KR100672245B1 - Ｅｃｒ-ｃｖｄ 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체금속박막 형성장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필름상 중합체의 표면에 금속박막을 형성시키는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기금속 화합물을 이온화시키고, 그 이온활동거리를 조정하여 금속 박막의 접촉성이 우수하고, 균일도가 높은 금속박막을 형성시키는 필름상 중합체 금속박막 형성장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 그 내부에 밀폐공간을 형성시킬 수 있는 처리실; 상기 처리실의 중앙부에 배치되며, 필름상 중합체가 그 외주부를 감싸며 이동되는 메인 롤; 상기 처리실 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파 전원을 공급하는 고주파전원 공급부; 상기 처리실 내부에 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 소스를 제공하는 ECR 소스(source) 공급부; 상기 메인롤로부터 소정 간격 이격되어 상기 메인롤을 감싸도록 마련되며, 이온을 집속하는 그리드부; 상기 처리실 내부를 감압시켜 진공상태로 만드는 펌핑부;를 포함하여 구성되는 필름상 중합체 금속박막 형성장치를 제공한다.
고분자 소재, 필름상 중합체, 금속 박막, ECR, 플라즈마

Description

ＥＣＲ-ＣＶＤ 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치 및 방법{CONTINUOUS METAL THIN LAYER DEPOSITING APPARATUS FOR FILM SHAPE OF POLYMER AND CONTINUOUS METAL THIN LAYER DEPOSITING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ECR 소스 공급부의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성방법의 공정도이다.
본 발명은 필름상 중합체의 표면에 금속박막을 형성시키는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기금속 화합물을 이온화시키고, 그 이온활동거리를 조정하여 금속 박막의 접촉성이 우수하고, 균일도가 높은 금속박막을 형성 시키는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치 및 그 방법에 관한 것이다.
고분자 소재는 경량성, 성형성 및 가공성, 투명성, 전기절연성 등의 특징으로 인하여 그 용도가 매우 다향하고 광범위한 소재이다. 이러한 고분자 소재는 사용 목적에 따라 고분자 소재 전체의 성질은 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 개선시킬 필요성이 제기된다. 특히 표면의 친수 또는 소수 특성은 고분자 소재의 젖음성(wettability), 인쇄성(printability), 착색성(colorability), 생체 적합성, 정전기 방지성, 접착성, 방수성, 방습성 등에 결정적인 영향을 미치므로, 이를 향상시키기 위한 여러가지 방법이 이용되고 있다.
특히, 고분자 소재 중 필름상 중합체를 전기, 전자재료, 전지, 반도체 소자, 항균성 폴리머 등에 적용하는 경우에는 그 표면에 금속 박막을 형성시켜 그 표면 특성을 개선시켜 사용한다.
이러한 필름상 중합체의 표면에 금속 박막을 형성시키는 방식으로, 종래에는 ECR-CVD, 스퍼터(Sputter), PVD(Plasma Vapor Deposition)을 사용하는 방식이 있다. 그러나 ECR-CVD와 스퍼터는 형성되는 금속박막의 두께가 2㎛이하이므로 더 두꺼운 금속 박막을 형성시키지 못하는 문제점이 있다. 한편 PVD의 경우에는 5㎛이상의 두꺼운 두께로 금속 박막을 형성시킬 수 있으나, 그 처리온도가 1200℃를 상회하여 고분자에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 ECR-CVD 및 전자빔을 이용하여 필름상 중합체와의 접착 성 능이 우수하고, 균일도가 개선된 금속박막을 필름상 중합체의 표면에 형성시키는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 그 내부에 밀폐공간을 형성시킬 수 있는 처리실; 상기 처리실의 중앙부에 배치되며, 필름상 중합체가 그 외주부를 감싸며 이동되는 메인 롤; 상기 처리실 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파 전원을 공급하는 고주파전원 공급부; 상기 처리실 내부에 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 소스를 제공하는 ECR 소스(source) 공급부; 상기 처리실 내에 전자빔을 제공하는 전자빔 소스; 상기 메인롤로부터 소정 간격 이격되어 상기 메인롤을 감싸도록 마련되며, 이온을 집속하는 그리드부; 상기 처리실 내부를 감압시켜 진공상태로 만드는 펌핑부;를 포함하여 구성되는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치를 제공한다.
이때 본 발명에서는, 상기 ECR 소스 공급부를, 외부에서 공급되는 물질을 이온화시키는 ECR 존부; 상기 ECR 존부 후단에 연결되어 마련되며, 상기 ECR 존부에 의하여 공급되는 이온을 상기 처리실 내로 공급하는 샤워헤드; 상기 ECR 존부에 기화된 유기금속화합물을 공급하는 유기금속화합물 제공부; 상기 ECR 존부에 치환가스를 공급하는 치환가스 공급부;를 포함하여 구성한다.
