KR100631719B1 - Gas supply structure of plasma polymerization apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응챔버에 가스를 공급하는 가스 공급 구조로서, 액상의 전구체를 수용하는 저장 용기와, 상기 전구체의 이동 통로인 배관과, 상기 배관 중에 설치되는 기화기를 포함하여 구성되며, 상기 기화기는 가스 입구부 및 가스 출구부가 형성되어 있는 열전도성 컨테이너와, 상기 컨테이너 내부에 설치되고 유체 이동 관통구가 형성되어 있는 하나 이상의 열전도성 구획벽과, 상기 컨테이너 외주면에 접촉하는 히터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조가 제공된다. 본 발명에 따르면 반응챔버로 도입되는 원료 물질, 특히 액상의 원료를 효과적으로 기화시켜 반응성을 향상시킬 수 있다.The present invention provides a gas supply structure for supplying gas to a reaction chamber, comprising a storage container for receiving a liquid precursor, a pipe that is a movement passage of the precursor, and a vaporizer installed in the pipe, wherein the vaporizer is a gas. And a thermally conductive container having an inlet and a gas outlet, at least one thermally conductive partition wall provided inside the container and having a fluid movement through hole, and a heater contacting the outer circumferential surface of the container. A gas supply structure of a plasma polymerization apparatus is provided. According to the present invention, the reactivity may be improved by effectively vaporizing a raw material introduced into the reaction chamber, particularly a liquid raw material.

플라즈마 중합, 가스 공급, 액상 전구체, 기화, 응축Plasma polymerization, gas supply, liquid precursor, vaporization, condensation

Description

플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조{GAS PROVIDING STRUCTURE IN PLASMA POLYMERIZATION APPARATUS}GAS PROVIDING STRUCTURE IN PLASMA POLYMERIZATION APPARATUS}

도 1a는 일반적인 플라즈마 중합장치의 구조를 보인 개략도.Figure 1a is a schematic diagram showing the structure of a typical plasma polymerization apparatus.

도 1b는 가스 공급 시스템의 일례를 보인 모식도.1B is a schematic diagram showing an example of a gas supply system.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 중합 장치를 보인 개략도.2 is a schematic view showing a plasma polymerization apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 공급 구조의 기화기를 보인 모식도.Figure 3 is a schematic diagram showing a vaporizer of the gas supply structure according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급 구조의 기화기를 보인 모식도.Figure 4 is a schematic view showing a vaporizer of the gas supply structure according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 공급 구조의 기화기를 보인 모식도.5 is a schematic view showing a vaporizer of the gas supply structure according to another embodiment of the present invention.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

12: 반응챔버 16: 전극12: reaction chamber 16: electrode

18: 기재 40: 기화기18: base material 40: vaporizer

42: 히터 44a, 44b, 44c: 구획벽42: heater 44a, 44b, 44c: partition wall

45a, 45b, 45c: 유체 통과공45a, 45b, 45c: fluid through hole

60: 배관 66:배관60: piping 66: piping

본 발명은 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조에 관한 것으로, 상세하게는 반응챔버에 공급되는 가스의 응축을 방지하고 액상 물질의 기화가 원활하게 일어나도록 구조를 개선시킨 기화기를 포함하는 가스 공급 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a gas supply structure of a plasma polymerization apparatus, and more particularly, to a gas supply structure including a vaporizer which has an improved structure to prevent condensation of gas supplied to a reaction chamber and to smoothly vaporize a liquid material. will be.

금속이나 세라믹 재료의 표면을 개질하거나 코팅층을 형성하여 그 특성을 향상시키는 방법이 종래에 이용되어 왔다. 구체적으로 가스 또는 액상의 반응물을 진공 챔버 내에서 기판 표면에 화학적으로 증착시키거나, 타겟 물질에 에너지를 가하여 기판 상에 물리적으로 증착시키는 방법이 반도체 분야에서 주로 사용되었다. 또한, 이온빔을 이용하여 기판 표면을 개질시키는 방법도 개발되었으며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 기판 표면에 코팅층을 형성하는 방법이 다양하게 제시되고 있다.Background Art A method of modifying the surface of a metal or ceramic material or forming a coating layer to improve its properties has been conventionally used. Specifically, a method of chemically depositing a gaseous or liquid reactant on a substrate surface in a vacuum chamber or physically depositing a target material by applying energy to a target material has been mainly used in the semiconductor field. In addition, a method of modifying a substrate surface by using an ion beam has been developed, and recently, various methods of forming a coating layer on the surface of a substrate using plasma have been proposed.

플라즈마를 이용한 표면처리는 금속이나 세라믹 또는 고분자 물질의 표면에 물리적 또는 화학적 특성이 뛰어난 코팅층을 형성함으로써 재료의 사용 가치를 향상시키는데 이용될 수 있다.Surface treatment using plasma can be used to improve the use value of the material by forming a coating layer having excellent physical or chemical properties on the surface of the metal, ceramic or polymer material.

