WO2016085004A1 - 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치 - Google Patents

나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치 Download PDF

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WO2016085004A1
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황진하
박대범
추용조
김현숙
박다희
고명희
권경우
황희수
최정안
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홍익대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a multilayer ceramic chip component having a nano thin film layer, a method of manufacturing the same, and an atomic layer deposition apparatus for the same.
  • the multilayer ceramic chip component is a chip component in which a plurality of ceramic layers are stacked and electrodes are arranged therein, such as a multilayer ceramic capacitor, a multilayer chip inductor and a multilayer power inductor, or a multilayer chip bead.
  • the multilayer ceramic capacitor is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape and includes an element portion and an electrode portion formed on both sides of the element portion with respect to the width direction.
  • the device portion When viewed from the top of the multilayer ceramic capacitor, the device portion is positioned at the center portion in the width direction, and the electrode portions are positioned at both sides of the device portion.
  • the device portion is formed of a ceramic material on the surface thereof, and the electrode portion is formed of a metal material such as tin (Sn).
  • the multilayer ceramic capacitor is adsorbed by a mounting nozzle of a chip mounter and mounted on a circuit board. More specifically, the mounting nozzle adsorbs the multilayer ceramic capacitor while contacting a portion of the upper portion of the multilayer ceramic capacitor and an electrode portion by a vacuum pressure formed therein. At this time, the electrode portion of the multilayer ceramic capacitor is adsorbed while being pressed by the mounting nozzle due to the vacuum pressure during the adsorption. Therefore, even if the vacuum nozzle is removed for mounting on the circuit board after the mounting nozzle transfers the multilayer ceramic capacitor to the circuit board, the multilayer ceramic capacitor is not easily separated from the mounting nozzle. This is because the electrode part is formed of a relatively ductile metal, and thus is deformed in the process of being adsorbed by the mounting nozzle, thereby creating a bonding force with the mounting nozzle.
  • the relative area of the electrode portion in contact with the mounting nozzle increases. Further, as the size of the multilayer ceramic capacitor becomes smaller, the contact area with the mounting nozzle becomes smaller, so that the force for the mounting nozzle to press the multilayer ceramic capacitor tends to increase. Therefore, the case where the multilayer ceramic capacitor is not separated from the mounting nozzle in the mounting process is further increased.
  • a deposition apparatus for forming a nano thin film layer on a surface of a device such as a semiconductor substrate includes an apparatus such as an atomic layer deposition apparatus, a chemical vapor deposition apparatus, and a physical vapor deposition apparatus.
  • the deposition apparatuses are all capable of fixing and forming a nano thin film layer on the surface of the semiconductor substrate having a certain size.
  • the conventional atomic layer deposition apparatus fixes a semiconductor substrate and supplies a source gas to the surface of the semiconductor substrate to form a nano thin film layer. Therefore, the conventional atomic layer deposition apparatus is not suitable for forming a nano thin film layer on the surface of a component, such as a multilayer ceramic chip component that is difficult to fix because of its small size.
  • the present invention provides a multilayer ceramic chip component having a nano thin film layer which can be easily separated from the mounting nozzle when the vacuum pressure is removed after the small size of the multilayer ceramic chip component such as the multilayer ceramic capacitor is adsorbed to the mounting nozzle and its manufacture A method and an atomic layer deposition apparatus therefor are provided.
  • the multilayer ceramic chip component including the nano thin film layer of the present invention includes a device unit including a ceramic body and internal electrodes positioned inside the ceramic body, side electrodes covering both sides of the ceramic body, and portions of both sides of the upper surface, respectively.
  • An external electrode part including a first upper electrode and a second external electrode covering the upper electrode and a lower electrode covering a portion of both sides of the lower surface, and an electrically insulating material, and are coated and formed on an area including the upper electrode. It characterized in that it comprises a nano thin film layer.
  • the nano thin film layer may be formed on the outer surface of the external electrode portion or the outer surface of the ceramic body exposed between the first external electrode and the second external electrode.
  • the nano thin film layer is formed to a thickness of 0.5 ⁇ 400nm, preferably may be formed of a thickness of 1 ⁇ 100nm.
  • the nano thin film layer is selected from the group consisting of Al 2 O 3, HfO 2 , ZrO 2, La 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Y 2 O 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 It can be formed including any one or a compound thereof.
  • the nano thin film layer may be formed including any one or a compound thereof selected from the group consisting of AlN and SiN x .
  • the multilayer ceramic chip component may include a multi-layer ceramic capacitor, a multi-layer chip inductor, a multi-layer power inductor, or a multi-layer chip bead. Bead).
  • the method of manufacturing a multilayer ceramic chip component having the nano thin film layer of the present invention includes a device unit including a ceramic body and internal electrodes positioned inside the ceramic body, side electrodes covering both sides of the ceramic body, and both sides of the top surface, respectively.
  • the atomic layer deposition process may be the deposition temperature is 80 ⁇ 350 °C.
  • the nano thin film layer is formed of an Al 2 O 3 film
  • the atomic layer deposition process is a deposition temperature of 80 ⁇ 200 °C
  • the aluminum source is TMA (Trimethyl Aluminum: Al (CH 3 ) 3 ) and the oxygen source is It is water vapor
  • the aluminum source is supplied for 0.1 to 1.5 seconds and purged by supplying an inert gas for 30 to 100 seconds
  • the oxygen source is supplied for 0.1 to 1.5 seconds and purged by supplying an inert gas for 30 to 100 seconds. It may be made to repeat the process cycle.
  • the atomic layer deposition apparatus of the present invention can be rotated about a central axis in a horizontal direction in the chamber portion having a chamber housing to which the process gas flows and a heating means for heating the interior of the chamber housing; And a rotary part including a rotary housing for rotating the rotary housing and a rotary housing in which the process gas is introduced from one side and discharged to the other side, and connects the gas supply source storing the process gas, the gas supply source and the chamber housing. And a gas supply part provided on a gas supply line and a control valve installed on the gas supply line to control the flow of the process gas, and an exhaust part connected to the other side of the chamber housing to discharge the process gas. do.
  • the rotary housing may be filled with a multilayer ceramic chip component therein.
  • the chamber housing is formed in a cylindrical shape having a hollow inside and one side and the other side is open, the cylindrical tube having a gas discharge hole formed on the other side, and shields one end of the cylindrical tube, from one side to the other side
  • One side wall having a gas supply hole therethrough and the other side wall to shield the other end of the cylindrical tube may be provided.
  • the rotary housing has a rotary cylinder tube having a hollow inside and formed in an open shape at one side and the other side, and one side through hole through which the process gas is introduced, and one side rotating wall shielding one end of the rotary cylinder tube.
  • the other side rotating wall having the other side through hole through which the process gas is discharged and shielding the other end portion of the rotating cylindrical tube, wherein the entire area of the one side through hole may be larger than the total area of the other side through hole.
  • the rotary housing is formed of a rotating cylindrical tube formed in a hollow shape of the inside and one side and the other side, the mesh network and one side of the rotating wall and the mesh network coupled to one end of the rotating cylindrical tube and And a second rotating wall coupled to the other end of the rotating cylindrical tube, wherein an entire area of one side through hole formed in the mesh network of the one side rotating wall is larger than an entire area of the other through hole formed in the mesh network of the other side through hole.
  • the rotating unit may further include a rotating shaft penetrating and coupled from one side of the rotating housing to the other side such that a central axis thereof coincides with the central axis of the rotating housing, wherein the rotating shaft may be formed to rotate by the rotating means. have.
  • the gas supply source is a first source gas source for supplying a first source gas that is a source of a metal element, a second source gas source for supplying a second source gas that is a source of oxygen or nitrogen, and a purging gas for supplying a purge gas.
  • a gas source wherein the gas supply line includes a first source line connected with the first source gas source, a second source line connected with the second source gas source, and a purging line connected with the purging gas source
  • the control valve may include a first control valve in a first source line, a second control valve connected to the second source line, and a purging valve connected to the purging line, wherein the second source gas May be water vapor, oxygen (O 2), ozone or an oxygen plasma.
  • the chamber part may further include a gas supply pipe connecting the gas supply hole and the gas supply part, and a gas discharge pipe connecting the gas discharge hole and the exhaust part, and the exhaust part may include a vacuum pump connected to the gas discharge pipe.
  • a gas supply pipe connecting the gas supply hole and the gas supply part
  • a gas discharge pipe connecting the gas discharge hole and the exhaust part
  • the exhaust part may include a vacuum pump connected to the gas discharge pipe.
  • the nano thin film layer is formed in a region including a region of the external electrode portion in contact with the mounting nozzle, so that the external electrode portion is easily separated from the mounting nozzle.
  • the nano thin film layer is formed to a thickness of nanometer so that the nano thin film layer coated on the outer electrode portion of the lower surface is easily removed in the process of mounting the circuit board. It works.
  • the atomic layer deposition apparatus of the present invention has the effect of forming a nano thin film layer on the surface of a multilayer ceramic chip component of a small size, such as a multilayer ceramic capacitor.
  • the atomic layer deposition apparatus of the present invention has the effect of forming a nano thin film layer on the surface of a multilayer ceramic chip component in large quantities.
  • FIG. 1 is a plan view of a multilayer ceramic capacitor having a nano thin film layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A of FIG.
  • 3 and 4 are graphs showing a change in deposition rate of an Al 2 O 3 film with a supply time of an oxygen source and an aluminum source.
  • FIG. 5 is a graph showing a change in deposition rate of an Al 2 O 3 film according to deposition temperature in an atomic layer deposition process.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in deposition thickness of an Al 2 O 3 film according to the number of process cycles in an atomic layer deposition process.
  • FIG. 7 is an optical photograph of an upper surface of a multilayer ceramic capacitor in which a nano thin film layer is formed by an atomic layer deposition process.
  • 11, 12, and 13 are graphs showing the XPS analysis results for region II in FIG. 7.
  • FIG. 17 is a plan view photograph of a multilayer ceramic capacitor having a nano thin film layer according to an embodiment of the present invention separated after being adsorbed by a mounting nozzle.
  • FIG. 18 is a plan view photograph of a multilayer ceramic capacitor having no nano thin film layer separated after being adsorbed by a mounting nozzle.
  • 19 is a scanning electron micrograph of an Al 2 O 3 film coated by an atomic layer deposition process.
  • FIG. 20 is a vertical cross-sectional view of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 20.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 20.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 20.
  • 1 is a plan view of a multilayer ceramic capacitor having a nano thin film layer according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A of FIG.
  • the multilayer ceramic chip component 100 is formed to include an element unit 110, an external electrode unit 120, and a nano thin film layer 130.
  • the multilayer ceramic chip component 100 is formed to have a substantially rectangular parallelepiped shape, and is absorbed by a mounting nozzle on an upper surface and transferred to a circuit board, and a lower surface is mounted on an electrode pad of the circuit board and mounted by soldering.
  • the multilayer ceramic chip component is formed such that the external electrode, the device unit 110, and the external electrode unit 120 are sequentially positioned on the upper surface of the multilayer ceramic chip component based on the width direction (the horizontal direction in FIG. 1).
  • the multilayer ceramic chip component 100 may include a multi-layer ceramic capacitor, a multi-layer chip inductor, a multi-layer power inductor, or a multilayer chip bead. Chip Bead 100.
  • the multilayer ceramic chip component 100 has a specific configuration of the device unit 110 according to the type of the chip component, and the external electrode unit 120 and the thin film coating layer 130 are the same or similar. Is formed.
  • the multilayer ceramic chip component 100 is a multilayer ceramic capacitor
  • the device unit 110 and the external electrode unit 120 are formed in a general configuration, and the nano thin film layer 130 is further formed.
  • the device unit 110 and the external electrode 120 may have a general configuration. Therefore, a detailed description of the case where the multilayer ceramic chip component is formed of the multilayer chip inductor, the multilayer power inductor or the multilayer chip bead is omitted.
  • the device unit 110 is formed to include a ceramic body 111 and an internal electrode 112.
  • the device unit 110 is formed to be the same as or similar to that of a general multilayer ceramic capacitor.
  • the ceramic body 111 is formed by firing a plurality of dielectric layers after they are stacked.
  • the ceramic body 111 forms a shape of a multilayer ceramic capacitor, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the ceramic body 111 is a portion that contributes to the capacitance formation of the multilayer ceramic capacitor.
  • the dielectric layer is formed to a predetermined thickness according to the required capacity, and the number of stacked layers is determined.
  • the internal electrode 112 is formed to include a first internal electrode 112a and a second internal electrode 112b.
  • the first internal electrode 112a and the second internal electrode 112b have different polarities, and are alternately positioned while being spaced apart from the inside of the ceramic body 111.
  • the first internal electrode 112a and the second internal electrode 112b are formed to expose end portions on one side and the other side of the ceramic body 111, respectively.
  • the first internal electrode 112a and the second internal electrode 112b are electrically insulated by a dielectric layer of the ceramic body 111 interposed therebetween.
  • the first internal electrode 112a and the second internal electrode 112b are exposed through both side surfaces of the ceramic body 111 to be electrically connected to the external electrode unit 120, respectively.
  • a plurality of internal electrodes 112 may be formed in a dielectric layer in the dielectric layer of the ceramic body 111 (not shown).
  • the interlayer may be connected to each other to form a coil pattern.
  • the external electrode part 120 is formed to include the first external electrode 121 and the second external electrode 122.
