KR100848818B1 - Cvd diamond synthesis apparatus for uniform coating onto particles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 형상의 모재 표면에 균일한 다이아몬드 막을 증착할 수 있는 CVD 다이아몬드 합성 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에서는 CVD 다이아몬드 합성용 진공용기를 기울일 수 있는 기구를 설치하고, 또한 이 진공용기 내에 모재 입자가 놓이는 기판을 고정하는 기판지지대를 회전시키는 기구를 설치한다. 이에 따라, 다이아몬드 합성 중에 진공용기를 일정 각도로 기울게 하고 기판지지대를 회전시켜 모재 입자를 움직이게 함으로써, 직경 50㎛ ∼ 5㎜의 모재 입자 상에 균일한 다이아몬드 증착을 가능하게 한다. The present invention relates to a CVD diamond synthesis apparatus capable of depositing a uniform diamond film on the surface of a particulate base material. To this end, in the present invention, a mechanism for tilting a vacuum chamber for CVD diamond synthesis is provided, and a mechanism for rotating a substrate support for fixing a substrate on which base material particles are placed in the vacuum container is provided. Accordingly, by inclining the vacuum vessel at a predetermined angle during diamond synthesis and rotating the substrate support, the substrate particles are moved, thereby enabling uniform diamond deposition on the substrate particles having a diameter of 50 µm to 5 mm.
CVD, 다이아몬드 합성 장치, 기울임, 회전 CVD, Diamond Synthesizer, Tilting, Rotating
Description
도 1은 본 발명에 따른 기울임이 가능한 진공용기를 갖는 CVD 다이아몬드 합성 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 것으로서, (가)는 다이아몬드 합성용 용기의 중심축(L)이 합성 장치의 수직축(M)과 일정 각도(θ)를 이루는 모습을 보여주고, (나)는 (가)의 직각 방향에서 바라본 단면을 도식적으로 나타낸 것이다.Figure 1 schematically shows an example of a CVD diamond synthesis apparatus having a tiltable vacuum vessel according to the present invention, (A) the central axis (L) of the container for diamond synthesis is constant with the vertical axis (M) of the synthesis apparatus (B) shows the cross section viewed from the right angle direction of (a).
도 2는 기판상에 놓인 모재 입자를 나타낸 모식도로서, (가)는 다이아몬드 합성용 용기 내지 기판지지대가 수평을 유지한 상태를, (나)는 용기의 중심축(L)이 합성 장치의 수직축(M)으로부터 일정 각도를 유지한 상태를 나타낸다. Figure 2 is a schematic diagram showing the base material particles placed on the substrate, (a) is a state for the diamond synthesis vessel or the substrate support is horizontal, (b) the center axis (L) of the vessel is a vertical axis ( The state which maintained constant angle from M) is shown.
도 3은 도 2의 (나)에 나타낸 모재 입자들의 쏠림 현상을 완화하기 위해 제작된 변형 기판의 모식도로서, (가)는 평면도를, (나)는 (가)에 나타낸 점선을 따라 자른 단면도를 나타낸다. FIG. 3 is a schematic view of a deformed substrate manufactured to alleviate the tendency of the base material particles shown in FIG. 2 (b), wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along the dotted line shown in (a). Indicates.
