KR100938323B1 - Method of surface treatment and surface-treated article - Google Patents

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마사모또 우에니시
신후꾸 노무라
히로미찌 도요따
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미츠비시 레이온 가부시키가이샤
고쿠리쓰다이가쿠호진 에히메다이가쿠
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Abstract

본 발명은 물을 포함하는 액체 (11) 중 수증기 기포 (17) 내에 발생한 플라즈마를 상기 액체 (11) 중에 있어서, 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 물품 (15)에 접촉시킨다. 또한, 플라즈마를 물품 (15)에 부착하고 있는 유기물에 접촉시켜서 유기물을 재료로부터 제거한다. 플라즈마 물품 (15)에 접촉시킴으로써, 물품 (15)를 파괴하지 않고, 재료의 표면을 에칭한다. 물품 (15)는 물에 대한 접촉각이 90도를 초과하는 소수성 부분과 90도 이하의 친수성 부분을 모두 갖는 재료를 포함할 수도 있고, 플라즈마를 물품 (15)에 접촉시켜서 소수성 부분만을 에칭한다.In the present invention, the plasma generated in the water vapor bubbles 17 in the liquid 11 containing water is brought into contact with the article 15 in the liquid 11 whose contact angle with water is 90 degrees or less. The organics are also removed from the material by contacting the plasma with the organics attached to the article 15. By contacting the plasma article 15, the surface of the material is etched without destroying the article 15. The article 15 may include a material having both hydrophobic portions having a contact angle to water greater than 90 degrees and hydrophilic portions of 90 degrees or less, and contacting the plasma with the article 15 to etch only the hydrophobic portions.

플라즈마, 에칭, 표면 처리 Plasma, etching, surface treatment

Description

표면 처리 방법 및 표면 처리된 물품{METHOD OF SURFACE TREATMENT AND SURFACE-TREATED ARTICLE}METHOD OF SURFACE TREATMENT AND SURFACE-TREATED ARTICLE}

본 발명은 친수성 표면을 갖는 물품의 표면 처리 방법, 및 상기 방법으로 표면 처리된 물품에 관한 것이다. The present invention relates to a surface treatment method of an article having a hydrophilic surface, and to an article surface treated by the method.

본원은 2005년 3월 25일에 출원된 특원 2005-089631호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2005-089631 for which it applied on March 25, 2005, and uses the content here.

플라즈마를 이용하여 유기물을 분해 또는 제거하는 방법으로는, 예를 들면 이하의 방법이 알려져 있다. As a method of decomposing or removing an organic substance using plasma, the following method is known, for example.

(I) 대기압하에서 산소 가스 또는 아르곤 가스를 플라즈마 상태로 하고, 상기 플라즈마를 실리콘 웨이퍼, 액정용 유리 기판 등의 기판의 표면에 분무하여, 상기 기판 표면에 부착되어 있는 유기물을 제거하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 1, 2 참조). 또한, 이 방법을 실용화한 상압 플라즈마 표면 처리 장치가 이미 제품화되어 있다. (I) Oxygen gas or argon gas is put into a plasma state under atmospheric pressure, and the said plasma is sprayed on the surface of board | substrates, such as a silicon wafer and the glass substrate for liquid crystals, and the method of removing the organic substance adhering to the said board | substrate surface is known. (See Patent Documents 1 and 2). Moreover, the atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus which put this method into practice is already commercialized.

(II) 유기물을 포함하는 유기 용제 등의 액체에 초음파를 조사하여 액체 중에 기포를 발생시키고, 이어서 상기 기포에 전자파를 조사하여 기포 중에 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 기포로 하고, 상기 플라즈마 기포에 의해서 액체 중에 분산 되어 있는 유기물을 분해하는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 3 참조). (II) Ultrasonic waves are applied to a liquid such as an organic solvent containing an organic substance to generate bubbles in the liquid, and then the bubbles are irradiated with electromagnetic waves to generate plasma in the bubbles to form a plasma bubble. A method for decomposing dispersed organic matters has been proposed (see Patent Document 3).

(III) 산소, 공기 등의 기체를 물에 공급함으로써 물 중에서 기포를 발생시키고, 이 기포에 고전압 펄스를 인가하여 순간적으로 기포 내부를 플라즈마 상태로 하고, 물 중의 유기물을 플라즈마에 의해 분해하는 기술이 특허 문헌 4 내지 9에 기재되어 있다. (III) A technique of generating bubbles in water by supplying a gas such as oxygen or air to water, applying a high voltage pulse to the bubbles to instantaneously make the inside of the plasma a plasma state, and decomposing organic matter in water by plasma. It is described in patent documents 4-9.

(IV) 고온의 플라즈마 기포를 액체 중에서 발생시키고, 플라즈마 기포로부터 발생하는 화합물을 섬유의 표면에 부착시키고, 상기 섬유 표면에 요철 형상 등의 표면 개질을 실시하는 기술, 및 그의 기술로부터 얻어지는 기능화 섬유가 특허 문헌 10에 기재되어 있다. (IV) A technique for generating a high temperature plasma bubble in a liquid, attaching a compound generated from the plasma bubble to the surface of the fiber, and performing surface modification such as irregularities on the surface of the fiber, and a functionalized fiber obtained from the technique. It is described in patent document 10.

(I)의 방법에서는 (1) 플라즈마에 의해 무기 재료 등의 내열성 물품 표면에 있는 유기물을 분해 또는 제거할 수 있지만, 분해물 또는 미반응의 유기물이 대기 중에 떠돌고, (2) 고에너지의 플라즈마 가스를 발생시킬 수 있지만, 물품의 표면 온도가 매우 높아지기 때문에, 유기 고분자 재료에의 적용이 곤란하다는 문제가 있다. In the method (I), (1) organic matter on the surface of heat-resistant articles such as inorganic materials can be decomposed or removed by plasma, but decomposed or unreacted organic matter floats in the atmosphere, and (2) high energy plasma gas Although it can generate | occur | produce, since the surface temperature of an article becomes very high, there exists a problem that application to an organic polymer material is difficult.

(II)의 방법에서는 (1) 액체 중에 분산되어 있는 유기물을 분해할 수 있지만, 물품의 표면에 부착된 유기물의 제거에 적용할 수 있을지는 불명확하고, (2) 만일 기포 중의 플라즈마를 물품에 접촉시켜 유기물을 분해하려고 하여도 (I)의 방법과 동일하게 물품의 표면 온도가 높아지기 때문에, 유기 고분자 재료에의 적용은 곤란하다고 생각된다. In the method of (II), (1) organic matter dispersed in the liquid can be decomposed, but it is unclear whether it can be applied to the removal of organic matter adhering to the surface of the article, and (2) if the plasma in the bubble contacts the article. Even if it attempts to decompose an organic substance, the surface temperature of an article becomes high similarly to the method of (I), and therefore, application to an organic polymer material is considered difficult.

