KR20230023215A - 세라믹 코팅 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20230023215A
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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 시스템은, 내부가 진공으로 유지되도록 구성된 진공 챔버, 진공 챔버의 내부에 배치되고 기판을 고정 지지하는 지지부, 플라즈마 방전을 통해 활성종을 생성하고 적어도 일부가 진공 챔버의 내측에서 기판을 향하도록 배치된 노즐부를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 노즐부의 일측으로 세라믹 파티클을 이송시키는 파티클 제공 장치를 포함한다.

Description

세라믹 코팅 시스템 및 방법{CERAMIC COATING SYSTEM AND METHEOD}
본 개시는 세라믹 코팅 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 시스템 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 전자, 중성입자 등의 이온화된 가스로서, 플라즈마 가스의 일부분은 높은 에너지를 갖고 있어 물질 표면을 변화시킬 수 있다. 즉, 플라즈마는 다른 재료의 표면과 직접 반응하거나 탄성 충돌에 의해 반응할 수 있다. 플라즈마 발생 장치는, 주로 압축된 공기 또는 질소 가스가 고주파수, 고전압의 전하와 교차하여 플라즈마를 발생하도록 구성된 튜브를 포함한다.
최근에는 저압 또는 진공 플라즈마를 대신하여 대기압 플라즈마 장치를 이용하는 경우가 증가하고 있다. 대기압 플라즈마 장치의 경우, 저온공정으로 다양한 재료와 기판에 적용할 수 있고, 진공 용기나 진공 배기 장치를 필요로 하지 않기 때문에 처리속도가 빠르고 경제적이다. 또한, 대기압 플라즈마를 이용한 증착법을 이용할 경우 부착력이 좋고 증착 온도가 낮아지기 때문에, 종래의 표면처리 공정, 반도체 공정, 디스플레이 공정에서, 고온 가열에 수반되는 변형 또는 변성을 줄일 수 있는 등의 장점을 활용하여 비교적 다양한 산업에서 사용되고 있다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용하여 세라믹 파티클 표면의 소결 처리가 가능한 세라믹 코팅 시스템 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 시스템은, 내부가 진공으로 유지되도록 구성된 진공 챔버, 진공 챔버의 내부에 배치되고 기판을 고정 지지하는 지지부, 플라즈마 방전을 통해 활성종을 생성하고 적어도 일부가 진공 챔버의 내측에서 기판을 향하도록 배치된 노즐부를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 노즐부의 일측으로 세라믹 파티클을 이송시키는 파티클 제공 장치를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 세라믹 파티클의 표면은 노즐부에서 활성종을 포함하는 플라즈마 가스에 의해 소결되고, 플라즈마 가스가 노즐부를 통해 진공 챔버 내측으로 토출됨에 따라, 표면이 소결된 세라믹 파티클이 기판에 증착된다.
일 실시예에 따르면, 세라믹 파티클은 AD(Aerosol Deposition) 증착에 사용되는 세라믹 파티클에 해당한다.
