KR100653939B1

KR100653939B1 - 클러스터 이온 증착 공정을 이용한 코팅 방법, 그 코팅방법을 이용한 코팅 장치 및 그 코팅 방법에 의한 결과물

Info

Publication number: KR100653939B1
Application number: KR1020040086130A
Authority: KR
Inventors: 강호욱
Original assignee: 주식회사 씨엔텍
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-12-04
Also published as: KR20050040754A

Abstract

연속적으로 공급되는 피처리 대상물의 표면에 소스 물질을 증착하는 코팅 방법, 이 방법을 이용하는 코팅 장치 및 그 증착품이 개시된다. 본 발명에 따른 코팅 방법에서는 먼저 스퍼터법 또는 플라즈마 스퍼터법을 사용하여 소스 물질로 형성된 고체 타겟으로부터 소스 물질의 분자 및 분자 이온의 증기를 발생시킨다. 그리고, 발생된 분자 및 분자 이온의 증기를 집합시킴으로써 소정의 크기를 갖는 분자 이온의 클러스터를 형성한다. 그리고, 형성된 클러스터를 가속시켜서 피처리 대상물의 표면에 클러스터를 분사함으로써, 소스 물질의 클러스터로 이루어진 코팅막을 형성한다.

이온 소스, 코팅, 클러스터, 증착, 항균

Description

클러스터 이온 증착 공정을 이용한 코팅 방법, 그 코팅 방법을 이용한 코팅 장치 및 그 코팅 방법에 의한 결과물{Coating method using a deposition process of a cluster of ions, coating equipment using the coating method and a product manufactured by the coating method}

도 1은 종래 기술에 따른 이온 스퍼터링 장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 이온의 롤 코팅 장치의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.

도 3은 도 2의 구성 요소인 클러스터 빔 분사 수단의 구성 및 동작을 설명하기 위한 구성도이다.

도 4a는 하이브리드 클러스터 빔 소스 장치를 보여주는 사진이다.

도 4b는 하이브리드 클러스터 빔 소스 장치의 내부 구성을 보여주는 해부도이다.

본 발명은 피처리 대상물을 얇게 코팅하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으 로, 보다 구체적으로는 부직포, 종이 또는 천 등에 원하는 특성을 가진 물질을 균일하게 코팅할 수 있는 방법과 장치 그리고 상기 방법이나 장치에 의한 결과물에 관한 것이다.

최근, 환경 오염의 심화 및 생활 수준의 향상 등으로 인하여, 사람들 사이에서 건강에 대한 관심이 폭발적으로 증가하고 있다. 이러한 추세에 맞추어서 에어콘을 비롯한 각종 공기 조화기에 공기 청정 기능이 필수적으로 부가되고 있으며, 바이오 기능이 내장된 정수기 등이 등장하고 있다. 그리고, 항균 및/또는 탈취 등과 같은 효과가 있는 탈취제 또는 각종 기능성 의류가 생산되고 있을 뿐만이 아니라 전자파 차단 기능을 가진 직물 등이 각종 전자 기기에 사용되고 있다. 공기 정화, 정수, 항균 및/또는 탈취와 같은 기능을 달성하기 위한 방법 중에서 한 가지 방법은, 공기 조화기나 정수기의 필터 등에 사용되는 부직포, 기능성 의류 등의 소재가 되는 섬유 그리고 ITO(Indium Tin Oxide) 필름과 같은 기능성 필름 등에 은과 같은 금속 물질, 황토, 맥반석 또는 옥과 같은 특수한 효능을 나타내는 물질을 코팅하여 사용하는 것이다.