도 4는 도 3에 나타낸 변형 기판상에서, 용기의 기울임에 따른 모재 입자의 이동을 도시한 것으로서, (가)는 용기의 중심축(L)이 수평면(기준면, 바닥면)에 대하여 수직을 유지한 경우를, (나) 및 (다)는 용기의 중심축(L)이 수평면과 일정 각도로 기울어진 경우를 나타낸다. FIG. 4 illustrates the movement of the base material particles according to the tilting of the container on the modified substrate shown in FIG. 3, wherein (a) the center axis L of the container is perpendicular to the horizontal plane (reference plane, bottom plane). In the case, (b) and (c) indicate the case where the central axis L of the container is inclined at a predetermined angle with the horizontal plane.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1: 다이아몬드 합성용 용기 2: 타워부1: container for diamond synthesis 2: tower portion
3: 받침부 4: 보조기구3: supporting part 4: auxiliary equipment
5: 연결자 5-1: 고정용 홈5: Connector 5-1: Fixing groove
6: 고정 쐐기 8: 플라즈마6: fixed wedge 8: plasma
9: 모재 입자 10: 기판9: base material particle 10: substrate
11: 기판지지대 11-1: 걸림턱11: Substrate Support 11-1: Hanging Jaw
12: 회전기구(모터) 13: 변형 기판12: rotating mechanism (motor) 13: deformation substrate
13-1: 홈13-1: Home
L: 다이아몬드 합성용 용기의 중심축 L: central axis of the container for diamond synthesis
M: CVD 다이아몬드 합성 장치의 수직축M: vertical axis of CVD diamond synthesis apparatus
본 발명은 CVD 다이아몬드 합성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이아몬드 합성 중에 모재 입자를 움직이도록 하여, 모재 입자 위에 균일한 다이아몬드 코팅을 가능하게 하는 CVD 다이아몬드 합성 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a CVD diamond synthesis apparatus, and more particularly, to a CVD diamond synthesis apparatus that allows the substrate particles to move during diamond synthesis, thereby enabling uniform diamond coating on the substrate particles.
1980년대에 처음 CVD 다이아몬드 합성법이 알려진 이후, 여러 종류의 합성 장치가 개발되었다. 다이아몬드 합성 장치는 원료 기체를 활성화시키는 방법에 따라 분류되는데, 지금까지 상업용 다이아몬드 합성에 사용되는 장치는, 핫-필라멘트(hot-filament CVD), 직류전원 플라즈마(Direct current plasma enhanced CVD), 마이크로웨이브 플라즈마(microwave plasma enhanced CVD), 직류전원 아크 제트(DC arc jet CVD) 등이 있다.Since the first CVD diamond synthesis was known in the 1980s, several types of synthesis equipment have been developed. Diamond synthesizing apparatus is classified according to the method of activating the raw material gas. To date, the apparatus used for commercial diamond synthesizing includes hot-filament CVD, direct current plasma enhanced CVD, and microwave plasma. (microwave plasma enhanced CVD) and DC arc jet CVD.
CVD 다이아몬드 합성법에 의하면, 진공용기 내에서 열 또는 플라즈마에 의해 활성화된 원료 기체(주로 메탄)가 모재 위에 입자 형태로 핵 생성하고 성장하여 다결정성 막으로 성장한다. 통상, 판 상의 모재(기판) 위에 수㎚ ∼ 수백㎛ 두께로 증착되는 다이아몬드 막은, 기판에 부착된 상태로 사용되거나(직접코팅: 수십㎛ 이하의 박막), 기판으로부터 분리된 자유막(free standing) 형태(수백㎛ 이상의 후막)로 사용된다. 이와 같이 일반적으로 CVD 다이아몬드는 고정된 판상의 모재 위에서 얻어진다.According to the CVD diamond synthesis method, a raw material gas (mainly methane) activated by heat or plasma in a vacuum vessel is nucleated and grown in the form of particles on a base material to grow into a polycrystalline film. Usually, a diamond film deposited to a thickness of several nm to several hundred micrometers on a base material (substrate) on a plate is used while attached to a substrate (direct coating: a thin film of several tens of micrometers or less) or a free standing separated from the substrate. It is used in the form (thick film of several hundred micrometers or more). As such, CVD diamond is generally obtained on a fixed plate-like base material.
한편, 최근에는 다이아몬드 쉘 제조기술이 개발되었다(한국특허출원번호 제2004-0083710호, 한국특허출원번호 제2005-0030824호). 이러한 다이아몬드 쉘을 제조하기 위해서는, 직경이 수㎛ ∼ 5㎜인 입자(주로, 구) 형상의 모재 위에 균일한 다이아몬드 막을 증착하는 공정이 필요하다.On the other hand, diamond shell manufacturing technology has recently been developed (Korean Patent Application No. 2004-0083710, Korean Patent Application No. 2005-0030824). In order to manufacture such a diamond shell, the process of depositing a uniform diamond film on the particle | grain (mainly spherical) base material of several micrometers-5 mm in diameter is required.