일 실시예에 따르면, 파티클 제공 장치는, 일측에서 노즐부와 연결되고 타측으로부터 주입된 캐리어 가스를 이용하여 세라믹 파티클을 노즐부로 이동시키도록 구성된 통로부, 및 내측에서 세라믹 파티클을 수용하고 세라믹 파티클을 통로부로 제공하도록 구성된 수용부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 지지부는 일단에서 기판을 고정 지지하는 로봇 암을 포함하고, 로봇 암은 노즐부와 기판 사이의 거리를 조절하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 진공 챔버 내의 세라믹 파티클의 분사 속도를 측정하도록 구성된 속도 측정 센서, 및 속도 측정 센서가 측정한 분사 속도에 기초하여 플라즈마 발생 장치의 구동 강도를 제어하는 제어기를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 기판 상에 증착된 세라믹 파티클의 두께를 측정하도록 구성된 두께 측정 센서, 및 두께 측정 센서가 측정한 세라믹 파티클의 증착 두께에 기초하여 플라즈마 발생 장치 및 파티클 제공 장치의 구동 여부를 제어하는 제어기를 더 포함한다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 방법은, 노즐부를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 의해 방전 가스를 플라즈마 방전시켜 활성종을 생성하는 단계, 파티클 제공 장치에 의해 세라믹 파티클을 진공 챔버 내측에 형성된 노즐부의 일측으로 주입하는 단계, 노즐부에서 활성종에 의해 세라믹 파티클의 표면이 소결되는 단계, 및 표면이 소결된 세라믹 파티클을 노즐부를 통해 분사시켜 진공 챔버 내의 기판을 증착 코팅시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 일측에서 기판을 고정 지지하는 지지부에 의해, 노즐부와 기판 사이의 거리를 조절하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 속도 측정 센서에 의해 진공 챔버 내의 세라믹 파티클의 분사 속도를 측정하는 단계, 두께 측정 센서에 의해 기판 상에 증착된 세라믹 파티클의 두께를 측정하는 단계, 제어기에 의해 속도 측정 센서가 측정한 분사 속도에 기초하여 플라즈마 발생 장치의 구동 강도를 제어하는 단계, 및 제어기에 의해 두께 측정 센서가 측정한 세라믹 파티클의 증착 두께에 기초하여 플라즈마 발생 장치 및 파티클 제공 장치의 구동 여부를 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 본 세라믹 코팅 시스템을 이용하는 경우, 세라믹 파티클이 노즐부에서 순간적으로 초고온의 플라즈마에 노출되어 일반적인 세라믹 파티클보다 직경이 더 큰 구상의 소결 상태로 변할 수 있다. 이 경우, 소결된 세라믹 파티클을 AD 증착코팅에 이용함으로써 빠르고 고르게 증착 레이어를 형성할 수 있고, 기존 AD 코팅보다 기판에 증착되는 세라믹 파티클의 로스율을 줄여 생산성 증대와 함께 비용 절감이 가능할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 로봇 암에 의해 노즐부와 기판 사이의 거리가 조절 가능하므로, 기판에 세라믹 파티클을 용이하게 증착시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 저진공 상태에서 플라즈마 발생 장치가 구동되는 경우 세라믹 파티클을 용이하게 소결시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 속도 측정 센서를 이용하여 세라믹 파티클의 이동 속도가 기준치 이하로 내려오지 않는지 실시간으로 확인 가능하므로, 세라믹 파티클의 증착 로스율을 낮출 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 두께 측정 센서를 이용하여 세라믹 파티클의 코팅 두께가 기준치 이상에 해당하는지 실시간으로 확인할 수 있다.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치와 파티클 제공 장치를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 방법의 흐름도이다.
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.
본 개시에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 개시에서, 도면의 위쪽은 그 도면에 도시된 구성의 "상부" 또는 "상측", 그 아래쪽은 "하부" 또는 "하측"이라고 지칭할 수 있다. 또한, 도면에 있어서 도시된 구성의 상부와 하부의 사이 또는 상부와 하부를 제외한 나머지 부분은 "측부" 또는 "측면"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "상부", "상측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
본 개시에서, 한 구조물의 내부 공간으로 향하는 방향을 "내측", 개방된 외부 공간으로 돌출된 방향을 "외측"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "내측", "외측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
본 명세서에서 "A 및/또는 B"의 기재는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
본원 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 통상의 기술자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치(130)를 이용한 세라믹 코팅 시스템(100)의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 세라믹 코팅 시스템(100)은, 진공 챔버(110), 지지부(170), 플라즈마 발생 장치(130), 파티클 제공 장치(140)를 포함할 수 있다.
진공 챔버(110)는 진공 펌프(120)에 의해 내부가 진공으로 유지되는 장치일 수 있다. 이 경우, 진공 펌프(120)는 진공 챔버(110)의 일측에 형성되어 진공 챔버(110) 내부의 공기를 흡입함으로써 진공 챔버(110)의 내부가 실질적으로 진공 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 진공 챔버(110) 내부는 기판(160) 등이 세라믹 파티클(ceramic particle)(150) 또는 세라믹 파우더(ceramic powder)(이하 '세라믹 파티클'이라 통칭한다)로 코팅되는 공간에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 진공 챔버(110)는 고정된 위치에 설치되거나, 특정 거치 장비 등에 탈착 가능하도록 구성될 수 있다.
