KR101331137B1 - 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Abstract

나노입자발생부와 나노입자 증착 및 코팅 막 형성 부를 마련하여 상온·상압에서의 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치 및 방법에 관한 것으로, 발생된 나노입자를 처리하는 장치는 상기 반응 챔버 내에 장착되고 상기 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부, 상기 반응 챔버 내에 장착되고, 상기 나노입자 발생부로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법을 이용하는 것에 의해, 상온·상압에서 운용하면서 나노입자의 발생·증착·코팅 막 형성을 할 수 있다.

Description

코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법{Nanoparticle generator and processing apparatus by core-shell hot-wire and method thereof}
본 발명은 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노입자발생부와 나노입자 증착 및 코팅 막 형성 부를 마련하여 상온·상압에서의 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 나노입자 발생장치와 나노입자 증착·코팅 막 형성 장치 사이의 열 영동도를 이용한 수단을 구비하여, 상온·상압에서 운용할 수 있으면서도, 나노입자 발생 장치의 전류를 조절하여 나노입자의 크기를 조절할 수 있고, 주위 기체의 속도를 조절하여 입자의 개수 농도를 조절할 수 있으며, 나노입자 증착 및 코팅장치의 열전 소자 온도 조절에 의한 나노입자의 증착 정도 조절, 증착 후 열전소자의 온도 조절에 의한 코팅 막을 형성하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 나노입자는 거의 모든 첨단 산업에 필요한 핵심 요소가 되는 기술로, 최근에는 나노 소자를 통한 우주 산업, 전자 산업, 의류 관련 산업까지 확대 되고 있으며, 의학계에도 확산되고 있다. 이에 따라 나노입자를 제조하는 기술에 대해서도 진전이 계속되고 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 실온에서 벌크 고체로부터 나노입자를 고속 발생시키는 방법이 개시되어 있다.
또 하기 비특허문헌 1에서는 상온·상압에서 백금(코어)-금(쉘) 와이어를 이용하여 금 나노입자를 발생시키고, 와이어에 인가된 전류를 조절하여 입자의 평균 크기 조절 및 입자의 형태를 구형에 가깝게 변형할 수 있다. 또한 주위를 흐르는 작동 유체의 유량 변화에 의해 입자 크기 및 농도를 조절할 수 있으며 노즐을 사용하여 동일 유량의 속도를 조절하여 입자의 형태를 구형에 가깝게 제조했다.
또 비특허문헌 2에서는 고온 와이어를 이용하여 여러 물질을 증발시켜 제조된 나노입자의 크기 분포 측정을 위해 미분전기영동도 분석기(Differential Mobility Analyzer)를 배치하고 그 후단에 분석 전자 현미경(Analytical Electron Microscope )배치하여 생성된 나노입자의 특성을 파악하는 방법이 게시되어 있다.
또한 비특허문헌 3에서는 전기영동도 또는 열영동도에 의해 입자의 증착을 유도하고 입자의 크기에 따라 각각의 유량, 전기영동도, 열영동도에 따른 증착 농도 및 증착 거리의 특징 등을 서술하였다.
나노입자 생성기는 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 생성은 기존의 방법에 비해 입자의 오염이 없다는 장점이 있고 그 생성된 입자를 이용하여 코팅 막을 형성하는 장치는 특별히 시도된 바가 없어 이를 개발할 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2006-0007372호(2006.01.24 공개)
Adam M Boies 외 Hot-Wire Synthesis of Gold Nanoparticles Source : AEROSOL SCIENCE AND TECHNOLOGY Volume: 45 Issue: 5 Pages : 654-663 DOI: 10.1080/02786826.2010.551145 Published: 2011 C. Peinekea 외 Using a glowing wire generator for production of charged, uniformly sized nanoparticles at high concentrations Journal of aerosol science Received 2 November 2005; received in revised form 2 June 2006; accepted 8 June 2006 Se-Jin Yook 외 Experimental Investigations of Protection Schemes for Extreme Ultraviolet Lithography Masks in Carrier Systems Against Horizontal Aerosol Flow. IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING, VOL. 20, NO. 2, MAY 2007
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 코어-쉘 와이어에 의해 나노입자를 발생시키고, 열영동도를 이용하여 나노입자를 안정적으로 증착하며, 나노입자의 증착 후 코팅 막을 형성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상온·상압에서 나노입자의 발생 및 나노입자의 증착·코팅 막 형성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 1064°C 이하의 녹는점을 가지는 모든 금속에 대해 나노입자의 발생, 증착 및 코팅 막 형성이 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 나노입자 코팅시의 열영동도 조절에 의한 나노입자의 증착 농도 조절로 코팅 막의 두께를 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 코어-쉘 와이어에 인가하는 전류와 작동 유체의 속도 조절에 의해 나노입자의 농도, 크기를 조절하여 코팅이 원활히 될 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 나노입자의 선택적 증착 및 코팅할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반응 챔버 내에서 나노입자를 발생하고, 발생된 나노입자를 처리하는 장치는 상기 반응 챔버 