KR20230085047A - 파우더 코팅 장치 - Google Patents

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KR20230085047A
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박태주
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Abstract

본 기술은 파우더 코팅 장치에 관한 것이다. 본 기술의 파우더 코팅 장치는, 회전하면서 내부에 수용된 파우더의 반응성을 향상시키는 리액터; 상기 리액터의 하부에 위치하며 상기 리액터에 직접적으로 접촉하여 회전하면서 상기 리액터를 회전시키는 롤러를 구비하는 회전 유닛; 및 상기 리액터와 상기 회전 유닛을 적어도 부분적으로 수용하며, 상기 리액터 내부 파우더의 증착 반응을 위한 소정의 환경을 조성하는 챔버 유닛;를 포함하되, 상기 챔버 유닛은, 개폐 가능한 리드;를 구비하여 상기 리액터를 새로운 리액터로 교체 가능한다. 본 기술은 체결 부위가 자체적으로 존재하지 않아 로봇팔이 양산용 리액터를 챔버에서 분리하여 거치대로 이송하는 전자동화를 용이하게 함으로 차후 공정까지의 시간을 줄여주어 제품의 수율을 증가시킬 수 있다.

Description

파우더 코팅 장치{Apparatus for coating powder}
본 발명은 파우더 코팅 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 회전 방식의 박막 증착 공정을 위한 파우더 코팅 장치에 관한 것이다.
파우더 관련 시장의 확대와 함께 대량의 파우더 상에 고품질의 박막을 형성하기 위한 다양한 방법들이 사용되고 있다.
예를 들어 박막이 코팅된 파우더는 배터리의 전기 화학적/기계적 특성을 향상시킬 수 있어 음극재/양극재 활물질, CMP 폴리싱용 슬러리 등 첨단 반도체/배터리 시장을 주도할 수 있는 기술로서 각광받고 있다.
이러한 나노 수준의 박막을 코팅하기 위해서는 CVD(chemical capor deposition) 공정, ALD(atomic layer deposition) 공정 등의 적용이 가능하다. 그 중, P-ALD(Powder-Atomic Layer Deposition) 방식은 회전하는 리액터 내부에 파우더(기저 물질)를 장입하여 표면에 고르게 박막을 증착시키는 방법이다.
하지만 기존에 사용하던 회전 방식의 박막 증착 공정은 여러 문제점들을 갖는다. 기존의 리액터는 작은 내부 부피로 인해 1회 공정당 장입할 수 있는 분말의 양이 상대적으로 적어 실제 양산에 필요한 수율이 떨어진다. 또한, 공정 시마다 수동적으로 리액터 축과 챔버를 체결해줘야 하기 때문에 진동에 의한 리액터 기울임 이슈 등으로 인해 정확한 위치별 분말 회수에 대한 신뢰성이 감소하는 문제가 발생한다.
본 발명의 발명자는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 실시예는 양산 수율 향상 및 정확한 위치별 분말 회수에 대한 신뢰성이 향상된 대용량 파우더 코팅 장치의 리액터를 제공한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 파우더 코팅 장치는, 회전하면서 내부에 수용된 파우더의 반응성을 향상시키는 리액터; 상기 리액터의 하부에 위치하며 상기 리액터에 직접적으로 접촉하여 회전하면서 상기 리액터를 회전시키는 롤러를 구비하는 회전 유닛; 및 상기 리액터와 상기 회전 유닛을 적어도 부분적으로 수용하며, 상기 리액터 내부 파우더의 증착 반응을 위한 소정의 환경을 조성하는 챔버 유닛;를 포함하되, 상기 챔버 유닛은, 개폐 가능한 리드;를 구비하여 상기 리액터를 새로운 리액터로 교체 가능하도록 할 수 있다.
상기 챔버 유닛은, 상기 리드를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩 구동 모듈;을 더 포함할 수 있다.
상기 슬라이딩 구동 모듈은, 일방향으로 연장하는 이송 라인을 따라 이동하는 이동 블록; 및 상기 이동 블록상에 마련되며, 상기 리드를 상부로 밀어올려 오픈시키는 실린더;를 포함할 수 있다.
상기 이동 블록은 상기 이송 라인에 놓여지는 다수의 블록들, 상기 다수의 블록들의 장착을 위한 공간을 제공하는 바디, 및 상기 바디에 결합되어 슬라이딩 이동간 정렬을 보조하는 보조 가이드를 포함할 수 있다.
상기 챔버 유닛은 그 내부에 위치하는 상기 리액터를 상부에서 가열하는 상부 히터;를 더 포함하되, 상기 상부 히터는 상기 리드와 결합된 상태로서 상기 실린더가 상기 리드를 상부로 밀어올릴 때 함께 밀어올려져, 상기 리드의 개방 위치에서 상기 리액터는 상기 챔버 유닛의 위쪽을 통해 그 상부가 완전히 노출될 수 있다.