진공 챔버(110)의 내부에는, 기판(160)을 고정 지지하는 지지부(170)가 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 지지부(170)는 일단에서 기판(160)을 고정 지지하는 로봇 암(172)을 포함할 수 있다. 로봇 암(172)은 노즐부(132)와 기판(160) 사이의 거리(L), 각도 등을 조절하도록 입체적으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(172)은 기판(160)에 세라믹 파티클(150)이 증착 코팅되기 용이하도록 2축 로봇 암을 이용하여 거리(L)를 조절할 수 있다. 다른 예에서, 로봇 암(172)은 기판(160)을 진공 챔버(110) 내의 임의의 위치로 이동시킬 수 있다.
플라즈마 발생 장치(130)는 방전 가스를 플라즈마 방전시켜 활성종을 생성하고, 활성종을 포함하는 플라즈마 가스를 토출시키는 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 발생 장치(130)는 대기압 플라즈마 발생 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 발생 장치(130)는 노즐부(132)를 포함할 수 있다. 노즐부(132)는 플라즈마 가스 및 세라믹 파티클(150)이 진공 챔버(110) 내부로 토출되는 토출구를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 노즐부(132)의 적어도 일부는 진공 챔버(110)의 내측에서 기판(160)을 향하도록 배치될 수 있다. 따라서, 플라즈마 발생 장치(130)로부터 토출되는 플라즈마 가스 및 세라믹 파티클(150)은 기판(160) 방향으로 토출될 수 있다.
파티클 제공 장치(140)는 캐리어 가스를 이용하여 노즐부(132)의 일측으로 세라믹 파티클(150)을 이송시키는 장치일 수 있다. 구체적으로, 파티클 제공 장치(140)의 일단은 진공 챔버(110) 내측에서 노즐부(132)와 연결됨으로써, 캐리어 가스 및 세라믹 파티클(150)을 노즐부(132) 내측으로 이송시킬 수 있다. 이 경우, 세라믹 파티클(150)은 AD(Aerosol Deposition) 증착법에 적합하도록 응집된(aggregated) 형태에 해당할 수 있다. 또한, 세라믹 파티클(150)은 AD 증착법에 사용되는 파티클일 수 있다. 예를 들어, 세라믹 파티클(150)은 실리콘 파티클 또는 이트륨 옥사이드(Y2O3) 파티클에 해당할 수 있다. 파티클 제공 장치(140)의 자세한 하부 구성은 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생 장치(130)에 의해 생성된 활성종을 포함하는 플라즈마 가스에 의해 노즐부(132)로 이송된 세라믹 파티클의 표면이 소결될 수 있다. 구체적으로, 노즐부(132)의 일측으로 유입되는 방전 가스가 플라즈마 방전됨에 따라 활성종이 생성되고, 노즐부(132)의 타측으로 유입되는 세라믹 파티클의 표면은 활성종에 의해 소결될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 발생 장치(130)가 대기압 상태가 아닌 저진공 상태에서 구동되는 경우, 세라믹 파티클의 소결이 용이할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 대기압 상태에서의 플라즈마 빔 길이가 20 mm 정도라면 저진공 상태에서의 플라즈마 빔 길이는 40 ~ 60 mm 정도로 매우 길게 토출되므로 세라믹 파티클이 용이하게 소결될 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 가스가 노즐부(132)를 통해 진공 챔버(110) 내측으로 토출됨에 따라, 표면이 소결된 세라믹 파티클(150)은 기판(160)에 증착될 수 있다. 이에 따라, 기판(160)의 일면은 세라믹 파티클(150)로 증착 코팅될 수 있다. 