내에 장착되고 상기 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부, 상기 반응 챔버 내에 장착되고, 상기 나노입자 발생부로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 발생부는 코어-쉘 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 코어-쉘 와이어는 코어 와이어와 이 코어 와이어에 코팅된 쉘로 이루어지며, 상기 코어 와이어는 산화되지 않는 1064℃를 초과하는 녹는점을 갖는 금속으로 이루어지고, 상기 쉘의 코팅물질은 1064℃ 이하의 녹는점을 갖는 금속인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 반응 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어지고, 작동 유체 도입구 및 작동 유체 배출구를 구비하며, 상기 나노입자 발생부는 상기 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 장착되고, 상기 나노입자 처리부는 상기 하부 챔버에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 반응 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어지고, 작동 유체 도입구 및 작동 유체 배출구를 구비하며, 상기 나노입자 발생부 및 상기 나노입자 처리부는 상기 하부 챔버에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 반응 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어지고, 작동 유체 도입구 및 작동 유체 배출구를 구비하며, 상기 나노입자 발생부는 상기 하부 챔버에 장착되고, 상기 나노입자 처리부는 상기 상부 챔버에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 발생부와 상기 나노입자 처리부는 대향하는 위치에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 발생부 및 나노입자 처리부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 나노입자 발생부에 공급되는 전류를 제어하는 전류제어부, 상기 반응 챔버로 공급되는 작동 유체의 속도를 제어하는 유속 제어부 및 상기 기판의 온도를 제어하는 온도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 기판은 Si기판인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 처리부는 나노입자 증착을 위한 열영동도 부여 수단으로서, 상기 기판의 하부에 장착된 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 열전소자는 상기 기판의 일부분에만 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 처리부에서 상기 기판의 열영동도 부여 시, 온도 구배는 작동 유체의 온도보다 5℃ 이상 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 온도 제어수단은 열전소자의 온도를 감지하는 온도센서를 구비한 온도 제어부 및 상기 온도센서에서 감지된 온도를 모니터링하는 온도 모니터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 작동 유체는 질소 또는 헬륨의 불활성 기체인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 발생부는 상기 작동 유체 도입구 측에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체 도입구 측의 작동 유체 통로의 안지름에 걸쳐 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체의 통로 상에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체 도입구 측의 작동 유체 통로의 안지름의 일부분에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 발생부와 상기 나노입자 처리부는 상온 및 상압에서 실행하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 발생부에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기는 상기 전류제어부에서 상기 나노입자 발생부에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 유속 제어부에서 작동 유체 속도를 조절하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 나노입자 처리부에서 상기 기판상에 증착 또는 코팅되는 막의 두께는 상기 온도제어부에서 상기 기판의 온도를 제어하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반응 챔버 내에서 나노입자를 발생하고, 발생된 나노입자를 처리하는 방법으로서, 상기 반응 챔버 내에 장착된 나노입자 발생부에서 나노입자를 발생시키는 단계 및 상기 반응 챔버 내에 장착된 나노입자 처리부에서 상기 나노입자 발생부로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 나노입자의 발생과 나노입자의 증착 또는 코팅 막의 형성은 상온 및 상압에서 상기 반응 챔버에 공급되는 작동 유체에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 코팅 막의 두께 조절은 상기 나노입자 발생부에서 나노입자 발생 후 작동 유체에 의해 나노입자가 이동 시, 상기 나노입자 처리부의 열전소자의 온도 범위를 조절하여 상기 나노입자의 증착 정도를 조절한 후, 상기 열전소자의 온도를 높여 코팅 막을 형성하는 것에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법에 의하면, 상온·상압에서 운용하면서 나노입자의 발생·증착·코팅 막 형성을 할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한 본 발명에 따르면, 코어-쉘 와이어에 인가되는 전류의 조절에 의해 생성되는 나노입자의 크기 조절과 나노입자의 형태를 변화시킬 수 있고, 작동 유체의 속도조절로 발생되는 입자의 농도 조절 및 생성되는 입자의 크기를 조절할 수 있으며, 열전소자의 온도 조절로 열영동도를 조절하여 증착되는 나노입자의 농도 변화가 가능하며, 이는 곧 코팅 막의 두께를 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이다.
