KR19990087964A - 조절대기화학기상증착장치및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 화학 기상 증착 장치와 그 방법을 제공한다. 본 발명의 기술은 CVD 코팅층을 형성할때 수반되는 반응 영역과 증착 영역의 개량된 차폐층(shielding)을 형성하는데, 상기 CVD 코팅층은 고온에 민감하고, 진공 챔버 또는 그와 유사한 챔버내에서 처리하기에 너무 크거나 불편한 기판상에 대기중의 성분에 민감한 재료로 되어 있는 대기압하에서 제조할 수 있다. 본 발명에 따른개선된 기술은 다양한 에너지 소스를 사용할 수 있으며, 연소 화학 기상 증착(CCVD)기술에 특히 적합하다.

Description

조절 대기 화학 기상 증착 장치 및 방법{APPARATUS AND PROCESS FOR CONTROLLED ATMOSPHERE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은, 연계된 특허 출원들로서, 본 출원과 같은 날짜이거나 그에 가까운 날짜에 출원되었으며, 그의 출원 내용이 여기에 참조로 통합되어 있는, "절연 기판상에 저항 물질의 직접 증착" [대리인 서류 번호 제 3545-35-00 호]; "CCVD 를 사용하는 전자 장치용 선구 물질 용액 복합물" [대리인 서류 번호 제 3556-35-00 호] 및; "CCVD 공정을 위한 조절된 대기 불꽃" [대리인 서류 번호 제 3557-35-00호]에 기재된 제품들중의 적어도 몇몇을 생산할 때에 사용될 수 있는 장치 및 그 공정과 관련이 있다.
본 발명은 코팅 선구 물질의 반응 생성물이 상부에 코팅층이 형성될 기판과 직접 접촉하도록 하기 위하여 반응 영역에서 코팅 선구 물질을 반응시킴으로써 코팅층이 기판에 도포되는 화학 기상 증착(CVD)에 관한 것이다. 특히 본 발명은 진공 챔버 또는 그와 유사한 챔버내에서 이러한 코팅을 수행할 필요가 없이 온도에 민감한 기판상에 고품질의 박막 코팅층을 형성할 수 있는 개량된 CVD 장치 및 방법에 관한 것이다. 바람직한 실시예에서 본 발명은 대기압에서 온도에 민감한 기판상에 박막 코팅층을 형성하는 것을 가능하게 함으로써, 진공 처리가 필요한 종래 기술에 의하여 코팅될 수 없었던 대형 기판상에 고품질의 박막 코팅 제품을 제조하는 것이 가능하다.
화학 기상 증착(CVD)은 기판 표면상에 고형 증착층 또는 코팅층을 형성하기 위하여 기판 표면상에 또는 기판 표면에 인접하여 반응하는 가스 반응 물질을 제공함으로써 코팅층을 증착시키는 잘 알려진 기술이다. 연소 화학 기상 증착 또는 CCVD 로 칭하는 CVD 공정의 최근의 발달은 미국 특허 제 5,652,021 호에 기재되어 있으며, 여기에 참조로 통합되어 있다. 이 CVD 공정에서 반응체는 연료가 될 수 있는 액체내에 용해되거나 퍼져 있으며, 이 액체는 추진제로서 산화 가스를 사용하여 노즐로부터 반응 영역으로 분사된다. 분사된 혼합물은 가열되어 불꽃을 이루거나, 불꽃안으로 유입되고, 기판은 불꽃의 끝 가까이에 위치된다. 불꽃이 되기 전에 또는 불꽃안에서 증기화된 반응체는 기판상에 증착막을 형성한다. 본 발명은 가스 상태의 반응체 또는 증기화된 반응체를 사용하는 공정과, 분사되거나 분무되는 용액을 사용하는 공정 및, 반응 고형 분말을 사용하는 공정을 포함하여, 다수의 종래의 CVD 공정을 설명하고 있다. 본 발명은 용액이 열분해하여 코팅층을 형성하도록 가열된 기판상에 용액을 분사시키는 분사 열분해를 포함하여 많은 대체적인 코팅 기술들을 또한 설명하고 있는데, 상기 기술에서, 고형 코팅 물질들은 불꽃, 플라즈마 또는 다른 가열 장치내에서 용융되거나 증기화되어, 기판상에 뿌려지거나 응축되어 코팅을 형성한다.
상기 특허에 따른 일 실시예는 스미셀 분석기(smithell separator)에 의하여 만들어지는 내부 불꽃과 외부 불꽃 사이의 감소 영역에 펼쳐져 있는 기판상에 감소 대기를 필요로 하는 코팅층을 제공하는 것을 포함한다. 상기 특허에 상술되어 있는 이러한 기술은 일반적으로 산화물의 코팅층과 몇몇의 비교적 내산화성인 금속의 코팅을 성공적으로 수행하기 위하여 사용되어 왔다. 그러나, 많은 금속들과 다른 비교적 산화에 민감한 금속들의 양질의 코팅은 본 발명이 개발되기 이전에는 불가능했다.
다수의 물질들이 불꽃을 감소시킴으로써 증착될 수 있지만, 산소가 없거나 거의 없는 경우에만 증착될 수 있는 물질들도 많다. 대부분의 질화물, 탄화물 및 붕소화물은 자유 산소가 없는 것은 물론, 물이나 탄소 산화물과 같은 산소 결합물이 없는 무산소 환경을 필요로 한다. 또한, 알루미늄, 실리콘 및 티탄과 같은,산화에 더 민감한 성분들도 무산소 환경을 필요로 한다. 여기에 상술되어 있는 본 발명의 실시예들은 이러한 산소에 민감한 물질들의 증착을 가능하게 한다.
더우기, 전자칩, 콘덴서 및 초소형 집적회로와 같은, 온도에 민감한 기판상에 층간층으로서 낮은 유전 상수를 가진 물질의 얇은 코팅층을 형성하는 기술의 개발면에서 중요성이 있다. 폴리머, 특히 폴리테트라플루오르화에틸렌과 같은 폴리플루오르화탄소 및 폴리이미드는 그들의 낮은 유전 상수와 높은 열적 안정성 때문에 특히 중요하다. 이들 물질과 다른 유기 물질의 코팅층은 부식방지용, 광학용, 열적 안전용, 장식용, 마모방지용 및 릴리스(release) 특성 제품용으로 잠재적으로 유용하게 사용할 수 있을 것이다. 본 발명의 공정에 의하여 온도와 산화에 모두 민감하거나 온도 또는 산화에 민감한 기판상에 단량체 선구 물질 또는 저분자량 선구 물질로부터 상기의 폴리머들의 코팅이 가능하다.
CCVD 공정의 다른 개선점은 여기에 참조로 통합되어 있는, 1996년 8월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제 08/691,853 호에 기재되어 있다. 상기 미국 출원은 혼합물 또는 액체가 노즐 또는 다른 제한물을 통해 안내되기 전에 그 임계 압력 부근까지 가압되고 그 초임계(supercritical) 온도 부근까지 가열되는 액체 공급 스트림내의 혼합물 또는 액체에 코팅 선구 물질 반응체가 공급되는 CCVD 공정을 기재하고 있다. 액체의 임계 부근의 상태는 공급 스트림이 그 자체로서 매우 미세하게 분무되거나 증기화되며, 공급 스트림은 노즐을 떠나 코팅 선구 물질이 반응하여 기판상에 코팅층으로 증착되거나 미세하게 분리된 분말로 회복되는 영역으로 들어간다.
도 1 은 본 발명에 따라서 코팅층을 도포하기 위한 장치의 부분 절취된 단면의 개략도.
도 2 는 도 1 의 장치에 사용된 코팅층 헤드의 일부분의 부분 절취된 단면의 근접 투시도.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예로서 부분 절취된 개략 단면도.
도 4 는 본 발명의 또다른 실시예에서 사용하기 위한 코팅층 헤드의 부분 절취된 단면의 투시도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
16: 혼합 탱크
18: 펌프
20: 필터
32: 수소 가스 실린더
40: 기판
46: 산소 가스 실린더
54: 비활성 가스 실린더
22, 38, 44, 52, 60: 도관
본 발명은 화학 기상 증착을 위한 장치 및 그 공정에 관한 것으로, 조절 대기 영역(controlled atmosphere zone)내의 대기는 코팅층을 형성하기 위하여 공급되는 물질을 적절하게 조절하고 보호함으로써, 장벽 영역을 통과하여 지나가도록 조절 대기 영역으로부터 가스를 제거하여 이루어지고, 상기 가스는 분당 50 피트 이상 바람직하게는 분당 100 피트 이상의 평균속도로 상기 조절 대기 영역으로부터 흘러나간다. 조절 대기 영역은 코팅 선구 물질이 반응되는 반응 영역과, 코팅 선구 물질의 반응 생성물이 기판상에 코팅층을 증착시키는 증착 영역을 포함한다. 장벽 영역을 통과하는 빠른 가스 흐름은 주위 대기로부터, 코팅, 코팅이 얻어지는 물질, 또는 기판과 반응할 수 있는 증착 영역까지 가스가 이동하지 못하도록 한다.