종래 응집된 세라믹 파티클을 진공 상태에서 AD 증착법을 이용하여 코팅하는 경우, 기판에 증착되는 파티클의 로스(loss)율이 매우 높은 문제점이 존재하였다. 하지만, 본 세라믹 코팅 시스템(100)을 이용하는 경우, 세라믹 파티클이 노즐부(132)에서 순간적으로 초고온의 플라즈마에 노출되어 일반적인 세라믹 파티클보다 직경이 더 큰 구상의 소결 상태로 변할 수 있다. 이 경우, 소결된 세라믹 파티클(150)을 AD 증착코팅에 이용함으로써 빠르고 고르게 증착 레이어를 형성할 수 있고, 기존 AD 코팅보다 기판(160)에 증착되는 세라믹 파티클(150)의 로스율을 줄여 생산성 증대와 함께 비용 절감이 가능할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치(130)를 이용한 세라믹 코팅 시스템(200)의 개략도이다. 도 2에 개시된 구성 중 도 1과 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 세라믹 코팅 시스템(200)은, 진공 챔버(110), 진공 펌프(120), 플라즈마 발생 장치(130), 파티클 제공 장치(140), 지지부(170), 속도 측정 센서(210), 두께 측정 센서(220), 제어기(230)를 포함할 수 있다. 세라믹 코팅 시스템(200)에서, 속도 측정 센서(210) 및/또는 두께 측정 센서로부터 신호를 전달받은 제어기(230)가 플라즈마 발생 장치(130) 및/또는 파티클 제공 장치(140)를 제어함으로써, 노즐부(132)에서 기판(160)으로 이동하는 세라믹 파티클(150)의 속도와 기판(160) 상의 세라믹 파티클(150) 증착 두께를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(230)는 마이크로프로세서를 포함하는 제어부에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 속도 측정 센서(210)는 진공 챔버(110) 내부에 설치될 수 있다. 속도 측정 센서(210)는 진공 챔버(110) 내부에서 노즐부(132)로부터 기판(160) 방향으로 이동하는 세라믹 파티클(150)의 이동 속도를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 속도 측정 센서(210)는, 세라믹 파티클(150)의 이동 속도에 따라 전기적인 신호를 출력할 수 있는 전기저항식 또는 전기용량식 속도 측정 센서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 속도 측정 센서(210)는 기판(160) 상에서 세라믹 파티클(150)의 증착 로스율을 낮추기 위해 세라믹 파티클(150)의 이동 속도가 기준치 이하로 내려오지 않는지 실시간으로 확인하는 역할을 수행할 수 있다. 속도 측정 센서(210)는 세라믹 파티클(150)의 이동 속도에 따라 결정되는 전기적인 신호를 제어기(260)에 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 두께 측정 센서(220)는 진공 챔버(110) 내부에 설치될 수 있다. 진공 챔버(110) 내부에 설치된 두께 측정 센서(220)는 기판 (160) 상의 세라믹 파티클(150)의 증착 두께를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 두께 측정 센서(220)는, 세라믹 파티클(150)의 증착 두께에 따라 전기 전도도가 변화되어 전기적인 신호를 출력할 수 있는 광학 센서 또는 세라믹 파티클(150)의 증착막을 촬영하여 그 두께를 측정할 수 있는 이미지 센서 및/또는 이미지 신호 처리기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 센서(220)는 기판(160) 상에 증착된 세라믹 파티클(150)의 코팅 두께가 기준치 이상에 해당하는지 실시간으로 확인하는 역할을 수행할 수 있다. 두께 측정 센서(220)는 기판(160) 상에 증착된 세라믹 파티클(150)의 두께에 따라 결정되는 전기적인 신호를 제어기(260)로 전달할 수 있다.