(III)의 방법에서는, 상기 (II)와 마찬가지로 (1) 액체 중에 분산되어 있는 유기물을 분해할 수 있지만, 물품의 표면에 부착된 유기물의 제거에 적용할 수 있을지는 불명확하다. 또한, (2) 플라즈마 상태는 단시간밖에 지속되지 않기 때문에, 플라즈마 상태에 있는 기포(이하, 플라즈마 기포라 함)와 분해하고자 하는 유기물과의 접촉 빈도가 낮은 경우는 유효한 분해를 일으키기 어렵다. In the method of (III), similarly to the above (II), the organic matter dispersed in the liquid (1) can be decomposed, but it is unclear whether it can be applied to the removal of the organic matter adhered to the surface of the article. In addition, since the plasma state lasts only for a short time, effective decomposition is difficult to occur when the frequency of contact between the bubbles in the plasma state (hereinafter referred to as plasma bubbles) and the organic material to be decomposed is low.

(IV)의 특허 문헌 10의 명세서에는, 플라즈마 기포를 섬유에 접촉시키면 섬유의 표면 개질을 행하는 것이 가능하다고 기재되어 있다. 섬유의 소재는 특별히 한정되어 있지 않다. 그러나 (II)의 특허 문헌 3에서 서술한 바와 같이, 플라즈마 기포의 온도가 약 5000K로 고온인 데 반해, 일반적으로 유기 고분자 재료는 그러한 고온에 견딜 수 있는 충분한 내열성을 갖지 않는다. 또한, 재료의 융점이나 연화점이 플라즈마 기포의 온도보다도 낮은 경우, 플라즈마 기포에 접촉시키면 재료는 녹아서 유동하거나, 열 분해나 파괴에까지 이르는 것이 예상되어, 이러한 재료를 이용한 섬유에 플라즈마 기포를 적용하는 것은 곤란하다. 또한, 이러한 내열성이 떨어지는 재료를 이용하는 경우, 표면에 요철 기능을 부여하는 것보다도 오히려 섬유 형태 그 자체가 파괴되어 버리는 것이 예상된다. 또한, 탄소 섬유를 실시예에 들고 있지만, 탄소 섬유에서는 섬유가 매우 가늘뿐만 아니라, 섬유 표면의 주름의 형상이나, 표면의 흑연 구조의 정도, 내염화의 정도에 따라서도 다르지만, 부분적으로 고온의 플라즈마 기포에 접촉한 섬유 부분이 열에 의해 과도하게 흑연화가 진행되어, 섬유가 국소적으로 취약해지고, 섬유 전체의 기계적 특성이 저하되는 것이 생각된다. 또한, 내열성이 떨어지는 재료를 이용하는 경우에, 표면의 형태를 변경하지 않고 세정할 수 있을지에 대해서도 하등 기재가 없다. 이와 같이, 특허 문헌 10의 명세서에는 재료의 선정에 관한 기재가 전혀 없다. The specification of Patent Document 10 in (IV) describes that it is possible to perform surface modification of the fiber when the plasma bubbles are brought into contact with the fiber. The material of the fiber is not particularly limited. However, as described in Patent Document 3 of (II), the plasma bubble has a high temperature of about 5000K, whereas the organic polymer material generally does not have sufficient heat resistance to withstand such high temperatures. When the melting point or softening point of the material is lower than the temperature of the plasma bubbles, it is expected that the material melts and flows or reaches thermal decomposition or destruction when it comes into contact with the plasma bubbles. Therefore, it is difficult to apply plasma bubbles to fibers using such materials. Do. In addition, when using such a material with low heat resistance, it is anticipated that the fiber form itself will be destroyed rather than giving an uneven | corrugated function to a surface. In addition, although carbon fiber is shown in the Example, in a fiber fiber, not only a fiber is very thin but it also depends on the shape of the wrinkle of the fiber surface, the grade of the graphite structure of the surface, and the grade of flame resistance, but it is partially high temperature plasma. It is considered that the part of the fiber in contact with the bubbles excessively graphitizes due to heat, the fiber is locally weak, and the mechanical properties of the entire fiber are degraded. Moreover, when using a material with inferior heat resistance, there is no description about whether it can wash | clean without changing the form of a surface. Thus, the specification of patent document 10 has no description regarding selection of a material.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-143795호 공보 Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-143795

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2004-311838호 공보 Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2004-311838

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2004-306029호 공보 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-306029

특허 문헌 4: 일본 특허 공표 제2005-502456호 공보 Patent Document 4: Japanese Patent Publication No. 2005-502456

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 제2005-58887호 공보 Patent Document 5: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-58887

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 제2005-21869호 공보 Patent Document 6: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-21869

특허 문헌 7: 일본 특허 공개 제2005-13858호 공보 Patent Document 7: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-13858

특허 문헌 8: 일본 특허 공개 제2004-268003호 공보 Patent Document 8: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-268003

특허 문헌 9: 일본 특허 공개 제2002-272825호 공보 Patent Document 9: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-272825

특허 문헌 10: 일본 특허 공개 제2005-105465호 공보 Patent Document 10: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-105465

본 발명의 목적은 물품에 부착되어 있는 오염물 등의 유기물을 대기 중에 비산시키지 않고 분해 또는 제거할 수 있으며, 물품의 손상이 억제되는 표면 처리 방법, 물품의 손상을 억제하면서 물품 표면을 에칭하는 표면 처리 방법, 및 표면을 고도로 세정하고, 손상이 거의 없는 물품이나 표면을 에칭하면서 손상이 없는 물품을 제공하는 것에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to decompose or remove organic substances such as contaminants attached to an article without scattering in the air, and a surface treatment method in which damage to the article is suppressed, and a surface treatment for etching the article surface while suppressing damage to the article. A method and a surface are highly cleaned, and it provides an article which is intact while etching the article or surface which is hardly damaged.

<발명의 구성 및 작용>Composition and Action of the Invention

본 발명의 표면 처리 방법은 물을 포함하는 액체 중의 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를 상기 액체 중에서 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 재료에 접촉시키는 것을 특징으로 한다. The surface treatment method of the present invention is characterized in that a plasma generated in steam bubbles in a liquid containing water is brought into contact with a material having a contact angle of 90 degrees or less in the liquid.

또한, 본 발명의 물품은 상기 표면 처리 방법에 의해서 표면 처리된 물품이다. Moreover, the article of this invention is an article surface-treated by the said surface treatment method.

<발명의 효과>Effect of the Invention

본 발명의 표면 처리 방법에 따르면, 물품에 부착되어 있는 유기물 등을 대기 중에 비산시키지 않고 분해 또는 제거할 수 있으며, 물품의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 물품의 손상을 억제하면서 물품 표면을 에칭할 수 있다. According to the surface treatment method of the present invention, organic matter and the like adhering to the article can be decomposed or removed without being scattered in the air, and damage to the article can be suppressed. It is also possible to etch the surface of the article while suppressing damage to the article.

본 발명의 표면 처리 방법에 의해 얻어지는 물품은 표면이 고도로 세정 또는 에칭되며, 손상이 거의 없다. The article obtained by the surface treatment method of the present invention is highly cleaned or etched on the surface and there is little damage.

[도 1] 플라즈마 발생 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a plasma generator.

