KR100672954B1 - 폴리머의 표면 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리머(4)의 보호 및 기능을 강화하는 표면처리 방법으로서, 챔버(10) 내부에서 플라즈마 가스로 적어도 하나의 실리콘얼로이층(43)을 증착한다. 실리콘얼로이는 실리콘, 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 실리콘산질화막 중에서 선택된 것이고, 증착은 폴리머의 열화 온도 보다 낮은 온도에서 실행되며, 실리콘얼로이의 증착 전에 동일한 챔버 내에서 플라즈마로 표면의 예비처리를 행하고, 예비처리는 폴리머의 표면 영역을 에칭하는 것을 포함하는 표면처리 및 고분자 탄소 화합물을 증착하는 단계로 이루어진 것이다.
실리콘산화막, 실리콘질화막, 전자 싸이클로트론 공명
Description
본 발명은 폴리머(플래스틱 유기 합성 물질)의 보호 및 기능화를 위한 표면 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 플라스틱 물질의 표면을 주변환경에 덜 민감하게 하는 것과, 물리적 및/또는 화학적 보호막을 구성하는 것과, 폴리머 기판 위에 전기적이거나 광학전기적인 합성물을 형성하는 것을 가능하게 한다. 더 나아가서 본 발명은 특히 안티-스크레치(anti-scratch), 광학 필터링 기능화 및 보호(예를 들면 물이나 산소의 증기로부터의)들을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 투시가 가능한 막도 제작할 수 있다. 본 발명은, 필수적이지는 않지만, 유리를 대체하는 유기물로 사용될 때 특히 자동차에서 유리창문 분야에서 이용 가능하다. 본 발명은 본 발명의 방법에 따라 얻어진 폴리머 물질(생성물)도 청구된다.
유리나 금속같은 물질의 표면에 적용되는 방법으로, 하나 이상의 실리콘얼로이층을, 이를테면 실리카, 증착하는 것에 의해 그들이 보호된다고 알려진다. 또한 실리카의 증착은 증착시 기판의 온도가 높아질수록 더욱 접착력이 있고, 균질이며, 기공이 없다고 알려지고 있다.
실리카의 이런 보호 작용과 더불어, 다양한 굴절율의 실리콘얼로이층들을 적층하여 광학적 효과를 얻을 수 있다. 이런 효과들은 특히 필터링 효과이다.
광물질들은 비교적 무겁고, 또한 유연하고 부드러우며 복잡한 형태로 사용되기에는 적절치 못하다. 그러므로, 이와 같은 것들을 광학적 특성은 동일한 반면 사용하기에 더욱 용이하며 또한 가벼운 기존의 폴리머로 대체하려는 노력이 지속적으로 있어왔다. 하지만 기존의 폴리머는 일반적으로 표면이 물리, 화학의 환경적 공격을 받을 때 저항성이 급격히 저하된다. 특히, 이것은 쉽게 제거된다. 그에따라 이들에 대한 보호층의 적용이나 구현으로 이들 물질의 표면을 보호하는 것이 제시되어 왔다. 결국, 하나(혹은 여러 개)의 수 마이크로미터 두께를 갖는 보호층이 제공되어야만 한다. 이 층은 견고하게 흡착되어야 한다. 필요한 만큼의 두께의 층을 얻고, 안티-스크레치의 기능을 효과적으로 발휘하기 위해서는, 흡착력이 중요한 매개변수이다.
그러므로 본 발명은 챔버 내부에서 플라즈마 가스로 폴리머의 표면에 적어도 하나의 실리콘얼로이층의 증착하여 폴리머의 보호 및 기능화 하는 표면처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면,
- 실리콘얼로이는 실리콘, 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막 중에서 선택된 것이고;
- 플라즈마에 의한 표면의 예비처리는 실리콘얼로이의 증착 전에 동일한 챔버 내에서 행해지고, 그 예비처리는 폴리머 표면의 에칭(또는 절개)를 포함하는 표면처리와 고분자 탄소 화합물의 증착 단계로 이루어진다.