또한 본 발명에서는,
1) 그 표면에 중합체가 형성되어 있는 필름상 중합체를 대기압 상태의 로딩실에 도입하고, 상기 로딩실을 진공상태로 만드는 단계;
2) 상기 로딩실 내부의 압력을 낮추어 진공상태로 만들고, 상기 필름상 중합체를 진공 상태로 유지되는 전처리실로 반입시키는 단계;
3) 상기 전처리실 내에서 플라즈마를 이용하여 상기 필름상 중합체를 전처리하는 단계;
4) 상기 필름상 중합체를 진공 상태로 유지되는 처리실로 반입시키는 단계;
5) 상기 처리실 내에서 플라즈마를 이용하여 이온화된 금속이온을 상기 필름상 중합체의 표면에 금속 박막을 형성시키는 단계;
6) 상기 필름상 중합체를 진공 상태의 언로딩실로 배출시키고, 상기 언로딩실의 압력을 대기압 상태로 높인 상태에서 외부로 반출시키는 단계;를 포함하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성방법을 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 로딩실(10), 전처리실(20), 처리실(30), 후처리실(40), 언로딩실(50)로 구성된다.
각각의 실(室)에는 실(室) 내부를 저진공으로 형성시키기 위한 펌핑부(12, 22, 32, 42, 52)가 마련되는데, 본 실시예에서는 이 펌핑부로 로타리 펌프(12a, 22a, 32a, 42a, 52a)와 메카니칼부스타 펌프(12b, 22b, 32b, 42b, 52b)가 구비된다. 로타리 펌프와 메카니칼부스타 펌프에 의하면 실(室) 내부의 압력이 10-3 Torr 정도까지 형성될 수 있다. 그리고 실(室) 내부의 압력을 10-6 Torr 정도까지 낮추기 위해서는 터보(22c, 32c, 42c) 또는 크라이오 펌프(도면에 미도시)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 터보 및 크라이오 펌프는, 도 1에 도시된 바와 같이, 로딩실(10) 및 언로딩실(50)에는 구비되지 않아도 되며, 전처리실(20), 처리실(30) 및 후처리실(40)에는 고진공이 요구되므로 구비되는 것이 바람직하다.
또한 각 실(室)에는 진공 상태에서 대기압 상태로 만들기 위한 벤팅 밸브(14, 24, 34, 44, 54)가 더 마련된다. 이 벤팅 밸브(14, 24, 34, 44, 54)는 각 실 내부로 불활성 기체를 공급하여 실 내부의 압력이 대기압과 동일하게 한다.
그리고 각 실(室) 간을 연결하는 연결부에는 필름상 중합체(F)가 통과할 수 있도록 통로가 형성되고, 각 통로에는 브라켓(bracket, 90)이 형성된다. 이 브라켓(90)은 필름상 중합체는 통과시키면서도 각 실(室)간을 격리시키는 역할을 한다. 따라서 이 브라켓(90)에는 필름상 중합체만 통과할 수 있을 정도의 틈이 형성되며, 브라켓이 이 틈을 통과하는 필름상 중합체를 감싸도록 하여 각 실(室) 간을 격리시키는 것이다.
또한 각 실(室)에는 외부로 부터 필름상 중합체를 전달받고, 다음 실(室)로 이송시킬 수 있는 필름상 중합체 반출입부가 마련된다. 본 실시예에서 이 필름상 중합체 반출입부가 롤러로 마련된다. 즉, 필름상 중합체의 이동 경로를 정해주며, 이동과정에서 필름상 중합체가 일정한 장력을 유지하면서 이동되도록 하는 가이드 롤(80)로 마련되는 것이다.
먼저 로딩실(10)은 외부로 부터 필름상 중합체(F)를 공급받아서 전처리실(20)로 공급하는 구성요소이다. 즉, 대기압 상태의 외부로부터 필름상 중합체(M)를 공급받은 후, 그 내부를 진공상태로 만들고 필름상 중합체를 이웃한 전처리실(20)에 공급하는 것이다. 이 로딩실(10) 내부로 공급된 필름상 중합체(M)는 로딩롤(16)에 권취되어 배치되며, 가이드롤(80)에 의하여 전처리실(20)로 도입된다. 이 로딩롤은 회전할 수 있도록 마련되며, 별도의 동력장치에 의하여 회전될 수도 있다. 여기서 가이드롤(80)에는 필름상 중합체(F)의 장력을 센싱할 수 있는 센서(도면에 미도시)가 마련되어 있어서, 필름상 중합체가 일정한 장력을 가지고 이동될 수 있도록 회전속도를 조절하면서 필름상 중합체(F)를 전처리실(20)로 이동시킨다.