[도 2] 물품 표면에 대한 물의 접촉각을 도시한 도면이다. 2 shows the contact angle of water with respect to the article surface.

[도 3] 플라즈마 상태에 있는 수증기 기포(이하, 수증기 기포 플라즈마라 함)에 의한 에칭 속도의 접촉각 의존성을 나타내는 그래프이다. FIG. 3 is a graph showing the contact angle dependence of the etching rate by water vapor bubbles in the plasma state (hereinafter referred to as water vapor bubble plasma).

[도 4] 다층 배선 다마신(damascene) 공정의 모식도이다. It is a schematic diagram of a multilayer wiring damascene process.

[도 5] 수증기 기포 플라즈마로부터의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다 (실시예 1).Fig. 5 is a diagram showing the emission spectrum from water vapor bubble plasma (Example 1).

[도 6] 클로깅한 중공사막 샘플 표면의 전자 현미경 사진이다. 6 is an electron micrograph of the surface of the hollow fiber membrane sample that has been clogged.

[도 7] 표면 처리 후 중공사막 샘플 표면의 전자 현미경 사진이다. 7 is an electron micrograph of the surface of the hollow fiber membrane sample after the surface treatment.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

11: 액체11: liquid

12: 용기12: container

13: 전극13: electrode

14: 대향 전극14: counter electrode

15: 물품15: Goods

16: 지지구16: support

17: 수증기 기포17: water vapor bubbles

18: 물방울18: water drop

19: 공기상19: Air phase

γSV: 액체(물)의 증기와 흡착 평형에 있는 고체의 표면 장력(실온, 대기압) γ SV : surface tension (room temperature, atmospheric pressure) of solid in adsorption equilibrium with vapor of liquid (water)

γSL: 고체와 액체와의 계면 장력 γ SL : interfacial tension between solid and liquid

γLV: 그 증기(수증기)와 평형에 있는 액체(물)의 표면 장력 γ LV : surface tension of liquid (water) in equilibrium with its vapor (water vapor)

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>Best Mode for Carrying Out the Invention

(표면 처리 방법)(Surface treatment method)

본 발명의 표면 처리 방법은 물을 포함하는 액체 중의 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를 상기 액체 중에서 친수성 표면을 갖는 물품에 접촉시키는 방법이다. 본 발명에서의 친수성 재료의 지표는 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 재료이다.The surface treatment method of the present invention is a method of contacting a plasma generated in water vapor bubbles in a liquid containing water with an article having a hydrophilic surface in the liquid. The index of the hydrophilic material in the present invention is a material whose contact angle with water is 90 degrees or less.

본 발명에 이용되는 플라즈마의 발생 장치로는, 일본 특허 공개 제2003- 297598호 공보, 일본 특허 공개 제2004-152523호 공보에 기재된 플라즈마 발생 장치를 이용할 수 있다.As a plasma generating apparatus used for this invention, the plasma generating apparatus of Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-297598 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-152523 can be used.

이하, 구체적인 플라즈마 발생 장치를 열거하고, 본 발명의 표면 처리 방법을 설명한다.Hereinafter, the specific plasma generating apparatus is enumerated and the surface treatment method of this invention is demonstrated.

도 1은, 본 발명의 표면 처리 방법에 이용되는 플라즈마 발생 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 이 플라즈마 발생 장치 (10)은 액체 (11)을 수용하는 용기 (12)와, 이 용기 (12) 내에 배치된 전자파를 방사하기 위한 전극 (13)과, 이 전극 (13)에 대향하여 배치된 대향 전극 (14)와, 전극 (13)과 대향 전극 (14) 사이에 물품 (15)를 고정시키는 지지구 (16)과, 전극 (13) 및 대향 전극 (14)에 접속된 전자파 전원(예를 들면, 고주파 전원)(도시 생략)과, 용기 (12) 내의 액체 (11) 상측의 공기상 (19)(기상)의 압력을 조정하는 진공 펌프(도시 생략)를 구비하여 개략 구성되는 것이다. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a plasma generating apparatus used in the surface treatment method of the present invention. The plasma generator 10 includes a container 12 containing a liquid 11, an electrode 13 for radiating electromagnetic waves disposed in the container 12, and an electrode 13 disposed opposite to the electrode 13. Electromagnetic wave power source connected to the counter electrode 14, the support 16 which fixes the article 15 between the electrode 13, and the counter electrode 14, and the electrode 13 and the counter electrode 14. For example, a high frequency power supply (not shown) and a vacuum pump (not shown) for adjusting the pressure of the air phase 19 (gas phase) above the liquid 11 in the container 12 are schematically formed.

플라즈마 발생 장치 (10)에서, 전극 (13)은 고주파·고전압을 공급할 수 있는 전자파 전원에 접속되어 있다. 전극 (13)에 이 전원의 전자 에너지가 공급됨으로써, 전극이 가열되고, 전극 주위의 액체 (11)이 기화하여, 전극 주위에 수증기를 주성분으로 하는 수증기 기포 (17)이 부착된다. In the plasma generator 10, the electrode 13 is connected to an electromagnetic wave power source capable of supplying high frequency and high voltage. By supplying the electron energy of this power supply to the electrode 13, the electrode is heated, and the liquid 11 around the electrode vaporizes, and the water vapor bubble 17 which has water vapor as a main component adheres around the electrode.

전극에 부착된 수증기 기포에 고주파·고전압이 인가되면, 기포 내부의 수분자의 분자 운동이 심해짐과 동시에, 수분자를 구성하고 있는 원자로부터 전자가 방출되어 양전하 기체와 전자가 발생한다. 방출된 전자가 순차적으로 별도의 수증기를 공격하는 연쇄 반응이 발생하고, 양전하 기체와 전자가 순차적으로 발생하여, 수증기 기포 내부가 플라즈마 상태가 된다. When a high frequency and a high voltage are applied to the water vapor bubbles attached to the electrode, the molecular motion of the water molecules inside the bubble becomes severe, and electrons are released from the atoms constituting the water molecules to generate positive charge gas and electrons. A chain reaction occurs in which the emitted electrons sequentially attack separate water vapor, and positively charged gas and electrons are sequentially generated, and the inside of the water vapor bubble becomes a plasma state.

플라즈마 상태에 있는 수증기 기포(이하, 수증기 기포 플라즈마라 함)는 특정한 파장 영역에 발광이 나타난다. 이 발광 스펙트럼으로부터 플라즈마 기포 내부에 발생하고 있는 가스종을 알 수 있다. 하기 표 1에 수증기 기포 플라즈마의 발광 스펙트럼의 파장과 발광 원인인 가스의 종류의 귀속을 기재한다.Water vapor bubbles in the plasma state (hereinafter referred to as vapor bubble plasma) emit light in a specific wavelength region. From this emission spectrum, the gas species which generate | occur | produce inside a plasma bubble can be known. Table 1 below describes the wavelength of the emission spectrum of the vapor bubble plasma and the attribution of the type of gas that is the cause of emission.