얼로이란 용어는 실리콘과 하나 이상의 다른 원자 사이의 결합을 의미하지만 여기서는 단지 실리콘만을 지칭하는 것으로 여겨야만 한다. 실리콘산화막은 아마도 분자단위혼합비가 아닌(x≠2) 실리콘산화막이나 실리카(x=2)의 SiOx 형태일 것이다. 증착은 폴리머의 열화(degradation) 온도 보다 낮은 온도에서 시행된다. 이 폴리머의 열화 온도는 물질이 부드러워지거나 용해 시작 시, 더 나아가서 연소, 더욱 일반적으로는 물질이 고유한 용도 특성을 잃어버리는 온도로서의 온도이다. 따라서 일반적으로 이 방법에서는 물질을 특별히 가열할 필요는 없다. 만약 그럼에도 불구하고 가열이 필요하다면 물질의 열화 온도 보다 낮은 온도로 하면 될 것이다.
고분자탄소로서 대량의 수소를(원자 퍼센테이지로 적어도 10%인 수소) 포함하며, 미약한 광학 지수 및 금지대역이 높아진(3 내지 5eV) 무정형 탄소가 필요하다. 예를 들면 표 1에서 (a-C:H1) 인용된 물질은 1.59의 지수, 1,2g/cm3의 밀도 및 56%의 수소의 농도 (2eV)를 갖는다.
본 발명을 실시하는 여러 가지 방법 중에서, 모든 기술적 실현 가능성 여부에 따라, 상황에 맞게 결합될 수 있는 다음의 방법들이 적용된다:
- 먼저 표면처리를 한 후에, 고분자 탄소 화합물을 증착한다;
- 고분자 탄소 화합물의 증착 단계는 표면처리가 종료되기 전에 시작된다;
- 예비처리는 산화가스로부터 발생된 플라즈마의 작용으로 얻어진다. 이때 산화가스는, 예를 들면, 산소나 N2O중에서 선택될 수 있다;
- 표면 영역의 에칭된 두께는 20Å 내지 3000Å이다;
- 표면 영역의 에칭된 두께는 100Å 내지 900Å, 특히 바람직하기로는 약 500Å이다;
- 탄소 화합물의 증착은 탄소가스로부터 발생된 플라즈마의 작용으로 얻어지고, 탄소가스는 메탄, 에탄, 부탄, 프로판, 펜탄, 헥산 그리고, 에틸렌 및 아세틸렌을 함유한 그들의 모노 또는 폴리 불포화 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된다;
- 탄소 화합물의 증착 두께는 30Å 내지 130Å 이며, 특히 바람직하기로는 50Å 내지 100Å이다;
- 증착된 탄소 화합물은 수소를 포함하는 무정형의 탄소이다;
- 폴리머는 폴리카보네이트이다;
- 폴리머는 폴리메틸 메타아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 것이다;
- 비가공 폴리머가 챔버 내에서 직접 처리된다;
- 다수의 실리콘얼로이층이 증착되고, 이는 예컨대 하나 이상의 광학적 효과를 얻기 위해서이다;
- 플라즈마 반응장치는, 전자 사이클로트론 공명 반응기(Electronic cyclotron resonance reactors)와, 전자 사이클로트론 분배 반응기(distributed electron cyclotron resonance reactors)와, 음극 스퍼터링 반응기(cathode sputtering reactors)를 각각 갖는 마이크로파 반응장치 및 고주파 반응장치 중에서 선택된다. 음극 스퍼터링 반응기는 즉 다시말해서 "타겟" 반응장치이다;
- 플라스틱 물질은 폴리카보네이트이고, 수소를 포함하는 무정형 탄소의 층의 두께는 50Å 내지 100Å이며, 그 두께 중에서 하나의 실리카층은 1 내지 7㎛, 바람직하기로는 약 5㎛ 정도로 증착된다.
