KR20110123750A - 기재 표면의 코팅 또는 처리를 위한 플라즈마 코팅 시스템 및 그 방법 - Google Patents

기재 표면의 코팅 또는 처리를 위한 플라즈마 코팅 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소개 가능하고 그 내부에 기재(3)가 놓여질 수 있는 작업 체임버(2)를 포함하고, 공정 가스의 가열에 의해 플라즈마 빔(5)을 생성하는 플라즈마 버너(4)를 포함하는, 기재(3) 표면의 코팅 또는 처리를 위한 플라즈마 코팅 시스템에 대한 것이다. 상기 플라즈마 버너(4)는 노즐(41)을 구비하고, 이를 통해 상기 플라즈마 빔(5)이 상기 플라즈마 버너(4)를 탈출할 수 있고 상기 작업 체임버(2) 내에서 길이 방향의 축 (A)를 따라 연장 가능하되, 상기 노즐(41)의 하류에 기계적 한정 장치(12)가 상기 작업 체임버(2) 내에서 제공되고 상기 길이 방향의 축을 따라 연장되어, 입자들의 측방향의, 원치 않는 침입으로부터 플라즈마 빔(5)을 보호한다. 또한, 본 발명은 상응하는 방법에 대한 것이다.

Description

기재 표면의 코팅 또는 처리를 위한 플라즈마 코팅 시스템 및 그 방법 {PLASMA COATING SYSTEM AND METHOD FOR COATING OR TREATING THE SURFACE OF A SUBSTRATE}
본 발명은 각 범주의 독립항의 전제부에 따라, 기재 표면의 코팅 또는 처리를 위한 플라즈마 코팅 플랜트 및 그 방법에 대한 것이다.
플라즈마 코팅 플랜트에 의한 열적 분사의 상이한 다수개의 공정들 중에, 몇몇 공정들은 진공 구역에서, 즉, 주위 공기압보다 작은 공정 압력에서 수행된다. 물론, 이러한 공정들은 소개 가능한(evacuatable) 작업 체임버 내에서 수행되어야 한다. 이러한 점에서, 공정에 따라 작업 체임버 내에 단지 몇백 밀리바 혹은 심지어 그 보다 작은 압력이 필요하다.
플라즈마 분사에서는, 공정 가스를 가열함으로써 플라즈마 제트(plasma jet)를 생성하는 것이 일반적이며, 상기 플라즈마 제트 내부로 코팅에 필요한 물질이 통상 파우더 형태로 뿐만 아니라 유체의 형태로, 즉, 기체로서 혹은 액체로서 도입된다. 특히, 기체의 혹은 액체의 도입에 있어, 반응 공정으로서 플라즈마 분사 공정을 수행하는 것, 다시 말해, CVD (chemical vapor deposition: 화학적 증착) 공정에 필적할 만한 방식으로 공정을 수행하는 것 또한 공지되어 있다. 이러한 점에서, 고온의 플라즈마 제트 내로 도입된 유체는, 코팅을 위해 소망되는 물질만이 플라즈마 제트 내에 생성되도록, 예를 들어 분자의 결합 파열(breaking open) 혹은 절단(dissection)을 통해 개질된다. 반응 물질로서 헥사메틸디실록산 (HMDSO)을 도입하여 기재, 예를 들어, 웨이퍼 상에 실리콘 옥사이드 층을 생성하는 것이 이에 대한 하나의 예이다.
이러한 진공 공정에 있어 알려져 있는 문제점 중 하나는, 소개된 (evacuated) 작업 체임버를 통해 이동하는 플라즈마 제트가, 플라즈마 제트 노즐 구역에서 흡입 효과를 초래한다는 것이다. 만일 기체 혹은 액체가 반응 공정을 위해 플라즈마 제트 내로 도입되는 경우, 개질을 통해 분말 입자들 혹은 입자들이 발생할 수 있다. 이는, 입자들이 -특히 플라즈마 제트의 경계에서- 편향되어 노즐 방향으로 다시 이동하고 이어서 흡입 효과를 통해 플라즈마 제트 내부로 다시 빨려 들어가게 되는 결과를 가져올 수 있다. 이러한 "재순환" 입자 혹은 분말 입자는 용융되지 않거나 혹은 충분히 가소화되지 않은 것으로, 통상 기재 상에 생성된 코팅에서 바람직하지 않은 결함을 초래하게 된다.