Figure 112007075081192-pct00001
Figure 112007075081192-pct00001

전극 주위의 수증기 기포 플라즈마가 액체 (11) 중에 침지한 물품 (15) 표면의 유기물을 포함하는 오염물에 접촉하면, (1) 수증기 기포 플라즈마의 열에 의한 열 분해, (2) 수증기 기포 플라즈마 중 OH 라디칼에 의한 산화 작용의 두가지 작용에 의해서 오염물이 분해 또는 제거된다. When the vapor bubble plasma around the electrode contacts contaminants containing organic matter on the surface of the article 15 immersed in the liquid 11, (1) thermal decomposition by heat of the vapor bubble plasma, and (2) OH radicals in the vapor bubble plasma. The contaminants are decomposed or removed by the two actions of oxidation.

상세는 후술하지만, 본 표면 처리에서는 물품이 친수성이면 물품 주위에 있는 물이 증발하고, 증발 잠열을 위해 물품 표면이 냉각되어, (1)의 수증기 기포 플라즈마의 열에 의한 열 분해가 감소된다. Although details will be described later, in the present surface treatment, if the article is hydrophilic, water around the article is evaporated, the article surface is cooled for latent heat of evaporation, and thermal decomposition by heat of the water vapor plasma of (1) is reduced.

액체 (11)로는 물을 포함하는 액체이면 되고, 예를 들면 물, 물과 혼합되는 유기 용제를 포함하는 수용액, 물에 전해질 이온이 용해된 수용액 등을 들 수 있다. The liquid 11 may be a liquid containing water, for example, an aqueous solution containing water and an organic solvent mixed with water, an aqueous solution in which electrolyte ions are dissolved in water, and the like.

물과 혼합되는 유기 용제로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올 등의 알코올; 아세톤 등을 들 수 있다. 전해질 이온으로는 Mg2 +, Ca2 +, Na+, Fe2 +, Fe3+, Cl-, NO3 -, NO2 -, OH- 등을 들 수 있다.As an organic solvent mixed with water, Alcohol, such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol; Acetone etc. can be mentioned. Electrolyte ions are Mg 2 +, Ca 2 +, Na +, Fe 2 +, Fe 3+, Cl - , and the like -, NO 3 -, NO 2 -, OH.

액체 (11) 중에 전해질 이온이 존재함으로써, 물의 전기 전도도가 향상되고, 플라즈마 발생시에 전자파를 방사하는 전극 (13)으로부터 대향 전극 (14)에 아크 방전 전류가 흐르기 쉬워진다. 유기 용제는 플라즈마에 의해 탄화하고, 그 탄화물이 물품 (15)에 부착될 우려가 있다. 또한, 액체 조성 중, 물의 부피 분률이 낮아지면, 후술하는 바와 같이 물에 의한 물품 (15) 표면의 냉각 효과가 저하되고, 물품 (15) 표면이 손상되기 쉬워진다. 따라서, 액체 (11)은 유기 용제를 가능한 한 포함하지 않는 것이 바람직하고, 전혀 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다. 보다 바람직하게는 반도체의 제조 공정 등에서 사용하는 순수, 초순수를 사용하는 것이 바람직하다. The presence of electrolyte ions in the liquid 11 improves the electrical conductivity of water, and easily causes an arc discharge current to flow from the electrode 13 emitting the electromagnetic waves to the counter electrode 14 at the time of plasma generation. The organic solvent is carbonized by plasma, and the carbide may adhere to the article 15. In addition, when the volume fraction of water in a liquid composition becomes low, the cooling effect of the surface of the article 15 by water falls as mentioned later, and the surface of the article 15 becomes easy to be damaged. Therefore, it is preferable that the liquid 11 does not contain the organic solvent as much as possible, and it is especially preferable that it does not contain it at all. More preferably, pure water and ultrapure water used in a semiconductor manufacturing process or the like is preferably used.

수증기 기포 (17)의 발생은 전극 (13)의 가열에 의한 방법에 한정되지 않고, 별도의 초음파 발생 장치를 설치하고, 초음파 발생 장치로부터의 초음파에 의해서 액체 (11) 중에 캐비테이션 기포를 발생시키고, 상기 기포 내에 주위의 액체 (11)을 증기로서 기화시키고, 수증기 기포 (17)을 형성하는 방법일 수도 있다. The generation of the water vapor bubbles 17 is not limited to the method by heating the electrodes 13, a separate ultrasonic wave generator is provided, and cavitation bubbles are generated in the liquid 11 by ultrasonic waves from the ultrasonic wave generator, It may be a method of vaporizing the surrounding liquid 11 as vapor in the bubble and forming a vapor bubble 17.

수증기 기포 (17)에 조사되는 전자파의 주파수는 1 MHz 내지 100 GHz의 범위에서 용도에 따라서 선택된다. The frequency of the electromagnetic wave irradiated to the steam bubble 17 is selected according to the use in the range of 1 MHz to 100 GHz.

수증기 기포 (17)을 발생시킬 때에는, 용기 (12) 내의 공기상 (19)를 진공 펌프에 의해 감압할 수도 있다. 용기 (12) 내의 공기상 (19)를 감압으로 하면, 액체 (11)의 비점이 저하되어 수증기가 발생하기 쉬워지고, 수증기 기포 내부의 증기압이 증가하고, 플라즈마 발생에 이르는 수증기 분자수가 증가하기 때문에, 플라즈마 방전이 용이해진다. 한번 수증기 기포 내부가 플라즈마 상태에 이르면, 그 후에는 진공 펌프를 정지하여 공기상 (19)의 압력을 대기압으로 되돌려도 기포 내부의 플라즈마 발생은 계속된다. When generating the steam bubble 17, the air phase 19 in the container 12 can also be decompressed by a vacuum pump. When the air phase 19 in the container 12 is decompressed, the boiling point of the liquid 11 is lowered, and water vapor tends to be generated, the vapor pressure inside the water vapor bubbles increases, and the number of water vapor molecules leading to plasma generation increases. Plasma discharge becomes easy. Once the inside of the water vapor bubble reaches the plasma state, plasma generation inside the bubble continues even after the vacuum pump is stopped to return the pressure in the air phase 19 to atmospheric pressure.

물품 (15)로는 친수성 표면을 갖는 물품이 적합하고, 구체적으로는 친수성 유기 고분자 재료, 유리, 세라믹, 실리콘 웨이퍼, 금속(예를 들면, 알루미늄, 구리, 텅스텐 등), 흑연, 탄소 섬유 등을 들 수 있다. As the article 15, an article having a hydrophilic surface is suitable, and specifically, a hydrophilic organic polymer material, glass, a ceramic, a silicon wafer, a metal (for example, aluminum, copper, tungsten, etc.), graphite, carbon fiber, etc. may be mentioned. Can be.