도 1a는 플라즈마 중합장치의 일례를 도시한 것으로, 반응챔버(2)에 전극(6)이 대향되어 설치되어 있고, 전극 사이에 표면처리 대상인 기재(8)가 위치한다. 반응챔버(2)는 펌프(4)로 진공 상태가 유지되며, 상기 전극(4)에는 전원부(3)로부터 직류 고전압이나 RF 전압이 인가되어 가스공급부(5)로부터 반응챔버(2)로 도입되는 원료 가스 내지는 반응성 가스를 플라즈마 상태로 변화시킨다.FIG. 1A shows an example of a plasma polymerization apparatus, in which an electrode 6 is provided opposite to the reaction chamber 2, and a substrate 8, which is a surface treatment object, is positioned between the electrodes. The reaction chamber 2 is maintained in a vacuum state by the pump 4, and a direct current high voltage or RF voltage is applied from the power supply unit 3 to the electrode 4 and introduced into the reaction chamber 2 from the gas supply unit 5. The source gas or reactive gas is changed into a plasma state.

플라즈마 중합막을 형성하는데 있어서 중요한 요소의 하나로 반응챔버에 도입되는 원료의 상태를 들 수 있다. 예를 들어, 원료가 가스 상이 아닌 액상이거나 분말 상태이면 플라즈마로 변화되는데 문제가 생길 수 있다. 또한, 원료 가스의 고른 분산이 어려워 기재 표면에 형성되는 중합막의 품질이 떨어질 수 있고, 반응챔버 내에 중합에 따른 오염 물질의 발생이 현저해진다.One important factor in forming the plasma polymerized film is the state of the raw material introduced into the reaction chamber. For example, if the raw material is in a liquid state or a powder state rather than a gas phase, there may be a problem in converting into a plasma. In addition, it is difficult to evenly disperse the raw material gas, so that the quality of the polymer film formed on the surface of the substrate may be deteriorated, and the generation of contaminants due to polymerization in the reaction chamber becomes remarkable.

따라서, 가스 공급부로부터 반응챔버로 유입되는 가스에 열을 가하여 고온으로 유지시켜 반응성을 높이는 방안이 제안되었다.Therefore, a method of increasing the reactivity by applying heat to the gas flowing into the reaction chamber from the gas supply unit to maintain a high temperature has been proposed.

도 1b를 참조하면, 두 가지 이상의 반응성 가스를 반응챔버로 보입하고자 하는 경우, 각각의 가스 저장용기(5a, 5b)로부터 가스들이 배관(7)을 통하여 이동하도록 구성된 가스 공급부를 볼 수 있다. 이 경우, 배관을 흐르는 가스가 고온으로 유지되어 반응성이 커지도록 배관의 일부분에 코일형 히터(9)를 설치하였다.Referring to FIG. 1B, when it is desired to add two or more reactive gases into the reaction chamber, a gas supply unit configured to move gases through the pipe 7 from each of the gas storage containers 5a and 5b may be seen. In this case, a coil heater 9 is provided in a part of the pipe so that the gas flowing through the pipe is kept at a high temperature and the reactivity is increased.

가스 공급부의 원료들이 기체상인 아닌 액상으로 존재할 경우, 반응챔버로 도입되기 이전에 완전하게 기화될 필요가 있다. 그러나, 기존의 가스 공급 시스템에서는 액상의 원료들을 효과적으로 기화시키지 못하여 플라즈마 중합처리 효율이 떨어지고, 형성된 중합 코팅막의 품질도 저하되는 문제가 있었다.If the raw materials of the gas supply are present in the liquid phase rather than in the gas phase, they need to be completely vaporized before being introduced into the reaction chamber. However, in the existing gas supply system, there is a problem that the efficiency of the plasma polymerization treatment is lowered because the raw materials in the liquid phase are not effectively vaporized, and the quality of the formed polymerization coating film is also reduced.

따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마 증합장치에 있어서, 원료 가스의 반응성을 향상시킬 수 있는 가스 공급 구조를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gas supply structure capable of improving the reactivity of source gas in a plasma deposition apparatus.

또한, 본 발명의 목적은 가스 공급 구조의 부피를 증가시키지 않고도 효과적으로 원료 가스의 반응성을 증가시키는데 있다.It is also an object of the present invention to effectively increase the reactivity of the source gas without increasing the volume of the gas supply structure.

특히, 본 발명의 목적은 액상의 원료를 반응챔버에 도입하기 전에 충분히 기체상으로 변화시킬 수 있는 가스 공급 구조를 제공하는 것이다.In particular, it is an object of the present invention to provide a gas supply structure capable of sufficiently converting a liquid raw material into a gas phase before introducing it into the reaction chamber.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 더욱 명확하게 제시될 것이다.Other objects and technical features of the present invention will be more clearly shown in the following detailed description.

