KR100593808B1 - 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한장치 및 방법 - Google Patents

입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온주입을 통해 휴대전화 케이스나 각종 전자제품 등과 같은 입체상 중합체(polymer)와 금속이온과의 결합력을 향상시키고 입체상 중합체 표면의 평활도를 유지시킨 후 수소가스와 같은 MO 소스(Metal Organic source)와 함께 주입되는 금속이온을 ECR(Electron Cyclotron Resonance)용 마그네틱의 마이크로파에 의해 미립화하여 바이폴라 펄스 음전압을 가해 입체상 중합체 표면에 증착함으로써 입체상 중합체의 고유물성에 영향을 주지 않으면서도 전자파 차폐를 위한 금속박막을 형성할 수 있으며, 금속박막의 박리 등과 같은 문제점을 해결할 수 있다.
바이폴라 펄스. 중합체. 입체. 금속박막.

Description

입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치 및 방법{Continuous surface-treating apparatus for three-dimensional shape polymer and continuous surface-treating method thereof}
도1은 본 발명에 의한 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치를 나타낸 개략도이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 입체상 중합체 10 : 전처리 챔버
11, 31, 61 : 로터리 펌프 12, 32, 62 : 터보 펌프
13, 33, 63 : 컨베이어 14 : 트레이
15, 37, 45, 52 : 분위기가스 공급원 16 : MFC
17 : 고주파전력 발생장치 18 : 매칭박스
19, 40, 47, 53 : 안테나 20, 55 : 그리드
21, 56 : 음전압 발생장치 22, 57, 58, 65 : 도어
23, 64 : 진공포트 30 : 처리 챔버
35, 43, 50 : 히터 36, 44, 51 : 버블러
38, 39 : 분배기 60 : 인출 챔버
본 발명은 전자파 차폐를 필요로 하는 전자제품 케이스 등과 같은 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 이온주입에 의한 전처리과정을 거친 입체상 중합체(polymer) 표면에 MO 소스(Metal Organic source)와 함께 주입되는 금속이온을 ECR(Electron Cyclotron Resonance)용 마그네틱의 마이크로파에 의해 미립화하여 증착할 수 있도록 하는 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에는 여러 형태의 중합체에 금속박막을 형성하는 방식으로 금속에 바이어스(bias)를 인가하여 형성되는 이온을 중합체에 스퍼터링(sputtering)하는 방식과 플라즈마(plasma)를 이용하여 금속을 기화시켜 증착하는 방식과 금속을 녹여 증착(evaporation)하는 방식 등이 실용화되고 있었다.
실용화된 종래기술 중 중합체에 금속을 증착하는 방법은 금속 이온화에 따른 수백 ??의 열을 방출하므로 모재인 중합체에 영향을 미쳐 중합체의 고유물성 변화로 인해 물성이 떨어지고, 고온의 열로 인해 형상 자체의 변형 등이 초래되고 있어 실용화에 문제가 일어나고 있다.
또한 박막을 형성할 때 중합체와 금속이온 사이의 결합력의 결여로 인해 다른 중금속 이온을 증착하여 접착력을 향상시킨 후 증착하려는 금속이온을 증착하여야만 증착이 가능하다. 하지만 이러한 공정을 거치더라도 이온화된 금속이온의 증착의 접착력이 떨어져 중합체와 금속이온이 쉽게 박리되며, 증착되는 금속이온의 두께가 두꺼워질수록 입자의 크기가 커지므로 중합체에서 쉽게 박리될 뿐만 아니라 금속박막에 크랙(crack)이 발생하는 등의 문제가 일어나고 있다.
또한 습식법에 의한 도금의 경우 도금되는 중합체가 한정되어 있고 이에 따른 중합체의 물성 저하, 변형 및 유해물질의 발생, 환경오염 등의 문제가 일어나고 있었다.