코팅층을 형성하기 위하여 사용되는 물질의 신중한 조절은 액체 매질내에 고정된 비율로 코팅 선구 물질을 공급함으로써 이루어질 수 있다. 액체 매질은 분무되어 반응 영역에 공급되며, 여기서 액체 매질은 증기가 되고 코팅 선구 물질은 반응하여 반응된 코팅 선구 물질을 형성한다. 대체적으로, 코팅 선구 물질(들)은 가스로서, 순수한 코팅 선구 물질로서 또는 운반 가스내의 혼합물로서 공급될 수 있다. 반응된 코팅 선구 물질은 기판으로 흐르는, 부분적으로, 완전히 또는 단편적으로 반응된 성분들로 구성될 수 있다. 반응된 코팅 선구 물질은 증착 영역에서 기판의 표면위의 코팅층에 접촉하고 증착한다. 유동 비활성 가스의 장막이 반응 영역둘레에 제공되어 주위 장치에서 사용된 물질 또는 주위 대기의 성분을 가진 오염물로부터 반응 영역내의 반응 코팅 물질/플라즈마를 차폐한다.
반응 영역에서 액체 매질의 증기화와 코팅 선구 물질의 반응은 에너지의 입력을 필요로 한다. 코팅 물질과 기판의 반응성에 따라서, 필요한 에너지는 연소, 전기 저항 가열, 유도 가열, 마이크로파 가열, RF 가열, 열 표면 가열, 레이저 가열 및/또는 별도의 가열된 가스와의 혼합과 같은, 다양한 소스에 의하여 주어질 수 있다.
무산소 환경이 필요없는 코팅층 증착을 위해서는, 미국 특허 제 5,652,021 호에 기재되어 있는 바와 같은, 최근 개발된 연소 화학 기상 증착(CCVD)공정을 포함한 본 발명의 장치의 실시예가 특히 유리하다. 상기 공정을 조절 대기 연소 화학 기상 증착(CACCVD)으로 칭하기로 한다. 이 기술은 비교적 고속의 에너지 입력을 제공하며, 고속의 코팅 증착을 가능하게 한다. 어떤 바람직한 실시예에서는, 유체 매질 및/또는 유체 매질을 분무하기 위하여 사용되는 2차 가스는 에너지소스로도 사용되는 연소 연료이다. 대기압 또는 대기압에 가까운 압력에서 고품질의 접착 박막 증착을 형성하는 CACCVD 의 능력은 특히 중요하며, 그러므로, 진공 하우징 또는 그와 유사한 별도의 하우징이 필요없다. 이러한 이유로, 많은 실시예에서, CACCVD 박막 코팅층은 원위치에 놓여지거나, 기판이 위치되는 "필드내" 에 놓여질 수 있다.
연소 화학 기상 증착(CCVD)은 코팅 및/또는 기판이 무산소 환경을 필요로 하는 그러한 코팅층 증착에 부적합하다. 그러한 증착을 위해서는, 가열된 가스, 가열된 관, 복사 에너지, 마이크로파 및 전압이 가해진 광자와 같은 비연소 에너지 소스는 물론, 적외선 또는 레이저 소스를 사용하는 본 발명의 실시예들이 적합하다. 이러한 증착에서, 반응 영역과 증착 영역에 제공되는 모든 액체와 가스들에는 산소가 없다는 것이 중요하다. 코팅 선구 물질은 액체 내에 용해되거나 퍼져서 공급될 수 있다. 액체 암모니아와 프로판은 질화물 또는 탄화물의 증착에 각각 적당하다. 대기압 이상에서 증착이 이루어지는 조절 대기 화학 기상 증착 시스템에서 이러한 비연소 에너지 소스를 사용하는 것은 본 발명의 특히 우월하고 특별한 실시예이다. 임계에 가까운 온도 및 압력 조건에서 노즐 또는 유사한 제한물을 통한 액체 코팅 선구 물질의 빠른 방출에 의하여 분무 작용을 향상시킨 CVD 시스템에서 비연소 에너지 소스를 사용하는 것도 또한 특별하고 우월한 실시예이다.
비연소 에너지 소스를 사용하는 본 발명의 실시예는 또한 유기물 코팅에 특히 적합하다. 이러한 코팅은 일반적으로 무기물 코팅에 흔히 사용되는 에너지 입력보다 작은 에너지 입력을 필요로 한다. 더우기, 유기 물질은 에너지 입력과 도달 온도에 대한 신중한 조절을 필요로 하는 분해 온도를 낮추기에는 비교적 약하다. 따라서, 별도로 가열된 액체 또는 가스, 열 표면 가열, 전기 저항 가열, 유도 가열 및, RF 를 사용하는 가열 방법, 또는 적외선 또는 마이크로파 에너지와 같은 그러한 에너지 소스를 사용하는 본 발명의 실시예들이 유기물 코팅층을 증착시키는 것에 더욱 적합하다.
본 발명의 공정과 장치는 기판에 대하여 이동할 수 있는 조절 대기 영역을 제공하기 때문에, 조절 대기 영역보다 더 큰 기판, 즉, 종래의 진공 챔버 증착 기술에 의해 제조될수 있는 것보다 더 큰 기판상에 코팅층을 형성하는 것이 가능하다.
본 발명의 시스템의 다른 이점은 기판에 부가적인 에너지를 공급할 필요없이 기판을 코팅할 수 있다는 것이다. 따라서, 이 시스템은 대부분의 종래의 시스템에서는 기판이 견뎌낼 수 없었던 온도에서 기판이 코팅되도록 한다. 예를 들면, 기판이 변형되지 않고 니켈 코팅층이 폴리이미드 시트 기판 상에 제공될 수 있다. 종래에는, 금속 니켈의 산소에 대한 강한 친화성때문에 대기압 증착 기술로서 금속 니켈의 화학 기상 증착을 제공할 수 없었으며, 폴리이미드 시트와 같은, 폴리머 시트의 진공 처리는 이러한 폴리머 시트가 물과 유기 물질에서 기체 배출을 야기시키기 때문에 문제가 있었으며, 이러한 기판들은 열처리와 진공처리가 될 때 크기가 불안정해지는 경향이 있었다.
본 발명에 따른 조절 대기 연소 화학 기상 증착(CACCVD)장치는 도 1 및 2 에 도시되어 있다. 코팅 선구 물질(10)은 혼합 탱크 또는 보관 탱크(16)를 포함하는 형성 영역(14)내에서 유체 매질(12)과 혼합된다. 선구 물질(10)과 유체 매질(12)은 펌프(18)에 의하여 가압되고 필터(20)에 의하여 여과되며, 도관(22)을 통하여 분무 영역(24)으로 공급되는 흐름 스트림을 형성하며, 분무영역(24)으로부터 반응 영역(26), 증착 영역(28) 및 장벽 영역(30)을 통과하여 연속적으로 흐른다. 반응 영역(26)과 증착 영역(28)은 둘다 조절 대기 영역에 포함된다.
흐름 스트림은 분무 영역(24)을 지날때 분무가 이루어진다. 분무는 유동 액체 스트림(flowing liquid stream)을 분무시키기 위한 공지된 기술에 의하여 이루어질 수 있다. 도시된 장치에서, 흐름 스트림이 도관(22)으로부터 방출될 때 흐름 스트림을 둘러싸고 그에 직접 인접하여 고속 분무 가스 스트림을 방출함으로써 분무가 이루어진다. 분무 가스 스트림은 가스 실린더 또는 고압 가스를 가진 다른 소스로부터 제공된다. 도시된 실시예에서는, 고압 수소(H2)가 분무 가스와 연료로서 사용된다. 분무 가스는 수소 가스 실린더(32)로부터 조절 밸브(34)와 유량계(36)를 통하여 도관(38)으로 공급된다. 도관(38)은 도관(22)과 동심적으로 연결되어 분무 영역으로 이어져 있으며, 분무 영역에서 이 두 도관들의 끝은 유동 액체 스트림과 고속 수소 분무 가스가 접촉하도록 되어 있어서, 유동 액체 스트림은 주위의 가스/증기내에 퍼져 있는 미세한 입자의 스트림으로 분무된다. 상기 스트림은 반응 영역(26)으로 흐르며, 이 반응 영역에서 액체 매질은 증기로 되고 코팅 선구 물질은 반응하여 반응된 코팅 선구 물질을 형성하며, 상기 반응된 코팅 선구 물질은 코팅 선구 물질을 그 성분들의 이온으로 해리시킬 수 있으며 이것은 이온 입자의 유동 스트림 또는 플라즈마를 형성한다. 유동 스트림은 그후에 기판(40)과 접촉하도록 안내되어 증착 영역(28)에서 기판상에 코팅층을 증착시킨다.
유동 스트림은 이 유동 스트림이 도관(22)을 빠져나올 때 분무 가스 스트림을 액체 매질/코팅 선구 물질의 스트림에 직접 주입시킴으로서 분무된다. 대안으로서, 액체 스트림이 도관(22)을 빠져나올 때 액체 스트림에서 초음파 에너지 또는 그에 상당하는 에너지를 가함으로써 분무시킬 수도 있다. 액체 매질/코팅 선구 물질을 그 임계 온도인 50℃ 이내의 온도와 그 액체 상태를 벗어나는 압력 또는 임계 압력에서 제한된 출구 또는 노즐을 가진 공동 핀과 같은 제한물에 통과시켜 공급하고, 상기 제한물로부터 액체 매질/코팅 선구 물질을 더 압력이 낮은 영역으로 방출시키는 것을 포함한 다른 바람직한 분무 기술이 통합된 특허 출원 제 08/691,853 호에 개시되어 있다. 높은 에너지가 가해진 액체 매질/코팅 선구 물질의 빠른 압력 방출은 미세한 분무와 증기화로 귀결된다.