또한, 이러한 문제점은 분말이 플라즈마 제트 내로 도입되는 공정에서도 발생한다. 예를 들어, 용융되지 않은 혹은 단지 부분적으로 용융 및/또는 가소화된 분말 입자들은 전술한 바와 동일한 방식으로 다시 노즐 방향으로 이동하고 이어서 플라즈마 제트 내로 빨려 들어간다. 또한, 이러한 분말 입자들 혹은 입자들은 기재 상에 원치 않은 오염을 초래한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이다. 따라서, 본 발명의 과제 중 하나는, 플라즈마 제트 내부로의 입자의 원치 않는 침입을 적어도 현저하게 감소시킨, 기재 표면의 코팅 혹은 처리를 위한 플라즈마 코팅 플랜트 및 그 방법을 제안하는 것이다.
장치적 측면의 관점에서, 그리고 공정 공학적 측면의 관점에서, 이러한 과제를 만족시키는 발명의 대상은 각 범주의 독립항에 의해 충족된다.
따라서, 본 발명에 따라, 기재 표면의 코팅 혹은 처리를 위한 플라즈마 코팅 플랜트가 제공되는 바, 이는 소개 가능하고 그 내부에 기재가 놓여질 수 있는 작업 체임버를 구비하고, 공정 가스의 가열에 의해 플라즈마 제트를 생성하기 위한 플라즈마 토치를 구비하되, 상기 플라즈마 토치는 노즐을 구비하여 이를 통해 플라즈마 제트가 플라즈마 토치를 탈출할 수 있고 작업 체임버 내로 길이 방향 축을 따라 연장될 수 있으며, 이 때, 기계적 한정 장치(mechanical limiting apparatus)가 작업 체임버 내에서 노즐의 하류(downstream)에 제공되되, 이러한 기계적 한정 장치는 길이 방향의 축을 따라 연장되어 입자의 원치 않은 측방향 침입(lateral intrusion)으로부터 플라즈마 제트를 보호한다.
상기 한정 장치는 냉각기(colder), 카머(clamer), 다시 말해 필수적으로 무흐름(current-free)의 진공에 대하여 고온의 고속 플라즈마 제트를 구분(mark out)해 내고, 이로써 입자들이 상기 진공 구역으로부터 바람직하지 않은 방식으로 상기 고온의 플라즈마 제트 내로 측방향 흡입(lateral suction)되는 것을 방지한다. 이와 관련하여 "측방향" 및/또는 "측면(side)으로부터" 라 함은 길이 방향의 축 (A)에 대하여 일정한 각도인 것 혹은 이에 대하여 수직인 것을 의미한다.
길이 방향 축에 수직하게 플라즈마 제트가 확장되는 것은 한정 장치에 의해 제한된다.
이로써, 플라즈마 제트는 한정 장치에 의해 둘러싸이고/싸이거나 밀봉(enclose)되어 어떠한 입자도 원치 않는 방식으로 측면으로부터 플라즈마 제트에 도달할 수 없다.
한정 장치는 바람직하게는 플라즈마 토치 노즐의 바로 하류에 배열되는 바, 이는 흡입 효과가 여기서 가장 강하고, 따라서, 입자의 침입도 여기서 일어날 가능성이 가장 높기 때문이다.
유리하게는, 한정 장치는 튜브로, 특히 금속 튜브로 구성된다.
바람직한 구현예에 따르면, 한정 장치는 원통 튜브로 구성되되, 그 직경은 유출구 개구(outlet opening)에서 노즐 직경의 최대 10배이고, 특히 노즐 직경의 최대 5배이다.
바람직하게는 주입 장치가 추가로 제공되어 반응 공정의 수행을 위해 플라즈마 제트 내로 반응 유체를 주입한다.
가능한 설계에는, 주입 장치가, 한정 장치 내에 배열된 고리 형상의 주입 노즐을 포함하는 경우가 존재한다.
바람직한 구현예에 따르면, 기재를 지지하기 위한 기재 홀더가 제공되는데, 여기서 한정 장치는 노즐과 기재 홀더 사이의 거리의 적어도 80%에 걸쳐, 바람직하게는 상기 거리의 적어도 90%에 걸쳐 연장된다. 이러한 수단을 통해, 플라즈마 제트는 플라즈마 토치의 노즐로부터 기재에 이르기까지 그의 전체적인 길이에 걸쳐 오염으로부터 필수적으로 보호된다.