부직포, 섬유 및 필름 등의 피처리 대상물에 은 등을 코팅하는 대표적인 방법으로서 전기분해에 의한 무전해 도금법이 있다. 그러나, 무전해 도금법은 백금 촉매나 도금 약품을 사용하므로 생간 원가가 높을 뿐만이 아니라 환경 오염의 염려가 있다. 그리고, 무전해 도금법은 코팅막을 형성할 수 있는 재료가 전기 도금이 가능한 물질에 한정되기 때문에 코팅 재료가 제한적이며, 코팅막의 두께를 정확하게 제어할 수 없다. 뿐만 아니라, 장기간 도금할 경우에는 코팅막 두께가 점점 얇 아지거나 동일한 코팅막을 형성하는데 더 시간이 소요되기 단점도 있다.

상기한 무전해 도금법의 문제를 해결하기 위하여 제안된 한 가지 방법은 독수리삼색 주식회사에 의하여 2000년 4월 7일에 출원된 대한민국 공개특허공보 제2001-0094848호, "직물 표면의 도금 형성용 이온 스퍼터링 장치"에 개시되어 있다. 도 1에는 상기 공개특허공보에 도시된 이온 스퍼터링 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 이온 스퍼터링 장치(100)는 직물 공급부(111), 스퍼터링부(121) 및 직물 권취부(131)를 포함한다. 직물 공급부(111)의 공급 롤러(112)에서 직물(113)이 공급되며, 타겟(124) 물질이 도금된 직물(113)은 직물 권취부(131)의 권취 롤러(132)에 의하여 회수되며, 직물(113)의 공급 속도는 속도 감지 센서(115)에 의하여 감지되고 제어된다.

이와 같은 이온 스퍼터링 장치(100)에서는 직물(113)이 연속적으로 공급되는 도중에 스퍼터링부(121)에서 직물(113)의 일면 또는 양면에 코팅이 이루어진다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 스터터링부(121)에서는 타겟부(123)에 인가된 고전압에 의하여 아르곤 가스와 같은 가스가 플라즈마화되고, 플라즈마 상태의 아르곤 가스가 타겟 홀더(125)에 고정되어 있는 타겟(124)의 표면을 스퍼터한다. 그리고, 이러한 플라즈마 가스의 스퍼터링 작용에 의하여 타겟(124) 입자가 타겟(124)으로부터 이탈되며, 이송되고 있는 직물(113)의 표면에 이탈된 타겟 입자가 증착됨으로써 코팅이 이루어진다. 상기 코팅이 진행되는 동안에는 1개 이상의 진공 펌프(122)에 의하여 스퍼터링부(121)의 내부가 진공 상태로 유지된다.

상기한 이온 스퍼터링 장치(100)를 사용하면 저렴한 비용으로 직물의 표면에 장시간 동안 일정한 두께의 코팅을 형성할 수 있을 뿐만이 아니라 코팅 물질에도 특별한 제한이 없기 때문에 다양한 물질을 코팅할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 스퍼터링부(121)를 2군데 이상 설치함으로써 2가지 이상의 물질을 순차적으로 코팅할 수도 있다.

하지만, 상기한 이온 스퍼터링 장치(100)를 이용하면 도금 즉 코팅막을 직물(113) 전체에 균일한 두께로 형성할 수가 없으며, 코팅막의 두께를 자유롭게 제어할 수 없는 단점이 있다. 왜냐하면, 플라즈마 상태의 아르곤 가스에 의하여 타겟(124)이 스퍼터되면 이탈된 타겟(124) 입자가 그대로 직물(113)에 도달되기 때문에, 직물(113)의 표면에 증착되는 타겟 입자의 크기 및/두께가 위치에 따라서 일정하지 않기 때문이다. 따라서, 종래 기술에 의하면, 특정한 크기의 클러스터 이온만을 피처리 대상물에 코팅할 수 없을 뿐만이 아니라 그 결과 피코팅 물질에 증착되는 코팅막의 두께도 자유롭게 제어할 수가 없다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 피처리 대상물 전체에 대하여 균일한 코팅막을 형성할 수 있는 코팅 방법, 그 방법을 이용하는 코팅 장치 및 상기 방법에 의한 결과물을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 피처리 대상물에 형성되는 코팅막의 클러스터 크기 및 두께를 정밀하게 제어할 수 있는 코팅 방법, 그 방법을 이용하는 코팅 장치 및 상기 방법에 의한 결과물을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 방법은 연속적으로 공급되는 피처리 대상물 예컨대, 부직포, 종이, 직물 또는 필름 등의 표면에 소스 물질을 증착하는 코팅 방법으로서, 먼저 스퍼터법을 사용하여 상기 소스 물질로 형성된 고체 타겟으로부터 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온을 발생시킨다. 그리고, 상기 분자 및 분자 이온을 집합(aggregation)시킴으로써 소정의 크기를 갖는 상기 분자 및 분자 이온의 클러스터를 형성한다. 계속해서, 상기 클러스터를 가속시켜서 상기 피처리 대상물의 표면에 상기 클러스터를 분사하여 피처리 대상물의 표면에 상기 소스 물질의 클러스터로 이루어진 코팅막을 형성한다.

