KR101366027B1 - 수분 발생용 반응로 - Google Patents
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Abstract
백금 촉매층을 갖는 반응로내에 수소 가스와 산소 가스를 공급하고, 촉매 반응시킴으로써 연소시키지 않고, 수소 가스와 산소 가스의 착화점보다 낮은 촉매 반응 온도에서 고순도의 수분을 발생시키는 수분 발생용 반응로에 있어서, 모재와 백금 촉매층 사이에 형성한 배리어층에 대하여, 백금 촉매층의 높은 부착력을 장기간 유지할 수 있는 수분 발생용 반응로를 제공한다.
가스 입구 및 수분 출구가 형성된 반응로 본체와, 상기 반응로 본체의 내벽면의 적어도 일부에 성막된 Y2O3 배리어층과 상기 Y2O3 배리어층상의 적어도 일부에 성막된 백금 촉매층을 갖는 것으로 했다. 상기 Y2O3 배리어층의 막두께는 바람직하게는 50nm∼5㎛이다.
가스 입구 및 수분 출구가 형성된 반응로 본체와, 상기 반응로 본체의 내벽면의 적어도 일부에 성막된 Y2O3 배리어층과 상기 Y2O3 배리어층상의 적어도 일부에 성막된 백금 촉매층을 갖는 것으로 했다. 상기 Y2O3 배리어층의 막두께는 바람직하게는 50nm∼5㎛이다.
Description
본 발명은 백금 촉매층을 갖는 반응로 내에 수소 가스와 산소 가스를 공급하고, 촉매 반응시킴으로써 연소(약 2000℃)시키지 않고, 수소 가스와 산소 가스의 착화점(500∼580℃) 보다 낮은 촉매 반응 온도(400℃이하)에서 고순도의 수분을 발생시키는 수분 발생용 반응로에 관한 것이다.
종래, 반도체의 제조에 있어서의 수분 산화법을 사용한 실리콘의 산화막 형성에 있어서, 초고순도의 수분을 연속적으로 공급하기 위해서 사용되는 수분 발생용 반응로가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1∼5).
이 종류의 수분 발생용 반응로는 예를 들면, 도 4에 나타나 있는 바와 같이 노 본체 부재(22, 23)를 대향 형상으로 조합 용접함으로써, 반응용의 내부 공간(P)을 갖는 반응로 본체가 형성되어 있고, 이 반응로 본체에 원료 가스 입구(24), 수분 가스 출구(25), 입구측 반사체(26), 출구측 반사체(27) 등을 각각 설치함과 아울러 원료 가스 입구(24)와 대향하는 측의 노 본체 부재(23)의 내벽면에 백금 촉매층(28b)을 설치함으로써 형성되어 있다.
반응로의 스테인레스제 모재와 백금 촉매층(28b) 사이에는 배리어층(28a)이 형성되고, 상기 배리어층에 의해, 모재 중의 불순물이 백금 촉매층(28b)내에 확산하는 것을 저지하여 백금 촉매층의 열화를 방지하고 있다.
배리어층(28a)의 두께는 0.1㎛∼5㎛정도로 되고, 예를 들면 TiN으로 이루어지는 배리어층(28a)이 이온 플레이팅법에 의해 형성되어 있다. 또한, 백금 촉매층(28b)의 두께는 1nm∼0.5mm가 되고, 예를 들면 진공증착법에 의해 형성되어 있다. 또한, 배리어층(28a)의 형성 방법으로서는 상기 이온 플레이팅법 이외에 이온 스퍼터링법이나 진공증착법 등의 PVD법이나 화학 증착법(CVD법), 핫프레스법, 용사법 등이 사용된다. 또한, 백금 촉매층(28b)의 형성 방법은 상기 진공 증착법 이외에, 이온 플레이팅법이나 이온 스퍼터링법, 화학 증착법, 핫프레스법 등이 사용되고, 또한 배리어층(28a)이 TiN 등의 도전성이 있는 물질일 때에는 도금법도 사용된다.