상기한 바와 같은 문제들을 해결하기 위한 본 발명은 중합체의 특성 및 종류에 관계없이 상온에서 화학증착이 쉽게 이루어지며 이온화된 금속이온의 입자크기가 매우 작아 중합체에 증착된 후에도 박리가 없으며, 공유결합에 의한 금속이온의 증착으로 중합체와의 접착력을 향상시켜 다른 중금속 이온층을 형성하지 않고도 중합체 표면에 증착된 금속이온의 박리 및 크랙이 일어나지 않도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 한정된 형태의 중합체에 대해 증착할 수 있는 습식법의 한계에서 벗어나 입체상 중합체에 금속박막을 형성함에도 불구하고 중합체의 고유물성을 그대로 유지하면서도 인체나 환경 등에 유해한 물질의 발생을 억제할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 장치는, 각 공정에 따라 개폐되어 입체상 중합체의 이송을 위한 경로를 제공하는 도어를 가지며, 입체상 중합체에의 이온주입과 금속박막 형성 및 처리과정을 마친 입체상 중합체를 외부로 인출하기 위한 공간으로 구획된 다수의 챔버와, 상기 각 챔버들의 내부압력을 이온주입과 금속박막 형성을 위한 압력으로 조절하는 로터리 펌프와 터보 펌프로 이루어진 압력 조절수단과, 트레이에 실린 입체상 중합체의 이송을 위한 다수의 컨베이어가 전처리 챔버의 전방과 각 챔버의 하단부 및 인출 챔버의 후방에 입체상 중합체의 진행방향을 따라 일직선으로 설치된 입체상 중합체 이송수단과, 상기 전처리 챔버와 처리 챔버에 플라즈마 형성을 위한 분위기가스를 공급하기 위한 분위기가스 공급원이 연결되고 상기 분위기가스의 공급경로에 공급되는 가스량을 조절하기 위한 조절수단이 장착된 분위기가스 공급수단과, 상기 전처리 챔버와 처리 챔버 내에 위치한 안테나에 플라즈마 형성을 위해 고주파 전력발생장치로부터 공급되는 고주파 전력을 매칭박스를 통해 공급하는 고주파전력 공급수단과, 상기 전처리 챔버 내의 입체상 중합체 이동경로에 근접되게 그리드가 설치되고 상기 그리드에 이온을 집속하기 위한 DC 펄스 음전압을 공급하는 음전압 발생장치가 접속된 이온주입수단과, 상기 분위기가스와 함께 히터에 의해 기화된 버블러의 MO 소스를 상기 처리 챔버에 공급하는 MO 소스 공급수단과, 상기 처리 챔버와 연결되고 상기 MO 소스를 치환시키기 위한 ECR 소스를 공급하는 ECR 소스 공급수단과, 상기 분위기가스와 함께 주입되는 MO 소스를 상기 ECR 소스와 고주파전력발생장치와 연결된 ECR용 마그네틱에서 발생되는 마이크로파에 의해 미세한 금속이온으로 치환시키는 ECR 발생수단 및 상기 컨베이어를 타고 처리 챔버로 이송된 트레이에 실린 입체상 중합체와 일정거리 이격되게 바이폴라 그리드가 배치되고, 상기 그리드에 상기 ECR 발생수단에 의해 형성된 금속이온을 집속시키기 위한 바이폴라 펄스 음전압을 공급하는 바이폴 라 펄스 음전압발생장치로 연결된 금속이온 증착수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 분위기가스 공급원이 MO 소스가 수용된 버블러(bubbler)를 경유 또는 통과(pass)해서 처리 챔버에 연결되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 처리 챔버 내의 안테나를 중심으로 MO 소스를 포함하는 분위기가스와 ECR 소스를 공급하기 위한 분배기가 이중으로 배치되고, 상기 안테나의 후방에는 ECR용 마그네틱이 설치되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 로터리 펌프와 터보 펌프를 챔버에 연결해 주는 경로에는 챔버의 