상기 상부 히터는 체결구를 통해 상기 리드와 서로 결합될 수 있다.
상기 리액터를 파지 가능하도록 구비되는 로봇아암; 및 거치대;를 더 포함하되, 상기 로봇아암은 상기 노출된 리액터를 파지하여 수직 상방으로 인출하여 상기 거치대로 거치하기 위한 구동을 수행할 수 있다.
상기 롤러는 상기 리액터의 하부 일측에 배치되는 제1 롤러 및 상기 리액터의 하부 타측에 배치되는 제2 롤러를 포함하고, 상기 제1 롤러 및 제2 롤러는 상기 리액터의 새로운 리액터로 교체간 간섭되지 않는 위치에 배치될 수 있다.
상기 리액터는, 상기 파우더를 수용하기 위한 그 내부의 수용 공간을 좁히는 라이너;를 구비할 수 있다.
상기 제1 롤러 및 제2 롤러는 상기 리액터의 직경과 무관하게 상기 리액터와 직접적으로 접촉할 수 있도록, 상기 리액터의 직경에 적응적인 직경을 형성하는 슬리브를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 롤러들과 상기 리액터는 상호간에 요부/철부의 접촉 구조를 가질 수 있다.
상기 챔버 유닛은, 상기 리액터의 일측으로 공정가스를 공급하는 가스 공급 모듈; 및 상기 리액터의 타측으로 밀착되어 완충 역할을 수행하는 가스댐퍼 모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 파우더 코팅 장치는, 회전하면서 내부에 수용된 파우더의 반응성을 향상시키는 리액터; 상기 리액터의 하부에 위치하며, 상기 리액터에 직접적으로 접촉하여 회전하면서 상기 리액터를 회전시키는 회전 유닛; 및 상기 리액터와 상기 회전 유닛을 적어도 부분적으로 수용하며, 상기 리액터 내부 파우더의 증착 반응을 위한 소정의 환경을 조성하는 챔버 유닛;을 포함하되, 상기 챔버 유닛은, 제1 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되어, 그 내부에 배치되는 상기 리액터의 상부를 외부로 노출시키는 리드;를 구비하고, 제2 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되어, 상기 노출된 리액터를 제3 방향으로 인출하는 로봇아암;을 더 포함할 수 있다.
본 기술은 체결 부위가 자체적으로 존재하지 않아 로봇아암이 양산용 리액터를 챔버 유닛에서 분리하여 거치대로 이송하는 전자동화를 용이하게 함으로 차후 공정까지의 시간을 줄여주어 제품의 수율을 증가시킬 수 있는 장점을 갖는다.
또한 본 기술은 다양한 사이즈의 리액터 호환 및 구조적인 변경이 가능하여, 소량의 파우더 증착을 위한 양산 장비 및 대량의 파우더 증착을 위한 양산 장비 이용 시 최대 10kg의 파우더를 내부에 장입하여 코팅할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 기술은 기어와 같은 별도의 체결 부위가 존재하지 않는 풀리를 이용한 회전 유닛으로 인해 리액터가 회전하며 내부에 장입되어 있는 대량의 파우더를 교반시키는 구조를 가지며, 회전 유닛의 롤러와 키(Key) 역할을 하는 돌기부/홈부의 사이즈를 조절하여 다양한 사이즈의 리액터를 체결할 수 있으며, 리액터 내부에 다양한 사이즈 및 형상의 구조체와 라이너를 설치함으로서 소량에서부터 대량의 파우더 증착이 가능한 장점을 갖는다.
또한 본 기술은 공정 전/후에 챔버 리드 개폐 시 기어가 존재하지 않는 풀리를 이용한 회전 유닛으로 인해 리액터가 체결에서 자유롭게 되어 로봇아암을 통해 리액터를 자유롭게 이송할 수 있는 전자동화 특성을 지닌 양산형 파우더 코팅 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우더 코팅 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 챔버 유닛 내부 구성을 도시하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1과는 다른 방향에서 바라본 파우더 코팅 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 챔버 유닛 내부 구성을 도시하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파우더 코팅 장치 내부에 대한 세로 단면을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 구동 모듈에 의해 챔버 유닛의 리드가 개방된 상태를 도시하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 리액터 교체를 설명하기 위한 파우더 코팅 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 리액터의 다양한 실시예들을 롤러와의 관계에서 도시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터의 다양한 실시예들을 롤러와의 관계에서 도시하는 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우더 코팅 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 챔버 유닛 내부 구성을 도시하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1과는 다른 방향에서 바라본 파우더 코팅 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 챔버 유닛 내부 구성을 도시하기 위한 도면이다.