그러나, 종래의 TiN 등으로 이루어지는 배리어층은 장기간 사용하면 백금 촉매층의 배리어층으로의 부착력(박리 강도)이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
이러한 부착력의 경시 저하는 촉매 반응에 의한 활성화된 산소(O2 라디칼)가 백금 촉매층을 통과해서 배리어층의 백금 촉매층과의 계면 부근을 서서히 산화시킴으로써 배리어층과 백금 촉매층의 부착력을 저하시키기 때문이라 생각된다.
이러한 부착력의 저하는 통상의 사용 상태에 있어서 백금 촉매를 박리시킬 수 있는 정도는 아니지만, 예를 들면 메인터넌스 시의 의도하지 않는 낙하 등에 의한 수분 발생용 반응로로의 예기치 못한 충격 등에 의해, 백금 촉매층이 부분적으로 박리될 우려가 있다.
백금 촉매층이 박리되면, 박리된 백금이 오염물이 되어 제조되는 반도체의 품질에 중대한 악영향을 미치게 된다.
또한, 백금 촉매층이 박리하면, 박리한 백금은 열용량이 작고, 수소 가스와 산소 가스의 촉매 반응에 의해 생기는 반응열에 의해 온도가 상승하여 착화 원인이 되기 때문에, 폭발이나 연소에 의한 제조 장치의 손상이나 안전성의 문제도 발생한다.
그래서, 본 발명은 백금 촉매층의 배리어층에 대한 높은 부착력을 장기간 유지할 수 있는 수분 발생용 반응로를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명자 등은 예의 연구한 결과, 배리어층을 Y2O3에 의해 형성함으로써 백금 촉매층이 배리어층과의 사이에 높은 부착력을 장기간 유지할 수 있는 것을 발견했다.
따라서, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 입구 및 수분 출구가 설치된 반응로 본체와 상기 반응로 본체의 내벽면의 적어도 일부에 형성된 Y2O3 배리어층과 상기 Y2O3 배리어층상의 적어도 일부에 형성된 백금 촉매층을 갖는 수분 발생용 반응로를 제공한다.
상기 Y2O3층의 막두께는 50nm∼5㎛인 것이 바람직하고, 100∼300nm인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 반응로 본체는 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 수분 발생용 반응로는 적어도 1장의 반사체를 상기 반응로 본체내에 더 구비하고, 상기 반사체가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사체는 상기 가스 입구 및 상기 수분 출구 중 적어도 한쪽을 소정 간격을 두고 가로막도록 상기 반응로 본체에 스페이서를 개재하여 고정 나사에 의해 고정되어 있고, 상기 스페이서 및 상기 고정 나사가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 반응로 본체 부재나 반사체와 같은 반응로내의 가스에 접하는 면을 갖는 부재를 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료를 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 촉매 활성을 갖지 않는 재료는 철-크롬-알루미늄 합금, 알루미늄 합금,또는 동 합금인 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응로 본체의 내부 공간내의 상기 백금 촉매층을 형성한 부분이외의 부위가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 수분 발생용 반응로는 적어도 1장의 반사체를 상기 반응로 본체내에 더 구비하여, 상기 반사체가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사체는 상기 가스 입구 및 상기 수분 출구 중 적어도 한쪽을 소정 간격을 두고 가로막도록 상기 반응로 본체에 스페이서를 개재하여 고정 나사에 의해 고정되어 있고, 상기 스페이서 및 상기 고정 나사가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다.
상기 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층이 TiN, TiC, TiCN, TiAlN, Al2O3, Cr2O3, SiO2, CrN 및 Y2O3로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(발명의 효과)
본 발명은 반응로 본체의 내벽면에 Y2O3 배리어층을 성막하고, 이 Y2O3 배리어층 상에 백금 촉매층을 성막함으로써, 백금 촉매층의 Y2O3 배리어층으로의 부착력의 경시 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1, 2에 대해서 백금 촉매층의 Y2O3 배리어층으로의 부착력을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3, 4에 대해서 백금 촉매층의 Y2O3 배리어층으로의 부착력을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 비교예에 대해서 백금 촉매층의 TiN 배리어층으로의 부착력을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래의 수분 발생용 반응로의 일형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3, 4에 대해서 백금 촉매층의 Y2O3 배리어층으로의 부착력을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 비교예에 대해서 백금 촉매층의 TiN 배리어층으로의 부착력을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래의 수분 발생용 반응로의 일형태를 나타내는 종단면도이다.