상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 분자 이온 발생단계는 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 수행할 수 있다. 그리고, 상기 클러스터 형성 단계는 상온의 비활성 가스와 상기 분자 이온을 충돌시킴으로써 상기 분자 이온의 과포화 상태로 만드는 단계를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 마그네트론 스퍼터링에서 가해지는 파워 및/또는 상기 비활성 기체의 양을 조절하여 상기 클러스터의 크기를 제어할 수도 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 코팅 장치는 연속적으로 공급되는 피처리 대상물의 표면에 소스 물질의 클러스터로 이루어진 코팅막을 형성하는 롤 코팅 장치로서, 공급 롤러, 권취 롤러, 이송 수단 및 클러스터 빔 분사 수단을 포함한다. 상기 공급 롤러는 상기 피처리 대상물을 연속 적으로 공급하기 위한 수단이다. 상기 권취 롤러는 코팅 작업이 완료된 상기 피처리 대상물을 연속적으로 회수하기 위한 수단이다. 상기 이송 수단은 상기 공급 롤러로부터 상기 권취 롤러로 상기 피처리 대상물을 이송시키기 위한 수단이다. 그리고, 상기 클러스터 빔 분사 수단은 상기 이송 수단에 의해 이송되고 있는 상기 피처리 대상물의 표면에 균일한 크기를 가지는 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온으로 구성된 클러스터를 분사함으로써 상기 코팅막을 형성하기 위한 수단이다.

상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 클러스터 빔 분사 수단은, 마그네트론을 사용하여 상기 소스 물질의 입자를 생성하기 위한 입자 소스 유닛, 상기 입자 소스 유닛으로부터 공급되는 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온을 소정의 크기를 가지는 클러스터로 만들기 위한 집합 튜브 유닛 및 상기 집합 튜브 유닛에 형성된 상기 클러스터를 이송 중인 상기 피처리 대상물에 분사하기 위한 클러스터 분사 유닛을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 클러스터 분사 유닛은, 상기 클러스터 분사 유닛으로 공급되는 상기 클러스터의 분자 및 분자 이온의 크기를 체크하기 위한 디텍터, 상기 디텍터에서 체크된 상기 클러스터의 분자 및 분자 이온의 크기에 대한 정보를 이용하여 상기 클러스터 분사 유닛으로부터 분사되는 클러스터의 분자 및 분자 이온의 크기를 제어하는 이온 옵틱을 포함할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤 코팅 장치(200)의 구성을 개략적으로 보여주는 구성도가 도시되어 있다. 비록 본 실시예에서는 롤 코팅 장치(200)를 예로 들어서 설명하지만, 다른 형태의 코팅 장치 예컨대 전술한 대한민국 공개특허공보 제2001-0094848호에 개시된 것과 같은 이온 스퍼터링 장치에 대하여도 동일하게 적용이 가능하다.

