WO2021145491A1 - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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chemical vapor
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reaction chamber
deposition apparatus
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문진산
박원배
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엘지전자 주식회사
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    • C01B32/186—Preparation by chemical vapour deposition [CVD]

Definitions

  • the present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus. More particularly, the invention relates to a chemical vapor deposition apparatus in which a divided chamber is formed by dividing a reaction chamber.
  • Graphene and the like may be formed using chemical vapor deposition (CVD).
  • the chemical vapor deposition method is a method of depositing a film of a material required on the surface of a vapor-deposited body by supplying various gases serving as deposition materials to the inside of a chamber that is forming a specific state such as phase-in, low pressure, or plasma in general. it is fair
  • KR 10-2013-0053201 discloses a roll-to-roll type chemical vapor deposition apparatus.
  • the chemical vapor deposition apparatus disclosed in KR 10-2013-0053201 has a problem in that the length or size of the apparatus is excessively large because a plurality of chambers are vertically arranged.
  • the present invention is to provide a compact chemical vapor deposition apparatus.
  • the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of improving the quality of chemical vapor deposition.
  • the present invention is intended to solve all problems that can be generated or predicted from the prior art in addition to the technical problems described above.
  • the chemical vapor deposition apparatus includes an internal partition wall dividing an internal space of a reaction chamber.
  • the chemical vapor deposition apparatus includes a reaction chamber having an upper end and an open lower end, at least one disposed inside the reaction chamber and dividing the inner space of the reaction chamber in a height direction to form a plurality of divided chambers Including internal partitioning bulkheads.
  • the reaction chamber includes a heating device disposed on the outer surface of the reaction chamber, a plurality of upper winding rolls disposed above the reaction chamber, and at least one roller disposed below the reaction chamber.
  • Each of the plurality of division chambers may correspond to each of the plurality of upper winding rolls.
  • a plurality of reactive gas supply pipes may be further included, and the plurality of reactive gas supply pipes may be connected to each of the plurality of division chambers.
  • the heating device may be disposed on a side surface of the reaction chamber.
  • Each of the plurality of upper winding rolls may wind or unwind a vapor-deposited body.
  • the roller may include at least one guide roller, and the guide roller may guide the unrolled vapor-deposited body so that another winding roll winds it.
  • the first upper winding roll among the plurality of upper winding rolls may unwind the wound vapor-deposited body, and the guide roller may guide the vapor-deposited object so that the second upper winding roll winds the unwound vapor-deposited object.
  • the guide roller may be disposed between the division chambers at a lower side of the division chamber.
  • the roller may include a plurality of lower winding rolls, and each of the plurality of lower winding rolls may correspond to each of the plurality of upper winding rolls.
  • the upper winding roll may unwind the vapor-deposited body, and the lower winding roll may wind the vapor-deposited object.
  • It may further include a baffle disposed at the opened upper end and lower end of the reaction chamber to shield the opening.
  • the baffle may include at least one of graphite, stainless steel, titanium, nickel, Inconel alloy, and quartz.
  • the baffle may include an upper baffle disposed at an upper end of the reaction chamber and a lower baffle disposed at a lower end of the reaction chamber, and the upper baffle and the lower baffle may include a plurality of slots through which the deposited layer passes.
  • Each of the plurality of slots may correspond to each of the plurality of division chambers.
  • the upper baffle may include a baffle plate in which a coupling portion coupled to the reaction gas supply pipe and a plurality of slots are formed, and a lower baffle tube positioned below the baffle plate and having a plurality of through holes and a plurality of slots formed therein.
  • a thickness of the lower baffle tube may be greater than a thickness of the baffle plate.
  • the upper baffle may include a baffle plate having a coupling portion coupled to the reaction gas supply pipe and a plurality of slots, and a plurality of diffusion baffle plates spaced apart from the baffle plate at a lower side of the baffle plate.