본 발명에 따른 수분 발생용 반응로의 실시형태에 대해서, 이하에 도 1∼4를 참조해서 설명한다. 또한, 배리어층(28a)을 Y2O3로 한 점을 제외하고, 수분 발생용 반응로의 구조는 종래와 동일하므로 도 4를 참조한다.
수분 발생용 반응로는 출구측의 노 본체 부재(23)의 내벽면에, Y2O3 배리어층이 성막되고, 상기 Y2O3 배리어층 상에 백금 촉매층(28b)이 성막되어 있다. 이 Y2O3배리어층은 노 본체 부재(23)의 모재 중의 불순물이 백금 촉매층(28b)내에 확산하는 것을 저지하는 배리어층이다. 입구측의 노 본체 부재(22)의 내벽면에도 출구측의 노 본체 부재(23)와 동일하게 Y2O3 배리어층을 성막하고, 상기 Y2O3 배리어층 상에 백금 촉매층을 형성할 수도 있지만, 원료 가스 입구(24)의 입구 근방에서 수분 발생 반응이 활발하게 행하여지면 입구측 접속용 기구 등의 온도가 지나치게 상승할 우려가 있기 때문에 입구측의 노 본체 부재(22)의 원료 가스 입구(24)의 중심으로부터 적어도 반경 10mm 위치의 범위, 바람직하게는 반경 15∼25mm 위치의 범위에는 백금 촉매층을 형성하지 않는 것이 바람직하다.
반응로 본체의 모재에는 예를 들면 SUS316L 등의 스테인레스 강, 니켈 합금 강, 니켈 강이 사용될 수 있다. 반응로 본체가 스테인레스 강, 니켈 합금 강, 니켈 강과 같이 O2나 H2에 대하여 촉매 활성 작용을 미칠 수 있는 재료로 형성되어 있는 경우에는 특히, 로내의 백금 촉매층이 형성되어 있지 않은 부분은 산소 및 수소에 대한 촉매 활성을 갖지 않는 비촉매성의 배리어층을, 모재에 의한 촉매활성을 방해하기 위한 배리어층으로서 성막해 두는 것이 바람직하다. 그러한 배리어층의 재료로서는 TiN, TiC, TiCN, TiAlN, Al2O3, Cr2O3, SiO2, CrN을 들 수 있지만, Y2O3로 하여도 좋다. 또한, 이들의 재료를 2종 이상 사용해도 된다.
이것은 반응로 본체내에 반사체(26, 27)가 형성되어 있는 경우에는 해당 반사체(26, 27)에 관해서도 동일하다. 즉, 반사체(26, 27)의 모재가 O2나 H2에 대하여 촉매 활성 작용을 미칠 수 있는 재료인 경우에는 산소 및 수소에 대한 촉매 활성을 갖지 않는 비촉매성의 배리어층을 성막하는 것이 바람직하다.
또한, 모재에 의한 촉매 활성을 방해하기 위한 배리어층으로서 Y2O3을 사용하는 경우, 이 배리어층을 상기한 모재 중의 불순물이 백금 촉매층(28b)내에 확산하는 것을 저지하는 배리어층과 공통화할 수 있다. 즉, 노 본체 부재(22, 23)의 내면 전체면에 Y2O3의 배리어층을 성막한 후, 상기 배리어층상의 소망 부분에만 백금 촉매층(28b)을 성막하면 좋다.