도 3은 도 2에 도시된 나노입자 발생부의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 나노입자 처리부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이다.
도 6은 도 5에 도시된 나노입자 발생부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이다.
도 8은 도 7에 도시된 나노입자 발생부의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이다.
도 11은 도 10에 도시된 나노입자 처리부의 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 나노입자 처리부에서 선택적 나노입자 증착을 위한 열전소자 구성의 모식도이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 각각의 실시 예를 도면에 따라 설명한다.
< 제1 실시 예 >
본 발명의 제1 실시 예를 도 1 내지 도 4에 따라 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 블록도 이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이며, 도 3은 도 2에 도시된 나노입자 발생부의 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 나노입자 처리부의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치(100)는 반응 챔버(130) 내에서 나노입자를 발생하고, 발생된 나노입자를 처리하는 장치로서, 반응 챔버(130) 내에 장착되고, 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부(110), 반응 챔버(130) 내에 장착되고, 나노입자 발생부(110)로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부(120) 및 나노입자 발생부(110)와 나노입자 처리부(120)를 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
상기 나노입자 처리부(120)는 나노입자의 증착·코팅 막을 형성하는 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치로서 기능 한다.
또 제어부(10)는 상기 나노입자 발생부(110)에 공급되는 전류를 제어하는 전류제어부(11), 반응 챔버(13)로 공급되는 유체의 속도를 제어하는 유속 제어부(12) 및 기판의 온도를 제어하는 온도 제어수단(15)을 포함한다. 즉, 상기 제어부(10)는 마이크로 프로세서와 메모리 소자를 구비하며, 상기 메모리 소자에는 공급 전류 및 유체의 속도에 따른 나노 입자의 발생 조건, 기판의 온도에 따른 증착·코팅 막의 두께에 관한 정보가 저장되고, 마이크로 프로세서는 이러한 정보에 따라 전류제어부(11), 유속 제어부(12) 및 온도 제어수단(15)의 기능을 담당하게 된다.
또 도 1에 도시된 온도 제어수단(15)은 열전소자의 온도를 감지하는 온도센서를 구비한 온도 제어부 및 상기 온도 제어부에서 감지된 온도를 모니터링하는 온도 모니터를 구비한 구성으로 설명하였다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(130)에는 작동 유체 도입구(111), 작동 유체 배출구(111'), 작동 유체 통로가 형성되고, 작동 유체 배출구(111')로 배출되는 작동 유체는 필터(170)에서 필터링 된다.
한편, 반응 챔버(130)는 일체로 이루어진 것이지만, 설명의 편의상 작동 유체의 통로의 상부를 상부 챔버(131)로 설명하고, 작동 유체 통로의 하부를 하부 챔버(131')로 설명한다. 상기 작동 유체로는 질소, 헬륨 등의 불활성 기체가 적용된다.
상기 나노입자 발생부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 챔버(131)와 하부 챔버(131') 사이에 장착되고, 상기 나노입자 처리부(120)는 하부 챔버(131')에 장착된다.
또 도 2에 도시된 바와 같이, 전원공급부(140)는 전류 제어부(11)의 제어하에 나노입자 발생부(110)에 전원을 공급하고, 전원 공급부(140')는 온도 제어부(150)의 제어하에 나노입자 처리부(120)로 전원을 공급한다. 도 2에 도시된 온도 제어부(150)의 제어 상태는 온도 모니터(160)에 의해 사용자가 감시할 수 있다.
다음에 나노입자 발생부(110)의 구성에 대해 도 3에 따라 설명한다.
상기 나노입자 발생부(110)는 코어-쉘 와이어(112)를 구비하고, 코어-쉘 와이어(112)는 작동 유체 도입구(111) 측에서 상부 챔버(131)와 하부 챔버(131')에 마련된 와이어 플랜지(113)에 내장되고 전원 공급부(140)에 연결된다. 즉, 코어-쉘 와이어(112)는 상기 작동유체 도입구(111) 측의 작동 유체 통로의 안지름에 걸쳐 장착된다.
상기 와이어 플랜지(113)는 체결 나사(115,115')에 의해 상부 챔버(131)와 하부 챔버(131')에 결합되고, 작동 유체의 누출을 방지하기 위해 오링(114,114') 및 패킹(116,116')에 의해 밀폐된다.