다음으로 전처리실(20)은 로딩실(10)에 인접하게 마련되며, 로딩실(10)로부터 필름상 중합체(F)를 전달받고, 이 필름상 중합체(F)를 플라즈마를 이용하여 전처리하는 구성요소이다. 이 전처리실(20)에서는 필름상 중합체에 플라즈마를 가함으로써, 필름상 중합체 표면의 접착성 및 평활도를 향상시킨다. 따라서 이 전처리실(20)에는 그 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 설비가 형성된다. 즉, 그리드(23), 고주파 전력 공급부(25), 불활성 가스 공급부(26), 펌핑부(22)가 마련된다. 여기에서 고주파 전력 공급부(25)는 상기 전처리실(20) 내부에 고주파 전력을 인가하는 역할을 하며, 고주파 전원(25a), 매칭박스(25b) 및 안테나(25c)로 구성된다. 다음으로 불활성 가스 공급부(26)는 전처리실(20) 내부로 불활성 가스인 아르곤(Ar)을 공급하는 역할을 한다. 따라서 이 불활성 가스 공급부(26)에 의하여 공급된 불활성 가스가 상기 고주파 전력 공급부(25)에 의하여 인가된 고주파 전력에 의하여 플라즈마화되는 것이다. 그리고 그리드(23)는 전처리실(20) 내부에 마련되되, 2개가 소정 간격 이격되도록 배치되어 그 사이에 전처리 존( pretreating zone)을 형성한다. 따라서 전처리실(20) 내부로 반입된 필름상 중합체가 이 전처리 존을 통과하며 전처리된다. 이 그리드(23)에는 펄스 공급부(27)에 의해 음전압 펄스가 인가되어, 전처리실(20) 내에 발생된 플라즈마에서 양이온만이 필름상 중합체로 주입되도록 한다.
다음으로 처리실(30)은 필름상 중합체 표면에 금속 박막을 형성시키는 구성요소이다. 즉, 이 처리실(30)에서는 외부에서 공급되는 유기금속 화합물을 이온화시켜 금속이온을 형성시키고, 이 금속 이온을 처리실(30) 내부로 반입된 필름상 중합체 표면에 주입시켜 금속 박막을 형성시키는 것이다. 따라서 이 처리실(30)은 내부에 밀폐공간을 형성할 수 있도록 마련되며, 그 내부에 메인 롤(31), 고주파 전력 공급부(33), ECR 소스(source) 공급부(35), 그리드(36), 펄스 제공부(37)가 마련된다. 본 실시예에서는 하나의 처리실에 2개의 ECR 소스 공급부가 마련된다. 이때 2개의 ECR 소스 공급부는 중앙에 전자빔 소스를 두고, 그 전방에 하나가 배치되고, 나머지 하나는 그 후방에 배치된다. 따라서 필름상 중합체는 프로세스 존(90) 내에서 수평 이동하면서, 최초에는, 전방에 배치되는 ECR 소스 공급부에 의하여 필름상 중합체의 표면에 씨드(seed) 층을 형성시킨다. 즉, ECR 소스 공급부에 의하여 공급 되는 금속이온이 안정한 탄소 중합체를 형성하여 필름상 중합체 표면에 증착되는 것이다. 이렇게 씨드층이 먼저 형성되면 박막의 접착성이 증가하는 장점이 있다. 다음에는 전자빔 소스에 의하여 공급되는 전자빔에 의하여 원하는 두께의 박막을 형성시킨다. 다음으로 후방에 배치되는 ECR 소스 공급부에 의하여 공급되는 금속이온이 안정한 탄소 중합체를 형성하여 형성된 박막 상부에 덮개층을 형성시킨다.
먼저 처리실(30)에는 그 중앙부에 메인 롤(31)이 배치된다. 이 메인 롤(31)은 처리실(30) 내부에서 처리되는 필름상 중합체가 적절하게 처리되도록 배치하는 구성요소이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 처리실(30)의 중앙부에 원기둥 형상으로 마련되며, 그 외주부에 필름상 중합체(F)가 감겨서 이동된다. 따라서 필름상 중합체(F)가 이 메인 롤(31)에 감겨서 이동하는 동안 필름상 중합체의 일 표면에 금속박막이 형성되는 것이다. 이때 메인 롤(31)과 그리드(36) 사이의 거리가 금속박막 형성에 매우 중요한 영향을 미친다. 본 실시예에서는 메인 롤(31)과 그리드(36) 사이의 거리가 10 ~ 100 mm 가 되도록 그리드를 배치시킨다. 그리고 그리드와 처리실 측벽 간의 간격(ℓ1)은 100 ~ 350 mm 정도 이격되는 것이, 적절한 이온활동거리를 확보할 수 있어서 바람직하다. 이렇게 적절한 이온거리가 확보되는 경우에는 활성종의 활성도 증대에 따라 이온화된 금속성분과 필름상 중합체에 중합체가 형성되어 박막의 접착성 및 균일도를 증가시키는 장점이 있다.