반사체(26, 27)는 반응로내에 대향해서 배치될 수 있다. 반사체(26, 27)는 도면에 나타내는 예에서는 디스크 형상으로 형성되어 있지만, 반응로의 내부 공간(P) 내로 유입한 혼합 가스와의 충돌에 의해 혼합 가스를 확산시키는 효율을 높일 수 있는 것이면, 그 형태는 한정되지 않는다. 입구측의 반사체(26)는 입구측의 노 본체 부재(22)와 일정한 간극을 두고 원료 가스 입구(24)를 가로막도록 스페이서(31)를 통하여 고정 나사(30)에 의해 노 본체 부재(22)에 고정되어 있다. 출구측의 반사체(27)도 또한, 출구측의 노 본체 부재(23)와 일정한 간극을 두고 수분 가스 출구(25)를 가로막도록 스페이서(31)를 개재하여 고정 나사(30)에 의해 노 본체 부재(23)에 고정되어 있다. 반사체는 나사 고정에 한정되지 않고, 용접 등의 다른 고정 수단에 의해 고정될 수도 있다. 또한, 도면에 나타내는 예에서는 한 쌍의 반사체를 구비하는 예를 나타냈지만, 반사체는 하나라도 좋고, 그 경우, 바람직하게는 출구측의 반사체(27)만이 설치될 수 있다.
원료 가스 입구(24)을 통하여 반사체(26)를 향해서 분사된 혼합 가스(G)는 반사체(26)에 충돌한 후 내부공간(P)내에서 확산되고, 확산된 혼합 가스(G)는 백금 촉매층(28b)의 전체면에 걸쳐서 대략 균등하게 충돌 접촉함으로써 소위, 촉매 활성화되어 H2와 O2가 반응함으로써 수분 가스가 생성된다. 또한, 내부공간(P)내에 형성된 수분 가스는 출구측의 반사체(27)와 출구측의 노 본체 부재(23)의 간극(L)을 통하여 수분 가스 출구(25)로 도출되어 간다.
반응로의 노 본체 부재(22, 23)의 모재 및 반사체(26, 27)의 모재로서, 스테인레스 강, 니켈 합금 강, 니켈 강과 같이 O2 가스나 H2 가스에 대하여 촉매 활성작용을 미치게 할 수 있는 재료 대신에, O2 가스나 H2 가스에 대하여 촉매 활성 작용을 미치지 않는 재료, 예를 들면 철-크롬-알루미늄 합금, 알루미늄 합금, 동 합금을 사용해도 된다.
반응로의 노 본체 부재(22, 23)의 모재를 상기와 같은 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성했을 경우에는 내부 공간내의 Y2O3 배리어층(28a)을 형성한 부분이외의 부분에서는 이것 등의 비촉매성 재료의 외표면에 내부 가스나 내부 금속 조성 재료의 외부로의 방출을 방지하기 위한 적당한 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 상기 표면 처리로서는 비촉매성이고, 또한 내식성, 내환원성 및 내산화성 이 우수한 배리어층을 성막할 수 있다. 그러한 배리어층으로서는 TiN, TiC, TiCN, TiAlN, Al2O3, Cr2O3, SiO2, CrN을 사용할 수 있지만, Y2O3을 사용해도 좋다. 이들의 재료를 2종 이상 사용해도 좋다. 또한, 이 경우도, 상기 표면 처리로서 Y2O3의 배리어층을 사용하는 경우에는 이 배리어층을 상기한 모재 중의 불순물이 백금 촉매층(28b) 내에 확산하는 것을 저지하는 배리어층과 공통화할 수 있다. 반사체(26, 27)에 관해서도 상기와 동일한 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
Y2O3 배리어층은 졸-겔법에 의해 적합하게 형성할 수 있고, 예를 들면 스테인레스 강 등으로 형성된 노 본체의 모재 상에 이트륨알콕시드의 유기 용제 용액을 스핀 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등에 의해 도포하고, 도포막을 건조시킨 후, 산소 분위기 중에서 500∼600℃×1∼5시간 소성함으로써 성막할 수 있다. 또한, TiN, TiC, TiCN, TiAlN, Al2O3, Cr2O3, SiO2 또는 CrN의 배리어층은 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 진공증착법 등의 PVD법이나 화학 증착법(CVD법), 핫프레스법, 용사법 등을 이용하여, 두께 0.1∼5㎛로 형성할 수 있다.