본 발명에서, "친수성 표면"은 도 2에서 정의하는 접촉각 θ의 값으로 정의한다. 본 발명에서의 "친수성 표면"은 25 ℃에서 물품 (15) 표면에 대한 물(물방울 18)의 접촉각 θ가 90도 이하인 표면이다. 친수성 표면에 대한 물의 접촉각은 낮을수록 바람직하고, 구체적으로는 80도 이하가 보다 바람직하며, 70도 내지 0도의 범위가 더욱 바람직하다. In the present invention, "hydrophilic surface" is defined as the value of the contact angle θ defined in FIG. A "hydrophilic surface" in the present invention is a surface at which the contact angle θ of water (drop 18) to the surface of article 15 at 25 ° C. is 90 degrees or less. The lower the contact angle of water to the hydrophilic surface, the more preferable. Specifically, 80 degrees or less is more preferable, and a range of 70 degrees to 0 degrees is more preferable.

본 발명에서의 접촉각 θ의 정의는 일반적인 물에 대한 재료의 습윤의 지표인 접촉각과 동일한 것이다. 접촉각에 관한 참고서로서 무라까와 다까오 저, "금속 기능 표면", 근대편집사 발행, 1984년, p.133에 기재되어 있는 사항을 인용한다. 상기 서적에 의하면, 평활한 표면에 그 표면과 반응하지 않는 액적을 적하하고, 액적이 표면과 특정 접촉각을 유지하여 평형 상태에 있을 때, 도 2에서 하기 수학식 1이 성립한다. The definition of the contact angle θ in the present invention is the same as the contact angle which is an indicator of the wetting of the material with respect to general water. As a reference on contact angles, refer to the information described in "Metal Functional Surfaces", Modern Editor, 1984, p.133. According to the above book, when a droplet which does not react with the surface is dropped on a smooth surface, and the droplet is in an equilibrium state by maintaining a specific contact angle with the surface, the following equation 1 is established in FIG.

γSV = γSL + γLVcosθγ SV = γ SL + γ LV cosθ

γSV: 액체와 증기의 흡착 평행하게 있는 고체의 표면 장력 γ SV : surface tension of solid in parallel with adsorption of liquid and vapor

γSL: 고체와 액체의 계면 장력 γ SL : interfacial tension between solid and liquid

γLV: 증기와 평형 상태에 있는 액체의 표면 장력 γ LV : surface tension of liquid in equilibrium with steam

수학식 1을 하기 수학식 2와 같이 기재하면, 그 좌변은 고체 표면이 액체로 적셔졌을 때의 표면 에너지의 감소를 나타내고 있다. When Equation 1 is described as in Equation 2 below, the left side shows a decrease in surface energy when the solid surface is wetted with a liquid.

γSV - γSL = γLVcosθγ SV γ SL = γ LV cosθ

이 에너지는 표면 자유 에너지이기 때문에, 그 감소량 γLVcosθ가 클수록 젖기 쉽고, γLV가 일정하면 θ가 작을수록 습윤성이 양호한 것이 된다. 습윤성을 정량하는 데 물방울의 접촉각 θ가 이용되는 것은 수학식 2에 의거하고 있다. 본 발명에서 액체는 물이고, γLV는 20 ℃에서 72.8 dyn/cm("이과 연표", 마루젠 가부시끼가이샤, 1993년, p.449)이다. Since this energy is surface free energy, the larger the decrease γ LV cosθ is, the easier it is to wet, and when γ LV is constant, the smaller the θ, the better the wettability. It is based on Equation 2 that the contact angle θ of the water droplet is used to quantify the wettability. In the present invention, the liquid is water and γ LV is 72.8 dyn / cm (“Scientific time”, Maruzen Kabushiki Kaisha, 1993, p. 449) at 20 ° C.

본 발명에서는 평활한 재료 표면을 준비하고, 이 표면을 수평으로 유지하여 표면에 물방울을 적하하고, (θ/2)를 접촉각계로 계측하고, 도 2 중 접촉각 θ를 구한다. 재료 표면이 다공질이거나, 요철을 갖는 경우는 동일한 재료로 평활한 면 을 준비하고, 그 평활면에서 θ를 구한다. 유기 고분자, 금속, 유리, 또는 세라믹에서 표면이 요철을 가질 때는, 동일한 재료를 용융시킴으로써 평활한 면을 얻을 수 있다. 탄소 섬유 등의 용융할 수 없는 재료의 경우는, 그 전구체 소재(예를 들면, 폴리아크릴로니트릴이나 폴리이미드)를 포함하는 평활한 시트를 미리 제조해 두고, 이것을 소성하여 탄소 재료를 포함하는 평활한 면을 갖는 시트를 얻는다. 이 시트에 물방울을 적하하여 접촉각을 측정한다. 접촉각의 측정에서 사용하는 물은 초순수, 이온 교환수 등의 청정한 물이다. In the present invention, a smooth material surface is prepared, the surface is kept horizontal, a drop of water is dropped on the surface, (? / 2) is measured by a contact angle meter, and the contact angle θ in Fig. 2 is obtained. When the surface of the material is porous or has irregularities, a smooth surface is prepared from the same material, and θ is obtained from the smooth surface. When the surface has irregularities in the organic polymer, the metal, the glass, or the ceramic, a smooth surface can be obtained by melting the same material. In the case of a material that cannot be melted, such as carbon fiber, a smooth sheet containing the precursor material (for example, polyacrylonitrile or polyimide) is prepared in advance, and then fired to smooth the carbon sheet containing the carbon material. Obtain a sheet with one side. Droplets are added to this sheet to measure the contact angle. The water used in the measurement of the contact angle is pure water such as ultrapure water and ion exchange water.

대표적인 유기 고분자 재료 및 무기 재료에 대한 물의 접촉각 θ(25 ℃)를 하기 표 2 및 표 3에 나타낸다(문헌 a: "화학 편람 개정 4판 기초편 II", 마루젠 가부시끼가이샤, 1993년, II-83 7.1.3 접촉각, 문헌 b: 이시이 요시미, 고이시 마스미, 쓰노다 미쓰오 편집, "습윤 기술 핸드북", 가부시끼가이샤 테크노 시스템, 2001년, b1: p.418, b2: p.92, b3: p.96, b4: p.102 내지 103, b5: p.161, b6: p.198). The contact angle (theta) (25 degreeC) of water with respect to typical organic polymer material and an inorganic material is shown in following Table 2 and Table 3 (Document a: "Chemical Handbook Revised 4th Edition Basic Edition II", Maruzen Kabukishiisha, 1993, II- 83 7.1.3 Contact Angle, Literature b: Yoshimi Ishii, Masumi Koishi, Mitsuo Tsunoda, "Wet Technology Handbook", Kabushiki Kaisha Techno System, 2001, b1: p.418, b2: p.92, b3: p.96, b4: p.102 to 103, b5: p.161, b6: p.198).