  • the external electrode unit 120 is formed to surround both side surfaces of the device unit 110 and a part of the upper and lower parts. More specifically, the first external electrode 121 and the second external electrode 122 respectively include side electrodes 121a and 122a covering both side surfaces of the ceramic body 111 and an upper electrode 121b respectively covering both portions of both sides of the upper surface. , 122b) and lower electrodes 121c and 122c covering portions of both sides of the lower surface, respectively.
  • the first external electrode 121 and the second external electrode 122 may further include front and rear electrodes 121d and 122d respectively covering front and rear surfaces corresponding to upper and lower surfaces.
  • the side electrodes 121a and 122a, the upper electrodes 121b and 122b, the lower electrodes 121c and 122c, and the front and rear electrodes 121d and 122d may be a first external electrode 121 and a second external electrode 122. Use the same for.
  • the upper electrodes 121b and 122b, the lower electrodes 121c and 122c, and the front and rear electrodes 121d and 122d are formed to have predetermined widths, respectively.
  • the first external electrode 121 and the second external electrode 122 are formed to be spaced apart from each other on the top, bottom and front and rear surfaces of the ceramic body.
  • the side electrodes 121a and 122a, the upper electrodes 121b and 122b, the lower electrodes 121c and 122c, and the front and rear electrodes 121d and 122d may be integrally formed.
  • the first external electrode 121 and the second external electrode 122 are electrically connected to the first internal electrode 112a and the second internal electrode 112b on both sides of the ceramic body 111, respectively, and supply electricity. do.
  • the external electrode unit 120 may be formed of a metal such as silver (Ag), tin (Sn), or nickel.
  • the nano thin film layer 130 is formed in a region including an outer surface of the external electrode 120 disposed on the upper surface of the ceramic body 111. That is, the nano thin film layer 130 is preferably formed in a region including outer surfaces of the upper electrodes 121b and 122b of the external electrode unit 120. In addition, the nano thin film layer 130 may be entirely formed on the outer surface of the external electrode unit 120. That is, the nano thin film layer 130 may also be formed on the outer surfaces of the side electrodes 121a and 122a, the upper electrodes 121b and 122b, the lower electrodes 121c and 122c and the front and rear electrodes 121d and 122d of the external electrode unit 120. Can be formed.
  • the nano thin film layer 130 may be formed on the outer surface of the ceramic body 111 exposed between the external electrode portion 120. That is, the nano thin film layer 130 may be formed on the outer surface of the ceramic body 111 exposed between the first external electrode 121 and the second external electrode 122.
  • the nano thin film layer 130 is in direct contact with the mounting nozzle of the ceramic material, and prevents the external electrode 120 formed of the metal material from being in direct contact with the mounting nozzle. That is, the nano thin film layer 130 blocks the metal-ceramic contact and makes the ceramic-ceramic contact. Since the external electrode part 120 is formed of a metal material and is adsorbed with the mounting nozzle by the vacuum pressure, the external electrode part 120 is temporarily deformed while being deformed by the mounting nozzle and removed from the mounting nozzle even when the vacuum pressure is removed. The phenomenon of not separating occurs. However, since the nano thin film layer 130 is formed of a ceramic material, the nano thin film layer 130 is easily separated when the vacuum pressure is removed even though the nano thin film layer 130 is adsorbed with the mounting nozzle. Thus, the nano thin film layer 130 allows the multilayer ceramic capacitor to be easily separated from the mounting nozzle during mounting.
  • the nano thin film layer 130 is formed of a thin film of nano-thickness, is formed to a thickness of 0.5 ⁇ 400nm, preferably is formed of a thickness of 1 ⁇ 100nm. If the nano thin film layer 130 is too thin, the nano thin film layer 130 may not sufficiently block the physical contact between the mounting nozzle and the external electrode. In addition, the nano thin film layer 130 is too thick unnecessarily increases the process cost. In addition, if the nano thin film layer 130 is too thick, when the nano thin film layer 130 is formed on the surface of the lower electrode may not be removed when the multilayer ceramic chip component is soldered to the electrode pad of the circuit board. When the nano thin film layer 130 coated on the lower electrode is not removed, electrical contact between the lower electrode and the electrode pad of the circuit board may not be sufficient.
  • the nano thin film layer 130 may be formed by a method such as atomic layer deposition (ALD), physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, or chemical vapor deposition (CVD). Can be formed.
  • the nano thin film layer 130 may be preferably formed by an atomic layer deposition method for easily controlling the thickness of the thin film.
  • the surface hardness may be lowered, thereby reducing the pressing phenomenon more efficiently.
  • the nano thin film layer 130 may be formed of an electrically insulating oxide, nitride, or a compound thereof.
  • the oxide is any one selected from the group consisting of Al 2 O 3, HfO 2 , ZrO 2 La 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Y 2 O 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 or It may be a compound thereof.
  • the nitride may be formed of any one or a compound thereof selected from the group consisting of AlN and SiNx.
  • the multilayer ceramic chip component 100 includes the device unit 110, the external electrode unit 120, and the nano thin film layer 130, and the device unit 110.
  • the external electrode unit 120 has the same or similar structure as that of the general chip component, and the manufacturing process is also the same or similar, and thus detailed description of the manufacturing process will be omitted.
  • the nano thin film layer 130 may be formed of an insulating oxide, a nitride, or a compound thereof, and may be formed by an atomic layer deposition process.
  • the deposition temperature is maintained at 80 to 350 ° C., the metal ion source of the oxide or nitride and the oxygen source or the nitrogen source are alternately supplied, and the inert gas is purged in the middle.
  • the oxygen source may be water vapor, oxygen, ozone, or an oxygen plasma.
  • the deposition temperature may be a temperature inside a vacuum chamber in which an atomic layer deposition process is performed. The deposition temperature is appropriately set in the above range according to the type of metal ion source of the oxide or nitride used, and in particular, the deposition temperature is set in a range in which the deposition rate of the thin film is not affected.
  • the deposition rate is reduced by incomplete reaction of the metal ion source with the oxygen source or nitrogen source.
  • the precursor may not be completely decomposed due to incomplete reaction of the precursor, and condensation may increase the deposition rate in a poor film quality.
  • the deposition temperature is too high, the deposition rate is reduced by reevaporation.
  • the deposition temperature is too high, there may be difficulty in controlling the thickness of the nano thin film layer as the deposition rate is increased by performing a chemical vapor deposition process along with the atomic layer deposition process.
  • nano thin film layer 130 is formed of an Al 2 O 3 film.
  • Trimethyl Aluminum (Al (CH 3 ) 3 ) may be used as an aluminum source for forming the Al 2 O 3 film, and water vapor (H 2 O) may be used as an oxygen source.
  • the atomic layer deposition process while purging by supplying an aluminum source for 0.1 to 1.5 seconds and an inert gas for 30 to 100 seconds while maintaining the deposition temperature at 80 ⁇ 200 °C, 0.3 to 1.5 seconds 10 to several hundred process cycles are repeated with one process cycle of supplying and purging by supplying an inert gas for 30 to 100 seconds.
  • the oxygen source has a constant deposition rate when the supply time is 0.3 to 0.5 seconds
  • the aluminum source has a constant deposition rate when the supply time is 0.1 to 0.5 seconds.
  • the deposition temperature is preferably maintained in the 80 ⁇ 200 °C temperature range, the temperature does not affect the deposition rate in this temperature range.
  • the deposition rate is constant in the temperature range of the vacuum chamber 80 ⁇ 200 °C.
  • the pipe for supplying the aluminum source and the oxygen source is preferably maintained at about 80 ° C. According to the experimental results, referring to FIG. 6, when the 50, 100, 150, and 200 cycles were performed, the nano thin film layer 130 was formed to a thickness of 60 to 220 ⁇ s and formed to a thickness of about 0.1 nm per cycle. there was.
  • the temperature of the vacuum chamber was 80 °C
  • the process cycle of supplying the aluminum source for 0.3 seconds, purging the argon gas for 30 seconds, then supplying the oxygen source for 0.3 seconds and purging the argon gas for 30 seconds was repeated.
  • the cycle number of the atomic layer deposition process may be appropriately controlled according to the thickness of the nano thin film layer.
  • an Al 2 O 3 film was formed as a nano thin film layer 130 by an atomic layer deposition process.
  • the atomic layer deposition process was carried out by injecting TMA, which is an aluminum source, and H 2 O, which is an oxygen source, each for 1 second, purging for 90 seconds, and 100 cycles at 150 ° C.
  • TMA which is an aluminum source
  • H 2 O which is an oxygen source
  • the nano thin film layer was formed on the entire region including the upper surface of the multilayer ceramic capacitor.
  • the upper surface of the multilayer ceramic capacitor was set to three sections, and the presence or absence of an Al 2 O 3 film was analyzed for each section.
  • the upper portion of the external electrode portion was set to the I region and the III region, respectively, and the upper portion of the element portion, which is an intermediate region located between them, was set to the region II.
  • the analysis was carried out through XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) for three sections on the top surface of the multilayer ceramic capacitor.
  • region I the Al 2p peak is located at 73.08 eV with reference to FIG. 8, and the O 1s peak is located at 530.08 eV with reference to FIG. 9, and with reference to FIG. 10, the Sn 3d component of the external electrode portion.
  • the peak was found.
  • region II referring to FIG.
  • the Al 2p peak is located at 73.28 eV, and referring to FIG. 12, the O 1s peak is located at 530.28 eV.
  • the Sn 3d peak is hardly found, and thus it may be different from the I region.
  • the Al 2p peak is located at 73.18 eV, and referring to FIG. 15, the O 1s peak is located at 529.98 eV.
  • Sn 3d is a constituent component of the external electrode portion. The peak of was found. Therefore, it can be seen that the Al 2 O 3 thin film is uniformly deposited on the upper surface of the external electrode portion and the upper surface of the device portion.
  • the multilayer ceramic capacitor having the nano thin film layer formed thereon was moved by a mounting nozzle and separated from the mounting nozzle, the multilayer ceramic capacitor was easily separated from the mounting nozzle.
  • no marks due to the mounting nozzles were observed on the upper surface of the multilayer ceramic capacitor.
  • the groove shape formed in the horizontal direction on the upper side of the electrode is formed when the pincer is moved by being picked up after the evaluation is completed.
  • the same evaluation was performed with respect to the multilayer ceramic capacitor in which the nano thin film layer was not formed.
  • the electrode was deformed after being adsorbed by the mounting nozzle and thus was not easily separated from the mounting nozzle.
  • the upper surface of the multilayer ceramic capacitor in contact with the mounting nozzle can be seen that the deformation caused in the electrode portion due to the strong mechanical pressing by the mounting nozzle.
  • Al (CH 3 ) 3 was used as an aluminum source in the atomic layer deposition process, and water vapor (H 2 O) was used as an oxygen source.
  • H 2 O water vapor
  • an aluminum source is supplied for 0.3 seconds
  • an argon gas is purged for 30 seconds
  • an oxygen source is supplied for 0.3 seconds
  • an argon gas is purged for 30 seconds as one process cycle. Proceeded respectively.
  • the process chamber was maintained at 80 °C
  • the line for supplying the aluminum source and the oxygen source was also maintained at 80 °C.
  • the oxide nano coating layer had a total thickness of 63.5 mm 3 and a uniformity of 3.8% when the 50 process cycles were performed. In the case where the atomic layer deposition process was performed in a 160 process cycle, referring to FIG. 19, the thickness of the oxide nano coating layer was measured to be 17.9 nm.
  • FIG. 20 is a vertical cross-sectional view of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 20.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 20.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 20.
  • 24 is a plan view of the mesh network.
  • an atomic layer deposition apparatus includes a chamber part 200, a rotating part 300, a gas supply part 400, and an exhaust part 500. .
  • the atomic layer deposition apparatus is a device for forming a nano thin film layer formed of an oxide or nitride on the surface of the chip component having a size of several mm or less, such as the multilayer ceramic chip component 100 through an atomic layer deposition process.
  • the nano thin film layer may be formed of an electrically insulating oxide, nitride or a compound thereof.
  • the oxide is any one selected from the group consisting of Al 2 O 3, HfO 2 , ZrO 2, La 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Y 2 O 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 Or compounds thereof.
  • the nitride may be formed of any one or a compound thereof selected from the group consisting of AlN or SiNx.
  • the nano thin film layer is formed of a thin film of nano-thickness, is formed to a thickness of 0.5 ⁇ 400nm, preferably may be formed of a thickness of 1 ⁇ 100nm.
  • the atomic layer deposition apparatus includes a process gas including a source gas for supplying a metal element and a source gas for supplying an oxygen or nitrogen element according to a component of the nano thin film layer to be formed, and a purging gas that is an inert gas such as a source gas and an argon gas. Supply into the chamber 200.
  • the second source gas may be water vapor, oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), or oxygen plasma.
  • the atomic layer deposition apparatus forms a nano thin film layer on the surface by contacting the process gas supplied to the surface of the multilayer ceramic chip component 100 is filled in the rotating unit 300.
  • the atomic layer deposition apparatus rotates the multilayer ceramic chip component 100 in the up and down direction in the rotating part 300 such that the multilayer ceramic chip component 100 is more uniformly contacted with the process gas to form a uniform nano thin film layer on the surface. do.
  • the multilayer ceramic chip component 100 may include a multi-layer ceramic capacitor, a multi-layer chip inductor, a multi-layer power inductor, or a multilayer chip bead. Layer Chip Beads).
  • the chamber part 200 is formed to include a chamber housing 210, a gas supply pipe 220, a gas discharge pipe 230, and a heating means 240.