또한 이 메인 롤(31)에 감겨 이동하는 동안 필름상 중합체의 온도 역시 필름상 중합체(F) 상에 금속박막을 형성시키는데 있어서 중요한 요소이다. 즉, 처리되는 동안 필름상 중합체의 온도가 너무 높거나 낮은 경우에는 필름상 중합체에 아무 런 플라즈마 처리가 이루어지지 않을 수도 있다. 따라서 이 메인 롤(31)의 내부에 필름상 중합체의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절수단을 구비하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 이 메인 롤(31)의 내부에 냉수 또는 온수가 흐르도록 하여 필름상 중합체의 온도를 조절할 수 있도록 이 메인 롤을 냉온수 메인롤로 구성한다.
다음으로 고주파 전력 공급부(33)는 상기 처리실(30) 내부에 고주파 전력을 인가하는 역할을 하며, 본 실시예에서는 이 고주파 전력 공급부(33)에 전자빔(Electron Beam)을 제공하는 전자빔 소스(Electron Beam Source, 38)가 더 연결되어 마련된다. 그리고 본 실시예에서는 이 전자빔 소스를 저온용 linear electron beam source로 마련하여 처리실(30) 내부로 전자 빔을 공급한다. 이 전자빔이 상기 ECR 소스 공급부(35)에서 공급되는 유기 금속 이온을 10 ~ 20 nm 크기로 나노화한다.
다음으로 ECR 소스 공급부(35)는, 처리실(30) 내부에 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 소스를 제공하는 역할을 하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 처리실에 대하여 각 2개씩 마련된다. 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, ECR 소스 공급부(35)가 ECR 존(zone)부(35a); 샤워헤드(35b); 유기금속화합물 제공부(35c); 치환가스 공급부(35d);로 구성된다. 여기에서 ECR 존부(35a)에는 ECR 소스 발생기(35e)가 연결되어 마련되며, 이 ECR 소스 발생기(35e)에 의해 작동되어 마이크로 웨이브가 작동된다. 본 실시예에서는 이 ECR 존부(35a)를, 그 단면 형상이 직사각형인 리니어형으로 마련한다.
다음으로 샤워헤드(35b)는 ECR 존부(35a)에서 공급되는 ECR 소스를 처리실 (30) 내부로 분사시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 이 샤워헤드(35a)는 상기 ECR 존부(35a)에 접촉되어 마련되며, 특수하게 제작되어 사용된다.
그리고 유기금속화합물 제공부(35c)는, 이 ECR 존부(35a)에 연결되어 마련되며, 유기금속화합물을 기화시켜 ECR 존부(35a)로 공급하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 이 유기금속화합물 제공부(35c)를 버블러로 구성한다. 본 실시예에서 이 유기금속화합물은 dimethylamino titanium, ethylmethylamino titanium, triethyl aluminium, triethylsilymethyl lithium, silver nitride, Cu(hfac)2, Cu(acac)2, Fe2O3, sus, Cu, Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.그리고 이 유기금속화합물 제공부(35c)에는 기화된 유기금속화합물을 ECR 존부(35a)로 이동시키는 이동가스(carrier gas)를 공급하는 이동가스 공급부(35f)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 이동가스 공급부(35f)에 의하여 공급되는 이동가스는 기화된 유기금속화합물을 ECR 존부(35a)로 이동시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 이 이동가스로는 아르곤(Ar)이 사용된다.
한편 ECR 존부(35a)에는 이 ECR 존부에 치환가스를 공급하는 치환가스 공급부(35d)가 더 연결되어 마련된다. 여기에서 치환가스는, 유기금속화합물이 이온화되면서 발생되는 유기물과 결합하여 금속이온을 자유롭게 하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 이 치환가스로 수소(H2)를 사용한다.
다음으로 그리드(36)는 반원형 그리드로 마련된다. 여기서 반원형 그리드라 함은, 도 1에 도시된 바와 같이, 단면의 형상이 반원인 반원형 형상으로 마련되는 그리드를 말한다. 이는 필름상 중합체를 이온이 형성된 처리 존에서 일정시간동안 통과되도록 함으로써 필름상 중합체의 표면에 금속박막이 충분히 형성되도록 하기 위한 것이다.
그리고 이 그리드(36)에 음전압 펄스를 제공하는 펄스 제공부(37)가 마련된다. 따라서 이 그리드(36)에는 음전압 펄스가 인가되고, 플라즈마화된 이온 중 양이온(금속이온)만을 선택적으로 끌어당겨서 필름상 중합체 표면에 금속 박막을 형성시키는 것이다.