내부압력에 따라 개폐되는 밸브가 장착되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 방법은, 고진공 플라즈마 상태에서 입체상 중합체의 이동경로와 일정간격을 두고 배치된 그리드에 DC 펄스 음전압을 가해 이온을 집속시켜 입체상 중합체의 표면에 이온을 주입하는 제1단계와, 상기 이온 주입된 입체상 중합체가 이송된 후 고진공 플라즈마 상태에서 분위기가스와 함께 주입되는 MO 소스를 ECR 마그네틱에 고주파 전력을 가해 미립화하는 제2단계와, 컨베이어를 타고 처리 챔버로 이송된 트레이에 실린 입체상 중합체와 일정간격을 두고 배치된 바이폴라 그리드에 바이폴라 펄스 음전압을 가해 금속이온을 집속시켜 입체상 중합체 표면에 금속박막을 형성하기 위한 금속이온을 증착하는 제3단계 및 상기 금속박막이 형성된 입체상 중합체를 외부로 인출하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 트레이에 실린 입체상 중합체는 각 챔버에서 해당 공 정이 완료될 때마다 각 도어가 열림과 동시에 컨베이어를 타고 다음 공정이 이루어지는 챔버로 이송되면서 입체상 중합체의 이온주입 및 금속박막 형성이 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 MO 소스는 구리, 니켈, 금, 알루미늄, 은, SnOx, In2O2, ITO 중 선택된 하나인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 분위기가스는 아르곤가스이고, 상기 ECR 소스는 수소가스인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도1을 참조하면, 본 발명에 의한 장치는 이온주입에 의한 입체상 중합체(1)의 전처리과정이 이루어지는 전처리 챔버(10)와 입체상 중합체(1) 표면에 금속이온을 증착하기 위한 처리 챔버(30) 및 전처리 챔버(10)와 처리 챔버(30)에서의 처리과정을 마친 입체상 중합체(1)를 외부로 인출하기 위한 인출 챔버(60) 등을 갖는다. 물론, 각 챔버(10)(30)(60)들은 밀폐된 상태가 유지된다. 상기 전처리 챔버(10)의 일측에는 입체상 중합체(1)를 내입하기 위한 도어(22)가 설치되고, 인출 챔버(60)의 일측에는 처리과정을 마친 입체상 중합체(1)를 외부로 인출하기 위한 도어(65)가 설치되어 있다. 그리고 전처리 챔버(10)와 처리 챔버(30) 사이 및 처리 챔버(30)와 인출 챔버(60) 사이에도 도어(57)(58)가 설치되어 있는데, 이들 도어(22)(57)(58)(65)들은 도시되지 않은 공압 혹은 유압 실린더에 의해 개폐되며, 이온주입 및 금속박막의 형성이 이루어지는 중에는 닫힌 상태를 유지한다.
특히 이온주입과정과 금속박막의 형성과정 및 입체상 중합체(1)를 외부로 인출하는 과정이 동시에 이루어질 수 있도록 각 도어(22)(57)(58)(65)가 동시에 개폐되는 것이 바람직하다.
상기 전처리 챔버(10)와 처리 챔버(30) 및 인출 챔버(60)에는 각각 로터리 펌프(rotary pump)(11)(31)(61)와 터보 펌프(turbo pump)(12)(32)(62)가 연결되어 있으며, 이 로터리 펌프(11)(31)(61)와 터보 펌프(12)(32)(62)는 전처리 챔버(10)와 처리 챔버(30) 및 인출 챔버(60)의 내부압력에 따라 자동 혹은 수동으로 개폐되는 도시되지 않은 스로틀 밸브(throttle valve)를 가지며, 이 스로틀 밸브의 개폐로 각 챔버(10)(30)(60)의 내부압력을 이온주입이나 금속박막의 형성에 적합한 압력으로 조절할 수 있다.