입자형 모재를 움직이는 방법은, 입자가 놓이는 기판을 진동시키거나(일본공개특허 평2-080396, 일본공개특허 평1-270596, 일본공개특허 소59-137311), 가스를 유입시켜 입자를 유동(Fluidized bed)시키는 방법[Materials Letters, Vol 19, No 3/4(1994), Powder Tech. Vol 88, No.1(1996)]이 시도되었다. The method of moving the particulate base material is to vibrate the substrate on which the particles are placed (Japanese Patent Laid-Open No. 2-080396, Japanese Patent Laid-Open No. 1-270596, Japanese Patent Laid-Open No. 59-137311), or a gas is introduced to flow the particles. Fluidized bed) [Materials Letters, Vol 19, No 3/4 (1994), Powder Tech. Vol 88, No. 1 (1996).
그러나, 이들 방법은 장치가 복잡하거나, 상대적으로 큰 입자(수십㎛ ∼ 수㎜ 크기)에서는 효과적이지 못한 문제점이 있다.However, these methods have a problem in that the apparatus is complicated or ineffective for relatively large particles (tens of tens of mu m to several mm in size).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상대적으로 큰 입자(수십㎛ ∼ 수㎜ 크기)를 사용한 경우에, 입자 형상의 모재 위에 균일한 다이아몬드 막 코팅이 가능한 CVD 다이아몬드 합성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a CVD diamond synthesizing apparatus capable of uniform diamond film coating on a particulate base material when relatively large particles (tens of tens of micrometers to several millimeters in size) are used. There is a purpose.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CVD 다이아몬드 합성 장치는,The CVD diamond synthesis apparatus of the present invention for achieving this object,
회전 가능한 기판지지대를 구비하는 CVD 다이아몬드 합성용 용기와, 상기 기판지지대의 기판을 지지하는 면이 기준면(바닥면)에 대하여 기울어지도록 상기 용기를 기울인 상태로 고정 가능한 기울임 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.CVD diamond synthesis container having a rotatable substrate support, and a tilt mechanism capable of fixing the container in an inclined state such that the surface supporting the substrate of the substrate support is inclined with respect to the reference surface (bottom surface). .
여기서, 상기 기울임 기구는, 상기 용기의 적어도 일 측면에 결합하는 타워부와, 상기 타워부와 연결되어 상기 타워부가 서도록 지지하는 받침부를 포함하며, 상기 타워부는 상기 용기의 일 측면에 복수의 결합 점에서 결합하되 상기 복수의 결합 점 중 하나는 고정되어 있다. Here, the tilting mechanism includes a tower portion coupled to at least one side of the vessel, and a support portion connected to the tower portion to support the tower portion to stand, wherein the tower portion has a plurality of coupling points on one side of the vessel. Is coupled, but one of the plurality of coupling points is fixed.
또는, 상기 기울임 기구는, 상기 용기의 적어도 일 측면에 결합하는 보조기구와, 상기 보조기구에 복수의 결합 점에서 결합하는 타워부와, 상기 타워부와 연결되어 상기 타워부가 서도록 지지하는 받침부를 포함하며, 상기 복수의 결합 점 중 하나는 고정되어 있다. Alternatively, the tilting mechanism includes an auxiliary mechanism coupled to at least one side of the container, a tower portion coupled to the auxiliary mechanism at a plurality of coupling points, and a support portion connected to the tower portion to support the tower portion to stand. One of the plurality of coupling points is fixed.
또한, 상기 기판지지대의 회전축과 상기 기준면의 수직축이 이루는 각도는 0∼45°인 것이 바람직하다. In addition, the angle formed between the axis of rotation of the substrate support and the vertical axis of the reference plane is preferably 0 to 45 degrees.
