KR102098455B1 - 연속 증착 장치 및 연속 증착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 코팅 조성과 속도로 연속적으로 코팅이 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 일실시예로 기판에 2 이상의 화합물 또는 원소를 코팅시키는 증착 장치로, 상기 2 이상의 화합물 또는 원소를 복수의 고상체로 공급하는 공급부; 상기 공급부에서 공급되는 고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 가열부; 상기 가열부에 연결되며, 상기 증기가 머무르며 전에 발생한 증기와 혼합되는 버퍼부; 및 상기 버퍼부에 연결되며 기판을 향하여 개구가 형성된 노즐을 포함하는 증착 장치를 제공한다.

Description

연속 증착 장치 및 연속 증착 방법{Continuous Vapor Deposition Device and Continuous Deposition Method}

본 발명은 2 이상의 화합물 또는 원소를 연속으로 코팅하는 연속 증착 장치 및 방법에 대한 것이다.

진공 증착에 의한 코팅에 관한 기술은 1980년대부터 공지되기 시작하였다. 공지된 기술을 보면 크게 동시 증착 방식과 순차 증착 후 열처리하는 방식으로 구분될 수 있다.

동시 증착 방식의 대표적인 기술이 일본특허 JPH02-125866A2에 공지되어 있다. 증기압이 다른 두가지 금속의 합금을 코팅하는 증착 장치로써, 각 금속 (아연 및 마그네슘) 전용 증발조를 설치하고 각각의 증발조 출구에 증발되는 금속 증기의 유량을 제어하는 스로틀 밸브(throttle valve)가 장착되어 있다. 아연 및 마그네슘 증발조에 장착된 스로틀 밸브를 이용하여 각각의 증발 유량을 조절함으로써 코팅되는 합금의 조성을 제어하는 방식으로 각각의 증발된 금속이 합쳐지는 부분에서 폭 방향으로 균일하게 혼합되어야 하는데 유체의 흐름상으로 매우 어려운 부분이다. 이러한 약점을 극복하기 위해 유럽특허 EP1301649B1에서는 금속 증기가 혼합 이전 또는 이후에 초킹(choking) 조건을 유지하여 균일 혼합을 시도하였으나 역시 현실적으로 한계가 있다.

순차 증착 후 열처리하는 기술은 유럽특허 EP0756022B1가 공지되어 있다. 습식 도금 또는 진공 증착 방식으로 아연을 코팅한 후 마그네슘을 진공 증착방식으로 코팅하고 후열처리함으로써 아연-마그네슘 합금 코팅층을 형성한다. 상기 기술은 확산을 이용하는 기술로써 코팅층 깊이 방향의 조성이 균일하지 못하고 또한 열처리에 의한 모재와 아연간의 합금이 생성되는 단점을 가지고 있다. 그리고 합금 코팅을 위한 공정의 수가 많아져서 경제성 측면에서 한계가 있다.

본 발명은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 일정한 코팅 조성과 속도로 연속적으로 코팅이 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 증착 장치 및 증착 방법을 제공한다.

본 발명은 일실시예로 기판에 2 이상의 화합물 또는 원소를 코팅시키는 증착 장치로, 상기 2 이상의 화합물 또는 원소를 복수의 고상체로 공급하는 공급부; 상기 공급부에서 공급되는 고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 가열부; 상기 가열부에 연결되며, 상기 증기가 머무르며 전에 발생한 증기와 혼합되는 버퍼부; 및 상기 버퍼부에 연결되며 기판을 향하여 개구가 형성된 노즐을 포함하는 증착 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에서 상기 공급부는 공급관을 통하여 상기 가열부로 고상체를 공급하며, 상기 공급관은 상기 가열부의 용탕 내부까지 연장하는 가열부측 단부를 포함할 수 있으며, 상기 공급관의 가열부측 단부에는 공급된 고상체가 상기 용탕에 의해 적어도 일부 용융된 후에 상기 공급관에서 빠져나가도록 상기 고상체의 단면보다 작은 개구가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 가열부는 도가니를 포함하며, 상기 버퍼부는 상기 노즐과 상기 도가니를 연결하는 공간이며, 상기 도가니 단면보다 상기 개구의 면적이 작을 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 공급부는 제1 고상체를 공급하는 제1공급부와 상기 제1고상체와는 원소 또는 화합물이 상이한 제2고상체를 공급하는 제2공급부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1공급부와 제2공급부는 단일 공급관을 통하여 상기 가열부로 고상체를 공급할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 제1공급부와 제2공급부는 상기 가열부 보다 상측에 위치하여 상기 공급관에서 상기 고상체는 자중에 의해서 가열부로 공급될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 가열부는 도가니와, 상기 도가니의 내측 또는 외측에 배치되는 전자기 코일을 포함할 수 있으며, 상기 전자기 코일은 비부양형 유도 가열 유닛일 수 있으며, 수직 방향으로 권선된 것일 수 있다.