본 발명은 또한 보호 및 기능화를 위한 표면처리가 행해지기 전의 폴리머 생성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른, 이를 구현하기 위한 방법들 중에서 어느 하나의 방법으로 처리된 폴리머는, 표면에 예비처리된 영역 및 하나 이상의 실리콘얼로이로 이루어진 하나 이상의 층 위에 증착된 무정형 탄소층을 포함한다.
본 발명의 방법은 다양한 형태를 갖는 폴리머 표면 위에 보호 및 기능화된 층을 얻을 수 있게 하며, 이 층들은 기존의 방법에 비해 견고하고 보다 접착력이 강하다. 보호란 용어는 모든 종류의 보호 즉, 단독이나 결합형태로, 기계적 손상 예를들어 스크레치, 광학적 손상 예를 들어 자외선, 그리고 일어날 수 있는 화학적 손상에 대한 보호를 말한다.
플라즈마 처리는 광범위한 표면의 처리를 가능하게 하고, 본 발명의 방법에 따른 단계들은 모두 동일한 챔버 내부에서 연속적으로 행해질뿐만아니라, 물질의 가열이 불필요하므로 상당한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 플라즈마 증착 방법은 여러 가지 다른 지수를 나타내는 층들을 적층하므로써, 하나의 층 속 및 두 개의 층이 결합된 그 사이에서 급작스럽거나 지속적으로 변화하는 지수를 통해 광학적 요소의 실현을 가능하게 한다. 광학적 필터링의 실현이 가능한 것은, 예를 들어, 자외선으로부터 플라스틱 물질을 보호하는 것과 또한 플라스틱 수명을 연장시킬 수 있게 하는 것이다.
더불어서, 자동차 유리에의 응용과, 그밖의 다른 응용들이 본 발명에서 고려 되는데, 특히 유리를 폴리머로 대체하고자 하는 모든 응용들, 예를 들어, 조명 투광기의 광학 창과, 플라즈마로 증착된 얇은 층으로서 실리콘을 주성분으로 하며 넓은 표면을 갖는 전기적 구성물이 그러하다. 이런 모든 적용들에 있어서, 폴리머 또는 플라스틱 물질은 근본적으로 그 가벼운 성질과 광학적 투명성으로 인해 유리에 대한 대체로 선택된다. 폴리머는 또한 유리와 비교해서 우수한 기계적 성질, 특히 변형 및 굽힘가공에 적합하기 때문에 선택되는 것이다.
본 발명에 따른 방법에 의해 처리된 플라스틱 물질은 그밖의 다른 적용들도 가질 수 있는데, 예를 들면, 플라스틱 물질의 상태로 부드러운 포장을 하거나, 박스화 하는 것이며, 이는 실리카의 보호막적 성질, 특히 수증기 및/또는 산소의 확산에 대항하는 성질에 기인한다.
결국, 이 방법을 실시하는 것은 매우 단순하고, 근원적으로 별도의 플라즈마의 반응장치를 사용할 필요가 없는 것이다. 사실, 이 방법은 보충 가스의 주입을 쉽게 예견할 수 있는 탄소가스 내에서 실리콘얼로이를 증착하므로써, 모든 플라즈마 반응장치를 사용할 수 있는 것이다.
도 1은 전자 사이클로트론 공명 분배기를 갖는 IDECR (Intergrated Distributed Electrons Cyclotron Resonance) 타입 또는 마이크로파의 플라즈마 반응장치를 나타내는 도면이고; 그리고,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 단계를 나타낸다.
본 발명이 포함하고 있는 다음과 같은 방법을 실행하는 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 표면 처리의 반응장치를 전체적으로 참조번호 10으로 나타낸다. 이는 플라스틱 물질인 조각(4), 예를 들면 기판지지대(14) 위에 부착된 폴리카보네이트 판으로 이루어진, 조각(4)의 표면 처리를 하는 것이다.