  • the plurality of diffusion baffle plates may be sequentially disposed to be spaced apart from each other, and the plurality of slots and through-holes may be formed in each diffusion baffle plate.
  • the number of through holes may increase toward the lower side.
  • the lower baffle may include a plurality of slots and a through hole may not be formed.
  • the chemical vapor deposition apparatus of the present invention can be made compact by dividing the internal space of the reaction chamber by an internal partition wall, and at the same time, the divided internal space can share a heating device, thereby improving production efficiency.
  • a baffle for shielding the opening of the reaction chamber may reduce temperature non-uniformity and improve chemical vapor deposition quality.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a chemical vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a coupling configuration of a reaction chamber of a chemical vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view illustrating an upper baffle and a lower baffle according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a chemical vapor deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 of the present invention can be made compact by dividing the internal space of the reaction chamber 10 by the internal partition wall 20 , and at the same time, the divided internal space can share the heating device 30 . , the production efficiency can be improved.
  • FIGS. 1 to 4 a chemical vapor deposition apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may include a tubular reaction chamber 10 having an upper end and an open lower end.
  • the reaction chamber 10 may provide a space in which a chemical vapor deposition process is performed by forming an internal space of a predetermined size.
  • the reaction chamber 10 may have a cylindrical shape extending in the height direction.
  • the cylindrical shape may be a geometric cylindrical shape such as a cylinder or a square pillar, but is not limited thereto, and includes a non-geometric cylindrical shape having a horizontal, vertical, and height to form an internal space.
  • the reaction chamber 10 may be made of a material having excellent wear resistance and corrosion resistance.
  • the reaction chamber 10 may be formed of quartz, but is not limited thereto.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may further include an internal partition wall 20 to divide the internal space.
  • the internal partition wall 20 may be disposed inside the reaction chamber 10 and divide the internal space of the reaction chamber 10 in a height direction to form a plurality of partition chambers 11 .
  • the inner partition wall 20 is inserted so that the edge of the inner partition wall 20 is in contact with the inner surface of the reaction chamber 10 to divide the inner space of the reaction chamber 10 to form a plurality of partition chambers 11 . .
  • the internal partitioning barrier rib 20 can divide the internal space of the reaction chamber 10 in the height direction by inserting the internal dividing partition 20 in the height direction of the reaction chamber 10 .
  • each of the plurality of division chambers 11 may be a separation space physically independent from other division chambers 11 by the internal partition wall 20 .
  • At least one internal partition wall 20 included in the chemical vapor deposition apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may be used.
  • two dividing chambers 11 may be formed, or by including two internal dividing partition walls 20 intersecting each other, four dividing chambers 11 may be formed.
  • the number of the internal partitioning partition walls 20 and the number of partitioning chambers 11 are not limited to the structures shown in the above description and drawings, and the internal partitioning partition walls 20 and the internal partitioning partition walls 20 and therein are easily designed by a person skilled in the art. Depending on the number of division chambers 11 can be adjusted.
  • the plurality of internal partitioning partitions 20 may cross each other so that the angles between the internal partitioning partitions 20 may be equal.
  • the structure of the plurality of internal dividing partition walls 20 is also not limited to the above description, and a person skilled in the art can divide each divided chamber 11 independently while forming a plurality of divided chambers 11 . It will be said that it includes a structure that can be easily designed and changed.
  • the internal partition wall 20 may include at least one of quartz, graphite, titanium, nickel, Inconel alloy, and stainless steel, but is not limited thereto, and includes a material that can be easily designed and changed by a person skilled in the art. will be.
  • the internal partition wall 20 does not partition the entire internal space of the reaction chamber 10 , but may partition a central portion. That is, since the height of the internal partition wall 20 is smaller than the height of the reaction chamber 10 , some parts of the upper and lower parts of the reaction chamber 10 are not divided, and the central part is divided by the internal partition wall 20 . can
  • Each region divided by the internal partition wall 20 may be an active zone in which chemical vapor deposition is actually performed.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may include a heating device 30 disposed on a side surface of the reaction chamber 10 .