도 2를 참조하면, 롤 코팅 장치(200)는 공급 롤러(212)가 구비된 공급 유닛(210), 권취 롤러(222)가 구비된 권취 유닛(220), 이송 수단(230) 및 클러스터 빔 분사 수단(240)을 포함하여 구성된다. 그리고, 롤 코팅장치(200)는 코팅 공정이 진공에서 이루어질 수 있도록 그 내부가 진공 상태로 유지되고 있는 공정 챔버(250)에 의하여 외부와 격리되어 있다. 공정 챔버(250)의 내부를 진공 상태로 만들기 위하여 예컨대, 메카니컬 펌프(도시하지 않음)와 부스터 펌프(도시하지 않음)를 작동시켜서 공정 챔버(250) 내의 압력을 약 10^-3 토르 정도로 내린 다음에, 터보 분자 펌프(도시하지 않음) 등을 이용하여 공정 챔버(250)의 압력을 약 10^-6토르 정도로 내릴 수 있다. 그러나, 당업계에서 알려진 다른 기술 및/장치를 사용하여 공정 챔버(250) 내의 압력을 약 10^-6 토르 정도로 설정할 수도 있다.

계속해서 도 2를 참조하면, 공급 유닛(210)은 그 표면에 코팅막이 형성될 피처리 대상물을 연속적으로 공급하기 위한 수단이다. 본 실시예에서는 피처리 대상물의 공급 수단은 피처리 대상물이 부직포, 종이, 필름 또는 직물 등으로서 그 두께가 얇은데, 이 피처리 대상물을 연속적으로 공급하기 위해서는 공급 롤러(212) 등을 구비하는 것이 바람직하다. 공급 롤러(212)는 일정한 속도로 회전을 하면서 피처리 대상물을 공급한다.

그리고, 상기 공급 유닛(210)에는 롤 코팅 장치(200)의 외부로부터 피처리 대상물을 로딩하기 위한 버퍼용 챔버(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 버퍼용 챔버와 공급 유닛(210) 사이에는 개폐용 도어가 설치되어 있다. 이러한 버퍼용 챔버는 피처리 대상물의 로딩 시에 공정 챔버(250)의 내부가 진공 상태를 계속 유지할 수 있도록 완충 지대로서의 역할을 한다.

계속해서 도 2를 참조하면, 권취 유닛(220)은 그 표면에 소스 물질의 클러스터로 증착된 코팅막이 형성된 피처리 대상물을 연속적으로 회수하기 위한 수단이다. 전술한 바와 같이, 피처리 대상물이 부직포, 종이, 필름 또는 직물 등으로서 그 두께가 얇기 때문에, 이 피처리 대상물을 연속적으로 회수하기 위해서는 권취 롤러(222) 등을 구비하는 것이 바람직하다. 권취 롤러(222)는 공급 롤러(212)로 동일한 속도로 회전을 하면서 작업이 완료된 피처리 대상물을 회수한다.

그리고, 상기 권취 유닛(220)에도 롤 코팅 장치(200)의 외부로 코팅된 피처리 대상물을 언로딩하기 위한 버퍼용 챔버(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 버퍼용 챔버와 권취 유닛(220) 사이에는 개폐용 도어가 설치되어 있을 수 있다. 이러한 버퍼용 챔버는 피처리 대상물의 언로딩 시에 공정 챔버(250)의 내부가 진공 상태를 계속 유지할 수 있도록 완충 지대로서의 역할을 한다.

계속해서 도 2를 참조하면, 이송 수단(230)은 진공 챔버(250)의 내부에 설치되어서 피처리 대상물을 공급 롤러(212)로부터 권취 롤러(222)로 이동시키는 역할 을 한다. 이송 수단(230)은 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 롤러를 포함하여 구성될 수 있는데, 소정의 장력을 유지하면서 상기 피처리 대상물이 이동될 수 있도록 한다. 이러한 다수의 롤러는 당업계에서 숙련된 자에 의하여 적절하게 변형되어 배치될 수도 있다. 이송 수단(230)은 소정의 각속도로 회전하면서 피처리 대상물을 소정의 속도로 이동시킨다.