일실시예에서 상기 제1고상체와 상기 제2고상체 각각은 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명은 다른 실시예로 2 이상의 고상체를 동시에 하나의 가열부로 공급하는 공급 단계; 상기 고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 증기 형성 단계; 상기 증기와 이전에 형성된 증기가 혼합되는 완충 단계; 및 혼합된 증기를 피코팅재를 향하여 분사하는 분사 단계;를 포함하는 증착 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에서 상기 고상체는 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 하나 이상을 포함하되, 상기 혼합된 증기와 상기 고상체는 서로 상이한 조성을 가질 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 공급 단계에서 공급되는 고상체 전체의 조성비는 목표 코팅층의 조성비와 일치할 수 있으며, 상기 공급단계에서 상기 고상체는 도가니의 용탕 내부로 연장한 공급관을 통하여 공급되며, 상기 증기 형성 단계에서 상기 고상체는 융융된 후 상기 공급관에서 빠져나와 용탕에 혼합될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 고상체 각각은 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 어느 하나만을 포함하며, 상기 공급 단계에서 공급되는 고상체 전체의 조성비는 목표 코팅층의 조성비와 일치할 수 있다.

본 발명은 위와 같은 구성을 통하여 코팅 조성과 속도로 연속적으로 코팅이 가능하다.

도 1 은 본 발명의 일실시예의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 실시예의 전자기 코일의 변형예를 도시한 도면이다.
도 5 는 도 3 의 실시예에서 전자기 코일의 종류가 변경됐을 때 코팅 속도를 도시한 그래프이다.
도 6 은 도 3 의 실시예의 버퍼부에서 증기의 흐름을 모사한 모사도이다.
도 7 은 도 3 의 실시예의 노즐의 변형예를 도시한 도면이다.
도 8 은 도 3 의 실시예의 공급관의 단부의 단면도이다.
도 9 는 공급관 단부 형상에 따른 코팅 속도를 도시한 그래프이다.
도 10 은 본 발명의 증착 방법의 개략도이다.

이하에서는 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

도 1 에는 본 발명의 증착 장치의 개략도가 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예의 증착 장치는 기판(S)에 2 이상의 화합물 또는 원소를 코팅시키는 증착 장치(100)이며, 상기 2 이상의 화합물 또는 원소를 복수의 고상체로 공급하는 공급부(10); 상기 공급부(10)에 연결되며, 상기 고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 가열부(20); 상기 가열부(20)에 연결되며, 상기 증기가 머무르며 전에 발생한 증기와 혼합되는 버퍼부(30); 및 상기 버퍼부에 연결되며 기판(S)으로 개구가 형성된 노즐(50)을 포함하는 증착 장치(100)이다.

도 1 의 실시예에서, 공급부(10)는 제1 고상체(13; 도 3 참고)를 공급하는 제1 공급부(11)와 제2 고상체(14; 도 3 참고)를 공급하는 제2 공급부(12)를 포함한다. 본 발명에서 2 이상의 화함물 또는 원소를 기판(S)에 코팅하는데, 제1 고상체와 제2 고상체는 기판에 코팅되는 목표 코팅층과는 다른 조성을 가진 고상체를 사용한다. 예를 들어, 아연과 마그네슘 합금을 특정 조성으로 코팅하는 경우에 제 1 고상체로는 아연을, 제 2 고상체로는 마그네슘을 사용할 수 있으며, 공급되는 고상체의 양을 조절함으로써, 아연-마그네슘 합금의 조성을 조절할 수 있다.

고상체는 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 하나의 금속 원소 만으로 이루어질 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서 서로 다른 조성비를 가지는 두 고상체로 또다른 조성비를 가지는 코팅층을 형성하는 것이 가능하다. 특히, 코팅층 조성비와 동일한 고상체의 경우에 제작이 어려울 수 있으나, 본 발명에서는 복수의 고상체의 전체로 목표 코팅층의 조성비를 맞추면 되므로, 제작이 용이한 고상체를 가지고 공급되는 양 또는 개수를 조절함으로써 목표 코팅층의 조성비를 맞추는 것이 가능하다.