여기서, 전처리 챔버(10)와 인출 챔버(64)에는 금속박막을 형성하기 위한 공정시간을 최소화하기 위해 최단 시간 내에 챔버(10)(60) 내부의 고진공상태를 대기압 상태로 변환하기 위한 진공 포트(23)(64)가 구비되어 있다.
상기 챔버(10)(30)(60)들의 바닥과 전처리 챔버(10)의 전방 및 인출 챔버(60)의 후방에는 입체상 중합체(1)가 실린 트레이(14)를 이송하기 위한 컨베이어(13)(33)(63)가 근접되게 설치되어 있는데, 이는 이온주입이나 금속박막의 형성이 이루어지지 않는 동안 구동되어 입체상 중합체(1)가 실린 트레이(14)를 외부로부터 전처리 챔버(10) 내부로, 전처리 챔버(10)나 처리 챔버(30)로부터 처리 챔버(30)나 인출 챔버(60)로 혹은 인출 챔버(60)로부터 외부로 이송시키기 역할을 한다. 여기서 트레이(14)는 상부에 금속박막을 형성하기 위한 입체상 중합체를 장 착하기 위한 형태의 홈을 가지는 것이 바람직하다.
상기 전처리 챔버(10)에는 플라즈마 형성을 위해 아르곤(Ar)가스와 같은 분위기가스를 공급하기 위한 분위기가스 공급원(15)이 연결되어 있다. 이때 분위기가스는 분위기가스 공급원(15)과 전처리 챔버(10) 사이에 장착되어 있는 MFC(Mass Flow Controller)(16)에 의해 10 내지 750 sccm의 양으로 전처리 챔버(10) 내로 주입된다.
또한, 전처리 챔버(10)에는 고주파전력발생장치(17)와 매칭박스(18) 및 안테나(19)가 구비되어 있는데, 이들은 플라즈마 형성을 위해 전처리 챔버(10) 내에 위치하고 있는 안테나(19)에 고주파 전력을 공급하기 위한 것이다.
그리고 전처리 챔버(10)에는 전처리 챔버(10) 내에 위치하고 있는 스테인레스 스틸 재질의 그리드(20)에 DC 펄스 음전압을 공급하기 위한 음전압 발생장치(21)가 연결되어 있다. 이때 DC 펄스 음전압이 가해지는 그리드(20)는 도면에 도시한 바와 같이 트레이(14)에 안착된 입체상 중합체(1) 표면에 이온주입을 위해 입체상 중합체(1)의 근접되게 배치되고 있다. 물론 각 챔버(10)(30)(60)들은 절연(insulation)상태를 유지하고 있고 이에 양극의 바이어스가 인가되어 있다. 특히 전처리 챔버(10) 내에 존재하는 이온들이 그리드(20)에 가해지는 DC 펄스 음전압에 의해 집속되어 입체상 중합체(1)의 한쪽 면에 주입될 수 있도록 입체상 중합체(1)의 윗면과 일정간격을 두고 배치되어 있다.
또한 금속박막이 형성되는 처리 챔버(30)에는 아르곤 가스와 같은 분위기가스를 공급하기 위한 다수의 분위기가스 공급원(37)(45)(52)이 연결되어 있는데, 이는 MO 소스(metal organic source)를 수용되어 있는 버블러(bubbler)(36)(44)(51)를 경유 또는 패스(pass)해서 연결될 수 있도록 구성되어 있으며, MO 소스와 분위기가스가 주입되는 처리 챔버(30) 내부에는 이들이 넓은 공간에 고르게 주입될 수 있도록 분배기(38)가 설치되어 있다. 물론, 버블러(36)(44)(51)의 일측에 버블러(36)(44)(51)에 저장된 MO 소스를 가열하여 기화시키기 위한 히터(35)(43)(50)가 장착되어 있음은 당연하다.
