KR20120086986A - 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 ｃｖｄ 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치에 관한 것으로, CVD 장치에 있어서, 소정크기로 그 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내부에 구비되는 것으로, 코팅 대상물질을 수용하는 반응로, 상기 반응로를 주변에 구비되는 히터부, 상기 반응로 내로 코팅체를 공급하며, 공급되는 압력에 의해 상기 피 코팅물을 믹싱하기 위해 노즐이 상기 반응로의 바닥면에 근접하게 위치하고, 상기 진공챔버 상부측으로 구비된 예열로 내에 구비되는 공급로, 상기 공급로를 통해 공급된 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기로 및 상기 반응로 바닥면에 구비되는 것으로, 상기 코팅대상 물질을 외부로 배출시키기 위해 선택적으로 개방되는 배출로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 공급로의 예열로를 통해 진공챔버 내부의 온도를 저해하지 않으며, 공급가스의 압력으로 구형의 코팅 대상물질을 믹싱하여 효과적으로 고르게 코팅할 수 있는 이점이 있다.

Description

구형체 물질의 고른 코팅을 위한 ＣＶＤ 장치{CVD equipments for the uniformity coating of spherical form}

본 발명은 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치에 관한 것으로, 코팅하고자 하는 임의의 코팅 대상물질을 가스관을 통해 기상으로 공급하면서 고온 열분해에 의해 화학반응을 유도해 코팅하는 CVD 장치에 관한 것이다.

박막 형성의 특징으로는 원료가스의 유량을 제어함으로써 막두께를 제어하고, 원료선택의 다양성에 의해 조성을 제어할 수 있으며, 기재형태에 상관없이 균일한 재료를 제작할 수 있다. 또한, 양산성이 좋고, 저온에서 고순도와 결함이 없는 결정질 막 뿐 아니라 비정질 막의 형성이 가능하다. 또한 광범위한 화학 양론적 조성을 쉽게 조정할 수 있는 장점을 갖고 있다.

그 밖에도 조성의 제어와 신물질의 합성이 가능하다는 것 등의 장점을 들 수 있다. 현재는 대부분의 박막물질을 CVD(chemical vapor deposition) 기술로 형성할 수 있다고 해도 무방하다.

Thermal CVD는 열에너지에 의해 적당한 온도로 가열된 기판 표면 혹은 기상증착에서 원료 가스를 열분해하고 분해 생성물이나 화학반응에 의해서 박막을 형성하는 것을 열 CVD 기술이라고 한다. 열 CVD 기술의 특징으로는, 고온에서 박막생성은 치밀하고 순도가 높으며 극히 양질의 막이 형성할 수 있으며, 기재와 매우 강한 부착 강도를 얻을 수 있다.

또한, 금속에서 비금속까지 매우 다양한 종류의 기재의 박막을 제작할 수 있고, 사전에 정해진 다성분 합금 박막을 제작할 수 있으며, 고전압이나 초고온을 요하지 않는다. 또 고진공을 필요로 하지 않는 등 다양한 장점이 있다.