한편, 이 실시예에서, 공급부(10)는 제1 및 제 2 고상체를 동시에 가열부(20)로 제공한다. 여기서 '동시에'는 제1 및 제2 고상체가 동일한 타이밍에 공급되는 것과 제1 및 제2 고상체가 연이어 공급되어 실질적으로 한 타이밍에 제1 및 제2 고상체가 공급되는 것을 의미한다.

가열부(20)는 공급된 고상체가 수용되어 용융/증발할 수 있는 도가니와 상기 도가니 내부의 고상체에 열을 제공하는 가열체를 포함한다. 이 실시예에서 연속적인 코팅이 가능하도록 가열부(20)의 도가니는 일정양의 용탕이 유지되는 것이 바람직하며, 상기 용탕을 통하여 열이 고상체로 전달되어 고상체가 용융된다. 가열체는 가열과 동시에 전가기 교반이 가능하도록 전자기 코일로 구성될 수 있으며, 상기 코일은 도가니 내부 혹은 외부 어디에도 배치될 수 있다.

상기 가열부(20)에서 생성된 증기는 버퍼부(30)를 통과한 후 노즐(50)을 통하여 기판(S), 예를 들면 스트립으로 분산된다. 버퍼부(30)는 상기 가열부에서 생성된 증기가 통과하는 경로상에 구비되며, 증기를 유지하는 공간부로 구성되어 가열부(20)에서 막 생성된 증기와 그 전에 생성된 증기가 혼합될 수 있도록 한다. 이 실시예에서 고상체가 용융 및 증발되는데, 조성에 따라서 고상체의 용융 및 증발의 타이밍이 상이할 수 있으며 따라서 일시적으로 목표하는 코팅층의 조성비와 다른 증기가 생성될 수 있다.

하지만, 본 발명에서 공급하는 전체 고상체의 조성비는 목표 코팅층의 조성비와 동일하므로, 공급된 고상체가 모두 증발하면 목표하는 조성비와 같아질 수 있다.

본 발명의 실시예에서 버퍼부는 증기가 바로 노즐을 통하여 배출되는 것이 아니라 일정 시간 머무르면서 후속하는 증기와 혼합되며, 따라서 버퍼부를 떠나는 증기는 생성된 증기와 다르게 일정한 조성비를 가지고 노즐부(50)를 통과할 수 있게 된다.

상기 버퍼부(30)는 버퍼부(30) 내부 압력이 외부의 압력보다 높게 유지함으로써, 상기 버퍼부(30)로 온 증기가 바로 빠져나가지 않고 버퍼부(30) 내부에서 후속하는 증기와 혼합될 수 있다. 또한, 버퍼부(30) 내부에서 증기가 응축되지 않도록 버퍼부(30) 외부 혹은 내부에 열원을 구비하여 증기에 열을 제공할 수도 있다.

상기 버퍼부(30)는 노즐(50)에 연결되어 있다. 노즐(50)은 개구를 통하여 버퍼부(30)를 통과한 증기를 분사하게 되며, 노즐(50)에서 분사된 증기는 기판(S)에 증착하여 코팅층을 형성하게 된다. 노즐(50) 역시 버퍼부(40)와 동일하게 통과하는 증기의 응축을 예방하도록 가열될 수 있다.

상기 가열부(20), 버퍼부(30) 및 노즐(50)은 진공 챔버 내부의 진공상태에 배치된다.

도 2 에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 2 의 실시예는 도 1 의 실시예와 가열부(20), 버퍼부(30) 및 노즐(50)의 구성은 동일하나, 공급부(10)의 제1 공급부(11)와 제2 공급부(12)가 별도로 가열부(20)로 고상체를 공급하지 않고, 제1 공급부(11)의 고상체와 제2 공급부(12)의 고상체가 하나의 경로를 통하여 가열부(20)로 공급되도록 구성된다.

이 경우에 제1 공급부와 제2 공급부(11, 12)의 고상체 중 어느 하나가 먼저 가열부(20)로 공급된 후에 연이어 다른 공급부의 고상체가 공급되게 되며, 먼저 공급된 고상체가 용융될 때, 용탕의 조성비가 변동되어 생성된 증기의 조성비가 목표 코팅층의 조성비와 불일치할 수 있다. 하지만, 이 실시예에서는 버퍼부(30)가 배치되어 생성된 증기가 바로 배출되지 않고, 나중에 공급된 고상체가 용융/증발되어 혼합될 때까지 잡아주므로, 공급되는 증기의 조성비는 일정할 수 있다.