본 발명에 따른 CVD 다이아몬드 합성 장치의 특징은,Features of the CVD diamond synthesis apparatus according to the present invention,
첫째, 기판지지대의 회전축(기판지지대의 기판을 지지하는 면이 용기 내에서 수평하게 위치할 때 다이아몬드 합성용 용기의 중심축과 일치함)을 합성 장치의 수직축으로부터 0∼45°기울일 수 있는 기구가 설치되어 있다. First, a mechanism capable of tilting the axis of rotation of the substrate support (which coincides with the central axis of the diamond synthesis vessel when the surface supporting the substrate on the substrate support is horizontally positioned in the vessel) from 0 to 45 ° from the vertical axis of the synthesis apparatus It is installed.
둘째, 기판지지대(다이아몬드 합성용 용기 내에서 기판이 놓이는 부분)를 회전시키는 기구가 장착되어 있다.Second, a mechanism for rotating the substrate support (the portion where the substrate is placed in the diamond synthesis container) is mounted.
셋째, 기판지지대 상면의 가장자리 둘레에 걸림턱을 만들어, 다이아몬드 합성용 용기를 기울게 할 경우, 기판이 기판지지대 밖으로 미끄러지지 않도록 한다.Third, a locking jaw is formed around the edge of the upper surface of the substrate support, so that the substrate does not slip out of the substrate support when the container for diamond synthesis is inclined.
위와 같은 기구들을 갖도록 기존 기상화학증착(CVD) 다이아몬드 합성 장치(핫-필라멘트 CVD, 직류전원 플라즈마 CVD, 마이크로웨이브 플라즈마 CVD), 직류전원 아크 제트 등)를 변형시킴으로써, 입자형 모재를 합성 중에 움직이도록 하여, 입자 위에 균일한 다이아몬드 막 코팅이 가능한 CVD 다이아몬드 합성 장치를 제공한다.By modifying the existing CVD diamond synthesis apparatus (hot-filament CVD, DC power plasma CVD, microwave plasma CVD), DC power arc jet, etc. to have the above mechanisms, This provides a CVD diamond synthesis apparatus capable of uniform diamond film coating on the particles.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 입자형 모재 위에 균일한 다이아몬드 코팅이 가능한 다이아몬드 합성 장치의 개념도를 나타낸 것이다. 다이아몬드 합성 장치에는 전원 공급장치, 진공펌프, 가스 공급장치 등이 포함되나, 편의상 이들을 나타내지 않았다. 도 1의 (가)는 다이아몬드 합성용 진공용기(1)의 중심축(L)이 합성 장치의 수직축(M)과 일정 각도(θ)를 이루는 모습을 보여준다. 도 1의 (나)는 (가)의 직각 방향에서 바라본 단면을 도식적으로 나타낸 것이다. 즉, 도 1의 (가)가 측면도라면, 도 1의 (나)는 정단면도이다.Figure 1 shows a conceptual diagram of a diamond synthesis apparatus capable of uniform diamond coating on the particulate base material according to the present invention. The diamond synthesis apparatus includes a power supply, a vacuum pump, a gas supply, and the like, but is not shown for convenience. 1 (a) shows a state in which the central axis (L) of the vacuum chamber for diamond synthesis (1) forms a predetermined angle (θ) with the vertical axis (M) of the synthesizing apparatus. Figure 1 (b) schematically shows a cross section viewed from the right angle direction of (a). That is, if FIG. 1A is a side view, FIG. 1B is a front sectional view.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 CVD 다이아몬드 합성 장치는, 회전 가능한 기판지지대(11)를 구비하는 CVD 다이아몬드 합성용 용기(1)와, 이 기판지지대의 기판을 지지하는 면이 기준면(바닥면 또는 수평면)에 대하여 기울어지도록 상기 용기를 기울인 상태로 고정 가능한 기울임 기구를 포함한다. Referring to Fig. 1, in the CVD diamond synthesis apparatus according to the present invention, a container for CVD diamond synthesis having a