그리고 본 실시예에서는 상기 메인 롤(31)에도 이 그리드(36)와 동일한 음전압 펄스가 인가되도록 한다. 이렇게 메인 롤(31)과 그리드(36)에 동일한 음전압 펄스를 인가하게 되면, 그리드(36)와 메인 롤(31) 간에 전압차가 발생하지 않아서 공정 중에 아크가 발생하지 않는 장점이 있다. 따라서 산란이 없는 안정된 플라즈마를 형성하게 되어 균일하고, 접착성이 우수한 금속박막을 형성시킬 수 있는 장점이 있다.
다음으로 본 실시예에 따른 필름상 중합체 금속박막 형성장치(1)에는 후처리실(40)이 더 마련되는 것이 바람직하다. 상기 후처리실(40)은, 상기 처리실(30)의 후단에 연결되어 마련되며, 그 내부에 ECR 소스를 공급하여 필름상 중합체의 표면에 형성된 금속박막의 산화를 방지하는 역할을 한다. 이 후처리실(40)에서는 특수한 형태의 유기금속화합물을 이온화시켜 필름상 중합체에 박막된 다성분계 금속이 산화되지 않도록 하는 것이다.
따라서 상기 후처리실(40)에는, 그리드(43);와 제2 ECR 소스 공급부(45);가 마련된다. 그리드(43)는 상기 후처리실(40) 내부에 마련되며, 양자가 소정 간격 이격되도록 배치되어 그 사이에 후처리 존을 형성시킨다. 그리고 이 그리드(43)에는 D.C 펄스파워가 인가된다. 그리고 ECR 소스 공급부(45)는, 상기 후처리실(40) 내부에 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 소스를 제공하는 구성요소이다. 이 후처리실(40)에 마련되는 제2 ECR 소스 공급부(45)는 처리실(30)에 마련되는 ECR 소스 공급부(35)와 동일한 구성으로 마련된다. 다만, 공급되는 유기금속화합물이 상이하다.
그리고 상기 처리실(30)과 후처리실의 연결부(40)에는, 처리실(30)을 통과한 필름상 중합체를 냉각시켜 필름상 중합체 표면에 형성된 금속박막의 결정을 안정화시키는 칠 롤(chill roll, 도면에 미도시)이 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 칠 롤은 회전할 수 있도록 마련되며, 이 칠 롤을 감싸면서 이동되는 필름상 중합체의 온도를 조절하여 그 표면에 형성된 금속박막의 결정의 안정화시키는 것이다.
마지막으로 후처리실(40)에 인접하게 언로딩 실(50)이 마련된다. 이 언로딩실(50)은 후처리실(40)로부터 처리가 완료된 필름상 중합체(F)를 전달 받고, 외부로 반출시키는 구성요소이다. 따라서 이 언로딩실(50)에는 그 중앙부에 표면처리가 완료된 필름상 중합체를 권취할 수 있는 언로딩 롤(56)이 마련된다. 즉, 이 언로딩 롤(56)은 회전하면서 처리가 완료된 필름상 중합체를 후처리실(40)로부터 전달받는 것이다. 이때 이 언로딩 실(50)에는 로딩실(10)에서와 마찬가지로 가이드롤(80)이 다수개 마련되어, 필름상 중합체의 이동 경로 및 이동속도를 조절한다.
그리고 본 실시예에서는 이 언로딩 실(58)에는, 상기 필름상 중합체 표면에 보호용 필름을 코팅시키는 보호용 필름 코팅부가 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 보호용 필름은 필름상 중합체의 표면 중 금속 박막이 형성된 표면에 보호용 필름을 코팅시켜 이동과정 중에 금속 박막이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 실시예에서는 이 보호용 필름 코팅부(58)를, 보호용 필름이 권취되는 보호용 필름 롤러(58a); 상기 보호용 필름을 상기 필름상 중합체 표면에 코팅시키는 코팅 롤러(58b);로 구성한다. 여기에서 보호용 필름 롤러(58a)는 보호용 필름이 권취되어 위치되는 구성요소이며, 코팅 롤러(58b)는 이 보호용 필름 롤러로부터 보호용 필름을 공급받아서 필름상 중합체와 부착시켜 코팅시키는 구성요소이다.
그리고 모든 필름상 중합체의 처리가 완료되고, 언로딩 롤(56)에 권취되면, 언로딩실(50) 내부로 안정한 불활성 기체 등을 주입하여 내부 압력을 높이는 벤팅 공정을 실시할 수 있는 벤팅 밸브(54)가 마련된다. 그리고 이 언로딩실(50)의 일 측벽은 외부와 연결될 수 있도록 개구부(53)가 마련되고, 이 개구부(53)는 언로딩실 도어(55)에 의하여 열리고 닫힐 수 있는 구조이다.
