WO2021033909A1 - 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 증착하는데 이용되는 화학적 증기기상 증착장비 - Google Patents

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

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Definitions

  • the present invention relates to a chemical vapor vapor deposition equipment used to form a thin film coating layer on a material, and more particularly, to a chemical vapor vapor deposition equipment configured to deposit a more uniform and homogeneous thin film layer on a plurality of powder particle materials. About.
  • thermochemical vapor vapor deposition equipment is an equipment used to form a thin film layer by supplying raw material gas to a heated material, and it can form a high-quality thin film layer with high purity by densely forming the thin film layer at high temperature. It has the advantage that it can be used a lot in various fields.
  • conventional chemical vapor vapor deposition equipment is mainly designed for the purpose of depositing a thin film layer of a desired material on the surface of a plate such as a semiconductor wafer or glass substrate, so that a thin film layer is formed on the surface of a powder material formed in the form of small powder particles.
  • a plate such as a semiconductor wafer or glass substrate
  • a thin film layer is formed on the surface of a powder material formed in the form of small powder particles.
  • a powder material in the form of powder particles must form a deposition layer on the entire surface of the particles, unlike a conventional deposition process in which a deposition layer is formed on one surface of a plate, and deposition must be performed in a state in which a plurality of particles are stacked and charged. Therefore, unlike the case of depositing a thin film layer on the surface of a plate such as a wafer, there is a problem in that it is difficult to form a homogeneous thin film layer on the entire powder particle surface requiring deposition.
  • Patent Document 1 there is disclosed a chemical vapor vapor deposition equipment for forming a thin film layer on a material in the form of powder particles.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment 10 disclosed in Patent Document 1 has a vacuum chamber 20 having a cylindrical structure rotatably mounted on a worktable, and then rotating the vacuum chamber 20 as shown in FIG. 1. Evaporation is performed by supplying heat and raw material gas to 20).
  • the vacuum chamber 20 in which the deposition is performed is formed in a simple cylindrical structure, and the heating unit 30 is disposed on a part of the outer peripheral surface of the vacuum chamber 20 Since it is configured to apply heat to the chamber 20, it is difficult to uniformly apply heat to the plurality of powder particles charged into the vacuum chamber 20 (that is, the temperature difference between the central portion and both ends of the vacuum chamber is The deposition process is performed in the generated state), which makes it difficult to form a homogeneous thin film layer on the powder particles charged in the vacuum chamber 20.
  • the powder material in the form of powder particles charged in the vacuum chamber 20 having a simple cylindrical structure is difficult to be evenly distributed and maintained in the vacuum chamber 20, so that the deposition layer is formed differently for each powder particle, thereby reducing the deposition quality. There is a risk of problems.
  • Patent Document 1 Korean Patent No. 10-1637980 (Registration Date: July 4, 2016)
  • the present invention is to solve the problems of the conventional chemical vapor vapor deposition equipment described above, and provides a chemical vapor vapor deposition equipment capable of efficiently depositing a thin film layer of uniform and high quality overall on a plurality of powder materials in the form of powder particles. It is aimed at.
  • a typical configuration of the present invention for achieving the above object is as follows.
  • a chemical vapor vapor deposition apparatus for forming a thin film layer on a material in the form of powder particles.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment includes a reaction tube in which a material is charged and deposition is performed, a heating unit for applying heat to the reaction tube, an insulation unit located outside the reaction tube and the heating unit, It includes a gas supply pipe for supplying gas into the reaction tube and a gas discharge pipe for discharging gas inside the reaction tube to the outside, and the reaction tube is rotatably disposed on a worktable and configured to perform deposition while rotating, and the reaction tube It may be configured to include a chamber part located in the center, a first cylindrical part located on one side of the chamber part, and a second cylindrical part located on the other side of the chamber part.
  • the chamber portion is configured to include a diameter expansion portion having an inner diameter larger than that of the first cylindrical portion and the second cylindrical portion and an inclined portion positioned at the end of the diameter expansion portion, and is formed in the chamber portion.
  • the material is charged into the receiving space to allow deposition to be performed, and the heating unit includes a central heating unit located radially outward of the chamber unit and a side heating unit located at both ends of the center heating unit. It may be configured to surround the chamber portion of the reaction tube in the radial direction and the axial direction.
  • a first inclined portion may be provided at one end of the diametrically expanding portion and a second inclined portion may be provided at the other end of the diametrically expanding portion.