여기서, 상기 기울임 기구는 다양한 구조를 취할 수 있는데, 상기 기울임 기구는 상기 용기의 적어도 일 측면에 결합하는 타워부(2)와, 이 타워부와 연결되어 타워부가 서도록 지지하는 받침부(3)를 포함할 수 있다. 도 1에서 상기 기울임 기구는 상기 용기(1)의 일 측면에 결합되어 타워부(2)와 용기(1) 간의 결합을 매개하는 보조기구를 더 포함한다.Here, the tilt mechanism may take a variety of structures, the tilt mechanism includes a
좀 더 구체적으로, 두 개의 타워부(2)가 기준면(바닥면 또는 수평면)에 평평한 받침부(3)에 수직하게 서 있다. 한편, 상기 용기(1)의 양 측면의 각 중앙부에 종 방향으로 두 개의 보조기구(4)가 각각 결합되어 있다. 각 타워부(2)와 이에 대응하는 보조기구(4)는 상·하 두 부위에서 결합 점을 형성하는데, 그 모습을 구체적으로 살펴보면, 상부의 결합 점에서는 타워부(2)의 결합 지점에 대해 보조기구(4)의 결합 지점의 위치가 변동되지 않고 고정되는 고정 결합을 하지만, 하부의 결합 점에서는 타워부(2)의 결합 지점에 대해 보조기구(4)의 결합 지점의 위치가 변동될 수 있는 이동 결합을 한다. 즉, 보조기구에서 이어진 연결자(5)에 형성된 복수의 고정용 홈(5-1) 중 하나에, 타워부(2)가 고정 쐐기(6)를 이용하여 체결되는데, 체결되는 복수의 고정용 홈(5-1) 중 어느 하나를 선택함으로써 상기 용기(1)의 중심축(L)과 합성 장치의 수직축(M)이 이루는 각도(θ)를 조절하는 것이다. More specifically, two
또는, 도면에 나타내지는 않았지만, 보조기구를 포함하지 않은 다양한 기울임 기구를 고안할 수도 있다. 예컨대, 타워부와 용기가 결합하는 복수의 결합 점 중 상부의 결합 점은 용기 측면의 상부에 고정시키고, 하부의 결합 점은 용기 측면의 하부에서 일정 궤적을 따라 이동시켜 각도를 조절하는 것이다.Alternatively, although not shown in the drawings, various tilting mechanisms including no auxiliary mechanisms may be devised. For example, the coupling point of the upper part of the plurality of coupling points to which the tower unit and the container are coupled is fixed to the upper part of the container side, and the lower coupling point is moved along a certain trajectory at the lower part of the container side to adjust the angle.
다만, 본 발명의 내용은 상술한 기울임 기구의 구조에 한정되지 않고, 다이아몬드 합성용 용기(1)를 기울인 상태로 고정할 수 있는 다른 어떠한 구조를 채택할 수도 있다. However, the content of the present invention is not limited to the structure of the tilt mechanism described above, and any other structure capable of fixing the
한편, 일반적인 다이아몬드 합성 장치와 같이, 진공용기(1) 내부에는 플라즈마(8)가 형성된다. 모재 입자(9)는 기판(10) 상에 놓여지고, 이 기판은 기판지지대(11) 위에 놓여진다. 진공용기(1)의 아래에는 기판지지대를 회전시킬 수 있는 회전기구(예컨대, 모터)(12)가 설치된다. 도 1의 (나)를 참조하면, 모터(12)는 이와 연결된 모터기어(12-1)와, 기판지지대(11)의 축(11-2)에 연동하는 축 기어(11-3)를 연동시켜 기판지지대(11)를 수평면상에서 회전시킨다.On the other hand, the plasma 8 is formed inside the
도 2는 기판 위에 놓인 모재 입자를 나타낸 모식도이다. 본 실시예에서는 기판지지대의 기판을 지지하는 면이 다이아몬드 합성용 용기 내에 수평하게 위치하는 것을 가정하였다. 따라서, 도 2에서 기판지지대(11)의 회전축은 도 1에서 다이아몬드 합성용 용기(1)의 중심축과 일치한다. 도 2의 (가)는 기판지지대(11)의 회전축 내지 다이아몬드 합성용 용기의 중심축(L)이 기준면(바닥면, 수평면)에 대하여 수직을 유지한 상태를, (나)는 기판지지대(11)의 회전축(L)이 합성 장치의 수직축(M)으로부터 일정 각도(θ)를 유지한 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 모재 입자(9)는 중력 때문에 기판(10)의 한쪽 방향으로 쏠리게 된다. 이와 같은 상태를 유지하며 기판지지대를 회전시킬 경우, 모재 입자는 중력에 의해 회전 방향에 따라 움직인다.2 is a schematic diagram showing the base material particles placed on the substrate. In this embodiment, it is assumed that the surface supporting the substrate of the substrate support is positioned horizontally in the container for diamond synthesis. Accordingly, the rotation axis of the