  • the chamber part 200 accommodates the rotating part 300 in the chamber housing 210 and heats the inside of the chamber housing 210 by the heating means 240.
  • the chamber 200 receives a process gas into the chamber housing 210 through the gas supply pipe 220, and the process gas used in the deposition process is transferred to the chamber housing 210 through the gas discharge pipe 230. To be discharged to the outside.
  • the chamber housing 210 may include a cylindrical tube 211, one side wall 213, and the other side wall 215. A process gas for forming a nano thin film layer is introduced into the chamber housing 210.
  • the chamber housing 210 is formed in a substantially cylindrical shape having a predetermined housing diameter and a housing length, and is formed such that a central axis thereof is disposed in a horizontal direction.
  • the chamber housing 210 is formed of a metal material such as stainless steel or titanium having corrosion resistance.
  • the cylindrical tube 211 is formed to include a gas discharge hole (211a).
  • the cylindrical tube 211 has a hollow inside and is formed in a cylindrical shape in which one side and the other side are open. Therefore, the cylindrical tube 211 is formed so that the vertical cross-sectional shape has a circular shape.
  • the cylindrical tube 211 may be formed in a polygonal shape such that a vertical cross section is a square shape or a hexagonal shape.
  • the gas discharge hole 211a is formed at the other side of the cylindrical tube 211.
  • the gas discharge hole 211a provides a path for discharging the process gas used in the atomic layer deposition process to the outside of the chamber housing 210.
  • the one side wall 213 is formed to include a gas supply hole 213a.
  • the one side wall 213 may be formed further including one side shaft hole 213b.
  • the one shaft hole 213b may be omitted depending on the structure of the rotating part 300.
  • the one shaft hole 213b may be omitted when one side of the rotating shaft 320 of the rotating unit 300 to be described below is supported in the chamber housing 210.
  • the one side wall 213 is plate-shaped, it may be formed in a shape corresponding to one end of the cylindrical tube 211. For example, when one end of the cylindrical tube 211 is formed in a circular shape, one side wall 213 is also formed in a circular shape. The one side wall 213 is coupled to one end of the cylindrical tube 211 to shield one end of the cylindrical tube 211.
  • the gas supply hole 213a is formed to penetrate from one surface of the one side wall 213 to the other surface.
  • the gas supply hole 213a is formed to have a circular, square or polygonal shape.
  • the gas supply hole 213a is preferably formed above the horizontal line perpendicular to the central axis of the chamber housing 210.
  • the gas supply hole 213a provides a path through which the supply gas is supplied into the chamber housing 210.
  • the one shaft hole 213b is formed to penetrate from one surface of the one side wall 213 to the other surface.
  • the one shaft hole 213b is formed such that the center thereof is positioned at the same position as the central axis of the chamber housing 210.
  • the one shaft hole 213b provides a path to which the rotating shaft 320 of the rotating part 300 is coupled.
  • the other side wall 215 may further include the other shaft hole 215a.
  • the other shaft hole 215a may be omitted depending on the structure of the rotating part 300.
  • the other shaft hole 215a may be omitted when the other side of the rotating shaft 320 of the rotating part 300 is supported inside the chamber housing 210.
  • the other side wall 215 may have a plate shape and may be formed in a shape corresponding to the other end of the cylindrical tube 211. For example, when the other end of the cylindrical tube 211 is formed in a circular shape, the other side wall 215 is also formed in a circular shape. The other side wall 215 is coupled to the other end of the cylindrical tube 211 and shields the other end of the cylindrical tube 211.
  • the other shaft hole 215a is formed to penetrate from one surface of the other side wall 215 to the other surface.
  • the other shaft hole 215a is formed such that the center thereof is positioned at the same position as the central axis of the chamber housing 210.
  • the other shaft hole 215a provides a path through which the rotating shaft 320 of the rotating part 300 is coupled.
  • the gas supply pipe 220 is formed as a pipe and is coupled to the gas supply hole 213a formed in one side wall 213 of the chamber housing 210.
  • the gas supply pipe 220 is connected to the gas supply unit 400 and provides a path through which the gas supplied from the gas supply unit 400 is supplied into the chamber housing 210.
  • the gas discharge pipe 230 is formed in a pipe shape and is coupled to the gas discharge hole 211 a formed at the other side of the cylindrical tube 211 of the chamber housing 210.
  • the gas discharge pipe 230 is connected to the exhaust part 500 and provides a path for discharging the process gas used in the atomic layer deposition process to the outside of the chamber housing 210.
  • the heating means 240 is located outside or inside the chamber housing 210 and heats the inside of the chamber housing 210.
  • the heating means 240 may be formed in a cylindrical shape or an arc shape corresponding to the external shape of the chamber housing 210 to surround the outside of the chamber housing 210 as a whole.
  • the heating means 240 may be formed in a rod shape so as to be disposed at predetermined intervals along the circumferential direction from the outside of the chamber housing 210.
  • the rotating part 300 is formed to include a rotating housing 310, a rotating shaft 320 and the rotating means 330.
  • the rotating part 300 accommodates the multilayer ceramic chip component 100 in which the nano thin film layer is formed, inside the rotating housing 310.
  • the rotating part 300 allows the multilayer ceramic chip component 100 to be exposed to the supply gas when the rotating housing 310 is rotated by the rotating means 330 together with the rotating shaft 320.
  • the rotary housing 310 may be formed to include a rotating cylindrical tube 311 and one rotating wall 313 and the other rotating wall 315.
  • the rotary housing 310 is formed in a substantially cylindrical shape having a predetermined rotation diameter and rotation length, and is formed such that the central axis is disposed in the horizontal direction.
  • the rotary housing 310 is coupled to rotate about a central axis in a horizontal direction inside the chamber housing 210.
  • the rotary housing 310 may be formed such that one side rotating wall 313 or the other side rotating wall 315 is separated from the rotating cylindrical tube 311. Accordingly, the rotary housing 310 allows the multilayer ceramic chip component 100 to be accommodated therein after the one side rotating wall 313 or the other side rotating wall 315 is separated from the rotating cylindrical tube 311.
  • the rotary housing 310 is coupled to the interior of the chamber housing 210 such that the central axis preferably coincides with the central axis of the chamber housing 210.
  • the rotary housing 310 is formed of a metal material such as stainless steel having corrosion resistance.
  • the rotary housing 310 has an outer circumferential surface of the rotating cylindrical tube 311 facing the inner circumferential surface of the cylindrical tube 211 of the chamber housing 210, and the outer circumferential surface of the rotating cylindrical tube 311 and the cylindrical tube 211.
  • a separate shielding material is placed between the inner circumferences to block outflow of the process gas.
  • the rotating cylindrical tube 311 since the rotating cylindrical tube 311 is rotated, it is formed so as not to be directly coupled to the inner peripheral surface of the cylindrical tube 211.
  • the rotating cylindrical tube 311 is formed in a hollow shape inside and one side and the other side is open.
  • the one side rotating wall 313 is formed including one side through hole 313a.
  • the one side rotating wall 313 is coupled to one side end of the rotating cylindrical tube 311 and shields one end of the rotating cylindrical tube 311. Accordingly, the one side rotating wall 313 may be formed in a circular shape having a diameter corresponding to the diameter of the rotating cylindrical tube 311.
  • the one side rotating wall 313 may be formed of a general mesh network shown in FIG.
  • the mesh network is formed to have a structure in which wires are joined while crossing each other so as to cross at right angles to form one through hole 313a. Since the mesh network has one side through hole 313a densely formed in a square shape, the process gas flows more smoothly.
  • the one through hole 313a is formed to penetrate from one surface of the rotating one side wall 213 to the other surface.
  • the one side through hole 313a is formed to have a predetermined diameter or area, and the diameter of one side thereof has a diameter or area smaller than that of the multilayer ceramic chip component 100 accommodated inside the rotary housing 310. It is formed to. Therefore, the one side through hole 313a prevents the multilayer ceramic chip component 100 accommodated therein from coming out of the rotary housing 310 during the rotation of the rotary housing 310.
  • the one side through hole 313a is formed to be generally distributed in one side rotation wall 313.
  • the one side through hole 313a allows the process gas supplied through the gas supply hole 213a to flow into the rotary housing 310.
  • the other rotating wall 315 is formed including the other through hole 315a.
  • the other side rotating wall 315 is coupled to the other end of the rotating cylindrical tube 311 to shield the other end of the rotating cylindrical tube (311). Accordingly, the other side rotating wall 315 may be formed in a circular shape having a diameter corresponding to the diameter of the rotating cylindrical tube 311. Meanwhile, the other rotating wall 315 may be formed of a general mesh network.
  • the mesh network is formed to have a structure in which wires cross and cross each other to be orthogonal to each other to form the other through hole 315a. Since the mesh network has one side through hole 315a densely formed in a square shape, the flow of the process gas is more smoothly.
  • the other through hole 315a is formed to pass from one surface of the other rotating wall 315 to the other surface.
  • the other through hole 315a is formed to have a predetermined diameter or area, and the other side diameter is formed to have a diameter smaller than the size of the multilayer ceramic chip component 100 accommodated inside the rotary housing 310. do. Therefore, the other through hole 315a prevents the multilayer ceramic chip component 100 accommodated therein from coming out of the rotary housing 310 during the rotation of the rotary housing 310.
  • the other through hole 315a is formed to be generally distributed on the other rotating wall 315.
  • the other through hole 315a provides a path through which the process gas of the rotary housing 310 is discharged to the outside of the rotary housing 310.
  • the other through hole 315a is formed such that the entire area has an area smaller than the total area of the one through hole 313a.
  • the other diameter of the other through hole 315a is formed to have a diameter smaller than the diameter of one side of the one through hole 313a.
  • the rotary shaft 320 is formed in a pillar or bar shape, and is coupled through the one side of the rotary housing 310 to the other side so that the central axis coincides with the central axis of the rotary housing 310.
  • the rotary shaft 320 may be formed such that the rotary housing 310 is coupled to the outer surface of one side rotation wall 313 or the other side rotation wall 315. In this case, the rotating shaft 320 is not penetrated into the rotating cylindrical tube 311.
  • the rotating shaft 320 may be coupled to pass through one side wall 213 and the other side wall 215 of the chamber housing 210 to be exposed to the outside of the chamber housing 210.
  • the rotation shaft 320 is coupled to one side through hole 313a of one side wall 213 and the other side through hole 315a of the other side wall 215.
  • the rotary shaft 320 may be formed such that only one of the one side and the other side is exposed to the outside of the chamber housing 210.
  • the rotation shaft may be rotatably supported by a separate support bar (not shown) located inside the chamber housing 210, the side of which is not exposed to the outside of the chamber housing 210.
  • the rotating means 330 is formed by means such as a motor, and is coupled to one side or the other side of the rotary shaft 320 to rotate the rotary housing 310 coupled to the rotary shaft 320 and the rotary shaft 320. .
  • the rotating means 330 is connected to interlock with the rotating shaft 320 through a separate belt or gear.
  • the gas supply unit 400 includes a gas supply source 410, a gas supply line 420, and a control valve 430.
  • the gas supply unit 400 supplies a process gas including a source gas and a purging gas necessary for an atomic layer deposition process to the inside of the rotary housing 310.
  • the gas source 410 may be formed in plural numbers depending on the source gas and the purging gas required for the atomic layer deposition process.
  • the atomic layer deposition process requires a purge gas, which is a first source gas for supplying a metal element and an inert gas such as argon gas and a second source gas for supplying an oxygen or nitrogen element.
  • a purge gas which is a first source gas for supplying a metal element and an inert gas such as argon gas and a second source gas for supplying an oxygen or nitrogen element.
  • the gas supply source 410 may include a first source gas source 411, a second source gas source 413, and a purging gas source 415.
  • the first source gas source 411 is supplied by supplying a source gas, which is an aluminum supply source
  • the second source gas source 412 is supplied by supplying water vapor, an oxygen supply source
  • the purging gas source 413 is argon
  • the gas may be filled and supplied.
  • the gas supply line 420 connects the gas supply source 410 and the chamber part 200 to supply the process gas of the gas supply source 410 to the chamber part 200.
  • the gas supply line 420 is formed in a number corresponding to the number of gas supply sources 410.
  • the gas supply line 420 may be formed of the first source line 421, the second source line 422, and the purging line 423.
  • the first source line 421 is connected to the first source gas source 411
  • the second source line 422 is connected to the second source gas source 412
  • the purging line is the purging gas. May be connected to the circle 413.
  • the control valve 430 is installed in the middle of the gas supply line 420 to control the supply amount and the supply time of the process gas supplied through the gas supply line 420.
  • the control valve 430 may be formed as a mass flow controller.
  • the control valve 430 may be formed of a first control valve 431, a second control valve 432, and a purging valve 433 according to the gas supply line 420 installed therein.
  • the first control valve 431 is coupled to the first source line 421
  • the second control valve 432 is coupled to the second source line 422, and the purging valve 433 is purged. Coupled to line 423.
  • the exhaust part 500 is formed of a vacuum pump.
  • the exhaust part 500 is connected to the chamber housing 210 of the chamber part 200 to discharge the gas inside the chamber housing 210 to the outside.
  • the multilayer ceramic chip component 100 is mounted inside the rotary housing 310.
  • the rotary housing 310 is preferably filled so that the multilayer ceramic chip component 100 is not entirely filled therein.