제어기(230)는, 속도 측정 센서(210) 및/또는 두께 측정 센서(220)로부터 전송되는 전기적인 신호를 입력 받아, 세라믹 파티클(150)의 이동 속도 및/또는 기판(160) 상에 증착된 세라믹 파티클(150)의 두께가 기준치 이상 또는 이하인지를 결정할 수 있다. 이와 같이 결정되는 세라믹 파티클(150)의 이동 속도 또는 증착 두께에 따라 제어기(230)는, 플라즈마 발생 장치(130) 및/또는 파티클 제공 장치(140) 구동 여부, 시간 및 강도 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(230)는, 속도 측정 센서(210)의 전기적인 신호에 기초하여, 세라믹 파티클(150)의 이동 속도가 기준치(예를 들어, 음속 또는 아음속) 이하에 해당한다고 결정하면, 플라즈마 발생 장치(130)의 구동 강도를 상향 조정할 수 있다. 또한, 제어기(230)는, 두께 측정 센서(220)의 전기적인 신호에 기초하여, 기판(160) 상의 세라믹 파티클(150)의 증착 두께가 기준치 이상에 해당한다고 결정하면, 플라즈마 발생 장치(130) 및/또는 파티클 제공 장치(140)의 가동을 중지시킬 수 있다. 이상 설명한 바와 같은, 제어기(230)에 의한 플라즈마 발생 장치(130) 및/또는 파티클 제공 장치(140)의 동작 제어에 의해, 기판(160) 상에 증착 코팅되는 세라믹 파티클(150)의 로스율을 현저히 감소시키고, 세라믹 코팅 속도를 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(310)와 파티클 제공 장치(340)를 개략적으로 나타낸 정면도이다. 도 3에 도시된 플라즈마 발생 장치(310)와 파티클 제공 장치(340)는 도 1 및 도 2에 도시된 세라믹 코팅 시스템(100, 200)의 플라즈마 발생 장치(130) 및 파티클 제공 장치(140)로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 발생 장치(310)는 대기압 플라즈마 발생 장치일 수 있다. 이 경우, 플라즈마 발생 장치(310)는 통상 상온/상압 환경에서 구동될 수 있도록, 제네레이터, 고전압 변압기, 플라즈마 방전을 발생시키는 전극 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생 장치(310)는, 플라즈마가 토출되는 노즐부(330), 일측에서 노즐부(330)가 탈착되고, 타측에서 작동 가스(또는 방전 가스, 플라즈마 가스)가 공급되는 가스 공급관(미도시), 고전압 변압기(미도시)에 연결되는 케이블 등이 탈착되는 몸체부(320)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 고전압 변압기에 의해 발생된 고주파 고전압은 몸체부(320) 내부에 설치된 전극들에 인가되며, 인가된 전압에 의해 전극들 사이에 전기 아크 형태의 고주파 방전이 발생될 수 있다. 이와 같이 몸체부(320) 내부에 전기 아크가 발생된 상태에서 작동 가스가 전기 아크와 접촉하여 플라즈마 상태로 변환될 수 있다. 몸체부(320)에서 생성된 플라즈마 빔은 노즐부(330)의 개구를 통해 토출될 수 있다. 이 경우, 작동 가스는 세라믹 파티클의 특성에 따라 하나 이상의 가스가 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 작동 가스는 질소, 아르곤, 산소, 수소, 헬륨, 불소 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 실시예에서, 파티클 제공 장치(340)는 수용부(350) 및 통로부(360)를 포함할 수 있다. 수용부(350)는 내측에서 세라믹 파티클(354)을 수용할 수 있다. 일 실시예에서, 수용부(350)는 내측에 형성된 진동자(352)를 이용하여 세라믹 파티클(354)을 통로부(360)로 이동시킬 수 있다. 통로부(360)는 일측에서 노즐부(330)와 연결될 수 있다. 통로부(360)는 통로부(360)의 타측으로부터 주입된 캐리어 가스를 이용하여 세라믹 파티클(354)을 노즐부(330)로 이동시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 캐리어 가스는 Ar 및/또는 N2을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 통로부(360)는 튜브 또는 파이프 형태에 해당할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 방법(400)의 흐름도이다.
세라믹 코팅 방법(400)은, 로봇 암에 의해 진공 챔버 내의 노즐부와 기판 사이의 거리를 조절하는 단계로 개시될 수 있다(S410). 일 실시예에서, 도 1을 참조하면, 로봇 암(172)은 노즐부(132)와 기판(160) 사이의 거리(L)를 조절할 수 있다. 구체적으로, 로봇 암(172)은 세라믹 파티클(150)이 기판(160)에 용이하게 증착되도록 노즐부(132)와 기판(160) 사이의 거리(L)를 조절하도록 구성될 수 있다.