  • the heating device 30 may be formed in a structure surrounding the reaction chamber 10 on the outer surface or the inner surface of the reaction chamber 10 .
  • the heating device 30 surrounds the outer surface of the reaction chamber 10 , and in a cross-section cut in a direction perpendicular to the height direction of the reaction chamber 10 , the heating device 30 may be annular.
  • the heating device 30 is disposed on the outer surface of the reaction chamber 10 and formed to surround the outer surface of the reaction chamber 10, whereby the divided chamber 11 is They may share a heating device (30).
  • the heating device 30 may include at least one of a resistance coil, a halogen lamp, and an IR heater, but the configuration of the heating device 30 is not limited to the above description, and a person skilled in the art can apply it as a chemical vapor deposition device. It will be said that it includes a heating device that can be used.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may include a plurality of upper winding rolls 40 disposed above the reaction chamber 10 .
  • the plurality of upper winding rolls 40 may be disposed above the reaction chamber 10 to be spaced apart from the reaction chamber 10 .
  • Each of the plurality of upper winding rolls 40 may wind or unwind the vapor-deposited body 1, which is deposited in a chemical vapor deposition process, in a roll shape.
  • all of the plurality of upper winding rolls 40 may unwind the vapor-deposited body 1 , some upper winding rolls 40 unwind the vapor-deposited body 1 , and some upper winding rolls 40 may unwind the vapor-deposited body 1 .
  • the vapor-deposited body 1 can also be wound up.
  • the vapor-deposited body 1 is an object on which chemical vapor deposition is performed, and may include a catalytic metal, for example, copper.
  • a catalytic metal for example, copper.
  • the type of the vapor-deposited body 1 is not limited to the above description, and it will be said that even the type of the vapor-deposited body 1 applicable to the chemical vapor deposition method is included.
  • the number of the plurality of upper winding rolls 40 and the number of the plurality of division chambers 11 may be the same, and further, in each division chamber 11 , Each winding roll 40 may be disposed correspondingly.
  • the vapor-deposited body 1 released from each of the upper winding rolls 40 can move to the divided divided chambers 11 independently of each other, or the vapor-deposited objects 1 coming out of each of the divided chambers 11 . ) may be wound on each upper winding roll 40 .
  • the vapor-deposited object 1 released from each upper winding roll 40 or the vapor-deposited object 1 coming out from each division chamber 11 is guided by one of the plurality of upper auxiliary guide rollers 41 to guide the division chamber. (11) or may be wound on the upper winding roll (40).
  • the position of the upper winding roll 40 and the division chamber 11 corresponding thereto may not be aligned.
  • the upper auxiliary guide roller 41 is disposed at a point aligned with the central position of the dividing chamber 11 , and the vapor-deposited body 1 released from the upper winding roll 40 is an upper auxiliary guide roller 41 . Guided by the can be stably introduced into the corresponding division chamber (11).
  • the vapor-deposited body 1 coming out of the division chamber 11 may be guided by the upper auxiliary guide roller 41 to be stably wound around the upper winding roll 40 .
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may further include a plurality of reactive gas supply pipes 60 .
  • the plurality of reactive gas supply pipes 60 may be connected to each of the plurality of divided chambers 11 to supply source gases used for chemical vapor deposition, and the like.
  • reaction gas supply pipe 60 may supply methane (CH4) gas as a carbon source including a carrier gas.
  • CH4 methane
  • a gas such as hydrogen (H2), argon (Ar), and nitrogen (N2) may be used as a single gas or a mixed gas, and graphene on the vapor-deposited body 1 by supplying methane gas together with the carrier gas (Graphene) can be deposited.