Y2O3 배리어층을 상기 졸-겔법과 같은 습식법에 의해 성막하는 경우, 1회의 도포 및 소성에서 막두께 50nm 정도의 피막을 얻을 수 있으므로 필요에 따라서, 소망 막두께(예를 들면, 100nm, 300nm)가 될 때까지 도포 및 소성을 복수회 반복한다.
스테인레스 모재 중의 불순물이 백금 촉매층으로 확산하는 것을 방지하는 배리어 성능을 향상시키기 위해서는 배리어층의 막두께가 보다 두꺼운 쪽이 바람직하다고도 생각되지만, Y2O3 배리어층의 원료의 입자 지름이나 성막 공정을 정밀하게 제어하는 것으로 핀홀 등의 결함이 없는 치밀한 막을 성막함으로써 종래의 TiN 배리어층보다 얇은 막두께로 동등한 배리어 성능을 얻는 것이 가능하고, 코팅 횟수 및 소성 횟수의 증가에 의한 비용 상승을 고려하면, Y2O3 배리어층의 막두께를 300nm이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 이트륨은 고가인 재료이기 때문에 Y2O3 배리어층의 막두께를 보다 얇게 해서 비용 저감을 꾀하는 것이 바람직하지만, Y2O3 배리어층의 막두께가 지나치게 얇으면 배리어 성능을 저하시킬 우려가 있고, 그 막두께의 제어도 곤란해지기 때문에, Y2O3 배리어층의 막두께는 통상은 100nm이상으로 하고 있지만, 50nm이상이면 충분하게 기능을 발휘할 수 있다.
또한, Y2O3 배리어층은 제조 설비의 비용 삭감의 관점으로부터 졸-겔법에 의해 성막하는 것이 바람직하지만, 그것에 한정되지 않고, 용사법, PVD법, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등에 의해 성막할 수도 있다. 용사법 등의 건식법에 의하면, 상기 습식법과 같이 동일한 공정을 반복하지 않아도 Y2O3 배리어층의 막두께를 두껍게 할 수 있지만, 건식법의 경우라도 재료 비용을 고려하면 Y2O3 배리어층의 막두께를 5㎛이하로 하는 것이 바람직하다.
Y2O3 배리어층 상에 백금 촉매층이 성막된다. 백금 촉매층은 진공 증착법, 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 화학 증착법, 핫 프레스법 등에 의해 성막할 수 있다.
백금 촉매층의 막두께는 0.1㎛∼3㎛(100nm∼3000nm)로 하는 것이 바람직하다. 즉, 지나치게 얇으면 촉매로서의 기능 및 상기 보호막으로서의 기능을 충분하게 달성할 수 없기 때문에, 0.1㎛(100nm)이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 백금 촉매층은 촉매로서의 기능, 및 후술하는 바와 같이 배리어층의 보호막으로서도 기능을 고려하면, 막두께를 두껍게 하는 쪽이 바람직하지만, 지나치게 두꺼우면 비용이 높아지기 때문에, 3㎛(3000nm)이하로 하는 것이 바람직하고, 0.5㎛(500nm)이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(실시예)
백금 촉매층의 Y2O3 배리어층에 대한 부착력에 대해서, 이하의 순서로 시험했다.
[실시예 1]
우선, SUS 316L제 원형 기판(지름 35mm×두께 3mm)을 준비했다. Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd. 제작 Y2O3 코트 재료(YYK01LBY-03: 갈색 액체)를 스프레이 노즐에 의해 기판 상에 블로잉하여 도포하고, 건조시킨 후, O2/N2비 20%의 산화 분위기중에서 500℃×1시간의 가열 처리(소성)를 실시했다. 한번의 도포 및 가열 처리에 의해, 약 50nm의 막두께의 Y2O3막이 성막되고, 도포 및 가열 처리를 2회 반복함으로써 약 100nm의 막두께의 Y2O3 배리어층을 형성했다.
이어서, 이온 플레이팅 장치(Shinko Seiki Co., Ltd. 제작 AAIF-T12100SB형)을 이용하여, Y2O3 배리어층 상에 백금 촉매층을 이하와 같이 해서 성막했다.