본 발명에 따르면, 반응챔버에 가스를 공급하는 가스 공급 구조로서, 액상의 전구체를 수용하는 저장 용기와, 상기 전구체의 이동 통로인 배관과, 상기 배관 중에 설치되는 기화기를 포함하여 구성되며, 상기 기화기는 가스 입구부 및 가스 출구부가 형성되어 있는 열전도성 컨테이너와, 상기 컨테이너 내부에 설치되고 유체 이동 관통구가 형성되어 있는 하나 이상의 열전도성 구획벽과, 상기 컨테이너 외주면에 접촉하는 히터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조가 제공된다.According to the present invention, there is provided a gas supply structure for supplying gas to a reaction chamber, comprising a storage container for accommodating a liquid precursor, a pipe that is a movement passage of the precursor, and a vaporizer installed in the pipe, Is a thermally conductive container having a gas inlet and a gas outlet formed therein, at least one thermally conductive partition wall provided inside the container and having a fluid movement through hole formed therein, and a heater contacting the outer circumferential surface of the container. A gas supply structure of a plasma polymerization apparatus is provided.

상기 컨테이너 내부에 적어도 둘 이상의 구획벽이 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우 각각의 구획벽에는 서로 다른 위치에 유체 이동 관통구가 형성되는 것이 좋다.Preferably, at least two partition walls are formed in the container, and in this case, the fluid movement through holes may be formed at different positions in each partition wall.

또한, 상기 컨테이너가 둘 이상의 구획벽을 포함하는 경우, 서로 인접한 구획벽은 유체 이동 관통구의 수가 서로 다르도록 하는 것이 바람직하다. In addition, when the container includes two or more partition walls, it is preferable that the partition walls adjacent to each other have a different number of fluid movement through holes.

한편, 상기 컨테이너의 가스 입구부 근처에는 캐리어 가스 주입을 위한 별도의 입구부가 형성될 수 있다.Meanwhile, a separate inlet for carrier gas injection may be formed near the gas inlet of the container.

본 발명의 가스 공급 구조는 특히 반응챔버로 공급되는 가스가 저장용기에서 액상 물질로 존재할 때, 액상 물질을 효과적으로 증발시켜 반응성을 높인다. 따라서, 반응챔버에서 플라즈마 중합 내지는 기타 물리적, 화학적 반응이 원활하게 이루어질 수 있으며, 반응챔버, 가스 배관 등의 부품들에 오염이 발생되는 것을 방지할 수 있다.The gas supply structure of the present invention increases the reactivity by effectively evaporating the liquid material, especially when the gas supplied to the reaction chamber is present as a liquid material in the storage vessel. Therefore, plasma polymerization or other physical and chemical reactions may be performed smoothly in the reaction chamber, and contamination of components such as the reaction chamber and the gas pipe may be prevented.

이하, 도면을 참조하며 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 특징을 상세하게 설명한다.Hereinafter, features of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

플라즈마 중합장치Plasma polymerization apparatus

먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 중합장치의 전체적인 구성을 설명한다. First, referring to Figure 2, the overall configuration of the plasma polymerization apparatus according to the present invention will be described.

플라즈마 중합장치는 진공으로 유지되며 내부에 플라즈마가 형성될 수 있는 반응챔버와, 상기 반응챔버 내로 반응성 가스, 기상 전구체, 또는 캐리어 가스 등을 도입하는 가스 공급 시스템으로 이루어진다.The plasma polymerization apparatus is composed of a reaction chamber in which a plasma can be formed therein and maintained in a vacuum, and a gas supply system for introducing a reactive gas, a gaseous precursor, a carrier gas, or the like into the reaction chamber.

반응챔버(12)에는 챔버 내에 진공을 형성하기 위한 진공펌프(14)가 연결되어 있고, 상하 혹은 좌우 양면으로 설치된 전극(16) 사이로 중합 처리 대상인 기재(예를 들면, 금속 쉬트)(18)가 공급된다. 전원공급장치(13)로부터 상기 전극(16)에 전원이 인가되면, 반응챔버(12) 내부로 공급된 가스들이 상기 전극(16) 사이에서 플라즈마 상태로 변화된다. 플라즈마 상태의 가스들은 기재(18) 표면에 중합되어 화합물 박막이 코팅된다. A vacuum pump 14 for forming a vacuum in the chamber is connected to the reaction chamber 12, and a substrate (for example, a metal sheet) 18, which is a polymerization target, is disposed between the electrodes 16 disposed on both upper and lower sides, and on both sides. Supplied. When power is applied to the electrode 16 from the power supply device 13, the gases supplied into the reaction chamber 12 are changed into a plasma state between the electrodes 16. Gases in the plasma state are polymerized on the surface of the substrate 18 to coat the compound thin film.