계속해서 도 2를 참조하면, 롤 코팅 장치(200)는 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)을 구비한다. 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)은 이송 수단(230)에 의하여 이송되고 있는 상기 피처리 대상물의 표면으로 균일한 크기를 가지는 소스 물질의 클러스터를 분사함으로써, 상기 피처리 대상물의 표면에 상기 소스 물질의 클러스터로 구성된 코팅막을 증착시키는 수단이다. 소스 물질에는 특별한 제한이 없는데, 항균, 살균, 냄새 제거 등의 바이오적 특성이 우수한 은 등의 금속 물질(예컨대, Cu, SUS, Cr, Ti, Ni 등)이나 이들 금속의 산화물(TiO₂, SiO₂ 또는 ITO 등) 또는 경우에 따라서는 세라믹 등의 물질을 소스 물질로 사용할 수도 있다.

클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)은 롤 코팅 장치(200)에 1개, 2개 또는 그 이상의 개수가 구비되어 있을 수 있다. 그리고, 각각의 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)에서는 동일한 소스 물질의 클러스터를 분사할 수도 있고, 아니면 다른 소스 물질의 클러스터를 분사할 수도 있다. 후자의 경우에, 피처리 대상물 상에는 서로 다른 물질로 형성된 2중 코팅막이 형성되거나 상기 소스 물질의 혼합물로 구성된 코팅막이 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)은 균일한 크기를 가지는 상기 소스 물질의 클러스터를 분사하는 수단이다. 이러한 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)은 전술한 기능을 달성할 수 있는 장치이면 그것의 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 상기 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)은 미합중국 등록특허 제5,459,326호 또는 미합중국 등록특허 제6,635,883호 등에 개시되어 있는 클러스터 이온 빔 분사 장치이거나 또는 도 3에 도시된 것과 같은 구성을 가지는 하이브리드 클러스터 빔 소스(Hybrid Cluster Beam Source, HCBS) 장치일 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 상기한 하이브리드 클러스터 빔 소스 장치를 보여주는 사진 및 해부도가 각각 도시되어 있다. 상기 장치에서는 스퍼터 작용에 의한 소스 물질의 증기를 발생시킨 다음 과포화 상태로 만들어서 소스 물질의 클러스터를 생성한 다음, 아르곤 등과 같은 불활성 기체의 플라즈마로부터 방출되는 광자에 의한 페닝(penning) 이온화 과정으로 클러스터 이온을 만들어서 분사하여 증착한다. 이하에서는 도 3을 참조하여, HCBS 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 롤 코팅 장치에 사용될 수 있는 HCBS 장치(300)의 구성 및 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, HCBS 장치(300)는 입자 소스 유닛(310), 집합 튜브 유닛(320) 및 클러스터 분사 유닛(330)을 포함하여 구성된다.

입자 소스 유닛(310)은 소스 물질의 분자 또는 분자 이온의 증기를 생성하는 수단이다. 본 실시예에 따른 입자 소스 유닛(310)에서는 하나의 마그네트론을 이용하여 상기 소스 물질의 분자 이온 등으로 이루어진 증기를 생성시키는 마그네트 론 스퍼터 소스를 사용할 수 있다. 마그네트론 스퍼터 소스에서는 링 모양의 방전(ring-shape glow)을 이용하여, 입자 소스 유닛(310)으로 공급되는 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터용 가스(A)를 타겟(312)에 스퍼터시킨다. 그 결과, 입자 소스 유닛(310)에서는 상기 소스 물질의 타겟(312)으로부터 소스 물질의 분자 또는 분자 이온으로 이루어진 증기가 발생되어 집합 튜브 유닛(320)으로 공급된다(도 4b의 이온 소스(ion source) 참조). 이 경우, 다른 경로를 통하여 공급되는 캐리어 가스(B) 예컨대 헬륨 등이 상기 소스 물질의 증기에 대한 캐리어로서의 역할을 한다.