도 3 에는 도 2 의 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 도 3 에서 보이듯이, 공급부(10)는 진공 챔버(1)의 외부에 배치되며, 제1 고상체(13)를 공급하는 제1 공급부(11)와 제2 고상체(14)를 공급하는 제2 공급부(12) 및 상기 제1 공급부(11)와 제2 공급부(12)에 연결되며, 진공 챔버(1)를 관통하여 비전도성의 도가니(21)의 용탕 내부까지 연장하는 공급관(16)을 포함한다. 공급관(16)은 공급관(16)에 공급된 고상체(13, 14)가 자중에 의해서 가열부측으로 이동될 수 있도록 연직 방향으로 형성되어 있다. 공급관(16)의 가열부측 단부(17)에는 개구(19)가 형성되어 있다. 이에 대하여는 도 8 및 9 를 참고하여 설명한다.

도 8 에는 공급관(16)의 가열부측 단부(17)의 단면도가 도시되어 있으며, 도 9 에는 상기 공급관(16)을 사용한 경우와 일반 공급관을 사용한 경우가 비교되어 있다. 도 8 에서 보이듯이, 공급관(16)의 가열부측 단부(17)는 하면 및 측면에 개구(19a, 19b)가 형성되며, 이때 개구(19a, 19b)는 제1 및 제2 고상체(13, 14)의 단면보다 작게 형성되어 상기 단부(17)에 고상체(13, 14)가 왔을 때 바로 개구(19a, 19b)로 빠지지 않게 한다. 개구(19a, 19b)는 복수개가 구비될 수도 있으며, 크기가 서로 다르게 구비되는 것도 가능하다.

개구(19a, 19b)를 통하여 용탕(29)은 유출입이 가능하므로, 단부(17) 내부에는 용탕(29)이 차있으며, 용탕(29)에 의해서 고상체(13, 14)가 용융되게 된다. 따라서, 고상체(13, 14)는 용탕(29)에 액체 상태 혹은 작은 크기의 고체 상태로 용융되게 되며, 혼입 과정에서 용탕(29)의 온도 및 부피가 급격하게 변화되는 것이 방지될 수 있다.

도 9 에서 A는 도 8 의 개구에 따라서 고상체를 공급했을 때이며, B는 공급관(25)의 단부가 오픈되어 고상체가 바로 용탕(29)으로 혼입되었을 때이다. 고상체로는 아연과 마그네슘이 사용되었으며, 45초 간격으로 아연 고상체와 마그네슘 고상체를 공급하였다. 유도 가열 유닛(25)는 동일한 유도 가열 유닛을 사용하였다.

도 9 에서 보이듯이, A의 경우에 주파수의 변동폭이 작았으나, B의 경우에는 주파수가 큰폭으로 변동되는 것을 확인할 수 있다. 또한, A의 경우에는 공급 주기와 무관하게 주파수가 일정 범위에서 변동하였으나, B의 경우에는 공급 주기마다 큰 폭으로 주파수가 변동되는 것을 확인할 수 있다. 유도 가열 유닛의 주파수는 용탕(29)의 부피에 따라서 변동되는 것이므로, A의 경우 용탕(29)의 부피 변동의 폭이 크지 않은 것임을 알 수 있으며, 따라서, 용탕(29)의 표면적과 온도 변화가 적어서 일정향 증발양을 제공하는 것임을 알 수 있다.

도 3 으로 돌아와서, 가열부(20)는 진공 챔버(1)의 내부에 위치하며 비전도성의 용기인 도가니(21)와 상기 도가니(21)의 외측에 배치되며, 도가니(21)를 중심으로 권취된 유도 가열 유닛(25)를 포함한다. 도가니(21) 내부에는 동작 중 제1 및 제2고상체(13, 14)가 용융된 일정량의 용탕(29)이 유지되며, 상기 공급관(16)의 가열부측 단부(17)는 상기 용탕(29) 안까지 연장하며, 적어도 개구(19)가 상기 용탕에 잠기게 배치된다.