그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파우더 코팅 장치 내부에 대한 세로 단면을 도시하는 도면이다.
먼저 도 1 내지 도 2를 참조하면, 파우더 코팅 장치(1)는 리액터(10), 회전 유닛(20) 및 챔버 유닛(30)을 포함한다.
리액터(10)는 회전하면서 내부에 수용된 파우더(미도시)의 반응성을 향상시킨다. 파우더는 리액터 내부에서 코팅된다.
리액터는 금속 또는 금속합금 재질로 이루어진다. 이에 한정되지 않고 내식성 및 내화학성을 갖는 테프론 재질로 이루어질 수도 있다.
회전 유닛(20)은 리액터(10)를 회전시키기 위한 롤러(21)를 포함한다. 롤러(21)는 리액터(10)의 하부에 위치하며 리액터에 직접적으로 접촉하여 회전하면서 리액터를 회전시킨다.
롤러(21)는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)를 포함한다. 제1 롤러(211)는 리액터(10)의 하부 일측에 배치되고, 제2 롤러(212)는 리액터(10)의 하부 타측에 배치된다. 제1 롤러 및 제2 롤러는 그들 위에 놓이는 리액터를 지지하기에 알맞은 간격(d, 도 9a 내지 도 10c 참조)으로 서로 이격 배치된다. 이는 리액터 교체간 리액터와 롤러간 간섭되지 않도록 하는 배치 위치이기도 하다. 제1 및 제2 롤러들(211, 212)의 외부 표면은 리액터(10)의 외부 표면과 직접적으로 접촉한다. 따라서 제1 및 제2 롤러들이 회전하면 리액터와의 외부 표면간 마찰력에 의해 리액터를 회전시킬 수 있다.
이때 접촉 면적을 넓히기 위해 요철 구조가 관여할 수 있다. 리액터(10)의 외부 표면에 그 외주면을 따라 돌기부(PR)가 마련될 수 있다. 롤러(21)의 외부 표면에 그 외주면을 따라 홈부(CA)가 마련될 수 있다. 돌기부와 홈부는 상호간에 끼워맞춰지는 구조를 가질 수 있다. 일례로 돌기부는 홈부 내에 수용될 수 있다. 이러한 요철 구조는 리액터와 롤러간 전체적인 마찰력을 증대시켜 롤러(21)에 의한 리액터(10)의 회전이 보다 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
또한 이러한 요철 구조는 서로 맞물려 리액터가 회전하는 동안 앞뒤로 움직이지 않도록 한다. 회전 방향과 평행한 방향으로 리액터 길이 방향의 슬라이딩을 막아주는 한편 리액터 탈착은 자유롭게 하는 장점을 갖는다. 또한 상대적으로 넓은 접촉 면적으로 양산형 리액터의 무게를 지지하여 작용되는 하중을 효과적으로 분산시킨다.
구조적으로 제1 및 제2 롤러들은 리액터의 자중을 지지한다. 이에 리액터의 무게를 받는 제1 및 제2 롤러들은 상술한 요철 구조의 작용이 더해져 리액터를 더욱 원활히 회전시킬 수 있다.
회전 유닛(20)은 회전 풀리(22) 및 회전 풀리(22)를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터 풀리(23)를 더 포함한다. 회전 풀리(22)는 그에 연결된 롤러(21)를 회전시킨다. 즉, 모터 풀리의 회전력이 회전 풀리를 통하여 롤러에 제공되고, 결과적으로 리액터가 회전하게 된다.
회전 풀리(22)는 제1 회전 풀리(221) 및 제2 회전 풀리(222)를 포함한다. 제1 회전 풀리(221)는 제1 롤러(211)와 연결되는 구조를 갖는다. 제2 회전 풀리(222)는 제2 롤러(212)와 연결되는 구조를 갖는다. 구동 풀리로부터의 구동력이 롤러로 손실없이 전달되도록 회전 풀리와 롤러는 서로 견고히 연결되는 것이 바람직하다.
모터 풀리(23)는 전원을 제공받아 회전력으로 변환하며 이를 통해 회전 풀리(22)를 회전시킨다.
리액터(10)가 2개의 롤러들(211, 212) 위에 놓여지는 구조를 고려할 때, 또한 2개의 롤러들(211, 212)의 회전방향을 고려할 때, 도면에 도시된 바와 같이 회전 풀리(22)와 모터 풀리(23)는 삼각형 배치를 갖는 것이 유리하다. 하나의 회전 구동축(즉, 모터 풀리(23))을 통해 일거에 2개의 롤러들(211, 212)과 리액터(10)를 회전시킬 수 있기 때문이다.