반응챔버(12)에 공급되는 가스는 형성하려는 중합막의 특성에 따라 여러가지 종류가 사용될 수 있다. Gas supplied to the reaction chamber 12 may be used in various kinds depending on the characteristics of the polymer film to be formed.

예를 들어, 산소, 질소 등의 반응성 가스가 반응성 가스 봄베(20)로부터 밸브(22)를 거쳐 배관(60)을 통해 상기 반응챔버(12) 내로 도입된다. For example, reactive gases such as oxygen and nitrogen are introduced into the reaction chamber 12 from the reactive gas cylinder 20 through the valve 22 and through the pipe 60.

또한, 또 다른 반응성 가스로서, 가압부(32)에 의해 가압되고 있는 저장용기(30)내에 수용되어 있는 액체 상태의 전구체가 질량유량계(mass flow controller)(38)를 통해 압력차에 의해 기화기(40)로 도입되고, 기화기(40)를 거쳐 기화된 기상 전구체가 반응챔버(12)내로 도입된다. 34 및 36은 각각 밸브를 나타낸다.In addition, as another reactive gas, the liquid precursor contained in the storage container 30 pressurized by the pressurizing unit 32 is vaporized by a pressure difference through a mass flow controller 38. 40 is introduced, and vaporized gaseous precursor via vaporizer 40 is introduced into reaction chamber 12. 34 and 36 represent valves, respectively.

질량유량계(38)와 기화기(40) 사이의 배관(66)으로, 바람직하게는 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)가 될 수 있는 캐리어 가스가 도입되어 상기 기상 전구체가 반응챔버(12)내로 도입되는 것을 돕는다. 이들 캐리어 가스는 캐리어 가스 봄베(50)내에 수용되어 있고, 별도의 밸브(52)를 통해 배관(66) 내로 도입된다. In the piping 66 between the mass flow meter 38 and the vaporizer 40, a carrier gas, which may be helium (He), argon (Ar) or nitrogen (N 2 ), is introduced to react the gas phase precursor. Help to be introduced into the chamber 12. These carrier gases are housed in the carrier gas cylinder 50 and are introduced into the pipe 66 through separate valves 52.

기화기(40)는 액상 티타늄 전구체를 가열하여 기화시킬 수 있도록 히터 코일(42)이 주위를 감싸져 설치되는 구조를 갖는다. The vaporizer 40 has a structure in which the heater coil 42 is wrapped around the installation so as to vaporize the liquid titanium precursor by heating.

이와 같은 구조의 플라즈마 중합장치에서, 상기 반응챔버(12) 내부로 바람직하게는 공기나 산소(O2)가 될 수 있는 반응성 가스, 기상 전구체 (예를 들어, 티타늄 전구체 또는 실리콘 전구체) 및 캐리어 가스를 도입하여 플라즈마 중합 반응에 의해 기재(18)에 나노 플라즈마 코팅층을 형성할 수 있다.In the plasma polymerization apparatus having such a structure, a reactive gas, a gaseous precursor (for example, a titanium precursor or a silicon precursor) and a carrier gas, which may be air or oxygen (O 2 ), preferably into the reaction chamber 12. To form a nanoplasma coating layer on the substrate 18 by a plasma polymerization reaction.

기상 전구체의 반응챔버 내부로의 도입량은 상기 기화기(40)로 도입되는 상 기 액상 전구체, 예를 들어 티타늄 전구체로서, 액상 티타늄테트라이소프로폭사이드의 양을 조절함으로써 제어된다.The amount of gaseous precursor introduced into the reaction chamber is controlled by adjusting the amount of liquid titanium tetraisopropoxide as the liquid precursor, for example, titanium precursor, introduced into the vaporizer 40.

이때, 상기 반응성 가스, 기상 티타늄 전구체 및 캐리어 가스는 도면에 보인 바와 같이 반응챔버(12) 외부에서 합지되어 하나의 배관(60)을 통해 상기 반응챔버(12) 내부로 도입될 수도 있고, 아니면 별도의 배관을 통해 상기 반응챔버(12) 내부로 도입된 후, 반응챔버(12) 내부에서 하나의 배관으로 합지될 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 합지 배관(60)이 반응챔버(12)의 일측 구멍을 통해 도입되는 형상으로 나타나 있으나, 상기 배관(60)을 통해 도입되는 혼합 가스를 코팅되는 기재(18)의 직상 및 직하로 토출시키기 위해 바람직하게는 상기 배관(60)의 출구, 즉 가스 분출구(70)가 상기 시료(18)의 상,하면에 근접되어 형성되는 것이 좋다.In this case, the reactive gas, the gaseous titanium precursor and the carrier gas may be laminated outside the reaction chamber 12 and introduced into the reaction chamber 12 through a single pipe 60, as shown in the drawing, or separately. After being introduced into the reaction chamber 12 through the piping of, the reaction chamber 12 may be laminated in one pipe. As shown in FIG. 2, although the laminated pipe 60 is shown as being introduced through one side hole of the reaction chamber 12, the substrate 18 coated with the mixed gas introduced through the pipe 60 is provided. In order to discharge directly and directly below, it is preferable that the outlet of the pipe 60, that is, the gas ejection opening 70, is formed close to the upper and lower surfaces of the sample 18.