즉, 아르곤 이온의 밤바드(Ar 밤바드)에 의해 Y2O3 배리어층 표면의 산화막 등을 제거한 후, 이온플레이팅 처리에 의해 백금 촉매층을 성막했다. Ar 밤바드는 Ar 유량 260sccm, 기판 바이어스-1500V, 처리 시간 10분으로 했다. 성막 공정에서는 기판 바이어스-500V, 이온화 전극 50V, 성막 속도 0.025㎛/분, EB 전압 9kV로 하고, 막두께가 0.23㎛(230nm)의 백금 촉매층을 형성했다.
상기한 바와 같이 해서 성막한 실시예에 대해서, 부착력 시험을 행했다. 시험 장치는 부착력 테스터(도포막 부착력 시험기, COTEC CORPORATION 제작 Type 0610형)을 사용했다.
시험 장치에 부속의 돌리(dolly)를 소정의 에폭시 수지계 접착제를 이용하여, 백금 촉매층에 접착시켰다. 돌리(dolly)를 접착한 시료를, 500℃의 공기 분위기에서 400시간 가열해서 환경 가속을 행하면서, 50시간 마다 부착력 테스터에 의한 박리 강도 측정을 행했다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하여 막두께 0.3㎛(300nm)의 Y2O3 배리어층을 기판 상에서 성막하고, 상기 Y2O3 배리어층 상에 막두께 0.23㎛(230nm)의 백금 촉매층을 성막하고, 실시예 1과 동일한 조건에서 부착력 테스터에 의한 부착력 시험을 행했다.
[실시예 3]
백금 촉매층의 막두께를 0.28㎛(280nm)로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 시료를 작성했다.
시험 장치에 부속의 돌리를 소정의 에폭시 수지계 접착제를 이용하여, 백금 촉매층에 접착시켰다. 돌리를 접착한 시료를 500℃의 공기 분위기에서 1000시간 가열해서 환경 가속을 행하면서, 50시간 마다 부착력 테스터에 의한 박리 강도 측정을 행했다.
[실시예 4]
실시예 3과 동일한 시료를 사용했다. 시험 장치에 부속의 돌리를, 소정의 에폭시 수지계 접착제를 이용하여, 백금 촉매층에 접착시켰다. 돌리를 접착한 시료를 550℃의 공기 분위기에서 1000시간 가열해서 환경 가속을 행하면서, 50시간 마다 부착력 테스터에 의한 박리 강도 측정을 행했다.
비교예
Y2O3막 대신에 TiN막을 배리어층으로 하고 TiN 배리어층 상에 백금 촉매층을 형성했다. TiN 배리어층은 캐소드 아크 방식 이온 플레이팅 장치를 이용하여 성막하고, 막두께를 3㎛로 했다. 성막한 TiN 배리어층 상에 이온플레이팅 장치(Shinko Seiki Co., Ltd. 제작 AAIF-T12100SB형)에 의해, 0.3㎛(300nm)의 백금 촉매층을 성막했다. 실시예 1∼3과 동일하게, 500℃의 공기 분위기에서 가열해서 환경 가속을 행하면서, 상기 부착력 테스터에 의한 박리 강도 시험을 행했다.
상기 실시예 및 비교예의 시험 결과의 그래프를 도 1∼도 3에 나타낸다. 도 1은 실시예 1, 2의 시험 결과를 나타내고, 도 2는 실시예 3,4의 시험 결과를 나타내고, 도 3은 비교예의 시험 결과를 나타내고 있다.
도 1∼도 3의 그래프를 참조하면, 비교예에서는 200시간 경과 후에 부착력이 극단적으로 저하하고 있지만, 실시예 1, 2에 관해서는 400시간 경과시라도 부착력이 거의 저하하고 있지 않고, 실시예 3, 4에 관해서는 1000시간 경과시라도 부착력이 거의 저하하고 있지 않은 것이 확인된다.