또한 처리 챔버(30)에는 수소와 같은 ECR 소스를 공급하기 위한 ECR 소스 공급원이 연결되어 있으며, 이 ECR 소스 역시 처리 챔버(30) 내에 상기 분배기(38)와 인접되게 설치된 분배기(39를 통해 주입되므로 넓은 공간에 고르게 주입되어 MO 소스의 활발한 치환을 유도한다.
상기 기화된 금속입자를 포함하는 분위기가스와 ECR 소스를 처리 챔버(30)로 이송하는 경로에는 분위기가스와 ECR 소스의 주입량을 조절하기 위한 별도의 MFC(Mass Flow Controller)가 장착되어 있어, 분위기가스는 10 내지 750 sccm의 양으로 그리고 MO 소스는 1.3 내지 3.5 mTorr의 압력으로 주입된다.
또한 MO 소스와 ECR 소스가 주입되는 분배기(38)(39)의 중앙에는 플라즈마 형성을 위한 안테나(40)(47)(53)가 장착되고, 분배기(38)(39)의 후방에는 자기공명에 의한 마이크로파 형성을 위한 ECR용 마그네틱(41)(48)(54)이 장착되어 있고, 상기 안테나(40)(47)(53)와 ECR용 마그네틱(41)(48)(54)에는 도시되지 않은 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파전력발생장치와 매칭박스 등이 연결되어 있다. 여기서, ECR용 마그네틱(40)(47)(53)에 공급되는 고전력은 300 내지 1,500 W와 60 Hz의 주파수 특 성을 갖는다.
그리고 처리 챔버(30)의 하단에 위치한 트레이(33)의 상부에는 일정간격을 두고 스테인레스 스틸 재질의 그리드(55)가 설치되어 있는데, 이는 처리 챔버(30) 내에 존재하는 금속이온을 하단부로 집속시키기 위한 것으로서 이 그리드(55)에는 -500 내지 -5 KV의 바이폴라 펄스 음전압을 공급하기 위한 음전압 발생장치(56)가 연결되어 있다.
상기한 도1에 의해 입체상 중합체에 금속박막이 형성되는 과정을 설명한다.
먼저, 도어(22)가 열린 상태에서 트레이(14)에 실린 다수의 입체상 중합체(1)가 외부의 컨베이어와 전처리 챔버(10) 내의 컨베이어(13)를 타고 전처리 챔버(10) 내로 이송된다. 물론, 금속박막을 형성하고자 하는 입체상 중합체(1)의 상면이 위쪽을 향하도록 트레이(14)에 배치되는 것은 당연하다.
여기서, 피가공물인 입체상 중합체(1)로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌 비닐아세테이트(EVA), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체(ABS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌설피드(PPS), (폴리에틸렌 나프타레이트)PEN, 폴리에테르에테르캐톤(PEEK), 폴리에테르이미드수지(PEI), 폴리이미드(PI), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO), 변성 폴리설폰(MPSU ; Modified polysulfone), 변성 폴리에테르(MPES ; Modified polymer), 폴리아세탈(POM) 등이 될 수 있다.
이렇게 입체상 중합체(1)가 전처리 챔버(10) 내에 이송된 후 전처리 챔버(10)의 로 터리 펌프(11)와 터보 펌프(12)의 구동으로 전처리 챔버(10)의 내부압력이 10-3 Torr로 조절된다. 여기서 전처리 챔버(10)와 처리 챔버(30) 그리고 인출 챔버(60)가 도어(57)(58)에 의해 밀폐된 상태로 구획되어 있어, 로터리 펌프(11)(31)(61)와 터보 펌프(12)(32)(62) 그리고 각 펌프(11)(12)(31)(32)(61)(62)와 각 챔버(10)(30)(60)를 연결하는 경로에 위치하고 있는 스로틀 밸브의 선택적인 구동으로 각 챔버(10)(30)(60)의 내부압력을 이온주입과 금속박막 형성에 적절한 압력으로 조절할 수 있다.