제2반응성 가스로서, 저온에서 응축이 쉬운 기상 전구체를 사용하는 경우, 상기 배관(60)이 상온으로 유지되면 배관(60) 내벽에 기상 전구체가 응축하기 때문에 이를 방지하기 위하여 상기 기상 전구체 가스가 흐르는 배관의 외벽에 열선(64)을 감아서 일정 온도 이상으로 유지시켜 주는 것이 좋다. 이것은 액상 전구체가 흐르는 영역의 배관(66)에서도 마찬가지이다. 상기 배관(66)의 외벽에도 열선(68)을 감아서 일정 온도 이상으로 유지시켜 배관(66) 내벽에 액상 전구체가 응축하는 것을 막는다.In the case of using a gaseous precursor that is easily condensed at a low temperature as the second reactive gas, the gaseous precursor gas flows to prevent the gaseous precursor from condensing on the inner wall of the pipe 60 when the pipe 60 is kept at room temperature. It is good to wrap the hot wire 64 on the outer wall of the pipe and keep it above a certain temperature. The same applies to the piping 66 in the region where the liquid precursor flows. The heating wire 68 is also wound around the outer wall of the pipe 66 and maintained at a predetermined temperature or more to prevent the liquid precursor from condensing on the inner wall of the pipe 66.

가스 공급 구조의 기화기 Carburetor of gas supply structure

본 발명에서는 상기와 같이 각각의 배관 외벽에 열선을 접촉시키는 것 이외 에도 기화기(40) 내에서 액상 전구체의 기화가 용이하도록 새로운 구조의 기화기를 제안하였다.In the present invention, a vaporizer having a new structure has been proposed to facilitate vaporization of the liquid precursor in the vaporizer 40 in addition to contacting the hot wire to the respective outer wall of the pipe as described above.

도 3을 참조하면, 기화기(40) 내부에 다단의 칸막이 형태의 구획벽(44a, 44b, 44c)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 상기 구획벽은 컨테이너 내부에 일정한 간격을 두고 설치되어 있으며, 각 구획벽에는 적어도 하나 이상의 통과공(45a, 45b, 45c)이 형성되어 있다. 상기 구획벽은 열전도성이 우수한 물질로 구성되는 것이 좋다. 상기 구획벽의 설치로 동일 부피의 기화기에서 열전달 면적을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 기화기 내부 온도를 균일하게 유지할 수 있으며, 기화기 내부의 유체 이동을 위한 유로를 길게 설계할 수 있어 액상 물질의 효과적인 기화를 보장한다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the partition walls 44a, 44b, 44c having a multi-stage partition type are formed inside the vaporizer 40. The partition walls are provided at regular intervals inside the container, and at least one through hole 45a, 45b, 45c is formed in each partition wall. The partition wall is preferably made of a material having excellent thermal conductivity. The installation of the partition wall not only increases the heat transfer area in the same volume of vaporizer, but also maintains the internal temperature of the vaporizer uniformly, and allows the design of a long flow path for fluid movement inside the vaporizer. To ensure.

컨테이너의 상부 및 하부에는 각각 유체의 이동을 위한 입구부(40a) 및 출구부(40b)가 형성되어 있으며, 각각에는 유입 배관(41a) 및 배출 배관(41b)이 연결되어 있다.The inlet part 40a and the outlet part 40b for the movement of a fluid are formed in the upper part and the lower part of the container, respectively, and the inlet pipe 41a and the discharge pipe 41b are connected, respectively.