다만, 도면에 제시된 회전 풀리 및 모터 풀리의 구조에 본 발명이 한정되지 않으며, 롤러를 회전시키기 위한 다양한 구조의 회전 구동력이 인가될 수 있다. 또한 도면에 도시된 벨트 구동 방식에 한정되지 않으며 다양한 동력 전달 방식이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 롤러(21)는 대체로 챔버 유닛(30)의 내부에 위치한다. 회전 풀리(22) 및 구동 풀리(23)는 대체로 챔버 유닛(30)의 외부에 위치한다. 즉, 회전하는 리액터와 직접적으로 접촉하는 롤러만을 챔버 유닛 내부에 위치시킨다.
챔버 유닛(30)은 리액터(10)와 회전 유닛(20)을 적어도 부분적으로 수용하며, 리액터(10) 내부 파우더(미도시)의 증착 반응을 위한 소정의 환경을 조성한다. 소정의 환경은 일례로 진공 상태 내지는 진공에 가까운 상태일 수 있다.
챔버 유닛(30)은 개폐 가능한 리드(31)를 구비한다. 리드(31)를 통해 그 내부에 수용되는 리액터를 클리닝 공정, 부품 교체 등의 필요에 의해 다른 새로운 리액터로 교체 가능하도록 한다. 리드(31)는 챔버 유닛을 폐쇄시 내부 소정의 환경 조성이 제대로 이루어질 수 있도록 밀폐구조를 갖는 것이 바람직하다.
도면에서 리드(31)는 챔버 유닛(30)이 전체적으로 직육면체 형상을 가짐에 따라 사각 플레이트 형상을 갖는 것으로 도시되나, 본 발명이 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.
챔버 유닛(30)은 슬라이등 구동 모듈(32)을 더 포함한다. 슬라이딩 구동 모듈(32)은 리드(31)를 폐쇄 위치(P1, 도 7 참조)로부터 개방 위치(P2, 도 8 참조)로 슬라이딩 이동시킨다. 슬라이딩 이동 방향이 도면에서 I방향으로 도시된다.
이를 위해 슬라이딩 구동 모듈(32)은 이동 블록(321) 및 실린더(322)를 포함한다. 이동 블록(321)은 일 방향으로 연장하는 이송 라인(TL, 도 7 참조)을 따라 이동한다. 이송 라인(TL)은 프레임(FR, 도 7)에 구비된다. 실린더(322)는 이동 블록(321)상에 마련되며, 리드(31)를 상부로 밀어올려 오픈시킨다. 이에, 리드(31)가 폐쇄 위치(P1)로부터 개방 위치(P2)로 슬라이딩 이동시, 실린더(322)에 의해 먼저 위쪽으로 들어올려져 열린 뒤, 이동 블록(321)에 의해 슬라이딩 이동함으로써 챔버 유닛의 상면을 완전히(또는 거의 완전히) 개방하게 된다. 이처럼 리드는 두 단계의 개방 방식을 갖는다. 반대로 슬라이딩 이동시에는 상술한 단계의 반대의 순서로 진행되면 된다. 이하 도 6에서 상술한다.
다음으로 도 3 내지 도 5를 상술한 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 챔버 유닛(30)은 가스 공급 모듈(34)을 더 포함한다. 가스 공급 모듈(34)은 외부 콘트롤러(미도시)에 제어에 따라, 공정에 필요한 공정가스, 일례로, 코팅 소스, 산화제, 퍼지 가스 등을 리액터(10) 내부로 공급한다. 가스 공급 모듈로는 CVD, ALD, 스퍼터 등에 포함되는 알려진 증착모듈에 사용되는 것을 적용할 수 있다. 도 5에서 공정가스의 유입 방향이 화살표로 도시된다.
챔버 유닛(30)은 가스 댐퍼 모듈(35)을 더 포함한다. 가스 댐퍼 모듈(35)은 밀착부(RC)가 리액터(10)에 밀착되도록 이동시키는 실린더(351) 및 실린더(351)의 동작간 챔버 유닛(30)의 밀폐를 유지하는 벨로우즈(352)를 포함한다. 일례로 가스 댐퍼 모듈(35)은 용수철과 같은 인장/압축 가능한 구성요소를 통해 위치를 보관/유지하여 진동이나 충격에 의해 입력된 힘을 흡수해준다. 이는 장비의 안정성을 증진시킨다.
도 5에서 실린더(351)의 동작에 따른 가스 댐퍼 모듈(35)의 이동 전후의 위치가 각각 실선과 점선으로 도시된다. 실선으로 도시된 위치에서 점선으로 도시된 위치로 이동함에 따라 밀착부(RC)가 리액터(10)에 밀착되고, 이에 따라 가스 댐퍼 모듈(35)이 상술한 완충 역할을 할 수 있게 된다.