도 1에서 보인 바와 같이, 챔버(16)은, 도면부호(18)과 같은 혼합가스의 유입 통로의 군(群)을 포함한다. 혼합가스라는 용어는 본 발명에 이용되는 모든 형태의 가스를 말한다. 또한 챔버(16)는 챔버로 연결되는 도관(20)을 갖고 통로(18)로 공급가스를 분출시키며 원하는 정도로, 예를 들어 1 내지 10mTorr, 가스의 압력을 유지하게 하는 펌프스테이션(도 2의 2)을 갖는다.
챔버(16)은 장치(22)를 갖는데, 이는 전자 사이클로트론 공명으로 처리 가스 내의 플라즈마의 여기 상태를 유지한다. 이 장치(22)는 다수의 장(field)의 어플리케이터(Applicator)(24)를 갖는데, 이들 각각은 동축케이블에 알맞도록 관 형태이며, 양단이 연결되고, 마이크로파 영역의 에너지소스(도시안함), 이를테면 2.45 GHz와 같은 주파수를 갖는다.
더 상세하게는, 어플리케이터(24)는 바람직하기로는 "전자 사이클로트론 공명분배기(DECR)"라고 불리우는 기존의 장치 또는 전통적인 기술로 제작된 장치이다.
더욱이, 각각의 어플리케이터(24)는 주변에 정적(Static) 자장을 생성하기 위한 수단들을 갖추는데, 자장의 강도는 전자 사이클로트론 공명 정도, 이를테면 정적 자장의 강도 B는 정적 자장 내에 위치한 전자의 여기 주파수 f와 관련이 있으며 다음식으로 표시된다:
여기서 m과 e는 각각 전자의 질량과 전하이다. 그러므로, 이를테면 2.45GHz의 주파수를 갖는 마이크로파의 방사를 위해서는 각각의 어플리케이터 주변에 형성되는 자장의 강도는 875Gauss 정도가 선택된다.
도 1에서 나타낸 예와 같이, 정적 자장을 생성하는 수단은 자석(26)으로 둘러쌓인 안테나로 구성되는데, 자석(26)은 막대형이고 각각의 어플리케이터(24)의 내부에 배치된다. 이 구조는 정적 자장을 얻는데 이 자장은 비교적 빠르게 감소한다. 또한 약하거나 거의 존재하지 않는 자장을 생성하는데 그 영역 내에서 처리된 조각(4)가 놓여진다. 게다가, 어플리케이터들 주변의 마이크로파장의 강력한 흡수로 인해 여기된 플라즈마가 기판에 접근하지 못하고, 따라서 마지막 단계의 변형의 위험을 줄인다.
도 1에서 보인 바와 같이, 반응장치(10)은 금속 막대(25) 군을 포함하는데, 이들은 어플리케이터(24)에 대해 가로로 평행하게 전개된다. 이들 막대(25)들은 본체에 연결, 즉 챔버(16)의 벽으로 연결되는데, 본체를 감안하여 각각의 어플리케이터들의 길이를 설정하고 그러므로써 그 영엑에서 마이크로파장을 생성하며 방사의 전파를 촉진한다.
반응장치(10)은, 상술한 실시의 방법들을 위해서, 전자기장의 소스(30)를 포 함하는데, 이를테면 13.56MHz의 주파수를 가지며, 이는, 후술하는 바와 같이, 기판 지지대의 분극화를 유지하게 한다.
그들은 마이크로파 에너지를 각 어플리케이터의 수단들에 주사함과 동시에 각 통로(18)의 주변으로 주사하며, 그 영역 즉 처리되는 조각(4)가 놓여진 영역과는 구별되는 챔버(16)의 영역 내에서, 상술한 바와 같이, 전자 사이클로트론 공명의 강도에 해당하는 정적 자기장을 생성한다. 정적 자기장 라인들은 인접한 두 개의 자석 사이에 갖히게 되고, 그래서 어플리케이터들 사이의 다극 자기장 구조의 경계를 결정한다.
따라서 고도로 해리되어 낮은 압력과 높은 활성을 갖고, 그러므로써 조각(4)의 처리가 가능한 플라즈마를 얻게 된다.