액체 매질의 증기화와 코팅 선구 물질의 반응을 위해서는 유동 스트림이 반응 영역을 떠나기 전에 유동 스트림에 대한 실제적인 에너지 입력이 필요하다. 이 에너지 입력은 유동 스트림이 도관(22)을 통과하여 지나갈 때 및/또는 분무 영역과 반응 영역에서 가해질 수 있다. 상기 에너지 입력은 연료 연소, 전기 저항 가열, 마이크로파 또는 RF 가열, 유도 가열, 복사 가열, 별도로 가열된 액체 또는 가스를 상기 유동 스트림과 혼합하는 것, 레이저와 같은 광자 가열, 열 표면을 통한 열 교환등과 같은 다양한 알려진 가열 기술에 의하여 성취될 수 있다. 도시된 바람직한 실시예에서, 에너지 입력은 유동 스트림이 반응 영역을 통과하여 지나갈 때 유동 스트림과 직접 접촉하는 연료와 산화제를 연소시킴으로써 얻어진다. 연소 화학 기상 증착(CCVD)으로 칭하는 상기 비교적 최신의 기술은 여기에 통합되어 있는 미국 특허 제 5,652,021 호에 더 상세히 기재되어 있다. 도시된 실시예에서, 연료, 즉, 수소는 수소 가스 실린더(32)로부터 조절 밸브와 유량계(42)를 통하여 도관(44)으로 공급된다. 산화제, 즉, 산소는 산소 가스 실린더(46)로부터 조절 밸브(48)와 유량계(50)를 통해 도관(52)으로 공급된다. 도관(52)은 도관(44)과 동심으로 이어져있으며, 도관(44)은 도관(22, 38)과 동심으로 이어져 있다. 이러한 각각의 도관들을 빠져나간 후에, 반응 영역에서 수소와 산소는 연소하여 분무된 액체 매질 및 코팅 선구 물질과 혼합되는 연소 생성물을 생성시키고, 가열되어 액체 매질의 증기화와 코팅 선구 물질의 반응을 초래한다.
반응 영역의 적어도 시작 부분둘레에 공급되는 유동 비활성 가스의 장막은 반응 영역에 근접하여 위치된 장치에 존재하는 물질로부터 반응 가스를 고립시킨다. 아르곤과 같은 비활성 가스는 비활성 가스 실린더(54)로부터 조절 밸브(56)와 유량계(58)를 통해 도관(60)으로 공급된다. 도관(60)은 도관(52)과 동심으로 이어져 있다. 도관(60)은 다른 도관(22,38,44 및 52)의 끝에 이어서 연장되며, 기판에 가깝게 연장되어 있어서, 도관(60)은 기판(40)상에 증착 영역(28)을 형성하도록 작용하고, 코팅층(62)은 일반적으로 기판상에 도관(60)의 횡단면 모양으로 증착된다. 비활성 가스가 산소 도관(52)의 끝을 지나서 흐를때, 이 비활성 가스는 처음에 반응 영역 부근에 연장하는 유동 장막을 형성하여, 도관(60)으로부터 안쪽의 반응 성분들을 보호한다. 상기 비활성 가스가 도관(60)아래로 진행하면, 이 비활성 가스는 반응 영역으로부터의 가스/플라즈마와 혼합되어 증착 영역(28)으로 향하는 유동 스트림의 일부가 된다.
수소와 산소를 처음에 점화시키기 위하여 점화 소스가 필요하다. 이를 위하여는 별도로 수동으로 조작하는 점화 장치 또는 발화 장치로 충분하지만, 상기 장치를 사용하기 위해서는 안정한 불꽃 형태가 형성될 때까지 비활성 가스의 흐름을 일시적으로 감소시킬 필요가 있다. 어떤 실시에서는, 전체 가스 흐름이 그자체로 안정한 불꽃 형태를 형성하기에는 너무 많을 수 있다. 그러므로, 연소가능한 가스들이 반응 영역으로 들어갈때 연소가능한 가스를 연속적으로 또는 반연속적으로 점화시킬 수 있는 점화 장치를 제공할 필요가 있다. 예비 불꽃 또는 스파크 발생 장치는 사용가능한 예시적 점화 소스이다.
증착 영역(28)에서, 반응된 코팅 선구 물질은 기판(40)상에 코팅층(62)을 증착시킨다. 유동 스트림의 나머지는 증착 영역으로부터 장벽 영역(30)을 통과하여 흘러서 주변 대기 또는 주위 대기로 방출된다. 장벽 영역(30)은 주위 대기의 성분들로부터 조절 대기 영역의 오염을 방지하는 역할을 한다. 조절 대기 영역은 반응 영역과, 증착 영역 및, 유동 스트림이 증착 영역(28)을 지나간 후에 장벽 영역(30)을 통과하기 전에 접근될 수 있는 임의의 부가적인 공간을 포함한다. 유동 스트림이 장벽 영역(30)을 통과하여 지나갈 때 이 유동 스트림의 높은 속도는 이 영역의 특성적 특징이다. 유동 스트림이 장벽 영역을 통과하여 지나갈 때 이 유동 스트림이 적어도 분당 50 피트의 속도에 도달하도록 함으로써, 주위 대기의 성분에 의한 조절 대기 영역의 오염 가능성은 대부분의 코팅 제품에서 대체로 없어진다. 상기 유동 스트림이 적어도 분당 100 피트의 속도에 도달하도록 함으로써, 질화물 또는 탄화물 코팅층의 형성과 같은 오염에 매우 민감한 코팅 과정에서도 조절 대기 영역의 주위 대기 오염의 가능성은 충분히 없어진다.
도 1의 실시예에서, 칼라(64)가 도관(60)의 끝에 부착되어서 증착 영역(28)에 인접한 도관(60)의 끝으로부터 바깥으로 수직으로 연장되어 있다. 장벽 영역(30)은 칼라(64)와 기판(40) 사이에 있는 틈으로 제한된다. 상기 칼라는 기판의 표면에 인접하여 펼쳐져 있는 평탄면(66)을 가진 형태이며, 증착 영역으로부터 주위 대기로 가스가 배출되도록 비교적 작은 틈이 형성되어 있다. 상기 칼라의 평탄면(64)과 기판 사이의 이 틈은 배출 가스가 칼라와 기판 사이의 통로의 적어도 일부에서 장벽 영역에 필요한 속도를 성취할 수 있을 만큼 충분히 작다. 끝으로, 칼라(62)의 평탄면은 기판(40)의 면과 반드시 평행하도록 형성되어 있다. 기판(40)의 면이 평면일때, 도시된 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 기판의 평탄면도 또한 대체로 평면이다.
도관(60)의 끝에 인접하여 발생하는, 온도 상승과 잔여 반응 성분과 같은 가장자리 효과는 도관(60)의 끝 정면에 바로 위치된 기판 영역위의 증착 영역에까지 미칠 수 있다. 칼라(64)는 도관(60)과의 접합부로부터 바깥쪽으로 연장되어 있으며, 칼라의 크기는, 가능한 벤추리 효과(venturi effect)로 인한 증착 영역으로의 주위 가스의 역혼합(back-mixing)을 방지하고, 전술된 가장자리 효과가 미치는 증착 영역의 전체 영역에서 칼라와 기판 사이의 영역을 통과하여 지나가는 고속의 배출 가스의 "바람"에 의하여 주위 가스의 역류가 확실히 방지될 정도의 충분한 넓이이어야 한다. 펼쳐져 있는 칼라에 의하여 전체 펼쳐져 있는 증착 영역을 포함한 조절 대기 영역에 걸쳐서 오염을 확실하게 방지할 수 있다. 상기 칼라의 직경은 도관(60)의 내부 직경의 적어도 2 배는 되어야 하며, 바람직하게는, 도관(60)의 내부 직경의 적어도 5 배는 되어야 한다. 도관(60)의 내부 직경은 10 내지 30 밀리미터의 범위내에 있으며, 바람직하게는 12 내지 20 밀리미터 사이이다.
동작시에, 칼라(64)는 기판(40)의 표면에 대체로 평행하게 위치되며, 기판으로부터 1센티미터 이하의 간격을 두고 있다. 바람직하게는, 칼라와 기판의 마주보는 면들은 2 내지 3 밀리미터 사이의 간격인 것이 좋다. 3개의 고정되어 있거나 조절가능한 핀과 같은 간격을 두는 장치(도시되지 않음)가 칼라와 기판 사이를 적당한 간격으로 유지시키는 것을 돕기 위하여 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예는 기판이 너무 크거나, 진공 챔버 또는 무균실과 같은 특별하게 조절되는 공간에서 처리되기에 어려운 기판에 코팅을 할 때에 특히 유리하다. 상기 도시된 코팅 기술은 (1) 조절 대기 영역보다 큰 기판에 코팅이 행해질 수 있기 때문에, 그리고 (b) 대기압조건하에서와 더 편리한 "필드내"위치에서 코팅이 이루어질 수 있기 때문에 유리하다. 일련의 이어져 있는 도관(22, 38, 44, 52, 60)은 코팅층 헤드(68)를 형성하며, 이 코팅층 헤드는 비교적 작은 유연성있는 관으로 공급될 수 있으며 휴대할 수 있을 정도로 충분히 작을 수 있다. 연료의 연소에 의해 또는 전기 저항에 의하여 발생된 열을 제공함으로서 코팅 선구 물질에 에너지를 가하는 것은 비교적 작은 휴대용 코팅층 헤드에 적합하다. 큰 기판은 라스터(raster) 또는 유사한 소정의 패턴내에서 반복적으로 기판을 횡단하는 코팅층 헤드를 갖거나, 누적하여 균일한 코팅층을 제공하도록 정렬된 코팅층 헤드의 어레이를 횡단시키거나, 코팅층 헤드의 어레이를 라스터함으로써 코팅될 수 있다. 이 기술은 종래에는 너무 커서 코팅될 수 없었던 박막 코팅을 할 수 있는 것은 물론, 종래에 진공 상태에서 코팅될 수 있었던 더 큰 단위의 기판을 코팅할 수 있다. 특히 상기 기판을 대량으로 제조할때 더 큰 단위의 기판을 코팅함으로써 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다.