도 3은 도 2의 (나)에 나타낸 모재 입자(9)들의 쏠림 현상을 완화하기 위해 제작된 변형 기판(13)의 모식도이다. 도 3의 (가)는 평면도를, (나)는 (가)에 나타낸 점선을 따라 자른 단면도를 나타낸 것이다. 기판 바닥에 일정 깊이의 원형 홈(13-1)을 만들어 구획을 만들었다. 홈의 깊이는 모재 입자 크기(직경)의 10∼30 %가 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다(홈의 깊이는 입자의 크기보다는 낮아야 함). 본 실시예에서는 변형 기판에서 홈의 모양을 원형으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판 상면의 가장자리에 모재 입자의 크기보다 작은 일정 높이의 걸림턱을 형성하여 기판의 기울어짐에 따른 모재 입자의 이탈을 방지할 수도 있다.FIG. 3 is a schematic view of the
도 4는 도 3에 나타낸 변형 기판(13) 상에서, 용기의 기울임에 따른 모재 입자의 이동을 도시한 것이다. 도 4의 (가)는 용기의 중심축이 수직을 유지한 경우를, (나) 및 (다)는 용기(1)의 중심축이 합성 장치의 수직축에 대해 일정 각도로 기울어진 경우를 나타낸 것이다. (나)의 상태를 유지하고 기판지지대를 회전시킬 경우, 모재 입자의 움직임은 각 홈 내로 한정되어, 모재 입자의 쏠림 현상은 크게 완화된다. FIG. 4 shows the movement of the base material particles with the container tilted on the
이하에서는 구체적인 실시 예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이나, 본 발명의 범위가 하기의 실시 예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1.Example 1.
다음극 직류전원플라즈마 CVD 장치(이 장치의 진공용기 내에는 기판지지대를 포함하는 다이아몬드 합성에 필요한 모든 설비가 갖추어져 있다.)를 기본으로 하고, 도 1에 도시한 바와 같이, 입자형 모재를 중력으로 움직이게 하는 기울임이 가능한 진공용기를 갖는 CVD 다아몬드 합성 장치를 제작하였다. 진공용기의 중심축을 합성 장치의 수직축(기준면의 수직축)으로부터 기울일 수 있는 최대 각도는 45°이다. 45°를 초과하여 기울여도 효과가 없다. 실제, 표 1에서 30㎛ 이하의 작은 입자의 경우 50∼90°로 기울여도 입자들이 움직이지 않았다. 또한, 각도가 클수록 장비가 불안해지는 위험도 있다. 한편, 이 용기의 하부에는 기판지지대를 회전시키기 위한 모터를 장착하였다. 기판지지대 상면의 가장자리에는, 직경 100 ㎜의 기판을 고정시킬 수 있는 걸림턱(높이 1 ㎜)을 만들었다.Based on the next pole DC power plasma CVD apparatus (with all the equipment necessary for the synthesis of the diamond, including the substrate support in the vacuum vessel of the apparatus), as shown in FIG. A CVD diamond synthesis apparatus with a tiltable vacuum vessel was fabricated. The maximum angle at which the central axis of the vacuum vessel can be tilted from the vertical axis of the synthesizing apparatus (vertical axis of the reference plane) is 45 °. Tilts above 45 ° have no effect. In fact, in Table 1, the particles did not move even when tilted at 50 to 90 ° for small particles of 30 μm or less. In addition, there is a risk that the larger the angle becomes unstable equipment. On the other hand, the lower part of this container was equipped with the motor for rotating a substrate support. At the edge of the upper surface of the substrate support, a latching jaw (
실시예 2.Example 2.
