 경우, 디스크 지지 모듈(190)은 제4 수용부(191b) 내지 제6 수용부(193b)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 디스크 지지 모듈(190)에 형성되는 제4 수용부(191b) 내지 제6 수용부(193b)의 개수가 6개로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)에 형성되는 제4 수용부(191b) 내지 제6 수용부(193b)의 개수가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 디스크 지지 모듈(190)은 제1 디스크 지지체(191), 제2 디스크 지지체(192) 및 제3 디스크 지지체(193)를 포함할 수 있다. 디스크 지지 모듈(190)을 이루는 디스크 지지체의 개수가 3개로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크 지지 모듈(190)을 이루는 디스크 지지체의 개수가 이에 제한되는 것은 아니며, 디스크 지지 모듈(190)은 필요에 따라 2개 이상의 임의의 개수의 디스크 지지체를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 디스크 지지체(191)는 디스크(150)와 연결될 수 있다. 제1 디스크 지지체(191)는 디스크(150)의 제1 연결부(150a)와 결합 가능한 제1 수용부(191a) 또는 제2 연결부(150b)와 결합 가능한 제4 수용부(191b)를 포함할 수 있다. 제2 디스크 지지체(192)는 제1 디스크 지지체(191) 하부에 위치할 수 있다. 제2 디스크 지지체(192)는 디스크(150)의 제1 연결부(150a)와 결합 가능한 제2 수용부(192a) 또는 제2 연결부(150b)와 결합 가능한 제5 수용부(192b)를 포함할 수 있다. 제3 디스크 지지체(193)는 제2 디스크 지지체(192) 하부에 위치할 수 있다. 제3 디스크 지지체(193)는 디스크(150)의 제1 연결부(150a)와 결합 가능한 제3 수용부(193a) 또는 제2 연결부(150b)와 결합 가능한 제6 수용부(193b)를 포함할 수 있다. 제3 디스크 지지체(193)가 안테나(160)의 상단에 위치하고, 제2 디스크 지지체(192)가 제3 디스크 지지체(193)의 상단에 위치하고, 제1 디스크 지지체(191)가 제2 디스크 지지체(192)의 상단에 위치하는 것으로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193)의 위치 관계가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, 다이아몬드 씨드(DS)의 성장 높이에 따라 다이아몬드 씨드(DS)가 실장된 디스크(150)를 제1 디스크 지지체(191)에서 제2 디스크 지지체(192)로 하향 이동해야 할 때, 제1 디스크 지지체(191) 및 제2 디스크 지지체(192) 중 적어도 하나가 회전하여, 제1 디스크 지지체(191)의 제1 수용부(191a, 191b)와 제2 디스크 지지체(192)의 제2 수용부(192a, 192b)가 Z 방향으로 정렬될 수 있다. 제1 수용부(191a)와 제2 수용부(192a)가 Z 방향으로 정렬된다는 것은 제1 디스크 지지체의 형상과 제2 디스크 지지체의 형상이 Z 방향(Z)에서 오버랩 되는 것을 의미할 수 있다. 다시 말해서, Z 방향(Z)으로 정렬된 제1 수용부(191a)와 제2 수용부(192a)는 Z 방향(Z)에서 바라봤을 때, 제1 수용부(191a)의 위치와 형상은 제2 수용부(192a)와 일치할 수 있다. 이때, 제1 디스크 지지체(191)와 연결된 디스크(150)는 제1 디스크 지지체(191)에서 제2 디스크 지지체(192)로 이동할 수 있고, 디스크(150)의 제1 연결부(150a)와 제2 디스크 지지체(192)의 제2 수용부(192a)가 결합될 수 있다.