  • H2 hydrogen
  • Ar argon
  • N2 nitrogen
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 connects the reactive gas supply pipe 60 to each of the plurality of divided chambers 11 , different chemical vapor deposition conditions can be configured for each divided chamber 11 . there is.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may include at least one roller 50 disposed below the reaction chamber 100 .
  • the roller 50 includes at least one guide roller 51 , and the guide roller 51 is disposed below the inner dividing partition wall 20 to be unwound from one of the upper winding rolls 40 unwound.
  • the deposition body 1 may be guided so that another upper winding roll 40 is wound.
  • the roller 50 may further include a lower auxiliary guide roller 52 .
  • the lower auxiliary guide roller 52 is disposed at a point aligned with the central position of the division chamber 11 from the lower side of the division chamber 11 , and the vapor-deposited body 1 exiting from the division chamber 11 is lowered.
  • the auxiliary guide roller 52 guides the guide roller 51 to prevent deterioration of deposition quality.
  • the vapor-deposited body 1 guided by the guide roller 51 may be guided again by the other lower auxiliary guide roller 52 to be introduced into the other division chamber 11 .
  • the lower auxiliary guide roller 52 and the upper auxiliary guide roller 51 may correspond to each other and may be disposed on a vertical line.
  • the roller may have a rotatable roller shape, but is not limited thereto and may have a non-rotating bar shape.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 includes the guide roller 51 , so that the vapor-deposited body 1 unwound from the specific upper winding roll 40 is at least two or more divided chambers 11 . can go through
  • the number of guide rollers 51 may vary according to the number of division chambers 11 .
  • one guide roller 51 may be disposed, and three dividing chambers 11 divided into three When is formed, two guide rollers 51 may be disposed.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 includes a divided chamber 11 independently divided by an internal partitioning wall 20 , and a plurality of upper winding rolls 40 arranged to correspond to the divided chamber 11 . ), a reaction gas supply pipe 60 and a guide roller 51 .
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 can be made compact, and at the same time, continuous deposition is possible by connecting the divided chamber 11 , so productivity is achieved. can improve
  • the first upper winding roll 40 which is one of the plurality of upper winding rolls, can unwind the vapor-deposited body 1 wound in a roll shape, and the unwound vapor-deposited object (1) is introduced into the first division chamber 11 corresponding to the first upper winding roll 40 through the first upper auxiliary guide roller 41.
  • the vapor-deposited body 1 introduced into the first divided chamber 11 is supplied with the reaction gas of the first condition from the reaction gas supply pipe 60 connected to the first divided chamber 11 , and a heating device 30 .
  • the first chemical vapor deposition may be performed on the vapor-deposited body 1 by heating so that the temporary chemical vapor deposition is performed.
  • the vapor-deposited body 1 on which the first chemical vapor deposition has been performed moves in the lower direction and is guided by the first and second lower auxiliary guide rollers 52 and the guide rollers 51 to be guided by the second and second division chambers 11 ) can be moved to
  • the vapor-deposited body 11 moved to the second divided chamber 11 receives the reaction gas of the second condition from the reaction gas supply pipe 60 connected to the second divided chamber 11, and the heating device 30 ) by heating so that the chemical vapor deposition is made, the second chemical vapor deposition can be made on the vapor-deposited body (1).
  • the adherend 1 on which the second chemical vapor deposition has been performed is guided by the second upper auxiliary guide roller 41 and wound by the second upper winding roll 40 corresponding to the second division chamber 11 . can get
  • the first condition and the second condition may include a type of a reactive gas, a flow rate, and a pressure environment, and in the first and second chemical vapor deposition using the chemical vapor deposition apparatus 100 , the first The condition and the second condition may be the same condition or different conditions.
  • first condition when the first condition is different from the second condition, different first and second chemical vapor depositions may be effectively performed using one reaction chamber 10 .
  • first condition and the second condition are the same, the effect of repeated deposition can be performed using one reaction chamber 10 , so that the chemical vapor deposition apparatus 100 can be compacted and chemical vapor deposition is performed at the same time. productivity can be improved.