실시예 1의 장치를 사용하고, 도 2에 나타낸 직경 100 ㎜ 몰리브데늄 기판을 위치시킨 후, 진공용기의 기울기 각도에 따른 입자의 움직임에 대한 모재 입자의 크기 영향을 조사하였다. 사용된 모재 입자는 직경이 0.01, 0.03, 0.05, 0.075, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 5 ㎜인 구 형태의 실리카이었고, 기판지지대 회전속도는 1 rpm이었다. 이 결과를 표 1에 나타내었다. 이러한 입자의 움직임은 기판 및 입자표면의 물리·화학적 상태, 외부진동(의도적으로 인가하지 않은 진동)에 따라 변화할 것이다. Using the apparatus of Example 1 and placing a 100 mm diameter molybdenum substrate shown in FIG. 2, the influence of the size of the base material particles on the movement of the particles according to the tilt angle of the vacuum vessel was investigated. The matrix particles used were sphere-shaped silicas of 0.01, 0.03, 0.05, 0.075, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 5 mm in diameter, and the substrate support rotation speed was 1 rpm. The results are shown in Table 1. The movement of these particles will change depending on the physical and chemical states of the substrate and the surface of the particles, and on external vibrations (vibrations not intentionally applied).
(○: 움직임, ×:움직이지 않음)(○: movement, ×: do not move)
실시예 3.Example 3.
실시예 1에서 제작된 기울임이 가능한 진공용기를 갖는 기상화학증착 다이아몬드 합성 장치를 사용하고, 모재 입자로 직경 2 ㎜인 다공성 실리카 구를 사용하여, 다이아몬드 합성 실험을 행하였다. Diamond synthesis experiments were carried out using a vapor phase chemical vapor deposition diamond synthesis apparatus having a tiltable vacuum vessel produced in Example 1, using porous silica spheres having a diameter of 2 mm as base material particles.
다공성 실리카 구는 다이아몬드 합성이 용이하도록 하는 전처리(1㎛ 다이아몬드 미분이 분산된 알코올 용액에서 입자를 넣고 1시간 동안 초음파 진동처리)를 하였다. 이때, 표면의 한 부분에 직경 100 ㎛의 테이프를 붙여 전처리 액이 닿지 않도록 블로킹(blocking)하는 선택적 전처리(이에 대한 구체적인 방법은 대한민국특허출원번호 2005-0030824에 자세히 기술되어 있음)하여, 이 부분에는 다이아몬드가 형성되지 않도록 하였다. 모재 입자의 수를 조절하여 기판표면의 약 80% 공간을 차지하도록 하였다. 다이아몬드 합성조건은 투입전력 15 kW, 수소가스 내 메탄조성 10 %, 압력 100 Torr, 가스유량 200 sccm이었다. 합성시간은 10 시간이었다. 합성시 진공용기의 각도는 20°를 유지하였으며, 기판지지대를 연속적으로 1 rpm 속도로 회전시켰다. Porous silica spheres were subjected to pretreatment (sonic vibration treatment for 1 hour with particles in an alcohol solution containing 1 μm diamond fine powder) to facilitate diamond synthesis. At this time, by attaching a tape having a diameter of 100 ㎛ to a portion of the surface to block (blocking) to prevent the pretreatment liquid (the specific method for this is described in detail in the Republic of Korea Patent Application No. 2005-0030824), Diamonds were not formed. The number of base material particles was adjusted to occupy about 80% of the surface of the substrate. Diamond synthesis conditions were 15 kW input power, 10% methane composition in hydrogen gas, 100 Torr pressure, 200 sccm gas flow rate. Synthesis time was 10 hours. During synthesis, the angle of the vacuum vessel was maintained at 20 °, and the substrate support was continuously rotated at a speed of 1 rpm.