특히 로터리 펌프(11)(31)(61)는 저진공상태를 그리고 터보 펌프(12)(32)(62)는 고진공상태를 형성하기 위한 것으로서 각 챔버(10)(30)(60)의 내부압력을 인식할 수 있는 도시되지 않은 제어수단에 의해 각 펌프(11)(12)(31)(32)(61)(62)와 스로틀 밸브(throttle valve)가 선택적으로 구동되어 각 챔버(10)(30)(60)들의 내부압력이 이온주입이나 금속박막 형성 등에 적합한 압력으로 미세한 범위까지 조절된다.
위와 같이 전처리 챔버(10) 내에 고진공을 형성한 후 MFC(16)를 구동시켜 분위기가스 공급원(15)에 수용된 아르곤가스와 같은 분위기가스를 전처리 챔버(10) 내로 10 내지 750 sccm의 양으로 주입하면서 플라즈마 형성을 위해 고주파전력발생장치(17)와 매칭박스(matching box)(18)로부터 공급되는 100W∼1KW의 고주파 전력을 안테나(19)에 공급한다.
전처리 챔버(10)에 플라즈마가 형성된 상태에서, 입체상 중합체(1)에 이온주입을 위해 트레이(14)에 실린 입체상 중합체(1)와 일정거리 이격된 그리드(20)에 음전압 발생장치(21)로부터 공급되는 DC 펄스 음전압이 가해지는데, 이 DC 펄스 음전압은 펄스전압이 -10 KV이고 펄스-오프전압이 -5 KV이며 고전압 펄스폭은 20 ㎲이며 펄스 주파수는 15 KHz이다.
따라서 전처리 과정을 통해 입체상 중합체(1)의 상면에 이온주입이 이루어지므로 오염된 이물질이나 입체상 중합체 표면에 존재하는 이물질이 제거됨과 동시에 입체상 중합체 표면에 극성기가 주어져 처리 챔버(30)에서 금속박막을 형성할 때 입체상 중합체와 금속이온과의 결합력이 향상되고, 입체상 중합체 표면의 평활도가 유지될 수 있다.
전처리 챔버(10)에서 이온주입과정을 마친 입체상 중합체(1)는 도어(57)가 열린 상태에서 컨베이어(13)(33)를 타고 트레이(tray)(14)에 실린 상태로 처리 챔버(30)로 이송된다.
이 경우 도어(57) 뿐만 아니라 도어(22)(58)(65)들까지 모두 열리고 모든 컨베이어(13)(33)(63)가 작동되어, 외부로부터 트레이에 실린 새로운 입체상 중합체가 전처리 챔버(10)로 이송되고, 이온주입을 마친 입체상 중합체가 트레이에 실린 상태로 인출 챔버(60)로 이송되며, 인출 챔버(60)에서 대기중인 트레이에 실린 모든 과정을 마친 입체상 중합체가 외부로 이송된다. 따라서 입체상 중합체에 금속박막을 형성하기 위한 전 과정이 전처리 챔버(10)와 처리 챔버(30) 및 인출 챔버(60)에서 동시에 연속적으로 이루어질 수 있다.
트레이(14)에 실린 입체상 중합체(1)가 컨베이어(13)(33)를 타고 처리 챔버(30)에 이송되면, 도어(57)가 닫히고 로터리 펌프(31)와 터보 펌프(32)의 구동으로 처리 챔버(30) 내부에 10-4 Torr의 고진공이 형성된다. 물론, 상기한 고진공상태에서 공정이 이루어지는 것은 아니다. 고진공 상태의 처리 챔버(30)에 분위기가스와 함께 기화된 구리, 알루미늄, 금, 니켈, 은, SnOx, In2O2, ITO 등과 같은 MO 소스와 수소가스와 같은 ECR 소스가 주입되어 처리 챔버(30)의 내부압력은 1.2 내지 2.3 Torr로 형성된다.