  • the multilayer ceramic chip component 100 is alternately exposed to the upper space of the rotating housing 310. Therefore, the multilayer ceramic chip component 100 may be formed on the surface of the nano thin film layer more efficiently.
  • the rotating housing 310 is mounted inside the chamber housing 210 and the rotating shaft 320 is rotated by the rotating means 330.
  • the heating means 240 of the chamber part 200 is operated, the inside of the chamber housing 210 and the inside of the rotary housing 310 are heated to a process temperature.
  • the process temperature is set to 80 ⁇ 350 °C.
  • the exhaust part 500 is operated to discharge air in the chamber housing 210 to the outside.
  • the first control valve 431 is operated to store the first source gas stored in the first source gas source 411 through the first source line 421. Supplied.
  • the first source gas may be supplied for 0.1 to 1.5 seconds depending on the type of source gas supplied in the pulse method.
  • a purging gas may be supplied to remove the remaining air by purging the inside of the chamber housing 210.
  • the purging valve 433 is operated to supply the purging gas stored in the purging gas source 413 to the chamber housing 210.
  • the purging gas may be supplied for 30 to 100 seconds.
  • the second control valve 432 is operated to supply the second source gas stored in the second source gas source 412 through the second source line 422.
  • the second source gas may be supplied for 0.1 to 1.5 seconds depending on the type of source gas supplied in the pulse method.
  • the purging valve 433 is operated to supply the purging gas stored in the purging gas source 423 to the chamber housing 210.
  • the purging gas may be supplied for 30 to 100 seconds.
  • the atomic layer deposition apparatus forms a nano thin film layer on the surface of the multilayer ceramic needle part by repeating the process from several tens to several hundred process cycles using the above process as one process cycle.
  • the thickness of the nano thin film layer may be formed differently according to the process temperature and the number of process cycles.
  • the nano thin film layer is formed of a thin film of nano-thickness, is formed to a thickness of 0.5 ⁇ 400nm, preferably may be formed of a thickness of 1 ⁇ 100nm.
  • the process gas flowing into the chamber housing 210 through the gas supply pipe 220 is rotated through the one side through hole 313a formed in one side rotating wall 313 of the rotary housing 310. Flows into the interior.
  • the process gas introduced into the rotary housing 310 contacts the surface of the multilayer ceramic chip component 100 and then to the outside of the rotary housing 310 through the other through hole 315a of the other rotary wall 315. Discharged. In this case, the process gas flows more smoothly into the upper region where the multilayer ceramic chip component 100 is not filled than the region where the multilayer ceramic chip component 100 is filled.
  • the process gas flowing into the chamber housing 210 is discharged to the outside of the chamber housing 210 by the exhaust part 500.
  • the atomic layer deposition apparatus allows the multilayer ceramic chip component 100, which is exposed to the upper portion in the internal space of the rotary housing 310, to be coated more efficiently while the rotary housing 310 continues to rotate.
  • an area or size of one side through hole 313a of one side rotating wall 313 of the rotary housing 310 is larger than an area or size of the other side through hole 315a of the other rotating wall 315. Since the formation is large, the time for the process gas to stay in the interior of the rotary housing 310 is increased to form the nano thin film layer more efficiently.
  • the present invention provides a multilayer ceramic chip component having a nano thin film layer which can be easily separated from the mounting nozzle when the vacuum pressure is removed after the small size of the multilayer ceramic chip component such as the multilayer ceramic capacitor is adsorbed to the mounting nozzle. Can be used.

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Abstract

본 발명은 세라믹 본체와 상기 세라믹 본체의 내부에 위치하는 내부 전극을 포함하는 소자부와, 상기 세라믹 본체의 양측면을 각각 덮는 측면 전극과 상면 양측의 일부를 각각 덮는 상부 전극 및 하면 양측의 일부를 각각 덮는 하부 전극을 구비하는 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 포함하는 외부 전극부 및 전기 절연성 물질로 형성되며, 상기 상부 전극을 포함하는 영역에 코팅되어 형성되는 나노 박막층을 포함하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치를 개시한다.

Description

나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치
본 발명은 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
적층 세라믹 칩 부품은 복수 개의 세라믹층이 적층되고 내부에 전극이 배열되어 형성되는 칩 부품으로 적층 세라믹 콘덴서, 적층형 칩 인덕터와 적층형 파워 인덕터 또는 적층형 칩 비드와 같은 부품이 있다.
상기 적층 세라믹 콘덴서는 대략 직육면체의 형상으로 형성되며, 폭 방향을 기준으로 소자부와 소자부의 양측에 형성되는 전극부를 포함하여 형성된다. 상기 소자부는 적층 세라믹 콘덴서의 상면에서 보면 폭 방향을 기준으로 중앙 부분에 위치하며, 전극부는 소자부의 양측에 위치한다. 상기 소자부는 표면이 세라믹 재질로 형성되며, 전극부는 주석(Sn)과 같은 금속 물질로 형성된다.
상기 적층 세라믹 콘덴서는 칩 마운터(Chip Mounter)의 마운팅 노즐에 의하여 흡착되어 회로 기판에 실장된다. 보다 구체적으로는, 상기 마운팅 노즐은 내부에 형성되는 진공압에 의하여 적층 세라믹 콘덴서 상면의 소자부 및 전극부의 일부와 접촉하면서 적층 세라믹 콘덴서를 흡착한다. 이때, 상기 적층 세라믹 콘덴서의 전극부는 흡착시의 진공압 때문에 마운팅 노즐과 접촉되는 영역이 마운팅 노즐에 의하여 눌리면서 흡착된다. 따라서, 상기 마운팅 노즐이 적층 세라믹 콘덴서를 회로 기판으로 이송한 후에 회로기판에 실장하기 위하여 진공압을 제거하여도, 적층 세라믹 콘덴서가 마운팅 노즐로부터 용이하게 분리되지 않는다. 이는 상기 전극부가 상대적으로 연성이 있는 금속으로 형성되므로, 마운팅 노즐에 흡착되는 과정에서 변형되면서 마운팅 노즐과의 결합력이 생기게 되기 때문이다.
최근에서는 적층 세라믹 콘덴서의 크기가 계속 감소되면서, 마운팅 노즐과 접촉되는 전극부의 상대적인 면적이 더 증가하고 있다. 또한, 상기 적층 세라믹 콘덴서의 크기가 작아짐에 따라 마운팅 노즐과 접촉 면적이 작아져, 마운팅 노즐이 이 적층 세라믹 콘덴서를 누르는 힘이 증가되는 경향이 있다. 따라서, 상기 적층 세라믹 콘덴서가 마운팅 과정에서 마운팅 노즐로부터 분리되지 않는 경우가 더 증가되고 있다.
한편, 반도체 기판과 같은 소자의 표면에 나노 박막층을 형성하기 위한 증착 장치는 원자층 증착 장치, 화학기상 증착 장치, 물리기상 증착 장치와 같은 장치가 있다. 그러나, 상기 증착 장치들은 모두 고정이 가능하며 어느 정도의 크기를 갖는 반도체 기판의 표면에 나노 박막층을 형성하기 위한 장치이다. 예를 들면, 종래의 상기 원자층 증착 장치는 반도체 기판을 고정하고, 반도체 기판의 표면에 소스 가스를 공급하여 나노 박막층을 형성한다. 따라서, 종래의 원자층 증착 장치는 크기가 작아 고정이 어려운 적층 세라믹 칩 부품과 같이 부품의 표면에 나노 박막층을 형성하는데 적합하지 않다.
본 발명은 적층 세라믹 콘덴서와 같은 작은 크기의 적층 세라믹 칩 부품이 마운팅 노즐에 흡착된 후에 진공압이 제거되는 경우에 용이하게 마운팅 노즐로부터 분리될 수 있는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품은 세라믹 본체와 상기 세라믹 본체의 내부에 위치하는 내부 전극을 포함하는 소자부와, 상기 세라믹 본체의 양측면을 각각 덮는 측면 전극과 상면 양측의 일부를 각각 덮는 상부 전극 및 하면 양측의 일부를 각각 덮는 하부 전극을 구비하는 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 포함하는 외부 전극부 및 전기 절연성 물질로 형성되며, 상기 상부 전극을 포함하는 영역에 코팅되어 형성되는 나노 박막층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노 박막층은 외부 전극부의 외면 또는 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극 사이에서 노출되는 세라믹 본체의 외면에도 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노 박막층은 0.5 ~ 400nm의 두께로 형성되며, 바람직하게는 1 ~ 100nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 나노 박막층은 Al2O3, HfO2, ZrO2, La2O3, SiO2, Ta2O5, Nb2O5, Y2O3, SrTiO3, BaTiO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노 박막층은 AlN 및 SiNx로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 적층 세라믹 칩 부품은 적층 세라믹 콘덴서(Multi-Layer Ceramic Capacitor), 적층형 칩 인덕터(Multi-Layer Chip Inductor), 적층형 파워 인덕터(Multi-Layer Power Inductor) 또는 적층형 칩 비드((Multi-Layer Chip Bead)일 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법은 세라믹 본체와 상기 세라믹 본체의 내부에 위치하는 내부 전극을 포함하는 소자부와, 상기 세라믹 본체의 양측면을 각각 덮는 측면 전극과 상면 양측의 일부를 각각 덮는 상부 전극 및 하면 양측의 일부를 각각 덮는 하부 전극을 구비하는 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 포함하는 외부 전극부 및 전기 절연성 물질로 형성되며, 상기 상부 전극을 포함하는 영역에 코팅되어 형성되는 나노 박막층을 포함하며, 상기 나노 박막층을 원자층 증착 공정에 의하여 코팅하도록 이루어질 수 있다. 이때, 상기 원자층 증착 공정은 상기 증착 온도가 80 ~ 350℃일 수 있다.
또한, 상기 나노 박막층은 Al2O3막으로 형성되며, 상기 원자층 증착 공정은 증착 온도가 80 ~ 200℃이며, 상기 알루미늄 공급원은 TMA(Trimethyl Aluminum: Al(CH3)3)이고 산소 공급원은 수증기이며, 상기 알루미늄 공급원을 0.1 ~ 1.5초 동안 공급하고 불활성 가스를 30 ~ 100초 동안 공급하여 퍼징한 후에, 산소 공급원을 0.1 ~ 1.5초 동안 공급하고 불활성 가스를 30 ~ 100초 동안 공급하여 퍼징하는 공정 싸이클을 반복하여 진행하도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 원자층 증착 장치는 공정 가스가 유입되는 챔버 하우징 및 상기 챔버 하우징의 내부를 가열하는 가열 수단을 구비하는 챔버부와, 상기 챔버 하우징의 내부에 수평 방향의 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되며 상기 공정 가스가 일측에서 유입되어 타측으로 배출되는 회전 하우징 및 상기 회전 하우징을 회전시키는 회전 수단을 구비하는 회전부와, 상기 공정 가스가 저장되는 가스 공급원과 상기 가스 공급원과 상기 챔버 하우징을 연결하는 가스 공급 라인 및 상기 가스 공급 라인상에 설치되어 상기 공정 가스의 흐름을 제어하는 제어 밸브를 구비하는 가스 공급부 및 상기 챔버 하우징의 타측에 연결되어 상기 공정 가스를 배출하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 회전 하우징은 내부에 적층 세라믹 칩 부품이 충진될 수 있다.
또한, 상기 챔버 하우징은 내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 원통 형상으로 형성되며, 타측에 형성되는 가스 배출홀을 구비하는 원통관과, 상기 원통관의 일측단을 차폐하며, 일면에서 타면으로 관통되는 가스 공급홀을 구비하는 일측벽 및 상기 원통관의 타측단을 차폐하는 타측벽을 구비할 수 있다.
또한, 상기 회전 하우징은 내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 형상으로 형성되는 회전 원통관과, 상기 공정 가스가 유입되는 일측 관통홀을 구비하며 상기 회전 원통관의 일측단부를 차폐하는 일측 회전벽 및 상기 공정 가스가 배출되는 타측 관통홀을 구비하며 상기 회전 원통관의 타측단부를 차폐하는 타측 회전벽을 포함하며, 상기 일측 관통홀의 전체 면적이 상기 타측 관통홀의 전체 면적보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전 하우징은 내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 형상으로 형성되는 회전 원통관과, 메쉬망으로 형성되며 상기 회전 원통관의 일측단부에 결합되는 일측 회전벽 및 메쉬망으로 형성되며 상기 회전 원통관의 타측단부에 결합되는 타측 회전벽을 포함하며, 상기 일측 회전벽의 메쉬망에 형성되는 일측 관통홀의 전체 면적이 상기 타측 관통홀의 메쉬망에 형성되는 타측 관통홀의 전체 면적보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전부는 중심 축이 상기 회전 하우징의 중심 축과 일치하도록 상기 회전 하우징의 일측에서 타측으로 관통되어 결합되는 회전 샤프트를 더 포함하며, 상기 회전 샤프트는 상기 회전 수단에 의하여 회전되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스 공급원은 금속 원소의 공급원인 제 1 소스 가스를 공급하는 제 1 소스 가스원과, 산소 또는 질소의 공급원인 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스원 및 퍼징 가스를 공급하는 퍼징 가스원을 포함하며, 상기 가스 공급 라인은 상기 제 1 소스 가스원과 연결되는 제 1 소스 라인과, 상기 제 2 소스 가스원과 연결되는 제 2 소스 라인 및 상기 퍼징 가스원과 연결되는 퍼징 라인을 포함하며, 상기 제어 밸브는 제 1 소스 라인에 제 1 제어 밸브와, 상기 제 2 소스 라인에 연결되는 제 2 제어 밸브 및 상기 퍼징 라인에 연결되는 퍼징 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 소스 가스는 수증기, 산소(O2), 오존 또는 산소 플라즈마일 수 있다.