  • the heating unit may be divided into a plurality of regions, and the heating unit of each region may be independently controlled to apply heat to the chamber unit.
  • the heating unit is a first heating unit that applies heat to a first area where the diameter expansion unit of the chamber unit is located, and a second heating unit that applies heat to a second area where the first inclined unit of the chamber unit is located.
  • the unit includes a third heating unit that applies heat to a third area where the second inclined unit of the chamber unit is located, and the first heating unit, the second heating unit, and the third heating unit are independently controlled based on the temperature of each area. Can be.
  • the heat insulating portion may be formed in a shape surrounding the chamber portion and the heating portion of the reaction tube from the outside.
  • one or more blades may be provided on the inner circumferential surface of the chamber part of the reaction tube to protrude radially inward and extending along the longitudinal direction of the chamber part along the circumferential direction of the chamber part.
  • lids may be provided at both ends of the reaction tube.
  • the cover portion is formed to include a stopper positioned at one side and an extension portion extending in a longitudinal direction from the stopper, and the extension of the cover may be configured to be inserted into and mounted in the reaction tube.
  • the cover portion may be formed such that an empty space portion is provided therein.
  • one or more vent holes may be provided in the cover part to communicate the empty space part with the outside.
  • an O-ring may be interposed between the extension part of the cover and the inner circumferential surface of the reaction tube to be coupled.
  • an impact applying unit for applying an impact to the reaction tube according to a predetermined time interval during deposition may be further included.
  • the impact applying unit may be composed of a hydraulic actuator formed of a piston and a cylinder.
  • the worktable includes an upper plate on which the reaction tube is mounted and a lower support part supporting the upper plate from a lower side, and the upper plate of the worktable is coupled to the lower support through a hinge part to pivot with respect to the lower support part. It can be configured to be rotatable.
  • an actuator is provided between the upper plate and the lower support part of the worktable, and the upper plate may be configured to be moved between a horizontal state and an inclined state by operation of the actuator.
  • the actuator provided between the upper plate and the lower support portion of the worktable may be composed of a hydraulic actuator formed of a piston and a cylinder.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment according to the present invention may further include other additional configurations within the scope not impairing the technical idea of the present invention.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment forms a chamber part having an extended accommodation space in a reaction tube in which deposition is performed, so that a plurality of powder particles are formed in the expanded accommodation space (recessed accommodation space) of the chamber part. Since the deposition is configured to be performed in a state in which is stably received, it is possible to form a deposition layer of an even film quality on a plurality of powder materials.
  • the chamber part of the reaction tube in which the powder particle material is charged and the deposition is performed is completely enclosed by the heating part (and the heat insulation part). Since it is configured to apply heat, deposition can be performed in a state in which an even temperature distribution is formed in the chamber portion of the reaction tube where deposition is performed, and thus, powder material in the form of powder particles compared to conventional chemical vapor deposition equipment. It is possible to form a more uniform and homogeneous deposition layer on the surface.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment is configured to partition the inner space of the chamber with blades protruding radially inward in the chamber portion of the reaction tube where the material is charged and deposition is performed. Therefore, when the deposition is performed while rotating the reaction tube, the powder particles charged in the chamber are moved to the top by the blade, and then the positions of the powder particles stacked up and down are agitated with each other while falling. A more homogeneous deposited layer can be formed.
  • FIG. 1 shows an example of a conventional chemical vapor deposition equipment.
  • reaction tube and related parts are in a cross-sectional shape so that the structure of the reaction tube, which is a characteristic configuration of the present invention, can be more clearly identified. Shown).
  • FIG. 3 exemplarily shows a structure of a reaction tube of a chemical vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention and a heating unit/heat insulation unit disposed around the reaction tube.
  • FIG. 4 exemplarily shows a cross-sectional structure of a reaction tube (chamber part) provided in a chemical vapor vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 exemplarily shows a structure of a cover part of a chemical vapor vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment 100 includes a reaction tube 200 in which deposition is performed, as described below, and a heating unit disposed around the reaction tube 200 to apply heat to the reaction tube. (300), a heat insulation part (400) surrounding the outside of the reaction tube and the heating part to prevent heat from being emitted to the outside, a gas supply pipe (500) that supplies raw material gas required for deposition into the reaction tube, and the gas in the reaction tube.