다음으로, 플라즈마 발생 장치에 의해 방전 가스를 플라즈마 방전시켜 활성종을 생성할 수 있다(S420). 일 실시예에서, 도 1 및 도 3을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(130)로 유입된 방전 가스를 플라즈마 방전시킴으로써 활성종을 생성할 수 있다. 플라즈마 발생 장치(130)에 의해 생성된 활성종들을 포함하는 플라즈마 가스는 진공 챔버(110) 내부에 형성된 노즐부(132)를 통해 진공 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
이어서, 파티클 제공 장치(140)에 의해, 캐리어 가스가 노즐부로 유입될 수 있다(S430). 일 실시예에서, 도 1 및 도 3을 참조하면, 파티클 제공 장치(140, 340)는 노즐부(132, 330)와 연결된 통로부(360)를 따라 흐르는 캐리어 가스를 이용하여 수용부(350)에 수용된 세라믹 파티클을 노즐부(132, 330)로 주입시킬 수 있다.
다음으로, 노즐부에서 활성종을 포함하는 플라즈마 가스는 파티클 제공 장치로부터 노즐부로 유입되는 세라믹 파티클의 표면을 소결시킬 수 있다(S440). 일 실시예에서, 도 1 및 도 3을 참조하면, 활성종을 포함하는 플라즈마 가스는 노즐부(132)로 주입되는 응집된 세라믹 파티클(150)의 표면을 소결시킬 수 있다.
표면이 소결된 세라믹 파티클은 노즐부로부터 진공 챔버 내의 기판 방향으로 분사됨으로써 기판이 코팅 처리될 수 있다(S450). 일 실시예에서, 도 1을 참조하면, 플라즈마 가스에 의해 표면이 소결된 세라믹 파티클(150)은 노즐부(132)를 통해 분사되어 기판(160) 상에 증착될 수 있다. 표면이 소결된 세라믹 파티클(150)은 소결되지 않은 세라믹 파티클에 비해 증착 로스율이 현저히 낮으므로, 기판(160)은 세라믹으로 용이하게 코팅될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 방법(500)의 흐름도이다.
세라믹 코팅 방법(500)은, 제어기가 플라즈마 발생 장치 및/또는 파티클 제공 장치를 가동시키는 단계로 개시될 수 있다(S610). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제어기(230)는 세라믹 파티클(150)이 플라즈마 가스에 의해 소결된 후 기판(160)으로 토출되도록 플라즈마 발생 장치(130) 및 파티클 제공 장치(140)를 가동시킬 수 있다.
다음으로, 속도 측정 센서는 노즐부로부터 토출되는 세라믹 파티클의 속도를 검출할 수 있다(S520). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 진공 챔버(110) 내부에 설치되어 있는 속도 측정 센서(210)는 노즐부(132)로부터 토출되어 기판(160)으로 향하는 세라믹 파티클(150)의 속도를 측정할 수 있다. 또한, 속도 측정 센서(210)는 세라믹 파티클(150)의 이동 속도에 따라 결정되는 전기적인 신호를 제어기(230)에 전달할 수 있다.
제어기는 측정된 세라믹 파티클의 이동 속도가 기준치 이하인지 결정할 수 있다(S530). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제어기(230)는, 속도 측정 센서(210)의 전기적인 신호에 기초하여, 세라믹 파티클(150)의 이동 속도가 기준치 이하에 해당하는지 결정할 수 있다.
단계(S530)에서 측정된 속도가 기준치 이하으로 결정되면, 제어기는 플라즈마 발생 장치의 구동 강도를 상향 조정할 수 있다(S540). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제어기(230)가, 속도 측정 센서(210)의 전기적인 신호에 기초하여, 세라믹 파티클(150)의 이동 속도가 기준치 이하에 해당한다고 결정하면, 플라즈마 발생 장치(130)의 구동 강도를 상향 조정할 수 있다. 이와 같이 플라즈마 발생 장치(130)의 구동 강도가 상향 조정됨으로써 세라믹 파티클(150)의 이동 속도가 증가되어 기판(160)의 세라믹 코팅 로스율을 낮출 수 있다.
다음으로, 두께 측정 센서가 기판에 증착된 세라믹 파티클의 두께를 측정할 수 있다(S550). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 진공 챔버(110) 내부에 설치되어 있는 두께 측정 센서(220)는, 기판(160)에 증착된 세라믹 파티클(150)의 두께에 따라 결정되는 전기적인 신호를 제어기(230)로 전달할 수 있다.