챔버 유닛(30)은 상부 히터(33) 및 하부 히터(36)를 더 포함한다. 상부 히터(33)는 상대적으로 리액터(10)의 상부에 배치된다. 하부 히터(36)는 상대적으로 리액터의 하부에 배치된다. 히터(33 또는 36)는 리액터(10)에서 파우더 코팅 시 그 리액터의 온도를 공정에 필요한 온도로 상승시키기 위한 역할을 한다. 히터(33 또는 36)는 별도의 히터 제어 수단(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
상부 히터(33)와 하부 히터(36)는 리액터의 효과적인 가열을 위해 리액터에 최대한 밀착될 수 있는, 즉, 대체로 리액터의 형상에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 일례로, 상부 히터 또는 하부 히터는 그 단면이 반원 형상을 가질 수 있다(도 6 참조).
또한 상부 히터(33)와 하부 히터(36)는 서로 물리적으로 완전히 분리되어 구비된다. 따라서 리액터 교체의 자동화를 가능하게 한다. 리액터와의 체결 부위가 따로 존재하지 않는 회전 유닛의 특성으로 인해 리액터 탈착 시에 로봇아암으로 리액터를 분해하지 않고 인출할 수 있도록 한다. 후술한다.
챔버 유닛(30)은 펌핑 모듈(37)을 더 포함한다. 펌핑 모듈(37)은 리액터 내지는 챔버 유닛 내부를 진공 상태로 하며 가스 공급 모듈(34)에 의해 제공된 공정가스를 배기하는 역할을 한다.
한편, 상대적으로 다양한 크기의 전구체 입자가 원활히 흐를 수 있도록 리액터 전면부에는 0.5~3.0 um 크기의 메쉬 필터가 체결되며, 리액터 길이방향 배출부에는 3.0~5.0 um 크기의 메쉬 필터가 체결되어 내부의 펄스와 퍼지 공급 시 가스의 압력으로 인해 내부의 파우더가 외부로 유출되는 현상을 방지한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 구동 모듈(32)에 의해 챔버 유닛(30)의 리드(31)가 개방된 상태를 도시하는 도면이다.
그리고 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 리액터 교체를 설명하기 위한 파우더 코팅 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
먼저, 도 6을 상술한 도 5와 함께 참조하면, 상부 히터(33)는 반원 기둥 형상으로 구비될 수 있다. 상부 히터(33)는 체결구(331, 도 5)를 통해 리드(31)와 서로 결합될 수 있다. 따라서, 리드(31)가 슬라이딩 구동 모듈(32)에 의해 이동될 때 상부 히터(33)도 함께 이동된다.
이에, 리드(31)의 개방 위치(P2)에서 리액터(10)는 챔버 유닛의 위쪽을 통해 그 상부가 완전히 노출된다. 후술하는 바와 같이, 로봇아암(40, 도 7 내지 도 8)을 통해 리액터 교체시 리액터의 파지를 보다 원활히 이루어지도록 한다. 이는 리액터 교체의 자동화를 도모한다.
실린더(322)의 역할이 보다 분명해진다. 실린더(322)는 리드에 고정형으로 결합된 상부 히터의 높이를 고려하여 충분히 리드(31)를 상부로 밀어올리는 역할을 한다(1단계 개방). 후속 2단계 개방시 상부 히터에 의한 간섭이 없도록 한다.
이동 블록(321)은 이송 라인(TL, 도 7 내지 도 8)에 놓여지는 다수의 블록들(3211), 다수의 블록들(3211)의 장착을 위한 공간을 제공하는 바디(3213), 및 바디에 결합되어 슬라이딩 이동간 정렬을 보조하는 보조 가이드(3215)를 포함한다. 이송 라인(TL)에 직접 접촉하는 다수의 블록들(3211)이 이송 라인(TL)을 따라 슬라이딩 이동함에 따라 바디(3213)상에 마련된 실린더(322)에 연결된 리드(31)가 결과적으로 폐쇄 위치(P1)로부터 개방 위치(P2)로 슬라이딩 이동된다(2단계 개방). 이때 상부 히터(33)도 함께 움직임은 상술한 바와 같다.
다음으로 도 7 및 도 8을 참조하면, 파우더 코팅 장치(1)는 리액터를 파지 가능하도록 구비되는 로봇아암(40) 및 거치대(50)를 포함한다.
로봇아암(40)은 프레임(FR)의 상부에 마련된다. 거치대(50)는 그보다 낮게 대체로 프레임(FR)의 중상부에 마련된다. 로봇아암(40)은 리액터 교체시 리액터를 상부에서 파지하기에 유리한 위치에 마련된다. 거치대(50)는 공정을 마친 리액터(10_O)를 위한 제1 거치대(51) 및 새로운 리액터(10_N)를 위한 제2 거치대(52)를 포함한다. 제1 및 제2 거치대들(51, 52)은 리액터(10_O 또는 10_N)의 인입/입출 및 거치에 유리한 위치인, 대체로 로봇아암(40)과 챔버 유닛(30)의 사이에 마련된다.