일정한 코팅 조성과 속도의 합금/화합물 코팅을 수행하기 위해서, 특히 증기압이 상이한 두 원소를 균일한 조성의 증발을 이루기 위하여는 증기압의 차이를 극복할 수 있도록 용탕(29)의 교반이 필요하며, 도가니(21)에 수용된 용탕(29)을 교반하면서 유도 가열되도록 상기 유도 가열 유닛(25)이 구비된다. 유도 가열 유닛(25)의 전자기 교반에 의해서 용탕(29)의 증발면이 상부와 내부의 조성비가 동일하게 유지될 수 있다. 이러한 유도 가열 유닛(25)은 진공 내부에 위치할 수도 있고, 유도 가열 유닛(25)과 도가니(21) 사이에 전기적 부도체로 격벽을 설치하여 유도 가열 유닛(25)이 대기 중에 위치하는 것도 가능하다.

일반적으로 전자기 코일에 의해 발생되는 전자기력은 내부에 위치하는 금속을 가열, 교반 및 부양시키는 특성이 있다. 이 실시예의 유도 가열 유닛(25)에서 중요한 기능은 전자기력에 의한 합금 용탕(29)의 가열과 교반이며, 부양 기능은 중요하지 않다. 따라서 본 발명의 유도 가열 유닛(25)은 부양형 전자기 코일이 아닌 비부양형 전자기 코일을 채용하는 것도 가능하다.

비부양형 유도 가열 유닛(25)의 형상이 도 4 에 도시되어 있다. 도 4에서 보는 바와 같이 수직형, V형 등 다양한 종류가 사용될 수 있고, 권선수도 2바퀴, 5바퀴 등 다양하며, 권선의 방법도 단방향 권선형과 양방향 권선형 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.

한편, 부양형 유도 가열 유닛은대한민국 특허 2009-0092627에 제시된 바와같이 부양 기능을 부여하기 위하여 하부로 갈수록 권선의 직경이 감소하며 최하부 권선의 직경을 매우 좁게 형성될 수 있다. 이러한 부양형 유도가열 유닛은 부양을 위한 전자기력의 하부 집중으로 용탕(29)의 가열 효율이 낮고, 하부의 좁은 권선 직경으로 인해 전자기 코일 내부의 냉각수 흐름이 원활하지 않아 높은 전류를 인가할 수 없는 단점이 있다. 따라서 실질적인 코팅 성능 관점에서 비부양형 유도 가열 유닛의 적용이 유리하다.

도 5 는 비부양형 유도 가열 유닛과 부양형 유도가열 유닛을 이용하여 기판을 코팅한 동적코팅속도를 비교한 결과이다. 코팅층은 아연-마그네슘 합금이다. 유도 가열 유닛(25)의 상부 직경은 180mm로 동일하며 부양형 유도가열 유닛은 도 4 (a)의 형상이고, 비부양형 유도 가열 유닛은 하부 직경이 감소한 형상이다. 도 5 에서 보는 바와 같이 부양형 유도 가열 유닛에 인가하는 고주파 전류 대비 훨씬 낮은 전류를 인가하였음에도 불구하고 비부양형 유도 가열 유닛을 적용한 사례에서 코팅 속도가 훨씬 높음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 높은 코팅 속도를 제공하기 위하여 비부양형 유도 가열 유닛을 사용하였다.

다시 도 3 으로 돌아와서, 상기 도가니(21)의 상부에 버퍼부(30)가 위치한다. 버퍼부(30)는 일정 공간을 가지는 공간부로 형성되되 내부의 압력이 외부의 압력보다 높게 구성된다. 본 실시예에서, 기판(S)이 연직 방향으로 서있으므로, 노즐(50)은 수평 방향으로 증기를 분사하게 배치되며, 도가니(21)의 상부에 배치되는 버퍼부(30)는 'ㄱ'자 형상을 가지는 공간부로 형성된다.

버퍼부(30)에서 내부의 압력이 외부의 압력보다 높게 구성되도록 상기 용탕(29)의 증발면적인 상부 표면적, 즉, 도가니(21)의 단면적보다 노즐(50)의 개구(51)의 면적이 작도록 구성된다. 개구(51)의 면적이 증발면적보타 작으므로 발생된 증기는 바로 배출되지 못하고 버퍼부(30)에 일정시간 체류하게 된다.

도 6 은 버퍼부(30)를 통과하여 노즐(50)로 이동하는 증기흐름을 모사한 모사도로, 가열부(20)를 떠난 증기는 버퍼부(30) 내부에서 선회하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 먼저 생성된 증기와 뒤에 생성된 증기가 혼합되어 일정한 조성비가 유지될 수 있다.