도 1과 2에 도시된 실시예는 또한 대부분의 금속 코팅층과 같은 산화에 민감한 코팅층의 제조에 특히 적합하다. 상기 코팅층을 제공하기 위하여, 분무되는 액체 매질과 코팅 선구 물질 부근에 도관(44)을 통하여 연료가 공급되며, 도관(52)을 통하여 산화제가 공급된다. 도관(38)을 통하여 공급되는 분무 가스 및/또는 도관(22)을 통하여 공급되는 액체 매질은 연료값을 가진 물질일 수 있으며, 이들은 코팅 선구 물질과 반응하는 물질이거나 비활성 물질일 수도 있다. 형성된 코팅 또는 코팅 선구 물질이 산소에 민감할때, 감소 대기는 공급된 산화제의 총량이 반응 영역에 제공된 연료가 완전히 연소하는 데에 필요한 총량보다 작은 양, 즉, 산화제의 몰량보다 작은 양으로 제한되도록 반응 영역과 증착 영역에서 유지된다. 일반적으로, 뜨거운 잔여 가스가 대기중 산소와 결과적으로 혼합될 때 발생되는 불꽃 영역을 제한하기 위하여 연료 과잉을 제한된다. 형성된 코팅층과 선구 물질이 산소에 내성있거나, 대부분의 산화물 코팅층의 제조에서와 같이, 산소의 존재에 의하여 그 양이 증가할때, 산화 대기 또는 상호 대기는 산화제의 몰량 또는 과잉량을 공급함으로써 반응 영역과 증착 영역에 제공될 수 있다. 또한, 산소 내성 시약과 제품을 사용하여, 산화제는 내부 도관(44)을 통해 공급될 수 있으며 연료는 외부 도관(52)을 통해 공급된다.
도관(60)을 통해 공급되는 비활성 가스는 반응 영역에서 생성된 반응 가스로부터 도관의 내측면을 보호하기에 충분해야 하며, 이 가스가 증착 영역을 빠져나가는 다른 가스들과 합쳐질때 이 가스는 장벽 영역에 필요한 가스 속도를 제공하기에 충분해야 한다.
에너지 입력은 도 1과 2에 도시된 연소 방법이외의 매커니즘에 의해서도 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 에너지 입력은 액체 매질/코팅 선구 물질을 200℃ 이상의 온도로 예열된 비활성 가스와 같은 예열된 액체와 혼합함으로써 이루어질 수도 있다. 에너지 입력이 연소이외의 방법에 의해서 이루어질 때 도관(22, 38, 44, 52, 60) 모두가 필요하지는 않다는 것은 명백하다. 흔히, 에너지 입력이 비연소 기술들중의 하나에 의하여 제공될 때 도관(44,52)중의 하나 또는 두개가 생략된다.
증착 코팅층의 다공성 또는 밀도는 기판의 표면에서 불꽃과 증착 영역 사이의 간격을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 상기 간격을 좁히면 코팅 밀도는 증가되는 반면, 간격을 늘리면 더욱 다공질의 코팅층이 형성된다. 도시된 CACCVD 기술에서, 반응 영역은 일반적으로 연소하는 연료에 의하여 생성되는 불꽃과 같은 넓이를 갖는다. 물론, 불꽃 영역과 기판은 불꽃 영역이 기판 영역에 더 가깝게 접근할때 상승되는 온도에 의하여 기판이 손상되지 않도록 충분히 멀리 떨어져 있어야 한다. 하나의 기판 물질에서 다음 기판 물질로 갈때 기판의 온도 감도가 변화하는 동안, 기판 면에 있는 증착 영역에서의 온도는 통상적으로 최대 불꽃 온도보다 적어도 600℃ 더 낮다.
에너지 입력을 공급하기 위하여 어떤 비연소 방법이 사용될 때, 반응 영역에 서의 최대 온도는 연료가 반응 영역에서 연소할때의 온도보다 대체로 낮다. 그러한 경우에, 주 에너지 입력이 유동 스트림이 반응 영역에 도달하기 전에, 유동 스트림과 함께 혼합될 예열된 유체인 경우, 기판이 과열되는 것에 주의를 소홀히 하더라도, 코팅 특성은 반응 영역과 기판 면 사이의 간격을 변화시킴으로서 변화될 수 있다. 반응 영역과 기판 사이의 간격을 최소화시킴으로서 형성되는 더 조밀한 코팅을 위해서는 반응 영역을 기판에 직접 닿도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 반응 영역과 증착 영역은 장치의 작용 영역을 제한할때 사용되는 것으로, 상호 배타적인 영역들로 제한하려는 의도는 아니며, 즉, 어떤 경우에는 코팅 선구 물질의 반응이 기판 면의 증착 영역에서 발생할 수도 있다.
주 에너지 입력이 연소 불꽃이 아닌 경우에 최대 온도가 낮기 때문에 임의의 유기 물질과 같은 온도에 민감한 코팅 물질을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 폴리머는 보호 코팅층으로서, 안티-스틱 코팅층(anti-stick coating)으로서, 또는 커패시터, 집적 회로 또는 마이크로프로세서에서 유전 층간 물질로서 증착될 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드 코팅층은 그 폴리아미드산 선구 물질로부터 제공될 수 있다. 유사하게, 폴리테트라플루오르화에틸렌 코팅층은 낮은 몰중량 선구 물질로부터 제공될 수 있다.
유동 스트림이 반응 영역을 빠져나가기 전에 유동 스트림에 에너지 입력을 가함으로서 일반적으로 다른 코팅 기술에서 흔히 사용되는 것처럼 기판을 가열함으로서 증착 영역에 에너지를 공급할 필요가 없다. 본 발명의 증착 시스템에서, 기판은 일반적으로 가스를 가열하는 것보다, 오히려 상기 증착 영역에 존재하는 가스를 냉각시키는 열 싱크(heat sink)로서 작용한다. 따라서, 기판에 가해지는 온도는 에너지가 기판을 통해 증착 영역으로 전달되는 시스템에서 처리되는 온도보다 대체로 낮다. 그러므로, 본 발명의 코팅 공정은 기판을 통해 증착 영역으로 열을 전달하는 것을 포함하는 방법에 의하여 종래에는 코팅될 수 없었던 온도에 민감한 많은 기판 물질에도 적용될 수 있다. 더우기, 높은 온도에 있는 기판의 부분에 걸쳐있는 조절 대기 영역은 이 조절 대기 영역이 코팅 물질을 보호하는 범위와 같은 범위까지 기판을 보호하여, 그럼으로써 산화에 민감한 기판과 같은 오염에 민감한 기판을 코팅하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 긴 기판 조각(80)은 이 긴 기판 조각을 챔버의 한쪽 측벽(86)내의 포트(84)를 통하여 공급하고 이것을 챔버의 반대쪽 측벽내의 유사한 포트(87)(도시되지 않음)를 통하여 이동시킴으로써, 챔버(82)를 통해 반연속적으로 지나간다. 챔버의 내부는 반응 영역(92)과 증착 영역(92)을 포함하는 조절 대기 영역이 된다. 기판 조각(80)은 반응 영역과 유체 경로가 형성된 증착 영역(90)을 통해 지나간다. 반응 영역(92)은 가스 봉함부(96)를 통해 코팅 챔버(24)로 연장되어 있는 코팅층 헤드(94)로부터 공급된 반응 성분에 의하여 형성된다. 코팅층 헤드에는 도관(100)을 통해 유체 매질(98)내에 코팅 선구 물질이 공급된다. 액체 매질을 분무시키고/분무시키거나 코팅 선구 물질과 반응시키기 위한 가스(102)는 도관(104)을 통해 공급된다. 비활성 가스(106)는 도관(108)을 통해 공급된다. 도관(100)을 따라 간격을 두고 있는 종단(110, 112)은 전원(114)에 연결된다. 에너지는 종단(96, 98) 사이를 지나는 전기에 의해서 도관(100)에 발생되는 열을 통하여 액체 매질/코팅 선구 물질에 공급되고, 이 에너지는 도관을 따라 흘러서 액체 매질/코팅 선구 물질로 전달된다. 열 값의 일부는 도관(100)으로부터 그 외부 표면을 따라서 유동 가스(102)로 또한 전달되고, 가스(102)를 통하여 최종적으로 반응 영역으로 전달된다.
이 실시예에서 필요한 에너지 입력의 일부 또는 모두는 연소 기술에 의하여 공급되거나 도 1 및 2 의 실시예와 관련하여 언급된 비연소 에너지 입력 기술중의 하나에 의하여 공급될 수 있다.
유체 매질/코팅 선구 물질의 분무는 도 1 의 실시예에서처럼 충돌하는 가스 스트림에 의하여 행해질 수 있다. 대안으로서, 여기에 통합되어 있는 특허 출원 제 08/691,853 호에 개시되어 있는 임계에 가까운 온도와 압력 조건으로부터 액체 매질/코팅 선구 물질의 빠른 압력 방출을 포함하는 분무 기술이 유리하게 사용될 수 있다. 이 기술은 노즐을 통하여 액체 매질/코팅 선구 물질을 안내하기 이전에 그 임계 온도인 50℃ 이내의 온도로 액체 매질/코팅 선구 물질을 가열하는 것을 포함한다. 액체 매질/코팅 선구 물질이 노즐을 빠져나갈때, 이 액체 매질/코팅 선구 물질은 미세한 스프레이로 분무되어 반응 영역을 통하여 기판으로 안내된다.