또 본 발명에 적용되는 코어-쉘 와이어(112)는 코어 와이어와 이 코어 와이어에 코팅된 쉘로 이루어지며, 코어 와이어는 산화되지 않는 1064℃를 초과하는 녹는점을 갖는 금속, 예를 들어 백금 또는 텅스텐으로 이루어지고, 쉘 코팅물질은 1064℃이하의 녹는점을 갖는 금속, 예를 들어 금으로 이루어진다.
다음에 나노입자 처리부(120)의 구성에 대해 도 4에 따라 설명한다.
상기 나노입자 처리부(120)는 상술한 바와 같이, 나노입자의 증착·코팅 막을 형성하는 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치로서, 상기 하부 챔버(131')의 대략 중앙 부분에 장착되며, 나노입자가 증착 및 코팅될 기판(121), 바람직하게는 Si 기판이 마련된다. 도 4에서는 설명의 편의상 나노입자 처리부(120)가 하부 챔버(131')의 중앙 부분에 장착된 것으로 도시하고 이에 대응하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 나노입자의 체류시간과 열열동의 제어에 따라 작동 유체 도입구(111) 또는 작동 유체 배출구(111')의 어느 일측에 장착되어도 된다.
상기 기판(121)은 나노입자 코팅 플랜지(123)와 기판에서 증착·코팅 막을 형성하기 위해 관통부분이 마련된 기판 플랜지(124)에 의해 고정된다. 상기 나노입자 코팅 플랜지(123)는 체결 나사(127.127')에 의해 하부 챔버(131')에 결합되고, 상기 기판 플랜지(124)는 체결 나사(128,128')에 의해 나노입자 코팅 플랜지(123)에 결합된다. 또 상술한 바와 같은 결합에 의해 작동 유체가 누출되는 것을 방지하기 위해 나노입자 코팅 플랜지(123)에는 오링(125,125')이 장착된다.
또, 상기 기판(121)의 하부에는 나노입자 증착을 위한 열영동도 부여 수단으로서, 열전소자(122)가 장착되며, 상기 열전소자(122)는 온도 제어부(150)에 연결된다. 또한 상기 열전소자(122)는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(121)의 하부 전면에 걸쳐 마련되며, 온도 제어부(150)와의 연결선 부분은 패킹(126)에 의해 밀폐된다.
한편 상기 실시 예에서는 기판으로서 Si기판을 적용하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 예를 들어 글라스 기판 등을 사용할 수도 있다.
다음에 제1 실시 예에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 기본적인 동작에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 나노입자 발생부(110)는 전원 공급부(140)에서 코어-쉘 와이어(112)로 전류가 인가되면, 코어-쉘 와이어(112)에서 쉘 물질이 증발을 시작하고, 증발된 쉘 물질은 작동유체 도입구(111)에서 공급되는 작동 유체와 만나면서 나노입자로 생성되며 작동 유체에 의해 통로로 이동된다.
나노입자를 기판(121)에 증착·코팅하여 막을 형성하기 위한 나노입자 처리부(120)는 나노입자 발생부(110)로부터 도입되는 나노입자가 관내 온도보다 상대적으로 낮은 Si 기판(212)에 증착된다. 이때 열영동도는 열전소자(122)의 온도조절에 의해 수행된다. 상기 나노입자 처리부(120)에서 상기 기판(121)의 열영동도 부여 시, 온도 구배는 작동 유체의 온도보다 5℃ 이상 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
나노입자 증착이 완료된 후, 온도 제어부(150)에 의해 열전소자(122)의 온도를 높여 코팅 막을 형성한다.
상술한 바와 같은 나노입자 발생부(110)에서의 나노입자 발생 및 나노입자 처리부(120)에서의 증착·코팅 막 형성은 상온 및 상압에서 실행된다.
또 상기 나노입자 발생부(110)에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기는 상기 전류제어부(11)에서 상기 나노입자 발생부(110)에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 유속 제어부(12)에서 작동 유체 속도를 조절하는 것에 의해 결정된다.
또한 상기 나노입자 처리부(120)에서 상기 기판(121)상에 증착 코팅되는 막의 두께는 상기 온도제어부(150)에서 상기 기판의 온도를 제어, 즉 열전소자(122)의 온도를 제어하는 것에 의해 결정된다. 보다 구체적으로, 상기 기판(121)의 코팅 막의 두께 조절은 상기 나노입자 발생부(110)에서 나노입자 발생 후 작동 유체에 의해 나노입자가 이동 시, 상기 나노입자 처리부(120)의 열전소자(122)의 온도 범위를 조절하여 상기 나노입자의 증착 정도를 조절한 후, 상기 열전소자(122)의 온도를 높여 코팅 막을 형성하는 것에 의해 달성된다.