다이아몬드 씨드(DS)의 성장 높이에 따라 다이아몬드 씨드(DS)가 실장된 디스크(150)를 제2 디스크 지지체(192)에서 제3 디스크 지지체(193)로 하향 이동해야 할 때, 제2 디스크 지지체(192) 및 제3 디스크 지지체(193) 중 적어도 하나가 회전하여, 제2 디스크 지지체(192)의 제2 수용부(192a)와 제3 디스크 지지체(193)의 제3 수용부(193a)가 Z 방향(Z)으로 정렬될 수 있다. 이때, 제2 디스크 지지체(192)와 연결된 디스크(150)는 제2 디스크 지지체(192)에서 제3 디스크 지지체(193)로 이동할 수 있고, 디스크(150)의 제1 연결부(150a)와 제3 디스크 지지체(193)의 제3 수용부(193a)가 결합될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193)의 회전은 회전 모터(190m1), 회전축(190m2) 및 회전판(190m3)을 포함한 회전부(190m)에 의해 수행될 수 있다. 회전 모터(190m1)는 플라즈마 챔버(110) 내에 디스크 지지 모듈(190) 하단에 위치할 수 있다. 회전 모터(190m1)는 회전축(190m2)의 회전 각도 및 회전 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 회전 모터(190m1)는 회전축(190m2)을 시계 반대 방향(CCW) 및 시계 방향(CW) 중 적어도 한 방향으로 일정 각도 회전시킬 수 있다. 회전축(190m2)은 회전 모터(190m1)의 일측에 결합하여 위치할 수 있다. 회전축(190m2)은 회전 모터(190m1)로부터 받은 회전력을 회전판(190m3)에 전달할 수 있다. 회전판(190m3)는 회전축(190m2)의 상단에 위치할 수 있다. 회전판(190m3)는 제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 회전판(190m3)는 다이아몬드 씨드(DS)의 성장 높이에 따라, 제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193) 중 적어도 하나를 회전할 수 있다. 구체적으로, 회전판(190m3)는 외주면에 톱니가 형성되어, 회전판(190m3)의 톱니에 대응되는 톱니가 형성된 제1 디스크 지지체(191) 및 제2 디스크 지지체(192) 중 적어도 하나를, 제1 디스크 지지체(191)의 제1 수용부(191a)와 제2 디스크 지지체(192)의 제2 수용부(192a)가 Z 방향(Z)으로 정렬되는 각도만큼 회전할 수 있다. 또한, 회전판(190m3)는 회전판(190m3)의 톱니에 대응되는 톱니가 형성된 제2 디스크 지지체(192) 및 제3 디스크 지지체(193) 중 적어도 하나를, 제2 디스크 지지체(192)의 제2 수용부(192a)와 제3 디스크 지지체(193)의 제3 수용부(193a)가 Z 방향(Z)으로 정렬되는 각도만큼 회전할 수 있다. 회전 모터(190m1)에 사용되는 모터의 종류는 일반적으로 스텝 모터이나, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193)의 회전 구동 방식이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 제1, 제2 및 제3 디스크 지지체(191, 192, 193)의 회전은 도면에 도시되지 않은 외부 전동기구에 의해 수행될 수 있다. 상기 외부 전동기구는 압전 소자 액츄에이터 및 리니어 액츄에이터를 포함할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스크에 형성된 계단형 홈의 형상 및 상기 계단형 홈이 다이아몬드 씨드의 성장에 미치는 영향을 설명한다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디스크에 형성된 계단형 홈의 형상을 설명하기 위한 단면도이고, 도 8은 도 7의 계단형 홈에 실장된 다이아몬드 씨드가 성장하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 4 및 도 7을 참조하면, 디스크(150)는 상면의 일측에 다이아몬드 씨드(DS)가 실장되는 제1 부분(151), 제1 부분(151)을 둘러싸는 제2 부분(152) 및 제2 부분(152)을 둘러싸는 제3 부분(153)이 형성될 수 있다. 제1 부분(151)은 XY 평면과 평행한 제1 면을 포함할 수 있다. 제2 부분(152)은 Z 방향(Z)으로 형성된 제2 면 및 XY 평면과 평행한 제3 면을 포함할 수 있다. 제3 부분(153)은 Z 방향(Z)으로 형성된 제4 면 및 XY 평면과 평행한 제5 면을 포함할 수 있다. 제1 면과 제2 면이 직각으로 만날 수 있고, 제2 면과 제3 면이 직각으로 만날 수 있고, 제3 면과 제4 면이 직각으로 만날 수 있고, 제4 면과 제5 면이 직각으로 만날 수 있다. 디스크(150)에 제1, 제2 및 제3 부분(151, 152, 153)이 형성됨에 따라, 디스크(150)는 계단 형상의 홈을 형성할 수 있다.