이로써, 상술한 바와 같은 2단계 개방을 통해 상부가 완전히 노출된 리액터를 로봇아암(40)이 파지하여 수직 상방(즉, III방향)으로 인출하여 거치대(50)로 거치하기 위한 구동을 수행할 수 있다.
로봇아암이 리액터를 파지하는 방향은 도면에 도시된 바와 같이, 로봇아암의 파지를 위한 리액터로의 진입 방향(즉, III방향)을 고려할 때 리액터를 길이 방향으로 양쪽에서 파지하는 것이 바람직하다. 이를 위해 로봇아암은 I방향으로 이격 간격이 조절되는 한 쌍의 파지부들(41)을 구비할 수 있다.
로봇아암이 리액터의 교체를 위해 이동하는 방향은 도면에 도시된 바와 같이, 한 방향(즉, II방향)으로만 이동이 이루어져도 충분하다. 도면에 도시된 바와 같이, 챔버 유닛(30), 제1 거치대(51) 및 제2 거치대(52)는 II방향을 따라 놓여지며, 따라서 리액터(10_O 또는 10_N)의 인입/입출 및 거치를 수행함에 있어서 로봇아암(40)은 II방향으로만 이동되어도 충분하다. 즉, 로봇아암(40)은 프레임(FR)에 구비된 이동 라인(ML)을 따라 II방향으로만 이동되면 족하다. 이는 이동 방향을 최적화함으로써 제조비용을 절감한다.
이처럼 로봇아암이 장치를 둘러싸고 있는 프레임의 상부에 설치되어 슬라이딩 이동되며, 리액터를 챔버 유닛과 수직방향에 위치한 거치대로 원활하게 수송할 수 있게 한다.
한편, 프레임(FR)에는 상술한 보조 가이드(3215)의 안착을 위한 보조 이송 라인(STL 도 7 내지 도 8)이 더 구비될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 보조 이송 라인은 정렬에 유리하도록 프레임에서 챔버 유닛으로부터 II방향으로 원위단에 구비되며, 슬라이딩 이동간의 중후반에만 관여하면 되므로 이송 라인 대비 상대적으로 짧게 형성되어도 무방하다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 리액터의 다양한 실시예들을 롤러와의 관계에서 도시하는 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 리액터(10)는 파우더를 수용하기 위한 그 내부의 수용 공간을 좁히는 라이너(11)를 구비할 수 있다. 라이너는 중공 원통형 리액터 직경보다 작은 사이즈의 구조물로서 기존 장입량 대비 소량의 분말 공정을 가능케 한다. 즉, 라이너의 크기 변경에 따라 라이너 내 장입되는 파우더의 양을 소량에서부터 대량까지 조절하여 소량 및 양산용 공정까지 가능하게 한다.
라이너(11)는 체결구(12)를 통해 리액터(10) 내주면에 결합될 수 있다. 체결구(12)는 리액터의 회전과 함께 회전하게 되며, 전방/후방 메쉬 필터로 인해 파우더가 이탈되는 현상을 방지한다. 라이너(11) 내주면에는 장입된 파우더의 교반을 더욱 원활히 진행시키는 블레이드(13)가 구비될 수 있다. 블레이드에 의해 파우더가 견인되어 회전되고 다수의 블레이드로 인해 파우더가 상대적으로 짧은 시간 차 내에 혼합되며 펄스 및 퍼지에 반응할 수 있는 과정이 증진된다. 도면에서 블레이드가 라이너의 내주면을 따라 일정 간격으로 총 6개가 배치된 예가 도시되나 본 발명이 개수에 한정되지 않는다.
본 발명의 발명자는 파우더의 노출 시간을 비교하는 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해, 리액터의 벽면에 닿는 파우더의 면적이 커질수록 노출 시간이 줄어든다는 점에 착안하여, 작은 사이즈의 리액터 내 소량의 파우더 공정을 진행하게 될 경우 상대적으로 벽면에 닿는 파우더의 면적이 줄어들어 주입되는 공정가스와 파우더의 노출 시간을 증진시킴을 알게 되었다. 따라서 리액터 내부 수용 공간을 좁히는 라이너를 구비함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 소량의 파우더 공정 시에는 같은 회전 속도일 때, 사이즈가 큰 리액터에 비해 상대적으로 짧은 주기로 파우더가 블레이드를 거쳐 자유 낙하하며, 공정가스에 노출되는 파우더 입자 표면적의 노출 시간이 증진하게 됨을 알게 되었다. 이를 착안하여 소량의 공정 시 노출된 면적에 따른 공정가스의 양을 감소시켜 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 9b는 상술한 도 9a 대비 라이너(11')의 크기를 보다 크게 한 실시예에 관한 것이다. 그에 맞게 체결구(12)와 블레이드(13)가 구비되면 된다. 도 9c는 상술한 도 9a 대비 라이너를 구비하지 않은 상태의 리액터를 보여준다. 이때에도 블레이드(13)가 구비될 수 있으며, 이 경우 블레이드는 리액터 내주면에 마련되면 족하다. 한편, 상술한 도 9a 내지 도 9c에서 2개의 롤러들(211, 212)간 간격(d)은 일정하게 유지됨을 주목한다.