< 제2 실시 예 >
다음에, 본 발명의 제2 실시 예를 도 5 및 도 6에 따라 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이고, 도 6은 도 5에 도시된 나노입자 발생부의 단면도이다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치(200)는 반응 챔버(230) 내에 장착되고 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부(210), 반응 챔버(230) 내에 장착되고 나노입자 발생부(210)로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부(220) 및 나노입자 발생부(210)와 나노입자 처리부(220)를 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
상기 나노입자 처리부(220)는 나노입자의 증착·코팅 막을 형성하는 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치로서 기능 한다.
또 도 5에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(230)에는 작동 유체 도입구(211), 작동 유체 배출구(211'), 작동 유체 통로가 형성되고, 작동 유체 배출구(211')로 배출되는 작동 유체는 필터(270)에서 필터링 된다. 한편, 제2 실시 예에서도 반응 챔버(230)는 일체로 이루어진 것이지만, 설명의 편의상 도 5에서 작동 유체의 통로의 상부를 상부 챔버(231)로 설명하고, 작동 유체 통로의 하부를 하부 챔버(231')로 설명한다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 전원공급부(240)는 전류 제어부(11)의 제어하에 나노입자 발생부(210)에 전원을 공급하고, 전원 공급부(240')는 온도 제어부(250)의 제어하에 나노입자 처리부(220)로 전원을 공급한다. 도 5에 도시된 온도 제어부(250)의 제어 상태는 온도 모니터(260)에 의해 사용자가 감시할 수 있다.
한편 제1 실시 예와 동일 구성 및 동작에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예의 특징부분에 대해서만 설명한다. 즉, 제2 실시 예에 따른 나노입자 처리부(220)의 구성은 제1 실시 예와 동일하므로, 그 반복적인 설명은 생략한다.
상기 나노입자 발생부(210)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 챔버(231)와 하부 챔버(231') 사이에 장착되고, 상기 나노입자 처리부(220)는 하부 챔버(231')에 장착된다.
상기 나노입자 발생부(210)는 도 6에 도시된 바와 같이, 코어-쉘 와이어(212)를 구비하고, 코어-쉘 와이어(212)는 작동 유체 도입구(211) 측에서 하부 챔버(231')에 마련된 와이어 플랜지에 내장되고 전원 공급부(240)에 연결된다. 즉, 코어-쉘 와이어(212)는 상기 작동유체 도입구(211) 측의 작동 유체 통로의 안지름의 일부분, 대략 중앙 부분까지만 장착된다.
상기 와이어 플랜지(213)는 체결 나사(215,215')에 의해 상부 챔버(231)와 하부 챔버(231')에 결합되고, 작동 유체의 누출을 방지하기 위해 오링(214,214') 및 패킹(216)에 의해 밀폐된다.
상기한 바와 같이 코어-쉘 와이어(212)가 상기 작동유체 도입구(211) 측의 작동 유체 통로의 안지름의 일부분에만 장착되어도, 상기 나노입자 발생부(220)에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기를 상기 전류제어부(11)에서 상기 나노입자 발생부(220)에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 유속 제어부(12)에서 작동 유체 속도를 조절하는 것에 의해 제1 실시 예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
< 제3 실시 예 >
다음에, 본 발명의 제3 실시 예를 도 7 및 도 8에 따라 설명한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이고, 도 8은 도 7에 도시된 나노입자 발생부의 단면도이다.
도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치(300)는 반응 챔버(330) 내에 장착되고 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부(310), 반응 챔버(330) 내에 장착되고 나노입자 발생부(310)로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부(320) 및 나노입자 발생부(310)와 나노입자 처리부(320)를 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
상기 나노입자 처리부(320)는 나노입자의 증착·코팅 막을 형성하는 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치로서 기능 한다.