집합 튜브 유닛(320)으로 공급된 소스 물질의 증기는 스퍼터링에 참여하지 않은 스퍼터용 가스 및/또는 캐리어 가스와 충돌을 함으로써 서서히 냉각된다. 소스 물질의 증기를 냉각시키기 위하여 집합 튜브 유닛(320)의 주변(322)에는 액체 질소 등이 흐르게 함으로써 상기 냉각 작용을 촉진시킬 수 있다. 소스 물질의 증기가 냉각된 결과 소스 물질의 운동 에너지가 감소하고 증기 입자 표면의 결합력이 증가하여 상기 증기 물질들이 서로 집합되기 시작한다.

냉각의 결과, 최초에는 2개의 분자 또는 분자 이온이 서로 집합하여 다이머(dimer)라는 클러스터가 형성되기 시작한다. 그리고, 점차적으로 3개의 입자로 구성된 트라이머(trimer), 10개, 100개 등과 같이 클러스터의 크기가 증가한다. 클러스터의 크기는, 냉각의 정도가 증가하거나 냉각 시간을 연장함으로써 증가시킬 수 있다. 또한 캐리어 가스나 스퍼터링 가스의 공급량을 증가시켜서 증기 입자와의 충돌 횟수를 증가시켜서 클러스터 입자의 크기를 증가시킬 수도 있다.

집합 튜브 유닛(320)의 일단에는 클러스터 분사 유닛(330)이 구비되어 있다. 클러스터 분사 유닛(330)은 집합 튜브 유닛(320)에 형성된 소정의 크기를 가지는 클러스터를 분사하기 위한 수단이다. 클러스터를 분사하는 원리에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 노즐 등을 사용하여 내, 외부 간의 압력 차이를 이용하여 분사하거나 소정의 가속 장치를 이용하여 클러스터가 분사되도록 할 수도 있다.

비록 도 3에는 도시하지는 않았지만, 클러스터 분사 유닛(330)은 디텍터(detector), 이온 옵틱(ion optics) 및/또는 제어기(controller) 등을 포함할 수 있다(도 4b 참조). 디텍터는 상기 집합 튜브 유닛(320)으로부터 공급되어 상기 클러스터 분사 유닛(330)을 통하여 분사될 클러스터의 입자 크기를 체크하는 수단이다. 디텍터에 의하여 체크된 클러스터 입자의 크기에 대한 정보는 제어기에 제공되고, 제어기는 다시 집합 튜브 유닛(320)의 공정 조건과 클러스터 분사 유닛(330)의 환경을 제어함으로써, 분사되는 클러스터의 크기가 소망하는 크기를 유지할 수 있도록 한다. 이와 같은, 클러스터의 입자 크기에 대한 제어는 이온 옵틱을 이용하여 달성할 수 있다.

전술한 바와 같은 도 3에 도시된 장치 또는 상기한 미합중국 등록특허 등에 개시되어 있는 클러스터 이온 빔 분사 장치를 도 2에 도시되어 있는 클러스터 빔 분사 수단(240a, 240b)으로 사용하면, 피처리 대상물의 표면에 소스 물질의 분자 또는 분자 이온으로 구성된 균일한 크기의 클러스터 코팅막을 형성할 수가 있다. 코팅막을 형성하는 클러스터의 크기는 피처리 대상물의 용도에 따라서 적절하게 제어할 수가 있다. 예컨대, 10개의 입자로 구성된 클러스터, 50개의 입자로 구성된 클러스터 또는 수 백개의 입자로 구성된 클러스터로 형성된 코팅막을 자유롭게 피 처리 대상물 상에 형성할 수가 있다.