기판지지대(14)는 경우에 따라서 높은 주파수를 갖는 전기장의 영향을 받게되고, 이는 마지막 단계에서의 분극화를 가능하게 한다. 실제로, 소스(30)으로 인해 생성된 전기장의 양(+) 교번의 영향을 받을 때는 전자들이 조각(4) 쪽으로 끌어 당겨지는 반면, 음(+) 교번의 영향을 받을 때는 양이온들이 조각(4) 쪽으로 끌어 당겨진다.
전자가 이온보다 이동성이 좋고, 기판지지대에서의 분극화를 얻을 수 있으며, 소스(30)의 조절로써 그의 조절이 가능하다. 따라서, 처리할 조각(4)의 표면 쪽으로 오는 이온들의 에너지를 조절할 수 있다.
IDECR 형태의 플라즈마 반응장치는 실리콘을 주성분으로 하는 밀집된 층들의 냉(冷) 증착도 가능하게 한다. 여기서의 '냉'이란 의미는 일반적으로 물질을 가 열시킬 필요가 없거나 또는 물질의 열화 시의 내부 온도를 통해서 가열된 것을 말한다.
도1에 플라즈마 반응장치의 특정한 형태를 나타냈지만, 기타 다른 형태의 플라즈마 반응장치, 예를 들면 음극 스퍼터링 반응기(cathode sputtering reactors) 다시 말해서 "타겟"을 갖는 플라즈마 반응장치들이 이용될 수 있는데, 여기에서 증착되기 전의 물질은 챔버 내부에서 증착된 타겟으로부터 이격된다. 이 반응장치들은 마이크로파 2.45GHz의 마이크로파나 13.56MHz의 고주파의 형태가 될 수 있다. 본 발명에서 이용된 플라즈마 발생기들은 에스.로스나겔, 제이.쿠오보, 더블류.웨스트우드, 노예스(S.Rossnagel, J.Cuomo, W.Westwood, Noyes) 출판, 파크리지(Parkridge) 89의 "플라즈마 처리과정 기술과, 기본구조, 에칭, 증착과 표면 상호 작용에 대한 핸드북(Handbook of plasma proessing technology, fundamentals, etching, deposition and surface interaction)"에 묘사되어 있다. 이 IDECR 형태의 발생기는 특히 "고체 박막(Thin Solid Films)"의 1997년 308, 309호 63 페이지의 피.벌킨(P.Bulkin)의 글 속에 묘사되어 있다.
도 2에서와 같이, 공정의 단계들은 참조 부호 A 내지 D로 나타낸다.
A 에서는, 비가공 상태의 플라스틱 물질(4)인 폴리머가 사용된다. 이 비가공 상태란 용어는 물질이 직접적으로 처리될 수 있다는 것을 의미하며, 본 발명의 예비처리나 이물질, 이를테면 더러움이나 먼지 등을 제거하기 위한 일시적 표면 크리닝 외에 다른 어떤 예비처리도 필요하지 않다는 것이다. 일시적 크리닝이란, 물질이 더렵혀졌을 때에, 이를테면 화학적으로 얼룩제거를 하는 것이다. 본 발명은 예 비 처리된 플라스틱 물질과 얼룩제거 형태의 고전적인 화학적 청소를 받은 것을 동일하게 적용한다. 이 예에서는 플라스틱 물질은 폴리카보네이트이다.