또한, 상기 챔버부는 상기 가스 공급홀과 상기 가스 공급부를 연결하는 가스 공급관 및 상기 가스 배출홀과 상기 배기부를 연결하는 가스 배출관을 더 포함하며, 상기 배기부는 상기 가스 배출관에 연결되는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명의 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 및 이의 제조 방법은 마운팅 노즐과 접촉되는 외부 전극부의 영역을 포함하는 영역에 나노 박막층이 형성되므로 외부 전극부가 마운팅 노즐로부터 용이하게 분리되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 및 이의 제조 방법은 나노 박막층이 나노미터의 두께로 형성되므로 하면의 외부 전극부에 코팅된 나노 박막층이 회로 기판의 실장 과정에서 용이하게 제거되는 효과가 있다.
본 발명의 원자층 증착 장치는 적층 세라믹 콘덴서와 같은 작은 크기의 적층 세라믹 칩 부품 표면에 나노 박막층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 원자층 증착 장치는 대량으로 적층 세라믹 칩 부품의 표면에 나노 박막층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 콘덴서의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A에 대한 수직 단면도이다.
도 3과 도 4는 산소 공급원과 알루미늄 공급원의 공급 시간에 따른 Al2O3막의 증착 속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 원자층 증착 공정에서 증착 온도에 따른 Al2O3막의 증착 속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 원자층 증착 공정에서 공정 싸이클 수에 따른 Al2O3막의 증착 두께의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 원자층 증착 공정에 의하여 나노 박막층이 형성된 적층 세라믹 콘덴서의 상면에 대한 광학 사진이다.
도 8과 도 9 및 도 10은 도 7에서 Ⅰ 영역에 대한 XPS 분석 결과에 대한 그래프이다.
도 11과 도 12 및 도 13은 도 7에서 Ⅱ 영역에 대한 XPS 분석 결과에 대한 그래프이다.
도 14와 도 15 및 도 16은 도 7에서 Ⅲ 영역에 대한 XPS 분석 결과에 대한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 콘덴서가 마운팅 노즐에 흡착된 후에 분리된 상태의 평면도 사진이다.
도 18은 나노 박막층이 구비되지 않는 적층 세라믹 콘덴서가 마운팅 노즐에 흡착된 후에 분리된 상태의 평면도 사진이다.
도 19는 원자층 증착 공정에 의하여 코팅된 Al2O3막의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 수직 단면도이다.
도 21은 도 20의 A-A에 대한 단면도이다.
도 22는 도 20의 B-B에 대한 단면도이다.
도 23은 도 20의 C-C에 대한 단면도이다.
도 24는 메쉬망의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품과 이의 제조 방법 및 이를 위한 원자층 증착 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 콘덴서의 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A에 대한 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층 세라믹 칩 부품(100)은, 도 1 및 도 2를 참조하면, 소자부(110)와 외부 전극부(120) 및 나노 박막층(130)을 포함하여 형성된다. 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)은 대략 직육면체 형상으로 가지도록 형성되며, 상면에 마운팅 노즐에 흡착되어 회로 기판으로 이송되며, 하면이 회로 기판의 전극패드에 안착되어 솔더링에 의하여 실장된다. 상기 적층 세라믹 칩 부품은 상면에서 폭 방향(도 1에서 수평 방향)을 기준으로 외부 전극과 소자부(110) 및 외부 전극부(120)가 순차적으로 위치하도록 형성된다.
상기 적층 세라믹 칩 부품(100)은 적층 세라믹 콘덴서(Multi-Layer Ceramic Capacitor), 적층형 칩 인덕터(Multi-Layer Chip Inductor), 적층형 파워 인덕터(Multi-Layer Power Inductor) 또는 적층형 칩 비드((Multi-Layer Chip Bead)일 수 있다. 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)은 칩 부품의 종류에 따라 소자부(110)의 구체적인 구성이 다르며, 외부 전극부(120)와 박막 코팅층(130)이 동일 또는 유사하게 형성된다.
따라서, 이하에서는 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)이 적층 세라믹 콘덴서인 경우에 대하여 설명한다. 상기 적층 세라믹 콘덴서(100)는 소자부(110)와 외부 전극부(120)가 일반적인 구성으로 형성되며, 나노 박막층(130)이 추가로 형성된다. 한편, 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)이 적층형 칩 인덕터와 적층형 파워 인덕터 또는 적층형 칩 비드로 형성되는 경우에도 소자부(110)와 외부 전극부(120)는 일반적인 구성으로 형성된다. 따라서, 상기 적층 세라믹 칩 부품이 적층형 칩 인덕터와 적층형 파워 인덕터 또는 적층형 칩 비드로 형성되는 경우에 대하여는 구체적인 설명을 생략한다.
상기 소자부(110)는 세라믹 본체(111)와 내부 전극(112)을 포함하여 형성된다. 상기 소자부(110)는 일반적인 적층 세라믹 콘덴서의 소자부와 동일 또는 유사하게 형성된다.
상기 세라믹 본체(111))는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 복수 개의 유전체층이 적층된 후에 소성되어 형성된다. 상기 세라믹 본체(111)는 적층 세라믹 콘덴서의 모양을 형성하며, 대략 직육면체 형상으로 형성된다. 상기 세라믹 본체(111)는 적층 세라믹 콘덴서의 용량 형성에 기여하는 부분이다. 상기 유전체층은 필요로 하는 용량에 따라 소정 두께로 형성되며, 적층 개수가 결정된다.
상기 내부 전극(112)은 제 1 내부 전극(112a)과 제 2 내부 전극(112b)을 포함하여 형성된다. 상기 제 1 내부 전극(112a)과 제 2 내부 전극(112b)은 서로 다른 극성을 가지며, 세라믹 본체(111)의 내부에서 이격되면서 교대로 위치한다. 상기 제 1 내부 전극(112a)과 제 2 내부 전극(112b)은 각각 세라믹 본체(111)의 일측면과 타측면으로 단부가 노출되도록 형성된다. 상기 제 1 내부 전극(112a)과 제 2 내부 전극(112b)은 중간에 배치되는 세라믹 본체(111)의 유전체층에 의하여 전기적으로 절연된다. 제 1 내부 전극(112a)과 제 2 내부 전극(112b)은 세라믹 본체(111)의 양측면을 통하여 노출되어 각각 외부 전극부(120)와 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)이 적층형 칩 인덕터, 적층형 파워 인덕터로 형성되는 경우에, 상기 내부 전극(112)은 복수 개가 세라믹 본체(111)의 내부에서 유전체층에 형성되는 비아홀(미도시)을 통하여 층간 연결되어 코일 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 외부 전극부(120)는 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122)을 포함하여 형성된다. 상기 외부 전극부(120)는 소자부(110)의 양측면 및 상부와 하부의 일부를 감싸도록 형성된다. 보다 구체적으로는 상기 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122)은 세라믹 본체(111)의 양측면을 각각 덮는 측면 전극(121a, 122a)과 상면의 양측 일부를 각각 덮는 상부 전극(121b, 122b) 및 하면의 양측 일부를 각각 덮는 하부 전극(121c, 122c)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122)은 각각 상하면에 상응하여 전후면을 덮는 전후 전극(121d, 122d)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 측면 전극(121a, 122a)과 상부 전극(121b, 122b)과 하부 전극(121c, 122c) 및 전후 전극(121d, 122d)은 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122)에 동일하게 사용하도록 한다. 상기 상부 전극(121b, 122b)과 하부 전극(121c, 122c) 및 전후 전극(121d, 122d)은 각각 소정 폭을 가지도록 형성된다. 또한, 상기 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122)은 세라믹 본체의 상면과 하면 및 전후면에서 서로 이격되도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122) 사이에는 세라믹 본체의 외면의 일부가 노출되는 형성된다. 상기 측면 전극(121a, 122a)과 상부 전극(121b, 122b)과 하부 전극(121c, 122c) 및 전후 전극(121d, 122d)은 일체로 형성될 수 있다. 상기 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122)은 각각 세라믹 본체(111)의 양측면에서 제 1 내부 전극(112a)과 제 2 내부 전극(112b)과 전기적으로 연결되며, 전기를 공급한다.
상기 외부 전극부(120)는 은(Ag), 주석(Sn) 또는 니켈과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 나노 박막층(130)은 세라믹 본체(111)의 상면에 위치하는 외부 전극부(120)의 외면을 포함하는 영역에 형성된다. 즉, 상기 나노 박막층(130)은 바람직하게는 외부 전극부(120)의 상부 전극(121b, 122b)의 외면을 포함하는 영역에 형성된다. 또한, 상기 나노 박막층(130)은 외부 전극부(120)의 외면에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 나노 박막층(130)은 외부 전극부(120)의 측면 전극(121a, 122a)과 상부 전극(121b, 122b)과 하부 전극(121c, 122c) 및 전후 전극(121d, 122d)의 외면에도 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노 박막층(130)은 외부 전극부(120) 사이에 노출되는 세라믹 본체(111)의 외면에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 나노 박막층(130)은 제 1 외부 전극(121)과 제 2 외부 전극(122) 사이에서 노출되는 세라믹 본체(111)의 외면에 형성될 수 있다.
상기 나노 박막층(130)은 세라믹 재질의 마운팅 노즐과 직접 접촉하여, 금속 재질로 형성되는 외부 전극부(120)가 마운팅 노즐에 직접 접촉되는 것을 차단한다. 즉, 상기 나노 박막층(130)은 금속-세라믹의 접촉을 차단하고 세라믹-세라믹의 접촉이 이루어지도록 한다. 상기 외부 전극부(120)는 금속 재질로 형성되므로 진공압에 의하여 마운팅 노즐과 흡착되는 경우에, 외부 전극부(120)가 마운팅 노즐에 의하여 변형되면서 일시적으로 접착되어 진공압이 제거되더라도 마운팅 노즐로부터 분리되지 않는 현상이 발생된다. 그러나, 상기 나노 박막층(130)은 세라믹 재질로 형성되므로, 마운팅 노즐과 흡착되더라도 진공압이 제거되면 용이하게 분리된다. 따라서, 상기 나노 박막층(130)은 적층 세라믹 콘덴서가 실장 과정에서 마운팅 노즐로부터 용이하게 분리되도록 한다.
상기 나노 박막층(130)은 나노 두께의 박막으로 형성되며, 0.5 ~ 400nm의 두께로 형성되며, 바람직하게는 1 ~ 100nm의 두께로 형성된다. 상기 나노 박막층(130)은 두께가 너무 얇으면 마운팅 노즐과 외부 전극의 물리적인 접촉을 충분히 차단하지 못하게 된다. 또한, 상기 나노 박막층(130)은 너무 두꺼우면 불필요하게 공정 비용이 증가된다. 또한, 상기 나노 박막층(130)이 너무 두꺼우면, 나노 박막층(130)이 하부 전극의 표면에 형성되는 경우에 적층 세라믹 칩 부품이 회로 기판의 전극 패드에 솔더링될 때 제거되지 않을 수 있다. 상기 하부 전극에 코팅된 나노 박막층(130)이 제거되지 않는 경우에 하부 전극과 회로 기판의 전극 패드 사이에 전기적 접촉이 충분하지 않을 수 있다.
상기 나노 박막층(130)은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD), 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)와 같은 방법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 나노 박막층(130)은 바람직하게는 박막의 두께 제어가 용이한 원자층 증착법으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노 박막층(130)은 원자층 증착 공정에 의하여 형성되는 경우에 표면 경도가 낮아지게 되어 눌림 현상을 보다 효율적으로 감소시킬 수 있다.
상기 나노 박막층(130)은 전기 절연성의 산화물, 질화물 또는 이들의 화합물로 형성될 수 있다. 상기 산화물은 Al2O3, HfO2, ZrO2 La2O3, SiO2, Ta2O5, Nb2O5, Y2O3, SrTiO3, BaTiO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물일 수 있다. 또한, 상기 질화물은 AlN 및 SiNx로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물로 형성될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품의 제조 방법에 대하여 설명한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 세라믹 칩 부품(100)은 소자부(110)와 외부 전극부(120) 및 나노 박막층(130)을 구비하며, 소자부(110)와 외부 전극부(120)는 일반적인 칩 부품에서의 구조와 동일 또는 유사한 구조를 가지며, 제조 공정도 동일 또는 유사하므로 여기서 제조 공정에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
따라서, 이하에서는 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)의 나노 박막층(130)을 원자층 증착 공정을 이용하여 형성하는 공정을 중심으로 설명한다. 상기 나노 박막층(130)은 상기에서 설명한 바와 같이 절연성을 갖는 산화물, 질화물 또는 이들의 화합물로 형성될 수 있으며, 원자층 증착 공정에 의하여 형성될 수 있다.