나아가, 본 발명은 플라즈마 코팅 플랜트에 의해 기재 표면을 코팅 혹은 처리하기 위한 방법을 제안하는 바, 여기서 기재는 작업 체임버 내에 위치되고, 상기 작업 체임버는 1 바(bar) 미만의 압력까지 소개되고, 공정 가스를 가열함으로써 플라즈마 토치에 의해 플라즈마 제트가 생성되되, 상기 플라즈마 제트는 노즐을 통하여 상기 플라즈마 토치를 탈출하여 상기 작업 체임버 내에서 길이 방향 축을 따라 연장될 수 있고, 이 때, 상기 플라즈마 제트는 상기 길이 방향 축을 따라 연장되는 기계적 한정 장치에 의해 입자의 원치 않는 측방향 침입으로부터 보호되는 것을 특징으로 한다.
플라즈마 제트가 노즐의 하류에서 길이 방향의 축에 수직하게 확장되는 것은 기계적 한정 수단을 통해 작업 체임버 내에서 제한된다.
바람직하게는 반응 공정을 수행하기 위해 반응 유체가 주입 장치에 의해 플라즈마 제트 내로 주입된다.
또한, 공정 공학의 관점으로부터, 바람직한 경우는, 플라즈마 제트가 노즐과 기재 사이의 그 길이의 적어도 80%에 걸쳐, 바람직하게는 그 길이의 적어도 90%에 걸쳐 한정 장치에 의해 보호되는 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 특히 작업 체임버 내부의 공정 압력이 코팅 상에 최대 100mbar, 바람직하게는 최대 50mbar, 및 특히 최대 30mbar인 공정에 특히 적절하다. 특히, 낮은 공정 압력의 경우, 진공 구역으로부터 플라즈마 제트 내로의 입자의 원치 않는 재순환 및/또는 원치 않는 흡입의 위험이 특히 두드러진다. 예를 들어 분자, 자유 라디칼로서, 혹은 그 외의 매우 작은 입자들로서 -또한 나노 미터의 영역에서- 존재할 수 있는 이러한 입자들은, 낮은 공정 압력에서는 진공에서의 자유 경로 길이가 증가되어 이러한 입자들이 플라즈마 제트로 침입하고/하거나 그 내부로 흡입될 가능성이 증가한다. 대기압에서 혹은 심지어 보다 높은 압력에서는 이러한 입자들은 대체로 이들이 측방향으로 플라즈마 제트를 떠나면서 바로 감속된다.
추가의 유리한 대책과 구현예는 종속항에 따른 것이다.
이하에서, 본 발명을 장치적 측면의 관점에서 그리고, 또한 공정 공학적 측면의 관점에서 구현예를 참조하여, 그리고 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이러한 개략적 도면은, 일정 비례로 그려진 것은 아니며, 여기서
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 코팅 플랜트의 구현예이고;
도 2는 도 1의 코팅 플랜트의 도이고,
도 3은 도 2의 단면 라인 III-III을 따라 상기 코팅 장치를 관통한 단면이고,
도 4는 도 2의 시야 방향 IV으로부터 한정 장치 상으로의 상면도이고,
도 5는 도 1로부터의 구현예에 대한 변형예이다.
이하, 본 발명은 특히 실시에 관련 있는 실시예를 참조하여, 다시 말해 반응성 플라즈마 분사 공정을 참조하여 설명된다. 이러한 측면에서, 액체 혹은 기체 유사의 출발 물질이 플라즈마 제트 내로 도입된다. 유체 출발 물질의 분자 또는 성분은 플라즈마 제트의 높은 에너지에 의해, 예를 들어 결합 쪼개짐(splitting), 성분 쪼개짐 등에 의해 개질되며, 이로써 코팅을 위해 소망하는 성분이 생성된다. 이러한 공정은 또한 원리 면에서 CVD 공정에 필적할 만한 것으로, 이 때문에 이들은 때때로 반응성 열적 CVD 공정이라 불리운다. 이른바 저압 플라즈마 분사 (low pressure plasma spraying: LPPS) 및 저압 플라스마 분사 박막법 (low pressure plasma spraying thin film method: LPPS-TF)은 이러한 종류의 방법에 특히 적절하다.