Figure 112007075081192-pct00002
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Figure 112007075081192-pct00003
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또한, "금속 표면 편람", 닛간 고교 신문, 1988년, p.183에는 "청정한 금속의 표면은 물에 젖어 있어 접촉각은 제로이다. 오염물이 있으면, 그 부분은 물에 젖지 않게 된다"라고 기재되어 있다. 무라까와 다까오 저, "금속 기능 표면", 근대편집사, 1984년, p.134-136에 의하면 γ-Fe의 고체 표면 장력은 고온에서의 용융 상태의 측정 결과에 의해 1670 내지 2127 dyn/cm, 구리의 고체 표면 장력은 고온에서의 용융 상태의 측정 결과에 의해 약 1500 dyn/cm이고, 고분자의 표면 장력보다도 훨씬 크다고 기재되어 있다. 한편, 물의 표면 장력은 72.8 dyn/cm이다. 즉, 청정한 금속의 표면은 물에 대하여 젖기 매우 쉬운 표면이다. 높은 표면 에너지를 갖는 청정한 금속 재료도 본 발명의 표면 처리를 적용할 수 있다. Also, "Metal Surface Handbook", Niggan High School Newspaper, 1988, p.183, stated that "the surface of the clean metal is wet with water and the contact angle is zero. If there is contaminant, the part will not get wet with water". have. According to Murakah, “Metal Functional Surfaces”, Modern Editor, 1984, p. 134-136, the solid surface tension of γ-Fe is determined to be 1670-2127 dyn / cm, the solid surface tension of copper is about 1500 dyn / cm by the measurement result of the molten state at high temperature, and it is described that it is much larger than the surface tension of a polymer. On the other hand, the surface tension of water is 72.8 dyn / cm. That is, the surface of the clean metal is a surface which is very easy to get wet with water. Clean metal materials with high surface energy can also be applied to the surface treatment of the present invention.

본 발명에서는, θ≤90도를 만족하는 재료이면, 유기 고분자 재료, 유리, 세라믹, 금속, 흑연 탄소 재료, 탄소 섬유 등 중 어느 재료로도 적용할 수 있다. In the present invention, any material of organic polymer material, glass, ceramic, metal, graphite carbon material, carbon fiber, or the like can be applied as long as the material satisfies θ ≦ 90 degrees.

수증기 기포 내의 플라즈마 중 원자상 수소(Hα: 656 nm)의 파장을 온도로 환산하면, 약 5000 K라는 고온으로 되어 있고, 일반적인 유기 고분자 재료를 포함하는 물품에 상기한 고온의 플라즈마 기체를 접촉시키는 순간 흔적도 없이 파괴되어 버린다. 여기서 본 발명자들은 θ≤90도를 만족하는 친수성 재료를 포함하는 물품을 이용하면, 물품 표면을 거의 손상시키지 않고, 물품 표면의 유기물만을 분해 또는 제거하여 세정할 수 있으며, 세정에 의해 청정해진 물품을 파괴하지 않고 그 표면을 에칭할 수 있다는 것을 발견하였다. When the wavelength of atomic hydrogen (Hα: 656 nm) in the plasma in the water vapor bubble is converted into a temperature, the temperature is about 5000 K, and the instant of contacting the high temperature plasma gas with an article containing a general organic polymer material It is destroyed without a trace. Here, when the inventors use an article containing a hydrophilic material that satisfies θ≤90 degrees, the inventors can decompose or remove only the organic matter on the article surface and hardly damage the article surface. It has been found that the surface can be etched without breaking.

열 분해를 회피하는 본 발명의 사고 방식을 도 3에 모식적으로 나타내었다. 도 3에 도시한 바와 같이, 물 중에서 재료를 수증기 기포에 접촉시킬 때, 그 재료의 물에 대한 접촉각 θ가 90도 이하이면 열에 의한 열 분해 에칭의 기여가 작아지고, 90도를 초과하면 열 분해 에칭의 기여가 커지는 것을 발견하였다. 이 현상을 이하와 같이 이유를 설명한다.The idea of the present invention avoiding thermal decomposition is schematically shown in FIG. 3. As shown in Fig. 3, when the material is in contact with water vapor bubbles in water, the contribution of thermal decomposition etching by heat is small when the contact angle θ of the material with respect to water is 90 degrees or less, and when it exceeds 90 degrees, thermal decomposition It has been found that the contribution of the etching increases. The reason for this phenomenon is explained as follows.

θ가 90도 이하인 재료는 물을 포함하는 액체 중에서 상기 표면을 물의 층이 피복하고 있고, 수증기 기포 플라즈마가 접근하여도 재료 표면의 물이 증발 기화하여 재료 주위로부터 증발 잠열을 빼앗고, 또한 친수성 표면에는 끊임없이 물이 공급되기 때문에, 영속적인 냉각 효과가 재료 표면에 기능하여 물품의 온도 상승이 억제된다. 그 결과, 물품의 표면 온도가 재료의 내열 온도를 초과하지 않고, 열 분해에 의한 에칭의 기여가 작아져 재료의 손상이 억제된다. 이 효과는 탄소 섬유의 표면 처리에서는 플라즈마의 열에 의한 국소적으로 과도한 흑연화를 방지하는 것에도 유효하다. A material having a θ of 90 degrees or less covers the surface with a layer of water in a liquid containing water, and even if a vapor bubble plasma approaches, water on the surface of the material evaporates to evaporate the latent heat of evaporation from the surroundings of the material. Since water is constantly supplied, a permanent cooling effect functions on the surface of the material so that the temperature rise of the article is suppressed. As a result, the surface temperature of the article does not exceed the heat resistance temperature of the material, and the contribution of etching due to thermal decomposition is small, and damage to the material is suppressed. This effect is also effective in preventing excessively graphitization locally by heat of plasma in the surface treatment of carbon fibers.

친수성의 물품의 표면에 오염물 등의 유기물이 부착되면, 본래의 친수성 표면에 비해 소수성으로 습윤성이 변화하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 이시이 요시미, 고이시 마스미, 쓰노다 미쓰오 편집, "습윤 기술 핸드북", 가부시끼가이샤 테크노 시스템, 2001년, p.83-84에 의하면, 순수한 금속 표면은 물에 젖기 쉽지만, 유기 물질이 존재하는 분위기 중에 방치하면, 유기 물질이 서서히 금속 표면에 부착하기 위해서, 금속 표면의 소수화가 시간과 동시에 진행되는 것이 기재되어 있다. 마찬가지로 친수성 유기 재료 및 세라믹의 표면도 유기물에 의한 오염물에 의해서 소수화가 발생하는 경향이 있다. When organic substances, such as a contaminant, adhere to the surface of a hydrophilic article, it is known that wettability changes with hydrophobicity compared with the original hydrophilic surface. For example, according to Ishii Yoshimi, Koshi Masumi, Mitsuno Tsunoda, "Wet Technology Handbook", Kabushi Kiisha Techno Systems, 2001, p.83-84, pure metal surfaces are easy to get wet with water, but organic materials When left in the present atmosphere, it is described that hydrophobization of the metal surface proceeds at the same time as the organic material gradually adheres to the metal surface. Similarly, hydrophilic organic materials and ceramic surfaces tend to be hydrophobic due to contaminants caused by organic substances.

도 3에 기초하면, 재료 표면의 오염물은 수증기 기포 플라즈마의 열에 의한 열 분해와 OH 라디칼에 의한 산화 분해의 작용을 받아 분해된다. 오염물이 제거되면, 보다 친수성의 소재 표면이 나타나, 상술한 물의 냉각 효과에 의해 열 분해가 억제되고, 손상이 낮은 재료 표면이 얻어진다. Based on FIG. 3, contaminants on the surface of the material are decomposed under the action of thermal decomposition by heat of the steam bubble plasma and oxidative decomposition by OH radicals. When the contaminant is removed, a more hydrophilic material surface appears, and thermal decomposition is suppressed by the above-mentioned water cooling effect, and a material surface with low damage is obtained.