한편, 핵융합로(fusion reactor), 원자로(nuclear reactor)용 반사 재료로는 흑연(graphite)이 사용되고 있다. 그런데 흑연의 경우, 화재 및 기계적으로 취약하기 때문에 사용하는 데에는 한계가 있다. 이러한 점을 극복하기 위해 흑연의 표면에 임의의 물질을 코팅해서 사용하는 방안이 제시되고 있다. 예를 들어 SiC를 CVD로 코팅하게 되면 충분한 강도도 얻을 수 있으며, 화재 사고에도 대비할 수 있게 된다. 이러한 관점에서 CVD 장비의 연구개발이 시작되었다. 특히, 구형체의 피 코팅물 표면에 효과적으로 코팅물질을 코팅할 수 있는 CVD 장비 개발 기술이 필요한 실정이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 구형체의 물질 표면에 효과적으로 코팅할 수 있는 CVD 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, CVD 장치에 있어서, 소정크기로 그 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내부에 구비되는 것으로, 피 코팅물을 수용하는 반응로, 상기 반응로를 주변에 구비되는 히터부, 상기 반응로 내로 코팅체를 공급하며, 공급되는 압력에 의해 상기 피 코팅물을 믹싱하기 위해 노즐이 상기 반응로의 바닥면에 근접하게 위치하고, 상기 진공챔버 상부측으로 구비된 예열로 내에 구비되는 공급로, 상기 공급로를 통해 공급된 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기로 및 상기 반응로 바닥면에 구비되는 것으로, 상기 피 코팅물을 외부로 배출시키기 위해 선택적으로 개방되는 배출로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공급로는, 알루미나(Al₂O₃)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응로는, 바닥면 중심으로 오목하게 형성되거나 경사면을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공챔버와 예열로는, 외측면을 감싸는 냉각부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 예열로는, 상기 반응로와 공급로를 일체로 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 예열로는, 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응로는, 그라파이터(graphite)로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, CVD 장치에 있어서, 진공챔버 내부에 구비되는 것으로, 피 코팅물을 수용하는 반응로, 상기 반응로 내로 코팅체를 공급하며, 공급되는 압력에 의해 상기 피 코팅물을 믹싱하기 위해 노즐이 상기 반응로의 바닥면에 근접하게 위치하고, 상기 진공챔버 상부측으로 구비된 예열로 내에 구비되는 공급로 및 상기 반응로 바닥면에 구비되는 것으로, 상기 피 코팅물을 외부로 배출시키기 위해 선택적으로 개방되는 배출로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 코팅하고자 하는 피 코팅물을 챔버 용기에 삽입한 후 고온으로 가열하면서 코팅하고자 하는 코팅체를 공급관을 통해 기상으로 공급하여 용기 내부의 구형체의 피 코팅물을 골고루 섞는 동시에 고온 열분해에 의한 화학반응을 유도해 코팅할 수 있는 이점이 있다. 특히, 본 발명은 기상으로 공급되는 코팅물질을 공급로를 통해 예열 공급됨에 따라 별도의 가열없이 효과적인 코팅을 구현할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 기존의 CVD 장치에 있어 상온에서 공급되는 전구체 물질인 가스나 액체가 공급되면 급격하게 온도가 낮아져 구형체가 냉각되어 코팅이 제대로 되지 않는 현상을 효과적으로 개선할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 CVD 장치의 공급로와 반응로를 도시한 확대도,
도 3은 본 발명에 따른 CVD 장치의 공급로의 가스 공급을 통한 코팅 대상물질의 믹싱 상태를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 CVD 장치의 공급로 노즐을 나타난 다양한 실시예도,
도 5는 본 발명에 따른 CVD 장치의 배출로를 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치는, 소정크기로 그 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내부에 구비되는 것으로, 코팅 대상물질을 수용하는 반응로, 상기 반응로를 주변에 구비되는 히터부, 상기 반응로 내로 코팅체를 공급하며, 공급되는 압력에 의해 상기 피 코팅물을 믹싱하기 위해 노즐이 상기 반응로의 바닥면에 근접하게 위치하고, 상기 진공챔버 상부측으로 구비된 예열로 내에 구비되는 공급로, 상기 공급로를 통해 공급된 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기로 및 상기 반응로 바닥면에 구비되는 것으로, 상기 코팅대상 물질을 외부로 배출시키기 위해 선택적으로 개방되는 배출로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD(chemical vapor deposition) 장치는, 외부에서 공급되는 코팅물질을 기상으로 공급하고, 공급 압력을 통해 피 코팅물과 코팅체를 효과적으로 섞을 수 있으며, 공급로의 사전 예열을 통해 고온의 예열효과를 얻을 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치의 단면도이다. 본 발명에 따른 CVD 장치는, 진공분위기를 유도하는 진공챔버(100), 상기 진공챔버 내부에 구비되어 피 코팅물을 수용하는 반응로(110), 피 코팅물과 코팅할 코팅체를 외부에서 공급하는 공급로(120), 상기 반응로에 수용된 피 코팅물을 외부로 배출시키기 위한 배출로(140)로 크게 구성된다.