그러나, 당연히 이해되기로는, 본 발명은 이러한 반응성 플라즈마 분사 공정에 의해 결코 제한되지 않는다. 이는, 진공에서, 다시 말해 주위 공기 압력 보다 작은 공정 압력에서 수행되는 모든 플라즈마 분사 공정에 유사한 균등 방식에서 적절하다. 초기 언급한 바와 같이, 이러한 진공 플라즈마 분사 공정에서는 분말 입자들 및 입자들의 재순환 문제가 발생하며, 이러한 사항은 본 발명에 의해 해결되거나 혹은 본 발명에 의해 적어도 감소될 것이다. 특히, 본 발명은 분말 형상의 출발 물질이 플라즈마 제트 내로 도입되는 진공 플라즈마 분사 공정에도 적절하다.
전체로서 참조 번호 (1)로 지칭되는, 본 발명에 따른 플라즈마 코팅 플랜트의 개략적 도해를 도 1에 나타내었다. 플라즈마 코팅 플랜트(1)는 공정 가스를 가열함에 의해 플라즈마 제트(5)를 생성하기 위한 플라즈마 토치(4)를 구비한 작업 체임버(2)를 포함한다. 플라즈마 제트(5)는 플라즈마 토치(4)의 노즐(41)을 통해 탈출하며, 작동 상태에서, 길이 방향의 축 (A)를 따라 넓어진다. 제어형 펌프 장치(7)가 추가로 제공되는데, 이는 작업 체임버(2)에 연결되어 상기 작업 체임버(2)에서 공정 압력을 설정한다. 기재(3)를 지지하기 위한 기재 홀더(8)가 작업 체임버(2) 내에 제공되는데, 이는 도 1에서 이중 화살표 (B)에 의해 지시된 바와 같이, 상기 길이 방향의 축 (A)에 수직한 하나의 방향으로 적어도 이동 가능하게 설계될 수 있다. 이를 통해 기재(3)는 길이 방향의 축 (A)에 수직하여 이동될 수 있어 상기 기재(3)의 상이한 영역이 점차적으로 플라즈마 제트(5) 하에 놓이게 된다. 여기에 부가적으로 혹은 대안적으로, 기재 홀더(8)는, 필요한 경우 처리 혹은 코팅 중에 상기 기재가 회전할 수 있도록 구성될 수 있다.
플라즈마 토치(4)는 또한 바람직하게는, 도 1에서 화살표 (C)에 의해 지시되는 바와 같이, 2축 혹은 3축 변위 홀더 상에 배열되어, 기재(3)에 대한 플라즈마 토치(4)의 상대적 위치 및 이로써 노즐(41)의 상대적 위치가 2차원적으로 혹은 3차원적으로 변경될 수 있다. 특히, 노즐(41)로부터 기재(3)까지의 거리가 바뀔 수 있다.
플라즈마 분사 플랜트(1)의 설계에 대한 추가의 상세 내용과 관련하여, 특히 공정 파라미터 영역 및 플라즈마 제트(5) 내로의 주입에 대하여는, 이 시점에서 동일한 출원인의 유럽 특허 출원 제08154091.6호를 참조한다.
반응 플라즈마 분사에 있어 플라즈마 제트(5) 내로 주입되는 액체 및/또는 기체상 출발 물질은 플라즈마 제트(5) 내로 상이한 위치에서, 예를 들어, 노즐(41)에서 혹은 노즐(41)의 바로 앞의 상류에서, 혹은 축 방향으로, 즉 길이 방향의 축(A) 방향으로 공정 가스와 함께, 혹은 또한 상기 노즐의 하류에서 더 떨어져서 배열된 주입 장치(11)를 통해 도입될 수 있다. 물론, 이들 변형예들의 조합도 가능하다. 특히, 플라즈마 제트(5) 내로의 유체 매질의 도입에 관하여는 동일 출원인에 의한 EP-A-1 895 818호 뿐만 아니라, 동일 출원인에 의한 유럽 특허 출원 제08154091.6호를 참조한다.
본 발명에 따라, 기계적 한정 장치(12)가 작업 체임버(2) 내에 제공되며, 이는 길이 방향 축 (A)를 따라 연장되어 입자들의 원치 않는 측방향 침입으로부터 플라즈마 제트를 보호한다. 나아가, 상기 길이 방향 축 (A)에 수직한 플라즈마 제트의 확장이 이로써 제한되고, 고온 플라즈마 제트는 냉각기 진공 구역에 대하여 구분되어 나온다. 본 구현예에서, 한정 장치는 길이 방향 축 (A)의 방향으로 연장되어 상기 길이 방향 축 (A)에 동축으로 달리는 원통형 튜브로서 구성된다. 한정 장치(12)는 바람직하게는 금속 재료, 특히 금속 혹은 합금으로부터 제조된다.