제1 부분(151)은 디스크(150)의 하면으로부터 이격되어 제1 두께(t1)를 가질 수 있다. 제2 부분(152)은 디스크(150)의 하면으로부터 이격되어 제2 두께(t2)를 가질 수 있다. 제3 부분(153)은 디스크(150)의 하면으로부터 이격되어 제3 두께(t3)를 가질 수 있다. 제1 부분(151)의 제1 두께(t1)는 제2 부분(152)의 제2 두께(t2)보다 작을 수 있다. 제3 부분(153)의 제3 두께(t3)는 제2 부분(152)의 제2 두께(t2)보다 클 수 있다.
도 1, 도 4, 도 7 및 도 8의 <C1>을 참조하면, 디스크(150)의 제1 부분(151)은 제2 부분(152)에 둘러싸이고, 제2 부분(152)은 제3 부분(153)에 둘러싸이며, 제1 부분(151)을 향해 하향 경사진 홈이 형성될 수 있다. 다이아몬드 씨드(DS)는 디스크(150)의 상면에 실장될 수 있다. 구체적으로, 다이아몬드 씨드(DS)는 제1 부분(151)의 일면에 실장될 수 있다.
도 8의 <C1> 및 <C2>를 참조하면, 다이아몬드 씨드(DS)는 플라즈마 영역(PS)과 접촉하며 다이아몬드 씨드(DS)의 구경을 키울 수 있다. 이때, 다이아몬드 씨드(DS)는 상기 하향 경사진 홈의 기울기(153d)를 따라 다이아몬드 씨드(DS)의 구경을 키울 수 있다. 제1, 제2 및 제3 부분(151, 152, 153)은 다이아몬드 씨드(DS)의 성장 가이드 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 제1, 제2 및 제3 부분(151, 152, 153)은 다이아몬드 씨드(DS)가 성장할 때, 제1, 제2 및 제3 부분(151, 152, 153)에 의해 형성된 상기 하향 경사진 홈의 기울기(153d)를 따라 성장하도록 가이드 함으로써, 다이아몬드 씨드(DS)의 측면에 다결정 다이아몬드가 성장하는 것을 억제할 수 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치에 디스크를 지지하는 중심축이 추가된 모습을 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치에 디스크를 지지하는 중심축이 추가된 모습을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9의 디스크 어셈블리와 중심축의 구성 사시도이고, 도 11은 도 10의 디스크 어셈블리와 중심축의 단면도이고, 도 12는 도 9의 디스크를 지지하는 중심축이 탄성 부재로 구성된 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 도 9의 디스크 어셈블리와 중심축의 분해 사시도이고, 도 14는 도 9의 디스크 어셈블리의 연결부와 수용부의 형상이 바뀐 실시예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
구체적으로, 도 11의 <E1>은 도 10의 <D1>을 i-i'으로 자른 단면도이고, 도 11의 <E2>는 도 10의 <D2>를 ii-ii'으로 자른 단면도이고, 도 11의 <E3>은 도 10의 <D3>을 iii-iii'으로 자른 단면도이다.
도 9를 참조하면, 다이아몬드 제조 장치(100)는 플라즈마 챔버(110), 가스 플레이트(120), 가스 주입부(130), 안테나(160), 냉각관(170), 디스크 어셈블리(DA), 회전부(190m) 및 디스크 중심축(154)으로 구성될 수 있다.
도 9 내지 도 14를 참조하면, 디스크 중심축(154)은 디스크(150)의 하부에 연결되어 위치할 수 있다. 디스크 중심축(154)은 탄성 변형이 용이한 탄성 재질로 형성되는 탄성부재로 이루어질 수 있다. 디스크 중심축(154)은 디스크(150)에 충격 또는 진동이 가해지는 경우, 상기 탄성부재에 의해 디스크(150)의 하단부가 디스크 중심축(154)이 위치한 상기 하단부의 중앙 측에서 탄성 지지될 수 있다.