제어기는, 세라믹 파티클의 증착 두께가 기준치 이상인지 여부를 결정할 수 있다(S560). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제어기(230)는, 두께 측정 센서(220)의 전기적인 신호에 기초하여, 기판(160)에 증착된 세라믹 파티클(150)의 두께가 기준치 이상에 해당하는지를 결정할 수 있다.
단계(S560)에서 측정된 세라믹 파티클의 증착 두께가 기준치 이상으로 결정되면, 제어기는 플라즈마 발생 장치 및/또는 파티클 제공 장치의 가동을 중지시킬 수 있다(S570). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제어기(260)는, 두께 측정 센서(220)의 전기적인 신호에 기초하여, 기판(160)에 증착된 세라믹 파티클(150)의 증착 두께가 기준치 이상에 해당한다고 결정하면, 플라즈마 발생 장치(130) 및/또는 파티클 제공 장치(140)의 가동을 중지시킬 수 있다. 이로써, 기판(160)에 대한 세라믹 파티클(150)의 증착 코팅이 종료될 수 있다.
상술한 제어기 또는 제어부의 동작은 컴퓨터에서 실행하기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 제공될 수 있다. 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
본 개시의 제어기 또는 제어부의 동작, 방법 또는 기법들은 다양한 수단에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 기법들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 본원의 개시와 연계하여 설명된 다양한 예시적인 논리적 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합들로 구현될 수도 있음을 통상의 기술자들은 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 대체를 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성요소들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 그들의 기능적 관점에서 일반적으로 위에서 설명되었다. 그러한 기능이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지의 여부는, 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 부과되는 설계 요구사항들에 따라 달라진다. 통상의 기술자들은 각각의 특정 애플리케이션을 위해 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수도 있으나, 그러한 구현들은 본 개시의 범위로부터 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안된다.
하드웨어 구현에서, 기법들을 수행하는 데 이용되는 프로세싱 유닛들은, 하나 이상의 ASIC들, DSP들, 디지털 신호 프로세싱 디바이스들(digital signal processing devices; DSPD들), 프로그램가능 논리 디바이스들(programmable logic devices; PLD들), 필드 프로그램가능 게이트 어레이들(field programmable gate arrays; FPGA들), 프로세서들, 제어기들, 마이크로제어기들, 마이크로프로세서들, 전자 디바이스들, 본 개시에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛들, 컴퓨터, 또는 이들의 조합 내에서 구현될 수도 있다.
따라서, 본 개시의 제어기 또는 제어부와 관련하여, 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기 또는 제어부는 범용 프로세서, DSP, ASIC, FPGA나 다른 프로그램 가능 논리 디바이스, 이산 게이트나 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본원에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 것들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들면, DSP와 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 연계한 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 구성의 조합으로서 구현될 수도 있다.
펌웨어 및/또는 소프트웨어 구현에 있어서, 기법들은 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 판독 전용 메모리(read-only memory; ROM), 비휘발성 RAM(non-volatile random access memory; NVRAM), PROM(programmable read-only memory), EPROM(erasable programmable read-only memory), EEPROM(electrically erasable PROM), 플래시 메모리, 컴팩트 디스크(compact disc; CD), 자기 또는 광학 데이터 스토리지 디바이스 등과 같은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수도 있다. 명령들은 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능할 수도 있고, 프로세서(들)로 하여금 본 개시에 설명된 기능의 특정 양태들을 수행하게 할 수도 있다.