마지막으로 상기 버퍼부(30)는 노즐(50)에 연결된다. 노즐(50)은 다양한 형태의 개구(51)를 가질 수 있으며, 대상 기판에 따라서 혹은 조건에 따라서 적절한 형상을 체택할 수 있다. 개구(51)는 앞서 말한 바와 같이 전체 면적이 증발면적보다 작아야 한다.

도 7 에는 노즐의 다양한 형상이 도시되어 있다. 도 7 에서 도시된 바와 같이, 기판의 폭방향 혹은 높이 방향으로 형성되는 슬릿 형상의 개구(51, 53; 도 7(a) 및 (c) 참고)나, 일정간격으로 이격하여 배치되는 원형상의 개구(52; 도 7(b) 참고)도 가능하다.

도 10 에는 본 발명의 일실시예에 다른 증착 방법의 순서도가 도시되어 있다. 본 발명의 증착 방법은 2 이상의 고상체를 동시에 하나의 가열부로 공급하는 공급 단계(S100); 상기 고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 증기 형성 단계(S110); 상기 증기와 이전에 형성된 증기가 혼합되는 완충 단계(S120); 및 혼합된 증기를 기판으로 분사하는 분사 단계(S130);를 포함한다.

상기 공급 단계(S100)에서 고상체는 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 하나의 금속 원소 만으로 이루어질 수도 있다. 따라서 서로 다른 조성비를 가지는 두 고상체로 또다른 조성비를 가지는 코팅층을 형성하는 것이 가능하다. 상기 공급 단계(S100)에서는 공급되는 고상체 전체의 조성비는 목표 코팅층의 조성비와 일치하게 고상체를 공급한다.

또한, 상기 공급 단계(S100)에서 상기 고상체는 고상체가 수용되어 용융 및 증발되는 도가니의 용탕 내부로 연장한 공급관을 통하여 공급되며, 상기 증기 형성 단계(S110)에서 상기 고상체는 적어도 일부가 융융된 후 상기 공급관에서 빠져나와 용탕에 혼합된다.

증기 형성 단계(S110)에서는 용탕의 교반과 가열이 동시에 수행되는 것이 일정한 조정비로 증발시키는 것에 유리하다. 따라서, 유도 가열 유닛을 도가니 외부에 배치하여 용탕의 교반과 가열을 동시에 수행하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않고 교반 유닛과 가열 유닛이 별도로 구성될 수도 있음은 물론이다.

완충 단계(S120)는 증기 형성 단계(S110)에서 생성된 증기가 이전에 생성된 증기와 혼합되는 단계로, 외부 압력보다 내부 압력을 높게 하여, 증기가 노즐을 통하여 바로 빠지지 못하고 장치 안에서 머물면서 혼합되게 하는 단계이다. 완충 단계(S120)로 인하여 고상체의 용융/증발 시에 발생되는 조성비 편차가 완충되어 일정한 조성비의 증기로 코팅층을 형성하는 것이 가능하다.

분사 단계(S130)는 증착 장치의 노즐을 통하여 혼합된 증기가 분사되며, 기판에 상기 증기가 증착됨으로써 기판에 코팅층이 형성되게 하는 단계이다. 분사 단계는 상기 완충 단계(S120)에서 혼합된 증기가 공급되기 때문에 일정한 조성비로 코팅층이 형성된다.

<실시예>

도 3 의 실시예의 장치를 가지고 실험한 결과는 다음과 같다. 고상체로는 순수 아연과 순수 마그네슘 두 종류를 사용하였으며, 목표 코팅층은 아연과 마그네슘 (무게비 : 10.8wt% Mg) 합금 코팅이다.

도가니(21)로는 세라믹 재질의 비전도성 용기를 사용하였으며, 초기에 아연-마그네슘 합금 2kg을 용기에 넣고 유도 가열 유닛(25)을 이용하여 유도가열하여 용탕을 형성하였다. 용기의 내경은 140㎜로 하였으며, 증기가 분사되는 노즐(50)의 개구(51)의 단면적은 총 7,000㎟가 되도록 하여, 버퍼부(30)에서 증기가 혼합될 수 있도록 구성하였다. 또한, 노즐(50) 및 버퍼부(30)의 주변에는 히터를 사용하여 800℃ 이상이 되도록 가열하였다.