상기 원자층 증착 공정은 증착 온도를 80 ~ 350℃로 유지하며, 산화물 또는 질화물의 금속 이온 공급원과 산소 공급원 또는 질소 공급원을 교대로 공급하며, 중간에 불활성 가스를 퍼징하여 진행된다. 상기 산소 공급원은 수증기, 산소, 오존, 산소 플라즈마가 사용될 수 있다 여기서, 상기 증착 온도는 원자층 증착 공정을 진행하는 진공 챔버 내부의 온도일 수 있다. 상기 증착 온도는 사용되는 산화물 또는 질화물의 금속 이온 공급원의 종류에 따라 상기의 범위에서 적정하게 설정되며, 특히, 증착 온도가 박막의 증착 속도에 영향을 주지 않는 범위로 설정된다. 상기 증착 온도가 너무 낮으면 금속 이온 공급원과 산소 공급원 또는 질소 공급원의 불완전 반응에 의하여 증착 속도가 감소된다. 또한, 상기 증착 온도가 너무 낮으면 전구체의 불완전한 반응으로 전구체가 완전히 분해되지 않고 응축되어 막질이 나쁜 박막 상태로 증착 속도가 증가될 수 있다. 상기 증착 온도가 너무 높으면 재증발(reevaporation)에 의하여 증착 속도가 감소된다. 또한, 상기 증착 온도가 너무 높으면, 원자층 증착 공정과 함께 화학 기상 증착 공정이 진행되어 증착 속도가 증가되면서 나노 박막층의 두께 제어에 어려움이 있을 수 있다.
다음으로 상기 나노 박막층(130)이 Al2O3막으로 형성되는 경우에 원자층 증착 공정에 대하여 설명한다.
상기 Al2O3막을 형성하는 알루미늄 공급원으로 TMA(Trimethyl Aluminum: Al(CH3)3)가 사용될 수 있으며, 산소 공급원으로 수증기(H2O)가 사용될 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 증착 온도를 80 ~ 200℃로 유지하면서, 알루미늄 공급원을 0.1 ~ 1.5초동안 공급하고 불활성 가스를 30 ~ 100초 동안 공급하여 퍼징한 후에, 산소 공급원을 0.3 ~ 1.5초 동안 공급하고 불활성 가스를 30 ~ 100초 동안 공급하여 퍼징하는 과정을 1 공정 싸이클로 하여 수십 내지 수백 공정 싸이클을 반복한다. 도 3과 도 4를 참조하면, 산소 공급원은 공급 시간이 0.3 ~ 0.5초인 경우에 증착 속도가 일정하며, 알루미늄 공급원은 공급 시간이 0.1 ~ 0.5초인 경우에 증착 속도가 일정하다. 또한, 상기 증착 온도는 80 ~ 200℃ 온도 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 이러한 온도 범위에서는 온도가 증착 속도에 영향을 주지 않는다. 도 5를 참조하면, 진공 챔버의 온도가 80 ~ 200℃범위에서 증착 속도가 일정한 것을 볼 수 있다. 또한, 상기 알루미늄 공급원과 산소 공급원을 공급하는 배관은 80℃도 정도로 유지하는 것이 바람직하다. 실험 결과에 따르면, 도 6를 참조하면, 나노 박막층(130)은 50, 100, 150, 200 싸이클을 수행하면, 60 ~ 220Å의 두께로 형성되며 싸이클당 대략 0.1nm의 두께로 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 진공 챔버의 온도는 80℃로 하였으며, 알루미늄 공급원을 0.3초 동안 공급하고 아르곤 가스를 30초 동안 퍼징한 후에 산소 공급원을 0.3초 동안 공급하고 아르곤 가스를 30초 동안 퍼징하는 공정 싸이클을 반복하였다. 상기 원자층 증착 공정의 싸이클 수는 나노 박막층의 두께에 따라 적정하게 제어될 수 있다
다음은 상기 나노 박막층이 Al2O3막으로 형성되는 원자층 증착 공정에 대하여 보다 구체적인 실시예를 통하여 설명한다.
상기 적층 세라믹 칩 부품(100)은 원자층 증착 공정에 의하여 Al2O3막이 나노 박막층(130)으로 형성되었다. 이때, 상기 원자층 증착 공정은 알루미늄 공급원인 TMA와 산소 공급원인 H2O가 각각 1초씩 주입되고 90초 동안 퍼징하여 진행하였으며, 150℃에서 100싸이클을 진행하였다. 도 7을 보면 적층 세라믹 콘덴서의 상면을 포함하는 영역에 전체적으로 나노 박막층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이를 확인하기 위하여, 적층 세라믹 콘덴서의 상면을 세 개의 구간으로 설정하고 각각의 구간에 대하여 Al2O3막의 존재 유무를 분석하였다. 적층 세라믹 콘덴서에서 외부 전극부의 상부를 각각 Ⅰ 영역과 Ⅲ 영역으로 하고 그 사이에 위치하는 중간 영역인 소자부의 상부를 Ⅱ 영역으로 설정하였다. 분석은 적층 세라믹 콘덴서의 상면에서 세 개의 구간에 대하여 각각 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 통하여 진행하였다. I 영역에서는, 도 8을 참조하면 Al 2p 피크가 73.08 eV에 위치하며, 도 9를 참조하면, O 1s 피크가 530.08 eV에 위치하며, 도 10을 참조하면, 외부 전극부의 구성 성분인 Sn 3d 의 피크가 발견되었다. II 영역에서는, 도 11을 참조하면, Al 2p 피크가 73.28eV에 위치하며, 도 12를 참조하면 O 1s 피크가 530.28eV에 위치하는 것을 확인하였다. 다만, 도 13에서 보는 바와 같이 Sn 3d 피크가 거의 발견되지 않아 I 영역과 차이가 있음을 알 수 있다. Ⅲ 영역에서는, 도 14를 참조하면, Al 2p 피크가 73.18 eV에 위치하며, 도 15를 참조하면, O 1s 피크가 529.98 eV에 위치하며, 도 16을 참조하면, 외부 전극부의 구성 성분인 Sn 3d 의 피크가 발견되었다. 따라서, 상기 나노 박막층은 외부 전극부의 상면과 소자부의 상면에 전체적으로 균일하게 Al2O3 박막이 균일하게 증착되었음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 나노 박막층이 형성된 적층 세라믹 콘덴서를 마운팅 노즐로 흡착하여 이동시킨 후에 마운팅 노즐로부터 분리한 결과, 적층 세라믹 콘덴서가 마운팅 노즐로부터 용이하게 분리되었다. 또한, 도 17을 참조하면, 적층 세라믹 콘덴서의 상면에는 마운팅 노즐에 의한 자국이 관찰되지 않았다. 도 17에서 전극의 상편에 수평 방향으로 형성된 홈 형상은 평가가 종료된 후에 핀셋으로 집어서 이동시킬 때 형성된 것이다.
비교를 위하여, 상기 나노 박막층이 형성되지 않은 적층 세라믹 콘덴서에 대하여 동일한 평가를 진행한 결과, 마운팅 노즐에 흡착된 후에 전극이 변형되면서 마운팅 노즐에 꽉 끼어 용이하게 분리되지 않았다. 또한, 도 18에서 보는 바와 같이, 상기 마운팅 노즐과 접촉한 적층 세라믹 콘덴서의 상면은 마운팅 노즐에 의한 강한 기계적 눌림으로 인하여 전극 부분에 변형이 유발된 것을 볼 수 있다.
또한, 상기 나노 박막층이 증착되는 두께 균일도를 평가하기 위하여 실리콘 웨이퍼에 Al2O3막을 원자 층 증착 공정을 이용하여 증착하였다. 상기 원자층 증착 공정에서 알루미늄 공급원으로 Al(CH3)3을 사용하였으며, 산소 공급원으로는 수증기(H2O)를 사용하였다. 상기 원자층 증착 공정은 알루미늄 공급원을 0.3초 동안 공급하고 아르곤 가스를 30초 동안 퍼징한 후에 산소 공급원을 0.3초 동안 공급하고 다시 아르곤 가스를 30초 동안 퍼징하는 과정을 1 공정 싸이클로 하여, 50 공정 싸이클을 각각 진행하였다. 이때, 공정 챔버는 80℃로 유지하였으며, 알루미늄 공급원과 산소 공급원을 공급하는 라인도 80℃를 유지하였다. 상기 산화물 나노 코팅층은 50 공정 싸이클을 진행한 경우에 전체 두께가 63.5Å이며, 두께 균일도가 3.8%로 측정되었다. 또한, 상기 원자층 증착 공정을 160 공정 싸이클을 진행한 경우에, 도 19를 참조하면, 산화물 나노 코팅층의 두께가 17.9nm로 측정되었다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 원자층 증착 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대하여 설명한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 수직 단면도이다. 도 21은 도 20의 A-A에 대한 단면도이다. 도 22는 도 20의 B-B에 대한 단면도이다. 도 23은 도 20의 C-C에 대한 단면도이다. 도 24는 메쉬망의 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 도 20 내지 도 24를 참조하면, 챔버부(200)와 회전부(300)와 가스 공급부(400) 및 배기부(500)를 포함하여 형성된다.
상기 원자층 증착 장치는 원자층 증착 공정을 통하여 적층 세라믹 칩 부품(100)과 같이 수 mm 크기 또는 그 이하인 크기를 갖는 칩 부품의 표면에 산화물 또는 질화물로 형성되는 나노 박막층을 형성하기 위한 장치이다. 상기 나노 박막층은 전기 절연성의 산화물, 질화물 또는 이들의 화합물로 형성될 수 있다. 상기 산화물은 Al2O3, HfO2, ZrO2, La2O3, SiO2, Ta2O5, Nb2O5, Y2O3, SrTiO3, BaTiO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물일 수 있다. 또한, 상기 질화물은 AlN 또는 SiNx로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노 박막층은 나노 두께의 박막으로 형성되며, 0.5 ~ 400nm의 두께로 형성되며, 바람직하게는 1 ~ 100nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 원자층 증착 장치는 형성되는 나노 박막층의 성분에 따라 금속 원소를 공급하는 소스 가스와, 산소 또는 질소 원소를 공급하는 공급원은 소스 가스 및 아르곤 가스와 같은 불활성 가스인 퍼징 가스를 포함하는 공정 가스를 챔버부(200) 내부로 공급한다. 상기 제 2 소스 가스는 수증기, 산소(O2), 오존(O3) 또는 산소 플라즈마가 사용될 수 있다.
또한, 상기 원자층 증착 장치는 공급되는 공정 가스를 회전부(300)에 충진되는 적층 세라믹 칩 부품(100)의 표면과 접촉시켜 표면에 나노 박막층을 형성한다. 상기 원자층 증착 장치는 회전부(300)내에서 적층 세라믹 칩 부품(100)을 상하 방향으로 회전시킴으로써 적층 세라믹 칩 부품(100)이 공정 가스와 보다 균일하게 접촉되어 표면에 균일한 나노 박막층이 형성되도록 한다. 여기서, 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)은 적층 세라믹 콘덴서(Multi-Layer Ceramic Capacitor), 적층형 칩 인덕터(Multi-Layer Chip Inductor), 적층형 파워 인덕터(Multi-Layer Power Inductor) 또는 적층형 칩 비드((Multi-Layer Chip Bead)일 수 있다.
상기 챔버부(200)는 챔버 하우징(210)과 가스 공급관(220)과 가스 배출관(230) 및 가열 수단(240)을 포함하여 형성된다. 상기 챔버부(200)는 챔버 하우징(210)의 내부에 회전부(300)를 수용하며, 가열 수단(240)으로 챔버 하우징(210)의 내부를 가열한다. 또한, 상기 챔버부(200)는 가스 공급관(220)을 통하여 챔버 하우징(210)의 내부로 공정 가스를 공급받고, 가스 배출관(230)을 통하여 증착 공정에 사용된 공정 가스가 챔버 하우징(210)의 외부로 배출되도록 한다.
상기 챔버 하우징(210)은 원통관(211)과 일측벽(213) 및 타측벽(215)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 챔버 하우징(210)은 내부로 나노 박막층 형성을 위한 공정 가스가 유입된다. 상기 챔버 하우징(210)은 소정의 하우징 직경과 하우징 길이를 갖는 대략 원통 형상으로 형성되며, 중심 축이 수평 방향으로 배치되도록 형성된다. 상기 챔버 하우징(210)은 내부식성이 있는 스테인레스 스틸 또는 티타늄과 같은 금속 재질로 형성된다.
상기 원통관(211)은 가스 배출홀(211a)을 포함하여 형성된다. 상기 원통관(211)은 내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 원통 형상으로 형성된다. 따라서, 상기 원통관(211)은 수직 단면 형상이 원형 형상을 가지도록 형성된다. 다만, 상기 원통관(211)은 수직 단면이 사각 형상, 육각 형상과 같이 다각 형상으로 형성될 수 있다.
상기 가스 배출홀(211a)은 원통관(211)의 타측부에서 형성된다. 상기 가스 배출홀(211a)은 원자층 증착 공정에 사용된 공정 가스를 챔버 하우징(210)의 외부로 배출하는 경로를 제공한다.
상기 일측벽(213)은 가스 공급홀(213a)을 포함하여 형성된다. 상기 일측벽(213)은 일측 샤프트홀(213b)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 일측 샤프트홀(213b)은 회전부(300)의 구조에 따라 생략될 수 있다. 예를 들면, 상기 일측 샤프트홀(213b)은 이하에서 설명하는 회전부(300)의 회전 샤프트(320)의 일측이 챔버 하우징(210)의 내부에서 지지되는 경우에 생략될 수 있다.
상기 일측벽(213)은 판상이며, 원통관(211)의 일측단에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 원통관(211)이 일측단이 원형 형상으로 형성되는 경우에 일측벽(213)도 원형 형상으로 형성된다. 상기 일측벽(213)은 원통관(211)의 일측단에 결합되어 원통관(211)의 일측단을 차폐한다.