즉, 입체상 중합체(1)에 금속박막을 형성하기 위해 버블러(bubbler)(36)(44)(51)에 수용된 MO 소스(Metal Organic source)가 히터(35)(43)(50)에 의해 기화되어 아르곤가스와 함께 처리 챔버(30)로 유입됨과 동시에 ECR 소스인 수소가스도 유입된다. 상기 MO 소스가 구리(Cu2)인 경우 아르곤가스는 10 내지 750 sccm의 양으로 그리고 수소가스는 10 내지 1,000 sccm의 양으로 유입되며, MO 소스는 1.3 내지 3.5 mTorr의 증기압으로 주입되는 것이 바람직하다.
물론 금속박막이 형성되지 않는 초기에는 분위기가스 공급원(37)(45)(52)이 버블러(36)(44)(51)를 경유하지 않고 도시되지 않은 바이패스 경로를 통해 곧바로 처리 챔버(30)에 연결된 상태를 유지하고 있어, 아르곤가스만이 처리 챔버(30)에 유입되고 금속입자는 유입되지 않는다.
여기서, 수소가스와 아르곤가스가 유입되는 두 개의 분배기(38)(39)가 처리 챔버(30) 내에 서로 인접된 상태로 설치되어 있어, 아르곤가스와 함께 유입되는 금속입자가 수소가스에 의해 보다 활발하게 금속이온으로 치환될 수 있다.
이렇게 처리 챔버(30), 즉 플라즈마 챔버에 아르곤가스와 수소가스가 유입되는 중 에 도시되지 않은 고주파전력발생장치와 매칭박스로부터 공급되는 고주파 전력이 안테나(40)(47)(53)에 공급됨에 따라 처리 챔버(30) 내에 플라즈마가 형성된다. 또한 300 내지 1,500 W 및 60 Hz의 특성을 가지는 고주파전력발생장치의 고주파 전력이 공급되는 ECR용 마그네틱(41)(48)(54)으로부터 발생되는 마이크로파(micro wave)에 의해 금속입자는 10 내지 90 nm 입자 크기로 이온화된다.
이렇게 처리 챔버(30) 내에 금속이온을 포함하는 플라즈마 환경이 조성된 상태에서, 바이폴라 펄스 음전압 발생장치(56)로부터 공급되는 바이폴라 펄스(bipolar pulse)가 바이폴라 그리드(bipolar grid)(55)에 인가됨에 따라 처리 챔버(30) 내에 확산되어 있던 금속이온이 바이폴라 그리드(55) 쪽으로 집속되면서 바이폴라 그리드(55)와 근접되게 배치된 입체상 중합체(1) 표면에 증착된다.
이렇게 금속박막이 형성된 입체상 중합체(1)는 처리 챔버(30)에서의 공정이 완료됨과 동시에 열린 도어(58)를 통해 트레이(14)에 실린 상태로 컨베이어(33)(63)를 타고 인출 챔버(60)로 이송되었다 다시 도어(65)가 열렸을 때 컨베이어(63)를 타고 외부로 인출된다.
위에서는 전처리 챔버(10)에서의 이온주입과 처리 챔버(30)에서의 금속박막 형성 및 인출 챔버(60)를 통한 외부로의 인출 과정을 독립적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 트레이에 실린 입체상 중합체가 하나의 공정이 끝날 때마다 컨베이어를 타고 각 챔버로 이송되고 각 챔버는 이온주입이나 금속박막 형성 및 외부로의 인출 등의 과정을 동시에 수행함으로써 입체상 중합체에 연속적으로 금속박막을 형성할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치 및 방법에 의하면,
1) 본 발명은 중합체의 특성 및 종류에 관계없이 상온에서 화학증착이 쉽게 이루어지며 이온화된 금속이온의 입자크기가 매우 작아 중합체의 증착에 의한 박리가 없으며, 공유결합에 의한 금속이온의 증착으로 중합체와의 접착력을 향상시켜 다른 중금속 이온층을 형성하지 않고도 증착된 금속이온의 박리 및 크랙이 일어나지 않는다.