컨테이너 외주면에서는 히터(42)가 접촉되어 있어 열전달이 가능하다. 상기 히터는 열전달 면적을 넓힐 수 있도록 컨테이너 외주면에 나선형을 설치될 수 있다. 상기 히터로부터 전달되는 열은 컨테이너 자체 뿐만 아니라 상기 각 구획벽(44a, 44b, 44c)에도 직접적으로 전달되어 기화기(40) 전체적으로 볼 때 열전달 면적이 크게 증가된다. 따라서, 액상 전구체가 기화기에 유입되어 다시 배출되는 동안 컨테이너의 내주면 뿐만 아니라 상기 구획벽(44a, 44b, 44c)과 접촉하면서 열전달을 받게 되어 기화 정도가 매우 상승한다.The heater 42 is in contact with the outer circumferential surface of the container to allow heat transfer. The heater may be provided with a spiral on the outer peripheral surface of the container to widen the heat transfer area. The heat transferred from the heater is directly transmitted to each partition wall 44a, 44b, 44c as well as the container itself, so that the heat transfer area is greatly increased as a whole of the vaporizer 40. Accordingly, while the liquid precursor is introduced into the vaporizer and discharged again, the liquid precursor is in contact with not only the inner circumferential surface of the container but also the partition walls 44a, 44b, and 44c to receive heat transfer, thereby greatly increasing the degree of vaporization.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이 각 구획벽에 형성되는 통과공(45a, 45b, 45c)의 위치를 달리함으로써 기화기 내부를 이동하는 유체, 즉 액상 전구체의 흐름을 교란시킨다. 이에 따라 액상 전구체가 컨테이너 내부에서 열전달에 따라 온도가 상승할 수 있는 가능성이 더욱 높아지며, 결국 액상 전구체의 기화 효율이 크게 증가한다.In particular, by changing the positions of the through holes 45a, 45b, 45c formed in each partition wall as shown in FIG. 3, the flow of fluid, ie, liquid precursor, moving inside the vaporizer is disturbed. Accordingly, the possibility that the temperature of the liquid precursor may increase due to heat transfer inside the container is increased, and thus, the vaporization efficiency of the liquid precursor is greatly increased.

또한, 상기 통과공(45a, 45b, 45c)의 개수를 각 구획벽 마다 달리하거나 적어도 인접하는 구획벽의 통과공 개수를 달리하여 기화기 내부를 흐르는 유체의 교란을 더욱 크게 할 수 있다. 결국, 열전달 효율의 상승을 가져오게 된다. In addition, the number of the through holes 45a, 45b, and 45c may be changed for each partition wall or at least the number of the through holes in the adjacent partition walls may further increase the disturbance of the fluid flowing in the vaporizer. As a result, the heat transfer efficiency is increased.

도 3에서는 기화기(40) 내에서 유체의 전체적인 흐름이 일방향, 즉 도면상에서 볼 때 상부에서 하부로 이동하는 흐름을 보이고 있다. 이와 달리 기화기 내의 유체 흐름을 변화시킬 수도 있을 것이다.In FIG. 3, the overall flow of the fluid in the vaporizer 40 is shown in one direction, that is, the flow from the top to the bottom when viewed in the drawing. Alternatively, the fluid flow in the vaporizer may be changed.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 중합장치의 가스 공급 시스템에서 기화기 구조의 다른 실시예로서, 기화기(40') 내부에서의 유체 흐름 방향이 지속적으로 변화하는 것을 볼 수 있다.4 is another embodiment of the vaporizer structure in the gas supply system of the plasma polymerization apparatus according to the present invention, it can be seen that the flow direction of the fluid flow in the vaporizer 40 'is continuously changed.

다단의 구획벽(46a, 46b)이 컨테이너 내부에 설치되어 있으며, 인접하는 구획벽의 끝단이 서로 반대쪽으로 오픈되어 있다. 따라서, 기화기에 유입된 유체는 반복적으로 지그재그 방식으로 컨테이너의 한쪽 끝(46a)과 다른 한쪽 끝(46b)을 계속 이동하면서 빠져나가게 된다. 따라서, 열전달 면적이 증가하며 유체가 컨테이너 내부에서 열전달에 따른 온도 상승 효율이 커진다.Multistage partition walls 46a and 46b are provided inside the container, and ends of adjacent partition walls are opened to the opposite sides. Accordingly, the fluid introduced into the vaporizer is repeatedly zigzag and exits while continuously moving one end 46a and the other end 46b of the container. Therefore, the heat transfer area is increased and the temperature rise efficiency due to heat transfer in the fluid inside the container is increased.

각 구획벽 간의 간격이 좁을 수록, 설치된 구획벽의 수가 많을 수록 열전달 면적이 증가하고 유체가 구획벽과 부딛히는 정도가 커지므로 열전달 효율도 커지게 될 것이다. The smaller the spacing between the partition walls and the greater the number of partition walls installed, the greater the heat transfer area and the greater the degree of fluid collision with the partition walls, thus the greater the heat transfer efficiency.

이와 같이, 기화기 내부의 열전달 면적을 증가시키고 기화기 내부를 이동하는 유체의 흐름을 교란시킴으로써 기화기에서 열전달 특성이 향상되면, 액상 전구체가 기화되지 않고 기화기 내부에 쌓이거나 배관 내부에 쌓여 배관이 막히는 것을 방지할 수 있다. As such, when the heat transfer characteristics of the vaporizer are improved by increasing the heat transfer area inside the vaporizer and disturbing the flow of the fluid moving inside the vaporizer, the liquid precursor is not vaporized, but accumulated inside the vaporizer or inside the pipe to prevent the pipe from being blocked. can do.