이 실험 동안, 모재 입자는 기판의 낮은 쪽으로 쏠리며 지속적으로 움직였으며, 특이한 장치의 문제점은 발견되지 않았다. 합성된 입자는 검은색을 보였고 크기는 약 2.2 ㎜이었다. 각 입자를 입체현미경으로 관찰한 결과 전체적으로 균일한 막이 형성되었음을 알 수 있었고, 10∼20 ㎛의 다이아몬드 미증착부를 확인 할 수 있었다. 이 입자를 주사전자현미경을 이용하여 표면을 관찰한 결과, 전체적으로 균일한 다이아몬드 막이 증착된 것을 확인하였는데, (100)면 및 (111)면이 혼재된 조직을 보였다. 이 다이아몬드/실리카 복합체를 끓는 무라카미 용액에 약 10 분간 유지하였다. 입자의 색이 회색으로 변하였다. 다이아몬드 미증착부를 통한 모세관현상 도움 에칭에 의해 실리카 모재 입자 및 모재 입자와 다이아몬드 계면에 형성된 실리콘카바이드층이 에칭되어 제거되었기 때문이다. 이 실험으로 직경 2.2 ㎜의 크기를 갖는 다이아몬드 쉘을 제조할 수 있었다.During this experiment, the substrate particles continually moved to the lower side of the substrate and no problems with the unusual device were found. The synthesized particles appeared black and the size was about 2.2 mm. As a result of observing each particle under a stereoscopic microscope, it was found that a uniform film was formed as a whole, and diamond undeposited portions of 10 to 20 μm could be confirmed. As a result of observing the surface of the particles using a scanning electron microscope, it was confirmed that a uniform diamond film was deposited as a whole, and the (100) and (111) planes were mixed. This diamond / silica complex was held in a boiling Murakami solution for about 10 minutes. The color of the particles turned gray. This is because the silica matrix layer and the silicon carbide layer formed at the diamond interface were etched and removed by the capillary assisting etching through the non-diamond deposited portion. This experiment produced a diamond shell having a size of 2.2 mm in diameter.
실시예 4.Example 4.
실시예 3과 동일한 조건으로 하고, 도 3에 나타낸 직경 100 ㎜의 변형기판(홈의 직경은 16 ㎜, 홈의 깊이는 1 ㎜)을 사용하여 다이아몬드 합성 실험을 행하였다. 사용된 모재 입자는 직경 3∼5 ㎜의 다공성 실리카 구이었고, 실시예 1과 동일한 선택적 전처리를 하였다. 각 홈에는 10개의 구를 위치시켰다. 진공용기는 15°기울였다. 합성 중 기판지지대를 연속적으로 1.5 rpm 속도로 회전시켰으며, 모재 입자는 각 홈 내에서 한쪽으로 쏠리며 잘 움직였다. 합성된 복합체는, 크기가 약 200 ㎛ 증가하였고, 복합체의 표면조직은 실시예 3의 것과 유사하였다.A diamond synthesis experiment was conducted under the same conditions as in Example 3, using a strained substrate having a diameter of 100 mm (16 mm in the groove diameter and 1 mm in the groove depth) shown in FIG. The matrix particles used were porous silica spheres with a diameter of 3 to 5 mm and subjected to the same selective pretreatment as in Example 1. Ten grooves were placed in each groove. The vacuum vessel was tilted at 15 °. During the synthesis, the substrate support was continuously rotated at a speed of 1.5 rpm, and the matrix particles were well oriented to one side within each groove. The synthesized complex increased in size by about 200 μm and the surface texture of the complex was similar to that of Example 3.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 기울임이 가능한 진공용기를 갖는 다 이아몬드합성 장치는, 입자형 모재 상에의 균일한 다이아몬드 코팅을 간단하게 가능하게 하였다. 이 다이아몬드 합성 장치는 관성가둠핵융합용 캡슐 등에 응용될 수 있는, 크기가 수십㎛ ∼ 5㎜인 다이아몬드 쉘 제조를 위한 다이아몬드 코팅에 사용될 수 있다. As described above, the diamond synthesizing apparatus having a tiltable vacuum container of the present invention enables a simple diamond coating on the particulate base material. This diamond synthesizing apparatus can be used for diamond coating for producing diamond shells of several tens of micrometers to 5 mm in size, which can be applied to capsules for inertial confinement fusion.
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JPH01305808A (en) * | 1988-06-02 | 1989-12-11 | Seiko Instr Inc | Production of diamond-coated powder |
JPH0432204A (en) * | 1990-05-29 | 1992-02-04 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Method of forming film on magnetic substance particle |
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