  • It may be configured to include a gas discharge pipe 600 that is discharged to the outside, and as described later, a material in the form of powder particles is charged into the reaction tube 200, and then the material is stirred while rotating the reaction tube 200. It may be configured to perform deposition by injecting gas or the like.
  • the reaction tube 200 is a portion in which a material to be deposited is loaded and deposition is performed, and may be formed in a tubular structure that is penetrated as a whole, and a chamber having an expanded space in the center
  • the additionally provided may be configured to perform deposition in a state where the powder material in the form of powder particles is charged and held in the chamber part.
  • the reaction tube 200 includes a first cylindrical portion 210 (a first support portion) and a second cylindrical portion 220 (second support portion) provided at both ends as shown in FIGS. 2 and 3 and between them. It may be composed of a chamber part 230 provided, and the chamber part 230 includes a diameter expansion part 240 located in the center and an inclined part located at both ends thereof (in the case of the embodiment shown in the figure, the first cylindrical part (210) and a first inclined portion 250 positioned between the diameter expansion portion 240 and a second inclined portion 260 positioned between the second cylindrical portion 220 and the diameter expanding portion 240] Can be formed by
  • the chemical vapor vapor deposition equipment 100 is expanded inside the reaction tube 200 in which a material is charged and deposition is performed. Since the chamber part 230 having a space is formed so that the material is charged into the chamber part 230, the device in the form of powder particles is stably charged in the extended receiving space in the form of a recess formed in the chamber part 230 Therefore, even when deposition is performed while rotating the reaction tube 200, the material in the form of powder particles does not deviate outward (toward the axial end side of the reaction tube) and is stably held in the deposition position. Evaporation is performed so that uniform and even deposition can be performed.
  • both ends of the chamber unit 230 are formed in an inclined portion (the first inclined portion 250 and the second inclined portion 260), in the process of rotating the reaction tube 200, the chamber portion ( The material charged in the 230) may be configured to be moved toward the center of the chamber part 230 to be more stably located in the chamber part 230, and after the deposition is completed, the reaction tube 200 is mounted as described later.
  • the reaction tube 200 is positioned at an inclined position by raising one side of the working table, the material charged in the chamber unit 230 can be more smoothly discharged to the outside by riding the inclined surface formed at the end of the chamber unit 230.
  • a heating unit 300 may be provided outside the reaction tube 200.
  • the heating unit 300 may be composed of a heating coil or the like, and may be configured to surround the chamber unit 230 of the reaction tube 200 in which a material is charged and deposition is performed.
  • the heating unit 300 is a cylindrical central heating unit and a central heating unit located radially outside the outer circumferential surface of the reaction tube 200 (specifically, the outer circumferential surface of the chamber unit 230 into which the material is charged) It may be configured to include side heating units positioned at both ends.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment 100 is a reaction tube 200 in which a material is charged and deposition is performed as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the heating unit 300 can be formed to apply heat, so that the conventional chemical vapor deposition equipment shown in FIG.
  • a uniform temperature condition without a temperature gradient can be formed in the chamber unit 230 where deposition is performed, and thus, a thin film layer having a more homogeneous film quality can be formed on a plurality of powder particles charged in the chamber unit 230.
  • the heating unit 300 is formed in a form in which side heating units extending in a direction perpendicular thereto are formed at both ends of the central heating unit arranged in a cylindrical shape, but the structure of the heating unit 300 Is not necessarily formed in such a structure, and the side heating part has an inclined structure like the inclined portions (first inclined portion 250 and second inclined portion 260) provided at both ends of the chamber 230.
  • the chamber unit 230 may be changed to any other structure and formed.
  • the space unit S is a heat preservation unit.
  • the heating unit 300 may be divided into a plurality of regions, and may be configured to independently control the heating units of each region to apply heat to the chamber unit 230.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment according to an embodiment of the present invention includes three regions according to the structure of the chamber unit 230 in which deposition is performed, as shown in FIG.
  • the first heating part 310 in which the heating part 300 is located in the first region Z1, the second heating part 320 in the second region Z2, and the third heating part in the third region It is configured to be formed to include 330, each heating unit according to the temperature measured through a temperature sensor (not shown) installed in each area (first heating unit 310, second heating unit 320), By independently controlling the third heating unit 330], a more even temperature gradient may be formed in the entire chamber unit 230 in which the material is charged, thereby performing homogeneous deposition on the entire material.
  • the outside of the chamber unit 230 and the heating unit 300 of the reaction tube 200 may be provided with a heat insulating unit 400 for preventing heat from being released to the outside.