코팅 선구 물질과 액체 매질이 반응 영역을 통하여 증착 영역으로 흐르면 코팅 선구 물질은 반응하고 액체 매질은 증기화된다. 증착 영역에서, 코팅 선구 물질 반응 생성물은 기판상에 코팅층을 증착시킨다.
증착 영역으로부터 배출된 가스는 기판이 챔버로 들어가거나 챔버를 빠져나오는 포트(84,87)를 통해 코팅 챔버를 떠난다. 이 포트들은 긴 기판 통과 영역과 연결되어 장벽 영역을 형성하고, 배출 가스를 통과시킬 수 있는 영역을 결정하고 그럼으로써 이 가스가 장벽 영역을 통해 빠져나갈때의 가스의 속도를 결정한다. 포트들의 치수는 배출 가스가 장벽 영역에 지정된 최소 속도에 도달할 수 있도록 조절된다. 전술한 예에서처럼, 도관(108)을 통해 공급된 비활성 가스는 반응 영역에 공급된 전체 가스가 장벽 영역에서 요구되는 소망의 최소 속도에 도달하도록 충분한 가스가 포트(84,87)를 통해 지나가도록 하기위하여 충분해야 한다.
도 3의 실시예는 금속 또는 플라스틱 시트 물질과 같은, 코팅 챔버(82)를 통하여 반연속적으로 공급될 수 있는 긴 기판을 코팅하기에 특히 적합하다. 도 1의 실시예와 유사하게, 이 공정은 조절 대기 영역보다 큰 기판, 조절 대기 영역의 가장 큰 치수보다 큰 치수를 적어도 하나 가진 기판을 코팅하는 것을 가능하게 한다.
도 3의 실시예는 또한 다층 표면 또는 불균일한 표면을 갖는 기판을 코팅하는 것에 유리하게 적용될 수 있다. 이 경우에, 코팅 공정 전체에 걸쳐서 챔버(82)에 의하여 제공되는 조절 대기 영역에서 다층면 기판이 고정 위치에 유지되더라도 다층 면 기판의 모든 면위에 양호한 코팅층이 얻어질 수 있다. 기판이 챔버에 공급되거나 챔버로부터 빠져나가도록 하기 위하여 두개의 포트가 필요하지 않을때, 하나의 가스 방출 포트가 입구 및 출구 포트(84, 87)로 사용될 수 있다. 이 포트의 횡단 영역은 가스가 챔버를 빠져나갈때 장벽 영역에서 요구되는 최소 가스 속도가 성취되도록 조절되어야 한다.
본 발명의 다른 실시예의 특별한 특징이 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.
이 실시예는 조절 대기 영역내에서 증착 영역을 떠나서, 상기 조절 대기 영역을 둘러싸는 비활성 가스의 장막을 포함하는 장벽 영역을 통과해 지나감으로써 증착 영역으로부터 벗어나는 가스에 의한 것이다. 증착 영역을 떠나는 가스는 비활성 가스의 장막내에 함께 끌려간다. 비활성 가스 장막이 증착 영역둘레를 이동하여 증착 영역으로부터 벗어날때, 증착 영역을 떠나는 가스 전체가 반드시 장벽 영역안으로 함께 끌려들어갈때까지, 비활성 가스 장막은 장벽 영역에서 필요한 속도로 유지된다. 도 4에 도시된 코팅층 헤드(120)는 조절 대기 연소 화학 기상 증착(CACCVD)을 제공한다. 이 코팅층 헤드는 코팅 선구 물질을 유체 매질내에 공급하기 위한, 미세 도관 또는 모세관(122)을 포함한다. 코팅 선구 물질/유체 매질은 그 임계 온도인 50℃ 이내로 가열되고, 모세관으로부터 방출되기 전에, 그 액체 압력 이상의 압력 상태에 있게 된다. 도관(122)을 둘러싸는 도관(124, 126)은 연료와 산화제를 공급하기 위한 것이다. 동심의 도관(128)은 비활성 가스 장막을 공급한다. 장막(128)의 끝과 장막(126)의 끝에 있는 적어도 외부면은 방출하는 비활성 가스를 방사상의 동심 형태로 안내하기 위하여 바깥쪽으로 나팔꽃모양으로 펼쳐져 있다. 도관(128)은 내부 도관(122, 124, 126)과 넓이가 같거나 이 도관은 내부 도관들의 끝을 지나서 연장되어 있을 것이다.
동작시에, 기판은 일반적으로 도관(122)으로부터 방출되는 코팅 선구 물질/유체 매질의 앞에 위치된다. 도관(130)으로부터 방출하는 비활성 가스는 유동 가스 장막을 방사 원뿔 형태로 형성시키고, 이 방사 원뿔 형태는 기판의 표면에 형성된 증착 영역과 반응 영역을 포함하고 그 둘레에 이어진 조절 대기 영역을 고립시킨다. 유동 가스 장막의 방사형은 비활성 가스와 장막안으로 함께 끌려온 가스가 증착 영역으로부터 벗어나도록 안내하기에 충분하다. 전술된 바와 같이, 장막내의 가스의 속도는 증착 영역을 떠나는 전체 가스가 반드시 장벽 영역안으로 끌려들어갈때까지 장벽 영역에서 필요한 수준으로 유지된다.
다른 실시예에서와 마찬가지로, 여기에서, 유체 매질은 알칸, 알킨 또는 알코올과 같은 연소가능한 액체 유기 용제 또는 가스이거나, 일산화이질소(N20)와 같은 산화제 또는 발열성 물질이거나 물, 탄소이산화물 또는 암모니아와 같은 불연소성 물질일 것이다.
코팅 선구 물질은 해리 반응과 발화 반응을 포함하여, 반응할 수 있는 유기 화합물 또는 무기 화합물일 것이며, 기판상에 코팅층을 증착시킬 수 있는 반응 생성물을 형성한다. 발열성으로 해리하거나 반대로 발열적으로 반응하는 선구 물질은 반응 영역에서 방출된 발열 에너지가 필요한 에너지 입력을 감소시키기 때문에 특히 적합하다. 이 코팅 선구 물질은 액체로, 가스로, 특히 미세하게 분할된 고체의 형태로 반응 영역에 공급될 수 있다. 가스로 공급될 때, 이 코팅 선구 물질은 운반 가스내에 유입된다. 운반 가스는 비활성 가스이거나 연료로 작용할 수 있다.
선구 물질이 액체 매질에 공급될 때, 바람직하게는 코팅 선구 물질의 50%까지는 액체 매질내의 미세한 입자로 제공될 것이다. 그러나, 이것은 증착 코팅층의 균질성과 결정 성장에 유리하기 때문에, 이 코팅 선구 물질은 액체 매질내에 완전히 용해되는 것이 바람직하다. 액체 매질내의 코팅 선구 물질의 농도는 통상적으로 0.1M 이하이며, 바람직하게는 0.0005M 에서 0.05M 사이인데, 이것은 코팅 선구 물질을 가스 상태 또는 증기 상태로 코팅 공정에 공급하는 그러한 코팅 기술에서 요구되는 코팅 선구 물질의 농도와 비교하여 비교적 묽은 것이다. 더우기, 이 코팅 선구 물질은 가스 상태 또는 증기 상태로 공급될 필요가 있는 다른 코팅 기술의 선구 물질에서처럼 비교적 높은 증기압을 가질 필요가 없다. 300℃에서 10토르 이하의 증기압을 가진 선구 물질이 사용될 수 있다. 따라서, 비교적 넓은 범위의 선구 물질이 이 기술에서 사용될 수 있으며, 그 대부분은 다른 코팅 기술에서 필요한 비교적 휘발성의 물질보다 대체로 저렴하다.
증착된 코팅층은 반응 선구 물질로부터 증착할 수 있는 임의의 무기 물질이거나 유기 물질일 것이다. 금속, 금속 산화물, 황산염, 인산염, 실리카, 규산염, 인산염, 질화물, 붕소화물 및, 탄산염, 탄화물, 다이어몬드와 같은 다른 탄소질의 물질 및, 그의 혼합물이 본 발명의 시스템에서 사용될 수 있다. 폴리머와 같은 유기 코팅층도 반응 영역과 증착 영역에서 연소 온도를 피하는 본 발명의 상기 실시예들에 의하여, 단량체와 같은 반응 선구 물질로부터 증착될 수 있다. 본 발명의 공정은 본 발명의 조절 대기 영역에 의해 가능했던 반응 영역의 더 정확한 조절을 통해 얻어진 산화물 성분과 금속 성분의 혼합물의 조절된 동시 증착을 가능하게한다.
이 코팅층은 고접착 코팅층을 10나노미터 내지 5마이크로미터 사이의 두께로 형성하기에 특히 적당하다. 코팅층은 통상적으로 코팅층 헤드당 0.1밀리그램/분에서 500밀리그램/분 사이의 속도로, 바람직하게는 코팅층 헤드당 0.5밀리그램/분내지 2.0밀리그램/분 사이의 속도로 증착된다.