도 11의 <E1>과 <E2> 및 도 12의 <F1>과 <F2>를 참조하면, 디스크 중심축(154)은 디스크(150)가 제1 디스크 지지체(191)에서 제2 디스크 지지체(192)로 이동할 때, 제1 디스크 지지체(191)의 두께만큼 압축될 수 있다. 구체적으로, 디스크 중심축(154)은 디스크(150)가 제1 디스크 지지체(191)에 연결되어 있을 때, Z 방향(Z)으로 제1 세로 길이(d1)를 가질 수 있다. 디스크 중심축(154)은 디스크(150)가 제1 디스크 지지체(191)에서 제2 디스크 지지체(192)로 이동할 때, Z 방향(Z)으로 제2 세로 길이(d2)를 가질 수 있고, 제2 세로 길이(d2)는 제1 세로 길이(d1)보다 짧을 수 있다. 제1 세로 길이(d1)와 제2 세로 길이(d2)의 차이는 제1 디스크 지지체(191)의 두께와 같을 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 11의 <E2>와 <E3> 및 도 12의 <F2>와 <F3>을 참조하면, 디스크 중심축(154)은 디스크 중심축(154)은 디스크(150)가 제2 디스크 지지체(192)에서 제3 디스크 지지체(193)로 이동할 때, 제2 디스크 지지체(192)의 두께만큼 압축될 수 있다. 구체적으로, 디스크 중심축(154)은 디스크(150)가 제2 디스크 지지체(192)에 연결되어 있을 때, Z 방향(Z)으로 제2 세로 길이(d2)를 가질 수 있다. 디스크 중심축(154)은 디스크(150)가 제2 디스크 지지체(192)에서 제3 디스크 지지체(193)로 이동할 때, Z 방향(Z)으로 제3 세로 길이(d3)를 가질 수 있고, 제3 세로 길이(d3)는 제2 세로 길이(d2)보다 짧을 수 있다. 제2 세로 길이(d2)와 제3 세로 길이(d3)의 차이는 제2 디스크 지지체(192)의 두께와 같을 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 플라즈마가 형성되는 플라즈마 영역을 포함하는 플라즈마 챔버;
    하나 이상의 연결부를 포함하고, 상기 플라즈마 챔버의 내부 공간에 설치되고, 다이아몬드 씨드가 실장되는 디스크;
    상기 디스크와 연결되고, 상기 연결부와 결합된 제1 수용부를 포함하는 제1 디스크 지지체;
    상기 제1 디스크 지지체 상에, 상기 연결부와 결합 가능한 제2 수용부를 포함하는 제2 디스크 지지체;
    상기 디스크의 하부에 위치하고, 마이크로파를 상기 플라즈마 챔버 내부로 방사하는 마이크로파 생성부; 및
    상기 디스크의 상부에 위치하고, 다이아몬드 제조 공정 가스를 상기 플라즈마 챔버에 제공하는 가수 주입부를 포함하고,
    상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나가 회전하여, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부가 정렬되는 경우, 상기 디스크는 상기 제1 디스크 지지체에서 상기 제2 디스크 지지체로 이동하고, 상기 연결부와 상기 제2 수용부가 결합되는,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 디스크의 하부에 연결되고, 탄성부재로 이루어진 디스크 중심축을 더 포함하고,
    상기 디스크 중심축은 상기 디스크가 상기 제1 디스크 지지체에서 상기 제2 디스크 지지체로 이동할 때, 상기 제1 디스크 지지체의 두께만큼 압축되는,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 디스크는,
    다이아몬드 씨드가 실장되는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분을 둘러싸는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분의 제1 두께는 상기 제2 부분의 제2 두께보다 작은,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 디스크는,
    상기 제2 부분을 둘러싸는 제3 부분을 더 포함하고,
    상기 제3 부분의 제3 두께는 상기 제2 두께보다 큰,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나와 연결되고, 상기 다이아몬드 씨드의 성장 높이에 따라, 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나를 회전하는 회전부를 더 포함하는,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 회전부는 상기 제1 디스크 지지체 및 상기 제2 디스크 지지체 중 적어도 하나를, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부가 정렬되는 각도만큼 회전하는,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 디스크 지지체 상에, 상기 연결부와 결합 가능한 제3 수용부를 포함하는 제3 디스크 지지체를 더 포함하고,
    상기 제2 디스크 지지체 및 상기 제3 디스크 지지체 중 적어도 하나가 회전하여, 상기 제2 수용부와 상기 제3 수용부가 정렬되는 경우, 상기 디스크는 상기 제2 디스크 지지체에서 상기 제3 디스크 지지체로 이동하고, 상기 연결부와 상기 제3 수용부가 결합되는,
    플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치.