도 5는 또 다른 실시예로서 변형된 기화기 구조를 보이고 있다. 앞서 도 2에 도시된 바에 따르면, 캐리어 가스는 가스 봄베(50)로부터 배관(66)을 통해 기화기로 공급되는 액상 전구체와 만나게 되는데, 도 5의 기화기(40)에는 가스 주입부(41a) 인접 영역에 캐리어 가스 주입부(47)가 같이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 캐리어 가스가 기화기로 주입되면서 액상 전구체의 기화를 더욱 촉진시킬 수 있으며, 액상 전구체가 기화기(40) 내부의 복잡한 유로를 거치면서 기화되는 과정에서 유체 흐름을 더욱 원활하게 할 수 있다. 5 shows a modified vaporizer structure as another embodiment. As shown in FIG. 2, the carrier gas meets the liquid precursor supplied from the gas cylinder 50 to the vaporizer through the pipe 66, and the vaporizer 40 of FIG. 5 is adjacent to the gas injection portion 41a. It can be seen that the carrier gas injection portion 47 is formed in the same manner. As the carrier gas is injected into the vaporizer, the vaporization of the liquid precursor may be further promoted, and the fluid precursor may be more smoothly flowed in the process of vaporizing the liquid precursor through a complicated flow path inside the vaporizer 40.

플라즈마 중합 과정Plasma polymerization process

위와 같은 구조적인 특징을 갖는 플라즈마 중합장치를 사용한 구체적인 일례로서, 냉동공조용 열교환기 핀의 초친수성 코팅 과정을 설명한다. As a specific example using the plasma polymerization apparatus having the above structural features, it describes the super-hydrophilic coating process of the heat exchanger fin for refrigeration and air conditioning.

반응챔버(12) 내에 진공펌프(14)를 이용하여 일정 수준으로 (예를 들어 10-3 Torr) 진공을 형성한 후, 기재(18)로서 알루미늄 쉬트를 전극(16)과 일정한 거리(30 ~ 150 mm)로 유지시켰으며, 기화기(40)의 히터 코일(42)을 통전 가열(80℃ ~ 120℃)하여 액상의 전구체를 기상화시켰다. 배관(60, 66) 외벽에 감겨진 열선을 통전 가열(80℃ ~ 120℃)하여 티타늄 전구체가 배관 내벽에 응축하는 것을 방지하였다. 기상 전구체 가스와, 캐리어 가스 및 반응성 가스가 배관을 통해 반응챔버(12) 내부로 도입되어 금속 쉬트(8)의 직상 및 직하로 토출되었다.After forming a vacuum at a predetermined level (for example, 10 -3 Torr) using the vacuum pump 14 in the reaction chamber 12, the aluminum sheet as the substrate 18 is a constant distance (30 ~ ~) 150 mm), and the heater coil 42 of the vaporizer 40 was energized by heating (80 ° C to 120 ° C) to vaporize the liquid precursor. The heating wire wound on the outer walls of the pipes 60 and 66 was energized and heated (80 ° C to 120 ° C) to prevent the titanium precursor from condensing on the pipe inner wall. The gaseous precursor gas, the carrier gas and the reactive gas were introduced into the reaction chamber 12 through the piping and discharged directly above and below the metal sheet 8.

이때, 상기 기상 전구체 가스와 캐리어 가스는 3 : 1의 비율로 도입하였고, 상기 캐리어 가스와 반응성 가스(산소 또는 공기)는 1 : 3의 비율로 상기 반응챔버(12) 내부로 도입하였다.At this time, the gaseous precursor gas and the carrier gas were introduced at a ratio of 3: 1, and the carrier gas and the reactive gas (oxygen or air) were introduced into the reaction chamber 12 at a ratio of 1: 3.

주입된 가스에 의해 원하는 작업 진공도가 얻어졌을 때, 전원공급부(13)를 "ON" 시켜서 상기 배관(60)에 대하여 상기 기재(18)가 이동되면서 상기 전극(16) 사이에서 연속적으로 상기 혼합 가스들에 의한 플라즈마를 형성시켰다. 이에 따라, 금속 쉬트(6)의 양면 위에 초친수성 Ti-O-C 화합물 박막이 코팅되었다.When the desired working vacuum degree is obtained by the injected gas, the power supply unit 13 is turned "ON" to move the base material 18 with respect to the pipe 60 while continuously mixing the mixed gas between the electrodes 16. Plasma was formed. Thus, a superhydrophilic Ti-O-C compound thin film was coated on both surfaces of the metal sheet 6.