입자들의 혹은 분말상 입자들의 재순환이 도 1에서 화살표 (D)에 의해 지시된 바와 같이, 한정 장치를 통해 효과적으로 방지된다. 이로써, 측방향으로, -다시 말해 길이 방향의 축 (A)에 대하여 일정한 각도로 혹은 그에 수직하여- 후방 이동하는 입자들이 플라즈마 제트(5)의 흡입 효과를 통해 노즐(41) 방향으로 플라즈마 제트에 침입하는 것을 막을 수 있다. 기재 상에 제조된 코팅의 품질이 이러한 조치를 통해 현저하게 향상될 수 있다.
바람직하게는, 한정 장치(12)는 노즐(41)의 바로 하류에서 출발한다. 또한, 구조 형태에 따라, 이는 노즐(41)에서 구속될 수 있다. 나아가, 바람직하게는, 한정 장치(12)는 노즐(41)과 기재(3) 사이의 거리의 적어도 80%에 걸쳐, 바람직하게는 적어도 90%에 걸쳐 연장되는 바, 이러한 방식으로 노즐(41)과 기재(3) 사이의 그 전체 길이에 걸쳐 플라즈마 제트가 필수적으로 보호된다. 입자들은 측면으로부터, 다시 말해 상기 길이 방향의 축에 대하여 소정의 각도로 혹은 그에 수직하여, 진공 영역으로부터 플라즈마 제트(5) 내로, 원치 않는 방식으로 더 이상 침입할 수 없다.
또한, 플라즈마 제트(5)에 대한 이러한 보호는, -본 명세서에 기재된 구현예에서 그러하듯이- 주입 장치(11)가 노즐(41)의 하류에 더 제공된 경우에 특히 중요하다.
한정 장치(12)의 상대적 치수는 응용 분야의 구체적인 경우에 따라 다르며, 이를 위해 최적화될 수 있다. 한정 장치(12)는 바람직하게는, 그가 측면 방향에 대하여 -다시 말해, 길이 방향 축 (A)에 대하여 수직하게- 플라즈마 제트를 완전히 둘러싸도록 구성하는 치수를 가진다. 이는, 한정 장치(12)의 영역에서, 플라즈마 제트가 필연적으로 완전히 상기 한정 장치(12) 내에서 달려야 하는 것을 의미한다. 한편으로는, 한정 장치(12)의 직경은 너무 작아서는 안되고/안되거나 그의 길이 방향 축 (A)에 수직한 뚫려 있는 너비(clear width)가 너무 작아서는 안되는데, 상기의 경우 플라즈마 제트(5)로부터 상기 한정 장치(12) 상으로의 열 에너지 전달이 지나치게 강하여 한정 장치를 손상시킬 수 있기 때문이다. 다른 한편으로는, 한정 장치(12)의 직경 및/또는 그 길이 방향 축 (A)에 수직한 뚫려 있는 너비는, 상기 한정 장치(12)가 상기 플라즈마 제트의 (길이 방향 축 (A)에 수직한) 측방향 확장에 대하여 실제적인 제한을 더 이상 대표할 수 없을 정도로 너무 커서는 안되는데, 상기의 경우, 예를 들어 한정 장치 내부에서 입자들의 원치 않는 재순환이 발생할 위험이 생기기 때문이다.
한정 장치는 플라즈마 제트의 형상 혹은 플라즈마 제트의 인도(guiding)를 위해 필수적인 것은 아닌 바, 플라즈마 제트의 형상이나 형태는, 압력 조건 및 에너지 조건뿐만 아니라 가스 흐름에 의해 실질적으로 정해지기 때문이다. 한정 장치는 냉각 진공부에 대하여 고온의 플라즈마 제트의 경계를 이룬다.
이로써 한정 장치의 적절한 직경 및/또는 뚫려 있는 너비는 플라즈마 제트에 따라 다르며, 특히 상기 한정 장치가 없을 경우에 가지게 되는 그의 측방향 확장부에 의존한다. 따라서, 예를 들어, 상기 플라즈마 제트의 측방향 확장이 커지면, 작업 체임버 내부의 공정 압력이 낮아지고 플라즈마 출력이 더 커진다. 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 한정 장치의 치수를 각 경우의 적용을 위해 맞출 수 있다.