상기 가스 공급홀(213a)은 일측벽(213)의 일면에서 타면으로 관통되도록 형성된다. 상기 가스 공급홀(213a)은 원형, 사각 형상 또는 다각 형상으로 가지도록 형성된다. 상기 가스 공급홀(213a)은 바람직하게는 챔버 하우징(210)의 중심 축에 수직하는 수평선을 기준으로 상부에 위치하도록 형성된다. 상기 가스 공급홀(213a)은 공급 가스가 챔버 하우징(210)의 내부로 공급되는 경로를 제공한다.
상기 일측 샤프트홀(213b)은 일측벽(213)의 일면에서 타면으로 관통되도록 형성된다. 상기 일측 샤프트홀(213b)은 중심이 챔버 하우징(210)의 중심 축과 동일한 위치에 놓이도록 형성된다. 상기 일측 샤프트홀(213b)은 회전부(300)의 회전 샤프트(320)가 결합되는 경로를 제공한다.
상기 타측벽(215)은 타측 샤프트홀(215a)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 타측 샤프트홀(215a)은 회전부(300)의 구조에 따라 생략될 수 있다. 예를 들면, 상기 타측 샤프트홀(215a)은 회전부(300)의 회전 샤프트(320)의 타측이 챔버 하우징(210)의 내부에서 지지되는 경우에 생략될 수 있다.
상기 타측벽(215)은 판상이며, 원통관(211)의 타측단에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 원통관(211)이 타측단이 원형 형상으로 형성되는 경우에 타측벽(215)도 원형 형상으로 형성된다. 상기 타측벽(215)은 원통관(211)의 타측단에 결합되어 원통관(211)의 타측단을 차폐한다.
상기 타측 샤프트홀(215a)은 타측벽(215)의 일면에서 타면으로 관통되도록 형성된다. 상기 타측 샤프트홀(215a)은 중심이 챔버 하우징(210)의 중심 축과 동일한 위치에 놓이도록 형성된다. 상기 타측 샤프트홀(215a)은 회전부(300)의 회전 샤프트(320)가 결합되는 경로를 제공한다.
상기 가스 공급관(220)은 배관으로 형성되며, 챔버 하우징(210)의 일측벽(213)에 형성되는 가스 공급홀(213a)에 결합된다. 상기 가스 공급관(220)은 가스 공급부(400)와 연결되며 가스 공급부(400)에서 공급하는 가스가 챔버 하우징(210)의 내부로 공급되는 경로를 제공한다.
상기 가스 배출관(230)은 배관 형상으로 형성되며, 챔버 하우징(210)의 원통관(211)의 타측부에 형성되는 가스 배출홀(211a)에 결합된다. 상기 가스 배출관(230)은 배기부(500)와 연결되며, 원자층 증착 공정에 사용된 공정 가스를 챔버 하우징(210)의 외부로 배출하는 경로를 제공한다.
상기 가열 수단(240)은 챔버 하우징(210)의 외부 또는 내부에 위치하며, 챔버 하우징(210)의 내부를 가열한다. 상기 가열 수단(240)을 챔버 하우징(210)의 외부 형상에 대응되는 원통 형상 또는 호 형상으로 형성되어 챔버 하우징(210)의 외부를 전체적으로 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 가열 수단(240)은 막대 형상으로 형성되어 챔버 하우징(210)의 외부에서 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되도록 형성될 수 있다.
상기 회전부(300)는 회전 하우징(310)과 회전 샤프트(320) 및 회전 수단(330)을 포함하여 형성된다.
상기 회전부(300)는 나노 박막층이 형성되는 적층 세라믹 칩 부품(100)을 회전 하우징(310)의 내부에 수용한다. 또한, 상기 회전부(300)는 회전 하우징(310)이 회전 샤프트(320)와 함께 회전 수단(330)에 의하여 회전될 때 적층 세라믹 칩 부품(100)이 공급 가스에 노출되도록 한다.
상기 회전 하우징(310)은 회전 원통관(311)과 일측 회전벽(313) 및 타측 회전벽(315)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 회전 하우징(310)은 소정의 회전 직경과 회전 길이를 갖는 대략 원통 형상으로 형성되며, 중심 축이 수평 방향으로 배치되도록 형성된다. 상기 회전 하우징(310)은 챔버 하우징(210)의 내부에 수평 방향인 중심 축을 중심으로 회전하도록 결합된다. 또한, 상기 회전 하우징(310)은 일측 회전벽(313) 또는 타측 회전벽(315)이 회전 원통관(311)으로부터 분리되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 회전 하우징(310)은 일측 회전벽(313) 또는 타측 회전벽(315)이 회전 원통관(311)으로부터 분리된 후에 적층 세라믹 칩 부품(100)이 내부에 수용되도록 한다. 또한, 상기 회전 하우징(310)은 중심 축이 바람직하게는 챔버 하우징(210)의 중심 축과 일치하도록 챔버 하우징(210)의 내부에 결합된다. 상기 회전 하우징(310)은 내부식성이 있는 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질로 형성된다.
또한, 상기 회전 하우징(310)은 회전 원통관(311)의 외주면이 챔버 하우징(210)의 원통관(211)의 내주면과 대향하며, 회전 원통관(311)의 외주면과 원통관(211)의 내주면 사이에 별도의 차폐 물질이 위치하여 공정 가스가 유출되는 것을 차단한다. 다만, 상기 회전 원통관(311)은 회전하므로, 원통관(211)의 내주면과 직접적으로 결합되지 않도록 형성된다.
상기 회전 원통관(311)은 내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 형상으로 형성된다.
상기 일측 회전벽(313)은 일측 관통홀(313a)을 포함하여 형성된다.
상기 일측 회전벽(313)은 회전 원통관(311)의 일측단에 결합되어 회전 원통관(311)의 일측단부를 차폐한다. 따라서, 상기 일측 회전벽(313)은 회전 원통관(311)의 직경에 대응되는 직경을 갖는 원형 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 일측 회전벽(313)은, 도 24에서 도시하고 있는 일반적인 메쉬망으로 형성될 수 있다. 상기 메쉬망은 와이어가 서로 직교되도록 교차하면서 결합되어 일측 관통홀(313a)을 형성하는 구조로 형성된다. 상기 메쉬망은 일측 관통홀(313a)이 사각 형상으로 조밀하게 형성되므로 공정 가스의 흐름이 더 원활하게 되도록 한다.
상기 일측 관통홀(313a)은 회전 일측벽(213)의 일면에서 타면으로 관통되도록 형성된다. 상기 일측 관통홀(313a)은 소정의 직경 또는 면적을 가지도록 형성되며, 일측 직경이 내부에 회전 하우징(310)의 내부에 수용되는 적층 세라믹 칩 부품(100)의 크기보다 작은 직경 또는 면적을 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 일측 관통홀(313a)은 내부에 수용되는 적층 세라믹 칩 부품(100)이 회전 하우징(310)의 회전 중에 회전 하우징(310)의 외부로 나오지 않도록 한다. 상기 일측 관통홀(313a)은 일측 회전벽(313)에 전체적으로 분포하도록 형성된다.
상기 일측 관통홀(313a)은 가스 공급홀(213a)을 통하여 공급되는 공정 가스가 회전 하우징(310)의 내부로 유입되도록 한다.
상기 타측 회전벽(315)은 타측 관통홀(315a)을 포함하여 형성된다.
상기 타측 회전벽(315)은 회전 원통관(311)의 타측단에 결합되어 회전 원통관(311)의 타측단부를 차폐한다. 따라서, 상기 타측 회전벽(315)은 회전 원통관(311)의 직경에 대응되는 직경을 갖는 원형 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 타측 회전벽(315)은 일반적인 메쉬망으로 형성될 수 있다. 상기 메쉬망은 와이어가 서로 직교되도록 교차하면서 결합되어 타측 관통홀(315a)을 형성하는 구조로 형성된다. 상기 메쉬망은 일측 관통홀(315a)이 사각 형상으로 조밀하게 형성되므로 공정 가스의 흐름이 더 원활하게 되도록 한다.
상기 타측 관통홀(315a)은 타측 회전벽(315)의 일면에서 타면으로 관통되도록 형성된다. 상기 타측 관통홀(315a)은 소정의 직경 또는 면적을 가지도록 형성되며, 타측 직경이 내부에 회전 하우징(310)의 내부에 수용되는 적층 세라믹 칩 부품(100)의 크기보다 작은 직경을 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 타측 관통홀(315a)은 내부에 수용되는 적층 세라믹 칩 부품(100)이 회전 하우징(310)의 회전 중에 회전 하우징(310)의 외부로 나오지 않도록 한다. 상기 타측 관통홀(315a)은 타측 회전벽(315)에 전체적으로 분포하도록 형성된다. 상기 타측 관통홀(315a)은 회전 하우징(310)의 공정 가스가 회전 하우징(310)의 외부로 배출되는 경로를 제공한다.
또한, 상기 타측 관통홀(315a)은 전제 면적이 일측 관통홀(313a)의 전체 면적보다 작은 면적을 가지도록 형성된다. 바람직하게는 상기 타측 관통홀(315a)의 타측 직경이 일측 관통홀(313a)의 일측 직경보다 작은 직경을 가지도록 형성된다. 상기 타측 관통홀(315a)이 일측 관통홀(313a)보다 작은 면적으로 형성되는 경우에, 타측 관통홀(315a)을 통하여 회전 하우징(310)의 외부로 배출되는 공정 가스의 양이 일측 관통홀(313a)을 통하여 회전 하우징(310)의 내부로 유입되는 공정 가스의 양보다 작게 된다. 따라서, 상기 회전 하우징(310)의 내부에는 양의 압력이 생성되어 공정 가스가 적층 세라믹 칩 부품(100)의 표면과 접촉되는 확률이 증가된다. 따라서, 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)의 표면에는 보다 균일하게 나노 박막층이 형성될 수 있다.
상기 회전 샤프트(320)는 기둥 또는 바 형상으로 형성되며, 중심 축이 회전 하우징(310)의 중심 축과 일치하도록 회전 하우징(310)의 일측에서 타측으로 관통되어 결합된다. 한편, 상기 회전 샤프트(320)는 회전 하우징(310)이 일측 회전벽(313) 또는 타측 회전벽(315)의 외면에 결합되도록 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 회전 샤프트(320)는 회전 원통관(311)의 내부로 관통되지 않게 된다. 상기 회전 샤프트(320)는 챔버 하우징(210)의 일측벽(213)과 타측벽(215)을 관통하여 챔버 하우징(210)의 외부로 노출되도록 결합될 수 있다. 이때, 상기 회전 샤프트(320)는 일측벽(213)의 일측 관통홀(313a)과 타측벽(215)의 타측 관통홀(315a)에 결합된다. 한편, 상기 회전 샤프트(320)는 일측과 타측중에서 어느 하나의 측만이 챔버 하우징(210)의 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 회전축은 챔버 하우징(210)의 외부로 노출되지 않는 측이 챔버 하우징(210)의 내부에 위치하는 별도의 지지바(미도시)에 의하여 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 회전 수단(330)은 모터와 같은 수단으로 형성되며, 회전 샤프트(320)의 일측 또는 타측에 결합되어 회전 샤프트(320)와 회전 샤프트(320)에 결합되어 있는 회전 하우징(310)을 회전시킨다. 상기 회전 수단(330)은 별도의 벨트 또는 기어를 통하여 회전 샤프트(320)와 연동되도록 연결된다.
상기 가스 공급부(400)는 가스 공급원(410)과 가스 공급 라인(420) 및 제어 밸브(430)를 포함하여 형성된다. 상기 가스 공급부(400)는 원자층 증착 공정에 필요한 소스 가스와 퍼징 가스를 포함하는 공정 가스를 회전 하우징(310)의 내부로 공급한다.
상기 가스 공급원(410)은 원자층 증착 공정에 필요로 하는 소스 가스와 퍼징 가스에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 일반적으로 상기 원자층 증착 공정은 금속 원소를 공급하는 제 1 소스 가스와, 산소 또는 질소 원소를 공급하는 제 2 소스 가스 및 아르곤 가스와 같은 불활성 가스인 퍼징 가스를 필요로 한다. 예를 들면, 상기 나노 박막층이 Al2O3막으로 형성되는 경우에, 제 1 소스 가스인 알루미늄 소스 가스와 제 2 소스 가스인 산소 소스 가스 및 퍼징 가스인 아르곤 가스를 필요로 한다. 따라서, 상기 가스 공급원(410)은 제 1 소스 가스원(411)과 제 2 소스 가스원(413) 및 퍼징 가스원(415)을 포함하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 소스 가스원(411)은 알루미늄 공급원인 소스 가스가 충진되어 공급하며, 제 2 소스 가스원(412)은 산소 공급원인 수증기가 충진되어 공급하며, 퍼징 가스원(413)은 아르곤 가스가 충진되어 공급될 수 있다.
상기 가스 공급 라인(420)은 가스 공급원(410)과 챔버부(200)를 연결하여 가스 공급원(410)의 공정 가스가 챔버부(200)로 공급되도록 한다. 상기 가스 공급 라인(420)은 가스 공급원(410)의 개수에 대응되는 개수로 형성된다. 상기와 같이 가스 공급원(410)이 3 개로 형성되는 경우에, 가스 공급 라인(420)은 제 1 소스 라인(421)과 제 2 소스 라인(422) 및 퍼징 라인(423)으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 소스 라인(421)은 제 1 소스 가스원(411)과 연결되며, 제 2 소스 라인(422)은 제 2 소스 가스원(412)과 연결되며, 퍼징 라인은 퍼징 가스원(413)과 연결될 수 있다.