CACCVD 에 의해 형성되는 코팅층의 예는 이소프로파놀과 프로판의 테트라에속실란[Si(OC2H5)4]의 용액으로부터 형성된 실리콘 이산화물 코팅층과; 톨루엔과 메탄올의 백금-아세틸아세토네이트[Pt(CH3COCHCOCH3)2]의 용액으로부터 형성된 백금 코팅층 및; 에탄올의 란탄 질산염, 에탄올의 크로뮴 질산염 및 에탄올의 니켈 질산염의 용액으로부터 형성된 니켈-도핑 LaCrO3코팅층을 포함한다. 본 발명에 의하여 행해질 수 있는 유기 코팅층의 예는 폴리테트라플루오르화에틸렌과 같은 플루오르화탄소 폴리머와 폴리이미드를 포함한다.
본 발명의 기술에 의하여 코팅된 기판은 금속, 세라믹, 폴리머, 유리 및 셀룰로오스 물질을 포함하여, 120℃ 이상의 녹는점 또는 분해점을 가진 임의의 고체 물질일 것이다. 본 발명의 기술은 반응 영역과 증착 영역의 가열이 기판을 통한 가열 또는 에너지 입력을 필요로 하지 않기 때문에 열에 민감한 기판을 코팅하는것에 특히 적합하다. 기판 온도는 일반적으로 600℃ 이하로 유지되며, 바람직하게는 400℃ 이하로 유지되며, 기판 또는 다른 성분위에 유해한 영향을 피할 필요가 있을때, 이 기판은 200℃ 이하로 유지될 수 있다. 더욱 온도에 민감한 기판을 코팅할때, 가열된 유체, 복사 에너지 또는 마이크로파 에너지와 같은 비연소 에너지 입력 소스를 사용하는 본 발명의 실시예가 바람직하다. 이 기판은 비활성 냉각 유체, 바람직하게는 가스의 흐름을 증착 영역에 노출된 마주보는 표면인 기판의 면과 같은 증착 표면으로부터 떨어져 있는 면으로 안내함으로써 냉각될 수 있다. 본 발명의 공정은 가열될 때 대기중의 성분과 원하지 않는 반응을 할 수 있는, 산화에 민감한 기판과 같은, 기판을 코팅하는 것에 특히 적합하다. 기판에 더 낮은 온도를 가하는 것과 증착 영역을 둘러싸는 조절 대기는 둘다 대기 성분과 기판의 원하지 않는 반응을 최소화시키는 것에 도움을 준다.
본 발명의 코팅 절차는 반드시 주위 압력, 또는 대기압에서 행해지는 것이 바람직하지만, 연소 압력을 조절함으로써 연소 불꽃 온도 또는 다른 파라메터를 조절하는 것도 때때로 유용하다. 연소 불꽃은 10토르 이하의 압력에서 유지될 수 있다. 일반적으로, 특히 연소 불꽃이외의 에너지 소스가 사용될 때 주위 압력과 더 높은 압력하에서 동작시킴으로써, 최대 비용 효율 및 제조 효율이 달성된다.
예 1- 폴리이미드 기판위에 니켈 코팅
도 1에 도시된 장치에서 폴리이미드 기판상에 니켈막을 증착시킨다. 1.20 M의 NH4OH 내에 0.0688 M의 Ni(NO3)2용액이 0.25 sccm(표준 3제곱 센티미터/분)유속으로 75㎛ ID 합금 실리카 모세관을 통해 공급된다. 수소는 1.20 lpm (표준 리터/분)으로 분무 도관(38)을 통해 공급되고 756 sccm 으로 도관(44)을 통해 공급된다. 산소는 1.40 lpm 으로 도관(52)을 통해 공급된다. 아르곤은 5/8 인치의 내부 직경을 가진 도관(68)을 통해 28.1 lpm 으로 공급된다. 아르곤 흐름은 불꽃의 수동 점화를 위하여 감소되고, 점화가 이루어진 후 이어서 회복된다. 한번 점화되면, 점화를 유지하기 위하여 파일럿 또는 다른 점화 소오스를 사용할 필요는 없다. 증착점으로부터 대략 1 mm 지점의 가스 온도는 600℃이다. 기판은 4"×4" 영역을 수평 방향으로 한번 수직 방향으로 다시 한번 지나가는 방식으로 2번 횡단하는 0.0625 인치 스텝핑을 가지고 20 인치/분으로 노즐 칼라(64)로부터 2mm 거리에서 라스터된다. 라스팅 동작에 필요한 전체 시간은 16분이다. 니켈은 거의 0.1 미크론의 평균 두께로 증착된다.
예 2-알루미늄과 유리 기판위의 구리 코팅
구리는 무수 에틸 에테르내의 구리(II)비스(2-에틸헥사노에이트)의 0.0350M 용액으로부터 증착된다. 상기 용액은 예열된 500℃ 10% H2/Ar 가스 혼합물이 40 lpm 으로 또한 공급되는 관으로, 1.00 sccm 으로 분사된다. 이 기판은 관 방출구로부터 대략 2 mm 거리를 두고 가스 흐름에 수직으로 위치된다. 금속 구리 코팅층은 이러한 방법에 의하여 알루미늄과 유리 기판 모두위에 증착된다.
예 3-폴리이미드 기판위의 백금 코팅
도 1 에 도시된 장치에서 폴리이미드 기판상에 백금막이 증착된다. 1.20 M의 NH4OH 내의 5.3 mM(NH3)2Pt(NO2)2용액은 0.25 sccm 으로 관(22)을 통해 공급된다. 아르곤은 1.60 lpm 으로 관(18)을 통해 공급된다. 수소는 1.6 lpm 으로 도관(44)을 통해 공급된다. 산소는 800sccm 으로 관(52)을 통해 공급된다. 아르곤은 28.1 lpm 으로 관(68)을 통해 공급된다. 증착점으로부터 대략 1mm 지점의 가스 온도는 400℃이다. 기판은 6"×6" 영역을 수평으로 한번 수직으로 한번 지나가는 방식으로 2번 횡단하며 노즐 칼라(64)로부터 2mm 거리에서 라스터된다. 6 lbs./inch 껍질 강도 이상의 백금 코팅층이 제조된다.
예 4-폴리이미드 기판위의 니켈 코팅
도 1 의 장치에서 폴리이미드 기판상에 니켈막이 증착된다. 25.0 g 의 H2O 와 180g 의 NH3(L)내의 2.00 g 의 Ni(NO3)2·6H2O 의 용액은 300 cc 압축 용기로부터 꼭대기에 20㎛ ID 합금 실리카 모세관 삽입구를 가진 22 게이지 스테인레스 스틸 핀을 통해 0.25 sccm 으로 공급된다. 수소는 1.20 lpm 과 756 sccm 의 유속으로 각각 도관 (38)과 (44)를 통해 지나간다. 산소는 1.20 lpm 으로 도관(52)을 통해 지나간다. 아르곤은 28.1 lpm 으로 도관(68)을 통해 지나간다. 증착점으로부터 대략 1 mm 지점의 가스 온도는 600℃이다. 기판은 4"×4" 영역에 걸쳐 16분동안 노즐 칼라(64)로부터 거의 2mm 거리에서 2번 라스터된다. 0.1 미크론의 평균 두께를 가진 니켈 코팅층이 증착된다.
예 5-티탄 탄화질소 코팅
티탄 탄화질소(TiCN)는 TiCl4, NH3및 CH4의 혼합물을 예열된 비활성 가스 스트림에 주입시킴으로서 주어진 기판상에 선구 물질의 변형과 TiCN 의 증착을 초래할 수 있다. 비활성 가스 스트림은 적외선 에미터 또는 마이크로파 공동과 같은 전자기 복사 소스에 결합함으로써 가열된다. 대안으로서, 플라즈마가 선구 물질을 분해하기 위한 에너지 소스가 될 수 있다.
예 6-붕소 질화물 코팅
붕소 질화물 코팅층은 아미노붕화물(H3NBH3)과 같은 선구 물질의 발열 해리에 의하여 증착될 수 있다. 아미노붕화물의 조절된 흐름은 주어진 기판상에 붕소 질화물을 증착시키게 되는 반응 영역에서 정상 상태의 반응을 유지하기위하여 도 1과 3 에 도시된 것과 같은 증착 노즐에 제공될 수 있다. 도 3의 증착 헤드상에 도시된 에너지 소스 또는 다른 비연소 외부 에너지 소스가 발열 반응에 의하여 발생된 에너지를 증가시키거나/증가시키고 증착 상태를 더 양호하게 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
예 7-폴리이미드 또는 구리위의 백금/실리콘 이산화물 코팅
Pt/SiO2저항 금속의 층은 하기의 용액으로부터 폴리이미드 또는 구리 기판상에 CACCVD 를 증착시킬 수 있다.
1.23 g PtCOD[디페닐1-(1,5-시클로옥타디엔)백금] 250 ml 톨루엔
0.43g TEOS (1.5 wt% Si)[테트라에속실란 Si(OC2H5)4] 150g 프로판
상기 용액은 2900 ml/min 의 산소 흐름을 제공하며, 18 분동안 500℃의 증착 온도를 유지하는 증착 헤드에 3 ml/min 의 유속으로 공급되고, 6인치 기판에 대해 5 인치에 걸쳐 6 회 횡단하여 지나간다.
PtCOD 와 TEOS 는 1.89 PtCOD 와 0.65 TEOS 를 포함하는 농축된 용액까지 비례하여 변화될 수 있다. TEOS 의 비율은 최종적인 증착에서 SiO2의 중량 % 를 변화시키기 위하여 변화될 수 있다.