또 도 7에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(330)에는 작동 유체 도입구(311), 작동 유체 배출구(311'), 작동 유체 통로가 형성되고, 작동 유체 배출구(311')로 배출되는 작동 유체는 필터(370)에서 필터링 된다. 한편, 제3 실시 예에서도 반응 챔버(330)는 일체로 이루어진 것이지만, 설명의 편의상 도 7에서 작동 유체의 통로의 상부를 상부 챔버(331)로 설명하고, 작동 유체 통로의 하부를 하부 챔버(331')로 설명한다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이, 전원공급부(340)는 전류 제어부(11)의 제어하에 나노입자 발생부(310)에 전원을 공급하고, 전원 공급부(340')는 온도 제어부(350)의 제어하에 나노입자 처리부(320)로 전원을 공급한다. 도 7에 도시된 온도 제어부(350)의 제어 상태는 온도 모니터(360)에 의해 사용자가 감시할 수 있다.
한편 제1 실시 예와 동일 구성 및 동작에 대한 설명은 생략하고, 제3 실시 예의 특징부분에 대해서만 설명한다. 즉, 제3 실시 예에 따른 나노입자 처리부(320)의 구성은 제1 실시 예와 동일하므로, 그 반복적인 설명은 생략한다.
상기 나노입자 발생부(310)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하부 챔버(331')에 장착되고, 상기 나노입자 처리부(320)는 하부 챔버(331')에 장착된다.
상기 나노입자 발생부(310)는 도 8에 도시된 바와 같이, 코어-쉘 와이어(312)를 구비하고, 코어-쉘 와이어(312)는 작동 유체의 통로 상에 장착되고, 와이어 플랜지(313)에 내장되어 전원 공급부(340)에 연결된다.
상기 와이어 플랜지(313)는 체결 나사(316,316')에 의해 하부 챔버(331')에 결합되고, 작동 유체의 누출을 방지하기 위해 오링(314,314') 및 패킹(315,315')에 의해 밀폐된다.
상기한 바와 같이 코어-쉘 와이어(312)가 상기 작동 유체 통로의 장착되어도, 상기 나노입자 발생부(320)에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기를 상기 전류제어부(11)에서 상기 나노입자 발생부(320)에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 유속 제어부(12)에서 작동 유체 속도를 조절하는 것에 의해 제1 실시 예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
< 제4 실시 예 >
다음에, 본 발명의 제4 실시 예를 도 9에 따라 설명한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이다.
도 1 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치(400)는 반응 챔버(430) 내에 장착되고 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부(410), 반응 챔버(430) 내에 장착되고 나노입자 발생부(410)로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부(420) 및 나노입자 발생부(410)와 나노입자 처리부(420)를 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
상기 나노입자 처리부(420)는 나노입자의 증착·코팅 막을 형성하는 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치로서 기능 한다.
또 도 9에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(430)에는 작동 유체 도입구(411), 작동 유체 배출구(411'), 작동 유체 통로가 형성되고, 작동 유체 배출구(411')로 배출되는 작동 유체는 필터(470)에서 필터링 된다. 한편, 제4 실시 예에서도 반응 챔버(430)는 일체로 이루어진 것이지만, 설명의 편의상 도 9에서 작동 유체의 통로의 상부를 상부 챔버(431)로 설명하고, 작동 유체 통로의 하부를 하부 챔버(431')로 설명한다.
또한 도 9에 도시된 바와 같이, 전원공급부(440)는 전류 제어부(11)의 제어하에 나노입자 발생부(410)에 전원을 공급하고, 전원 공급부(440')는 온도 제어부(450)의 제어하에 나노입자 처리부(420)로 전원을 공급한다. 도 9에 도시된 온도 제어부(450)의 제어 상태는 온도 모니터(460)에 의해 사용자가 감시할 수 있다.
한편 제1 실시 예와 동일 구성 및 동작에 대한 설명은 생략하고, 제4 실시 예의 특징부분에 대해서만 설명한다.
상기 나노입자 발생부(410)는 도 9에 도시된 바와 같이, 하부 챔버(431')에 장착되고, 상기 나노입자 처리부(420)는 상부 챔버(431)에 장착된다.
상기 나노입자 발생부(410)는 도 9에 도시된 바와 같이, 코어-쉘 와이어를 구비하고, 코어-쉘 와이어는 작동 유체의 통로의 대략 중앙 부분에 장착되고, 와이어 플랜지에 내장되어 전원 공급부(440)에 연결된다.
상기 나노입자 처리부(420)는 상부 챔버(431)의 대략 중앙 부분에 장착되어 상기 나노입자 발생부(410)와 대향하게 된다.