  • baffle 70 of the chemical vapor deposition apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 1, 3 and 4 .
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may include the baffle 70 to reduce chemical vapor deposition temperature non-uniformity, thereby improving deposition quality.
  • the baffle 70 of the chemical vapor deposition apparatus 100 may be disposed at the open upper end and the lower end of the reaction chamber 10 to shield each of the openings.
  • the baffle 70 covers at least a part of the opening of the reaction chamber 10 , and the internal space of the reaction chamber 10 is It does not mean that it is completely isolated from the outside by the baffle 70 .
  • the baffle 70 includes an upper baffle 71 disposed at the upper end opening of the reaction chamber 10 and a lower baffle 72 disposed at the lower end opening of the reaction chamber 10, and the upper baffle ( 71) and the lower baffle 72 may include a plurality of slots through which the vapor-deposited body 1 passes. Furthermore, the slots are formed to correspond to each of the division chambers 11 .
  • the upper baffle 71 may form a plurality of coupling portions 73 to which each of the reactive gas supply pipes 60 corresponding to each of the division chambers 11 are connected.
  • the coupling portion 73 may be a through portion of the upper baffle 71 , and the reactive gas supply pipe 60 may be coupled to the through portion to supply the reaction gas into the division chamber 11 .
  • each division chamber 11 is shielded by the upper baffle 71 and the lower baffle 72, and the deposited body 1 is a slot formed in the upper baffle 71 and the lower baffle 72. is inflow and outflow, and each reaction gas supply pipe 60 is connected to the upper baffle 71 to receive the reaction gas under independent conditions.
  • each of the upper baffle 71 and the lower baffle 72 shields the opened upper end and lower end of the reaction chamber 10 , thereby opening the reaction chamber 10 . It is possible to prevent top and bottom heat loss that may occur by
  • the temperature inside the reaction chamber 10 is not uniform because heat flows from the top and bottom of the reaction chamber 10 to the outside, and the open upper end and As it approaches the lower part, the temperature may be significantly lower than that of the central part.
  • the baffle 70 according to the embodiment of the present invention shields the open upper end and lower end of the reaction chamber 10 (b), chemical vapor deposition is prevented by preventing heat loss at the upper end and lower end of the reaction chamber 10 It is possible to equalize the temperature and, consequently, improve the deposition quality.
  • the baffle 70 may include at least one of graphite, stainless steel, and quartz to effectively maintain a uniform temperature in the reaction chamber 10 .
  • the baffle 70 includes the above-mentioned constituent material, the temperature in the reaction chamber 10 may not be effectively discharged to the outside.
  • the material of the baffle 70 is not limited to the above description, and it will be said that it includes a range that can be easily designed and changed by a person skilled in the art.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 may further improve the chemical vapor deposition quality by controlling the shape of the upper baffle 71 to improve reactive gas diffusivity.
  • the upper baffle 71 is a coupling part 73 connected to the reaction gas supply pipe 60 and a baffle plate 71a1 and a plurality of slots formed on the lower side of the baffle plate 71a1. It may include a lower baffle tube 71a2 in which a plurality of through-holes 74 and a plurality of slots are formed.
  • the baffle plate 71a1 and the lower baffle tube 71a2 may be disposed with a separation distance, and the reaction gas supply pipe 60 is coupled to the coupling portion 73 between the baffle plate 71a1 and the lower baffle tube 71a2.
  • the reaction gas may be supplied to the reaction chamber 11 .
  • the injected reaction gas is diffused between the baffle plate 71a1 and the lower baffle tube 71a2 and is distributed and supplied to the division chamber 11 by the plurality of through holes 74 formed in the lower baffle tube 71a2.
  • the reaction gas is distributed by the plurality of through-holes 74 and supplied to the division chamber 11, so that the reaction gas is locally concentrated or insufficient. Degradation of deposition quality can be effectively prevented.