그리고 본 실시예에 따른 필름상 중합체 금속박막 형성장치(1)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 후처리실(40)과 언로딩실(50) 사이에, 제2 처리실(60) 및 제2 후처리실(70)이 더 배치될 수도 있다. 이 경우에는 필름상 중합체의 양면에 대하여 금속박막을 형성시키기 위한 것이다. 따라서 전방에 배치되는 처리실(30) 및 후처리실(40)에서는 필름상 중합체의 일면에 대하여 금속박막을 형성시키고, 후방에 배치되는 제2 처리실(60) 및 제2 후처리실(70)에서는 필름상 중합체의 타면에 대하여 금속박막을 형성시키는 것이다. 이때 상기 제2 처리실(60) 및 제2 후처리실 (70)은 그 구조가 상기 처리실 및 후처리실과 동일한 구조 및 기능을 가지므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
이러한 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치는, COF, TCP, FPCB, 항균성 폴리머, 도광판, 확산판, 프리즘 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 적용될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치(1)를 이용하여 필름상 중합체에 금속박막을 형성시키는 방법을 설명한다.
먼저 필름상 중합체(F)를 대기압 상태의 로딩실(10)에 도입하는 단계(S110)가 진행된다. 이 단계는 본 실시예에 따른 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성방법의 시작단계로서, 대기압 상태를 유지하고 있는 로딩실(10)로 필름상 중합체(F)를 도입하는 과정이다. 이 과정에서 필름상 중합체(F)는 처리장치 외부에 마련된 반입수단(도면에 미도시)에 의하여 로딩실(10)로 전달되며, 필름상 중합체가 로딩실로 도입되면, 로딩실 중 외부로 열린 개구부(13)는 로딩실 도어(15)에 의하여 닫히고, 로딩실 내부가 외부와 격리된다. 로딩실 내부로 도입된 필름상 중합체(M)는 로딩롤(16)에 권취되어 위치된다.
다음으로는 필름상 중합체(M)를 전처리실(20)로 반입시키는 단계(S120)가 진행된다. 이 단계에서는 항상 진공 상태를 유지하는 전처리실(20) 내부로 필름상 중합체(M)를 반입시켜야 하므로, 로딩실(10) 내부를 진공상태로 만들어야 한다. 따라 서 로딩실(10)에 설치되어 있는 펌핑부(12)를 가동시켜 로딩실(10) 내부의 기체를 외부로 배출시켜 로딩실 내부를 진공상태로 만든다. 그리고 나서 필름상 중합체(F)의 일단을 가이드롤(80)을 이용하여 전처리실(20)로 도입시킨다. 이렇게 필름상 중합체(F)의 일단이 전처리실(20)로 도입되면 나머지 필름상 중합체는 순차적으로 전처리실로 이동된다.
다음으로는 전처리 단계(S130)가 진행된다. 이 단계는 플라즈마를 발생시켜 필름상 중합체(F)에 소정의 전처리를 실시하는 단계이다. 이 단계에서는 필름상 중합체에 이온을 주입시켜 필름상 중합체의 접착성 및 평활도를 향상시키는 단계이다. 즉, 10-6 torr의 압력으로 유지되는 전처리실(20) 내부로 불활성 가스인 아르곤을 공급하면 내부 압력이 10-4 torr로 유지되면서 고주파 전력 공급부(25)에 의하여 인가되는 고주파 전력에 의하여 이온화되면서 플라즈마가 발생되는 것이다. 이때 발생되는 이온이 필름상 중합체의 표면에 주입되는 것이다. 이렇게 전처리 단계를 거치면, 다음 공정인 금속박막 형성 공정에서 매우 균일하며 접착성이 우수한 금속박막이 형성되는 장점이 있다.
다음으로는 필름상 중합체(F)를 제 처리실(30)로 반입시키는 단계(S140)가 진행된다. 이 단계에서는 전처리실(20)과 처리실(30)에 마련된 다수개의 가이드 롤(80)을 사용하여 필름상 중합체(F)를 일정한 속도로 처리실(30)로 반입시킨다. 처리실로 반입된 필름상 중합체는 처리실 중앙부에 마련되어 있는 메인롤(31)에 감겨서 이동된다.
다음으로는 처리실(30) 내에서 플라즈마를 이용하여 필름상 중합체의 표면에 금속박막을 형성시키는 단계(S150)가 진행된다. 먼저, 유기금속화합물 공급부(35c)에 의하여 기화된 유기금속화합물이 ECR 존부(35a) 내로 공급되며, 이때 이동가스에 의하여 원활하게 공급된다. 또한 이 ECR 존부(35a)에는 치환가스 공급부(35d)에 의하여 치환가스인 수소 가스가 공급된다. 그리고 ECR 존부(35a)에는 마이크로 웨이브파가 작동되어 공급된 유기금속화합물을 이온화시킨다. 유기금속화합물이 이온화되면 금속 이온을 대신하여 수소가스가 치환되므로 금속이온이 자유롭게 된다. 이렇게 발생되는 금속이온은 10 ~ 20 nm정도의 크기로 이온화되며, 샤워헤드(35b)를 통해 처리실(30) 내부로 분사된다. 또한 전자빔 소스에 의하여 처리실 내부로 전자빔이 공급되어 금속이온을 나노화하고, 원하는 두께로 박막을 형성시킨다.