  • the heat insulating part 400 is preferably in a radial direction so as to surround the chamber part 230 and the heating part 300 of the reaction tube from the outside, and preferably the chamber part 230 and the heating part 300 of the reaction tube. And it may be configured to be enclosed in the axial direction outside, the above-described heating unit 300 and the heat insulating unit 400 may be configured to be disposed in the outer housing 410.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment 100 forms the chamber part 230 of the reaction tube 200 in which deposition is performed in a structure completely surrounded by the heating part 300 and Since it is configured to supply heat to the chamber unit 230 and completely surround the chamber unit 230 and the heating unit 300 through the thermal insulation unit 400 to perform thermal insulation, the chamber of the reaction tube 200 Heat required for thin film layer deposition is smoothly applied to the unit 230 so that a uniform temperature gradient can be maintained throughout, and thus, a high quality thin film layer can be reliably deposited on a plurality of powder materials in the form of powder particles.
  • the reaction tube 200 may be configured to be rotatably mounted on the work table 500.
  • the reaction tube 200 is rotatably supported through a support 510 mounted on the work table 500, as shown in FIG. 2, for example, the outer peripheral surface of the reaction tube 200 (specifically, the reaction tube
  • the outer circumferential surfaces of the first cylindrical portion 210 and the second cylindrical portion 220 of 200] may be configured to be rotatably mounted and supported on the support 510, and an electric motor is provided on one side of the reaction tube 200
  • the driving force generated by the power device 520 such as the back may be configured to be transmitted through the power transmission device 530 such as a chain, and thus may be configured to rotate the reaction tube 200.
  • the chemical vapor vapor deposition equipment 100 can perform deposition on a material in the form of powder particles charged therein while rotating the reaction tube 200, a number of Even if the deposition is performed while the powder particles (powder material) are stacked in the reaction tube 200 and charged, deposition is performed while the charged powder particle materials are stirred smoothly, so that a uniform deposition layer can be formed on a plurality of powder particles. do.
  • one or more blades 270 may be provided inside the chamber 230 of the reaction tube 200 into which the material to be deposited is charged.
  • the blade 270 may protrude from the inner circumferential surface of the chamber unit 230 and extend along the axial direction of the reaction tube 200, as shown in FIG. 4, and at least one blade 270 may be formed along the circumferential direction.
  • the material in the form of powder particles is charged to form the blade 270 in the chamber part 230 of the reaction tube 200 in which deposition is performed, the material charged in the chamber part 230 is the reaction tube 200 ) As it rotates, it is pulled up and then dropped, and the positions of the materials stacked up and down are changed, so that the agitation of the material can be performed more effectively, and thus, a plurality of powder particles are stacked in the chamber unit 230. Even if charged, a homogeneous thin film layer can be stably formed on the entire material.
  • a cover portion 280 may be provided at both ends of the reaction tube 200, and the cover portion 280 performs a function of closing both ends of the reaction tube 200. do.
  • the structure of the cover part 280 that can be mounted on the reaction tube 200 of the chemical vapor vapor deposition equipment 100 according to an embodiment of the present invention is illustrated by way of example.
  • the cover 280 is provided on one side to block the end of the reaction tube 200, a stopper 282 and an extension 284 extending in one direction from the stopper 282.
  • the extension part 284 may be configured to have a size corresponding to the inner circumferential surface of the end side of the reaction tube 200 and be inserted into the reaction tube 200 to be mounted. In this way, when a part of the cover part 280 (in the case of the embodiment shown in the drawing, the extension part 284) is inserted into the reaction tube 200 and mounted, heat is lost from the reaction tube 200 to the outside. It can be more effectively prevented from becoming, it can be advantageous for deposition.
  • the extension part 284 of the cover part 280 is formed to have substantially the same length as the cylindrical part (first cylindrical part 210 and second cylindrical part 220) located at both ends of the reaction tube 200
  • the end of the cover part 280 may be inserted and mounted to a position adjacent to the chamber part 230.
  • a gas supply pipe 600 for supplying a raw material gas to be deposited is connected to the cover part 280 mounted on the inlet side of the reaction tube 200 so that the reaction tube 200 It may be configured to supply a source gas for deposition into the interior.
  • the gas supply pipe 600 is rotatably connected to the lid 280 through a rotary joint, etc., so that the reaction tube 200 and the lid 280 coupled thereto are Even if rotated, the gas supply pipe 600 may be coupled so as not to be twisted.