  • the lower baffle tube 71a2 may be thicker than the baffle plate 71a1.
  • the chemical vapor deposition apparatus 100 controls the thickness between the lower baffle tube 71a2 and the baffle plate 71a1, and forms a separation distance between the lower baffle tube 71a2 and the baffle plate 71a1. It is possible to effectively prevent leakage of hot air from the division chamber 11 .
  • a relatively thick lower baffle tube 71a2 is located at the lower side, so that most of the heat flowing out from the division chamber 11 can be blocked, and an air layer formed between the lower baffle tube 71a2 and the baffle plate 71a1. Since silver has low thermal conductivity, it is possible to more effectively reduce the emitted heat.
  • the upper baffle 71 is not limited to the structure shown in the above description and drawings.
  • the upper baffle 71 includes a coupling part 73 coupled to the reaction gas supply pipe 60 and a baffle plate 71b1 in which a plurality of slots are formed, the baffle plate A plurality of diffusion baffle plates 71b2 spaced apart from the 71b1 may be included.
  • a plurality of diffusion baffle plates 71b2 may be sequentially disposed below the baffle plate 71b1 , and a plurality of slots and through-holes 74 may be formed in each of the diffusion baffle plates 71b2 .
  • the reaction gas supply pipe 60 is coupled to the coupling part 73, and the reaction gas is supplied to the reaction chamber 11 between the baffle plate 71b1 and the diffusion baffle plate 71b2. can supply
  • the injected reaction gas is diffused between the baffle plate 71b1 and the uppermost diffusion baffle plate 71b2 and passes through the plurality of through holes 74 formed in the plurality of diffusion baffle plates 71b2 to the division chamber 11. It can be distributed and supplied.
  • a plurality of slots and through-holes 74 may be formed in each of the plurality of diffusion baffle plates 71b2, and the number of through-holes 74 formed in the diffusion baffle plate 71b2 may increase toward the lower side.
  • the upper baffle 71 includes a plurality of diffusion baffle plates 71b2, and as the number of through holes 74 formed in the diffusion baffle plate 71b2 increases toward the lower side, the reactive gas The diffusivity of can be further improved.
  • the plurality of diffusion baffle plates 71b2 are spaced apart from each other, so that whenever the injected reaction gas passes through the through-hole 74 of each diffusion baffle plate 71b2, it undergoes a diffusion process again in the spaced apart space, Since the number of through-holes 74 increases toward the lower side, the reaction gas can be efficiently dispersed throughout the divided chamber 11 .
  • a plurality of slots may be formed like the upper baffle 71, but a through hole may not be formed.
  • Residual reactive gas that has not reacted in the chemical vapor deposition process may be discharged to the outside of the reaction chamber 10 through an exhaust unit (not shown) connected to a vacuum pump (not shown).
  • the chemical vapor deposition apparatus 200 according to the present embodiment is substantially the same as the chemical vapor deposition apparatus 100 described with reference to FIGS. 1 to 4 , except that the configuration and structure of the roller 50 are different. Accordingly, the same reference numerals refer to the same components, and thus repeated descriptions will be omitted. Accordingly, in the description according to the present embodiment, differences will be mainly described.
  • the roller 50 may include a lower auxiliary guide roller 52 and a plurality of winding rolls 53 .
  • Each of the plurality of lower winding rolls 53 may correspond to each of the plurality of upper winding rolls 40 and may be disposed under each of the division chambers 11 .
  • the upper winding roll 40 can unwind the vapor-deposited body 1 that has been wound, and the unwound vapor-deposited object 1 is chemically released in the divided chamber 11 .
  • the vapor deposition is performed and the vapor deposition target 1 on which the chemical vapor deposition has been performed is guided by the lower auxiliary guide roller 52 and can be wound again by the lower winding roll 53 .

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Abstract

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

Description

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

Claims (20)

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