B 에서, 플라스틱 물질(4)는 반응장치(10)의 챔버(16) 내에서 플라즈마(19)로 증착되는데, 챔버 내에 있어서의 약 5 mTorr가 되는 공간은 나비 형상의 판 및/또는 조절기의 중간개체를 통해 공간을 갖는 펌프(2)에 연결된 도관(20)에 의해 구현된다. 산화가스는, 그 실시의 양태에 내에서 가스 형태의 산소로, 통로(18)을 통해 챔버(16) 내부로 보내진다. 플라즈마 발생기는, 도면에 소개되지 않았지만, 플라즈마(19)를 생성하도록 하고, 또한 물질(4)의 소정 두께의 표면을 예비시킨다. 이러한 표면의 예비에는, 다수의 물리-화학적 작용이 해당할 수 있다:
- 표면의 잔류물 배출을 통한 크리닝 (예를 들어 탄화수소),
- 에칭과 동일한 용어인 폴리머의 상부 영역의 절제(切除),
- 폴리머의 표면 영역(41) 활성화, 상술한 활성화는 그물모양의 폴리머, 열화된 폴리머 및 표면에서의 산소의 접목이나 결속 등으로 이해될 수 있다,
- 표면 절제의 기계적 행위,
- 이러한 행위들과 아직은 근거 미정인 그 밖의 행위들의 배합. 이러한 예비 과정들은 약 500Å의 에칭 영역의 두께에 해당하는 범위 내에서 선택되어질 것이다.
C 에서는, 탄소 화합물이 활성화된 플라스틱 물질 위에 증착된다. 실시예에 있어서 탄소는 통로(18)을 통해 챔버(16) 내로 주입된 메탄 가스로부터 발생된다. 그러므로 이 증착된 탄소는 수소를 포함하는 무정형의 탄소의 형태를 띈다. 마지막에 이르러서는 증착된 탄소 층이 충분히 수소를 포함하도록 하는 것이 좋다. 그러나 모든 다른 탄소 가스의 소스는 음극 스퍼터링 반응기(cathode sputtering reactors)를 갖는 반응장치에서의 탄소처럼 사용 가능하다. 이 단계의 지속기간은 탄소층(42)의 두께가 50Å 내지 100Å가 되도록 하는 정도에 해당된다.
D 에서, 실리카는 B 단계와 C 단계에서 예비처리된 플라스틱 물질 위에 증착된다. 플라스마(19) 반응장치(10)은 이를테면 실란(Silane)이나 산소를 받아들인다. 그러나 음극 스퍼터링 반응기(cathode sputtering reactors)를 갖는 플라즈마 반응장치를 사용하는 경우에, 실리콘은 동일한 챔버 내에서 증착된 물질의 타겟에서 얻어질 것이다. 이 예에서는, 두께가 약 5㎛인 실리카(43) 층만이 증착된다.
E에서는, 플라스틱 물질은 챔버에서 꺼내지고, 플라스틱 물질의 보호를 위한 처리가 종결되었다. 처리된 표면을 확대하여 E에 나타낸다. 플라스틱 물질(4)는 표면에 활성화 영역(41)과, 수소를 포함하는 무정형 탄소의 층 (42)과 실리카층(43)을 포함한다. 이 방법은 특히 증착이 될 기판을 가열함 없이 양질의 증착을 실현시키는데, 플라스틱 물질은 급작스러운 열화나 그의 사용 품질을 해칠 수 있는 특별한 구속을 겪지 않는다. 그러므로 이 방법은 적어도 하나의 증착이 최소한의 온도 분위기에서 실현되도록 한다.
실시의 다른 가능성은 수소를 포함하는 무정형 탄소층의 증착을 하면서 실리카의 증착 과정에서 에칭 과정을 점진적으로 진행하는 방법을 포함하는 것이다. 이렇게 처음에 산소의 순수 플라즈마 속에서 시작하여, 탄소 가스 (예를 들어 CH4)의 국부적 압력을 점진적으로 증가하면서 에칭의 속도를 줄일 수 있고, 그러면서 수소를 포함하는 무정형 탄소의 층을 증착한다. 이 탄소 가스의 국부적인 압력 증가는 산소의 국부적인 압력 감소와 연관된다. 이후, 탄소가스의 국부적 압력은 점차 줄어들고, 실리콘 층(예를 들어 SiH4)의 증착 조짐이 있는 영역의 국부적 압력이 점차 증가되며, 이것은 실리콘얼로이층(예를 들어 실리카)의 증착 상태로까지 발전한다.
비교 시험이 실행된다. 이 시험들은 다음과 같은 표준화된 테스트를 통해서 실시된다.