예 8-폴리이미드 기판위의 니켈 코팅
도 1 의 장치에서 50.0 g의 H2O 와 150 g의 NH3(L)내의 0.760 g 의 Ni(NO3)2·6H2O 의 용액으로부터 폴리이미드 기판상에 니켈막이 증착되었다. 이 용액은 꼭대기에 22 ㎛ 의 ID 합금 실리카 모세관 삽입구를 가진 22 게이지 스테인레스 스틸 핀(22)을 통해 0.50 sccm 의 유속으로 공급된다. 수소는 1.40 lpm 의 속도로 주변관(38)을 통해 공급된다. 관(44)에는 아무것도 통과하지 않는다. 산소는 관(52)을 통해 1.20 lpm 으로 공급된다. 아르곤은 외부관(68)을 통해 28.1 lpm 으로 공급된다. 아르곤은 불꽃을 수동으로 점화시키기 위하여 일시적으로 감소된다. 증착점으로부터 대략 1mm 지점의 가스 온도는 550℃이다. 기판은 노즐 칼라로부터 대략 2mm 의 거리를 두고 있으며, 3.5"×3.5" 영역에 걸쳐서 12분동안 20"/min 의 속도로 수평으로 한번 지나가도록 횡단하는 0.0625 인치 스텝으로 라스터된다.
이상적인 가스 반응일때, 아르곤, 수소, 산소, 물 및 암모니아에 대하여 200℃ 로 가정하고, 암모니아와 선구 물질의 연소에 의해 초래되는 부피 영향을 무시하면, 증착 영역의 중심으로부터 2.54 cm 바깥으로 유동 선형 가스 속도는 701 피트/분으로 결정된다. 상기의 가정 조건하에서, 6 인치 직경의 칼라의 가장자리에서 선형 흐름 속도는 234 피트/분으로 결정된다.
예 9-폴리이미드 기판위의 인산염 도핑된 니켈막
도 1 의 장치에서 400 ml 6 M의 NH4OH 내의 2.50g 의 Ni(NO3)2·6H2O 와 0.30g 의 H3PO4의 용액으로부터 폴리이미드 기판상에 인산염으로 도핑된 니켈막이 증착될 수 있다. 상기 용액은 꼭대기에 22㎛ ID 합금 실리카 모세관 삽입구를 가진 22 게이지 스테인레스 스틸 핀(22)을 통해 0.50 sccm 의 유속으로 공급된다. 수소는 주변관(38)을 통해 1.20 lpm 의 속도로 공급된다. 수소는 또한 관(44)을 통해 756 sccm 으로 지나간다. 산소는 관(52)을 통해 1.40 lpm 으로 공급된다. 아르곤은 외부관(68)을 통해 28.1 lpm 으로 공급된다. 아르곤은 불꽃을 수동으로 점화시키기 위하여 일시적으로 감소된다. 증착점으로부터 대략 1mm 지점의 가스 온도는 500℃이다. 기판은 3.5"×3.5" 영역에 걸쳐 12분동안 20"/min 의 속도로 수평으로 한번 지나가는 방식으로 횡단하는 0.0625 인치 스텝으로 라스터된다. 증착된 인산염 도핑 층은 115 Ω/in 의 선형 저항값을 갖는다. 비교가능한 인산염없이 도핑된 니켈층은 5 Ω/in 의 선형 저항값을 갖는다.
예 10-니켈위의 SrTiO3증착
유전체 화합물 SrTiO3은 기판상에 NiO 또는 탄소의 부착가능한 증착을 형성하지 않고 CACCVD 기술에 의하여 니켈상에 증착된다. CCVD 핀에는 불꽃 주위에 비활성 가스 또는 감소 가스를 제공하는 재킷이 주어진다. 재킷으로 덮혀진 노즐은 기판으로 연장되어 있는 석영관내에 위치된다. 0.82 g 의 스트론튬 2-에틸헥사노에이트 (1.5 wt.% Sr), 0.73 g 의 티타늄-디-아이-프로폭사이드-비스-아세틸아세토네이트(0.94 wt.% Ti), 17 ml 의 메탄올과 100 g 의 프로판의 용액이 2 ml/min 의 속도로 노즐을 통해 공급된다. 산소는 1300 ml/min 의 속도로 꼭대기에 공급되고, 수소는 1926 ml/min 의 속도로 공급된다. 0.5-10% 의 수소와 밸런스 아르곤으로 형성된 감소 가스는 58 l/min 의 유속으로 재킷으로부터 불꽃주위로 흐른다. 800℃ 와 1050℃ 사이의, 바람직하게는 대략 950℃ 의 증착 온도는 10 에서 15 분까지의 증착 시간동안 유지된다. 주지된 바와 같이, SrTiO3증착은 NiO 또는 부착가능한 탄소 증착을 형성하지 않고 니켈 기판상에 형성된다.
이러한 증착에서는 메탄올과 같은 낮은 탄소 증착 능력을 가진 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 메탄올 대신 톨루엔으로 대체한 유사한 증착도 탄소 증착을 형성하였다.
예 11-실리카위의 니켈의 증착
84g 의 질산화물(가스와 액체)이 혼합된 3g 의 물내의 0.6g 의 니켈 질산 육수화물을 포함하는 혼합물이 임계 부근의 온도(36.5°)와 압력(71.7 atm) 조건에서 4 ml/min 의 유속으로 CACCVD 노즐로 공급될 수 있다. 4.3 l/min 의 유속의 수소와 0.961 l/min 의 유속의 산소는 800℃ 와 1000℃ 사이의 증착 온도를 가진 반응 영역과, 실리카 기판상에 증착된 니켈 산화막에 공급된다.
예 12-기판상에 폴리머의 증착
PTFE 와 폴리이미드를 포함하는 폴리머의 박막이 적외선 또는 마이크로파 여자에 의하여 공정 가스 흐름에 연결된 복사 또는 전자기 에너지와 같은 비연소 에너지 소스를 사용하는 전술된 조절 대기 증착 기술에 의하여 알루미늄 기판과 구리 기판은 물론 실리콘 웨이퍼위에 놓일 수 있다. 이와 같은 증착은 대기압 또는 그 이상의 압력하에서 수행될 수 있으며, 주입된 단량체의 중합을 쉽게 할 수 있는 비교적 낮은 온도로 증착 온도와 기판 온도를 조절하여, 대기압 플라즈마와 관련된 더 높은 온도, 즉 단량체를 분해시키고/분해시키거나 기판 물질을 손상시킬 수 있는 온도를 피할 수 있다. PTFE 박막은 3M 사의 FC-77 비활성플루오르내에 용해된 Dupont 사의 Teflon AF 로부터 제조되거나, C2F4, CHF3및 C2H4의 가스 상태 혼합물로부터 제조될수 있다. 폴리이미드 박막은 디메틸아세트아미드와 N-메틸피롤리돈내의 폴리아미드산의 용액으로부터 제조될 수 있다.
본 발명은 비교적 산화에 민감한 코팅층을 제조할때 전술된 CCVD 기술에 비하여 개선된 특성을 갖는다.
전술한 설명은 관련 분야의 당업자들이 조절 대기 화학 기상 증착 장치와 그 공정을 실행시키도록 하기 위하여 주어진 것이다. 전술한 설명에 기재된 개별적인 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니며 본 발명은 하기의 청구항에 의해서만 제한된다.
본 발명의 기술의 주요 이점은 (1) 주위 압력 또는 대기압에서 수행되며, (2) 기판에 비교적 높은 온도를 가해야 할 필요가 없으며, (3) 가열된 기판과 대기 가스의 반응을 피하며, (4) 코팅 공정동안 코팅층의 생성물이 대기 가스와 접촉함으로서 분해되며, (5) 저렴하고 비교적 비휘발성의 코팅 선구 물질을 사용하며, (6) 금속 성분과 산화물 성분 모두의 조절된 동시 증착이 가능하다는 것에 있다. 이러한 이점은 본 발명의 각각의 여러 실시예에서 적용되지만, 어떤 이점은 본 발명0의 어떤 개별적인 실시예에만 특히 적용된다. 예를 들면, 기판에 고온을 가하지 않고 대기압 증착을 행하는 능력은 유도 장치, RF 장치 및 마이크로파 에너지 장치와 같은 에너지 입력 소스를 사용하는 실시예에 대하여 특히 적용되는 것으로 알려져 있다.