실제로, 적어도 5 내지 10cm 및 최대 50cm의 직경이 원통 튜브형 한정 장치(12)에 대하여 특히 적절하다.
물론, 상기 한정 장치(12)가 반드시 원통 튜브로서 구성되어야 할 필요는 없으며, 직사각형, 다각형 또는 타원 혹은 그 외 만곡 (curvature) 형상과 같은 다른 형상의 단면도 가능하다. 또한, 한정 장치(12)가 길이 방향의 축(A) 방향으로 그 단면적을 바꾸는 경우가 유리할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 한정 장치(12)를 더 상세히 나타내는 것이다. 도 2는 도 1의 한정 장치(12)의 측면도를 나타낸다. 한정 장치(12)는 금속성 원통 튜브(12)로서 구성되어 길이 방향의 축 (A) 방향으로 연장되고 직경 (E)를 가진다. 상기 튜브는, 조작 동안 플라즈마 제트의 감시를 허용하고, 예를 들어 센서 수용부(reception)로서의 역할도 할 수 있는 슬롯(121)을 측면에 구비한다. 홀딩 부재(122)가 안정화를 위해 제공된다.
나아가, 슬롯(121)은, 주입 장치(11)의 일부가 되는 고리 형상의 주입 노즐(111)의 수용부로서의 역할을 하며, 상기 주입 장치에 의해 반응성 유체가 플라즈마 제트로 도입될 수 있다. 이러한 고리형 노즐(111)과 관련해서는, 동일 출원인의 유럽 특허 출원 제08154091.6호를 다시 한번 참조할 수 있다.
도 3은 도 2에서 단면선 III-III를 따라 한정 장치를 관통한 단면을 나타낸다. 특히, 고리 형상의 주입 노즐(111)도 여기서 확인할 수 있다.
도 4는 도 2에서 시야 방향 IV으로부터 상기 한정 장치(12) 상으로의 상면도를 나타내며, 한정 장치(12)의 유입부 개구(123)를 나타낸다.
예를 들어, 분말을 제외하고는, 어떠한 유체도 플라즈마 제트(5) 내부로 도입되지 않는 이러한 진공 공정의 경우, 주입 장치(11) 및/또는 고리 형상의 주입 노즐(111)이 없어도 됨을 이해할 것이다.
마지막으로, 도 5는 또한 도 1에 대한 유사한 도시에서, 플라즈마 코팅 플랜트(1)의 구현예에 대한 변형예를 도시한다. 도 1과는 대조적으로, 본 변형예에서는 고리 형상 주입 노즐이 한정 장치(12)의 바깥쪽에 제공되어 한정 장치(12)를 둘러싼다. 이해되기로는, 적어도 간격 혹은 노즐 형상 연결부 개구가 제공되어야 하며, 이를 통해 액체가 플라즈마 제트 내로 도입될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 한 구현예에서는, 반응성 열적 저압 플라스마에 의해 얇은 SiOx 층이 제조되는 것과 그 적용이 상세히 설명된다. 열적 플라즈마 분사를 위한 출력을 가지는 상업적으로 입수 가능한 플라즈마 토치, 예를 들어 수 냉각부를 장착한 캐스 케이드식 애노드(cascaded anode) 및 3개의 캐소드(cathode)를 구비한 플라즈마 토치가 이러한 제조를 위해 사용될 수 있다. 이를 위해 특히 적절한 플라즈마 토치는 TriplexPro 라는 상표명으로 출원인에 의해 배급되어 있다. 아르곤, 아르곤과 수소의 혼합물, 혹은 아르곤과 헬륨의 혼합물이 플라즈마 가스로서 사용될 수 있으며, 플라즈마 제트 내부로 주입되는 반응성 성분은 예를 들어 가스상 헥사메틸디실록산(HMDSO)과 산소의 혼합물로 구성될 수 있다. HMDSO/O2 혼합물 내에서의 산소의 분율은 가스 흐름에 대하여 통상 대략 2% 내지 3% 이다. 보다 높은 가스 이용을 달성하기 위해, 반응성 성분이 고리 형상의 주입 노즐(111)을 통해 플라즈마 제트(5) 내로 주입된다. 기재(3)와 주입 노즐(111) 사이의 거리는 대략 77cm에 달한다. 기재로부터 플라즈마 토치(4)의 노즐(41)의 거리는 대략 1m에 달하며, 작업 체임버 내의 공정 압력은 0.2 mbar 내지 1 mbar 까지, 특히 대략 0.5 mbar 이며, 플라즈마 토치에 공급되는 전력은 8 kW 내지 16 kW이다. 산소 흐름은 대략 분 당 3.4 리터에 달한다.