실시예 1과 실시예 2를 비교하면, Y2O3 배리어층의 막두께가 변경되어도 부착력으로의 영향이 보이지 않았다. 그러나, 실시예 1과 실시예 3을 비교하면, 실시예 1보다 백금 촉매층의 막두께가 두꺼운 실시예 3쪽이 높은 부착력을 유지하고 있기 때문에 백금 촉매층의 막두께가 두꺼운 쪽이 높은 부착력을 유지하는 것이 확인된다. 이것은 백금 촉매층이 두꺼운 쪽이 Y2O3 배리어층의 백금 촉매층과의 계면 부근이 산화되기 어렵기 때문이라 생각된다. 즉, 백금 촉매층은 Y2O3 배리어층을 산화로부터 보호하는 보호막으로서도 기능한다고 생각된다. 단, 백금 촉매층과 Y2O3 배리어층의 부착력은 5kgf/cm2이상이면 실용상의 문제를 발생시키지 않는다. 실시예 1∼4의 시험 결과에 의하면 Y2O3 배리어층의 백금 촉매층과의 부착력의 경시 저하가 거의 보이지 않기 때문에, 부착력의 관점으로부터는 실시예 1과 같이 Y2O3 배리어층의 막두께가 0.1㎛(100nm)로 있으면 실용상의 문제는 발생하지 않는다.
또한, 실시예와 비교예를 대비하면, Y2O3 배리어층은 TiN 배리어층(3㎛)의 10분의 1이하의 막두께(0.3㎛, 0.1㎛)이어도 TiN 배리어층 보다도 높은 부착력을 유지하는 것이 확인됐다. 이것은 Y2O3 배리어층이 TiN 배리어층 보다도 표준 생성 깁스 에너지가 크게 안정한 물질이며 내산화성이 우수하기 때문이라 생각된다. 따라서, Y2O3 배리어층의 막두께를 제어함으로써, 티탄에 비해서 고가인 이트륨을 사용해도, TiN 배리어층과 동등 또는 그 이하의 비용으로 보다 뛰어난 부착 성능을 갖는 Y2O3 배리어층을 형성할 수 있다.
22, 23 : 노 본체 부재 24 : 원료 가스 입구
25 : 수분 가스 출구 26 : 입구측 반사체
27 : 출구측 반사체 28a : 배리어층
28b : 백금 촉매층 30 : 고정 나사
31 : 스페이서
25 : 수분 가스 출구 26 : 입구측 반사체
27 : 출구측 반사체 28a : 배리어층
28b : 백금 촉매층 30 : 고정 나사
31 : 스페이서
Claims (11)
- 가스 입구 및 수분 출구가 설치된 반응로 본체와, 상기 반응로 본체의 내벽면의 적어도 일부에 성막된 Y2O3 배리어층과, 상기 Y2O3 배리어층 상의 적어도 일부에 성막된 백금 촉매층을 갖고, 상기 Y2O3 배리어층의 막두께는 50nm∼5㎛인 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 반응로 본체는 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
1장 이상의 반사체를 상기 반응로 본체내에 더 구비하고, 상기 반사체가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 4 항에 있어서,
상기 반사체는 상기 가스 입구 및 상기 수분 출구 중 적어도 한쪽을 소정 간격을 두고 가로막도록 상기 반응로 본체에 스페이서를 개재해서 고정 나사에 의해 고정되어 있고, 상기 스페이서 및 상기 고정 나사가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
반응로 본체 부재나 반사체와 같은 반응로내의 가스에 접하는 면을 갖는 부재를 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 활성을 갖지 않는 재료는 철-크롬-알루미늄 합금, 알루미늄 합금,또는 동 합금인 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응로 본체의 내부 공간내의 상기 백금 촉매층을 형성한 부분 이외의 부위는 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
1장 이상의 반사체를 상기 반응로 본체내에 더 구비하고, 상기 반사체는 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 9 항에 있어서,
상기 반사체는 상기 가스 입구 및 상기 수분 출구 중 적어도 한쪽을 소정 간격을 두고 가로막도록 상기 반응로 본체에 스페이서를 개재해서 고정 나사에 의해 고정되어 있고, 상기 스페이서 및 상기 고정 나사가 수소 및 산소에 대하여 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 활성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 배리어층은 TiN, TiC, TiCN, TiAlN, Al2O3, Cr2O3, SiO2, CrN 및 Y2O3로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수분 발생용 반응로.
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