접촉각이 90 이하인 친수성 재료의 경우, 열 분해에 의한 에칭을 억제하여, OH 라디칼에 의한 산화 분해에 의해 재료를 서서히 에칭할 수 있다. 이 에칭에 의해 친수성을 나타내는 각종 재료를 에칭할 수 있다. 예를 들면, 친수성 고분자 재료, 금속 재료, 세라믹, 또는, 친수성을 나타내는 유리, 친수성을 나타내는 탄소 재료 등을 에칭할 수 있다. In the case of a hydrophilic material having a contact angle of 90 or less, etching due to thermal decomposition can be suppressed, and the material can be gradually etched by oxidative decomposition with OH radicals. By this etching, various materials exhibiting hydrophilicity can be etched. For example, a hydrophilic polymer material, a metal material, a ceramic, glass which shows hydrophilicity, a carbon material which shows hydrophilicity, etc. can be etched.

본 발명의 표면 처리에서는 물품 (15)를 수증기 기포 플라즈마에 접촉시키는 시간(이하, 접촉 시간이라 함)은 물품 (15)의 내열 온도, 기포 플라즈마 내부의 온도, 물품 표면에 발생하는 물의 냉각 효과, 및 오염물의 정도를 고려하여 적절하게 조정할 수 있다.In the surface treatment of the present invention, the time (hereinafter referred to as the contact time) for bringing the article 15 into contact with the vapor bubble plasma includes the heat resistance temperature of the article 15, the temperature inside the bubble plasma, the cooling effect of water generated on the article surface, And the degree of contaminants can be adjusted appropriately.

접촉 시간이 지나치게 길면, 수증기 기포 플라즈마에 의해 물품 (15) 표면의 물이 지나치게 증발하여 물품 (15) 표면에 물이 부족하고, 일시적으로 재료 표면의 온도가 내열 온도를 초과하거나, OH 라디칼의 산화 작용이 지나치게 강하여 물품에 손상을 입힌다. If the contact time is too long, the water on the surface of the article 15 is excessively evaporated by the vapor bubble plasma, and the water on the surface of the article 15 is insufficient, and the temperature of the material surface temporarily exceeds the heat resistance temperature, or the oxidation of OH radicals. The action is too strong and damages the article.

접촉 시간이 지나치게 짧으면, OH 라디칼의 산화 작용이 약해져 물품 표면의 세정이나 에칭이 부족하기 쉽다. If the contact time is too short, the oxidative action of the OH radicals is weakened and the cleaning or etching of the article surface is likely to be insufficient.

본 발명에서의 "접촉 시간"은 물품 (15)가 정지하고 있는 경우는, 전극 (13) 및 대향 전극 (14)에 전압을 인가하여 수증기 기포 (17) 내에 플라즈마를 발생시키고 있는 시간이라 정의하고, 물품 (15)가 일정 방향으로 이동하고 있는 경우는 하기 수학식 3과 같이 정의한다. In the present invention, the "contact time" is defined as the time for generating a plasma in the water vapor bubble 17 by applying a voltage to the electrode 13 and the counter electrode 14 when the article 15 is stopped. When the article 15 is moving in a fixed direction, it is defined as in Equation 3 below.

접촉 시간(s)=플라즈마가 발생하고 있는 영역의 물품 (15)의 이동 방향의 길이(mm)/물품 (15)의 이동 속도(mm/s) Contact time (s) = length (mm) of the moving direction of the article 15 of the area | region where the plasma generate | occur | produces / the moving speed of the article 15 (mm / s)

재료의 내열 온도는 재료의 종류에 의해서 그 지표는 다르지만, 본 발명에서는 재료의 형태를 유지할 수 있는 온도를 내열 온도라 정의한다. Although the heat resistance temperature of a material differs in the index by the kind of material, in this invention, the temperature which can maintain the form of a material is defined as heat resistance temperature.

유기 고분자 재료에서는 결정성을 갖는 것은 융점, 비정질성의 것은 유리 전이 온도를 내열 온도의 지표로 한다. 대표적인 결정성 유기 고분자 재료의 유리 전이 온도(Tg) 및 융점(Tm)을 하기 표 4에 나타낸다(Joel R. Fried 저, "Polymer Science and Technology", Prentice Hall, 1995년, p.140). In an organic polymer material, melting | fusing point which has crystallinity, and glass transition temperature which are amorphous have as an index of heat resistance temperature. The glass transition temperature (Tg) and melting point (Tm) of representative crystalline organic polymeric materials are shown in Table 4 below (Joel R. Fried, "Polymer Science and Technology", Prentice Hall, 1995, p. 140).

Figure 112007075081192-pct00004
Figure 112007075081192-pct00004

세라믹에서는 융점을 내열 온도의 지표로 한다. 대표적인 세라믹의 융점(Tm)을 하기 표 5에 나타낸다(Marcel Mulder저, "Basic Principles of Membrane Technology", 2nd Edition, Kluwer Academic Publishers, 1996년, p.60).In ceramics, the melting point is an index of the heat resistance temperature. The melting point (Tm) of representative ceramics is shown in Table 5 below (Marcel Mulder, "Basic Principles of Membrane Technology", 2nd Edition, Kluwer Academic Publishers, 1996, p. 60).

Figure 112007075081192-pct00005
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광학 유리 재료에서는 유리 전이 온도를 내열 온도의 지표로 한다. 대표적인 광학 유리종의 유리 전이 온도를 하기 표 6에 나타낸다(광 응용 기술 강습회 텍스트, "광학 재료 III-9", 사단법인 일본 옵토 메카트로닉스 협회, 1988년, p.30).In an optical glass material, glass transition temperature is an index of heat-resistant temperature. The glass transition temperatures of representative optical glass species are shown in Table 6 below (Optical Application Class Text, "Optical Materials III-9", Japan Opto Mechatronics Association, 1988, p. 30).

Figure 112007075081192-pct00006
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광학 결정 재료에서는 재료의 융점을 내열 온도의 지표로 한다. 대표적인 광학 결정 재료의 융점을 하기 표 7에 나타낸다(광 응용 기술 강습회 텍스트, "광학 재료 III-9", 사단법인 일본 옵토 메카트로닉스 협회, 1988년, p.55).In the optical crystal material, the melting point of the material is used as an index of the heat resistance temperature. Melting points of representative optical crystal materials are shown in Table 7 below (Optical Application Class Text, "Optical Materials III-9", Japan Opto Mechatronics Association, 1988, p. 55).