처리실(30) 내부로 분사된 금속 이온은 그리드(36)에 인가된 음전압 펄스에 의하여 필름상 중합체 표면에 주입된다. 이때 그리드를 처리실 측벽으로 부터 100 ~ 350 정도 이격시켜 이온활동거리를 적절하게 확보해주는 것이 중요하다.
처리실(30) 내부로 분사된 금속 이온은 그리드(36)에 인가된 음전압 펄스에 의하여 필름상 중합체 표면에 주입된다. 이때 이온활동 거리를 적절하게 확보해주는 것이 중요하다.
다음으로는 필름상 중합체를 진공상태로 유지되는 후처리실(40)로 도입하는 단계(S160)가 진행된다.
다음으로는 후처리 단계(S170)가 진행된다. 이 단계에서는 특수한 유기금속화합물을 이온화시켜 금속박막의 산화를 방지한다.
다음으로는 필름상 중합체(M)를 외부로 배출시키는 단계(S180)가 진행된다. 이 단계에서는 후처리실(40)과 언로딩실(50)에 마련된 다수개의 가이드롤(80)을 이용하여 필름상 중합체(M)를 일정한 속도로 언로딩실(50)로 배출시킨다. 배출된 필름상 중합체는 언로딩실(50)에 마련되어 있는 언로딩롤(52)에 권취된다. 필름상 중합체(F)가 모두 언로딩실(50)로 배출되면, 벤팅밸브(54)를 이용하여 언로딩실(50) 내부로 특정한 가스를 주입하여 압력을 높이는 벤팅(venting) 과정이 진행된다. 언로딩실(50) 내부의 압력이 대기압과 동일해지면 언로딩실과 외부로 연결되는 개구부(53)를 열고 필름상 중합체를 외부로 배출시킨다. 이렇게 되면 필름상 중합체에 대한 처리가 완료된다.
본 실시예에서는 이 필름상 중합체 배출 단계에서 필름상 중합체의 표면에 보호용 필름을 코팅시키는 단계가 더 진행되는 것이 바람직하다. 따라서 언로딩실(50)에 마련되는 보호용 필름 코팅부(58)를 사용하여 필름상 중합체 표면에 보호용 필름을 코팅시켜 필름상 중합체 표면에 형성된 금속박막의 손상을 방지한다.
본 발명에 따르면 ECR 소스에서 발생된 금속 이온들이 적절한 이온활동거리에 의하여 수백 나노 입자로 이온화되며, 필름상 중합체에 균일도 및 접착성이 우수한 금속박막이 형성되는 장점이 있다.

Claims (26)

  1. 그 내부에 밀폐공간을 형성시킬 수 있는 처리실;
    상기 처리실의 중앙부에 배치되며, 필름상 중합체가 그 외주부를 감싸며 이동되는 메인 롤;
    상기 처리실 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파 전원을 공급하는 고주파전원 공급부;
    상기 처리실 내부에 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 소스를 제공하는 ECR 소스(source) 공급부;
    상기 처리실 내부에 전자 빔(electron beam)을 제공하는 전자 빔 제공부;
    상기 메인롤로부터 소정 간격 이격되어 상기 메인롤을 감싸도록 마련되며, 이온을 집속하는 그리드부;
    상기 처리실 내부를 감압시켜 진공상태로 만드는 펌핑부;를 포함하며,
    상기 ECR 소스 공급부는,
    외부에서 공급되는 물질을 이온화시키는 ECR 존부;
    상기 ECR 존부 후단에 연결되어 마련되며, 상기 ECR 존부에 의하여 공급되는 이온을 상기 처리실 내로 공급하는 샤워헤드;
    상기 ECR 존부에 기화된 유기금속화합물을 공급하는 유기금속화합물 제공부;
    상기 ECR 존부에 치환가스를 공급하는 치환가스 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기금속화합물은,
    dimethylamino titanium, ethylmethylamino titanium, triethyl aluminium, triethylsilymethyl lithium, silver nitride, Cu(hfac)2, Cu(acac)2, Fe2O3, sus, Cu, Al 로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속 박막 형성장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 ECR 존부는,
    그 단면의 형상이 직사각형 형상인 리니어(linear) ECR 존부인 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유기금속화합물 제공부에는,
    기화된 유기금속화합물을 ECR 존부로 이동시키는 이동 가스(carrier gas)를 공급하는 이동가스 공급부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이동 가스는,
    아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 치환가스 공급부는,
    수소(H2)를 공급하는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 그리드부는,
    펄스 제공부 및 그리드를 포함하여 구성되며, 상기 그리드에는 상기 펄스 제공부에서 인가되는 음전압 펄스가 발생하는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 메인 롤은,
    그 외주부를 감싸며 이동하는 상기 필름상 중합체의 온도를 조절할 수 있는 냉온수 메인 롤인 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 그리드는,
    상기 메인 롤의 외주부와 5 ~ 100 mm 이격되어 배치되는 반원형 그리드인 것 을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 메인 롤에는,