상기한 바와 같이 코어-쉘 와이어가 상기 작동 유체 통로의 장착되고, 상기 나노입자 발생부(410)와 나노입자 처리부(420)가 대향하는 위치에 마련되어도, 상기 나노입자 발생부(420)에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기를 상기 전류제어부(11)에서 상기 나노입자 발생부(420)에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 유속 제어부(12)에서 작동 유체 속도를 조절하며, 상기 나노입자 처리부(420)의 열전소자의 온도 범위를 조절하는 것에 의해 제1 실시 예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
< 제5 실시 예 >
다음에 본 발명의 제5 실시 예를 도 10 내지 도 11에 따라 설명한다.
도 10은 본 발명의 제5 실시에 따른 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치의 모식도이고, 도 11은 도 10에 도시된 나노입자 처리부의 단면도이며, 도 12는 도 10에 도시된 나노입자 처리부에서 선택적 나노입자 증착을 위한 열전소자 구성의 모식도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치(500)는 반응 챔버(530) 내에 장착되고 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부(510), 반응 챔버(530) 내에 장착되고 나노입자 발생부(510)로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부(520) 및 나노입자 발생부(510)와 나노입자 처리부(520)를 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
상기 나노입자 처리부(520)는 나노입자의 증착·코팅 막을 형성하는 나노입자의 증착·코팅 막 형성 장치로서 기능 한다.
한편 제1 실시 예와 동일 구성 및 동작에 대한 설명은 생략하고, 제5 실시 예의 특징부분에 대해서만 설명한다. 즉, 제5 실시 예에 따른 나노입자 발생부(520)의 구성은 제1 실시 예와 동일하므로, 그 반복적인 설명은 생략한다. 한편, 제5 실시 예에서도 반응 챔버(530)는 일체로 이루어진 것이지만, 설명의 편의상 도 10에서 작동 유체의 통로의 상부를 상부 챔버(531)로 설명하고, 작동 유체 통로의 하부를 하부 챔버(531')로 설명한다.
상기 나노입자 처리부(520)는 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 하부 챔버(531')의 대략 중앙 부분에 장착되며, 나노입자가 증착 및 코팅될 기판(521)이 마련된다.
상기 기판(521)은 나노입자 코팅 플랜지(523)와 기판에서 증착·코팅 막을 형성하기 위해 관통부분이 마련된 기판 플랜지(524)에 의해 고정된다. 상기 나노입자 코팅 플랜지(523)는 체결 나사(527.527')에 의해 하부 챔버(531')에 결합되고, 상기 기판 플랜지(524)는 체결 나사(528,528')에 의해 나노입자 코팅 플랜지(523)에 결합된다. 또 상술한 바와 같은 결합에 의해 작동 유체가 누출되는 것을 방지하기 위해 나노입자 코팅 플랜지(523)에는 오링(525,525')이 장착된다.
또, 상기 기판(521)의 하부에는 나노입자 증착을 위한 열영동도 부여 수단으로서, 열전소자(522)가 장착되며, 상기 열전소자(522)는 온도 제어부(550)에 연결된다.
또한 상기 열전소자(522)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 기판(521)의 일부분에만 마련되며, 온도 제어부(550)와의 연결선 부분은 패킹(526,526')에 의해 밀폐된다.
이 제5 실시 예는 열전 소자(522)의 배열을 변경·구성하면, 선택적으로 기판(521)에 나노입자를 증착 및 코팅할 수 있다는 이점이 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법은 기판상에 나노입자를 증착 또는 코팅하는 기술에 적용된다.