  • the cover portion 280 may be formed in a thin cylindrical structure to form an empty space therein (see FIGS. 2, 3, and 5).
  • the gas introduced into the cover unit 280 through the gas supply pipe 600 is diffused into the inner space of the cover unit 280 and then the reaction tube through the opening 286 formed on the other side of the cover unit 280 (200) Since it can be introduced into the interior, the gas supplied through the gas supply pipe 600 is diffused and uniformly supplied at a low speed to induce a more uniform thin film layer to be deposited on the material.
  • vent hole 288 is formed in the cover part 280 so that high pressure is not formed inside the cover part 280, and the extension part 284 and the extension part (
  • a sealing member such as an O-ring, is coupled between the inner circumferential surfaces of the reaction tube 200 into which the 284 is inserted, so as to prevent pressure leakage into and out of the reaction tube 200.
  • a gas discharge pipe 700 for discharging the residual gas inside the reaction tube 200 is connected to the outlet side cover part 280, and after the deposition process is completed, the inside of the reaction tube 200 It may be configured to discharge the gas remaining in the reaction tube to the outside or to discharge the internal gas to create a vacuum environment inside the reaction tube 200 for deposition.
  • the gas discharge pipe 700 may be rotatably connected to the lid portion through a rotary joint or the like so that the gas discharge pipe is not twisted even if the reaction tube and the lid portion coupled thereto rotate.
  • the gas discharge pipe 700 is configured to include a gas exhaust pipe 710 for discharging the gas remaining after the deposition process and a suction pipe 720 for inhaling the air inside the reaction tube 200
  • the suction pipe 720 may be connected to a vacuum pump (not shown) or the like and configured to suck air inside the reaction tube 200 to create a vacuum environment inside the reaction tube 200, and the discharge pipe 710 ) And the suction pipe 720 may be operated to be opened and closed through a valve device 730 or the like.
  • the reaction tube 200 may be arranged to be rotatable on the worktable 500 and configured to perform deposition.
  • the worktable 500 may be composed of an upper plate 540 on which the reaction tube 200 is mounted and a lower support part 550 supporting the same, and the upper plate 540 may be formed at the lower part through the hinge part 560. It may be pivotably mounted on the support 550.
  • an actuator 570 is provided between the upper plate 540 and the lower support part 550, and the upper plate 540 is attached to the lower support part 550 around the hinge part 560 by the operation of the actuator 570. It may be configured so that it can be pivotally rotated, that is, the upper plate 540 may be disposed to be inclined.
  • the actuator 570 is formed of a hydraulic actuator formed of a cylinder and a piston mounted thereto, as shown in FIG. 2, and may be configured to move the position of the upper plate 540 by reciprocating movement of the piston. have.
  • the worktable 500 performs the deposition process while the reaction tube 200 is horizontally positioned as shown in FIG. 2, and after the deposition process is completed, the worktable 500 performs the deposition process through the actuator 570.
  • the actuator 570 By raising one end of the reaction tube 200 and placing it in an inclined position, the material located inside the reaction tube 200 may be easily removed to the outside after the deposition process is completed.
  • the chamber part 230 of the reaction tube 200 in which the material is charged and deposition is performed is at the end of the inclined part (for example, Since it is formed to have a first inclined part 250 formed on one side of the chamber part, the upper plate 540 of the work table 500 and the reaction tube 200 mounted thereon are inclined using the actuator 570 The material charged into the chamber part 230 of the rear reaction tube 200 can be more easily removed to the outside through the inclined part formed at the end of the chamber part.
  • an impact applying unit 290 for applying an impact to the reaction tube 200 may be provided outside the reaction tube 200.
  • the impact applying unit 290 may be composed of a hydraulic actuator formed of a cylinder and a piston, similar to an actuator provided on a work table, and to impart a predetermined impact to the reaction tube 200 during the deposition process. Can function.
  • the material in the form of powder particles charged inside the reaction tube 200 is transferred to the chamber unit 230
  • the deposition can be performed while smoothly agitated without being fixed to the inner circumferential surface of the, so that a higher quality and homogeneous thin film layer can be formed.