플라즈마 처리시 전류는 1.2A 900V였으며, 헬륨 혹은 아르곤 가스인 캐리어 가스의 유량은 800 sccm이었으며, 산소 또는 공기인 반응성 가스의 유량은 1500 sccm이었으며, 기상 전구체 가스의 유량은 1000 sccm이었으며, 플라즈마 처리시 챔버 내 진공도는 0.2 ~ 0.35 Torr로 유지되었다.In the plasma treatment, the current was 1.2 A 900 V, the flow rate of the carrier gas, which was helium or argon gas, was 800 sccm, the flow rate of the reactive gas, which was oxygen or air, was 1500 sccm, and the flow rate of the gaseous precursor gas was 1000 sccm. The vacuum in the chamber was maintained at 0.2-0.35 Torr.

초친수성 박막이 코팅되는 동안 액상 전구체는 기화기(40) 내에서 빠르게 기화가 일어났고, 기화기 내부에 액상 전구체가 잔류하거나 응축하는 일은 발생되지 않았다.While the superhydrophilic thin film was coated, the liquid precursor rapidly evaporated in the vaporizer 40, and no liquid precursor remained or condensed in the vaporizer.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반응챔버로 공급되는 가스의 응축을 방지할 수 있고, 액상 물질의 기화가 효과적으로 촉진되어 가스 공급 시스템의 배관이나 기화기 내부에 잔류물이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마 중합 효율을 향상시킬 수 있고, 형성된 중합막의 품질도 개선시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the condensation of the gas supplied to the reaction chamber, and to effectively promote the vaporization of the liquid material to suppress the occurrence of residues in the piping or the vaporizer of the gas supply system. Can be. Therefore, plasma polymerization efficiency can be improved and the quality of the formed polymer film can also be improved.

본 발명에 따른 가스 공급 시스템, 특히 액상 물질을 기화시키는 기화기는 플라즈마 중합장치 뿐만 아니라, 반응챔버에 가스상의 원료를 공급하는 다른 시스템, 예를 들어, 화학 기상 증착 장치, 물리 기상 장치 등에도 동일한 목적으로 적용될 수 있을 것이다.The gas supply system according to the present invention, in particular the vaporizer for vaporizing the liquid substance, has the same purpose not only for the plasma polymerization apparatus but also for other systems for supplying gaseous raw materials to the reaction chamber, for example, chemical vapor deposition apparatus, physical vapor deposition apparatus, and the like. Could be applied as

Claims (6)

반응챔버에 가스를 공급하는 가스 공급 구조로서,As a gas supply structure for supplying gas to the reaction chamber, 액상의 전구체를 수용하는 저장 용기와,A storage container for receiving a liquid precursor, 상기 전구체의 이동 통로인 배관과,A pipe that is a movement passage of the precursor, 상기 배관 중에 설치되는 기화기를 포함하여 구성되며,It is configured to include a vaporizer installed in the pipe, 상기 기화기는 가스 입구부 및 가스 출구부가 형성되어 있는 열전도성 컨테이너와, 상기 컨테이너 내부에 설치되고 유체 이동 관통구가 형성되어 있는 하나 이상의 열전도성 구획벽과, 상기 컨테이너 외주면에 접촉하는 히터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는The vaporizer includes a thermally conductive container having a gas inlet and a gas outlet, at least one thermally conductive partition wall provided inside the container and having a fluid movement through hole, and a heater contacting the outer peripheral surface of the container. Characterized in that 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조.Gas supply structure of the plasma polymerization apparatus. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너 내부에 적어도 둘 이상의 구획벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조.The gas supply structure of a plasma polymerization apparatus according to claim 1, wherein at least two partition walls are formed in the container. 제2항에 있어서, 각각의 구획벽에는 서로 다른 위치에 유체 이동 관통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조.3. The gas supply structure of a plasma polymerization apparatus according to claim 2, wherein each partition wall has a fluid movement through hole formed at a different position. 제2항에 있어서, 상기 둘 이상의 구획벽에서 서로 인접한 구획벽은 유체 이동 관통구의 수가 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조.3. The gas supply structure of a plasma polymerization apparatus according to claim 2, wherein the partition walls adjacent to each other in the two or more partition walls have different numbers of fluid movement through holes. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너의 가스 입구부 근처에 캐리어 가스 주입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조.The gas supply structure of a plasma polymerization apparatus according to claim 1, wherein a carrier gas injection portion is formed near a gas inlet portion of the container. 제1항에 있어서, 상기 히터는 상기 컨테이너 외주면 상에 나선형으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합장치의 가스 공급 구조.The gas supply structure of a plasma polymerization apparatus according to claim 1, wherein the heater is in helical contact with the outer circumferential surface of the container.
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