진공챔버(100)는 소정크기의 챔버를 가지며, 진공 분위기를 형성하기 위한 진공펌프(미도시)와 진공게이지(미도시) 등이 구성된다. 또한, CVD 시스템을 구현하기 위하여 외부에서 공급되는 전력을 통해 증착 조건에 필요한 히터(101)가 구비되어 있고, 상기 히터의 열에너지 효율을 최대화하기 위하여 히터를 감싸도록 반사판(102)이 구비된다. 따라서, 상기 진공챔버, 히터, 반사판은 CVD 장치를 구성하기 위한 기본적 요건으로 본 발명에서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

반응로(110)는 본 발명에 따른 구형체의 피 코팅물을 수용하기 위한 용기로써, 그 재질은 그라파이터(graphite)로 구성된다. 이때, 본 발명에서는 구형체의 피 코팅물 표면으로 효과적인 코팅을 달성하기 위하여 후술한 공급로를 통해 기상의 코팅물이 공급될 때 그 압력에 의해 피 코팅물이 잘 섞이도록 상기 반응로 중앙부가 오목하게 형성되는 구조를 가진다. 예를 들면 깔대기 형상이나 곡률을 가지는 오목 형상으로 구비될 수 있다.

공급로(120)는 상기 피 코팅물을 코팅하기 위한 코팅체를 기상으로 공급하기 위한 것으로, 그 끝단은 오목하게 형성된 상기 반응로의 중앙 하단부까지 형성되어 공급 압력을 통해 피 코팅물을 골고루 섞도록 한다.

본 발명에 따른 공급로는 공급되는 가스가 충분히 예열된 후 공급될 수 있도록 충분한 예열 길이를 가진다. 바람직한 예로 도면에 도시된 바와 같이 상기 진공챔버에 수직하게 길이형상으로 구비되며, 충분한 예열을 위하여 예열로(121) 내측으로 구비된다.

상기 예열로(121)는 상기 반응로와 공급로를 감싸는 관형상으로 구비되어 진공챔버 상부측으로 수직하게 연장 형성되고, 이 내측 중앙으로 공급로가 위치하게 된다. 따라서, 히터부에 의해 예열된 열은 예열로로 충분한 열을 전달하며, 예열로 내측에 위치한 공급로를 통해 공급되는 가스(코팅체)는 외부에서 공급되면서 일정 온도로 가열되어 반응로 내로 도달하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 CVD 장치의 공급로와 반응로를 도시한 확대도, 도 3은 본 발명에 따른 CVD 장치의 공급로의 가스 공급을 통한 코팅 대상물질의 믹싱 상태를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 반응로 안에는 피 코팅물이 수용되게 되고, 상기 공급로를 통해 전구체인 코팅체가 기상으로 공급되면 공급 압력에 의해 피 코팅물과 코팅체가 골고루 섞이면서 코팅이 진행되는 것이다. 이때, 공급되는 가스 압력을 통해 효과적으로 피 코팅물이 섞이도록 공급로 끝단에 형성된 노즐구조를 다양하게 제안할 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 CVD 장치의 공급로 노즐을 나타난 다양한 실시예도이다. 상기 공급로 길이방향에 따라 노즐이 형성되어 최종적으로 분사된 가스는 반응로 하단 중앙부로 토출된 후 내벽을 따라 피 코팅물을 섞는다. 이때 도시면 도시된 바와 같이 노즐 방향이나 구조를 다양하게 형성시켜 보다 효과적으로 피 코팅물과 코팅체가 섞일 수 있도록 제안할 수 있다.

또한, 길이 형상의 공급로를 예열로와 지지하기 위한 홀더(122)가 구비되어 예열로 중앙에서 유동없이 공급로가 위치할 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 공급로의 열전달을 최대화하기 위하여 공급로를 감싸도록 열전도율이 우수한 재질을 흡수체로 구성할 수 있다. 예를 들어 환형상의 흡수체를 공급로 길이방향에 따라 연속적으로 배열하여 공급로를 통과하는 코팅체에 빠르게 가열할 수 있도록 구성한다.

더불어, 상기 예열로의 상부측으로는 배기로(130)가 구비된다. 상기 배기로는 공급로를 통해 공급되는 가스를 외부로 배기시키기 위한 것으로, 임의의 압력 또는 코팅체 농도에 따라 배기 범위를 적절히 설정할 수 있으며, 별도의 드레인 펌프를 구비하여 가스를 수집할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 CVD 장치의 배출로를 도시한 도면이다.