상기 제어 밸브(430)는 가스 공급 라인(420)의 중간에 설치되어 가스 공급 라인(420)을 통하여 공급되는 공정 가스의 공급량과 공급 시간을 제어한다. 상기 제어 밸브(430)는 질량 유량 컨트롤러(Mass Flow Controller)로 형성될 수 있다. 상기 제어 밸브(430)는 설치되는 가스 공급 라인(420)에 따라 각각 제 1 제어 밸브(431)와 제 2 제어 밸브(432) 및 퍼징 밸브(433)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 제어 밸브(431)는 제 1 소스 라인(421)에 결합되며, 제 2 제어 밸브(432)는 제 2 소스 라인(422)에 결합되며, 퍼징 밸브(433)는 퍼징 라인(423)에 결합된다.
상기 배기부(500)는 진공 펌프로 형성된다. 상기 배기부(500)는 챔버부(200)의 챔버 하우징(210)에 연결되어 챔버 하우징(210) 내부의 가스를 외부로 배출한다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 회전 하우징(310)의 내부에 적층 세라믹 칩 부품(100)을 장착한다. 이때, 상기 회전 하우징(310)은 바람직하게는 적층 세라믹 칩 부품(100)이 내부에 전체적으로 채워지지 않도록 충진된다. 이러한 경우에, 상기 회전 하우징(310)이 수평 방향으로 연장되는 회전 샤프트(320)를 중심으로 회전할 때, 회전 하우징(310)의 상부 공간으로 적층 세라믹 칩 부품(100)이 교대로 노출된다. 따라서, 상기 적층 세라믹 칩 부품(100)은 보다 효율적으로 나노 박막층이 표면에 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 회전 하우징(310)은 챔버 하우징(210)의 내부에 장착되며 회전 샤프트(320)가 회전 수단(330)에 의하여 회전된다. 상기 챔버부(200)의 가열 수단(240)이 작동되면서 챔버 하우징(210)의 내부와 회전 하우징(310)의 내부가 공정 온도로 가열된다. 상기 공정 온도는 80 ~ 350℃로 설정된다. 상기 배기부(500)가 작동되어 챔버 하우징(210) 내부의 공기를 외부로 배출시킨다. 상기 챔버 하우징(210)의 내부가 진공 상태로 되면, 제 1 제어 밸브(431)가 작동되어 제 1 소스 라인을(421) 통하여 제 1 소스 가스원(411)에 저장되어 있는 제 1 소스 가스가 공급된다. 이때, 상기 제 1 소스 가스는 펄스 방식으로 공급되는 소스 가스의 종류에 따라 0.1 ∼ 1.5초동안 공급될 수 있다. 한편, 상기 제 1 소스 가스가 공급되기 전에, 퍼징 가스가 공급되어 챔버 하우징(210) 내부가 퍼징에 의하여 잔존하는 공기가 제거되도록 할 수 있다. 다음으로, 상기 퍼징 밸브(433)가 작동되어 퍼징 라인(423)을 퍼징 가스원(413)에 저장되어 있는 퍼징 가스가 챔버 하우징(210)으로 공급된다. 이때, 상기 퍼징 가스는 30 ~ 100초 동안 공급될 수 있다. 다음으로 제 2 제어 밸브(432)가 작동되어 제 2 소스 라인(422)을 통하여 제 2 소스 가스원(412)에 저장되어 있는 제 2 소스 가스가 공급된다. 이때, 상기 제 2 소스 가스는 펄스 방식으로 공급되는 소스 가스의 종류에 따라 0.1 ∼ 1.5초 동안 공급될 수 있다. 다음으로, 상기 퍼징 밸브(433)가 작동되어 퍼징 라인을 퍼징 가스원(423)에 저장되어 있는 퍼징 가스가 챔버 하우징(210)으로 공급된다. 이때, 상기 퍼징 가스는 30 ~ 100초 동안 공급될 수 있다. 상기 원자층 증착 장치는 상기와 같은 과정을 1 공정 싸이클로 하여 수십 내지 수백 공정 싸이클을 반복하여, 적층 세라믹 침 부품의 표면에 나노 박막층을 형성한다. 상기 나노 박막층이 형성되는 두께는 공정 온도와 공정 싸이클 수에 따라 다르게 형성될 수 있다. 상기 나노 박막층은 나노 두께의 박막으로 형성되며, 0.5 ~ 400nm의 두께로 형성되며, 바람직하게는 1 ~ 100nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 가스 공급관(220)을 통하여 챔버 하우징(210)의 내부로 유입되는 공정 가스는 회전 하우징(310)의 일측 회전벽(313)에 형성되어 있는 일측 관통홀(313a)을 통하여 회전 하우징(310)의 내부로 유입된다. 상기 회전 하우징(310)의 내부로 유입된 공정 가스는 적층 세라믹 칩 부품(100)의 표면에 접촉한 후에 타측 회전벽(315)의 타측 관통홀(315a)을 통하여 회전 하우징(310)의 외부로 배출된다. 이때, 상기 공정 가스는 적층 세라믹 칩 부품(100)이 충진되어 있는 영역보다는 적층 세라믹 칩 부품(100)이 충진되지 않은 상부 영역으로 공정 가스가 더 원활하게 유입된다. 상기 챔버 하우징(210)의 내부로 유출되는 공정 가스는 배기부(500)에 의하여 챔버 하우징(210)의 외부로 배출된다.
상기 원자층 증착 장치는 회전 하우징(310)이 계속 회전하면서 회전 하우징(310)의 내부 공간에서 상부로 노출되는 적층 세라믹 칩 부품(100)이 보다 효율적으로 코팅되도록 한다.
또한, 상기 원자층 증착 장치는 회전 하우징(310)의 일측 회전벽(313)의 일측 관통홀(313a)의 면적 또는 크기가 타측 회전벽(315)의 타측 관통홀(315a)의 면적 또는 크기보다 크게 형성되므로, 공정 가스가 회전 하우징(310)의 내부에서 체류하는 시간이 증가되어 보다 효율적으로 나노 박막층이 형성될 수 있다.
본 발명은 적층 세라믹 콘덴서와 같은 작은 크기의 적층 세라믹 칩 부품이 마운팅 노즐에 흡착된 후에 진공압이 제거되는 경우에 용이하게 마운팅 노즐로부터 분리될 수 있는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품을 제조하는데 사용할 수 있다.

Claims (28)

  1. 세라믹 본체와 상기 세라믹 본체의 내부에 위치하는 내부 전극을 포함하는 소자부와,
    상기 세라믹 본체의 양측면을 각각 덮는 측면 전극과 상면 양측의 일부를 각각 덮는 상부 전극 및 하면 양측의 일부를 각각 덮는 하부 전극을 구비하는 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 포함하는 외부 전극부 및
    전기 절연성 물질로 형성되며, 상기 상부 전극을 포함하는 영역에 코팅되어 형성되는 나노 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 상기 외부 전극부의 외면의 전체에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 상기 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극 사이에서 노출되는 상기 세라믹 본체의 외면에도 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 나노 박막층은 0.5 ~ 400nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  5. 제 1 항에 있어서
    상기 나노 박막층은 1 ~ 100nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD), 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 또는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 Al2O3, HfO2, ZrO2, La2O3, SiO2, Ta2O5, Nb2O5, Y2O3, SrTiO3 및 BaTiO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 AlN 및 SiNx로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 화합물을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전극부는 은(Ag), 주석(Sn) 또는 니켈(Ni) 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층 세라믹 칩 부품은 적층 세라믹 콘덴서(Multi-Layer Ceramic Capacitor), 적층형 칩 인덕터(Multi-Layer Chip Inductor), 적층형 파워 인덕터(Multi-Layer Power Inductor) 또는 적층형 칩 비드((Multi-Layer Chip Bead)인 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품.
  11. 세라믹 본체와 상기 세라믹 본체의 내부에 위치하는 내부 전극을 포함하는 소자부와,
    상기 세라믹 본체의 양측면을 각각 덮는 측면 전극과 상면 양측의 일부를 각각 덮는 상부 전극 및 하면 양측의 일부를 각각 덮는 하부 전극을 구비하는 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 포함하는 외부 전극부 및
    전기 절연성 물질로 형성되며, 상기 상부 전극을 포함하는 영역에 코팅되어 형성되는 나노 박막층을 포함하며,
    상기 나노 박막층을 원자층 증착 공정에 의하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 공정은
    상기 증착 온도가 80 ~ 350℃인 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 Al2O3막으로 형성되며,
    상기 원자층 증착 공정은
    상기 증착 온도는 80 ~ 200℃이며,
    상기 알루미늄 공급원은 TMA(Trimethyl Aluminum: Al(CH3)3)이며,
    상기 알루미늄 공급원을 0.1 ~ 1.5초 동안 공급하고 불활성 가스를 30 ~ 100초동안 공급하여 퍼징한 후에, 상기 산소 공급원을 0.1 ~ 1.5초 동안 공급하고 불활성 가스를 30 ~ 100초동안 공급하여 퍼징하는 공정 싸이클을 반복하여 진행하는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 산소 공급원은 수증기, 산소, 오존 또는 산소플라즈마인 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 상기 외부 전극부의 외면의 전체에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 나노 박막층은 상기 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극 사이에서 노출되는 상기 세라믹 본체의 외면에도 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 박막층을 구비하는 적층 세라믹 칩 부품 제조 방법.
  17. 공정 가스가 유입되는 챔버 하우징 및 상기 챔버 하우징의 내부를 가열하는 가열 수단을 구비하는 챔버부와,
    상기 챔버 하우징의 내부에 수평 방향의 중심 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되며 상기 공정 가스가 일측에서 유입되어 타측으로 배출되는 회전 하우징 및 상기 회전 하우징을 회전시키는 회전 수단을 구비하는 회전부와,
    상기 공정 가스가 저장되는 가스 공급원과 상기 가스 공급원과 상기 챔버 하우징을 연결하는 가스 공급 라인 및 상기 가스 공급 라인상에 설치되어 상기 공정 가스의 흐름을 제어하는 제어 밸브를 구비하는 가스 공급부 및
    상기 챔버 하우징의 타측에 연결되어 상기 공정 가스를 배출하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전 하우징은 내부에 적층 세라믹 칩 부품이 충진되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 챔버 하우징은
    내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 원통 형상으로 형성되며, 타측에 형성되는 가스 배출홀을 구비하는 원통관과,
    상기 원통관의 일측단을 차폐하며, 일면에서 타면으로 관통되는 가스 공급홀을 구비하는 일측벽 및
    상기 원통관의 타측단을 차폐하는 타측벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  20. 제 17 항에 있어서
    상기 회전 하우징은
    내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 형상으로 형성되는 회전 원통관과,
    상기 공정 가스가 유입되는 일측 관통홀을 구비하며 상기 회전 원통관의 일측단부를 차폐하는 일측 회전벽 및
    상기 공정 가스가 배출되는 타측 관통홀을 구비하며 상기 회전 원통관의 타측단부를 차폐하는 타측 회전벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  21. 제 20 항에 있어서
    상기 일측 관통홀의 전체 면적이 상기 타측 관통홀의 전체 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  22. 제 17 항에 있어서
    상기 회전 하우징은
    내부가 중공이며 일측과 타측이 개방된 형상으로 형성되는 회전 원통관과,
    메쉬망으로 형성되며, 상기 회전 원통관의 일측단부에 결합되는 일측 회전벽 및
    메쉬망으로 형성되며, 상기 회전 원통관의 타측단부에 결합되는 타측 회전벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  23. 제 22 항에 있어서
    상기 일측 회전벽의 메쉬망에 형성되는 일측 관통홀의 전체 면적이 상기 타측 관통홀의 메쉬망에 형성되는 타측 관통홀의 전체 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  24. 제 17 항에 있어서
    상기 회전부는
    중심 축이 상기 회전 하우징의 중심 축과 일치하도록 상기 회전 하우징의 일측에서 타측으로 관통되어 결합되는 회전 샤프트를 더 포함하며,
    상기 회전 샤프트는 상기 회전 수단에 의하여 회전되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 가스 공급원은 금속 원소의 공급원인 제 1 소스 가스를 공급하는 제 1 소스 가스원과, 산소 또는 질소의 공급원인 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스원 및 퍼징 가스를 공급하는 퍼징 가스원을 포함하며
    상기 가스 공급 라인은 상기 제 1 소스 가스원과 연결되는 제 1 소스 라인과, 상기 제 2 소스 가스원과 연결되는 제 2 소스 라인 및 상기 퍼징 가스원과 연결되는 퍼징 라인을 포함하며,
    상기 제어 밸브는 제 1 소스 라인에 제 1 제어 밸브와, 상기 제 2 소스 라인에 연결되는 제 2 제어 밸브 및 상기 퍼징 라인에 연결되는 퍼징 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 소스 가스는 수증기, 산소(O2), 오존 또는 산소 플라즈마인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스는 상기 적층 세라믹 칩 부품의 표면에 나노 박막층을 형성하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 챔버부는 상기 가스 공급홀과 상기 가스 공급부를 연결하는 가스 공급관 및 상기 가스 배출홀과 상기 배기부를 연결하는 가스 배출관을 더 포함하며,
    상기 배기부는 상기 가스 배출관에 연결되는 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
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