10 : 제어부
11 : 전류 제어부
12 : 유속 제어부
15 : 온도 제어수단
110 : 나노입자 발생부
112 : 코어-쉘 와이어
120 : 나노입자 처리부
121 : 기판
122 : 열전 소자
150 : 온도 제어부

Claims (33)

  1. 반응 챔버 내에서 나노입자를 발생하고, 발생된 나노입자를 처리하는 장치로서,
    상기 반응 챔버 내에 장착되고, 상기 나노입자를 발생하는 나노입자 발생부,
    상기 반응 챔버 내에 장착되고, 상기 나노입자 발생부로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 나노입자 처리부 및
    상기 나노입자 발생부 및 나노입자 처리부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 나노입자 발생부에 공급되는 전류를 제어하는 전류제어부, 상기 반응 챔버로 공급되는 작동 유체의 속도를 제어하는 유속 제어부 및 상기 기판의 온도를 제어하는 온도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 발생부는 코어-쉘 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 코어 와이어와 이 코어 와이어에 코팅된 쉘로 이루어지며, 상기 코어 와이어는 산화되지 않는 1064℃를 초과하는 녹는점을 갖는 금속으로 이루어지고, 상기 쉘의 코팅물질은 1064℃ 이하의 녹는점을 갖는 금속인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어지고, 작동 유체 도입구 및 작동 유체 배출구를 구비하며,
    상기 나노입자 발생부는 상기 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 장착되고,
    상기 나노입자 처리부는 상기 하부 챔버에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어지고, 작동 유체 도입구 및 작동 유체 배출구를 구비하며,
    상기 나노입자 발생부 및 상기 나노입자 처리부는 상기 하부 챔버에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버로 이루어지고, 작동 유체 도입구 및 작동 유체 배출구를 구비하며,
    상기 나노입자 발생부는 상기 하부 챔버에 장착되고,
    상기 나노입자 처리부는 상기 상부 챔버에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나노입자 발생부와 상기 나노입자 처리부는 대향하는 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 Si기판인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 처리부는 나노입자 증착을 위한 열영동도 부여 수단으로서, 상기 기판의 하부에 장착된 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 기판의 일부분에만 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 처리부에서 상기 기판의 열영동도 부여 시, 온도 구배는 작동 유체의 온도보다 5℃ 이상 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어수단은 열전소자의 온도를 감지하는 온도센서를 구비한 온도 제어부 및 상기 온도센서에서 감지된 온도를 모니터링하는 온도 모니터를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 작동 유체는 질소 또는 헬륨의 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 나노입자 발생부는 상기 작동 유체 도입구 측에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체 도입구 측의 작동 유체 통로의 안지름에 걸쳐 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체의 통로 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제5항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체 도입구 측의 작동 유체 통로의 안지름의 일부분에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 나노입자 발생부와 상기 나노입자 처리부는 상온 및 상압에서 실행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 발생부에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기는 상기 전류제어부에서 상기 나노입자 발생부에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 유속 제어부에서 작동 유체 속도를 조절하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 처리부에서 상기 기판상에 증착 또는 코팅되는 막의 두께는 상기 온도제어부에서 상기 기판의 온도를 제어하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 반응 챔버 내에서 나노입자를 발생하고, 발생된 나노입자를 처리하는 방법으로서,
    상기 반응 챔버 내에 장착된 나노입자 발생부에서 나노입자를 발생시키는 단계 및
    상기 반응 챔버 내에 장착된 나노입자 처리부에서 상기 나노입자 발생부로부터 유입된 나노입자를 기판상에 증착 또는 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 나노입자의 발생과 나노입자의 증착 또는 코팅 막의 형성은 상온 및 상압에서 상기 반응 챔버에 공급되는 작동 유체에 의해 실행되며,
    상기 나노입자 발생부에서 발생되는 나노입자의 농도와 크기는 상기 나노입자 발생부에 인가하는 전류를 조절하고, 상기 작동 유체 속도를 조절하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 작동 유체는 질소 또는 헬륨의 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 삭제
  25. 제22항에 있어서,
    상기 코팅 막의 두께 조절은 상기 나노입자 발생부에서 나노입자 발생 후 작동 유체에 의해 나노입자가 이동 시, 상기 나노입자 처리부의 열전소자의 온도 범위를 조절하여 상기 나노입자의 증착 정도를 조절한 후, 상기 열전소자의 온도를 높여 코팅 막을 형성하는 것에 의해 실행되는 것을 특징으로 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 나노입자의 선택적 증착 및 코팅은 상기 열전소자의 배열 구성을 변경하여 증착 및 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 나노입자는 코어-쉘 와이어에서 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 코어 와이어와 이 코어 와이어에 코팅된 쉘로 이루어지며, 상기 코어 와이어는 산화되지 않는 1064℃를 초과하는 녹는점을 갖는 금속으로 이루어지고, 상기 쉘의 코팅물질은 1064℃ 이하의 녹는점을 갖는 금속인 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 나노입자 처리부에서 상기 기판의 열영동도 부여 시, 온도 구배는 상기 작동 유체의 온도보다 5°C 이상 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 반응 챔버에 형성된 작동 유체의 도입구 부분에 마련되어 나노입자를 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 나노입자 처리부에 대향하는 위치에 마련되어 나노입자를 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 작동 유체의 통로 상에 마련되어 나노입자를 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 코어-쉘 와이어는 상기 반응 챔버에 형성된 작동 유체의 도입구의 안지름의 일부분에 마련되어 나노입자를 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020110104714A 2011-10-13 2011-10-13 코어-쉘 와이어에 의한 나노입자의 발생 및 그를 이용한 나노입자의 처리 장치 및 방법 KR101331137B1 (ko)

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