이하 리액터의 내부 수용 공간 크기를 조절하는 다른 실시예를 살펴본다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터의 다양한 실시예들을 롤러와의 관계에서 도시하는 도면이다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 리액터(10)의 크기(즉, 외경)가 상대적으로 작게 설계되고, 상호보완적으로, 제1 및 제2 롤러들(211, 212)의 크기(즉, 외경)가 상대적으로 크게 설계될 수 있다. 라이너의 내경과 제1 및 제2 롤러들의 직경은 파우더 수용 공간의 크기를 정의하게 된다. 다양한 크기의 리액터 호환 가능성을 통해 소량/대량 리액터를 선택적으로 사용함으로써 파우더의 소량 증착 및 양산용 대량 증착까지 가능하게 된다.
도 10a에서는 리액터의 크기 조절을 위해 그 외경이 조절되었는데, 다르게는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 리액터(10)의 내경이 조절될 수도 있다. 내경을 작게 하더라도 리액터의 내부 수용 공간을 작게 할 수 있기 때문이다. 이때에도 상호보완적으로 제1 및 제2 롤러들(211, 212)의 크기가 조절될 수 있다. 도 10a 및 도 10b와의 비교를 위해, 도 10c에서는 크기가 조절되지 않은 기본 상태의 리액터와 롤러를 보여준다. 한편, 상술한 도 9a 내지 도 9c를 포함한 도 10a 내지 도 10c에서 2개의 롤러들(211, 212)간 간격(d)은 일정하게 유지됨을 주목한다. 롤러들에는 상술한 회전 풀리와의 견고한 연결이 예정되어 있으므로 롤러들간 일정한 간격 유지는 챔버 유닛 자체의 설계 변경 없이 다양한 크기의 리액터 및 롤러의 설계를 가능하게 한다. 또한, 롤러의 크기(일례로 외경)를 조절함에 있어서는 그 회전축에 변경없이 그러한 조절이 가능하도록 롤러에는 슬리브(SL)가 구비되는 바람직하다. 슬리브는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)가 리액터의 다양한 직경과 무관하게 리액터와 직접적으로 접촉할 수 있도록, 리액터의 직경에 적응적인 직경을 형성하도록 한다.
한편, 리액터와 롤러의 크기가 조절됨에 따라 각각에 마련되는 돌기부(PR', PR'', PR) 및 홈부(CA', CA'', CA)도 그에 적응적으로 조절됨을 주목한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 리액터 체결에서 기존 대비 자유로운 회전 유닛을 통해, 챔버 유닛으로부터 리액터의 탈착이 자유롭게 하는 로봇팔의 전자동화 및 내부 라이너를 통해 소량/대용량 파우더 코팅을 가능케 하는 리액터 호환이 가능한 기술을 제공한다.
또한, 로봇아암을 이용해 별도의 기어 체결 구조와 같은 구조물에 의해 체결되지 않고 리액터를 자유로운 위치에 장착할 수 있는 구조로 인해 상대적으로 자유로운 크기 및 길이의 리액터 호환이 가능하다.
또한, 로봇아암을 통해 공정이 종료된 리액터를 거치대로 이송하여 작업을 마무리하며, 여분의 거치대에 준비된 리액터를 챔버로 이송하여 연속적인 공정을 가능케 한다.