    상기 그리드와 동일한 전압의 음전압 펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필름상 중합체는,
    COF, TCP, FPCB, 항균성 폴리머, 도광판, 확산판, 프리즘 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처리실의 전단에 연결되어 마련되며, 내부에 플라즈마를 발생시켜 필름상 중합체의 표면을 전처리하는 전처리실이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전처리실은,
    그 내부에 마련되며, 소정 간격 이격되도록 배치되어 그 사이에 전처리 존을 형성시키는 그리드;
    상기 전처리실 내부에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력 공급부;
    상기 전처리실 내부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부;
    상기 전처리실 내부를 진공상태로 만들 수 있는 펌핑부;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고주파 전력 공급부는,
    고주파 전원, 매칭박스 및 안테나로 구성되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 불활성 가스는,
    아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속 박막 형성장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리실의 후단에 연결되어 마련되며, 그 내부에 ECR 소스를 공급하여 필름상 중합체의 표면에 형성된 금속박막의 산화를 방지하는 후처리실이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 후처리실은,
    그 내부에 마련되며, 소정 간격 이격되도록 배치되어 그 사이에 전처리 존을 형성시키는 그리드;
    상기 처리실 내부에 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 소스를 제공하는 ECR 소스(source) 공급부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 처리실과 후처리실의 연결부에는, 처리실을 통과한 필름상 중합체를 냉각시켜 필름상 중합체 표면에 형성된 금속박막의 결정을 안정화시키는 칠 롤(chill roll)이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전처리실의 전단에 연결되어 마련되며, 외부로 부터 필름상 중합체를 공급받아서 상기 전처리실에 공급하는 로딩(loading) 실;
    상기 후처리실의 후단에 연결되어 마련되며, 상기 후처리실에서 처리된 필름상 중합체를 공급받아서 외부로 반출하는 언로딩(unloading) 실; 이 더 마련되되,
    상기 로딩실, 전처리실, 처리실, 후처리실, 언로딩실 사이에는 각 실을 개폐할 수 있는 게이트 밸브(gate valve)가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 언로딩실에는,
    상기 필름상 중합체 표면에 보호용 필름을 코팅시키는 보호용 필름 코팅부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 보호용 필름 코팅부는,
    보호용 필름이 권취되는 보호용 필름 롤러;
    상기 보호용 필름을 상기 필름상 중합체 표면에 코팅시키는 코팅 롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 후처리실과 언로딩실 사이에, 제2 처리실 및 제2 후처리실이 더 배치되되, 상기 제2 처리실 및 제2 후처리실은 상기 필름상 중합체의 이면을 처리하는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성장치.
  24. 1) 그 표면에 중합체가 형성되어 있는 필름상 중합체를 대기압 상태의 로딩실에 도입하고, 상기 로딩실을 진공상태로 만드는 단계;
    2) 상기 로딩실 내부의 압력을 낮추어 진공상태로 만들고, 상기 필름상 중합체를 진공 상태로 유지되는 전처리실로 반입시키는 단계;
    3) 상기 전처리실 내에서 플라즈마를 이용하여 상기 필름상 중합체를 전처리하는 단계;
    4) 상기 필름상 중합체를 진공 상태로 유지되는 처리실로 반입시키는 단계;
    5) 상기 처리실 내에서 플라즈마를 이용하여 이온화된 금속이온을 상기 필름상 중합체의 표면에 금속 박막을 형성시키는 단계;
    6) 상기 필름상 중합체를 진공 상태의 언로딩실로 배출시키고, 상기 언로딩실의 압력을 대기압 상태로 높인 상태에서 외부로 반출시키는 단계;
    7) 상기 필름상 중합체를 진공 상태로 유지되는 후처리실로 반입시키는 단계;
    8) 상기 후처리실 내에서 유기금속 화합물을 이온화시켜 필름상 중합체 표면에 형성된 금속박막의 산화를 방지하는 단계;를 포함하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성방법.
  25. 삭제
  26. 제24항에 있어서, 상기 7) 단계 수행 후에,
    상기 필름상 중합체의 타면에 금속박막을 형성시키는 단계; 및
    형성된 금속박막의 산화를 방지하는 단계;가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 ECR-CVD 및 전자빔을 이용한 필름상 중합체 금속박막 형성방법.
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