이상 설명된 실시예들이 하나 이상의 독립형 컴퓨터 장치 또는 시스템에서 현재 개시된 주제의 양태들을 활용하는 것으로 기술되었으나, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 네트워크나 분산 컴퓨팅 환경과 같은 임의의 컴퓨팅 환경과 연계하여 구현될 수도 있다. 또 나아가, 본 개시에서 주제의 양상들은 복수의 프로세싱 칩들이나 장치들에서 구현될 수도 있고, 스토리지는 복수의 장치들에 걸쳐 유사하게 영향을 받게 될 수도 있다. 이러한 장치들은 PC들, 네트워크 서버들, 및 휴대용 장치들을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시의 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
100: 세라믹 코팅 시스템
110: 진공 챔버
120: 진공 펌프
130: 플라즈마 발생 장치
140: 파티클 제공 장치
150: 세라믹 파티클
160: 기판
170: 지지부

Claims (10)

  1. 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 시스템에 있어서,
    내부가 진공으로 유지되도록 구성된 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 내부에 배치되고, 기판을 고정 지지하는 지지부;
    플라즈마 방전을 통해 활성종을 생성하고, 적어도 일부가 상기 진공 챔버의 내측에서 상기 기판을 향하도록 배치된 노즐부를 포함하는 플라즈마 발생 장치; 및
    상기 노즐부의 일측으로 세라믹 파티클을 이송시키는 파티클 제공 장치
    를 포함하는, 세라믹 코팅 시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 파티클의 표면은 상기 노즐부에서 상기 활성종을 포함하는 플라즈마 가스에 의해 소결되고,
    상기 플라즈마 가스가 상기 노즐부를 통해 상기 진공 챔버 내측으로 토출됨에 따라, 표면이 소결된 상기 세라믹 파티클이 상기 기판에 증착되는, 세라믹 코팅 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 파티클은 AD(Aerosol Deposition) 증착에 사용되는 세라믹 파티클에 해당하는, 세라믹 코팅 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파티클 제공 장치는,
    일측에서 상기 노즐부와 연결되고, 타측으로부터 주입된 캐리어 가스를 이용하여 상기 세라믹 파티클을 상기 노즐부로 이동시키도록 구성된 통로부; 및
    내측에서 상기 세라믹 파티클을 수용하고, 상기 세라믹 파티클을 상기 통로부로 제공하도록 구성된 수용부
    를 포함하는, 세라믹 코팅 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는, 일단에서 상기 기판을 고정 지지하는 로봇 암을 포함하고,
    상기 로봇 암은 상기 노즐부와 상기 기판 사이의 거리를 조절하도록 구성되는, 세라믹 코팅 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버 내의 상기 세라믹 파티클의 분사 속도를 측정하도록 구성된 속도 측정 센서; 및
    상기 속도 측정 센서가 측정한 상기 분사 속도에 기초하여 상기 플라즈마 발생 장치의 구동 강도를 제어하는 제어기
    를 더 포함하는, 세라믹 코팅 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 증착된 상기 세라믹 파티클의 두께를 측정하도록 구성된 두께 측정 센서; 및
    상기 두께 측정 센서가 측정한 상기 세라믹 파티클의 증착 두께에 기초하여 상기 플라즈마 발생 장치 및 상기 파티클 제공 장치의 구동 여부를 제어하는 제어기
    를 더 포함하는, 세라믹 코팅 시스템.
  8. 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용한 세라믹 코팅 방법에 있어서,
    노즐부를 포함하는 플라즈마 발생 장치에 의해, 방전 가스를 플라즈마 방전시켜 활성종을 생성하는 단계;
    파티클 제공 장치에 의해, 세라믹 파티클을 진공 챔버 내측에 형성된 상기 노즐부의 일측으로 주입하는 단계;
    상기 노즐부에서 상기 활성종에 의해 상기 세라믹 파티클의 표면이 소결되는 단계; 및
    표면이 소결된 상기 세라믹 파티클을 상기 노즐부를 통해 분사시켜 상기 진공 챔버 내의 기판을 증착 코팅시키는 단계
    를 포함하는, 세라믹 코팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    일측에서 상기 기판을 고정 지지하는 지지부에 의해, 상기 노즐부와 상기 기판 사이의 거리를 조절하는 단계
    를 더 포함하는, 세라믹 코팅 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    속도 측정 센서에 의해, 상기 진공 챔버 내의 상기 세라믹 파티클의 분사 속도를 측정하는 단계;
    두께 측정 센서에 의해, 상기 기판 상에 증착된 상기 세라믹 파티클의 두께를 측정하는 단계;
    제어기에 의해, 상기 속도 측정 센서가 측정한 상기 분사 속도에 기초하여 상기 플라즈마 발생 장치의 구동 강도를 제어하는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 두께 측정 센서가 측정한 상기 세라믹 파티클의 증착 두께에 기초하여 상기 플라즈마 발생 장치 및 상기 파티클 제공 장치의 구동 여부를 제어하는 단계
    를 더 포함하는, 세라믹 코팅 방법.
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