Claims (69)

  1. 기판상에 코팅층을 증착시키기 위한 화학 기상 증착 장치에 있어서,
    상기 기판에 인접한 증착 영역 및 이 증착 영역과 유체 경로가 형성된 반응 영역을 포함하는 조절 대기 영역을 형성하기 위하여 상기 기판과 함께 작용하는 제1 수단과;
    상기 반응 영역으로 코팅 선구 물질을 안내하는 제2 수단과;
    상기 코팅 선구 물질이 상기 증착 영역에 도달하기 전에 상기 코팅 선구 물질에 에너지를 인가하기 위한 제3 수단 및;
    장벽 영역을 형성하기 위하여 상기 기판과 함께 작용할 수 있는 제4 수단을 포함하며, 상기 조절 대기 영역으로부터 주위 대기로 유동 가스는 적어도 분당 50피트의 속도로 흐르는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 코팅 선구 물질을 반응 영역으로 안내하는 상기 제2 수단은 상기 코팅 선구 물질을 액체 매질에 공급가능하며, 상기 화학 기상 증착 장치는 상기 액체 매질이 상기 반응 영역으로 유입될 때 상기 액체 매질을 분무시키는 제5 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반응 영역내의 상기 분무된 액체 매질둘레에 유동 비활성 가스 장막을 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 수단은 상기 유동 비활성 가스 장막둘레로 연장하는 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제4 수단은 상기 도관으로부터 연장하는 칼라를 포함하며, 상기 칼라는 상기 기판에 가깝게 인접하여 펼쳐져 있는 면을 가진 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 면은 대체로 평평한 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수단은 상기 조절 대기 영역을 둘러싸는 구조를 포함하며, 상기 제4 수단은 상기 조절 대기 영역과 주위 대기 사이에서 유체를 교환하는 상기 제1 수단내의 적어도 하나의 포트를 포함하며, 상기 적어도 하나의 포트는 상기 가스가 상기 포트를 통해 지나가는 동안 상기 가스가 적어도 분당 50피트의 속도로 흐를 수 있도록 상기 유체 교환을 위한 충분한 영역만을 제공하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트는 상기 기판을 통과시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제4 수단은 상기 조절 대기 영역 부근에서 적어도 분당 50피트의 속도를 가진 유동 비활성 가스의 장막을 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유동 비활성 가스의 장막을 형성하기 위한 수단은 상기 유동 비활성 가스가 상기 증착 영역으로부터 벗어나도록 하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제 3 수단은 상기 반응 영역에 연료를 공급하는 수단과, 상기 반응 영역에 산화제를 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  12. 제11항에 있어서, 연료를 공급하는 상기 수단은 제1 도관을 포함하며, 산화제를 공급하는 상기 수단은 상기 제1 도관과 동심으로 이어져 있는 제2 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  13. 제2항에 있어서, 상기 제2 수단은 제1 도관을 포함하며, 상기 제5 수단은 상기 반응 영역에 압축 가스를 공급하는 제2 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 도관과 상기 제2 도관은 동축으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제 2 도관은 상기 압축 가스가 상기 제1 도관에서 빠져나오면 그 압축 가스를 상기 주입된 액체 매질로 안내하도록 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  16. 제13항에 있어서, 충분한 에너지를 공급하기 위한 상기 수단은 상기 반응 영역에 연료를 공급하는 수단과, 상기 반응 영역에 산화제를 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 연료를 공급하는 수단은 제3 도관을 포함하며, 상기 산화제를 공급하는 수단은 상기 제3 도관과 동심으로 연장하는 제4 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 반응 영역내의 상기 코팅 선구 물질둘레에 유동 비활성 가스 장막을 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유동 비활성 가스 장막을 형성하는 수단은, 상기 제4 도관 부근으로 연장되어 있으며 상기 제4 도관과 동심으로 되어 있는 제5 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제3수단은 저항 히터, 유도 히터, 마이크로파 히터, 레이저 히터 및 복사 히터로 이루어진 그룹중에서 선택된 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  21. 화학 기상 증착 방법에 있어서,
    코팅 선구 물질의 유동 스트림을 유체 매질내에 제공하는 단계와;
    상기 유동 스트림을 분무시키는 단계와;
    반응 영역과 증착 영역을 포함하는 조절 대기 영역을 통하여 상기 분무된 유동 스트림을 안내하는 단계와;
    상기 반응 영역에서 상기 코팅 선구 물질을 반응시켜 반응된 코팅 선구 물질을 형성하기 위해 상기 유동 스트림에 충분한 에너지를 공급하는 단계와;
    상기 증착 영역에서 기판상에 코팅층을 증착시키기 위해 상기 반응된 코팅 선구 물질과 기판을 접촉시키는 단계와;
    상기 유동 스트림의 가스가 상기 조절 대기 영역으로부터 장벽 영역을 통해 주위 대기로 흘러나가도록 하는 단계와;
    상기 가스가 상기 장벽 영역을 통해 흐를 때 상기 가스가 적어도 분당 50피트의 속도로 상기 조절 대기 영역으로부터 흘러나가도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 장벽 영역은 상기 조절 대기 영역과 주위 대기 사이의 유체 교환을 상기 증착 영역둘레로 연장하는 작은 틈으로 제한함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 장벽 영역은 상기 조절 대기 영역 부근에 적어도 분당 50피트의 속도로 유동하는 비활성 가스의 장막을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 반응 영역둘레에 유동 비활성 가스의 장막을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 충분한 에너지를 공급하는 단계는 상기 반응 영역에서 상기 유동 스트림과 예열된 가스를 혼합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 가스는 상기 장벽 영역을 통과하여 지나갈 때 적어도 분당 100피트의 속도로 되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 유동 스트림에 가해지는 상기 에너지의 적어도 일부분은 발열적으로 분해될 수 있는 물질의 분해에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 기판은 600℃ 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 증착 영역은 상기 기판의 표면을 횡단하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 조절 대기 영역의 가장 큰 치수보다 큰 적어도 하나의 치수를 가진 상기 표면의 일부분에 연속적으로 증착되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  31. 제21항에 있어서, 상기 에너지는 상기 반응 영역에서 연료와 산화제를 연소시킴으로써 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 연료와 상기 산화제는 별도의 동축 도관에서 상기 반응 영역으로 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 산화제를 완전히 연소시키기 위하여 필요한 연료 이상의 과잉 연료가 상기 반응 영역에 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 증착 영역내의 압력은 적어도 주위 압력인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 기판은 600℃ 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 연료와 상기 산화제로부터 생성된 연소 생성물은 상기 가스가 상기 장벽 영역을 통해 지나가기 전에 상기 유동 스트림과 합쳐지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  37. 제31항에 있어서, 상기 장벽 영역은 상기 조절 대기 영역과 주위 대기 사이의 유체 교환을 상기 증착 영역 부근에 연장하는 작은 틈으로 제한함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  38. 제31항에 있어서, 상기 코팅 선구 물질은 300℃에서 10토르보다 작은 증기압을 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  39. 제31항에 있어서,
    상기 유동 스트림을 그 임계 온도인 50℃ 이내의 온도와 그 액체 압력 이상의 압력으로 제공하는 단계와;
    상기 유동 스트림을 분무시키기 위하여 상기 압력을 빠르게 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  40. 제31항에 있어서, 상기 유체 매질은 질산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  41. 제21항에 있어서, 상기 증착 영역내의 압력은 적어도 주위 압력인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 장벽 영역은 상기 조절 대기 영역과 상기 주위 대기사이의 유체 교환을 상기 증착 영역둘레에 연장하는 작은 틈으로 제한함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 기판의 일부분은 상기 증착 영역으로부터 바깥쪽으로 연장하며, 상기 틈은 상기 기판의 상기 바깥쪽 부분에 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 작은 틈은 상기 기판의 표면으로부터 10밀리미터 이하의 간격을 두고 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  45. 제41항에 있어서, 상기 장벽 영역은 상기 조절 대기 영역 둘레에서 유동하는 비활성 가스의 장막을 적어도 분당 50피트의 속도로 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  46. 제41항에 있어서, 유동하는 비활성 가스의 장막을 상기 반응 영역둘레에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 유동 스트림이 상기 장벽 영역을 통과하여 지나가기전에 상기 유동 비활성 가스는 상기 유동 스트림과 합쳐지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  48. 제41항에 있어서, 상기 유동 스트림은 압축 가스와 상기 유동 스트림을 접촉시킴으로써 분무되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 유동 스트림은 제1 도관으로부터 상기 반응 영역으로 공급되며, 상기 압축 가스는 상기 제1 도관과 동축으로 되어 있는 제2 도관에 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  50. 제48항에 있어서, 상기 압축 가스는 연료인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  51. 제41항에 있어서, 상기 증착 영역내에 있지 않는 기판의 표면에 냉각 매질이 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  52. 제41항에 있어서, 상기 기판은 600℃ 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  53. 제41항에 있어서, 상기 에너지의 적어도 일부분은 상기 유동 스트림을 가열된 도관을 통과하여 지나가게 함으로써 상기 유동 스트림에 가해지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  54. 제41항에 있어서, 상기 유동 스트림에 가해지는 상기 에너지의 적어도 일부분은 복사 가열, 유도 가열, 고주파 가열, 마이크로파 가열 또는 광자 가열중의 적어도 하나에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  55. 제41항에 있어서, 상기 코팅 선구 물질은 액체 유체 매질내에 용해되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 액체 매질내의 상기 코팅 선구 물질의 농도는 0.1 몰보다 작은 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  57. 제41항에 있어서, 상기 코팅 선구 물질은 300℃에서 10토르보다 작은 증기압을 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  58. 제41항에 있어서, 상기 유체 매질은 질산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  59. 제31항에 있어서,
    상기 유동 스트림을 그 임계 온도인 50℃ 이내의 온도와 그 액체 압력 이상의 압력으로 제공하는 단계와,
    상기 유동 스트림의 상기 분무를 일으키는 압력을 빠르게 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  60. 제41항에 있어서, 상기 코팅층은 유기화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  61. 제41항에 있어서, 상기 코팅층은 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 코팅층은 폴리머 플루오르화탄소와 폴리이미드로 이루어진 그룹중에서 적어도 하나의 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  63. 제41항에 있어서, 상기 코팅층은 질화물, 붕소화물, 실리사이드, 인화물 또는 황화 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  64. 제41항에 있어서, 상기 코팅층은 탄화 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  65. 제41항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱이며 상기 코팅층은 금속인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  66. 제65항에 있어서, 상기 기판은 폴리이미드이며, 상기 코팅층은 니켈인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  67. 제41항에 있어서, 상기 코팅층은 10나노미터 내지 5마이크로미터 사이의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  68. 제41항에 있어서, 상기 에너지의 적어도 일부분은 전기 저항 가열에 의하여 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
  69. 제21항에 있어서, 상기 가스에 직접 인접한 기판의 온도가 주위 대기내의 성분들이 상기 기판 또는 상기 기판위의 임의의 증착물과 화학적으로 반응할 수 있는 온도 이하일 때까지 상기 가스의 속도는 적어도 분당 50피트로 유지되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 방법.
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