아래 표 1 및 표 2에는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 증착물과 종래 기술에 따라 제조된 증착물의 항균 특성을 보여주는 자료가 개시되어 있다. 아래 표에서 소스 물질로는 은(Ag)을 사용하였다. 이 표는 한국원사직물시험연구원에 의한 시험 성적서(2003년 8월 22일 발급, 접수번호 92-62-03-07275 및 92-62-03-07276)를 기초로 재작성 된 것이다. 표 1 및 표 2를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 증착품의 경우에 항균 효과가 월등하게 우수하다는 것을 알 수 있다.

		미코팅표준포	종래기술	본 발명
균주1	초기 균수(세균수/ml)	1.2×10⁵	1.2×10⁵	1.2×10⁵
	18시간 후의 균수 (세균수/ml)	5.5×10⁶	4.2×10⁶	< 10
	정균 감소율(%)		23.6	99.9
균주2	초기 균수(세균수/ml)	1.4×10⁵	1.4×10⁵	1.4×10⁵
	18시간 후의 균수 (세균수/ml)	7.1×10⁶	5.1×10⁶	< 10
	정균 감소율		26.1	99.9

단, 표준포의 종류로서 면을 사용하였으며, 균주1은 Staphylococcus aureus ATTC 6538, 균주2는 Escherichia coli ATTC 25922를 사용하였다. 그리고,

		미코팅표준포	벽지	면
균주1	초기 균수(세균수/ml)	1.5×10⁶	1.5×10⁵	1.5×10⁵
	18시간 후의 균수 (세균수/ml)	6.5×10⁶	< 10	< 10
	정균 감소율(%)		99.9	99.9
균주2	초기 균수(세균수/ml)	1.6×10⁵	1.6×10⁵	1.6×10⁵
	18시간 후의 균수 (세균수/ml)	7.4×10⁶	< 10	< 10
	정균 감소율		99.9	99.9

단, 균주1은 Klebsiella pneumoniae ATTC 4352, 균주2는 Pseudomonas aeruginosa ATTC 27853를 사용하였다. 표 2의 경우에는 피처리 대상물을 벽지와 면으로 달리하여 실험을 한 것인데, 본 발명에 의할 경우에는 피처리 대상물의 종류에 관계 없이 항균 효과가 뛰어나다는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 클러스터 이온 빔 분사 수단을 사용하여 증착한 제품은 피처리 대상물의 표면에 직접 나노 사이즈의 클러스터 코팅막이 형성된다. 그러므로, 본 실시예에 의하면, 피처리 대상물에 나노 클러스터 구조를 갖는 균일한 박막 코팅이 가능하다. 뿐만 아니라, 코팅막의 접착력이 향상될 뿐만이 아니라 변색을 방지할 수가 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따라 클러스터 스퍼터링 공법을 이용하여 제조된 코팅막을 가지는 부직포, 필름, 종이 등은 에어 필터, 벽지, 정수기 필터, 신발자재(깔창, 외피 등) 또는 식품등의 포장재 등으로 사용할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 기존의 스퍼터링과 달리 소정의 크기를 가지는 클러스터를 증착시키는 클러스터 스퍼터링 공법을 이용하여, 부직포, 종이, 천 등에 은을 비롯한 메탈, 또는 산화막을 나노 클러스터 구조의 박막으로 코팅한다. 그 결과, 본 발명에 따라 제조된 증착품은 코팅막의 표면적이 넓을 뿐만이 아니라 피처리 대상물 전체에 걸쳐서 균일한 코팅막을 형성하는 것이 가능하다. 그 결과, 본 발명에 따라 제조된 증착품은 탈취나 먼지, 유해 가스 제거 등과 같은 필터링 기능이 우수하다. 아울러, 본 발명에 의한 증착품은 코팅막의 접착성이 우수할 뿐 만이 아니라 변색 등이 잘 되지 않기 때문에 수명이 긴 장점이 있다.