2) 본 발명은 한정된 중합체에 대해 증착할 수 있는 습식법의 한계에서 벗어나 입체상 중합체에 금속박막을 형성함에도 불구하고 중합체의 특성 및 종류에 관계없이 중합체의 고유물성을 그대로 유지하면서도 인체나 환경 등에 유해한 물질의 발생을 억제할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 각 공정에 따라 개폐되어 입체상 중합체의 이송을 위한 경로를 제공하는 도어를 가지며, 입체상 중합체에의 이온주입과 금속박막 형성 및 처리과정을 마친 입체상 중합체를 외부로 인출하기 위한 공간으로 구획된 다수의 챔버;
    상기 각 챔버들의 내부압력을 이온주입과 금속박막 형성을 위한 압력으로 조절하는 로터리 펌프와 터보 펌프로 이루어진 압력 조절수단;
    트레이에 실린 입체상 중합체의 이송을 위한 다수의 컨베이어가 전처리 챔버의 전방과 각 챔버의 하단부 및 인출 챔버의 후방에 입체상 중합체의 진행방향을 따라 일직선으로 설치된 입체상 중합체 이송수단;
    상기 전처리 챔버와 처리 챔버에 플라즈마 형성을 위한 분위기가스를 공급하기 위한 분위기가스 공급원이 연결되고 상기 분위기가스의 공급경로에 공급되는 가스량을 조절하기 위한 조절수단이 장착된 분위기가스 공급수단;
    상기 전처리 챔버와 처리 챔버 내에 위치한 안테나에 플라즈마 형성을 위해 고주파 전력발생장치로부터 공급되는 고주파 전력을 매칭박스를 통해 공급하는 고주파전력 공급수단;
    상기 전처리 챔버 내의 입체상 중합체 이동경로에 근접되게 그리드가 설치되고 상기 그리드에 이온을 집속하기 위한 DC 펄스 음전압을 공급하는 음전압 발생장치가 접속된 이온주입수단;
    상기 분위기가스와 함께 히터에 의해 기화된 버블러의 MO 소스를 상기 처리 챔버에 공급하는 MO 소스 공급수단;
    상기 처리 챔버와 연결되고 상기 MO 소스를 치환시키기 위한 ECR 소스를 공급하는 ECR 소스 공급수단;
    상기 분위기가스와 함께 주입되는 MO 소스를 상기 ECR 소스와 고주파전력발생장치와 연결된 ECR용 마그네틱에서 발생되는 마이크로파에 의해 미세한 금속이온으로 치환시키는 ECR 발생수단; 및
    상기 컨베이어를 타고 처리 챔버로 이송된 트레이에 실린 입체상 중합체와 일정거리 이격되게 바이폴라 그리드가 배치되고, 상기 그리드에 상기 ECR 발생수단에 의해 형성된 금속이온을 집속시키기 위한 바이폴라 펄스 음전압을 공급하는 바이폴라 펄스 음전압발생장치로 연결된 금속이온 증착수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분위기가스 공급원이 MO 소스가 수용된 버블러(bubbler)를 경유 또는 통과(pass)해서 처리 챔버에 연결되는 것을 특징으로 하는 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버 내의 안테나를 중심으로 MO 소스를 포함하는 분위기가스와 ECR 소 스를 공급하기 위한 분배기가 이중으로 배치되고, 상기 안테나의 후방에는 ECR용 마그네틱이 설치되는 것을 특징으로 하는 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로터리 펌프와 터보 펌프를 챔버에 연결해 주는 경로에는 챔버의 내부압력에 따라 개폐되는 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 ECR 소스는 수소가스인 것을 특징으로 하는 입체상 중합체에 금속박막을 연속적으로 형성하기 위한 장치.
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