- 연마 바퀴에 따른 소모의 저항 측정(타버 웨어 테스트;Taber wear test)(DIN 52347). 이 테스트는 표본 위에서 표준화된 힘(500g)을 갖는 일정한 (CS F10) 바퀴를 고정된 싸이클 수(500 또는 1000) 내에서 움직이고, "문제의 변화"(Delta Haze)를 측정하며, 그럼으로써 투과 및 분산된 빛의 양을 측정하여 그 용융도을 평가하는 것을 포함한다.
- 바둑판 무늬의 시험(DIN EN ISO 2409). 이 테스트는 1mm2의 10x10의 바둑판 무늬로 자르고, 그 위에 일정한 반창고를 붙였다가 그것을 떼어내는 것을 포함한다. 기판 위에 접착되어 남겨진 층의 정방형의 수는, 층의 접착에 대한 기능적인 측정법이다.
- 열 사이클. 이 테스트는 표본 10개를 5일 동안 -40℃ 내지 90℃의 싸이클에 두는 것이다.
스크레치 테스트를 동일하게 행했고, 그 결과를 도면 3에서 나타내었다. 이 테스트는 피복물과 기판 사이 경계면에 압박을 가하는 것으로, 표본의 표면 위에 다이어몬드 바늘을 표준 무게(Charge)로 지지하는 것이다. 이 표본은 일정한 속도로 대체되었고, 경계면의 압박의 결과는 긁힌 자국을 만들거나 표면의 피복을 벗기게 된다. Lc라고 기록하며 임계 무게라 칭한 것은 표본에 흠을 내는 최소한의 무게를 말한다.
그러므로 도 3은 임계 무게의 배열을 나타내는 것으로, 가로 좌표에서 각각 비교 표본에서 얻어진 것, 그 다음 표본은 오직 산소 가스로부터 발생한 플라즈마의 처리 단계에 의한 것이고, 그 다음은 결과는 단지 고분자탄소화합물(CH4의 분리를 통해) 층의 증착만을 갖는 표본으로부터 얻어진 것이며, 결국 마지막은 본 발명에 따른 표본으로부터 얻어진 결과로 이를테면 산화가스로부터 발생된 플라즈마의 작용에 의한 에칭을 갖는 표면 처리의 단계를 포함하는 예비처리를 행하고, 계속하여 고분자탄소화합물(CH4의 분리를 통해)의 증착 단계를 행한 것이다.
테스트 결과:
예비 처리가 없는 것은, 폴리카보네이트 위의 SiO2층을 2㎛의 두께로 벗겨낸다. 반대로, 본 발명에 따른 예비처리를 사용한 것은 벗겨지지 않을뿐만아니라, 벗겨짐 없이 열 사이클에 따른 처리도 견디게 되고, 또한 물에 대해서도 뛰어난 저항력을 보인다. 특히:
4.5㎛를 갖는 SiO2의 안티-스크레치층은 폴리카보네이트 위에 증착된 것이 다.