이러한 방식으로, 예를 들어 2㎛ 두께의, 뿐만 아니라 10 내지 20㎛ 에 달하는 혹은 상기 범위 미만의 두께를 가진, 고품질의 SiOx 층이 도포될 수 있다. 30cm x 30cm 크기의 기재 상의 퇴적율은 통상 10nm/s 이상에 존재하고, 이 때, 공급된 HMDSO 가스와 관련하여 가스 이용의 증가를 달성할 수 있다. 상기 SiOx 층은 높은 순도를 특징으로 한다. 특히, 한정 장치(11)가 없을 경우 종종 인식될 수 있었던 기재(3) 상의 코팅의 우윳빛 외관이 더 이상 보이지 않게 되고/되거나 현저하게 감소된다.

Claims (11)

  1. 소개(evacuation) 가능하고 그 내부에 기재(3)가 놓여질 수 있는 작업 체임버(2)를 구비하고, 공정 가스의 가열에 의해 플라즈마 제트(5)를 생성하는 플라즈마 토치(4)를 구비하되 상기 플라즈마 토치(4)는 노즐(41)을 구비하여 이를 통해 상기 플라즈마 제트(5)가 상기 플라즈마 토치(4)를 탈출할 수 있고 상기 작업 체임버(2) 내로 길이 방향의 축 (A)를 따라 연장 가능한, 기재(3) 표면의 코팅 또는 처리를 위한 플라즈마 코팅 플랜트로서,
    기계적 한정 장치(12)가 상기 작업 체임버(2) 내에서 상기 노즐(41)의 하류에 제공되고, 상기 기계적 한정 장치는 상기 길이 방향의 축 (A)를 따라 연장되어 입자의 원치 않는 측방향 침입으로부터 플라즈마 제트(5)를 보호하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한정 장치(12)는 상기 플라즈마 토치(4)의 상기 노즐(41)의 바로 하류에 배열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 한정 장치(12)는 튜브로서, 특히 금속 튜브로서 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한정 장치(12)는 그 직경(E)이 유출구 개구에서의 노즐(41) 직경의 최대 10배이고, 특히 노즐 직경의 최대 5배인 원통 튜브로서 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 제트(5) 내로 반응성 유체를 주입하기 위해 주입 장치(11)가 더 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주입 장치(11)는 상기 한정 장치(12) 내에 배열되어 있는 고리 형상 주입 노즐(111)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    기재(3)를 지지하기 위한 기재 홀더(8)를 구비하고, 상기 한정 장치(12)가 상기 기재 홀더(8)와 상기 노즐(41) 사이의 거리의 적어도 80%에 걸쳐, 바람직하게는 상기 거리의 적어도 90%에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 플랜트.
  8. 기재(3)를 작업 체임버(2) 내부에 위치시키고, 상기 작업 체임버를 1 바(bar) 미만의 압력까지 소개시키고, 공정 가스를 가열함으로써 플라즈마 토치(4)에 의해 플라즈마 제트(5)를 생성하고, 그 플라즈마 제트는 노즐(41)을 통해 상기 플라즈마 토치(4)를 탈출하여 상기 작업 체임버(2) 내에서 길이 방향의 축 (A)를 따라 연장될 수 있는, 플라즈마 코팅 플랜트에 의한 기재(3) 표면의 코팅 또는 처리 방법으로서,
    상기 플라즈마 제트(5)는 상기 길이 방향의 축 (A)를 따라 연장되는 기계적 한정 장치(12)에 의해 입자들의 원치 않는 측방향 침입으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    반응성 유체가 주입 장치(11)에 의해 상기 플라즈마 제트 내로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 제트(5)는 상기 노즐(41)과 상기 기재(3) 사이의 그 길이의 적어도 80%에 걸쳐, 바람직하게는 그 길이의 90%에 걸쳐 상기 한정 장치(12)에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 체임버(2) 내의 공정 압력은 코팅 상에서 최대 100 mbar, 바람직하게는 최대 50 mbar 및 특히 최대 30mbar 인 것을 특징으로 하는 방법.
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