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Abstract

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

Description

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

Claims (18)

  1. 분말 입자 형태의 소재에 박막층을 형성하는 화학적 증기기상 증착장비(100)이며,
    소재가 장입되어 증착이 수행되는 반응튜브(200)와,
    상기 반응튜브(200)에 열을 인가하는 가열부(300)와,
    상기 반응튜브(200) 및 가열부(300)의 외측에 위치하는 단열부(400)와,
    상기 반응튜브(200) 내로 가스를 공급하는 가스 공급관(600)과,
    상기 반응튜브(200) 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출관(700)을 포함하고,
    상기 반응튜브(200)는 작업대(500) 상에 회전가능하게 배치되어 회전하면서 증착을 수행하도록 구성되고,
    상기 반응튜브(200)는 중심부에 확장된 수용공간을 갖는 챔버부(230)를 구비해, 상기 챔버부(230)에 소재가 장입되어 증착이 수행되도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응튜브(200)는 중심부에 위치하는 챔버부(230), 상기 챔버부(230)의 일측에 위치하는 제1 원통부(210), 상기 챔버부(230)의 타측에 위치하는 제2 원통부(220)를 포함하여 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버부(230)는 제1 원통부(210) 및 제2 원통부(220) 보다 확장된 내경을 갖는 직경 확장부(240)와 직경 확장부(240)의 양측 단부에 위치하는 제1 경사부(250) 및 제2 경사부(260)를 포함하여 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열부(300)는 소재가 장입되는 반응튜브(200)의 챔버부(230)를 외측에서 에워싸는 형태로 형성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가열부(300)는 복수의 영역으로 구획되어 각 영역의 가열부를 독립적으로 제어해 챔버부(230)에 열을 인가하도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가열부(300)는, 챔버부(230)의 직경 확장부(240)가 위치하는 제1 영역(Z1)에 열을 인가하는 제1 가열부(310), 챔버부(230)의 제1 경사부(250)가 위치하는 제2 영역(Z2)에 열을 인가하는 제2 가열부(320), 챔버부(230)의 제2 경사부(260)가 위치하는 제3 영역(Z3)에 열을 인가하는 제3 가열부(330)를 포함하고,
    상기 제1 가열부(310), 제2 가열부(320) 및 제3 가열부(330)는 각 영역의 온도 기초해 독립적으로 제어되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 단열부(400)는 상기 반응튜브(200)의 챔버부(230) 및 가열부(300)를 외측에서 에워싸는 형태로 형성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응튜브(200)의 챔버부(230) 내주면에는 반경방향 내측으로 돌출되어 형성되며 챔버부(230)의 길이방향을 따라 연장하는 블레이드(270)가 챔버부(230)의 원주방향을 따라 하나 이상 구비되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응튜브(200)의 양측 단부에는 덮개부(280)가 구비되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 덮개부(280)는 일측에 위치하는 마개부(282)와 상기 마개부(282)로부터 길이방향을 따라 연장하는 연장부(284)를 포함하여 형성되고,
    상기 덮개부(280)의 연장부(284)는 상기 반응튜브(200) 내로 삽입되어 장착되도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 덮개부(280)는 내부에 빈 공간부가 구비되도록 형성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개부(280)에는 내부의 빈 공간부를 외부와 연통시키는 벤트홀(288)이 하나 이상 구비되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 덮개부(280)의 연장부(284)와 상기 반응튜브(200)의 내주면 사이에는 O링이 개재되어 결합되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    증착이 수행되는 동안 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 반응튜브(200)에 충격을 인가하는 충격 인가부(290)가 더 포함되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 충격 인가부(290)는 피스톤과 실린더로 형성되는 유압 액츄에이터로 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업대(500)는 상기 반응튜브(200)가 거치되는 상부 플레이트(540)와 상기 상부 플레이트(540)를 하측에서 지지하는 하부 지지부(550)를 포함하고,
    상기 작업대(500)의 상부 플레이트(540)는 힌지부(560)를 통해 상기 하부 지지부(550)에 결합되어 하부 지지부(550)에 대해 피봇회전 가능하도록 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 작업대(500)의 상부 플레이트(540)와 하부 지지부(550) 사이에는 액츄에이터(570)가 구비되어 액츄에이터(570)의 작동에 의해 상부 플레이트(540)가 수평한 상태와 경사진 상태 사이에서 위치이동되도록,
    화학적 증기기상 증착장비.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 작업대(500)의 상부 플레이트(540)와 하부 지지부(550) 사이에는 구비되는 액츄에이터(570)는 피스톤과 실린더로 형성되는 유압 액츄에이터로 구성되는,
    화학적 증기기상 증착장비.
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