그리고, 본 발명에 따른 클러스터 스퍼터링 공법은 클러스터의 크기를 자유자재로 제어할 수 있으며, 안정된 클러스터를 공급할 수가 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 피코팅 대상물의 유연성 등을 그대로 유지하면서 고접착성의 균일한 코팅이 가능할 뿐만이 아니라 코팅 후의 코팅 물질의 증발로 인한 증착품의 변색 및 변질 등을 막을 수 있다.

Claims

연속적으로 공급되는 피처리 대상물의 표면에 소스 물질을 증착하는 코팅 방법에 있어서,

스퍼터법 또는 플라즈마 스퍼터법을 사용하여 상기 소스 물질로 형성된 고체 타겟으로부터 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온의 증기를 발생시키는 단계;

상기 분자 및 분자 이온의 증기를 집합시킴으로써 상기 분자 이온의 클러스터를 형성하는 단계; 및

상기 클러스터를 가속시켜서 상기 피처리 대상물의 표면에 상기 클러스터를 분사하여 상기 소스 물질의 클러스터로 이루어진 코팅막을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 클러스터 형성 단계는 상기 분자 이온보다 낮은 온도의 비활성 캐리어 가스와 상기 분자 이온을 충돌시킴으로서 상기 분자 이온을 과포화 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 이온 클러스터 증착 공정을 이용한 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 분자 이온 발생단계는 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이온 클러스터 증착 공정을 이용한 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 클러스터 형성 단계는 상기 분자 이온이 이동되는 유닛을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 클러스터 증착 공정을 이용한 코팅 방법.
제3항에 있어서,

상기 스퍼터법에서 가해지는 파워 또는 상기 비활성 기체의 양을 조절하여 상기 클러스터의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 이온 클러스터 증착 공정을 이용한 코팅 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 피처리 대상물은 부직포, 종이, 필름 또는 직물인 것을 특징으로 하는 이온 클러스터 증착 공정을 이용한 코팅 방법.
연속적으로 공급되는 피처리 대상물의 표면에 소스 물질을 증착하는 롤 코팅 장치에 있어서,

상기 피처리 대상물을 연속적으로 공급하기 위한 공급 롤러;

코팅 작업이 완료된 상기 피처리 대상물을 연속적으로 회수하기 위한 권취 롤러;

상기 공급 롤러로부터 상기 권취 롤러로 상기 피처리 대상물을 이송시키기 위한 이송 수단; 및

상기 이송 수단에 의해 이송되고 있는 상기 피처리 대상물의 표면에 균일한 크기를 가지는 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온으로 구성된 클러스터를 분사함으로써 상기 소스 물질의 클러스터로 이루어진 코팅막을 형성시키기 위한 클러스터 빔 분사 수단을 포함하고,

상기 클러스터 빔 분사 수단은,

스퍼터링을 이용하여 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온의 증기를 생성하기 위한 입자 소스 유닛;

비활성 캐리어 가스의 공급부를 포함하고, 상기 입자 소스 유닛으로부터 공급되는 상기 소스 물질의 분자 및 분자 이온의 증기를 상기 분자 이온보다 낮은 온도의 상기 비활성 캐리어 가스와 충돌시킴으로써 클러스터로 만들기 위한 집합 튜브 유닛; 및

상기 집합 튜브 유닛에 형성된 상기 클러스터를 이송 중인 상기 피처리 대상물에 분사하기 위한 클러스터 분사 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 코팅 장치.
삭제
제6항에 있어서, 상기 클러스터 분사 유닛은,

상기 클러스터 분사 유닛으로 공급되는 상기 클러스터의 입자 크기를 체크하기 위한 디텍터(detector);

상기 디텍터에서 체크된 상기 클러스터의 입자 크기에 대한 정보를 이용하여 상기 클러스터 분사 유닛으로부터 분사되는 클러스터의 입자 크기를 제어하는 이온 옵틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 코팅 장치.