이를 통해 로봇아암의 이동 거리를 단축시켜 전자동화의 효율성을 상승시키며 전체적인 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 라이너, 롤러, 키 사이즈 변형을 통해 소량부터 대량까지 분말의 장입량을 자유롭게 조절할 수 있고, 그에 따라 효율적인 공정 최적화가 가능하다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 리액터는 박막 증착, 원자층 증착, 파우더 코팅 등의 분야에 적용될 수 있고, 고성능 박막 코팅 장비, 대용량 분말 코팅 장비 등에 적용될 수도 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 파우더 코팅 장치
10 : 리액터
11 : 라이너
12 : 체결구
13 : 블레이드
20 : 회전 유닛
21 : 롤러
211, 212 : 제1 롤러, 제2 롤러
22 : 회전 풀리
221, 222 : 제1 회전 풀리, 제2 회전 풀리
23 : 모터 풀리
30 : 챔버 유닛
31 : 리드
32 : 슬라이딩 구동 모듈
321 : 이동 블록
322 : 실린더
3211 : 블록
3213 : 바디
3215 : 보조 가이드
33 : 상부 히터
331 : 체결구
34 : 가스 공급 모듈
35 : 가스 댐퍼 모듈
351 : 실린더
352 : 벨로우즈
36 : 하부 히터
37 : 펌핑 모듈
40 : 로봇아암
41 : 한 쌍의 파지부들
50 : 거치대
51, 52 : 제1 거치대, 제2 거치대
FR : 프레임
PR : 돌기부
CA : 홈부
TL : 이송 라인
STL : 보조 이송 라인
ML :이동 라인
SL : 슬리브

Claims (13)

  1. 파우더 코팅 장치로서,
    회전하면서 내부에 수용된 파우더의 반응성을 향상시키는 리액터;
    상기 리액터의 하부에 위치하며 상기 리액터에 직접적으로 접촉하여 회전하면서 상기 리액터를 회전시키는 롤러를 구비하는 회전 유닛; 및
    상기 리액터와 상기 회전 유닛을 적어도 부분적으로 수용하며, 상기 리액터 내부 파우더의 증착 반응을 위한 소정의 환경을 조성하는 챔버 유닛;를 포함하되,
    상기 챔버 유닛은,
    개폐 가능한 리드;를 구비하여 상기 리액터를 새로운 리액터로 교체 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛은,
    상기 리드를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩 구동 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬라이딩 구동 모듈은,
    일방향으로 연장하는 이송 라인을 따라 이동하는 이동 블록; 및
    상기 이동 블록상에 마련되며, 상기 리드를 상부로 밀어올려 오픈시키는 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이동 블록은 상기 이송 라인에 놓여지는 다수의 블록들, 상기 다수의 블록들의 장착을 위한 공간을 제공하는 바디, 및 상기 바디에 결합되어 슬라이딩 이동간 정렬을 보조하는 보조 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 챔버 유닛은 그 내부에 위치하는 상기 리액터를 상부에서 가열하는 상부 히터;를 더 포함하되,
    상기 상부 히터는 상기 리드와 결합된 상태로서 상기 실린더가 상기 리드를 상부로 밀어올릴 때 함께 밀어올려져, 상기 리드의 개방 위치에서 상기 리액터는 상기 챔버 유닛의 위쪽을 통해 그 상부가 완전히 노출되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 히터는 체결구를 통해 상기 리드와 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 리액터를 파지 가능하도록 구비되는 로봇아암; 및
    거치대;를 더 포함하되,
    상기 로봇아암은 상기 노출된 리액터를 파지하여 수직 상방으로 인출하여 상기 거치대로 거치하기 위한 구동을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 롤러는 상기 리액터의 하부 일측에 배치되는 제1 롤러 및 상기 리액터의 하부 타측에 배치되는 제2 롤러를 포함하고,
    상기 제1 롤러 및 제2 롤러는 상기 리액터의 새로운 리액터로 교체간 간섭되지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리액터는,
    상기 파우더를 수용하기 위한 그 내부의 수용 공간을 좁히는 라이너;를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 롤러 및 제2 롤러는 상기 리액터의 직경과 무관하게 상기 리액터와 직접적으로 접촉할 수 있도록, 상기 리액터의 직경에 적응적인 직경을 형성하는 슬리브를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 롤러들과 상기 리액터는 상호간에 요부/철부의 접촉 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛은,
    상기 리액터의 일측으로 공정가스를 공급하는 가스 공급 모듈; 및
    상기 리액터의 타측으로 밀착되어 완충 역할을 수행하는 가스댐퍼 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 파우더 코팅 장치로서,
    회전하면서 내부에 수용된 파우더의 반응성을 향상시키는 리액터;
    상기 리액터의 하부에 위치하며, 상기 리액터에 직접적으로 접촉하여 회전하면서 상기 리액터를 회전시키는 회전 유닛; 및
    상기 리액터와 상기 회전 유닛을 적어도 부분적으로 수용하며, 상기 리액터 내부 파우더의 증착 반응을 위한 소정의 환경을 조성하는 챔버 유닛;을 포함하되,
    상기 챔버 유닛은, 제1 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되어, 그 내부에 배치되는 상기 리액터의 상부를 외부로 노출시키는 리드;를 구비하고,
    제2 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되어, 상기 노출된 리액터를 제3 방향으로 인출하는 로봇아암;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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