  8. 상면에 다이아몬드 씨드가 실장되고, 외주면의 일측에 형성되는 연결부를 포함하는 디스크; 및
    상기 디스크의 외주면과 대응되는 형태로 형성되며 상기 디스크와 결합되는 디스크 지지 모듈을 포함하되,
    상기 디스크 지지 모듈은,
    제1 디스크 지지체, 제2 디스크 지지체 및 제3 디스크 지지체를 포함하고,
    내주면의 일측에 형성되는 상기 연결부와 결합 가능한 수용부를 포함하고,
    상기 연결부와 상기 수용부가 끼움 결합하여 상기 디스크와 상기 디스크 지지 모듈이 일부 결합되는,
    디스크 어셈블리.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 디스크의 외주면 일측에 제1 길이만큼 돌출되는 형태를 포함하고,
    상기 수용부는,
    상기 디스크 지지 모듈의 내주면 일측에 제2 길이만큼 만입되는 형태를 포함하는,
    디스크 어셈블리.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 디스크의 외주면 일측에 제1 길이만큼 만입되는 형태를 포함하고,
    상기 수용부는,
    상기 디스크 지지 모듈의 내주면 일측에 제2 길이만큼 돌출되는 형태를 포함하는,
    디스크 어셈블리.
KR1020220135905A 2022-10-20 2022-10-20 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리 KR20240055515A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220135905A KR20240055515A (ko) 2022-10-20 2022-10-20 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리
PCT/KR2023/010048 WO2024085357A1 (ko) 2022-10-20 2023-07-13 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220135905A KR20240055515A (ko) 2022-10-20 2022-10-20 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240055515A true KR20240055515A (ko) 2024-04-29

Family

ID=90738033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220135905A KR20240055515A (ko) 2022-10-20 2022-10-20 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240055515A (ko)
WO (1) WO2024085357A1 (ko)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5204145A (en) * 1991-03-04 1993-04-20 General Electric Company Apparatus for producing diamonds by chemical vapor deposition and articles produced therefrom
CN101410549A (zh) * 2007-01-29 2009-04-15 住友电气工业株式会社 微波等离子体cvd系统
US9487858B2 (en) * 2008-03-13 2016-11-08 Board Of Trustees Of Michigan State University Process and apparatus for diamond synthesis
JP5914041B2 (ja) * 2012-02-28 2016-05-11 株式会社栗田製作所 単結晶ダイヤモンド製造方法及び単結晶ダイヤモンド製造装置
CN215856452U (zh) * 2021-06-23 2022-02-18 秦皇岛本征晶体科技有限公司 一种基于微波等离子体化学气相沉积的单晶金刚石基片台
CN114438473A (zh) * 2021-12-27 2022-05-06 杭州电子科技大学 一种高功率微波等离子体金刚石膜沉积装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024085357A1 (ko) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6797069B2 (en) Gas driven planetary rotation apparatus and methods for forming silicon carbide layers
CN105164308B (zh) 化学气相沉积装置
US10923386B2 (en) Processing chamber
JP5587205B2 (ja) エピタキシャル成長基板に前駆体ガスを送出するための装置
EP0283007B1 (en) Chemical vapour deposition apparatus having a perforated head
CN105143507B (zh) 化学气相沉积装置
US20070218664A1 (en) Vapor-phase epitaxial growth method and vapor-phase epitaxy apparatus
KR20080039911A (ko) 실리콘 분출 유동 베드
JP7045090B2 (ja) マイクロ波プラズマ支援堆積のためのモジュール式反応器
TW201441418A (zh) 在化學氣相沉積系統內具有供改善加熱一致性之設計的晶圓舟盒
US10844489B2 (en) Film forming apparatus and shower head
US20160194784A1 (en) Epitaxial reactor
KR20240055515A (ko) 플라즈마를 이용한 다이아몬드 제조 장치 및 이에 이용되는 디스크 어셈블리
JP6118467B2 (ja) エピタキシャル反応器
CN106104750A (zh) 改良的热处理腔室
US20190267215A1 (en) Method for manufacturing an annular thin film of synthetic material and device for carrying out said method
JP2024503166A (ja) 半導体成長装置及びその動作方法
JP2016094642A (ja) 基板処理装置
KR20110117417A (ko) 화학기상증착장치용 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치
JP2012028732A (ja) 気相成長装置
EP2239227A1 (en) Carbon nanotube synthesizer
CN102939405A (zh) 流化床热解碳涂覆
KR102522687B1 (ko) 박막 제조 장치
CN104981428A (zh) 多晶硅沉积的方法
US20210087065A1 (en) System and method for chemical vapor deposition of synthetic diamond

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal