JP2018537591A - 高速コーティング用真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

本発明は内部に収容空間が設けられた真空チャンバー；前記収容空間に配置されてコーティング物質を蒸発させる蒸発坩堝；および前記収容空間に配置されるサイクロンフィルタ；を含み、前記サイクロンフィルタは前記コーティング物質の蒸発時に発生する蒸気と粗大粒子とを分離する高速コーティング用真空蒸着装置に関するものである。これに伴い、前記高速コーティング用真空蒸着装置は、高速コーティングで発生する粗大粒子を除去しながらもサイクロンフィルタの出口と蒸気噴出口との間にバッフルを挿入して蒸気の回転を防止することによって、コーティング均一度が優れたコーティング層を得ることができる。

Description

本発明は高速コーティング用真空蒸着装置に関するものである。詳細には、高速コーティング時に発生する粗大粒子を除去する高速コーティング用真空蒸着装置に関するものである。

真空蒸着は、真空雰囲気下で多様な方法によって固体のコーティング物質を加熱蒸発させて蒸気に変化させ、これを被メッキ体に噴射して薄膜を形成させる技術であって、主に加熱方法によりコーティング方法が分類される。

代表的な真空蒸着方法としては、熱蒸着法（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、電子ビーム蒸着法（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）および電磁浮上蒸着法（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）がある。

熱蒸着法は、金属、セラミックまたはグラファイト材質で製作されたフィラメント、ボートまたは坩堝に固体状のコーティング物質を装入した後、抵抗加熱によってコーティング物質を加熱蒸発させて基板にコーティングする方法である。この方法は、抵抗加熱によるコーティング物質の加熱に限界があるため、チタニウム、クロムなどの高融点材料のコーティングはほとんど不可能である。それに伴い、前記方法は亜鉛、マグネシウムなどの低融点材料のコーティングに広く利用されている。

電子ビーム蒸着法は、水冷式銅またはセラミック坩堝に固体のコーティング物質を装入した後、電子ビームによってコーティング物質を局部的に加熱することによって高融点材料の蒸発が可能である。しかし、蒸発物質と坩堝との接触による熱損失によってエネルギー効率が低い短所がある。

電磁浮上蒸着法は、真空雰囲気下で電磁コイルの内部に存在する電気伝導性材料、特に金属を電磁力によって浮上加熱させてコーティング蒸気を発生させ、これをセラミックチューブと加熱された蒸気ボックスを通じて連続的に動く基板に噴射させるコーティング技術である。この方法は、亜鉛、マグネシウムなどの低融点金属をストリップ（ｓｔｒｉｐ）にコーティングするときに使われており、エネルギー効率が高い長所がある。

前記真空蒸着法においてコーティング速度を決定するのは、コーティング物質の蒸気圧力と加熱温度である。

蒸気圧力は物質固有の特性であるため任意に制御することができず、したがってコーティング速度を速くさせるためにはコーティング物質の加熱温度を高くしなければならない。

コーティング物質の加熱温度を高くするためには、抵抗加熱ヒーター、電子ビームあるいは電磁コイルの電力を上昇させなければならない。ところが、これによりコーティング物質の温度が過度に上昇すると、蒸発と共に沸騰現象によって粗大粒子がコーティング物質の塊りから放出されるようになり、その結果、前記粗大粒子が試片にコーティングされてしまい、品質が低下する原因となる。

すなわち、高速コーティングのためにはコーティング物質の加熱力を高めなければならないが、コーティング品質を低下させる粗大粒子が発生するため高速コーティングに限界が発生してしまうようになる。

このような真空蒸着中に発生する粗大粒子を除去するための技術としては、コーティング物質の沸騰を防止する技術、蒸気噴出口での断熱膨張による凝縮を防止する技術および粗大粒子を遮断する部材を挿入する技術に大別され得る。

コーティング物質の沸騰を防止する技術の場合、真空蒸着用坩堝の外部だけでなく、内部のコーティング物質の上部にヒーターを装着して加熱し、コーティング物質の表面にカーボンブロック（ｃａｒｂｏｎ ｂｌｏｃｋ）を浮上させておくことによって、コーティング物質の表面の温度上昇によって沸騰を防止して粗大粒子の発生を抑制しようとする。

このような技術を利用して粗大粒子の発生を防止することはできるものの、高速コーティングに適用できるほどの粗大粒子除去技術には及ばない問題がある。

すなわち、高速コーティングのためにはコーティング物質の加熱力を高めなければならないが、コーティング物質の沸騰を防止する技術を利用して、コーティング物質の表面の温度を高く維持し、内部を沸点以下に維持することは、高速コーティングにおいて現実的に限界がある。

蒸気噴出口での断熱膨張による凝縮を防止する技術と関連して、韓国登録特許第１０−０５９８７１７号公報の「不均一に配置された加熱手段を含む有機電界発光素子の蒸着源」がある。

前記不均一に配置された加熱手段を含む有機電界発光素子の蒸着源は、技術的手段は異なるものの、蒸気噴出口に加熱手段を追加的に装着または加熱手段を集中的に配置することによって蒸気噴出口での蒸気の凝縮を防止して粗大粒子を除去しようとしたものである。

しかし、コーティング物質の沸騰によって発生した粗大粒子を除去することができない問題がある。特に高速コーティングの場合、ほとんどの粗大粒子はコーティング物質の沸騰によって発生するため、前記技術の高速コーティングへの適用には限界がある。

粗大粒子を遮断する部材を挿入する技術の場合、遮断部材を利用するため、全体としては蒸気を遮断する役割が遂行されてコーティング速度が急激に低下する問題がある。

さらに、前記遮断部材は粗大粒子を生成させる新しい媒介体としての役割をする問題がある。

本発明が達成しようとする技術的課題は、前記した問題点を解決するためのものであって、真空蒸着中に発生する粗大粒子を除去するために、サイクロンフィルタを利用して、高速コーティングにおいても粗大粒子が被メッキ体にコーティングされることを防止する高速コーティング用真空蒸着装置を提供する。

実施例が解決しようとする課題は以上で言及された課題に限定されず、ここで言及されなかったさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

実施例は内部に収容空間が設けられた真空チャンバー；前記収容空間に配置されてコーティング物質を蒸発させる蒸発坩堝；前記収容空間に配置されるサイクロンフィルタ；前記蒸発坩堝と前記サイクロンフィルタとの間に配置される連結部；および前記サイクロンフィルタによって分離された蒸気を被メッキ体に噴射するように誘導する蒸気誘導部を含み、前記サイクロンフィルタは前記コーティング物質の蒸発時に発生する蒸気と粗大粒子を分離する高速コーティング用真空蒸着装置によって達成される。

前記サイクロンフィルタを通じて排出される蒸気の回転を防止するバッフルをさらに含むことができる。

ここで、前記バッフルは、互いに離隔して配置される複数個の水平プレートと前記水平プレートに垂直に互いに離隔して配置される複数個の垂直プレートを含み、前記水平プレートと前記垂直プレートとは一体に形成され得る。

また、前記バッフルは仮想線Ｃを基準として円周方向に沿って互いに離隔して配置される複数個のプレートに形成され得る。

一方、前記サイクロンフィルタは、サイクロンフィルタ本体と前記サイクロンフィルタ本体の下部に配置される捕集部を含み、前記サイクロンフィルタ本体の側面には入口が形成され、前記サイクロンフィルタ本体の上部には出口が形成され得る。

ここで、前記捕集部は上広下狭（上部は広く下部は狭い）のテーパー状に形成され得る。

また、コーティング物質を蒸発させる蒸発坩堝によって発生する蒸気と粗大粒子は、前記入口を通じて前記サイクロンフィルタの内部に移動され、サイクロン方式によって、前記蒸気は前記出口に排出され、前記粗大粒子は捕集部に捕集され得る。

ここで、前記サイクロンフィルタ本体の内径Ｄ１を１とする時、前記出口の直径Ｄ２は０．２〜０．８、前記捕集部の下部の底の直径Ｄ３は０．１〜０．８に形成され得る。

また、前記サイクロンフィルタ本体の高さＨ１は０．３〜５、前記捕集部の高さＨ２は０．３〜１０に形成され、前記入口の高さＨ３は０．２〜１、前記入口の幅Ｗは０．１〜０．５に形成され得る。

一方、前記収容空間を既設定された温度に加熱する加熱装置をさらに含むことができる。

また、前記コーティング物質は、亜鉛、マグネシウムおよびアルミニウムのうち少なくともいずれか一つを含むことができる。

実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置は、蒸気蒸発部と蒸気噴出口との間にサイクロンフィルタを挿入して高速コーティングで発生する粗大粒子を除去することができる。

また、サイクロンフィルタの出口と蒸気噴出口との間にバッフルを挿入して蒸気の回転を防止することによって、コーティング均一度が優れたコーティング層を得ることができる。

実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置を示す図面。 実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のサイクロンフィルタを示す斜視図。 実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のサイクロンフィルタを示す垂直断面図。 実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のサイクロンフィルタを示す水平断面図。 （ａ）実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のサイクロンフィルタの内部で粒径が１μｍに対する電算模写結果を示す図面。（ｂ）実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のサイクロンフィルタの内部で粒径が５μｍに対する電算模写結果を示す図面。 実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のバッフルの一実施例を示す図面。 実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のバッフルの他の実施例を示す図面。

本発明は多様な変更を加えることができ、多様な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示して説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

第２、第１等のように序数を含む用語は、多様な構成要素の説明に使用され得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されはしない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく第２構成要素は第１構成要素と命名され得、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名され得る。および／またはという用語は、複数の関連した記載された項目の組み合わせまたは複数の関連した記載された項目のうちいずれかの項目を含む。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているかまたは接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されるべきである。その反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されるべきである。

実施例の説明において、いずれか一つの構成要素が他の構成要素の「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、「上（うえ）または下（した）」（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は二つの構成要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることをすべて含む。また「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上方向だけでなく下方向の意味も含み得る。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。

異なって定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使われるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味と解釈されない。

以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明するものの、図面符号にかかわらず同一であるか対応する構成要素は同じ参照番号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。

本発明の一実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置１は、被メッキ体２に蒸気を噴射してコーティング均一度が優れたコーティング層を得ることができる。ここで、蒸気はコーティング物質を加熱蒸発させて発生する蒸気で提供され得る。

図１〜図７を参照して詳察すると、実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置１は、真空チャンバー１００、真空チャンバー１００の内部に配置されてコーティング物質を蒸発させる蒸発坩堝２００、蒸気および粗大粒子を分離するサイクロンフィルタ３００、蒸発坩堝２００とサイクロンフィルタ３００とを連結する連結部４００、サイクロンフィルタ３００の一側に連結されて蒸気の回転を防止するバッフル（ｂａｆｆｌｅ、５００、５００ａ）、バッフル５００、５００ａを通過した蒸気が被メッキ体２に噴射されるように誘導する蒸気誘導部６００を含むことができる。例えば、被メッキ体２としては基板が利用され得るが必ずしもこれに限定されるものではない。

真空チャンバー１００は、前記高速コーティング用真空蒸着装置１の外形を形成し、内部に形成された収容空間Ｓを含むことができる。

前記収容空間Ｓには、図１に図示された通り、蒸発坩堝２００、サイクロンフィルタ３００、連結部４００、バッフル５００、５００ａおよび蒸気誘導部６００が配置され得る。

蒸発坩堝２００はコーティング物質を蒸発させて蒸気を生成することができる。前記蒸気を蒸発させる方式としては抵抗加熱、電磁浮上加熱などの方式が利用され得る。

そして、前記コーティング物質としては亜鉛、マグネシウム、アルミニウムなどの金属が利用され得る。

蒸発坩堝２００を利用してコーティング物質を加熱すると、蒸気の発生と共に粗大粒子が生成され得る。

そして、前記蒸気および粗大粒子は連結部４００を通じてサイクロンフィルタ３００に移送され得る。

図１に図示された通り、連結部４００を利用して蒸発坩堝２００とサイクロンフィルタ３００とを連結したものをその例としているが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、連結部４００なしに蒸発坩堝２００の一側をサイクロンフィルタ３００の入口３１１に連結することもできる。それにより、蒸発坩堝２００で生成された前記蒸気および粗大粒子は、サイクロンフィルタ３００の入口３１１に移送され得る。

サイクロンフィルタ３００はサイクロン方式で蒸気および粗大粒子を分離することができる。

図２〜図４を参照して詳察すると、サイクロンフィルタ３００は、円筒状のサイクロンフィルタ本体３１０とサイクロンフィルタ本体３１０の下部に配置される捕集部３２０を含むことができる。ここで、サイクロンフィルタ本体３１０は側面に形成された入口３１１と上部に形成された出口３１２を含むことができる。また、捕集部３２０は、上広下狭のテーパー状に形成され得る。

入口３１１は連結部４００と連通するように配置され得る。そして、入口３１１は、図２に図示された通り、サイクロンフィルタ本体３１０の側面に配置され得る。そして、入口３１１を形成する一側面がサイクロンフィルタ本体３１０に対して接平面となるように入口３１１が形成され得る。

入口３１１を通じてサイクロンフィルタ３００の内部に流入した前記蒸気および粗大粒子は、サイクロンフィルタ３００の内面に沿って回転するようになる。この時、図３に図示された通り、サイクロンフィルタ本体３１０の内部には出口３１２を形成しながらも下側に延長されるように内側部３１３がさらに形成され得る。

したがって、入口３１１を通じてサイクロンフィルタ３００の内部に流入した前記蒸気および粗大粒子は、サイクロンフィルタ３００の内面と内側部３１３の外面に沿って回転するようになる。ここで、内側部３１３は所定の直径Ｄ２に設けられた円筒状に形成され得る。

そして、前記蒸気および粗大粒子は回転しながら抗力と遠心力の差によって、質量が小さい蒸気は出口３１２を通じて排出され、質量が大きい粗大粒子は捕集部３２０側に移動して捕集されるようになる。

それに伴い、分離された蒸気だけが出口３１２を通じてバッフル５００、５００ａ側に移動する。

図３および図４を参照して詳察すると、サイクロンフィルタ本体３１０の内径Ｄ１を１とする時、出口３１２の直径Ｄ２は０．２〜０．８、捕集部３２０の下部の底の直径Ｄ３は０．１〜０．８に形成され得る。そして、サイクロンフィルタ本体３１０の高さＨ１は０．３〜５、捕集部３２０の高さＨ２は０．３〜１０に形成され得る。また、入口３１１の高さＨ３は０．２〜１、幅Ｗは０．１〜０．５に形成され得る。

それに伴い、入口３１１を通じて流入した蒸気および粗大粒子は、サイクロンフィルタ３００の内面に沿って回転しながら、図５の（ａ）に図示された通り、粒径が１μｍである蒸気は出口３１２を通じて排出され、図５の（ｂ）に図示された通り粒径が５μｍである粗大粒子は捕集部３２０に分離され得る。

したがって、前記高速コーティング用真空蒸着装置１で粒径が１μｍである蒸気は出口３１２を通じて排出された後、噴出口６１０を通じて被メッキ体２に噴出されることを確認することができる。また、直径５μｍである粗大粒子の場合、サイクロンフィルタ３００で除去されることを確認することができる。

図５に図示された電算模写結果は一例であって、サイクロンの設計方式によって除去できる粗大粒子の大きさが変わり得る。

バッフル５００、５００ａは、被メッキ体２のコーティング均一度を優れたものにするために、サイクロンフィルタ３００の出口３１２に連結されるように配置されて蒸気の回転を防止することができる。

図６は、本発明の一実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のバッフルの一実施例を示す図面である。

図６を参照して詳察すると、バッフル５００は所定の間隔で互いに離隔して配置される複数個の水平プレート５１０と所定の間隔で互いに離隔して配置される複数個の垂直プレート５２０を含むことができる。

図６に図示された通り、水平プレート５１０は所定の間隔で互いに離隔するように複数個が配置され、水平プレート５１０を基準として垂直となる方向に互いに離隔するように複数個の垂直プレート５２０が配置され得る。ここで、水平プレート５１０と垂直プレート５２０は一体に形成され得る。

それにより、バッフル５００の内側には複数個の格子形状が形成され、格子を基準として外側に複数個の突起が形成された形状にバッフル５００は形成され得る。

図７は、本発明の一実施例に係る高速コーティング用真空蒸着装置のバッフルの他の実施例を示す図面である。

図７を参照して詳察すると、バッフル５００ａは複数個のプレート５３０を含むことができる。

プレート５３０は仮想線Ｃを基準として円周方向に沿って複数個が離隔して配置され得る。

蒸気誘導部６００は、バッフル５００、５００ａにより回転が防止された蒸気を誘導して噴出口６１０を通じて被メッキ体２に蒸気が噴射されるようにすることができる。

ここで、噴出口６１０を通じて蒸気が噴射されるものをその例としているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、噴出口６１０にノズル（図示されず）を配置して均一に噴射されるようにできることはもちろんである。

一方、蒸発坩堝２００で発生した蒸気が被メッキ体２に到達する間に温度が低下し得る。したがって、前記蒸気がサイクロンフィルタ３００、連結部４００、バッフル５００、５００ａ、蒸気誘導部６００等の内壁に付着するか蒸気同士が凝縮してはいけないので、サイクロンフィルタ３００、連結部４００、バッフル５００、５００ａ、蒸気誘導部６００等は蒸気が凝縮しない温度以上に加熱されなければならない。

したがって、前記高速コーティング用真空蒸着装置１の加熱装置７００は、図１に図示された通り、真空チャンバー１００の収容空間Ｓを蒸気が凝縮しない温度以上に加熱されるようにして、蒸気の凝縮を防止することができる。

加熱装置７００は真空チャンバー１００の収容空間Ｓをあらかじめ設定された温度に加熱するものをその例としているが、必ずしもこれに限定されず、サイクロンフィルタ３００、連結部４００、バッフル５００、５００ａ、蒸気誘導部６００等を加熱できるように設置され得ることは言うまでもない。

前記では本発明の実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有する者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更させることができることが理解されるはずである。そして、このような修正と変更に関係した差異点も添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１：高速コーティング用真空蒸着装置
２：被メッキ体
１００：真空チャンバー
２００：蒸発坩堝
３００：サイクロンフィルタ
４００：連結部
５００、５００ａ：バッフル
６００：蒸気誘導部
７００：加熱装置

Claims (11)

1. 内部に収容空間が設けられた真空チャンバー；
   前記収容空間に配置されてコーティング物質を蒸発させる蒸発坩堝；および
   前記収容空間に配置されるサイクロンフィルタ；を含み、
   前記サイクロンフィルタは、前記コーティング物質の蒸発時に発生する蒸気と粗大粒子とを分離する、高速コーティング用真空蒸着装置。
2. 前記サイクロンフィルタを通じて排出される蒸気の回転を防止するバッフルをさらに含む、請求項１に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
3. 前記バッフルは、互いに離隔して配置される複数個の水平プレートと前記水平プレートに垂直に互いに離隔して配置される複数個の垂直プレートとを含み、前記水平プレートと前記垂直プレートとは一体に形成される、請求項２に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
4. 前記バッフルは、仮想線Ｃを基準として円周方向に沿って互いに離隔して配置される複数個のプレートで形成される、請求項２に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
5. 前記蒸発坩堝と前記サイクロンフィルタとの間に配置される連結部をさらに含む、請求項１に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
6. 前記サイクロンフィルタによって分離された蒸気を被メッキ体に噴射するように誘導する蒸気誘導部をさらに含む、請求項１に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
7. 前記サイクロンフィルタは、
   サイクロンフィルタ本体と前記サイクロンフィルタ本体の下部に配置される捕集部を含み、前記サイクロンフィルタ本体の側面には入口が形成され、前記サイクロンフィルタ本体の上部には出口が形成される、請求項１に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
8. コーティング物質を蒸発させる蒸発坩堝によって発生する蒸気と粗大粒子は、前記入口を通じて前記サイクロンフィルタの内部に移動され、サイクロン方式によって前記蒸気は前記出口に排出され、前記粗大粒子は捕集部に捕集される、請求項７に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
9. 前記サイクロンフィルタ本体の内径Ｄ１を１とする時、前記出口の直径Ｄ２は０．２〜０．８、前記捕集部の下部の底の直径Ｄ３は０．１〜０．８に形成される、請求項７に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
10. 前記サイクロンフィルタ本体の高さＨ１は０．３〜５、前記捕集部の高さＨ２は０．３〜１０に形成され、前記入口の高さＨ３は０．２〜１、前記入口の幅Ｗは０．１〜０．５に形成される、請求項９に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
11. 前記収容空間を既設定された温度に加熱する加熱装置をさらに含む、請求項１に記載の高速コーティング用真空蒸着装置。
    

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