코팅이 완료된 피 코팅물을 외부로 배출시키기 위해 상기 반응로(110)의 중앙으로는 외부와 연통되는 배출로(140)가 구비되며, 상기 배출로는 선택적으로 결합 가능한 배출로드(141)를 통해 폐쇄 및 개방을 구현한다. 도면에 도시된 바와 같이 CVD 장치의 동작 중에서는 상기 배출로드(141)가 배출로드에 삽입된 상태에서 별도의 체결부재(볼트 등)를 통해 고정되어 배출로는 폐쇄하고 있으며, 코팅이 완료된 후에는 체결부재를 해체한 후 상기 배출로드(141)를 분리하여 진공챔버 하부측으로 코팅이 완료된 코팅물을 배출시키는 것이다. 여기서, 상기 배출로드는 반응로와 접하기 때문에 고온에 적합한 세라믹 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 진공챔버와 예열로는 외측면으로 냉각부(150)가 구비된다. 히터부에 의해 고온으로 가열된 열이 외부로 방출되는 것을 방지하여 안정성을 도모하기 위한 것으로, 수냉식 또는 공랭식 구조의 냉각부가 구비될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 예열로 구비되는 공급로를 통해 코팅 물질을 외부에서 공급 시 일정온도로 가열된 상태에서 진공챔버 내에 위치한 코팅 대상물질을 코팅하여 코팅 온도 저하를 방지할 수 있으며, 공급되는 가스의 압력을 통해 코팅 대상물질을 믹싱함으로써 구형체의 물질 표면으로 골고루 코팅할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 진공챔버
101 : 히터
102 : 반사판
110 : 반응로
120 : 공급로
121 : 예열로
130 : 배기로
140 : 배출로
141 : 배출로드
150 : 냉각부

Claims (11)

1. CVD 장치에 있어서,
   소정크기로 그 내부에 진공분위기를 형성하는 진공챔버;
   상기 진공챔버 내부에 구비되는 것으로, 피 코팅물을 수용하는 반응로;
   상기 반응로를 주변에 구비되는 히터부;
   상기 반응로 내로 코팅체를 공급하며, 공급되는 압력에 의해 상기 피 코팅물을 믹싱하기 위해 노즐이 상기 반응로의 바닥면에 근접하게 위치하고, 상기 진공챔버 상부측으로 구비된 예열로 내에 구비되는 공급로;
   상기 공급로를 통해 공급된 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기로; 및
   상기 반응로 바닥면에 구비되는 것으로, 상기 피 코팅물을 외부로 배출시키기 위해 선택적으로 개방되는 배출로;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공급로는,
   알루미나(Al₂O₃)로 구성되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 반응로는,
   바닥면 중심으로 오목하게 형성되거나 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 진공챔버와 예열로는,
   외측면을 감싸는 냉각부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 예열로는,
   상기 반응로와 공급로를 일체로 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 예열로는,
   세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 반응로는,
   그라파이터(graphite)로 형성되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
8. CVD 장치에 있어서,
   진공챔버 내부에 구비되는 것으로, 피 코팅물을 수용하는 반응로;
   상기 반응로 내로 코팅체를 공급하며, 공급되는 압력에 의해 상기 피 코팅물을 믹싱하기 위해 노즐이 상기 반응로의 바닥면에 근접하게 위치하고, 상기 진공챔버 상부측으로 구비된 예열로 내에 구비되는 공급로; 및
   상기 반응로 바닥면에 구비되는 것으로, 상기 피 코팅물을 외부로 배출시키기 위해 선택적으로 개방되는 배출로;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 공급로는,
   알루미나(Al₂O₃)로 구성되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
10. 제 8항에 있어서, 상기 반응로는,
    바닥면 중심으로 오목하게 형성되거나 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.
11. 제 8항에 있어서, 상기 예열로는,
    상기 반응로와 공급로를 일체로 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 구형체 물질의 고른 코팅을 위한 CVD 장치.

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