증발에 의해 소모되는 합금 용탕을 보충하기 위하여 61.2g의 순수 아연 고상체 2개와 14.8g의 순수 마그네슘 고상체 1개를 공급부(10)를 통해 용탕(29) 내부로 공급한다. 총 3개의 고상체(순수 아연 2개 + 순수 마그네슘 1개)는 한 배치씩 연속해서 투입되며, 투입 시간 간격은 약 13.5초로 투입하였다. 이와 같은 증착 장치(100)와 방식을 이용하여 아연과 마그네슘 합금이 균일한 조성과 10g/s의 균일한 속도로 기판에 연속적으로 코팅하는 것이 가능하다.

비전도성 용기에 투입하는 초기 합금의 조성은 코팅 조성과 관련이 없으며 공급되는 원료의 조성만 코팅 조성과 동일하면 코팅 초반에는 다른 조성이 코팅될 수 있으나 시간이 지나면 곧 안정적으로 원하는 조성의 코팅을 균일한 속도로 수행할 수 있다.

10: 공급부 11: 제1 공급부
12: 제2 공급부 13: 제1 고상체
14: 제2 고상체 16: 공급관
17: 단부 19: 개구
20: 가열부 21: 도가니
25: 유도 가열 유닛 29: 용탕
30: 버퍼부 50: 노즐
51: 개구

Claims (16)

1. 기판에 2 이상의 화합물 또는 원소를 연속적으로 코팅시키는 연속 증착 장치로,
   제1고상체를 공급하는 제1공급부 및 상기 제1고상체와 원소 또는 화합물이 상이한 제2고상체를 공급하는 제2공급부를 포함하며, 상기 제1 및 제2고상체를 하나의 공급관을 통하여 하나의 가열부로 공급하는 공급부;
   상기 공급부에서 공급되는 제1 및 제2고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 상기 가열부;
   상기 가열부에 연결되며, 상기 증기가 머무르며 전에 발생한 증기와 혼합되는 버퍼부; 및
   상기 버퍼부에 연결되며 기판을 향하여 개구가 형성된 노즐을 포함하며,
   상기 공급관은 상기 가열부의 용탕 내부까지 연장하는 가열부측 단부를 포함하고,
   상기 공급관의 가열부측 단부에는 공급된 고상체가 상기 용탕에 의해 적어도 일부 용융된 후에 상기 공급관에서 빠져나가도록 상기 고상체의 단면보다 작은 개구가 형성되는 연속 증착 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가열부는 도가니를 포함하며,
   상기 버퍼부는 상기 노즐과 상기 도가니를 연결하는 공간이며, 상기 도가니 단면보다 상기 개구의 면적이 작은 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1공급부와 제2공급부는 상기 가열부 보다 상측에 위치하여 상기 공급관에서 상기 고상체는 자중에 의해서 가열부로 공급되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 가열부는 도가니와, 상기 도가니의 내측 또는 외측에 배치되는 전자기 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전자기 코일은 비부양형 유도 가열 유닛인 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자기 코일은 수직 방향으로 권선된 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1고상체와 상기 제2고상체 각각은 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
    
12. 2 이상의 고상체를 동시에 하나의 가열부로 공급하는 공급 단계;
    상기 고상체를 용융 및 증발시켜 증기를 형성하는 증기 형성 단계;
    상기 증기와 이전에 형성된 증기가 혼합되는 완충 단계; 및
    혼합된 증기를 기판을 향하여 연속적으로 분사하는 분사 단계;를 포함하며,
    상기 혼합된 증기와 상기 고상체는 서로 상이한 조성을 가지며,
    상기 공급 단계에서 상기 고상체는 상기 고상체가 수용되어 용융 및 증발하는 도가니의 용탕 내부로 연장한 공급관을 통하여 공급되며,
    상기 증기 형성 단계에서 상기 고상체는 적어도 일부가 융융된 후 상기 공급관에서 빠져나와 용탕에 혼합되는 연속 증착 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고상체는 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 방법.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공급 단계에서 공급되는 고상체 전체의 조성비는 목표 코팅층의 조성비와 일치하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 방법.
    
15. 삭제
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 고상체 각각은 아연, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 인듐, 은 및 구리 중 어느 하나만을 포함하며,
    상기 공급 단계에서 공급되는 고상체 전체의 조성비는 목표 코팅층의 조성비와 일치하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 방법.

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