기판: PC(10x10x0.3cm)의 금속판은 분출이나 유입에 의해 만들어진 것
| 가스 | 플럭스 [sccm] | 압력 [mTorr] | 파워 MO[W] | 온도 [s] | |
| 크리닝 O2 | O2 | 30 | 1.14 | 100 | 100 |
| a-C:H 1 층 | CH4 | 21 | 0.78 | 100 | 30 |
| a-C:H 2 층 | C2H4 | 30 | 1.07 | 100 | 5 |
| SiO2층 | SiH4 O2 | 5 24 | 1.14 | 100 | 10000 |
| 그라디언트 단계 1: | O2 CH4 | 30→0*) 0→21*) | 100 | 20 | |
| 그라디언트 단계 2 | O2 CH4 SiH4 | 0→24*) 21→0*) 0→5*) | 100 | 20 |
*) 20초 내의 선형적 변화
- 바둑판 무늬의 테스트
| 남겨진 정방형의 수 | |
| O2 처리만 실시 | 제거됨 |
| CH4처리만 실시 | 30% |
| O2 + CH4처리 실시 | 100% |
| O2 + C2H4처리 실시 | 100% |
| O2 처리 + 그라디언트 단계1 + 그라디언트 단계 2**) | 100% |
**)플라즈마는 이 처리가 진행되는 동안 중단되지 않는다.
- 층 두께의 기능에 있어서 긁힘에 대한 저항력
| 3.5㎛ 5.5㎛ 불안정한 변화 (델타 헤르쯔) 14.6% 2.06% 1000번 회전 후 (CS F 10-500g의 바퀴) |
따라서 이 테스트는 본 발명에 따른 처리에 있어서, 실리콘얼로이를 증착할 때가 예비처리를 하지 않거나 불완전한 예비처리를 했을 때보다도 우수한 접착력을 얻을 수 있다는 것을 보여준다.
Claims (20)
- 챔버(16) 내부에서 플라즈마 가스(19)로 폴리머(4)의 표면상에 적어도 하나의 실리콘얼로이층(43)을 증착하여, 상기 폴리머(4)의 표면을 보호 및 기능화 하기 위한 표면처리 방법으로서,상기 실리콘얼로이는 실리콘, 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 실리콘산질화막 중에서 선택된 것이고, 상기 실리콘얼로이의 증착 전에 상기 챔버(16) 내에서 플라즈마(19)로 폴리머(4)의 표면을 에칭하는 예비처리하는 단계와; 원자 백분율로 적어도 10%의 수소를 갖는 고-수소화된 무정형 고분자 탄소 화합물(42)을 상기 예비처리된 폴리머(4)의 표면에 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 표면처리를 먼저 행하고, 그 다음에 상기 고분자 탄소 화합물(42)을 증착하는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 고분자 탄소 화합물(42)의 증착은 상기 표면처리가 종료하기 전에 시작되는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 표면처리는, 산화가스로부터 발생된 플라즈마(19)의 작용에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리머(4) 표면의 에칭의 두께는 20Å 내지 3000Å인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 폴리머(4) 표면의 에칭의 두께는 100Å 내지 900Å인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 고분자 탄소 화합물(42)의 증착은 탄소 가스에서 발생된 플라즈마(19)의 작용에 의해 이루어지고, 상기 탄소 가스는 메탄, 에탄, 부탄, 프로판, 펜탄, 헥산 그리고, 에틸렌 및 아세틸렌을 함유한 그들의 모노 또는 폴리 불포화 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 고분자 탄소 화합물(42)의 증착 두께는 30Å 내지 130Å인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리머(4)는 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리머(4)는 폴리메틸 메타아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 그룹에서 중에서 선택된 플라스틱 물질인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리머(4)는 상기 챔버(16) 내에서 직접 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 실리콘얼로이층(43)의 증착은 다수의 실리콘얼로이층(43)이 증착되는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 챔버(16)는 플라즈마 반응 장치이고, 상기 플라즈마 반응 장치는 전자 사이클로트론 공명 분배기를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 챔버(16)는 플라즈마 반응 장치이고, 상기 플라즈마 반응 장치는 음극 스퍼터링 반응기를 각각 갖는 마이크로파 반응장치 및 고주파 반응장치 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 6항에 있어서, 상기 폴리머(4) 표면의 에칭의 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 고분자 탄소 화합물(42)의 증착 두께는 50Å 내지 100Å인 것을 특징으로 하는 폴리머의 표면처리 방법.
- 보호과 기능화를 위하여 폴리머(4)의 표면이 처리된 폴리머 생성물로서,상기 보호는, 상기 제1항에 따른 방법에 의해 구현되고,상기 폴리머(4)는 그 표면에 활성화 영역(41)와, 상기 활성화 영역(41)상에 증착된 수소화된 무정형 탄소층(42)와, 상기 수소화된 무정형 탄소층(42)상에 증착된 하나 이상의 실리콘얼로이의 하나 이상의 층(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 생성물.
- 제 19항에 있어서, 상기 폴리머(4)는 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 폴리머 생성물.
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