Figure 112007075081192-pct00007
Figure 112007075081192-pct00007

금속류, 실리콘 웨이퍼(규소) 등에서는, 융점을 내열 온도의 지표로 한다. 대표적인 금속류의 융점을 하기 표 8에 나타낸다(국립 천문대편, "이과 연표", 마루젠 가부시끼가이샤, 1993년, p.469).In metals, silicon wafers (silicon), etc., melting | fusing point is made into the index of heat-resistant temperature. The melting points of representative metals are shown in Table 8 below (National Astronomical Companion, "Scientific Timeline", Maruzen Kabushiki Kaisha, 1993, p.469).

Figure 112007075081192-pct00008
Figure 112007075081192-pct00008

탄소 재료에서는, 이미 온도와 동시에 탄소화-흑연화가 진행되고, 명확한 내열 온도를 확정하기 어렵기 때문에, 관련된 재료의 흑연 단결정의 융점인 3550 ℃를 탄소 재료의 구조상 전이의 지표로 한다. 탄소 섬유의 경우는 결정화도가 낮고, 비결정부와 결정부와의 명확한 구별이 어렵거나, 명확한 결정의 구조상 전이점을 결정하기 어려운 경우가 많기 때문에, 섬유의 형태가 유지되고 있는 온도까지를 내열 온도로 한다. In carbon materials, carbonization-graphitization already proceeds at the same time as temperature, and since it is difficult to determine a definite heat resistance temperature, 3550 ° C., which is the melting point of the graphite single crystal of the related material, is used as an index of the structural transition of the carbon material. In the case of carbon fiber, the degree of crystallinity is low, and it is difficult to clearly distinguish between the amorphous part and the crystal part, or it is difficult to determine the transition point in the crystal structure. do.

(응용)(Applications)

본 발명의 표면 처리 방법은 (1) 재료 표면에 오염 등의 유기물이 부착(퇴적)되어 있는 물품의 세정, (2) 친수성 재료 표면을 에칭하는 가공, 및 (3) 재료 표면에 요철을 부여하는 가공에 응용할 수 있다. The surface treatment method of the present invention comprises (1) cleaning an article to which organic substances such as contamination are adhered (deposited) to the material surface, (2) processing to etch the surface of the hydrophilic material, and (3) providing irregularities to the material surface. It can be applied to processing.

(1)의 세정에 대해서 설명한다. 유기물로는 바이러스, 세균, 효모, 곰팡이, 해초류, 원생 동물, 단백질, 혈액 및 혈액의 성분, 동물 또는 식물 세포, 머리카락, 생활 쓰레기, 부엌 쓰레기, 배수 등에 포함되는 유기물, 비료 성분 등, 일상 생활에서 잘 볼 수 있는 유기물 전반을 들 수 있다. The washing of (1) will be described. Organics include viruses, bacteria, yeasts, fungi, seaweeds, protozoa, proteins, blood and blood components, animal or plant cells, hair, household waste, kitchen waste, drainage, organic matter, fertilizers, etc. All organic materials can be seen well.

본 발명의 표면 처리 방법에 기초하는 물품의 세정의 예로는, 이하의 예를 들 수 있다. 세정의 대상은 이하의 예로 한정되는 것은 아니고, 물의 접촉각 θ가 90도 이하이고, 친수성 재료이면 어느 것도 좋고, 플라즈마 기포의 온도, 냉각 효과 조건에 적당한 공정을 적절하게 선정하면 세정 가능하다. Examples of washing of the article based on the surface treatment method of the present invention include the following examples. The object of washing | cleaning is not limited to the following examples, Any contact angle (theta) of water may be 90 degrees or less, and any hydrophilic material may be sufficient, and it can wash | clean if it selects the process suitable for the temperature and cooling effect conditions of a plasma bubble suitably.

(a) 여과 처리에 이용한 친수성 표면을 갖는 다공질막에 플라즈마를 접촉시키고, 막면에 부착된 유기물을 포함하는 여과 퇴적물을 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거하여 다공질막을 재생시킨다. (a) Plasma is brought into contact with a porous membrane having a hydrophilic surface used in the filtration treatment, and the porous membrane is decomposed and removed by thermal decomposition (or carbonization) or oxidation by OH radicals. Play it back.

(b) 인체에 매립된 후, 인체로부터 추출된 친수성 표면을 갖는 생체 적합성 재료에 플라즈마를 접촉시키고, 생체 적합성 재료 표면에 부착된 유기물을 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거하고, 생체 적합성 재료를 재생시킨다. 생체 적합성 재료로는 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리락트산 수지, 폴리우레탄, 히드로겔, 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 히드록시인회석 등을 들 수 있다. (b) after being embedded in the human body, the plasma is contacted with a biocompatible material having a hydrophilic surface extracted from the human body, and the organic matter attached to the surface of the biocompatible material is subjected to thermal decomposition (or carbonization) or oxidation by OH radicals. Decomposes away and regenerates the biocompatible material. Examples of biocompatible materials include polymethyl methacrylate resins, polylactic acid resins, polyurethanes, hydrogels, celluloses, polyvinyl alcohols, and hydroxyapatite.

(c) 인체로부터 추출된 친수성 표면을 갖는 장기에 플라즈마를 접촉시키고, 장기에 존재하는 암 세포를 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거한다. (c) Plasma is contacted with an organ having a hydrophilic surface extracted from the human body, and cancer cells present in the organ are decomposed and removed by thermal decomposition (or carbonization) or oxidation by OH radicals.

(d) 친수성 표면을 갖는 콘택트렌즈에 플라즈마를 접촉시키고, 콘텍트렌즈에 부착된 단백질 등의 유기물을 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거한다. (d) Plasma is contacted with a contact lens having a hydrophilic surface, and organic matter such as a protein attached to the contact lens is decomposed and removed by thermal decomposition (or carbonization) or oxidation by OH radicals.

(e) 인체에 매립하기 전에 친수성 표면을 갖는 카테터 또는 인공 혈관에 플라즈마를 접촉시키고, 카테터 또는 인공 혈관을 제균하거나, 인체로부터 취출한 친수성 표면을 갖는 카테터 또는 인공 혈관에 플라즈마를 접촉시키고, 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거한다. 분해 제거 후, 카테터 또는 인공 혈관을 안전히 폐기한다. (e) contacting the plasma to a catheter or artificial blood vessel having a hydrophilic surface, sterilizing the catheter or artificial blood vessel, or contacting the plasma to a catheter or artificial blood vessel having a hydrophilic surface extracted from the human body, and thermally decomposing prior to embedding in the human body It decomposes | disassembles by (or carbonization) and the oxidative action by OH radical. After disassembly and removal, the catheter or artificial blood vessel is safely discarded.

(f) 사용 전 또는 사용 후의 친수성 표면을 갖는 DNA 검체 검출 디바이스에 플라즈마를 접촉시키고, 상기 디바이스 표면의 유기물을 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거한다. (f) Plasma is brought into contact with a DNA sample detection device having a hydrophilic surface before or after use, and the organic matter on the surface of the device is decomposed and removed by thermal decomposition (or carbonization) or oxidation by OH radicals.

(g) 친수성 표면을 갖는 부직포에 플라즈마를 접촉시키고, 부직포 표면에 부착된 유기물을 열 분해(또는 탄화)나 OH 라디칼에 의한 산화 작용에 의해 분해 제거한다. (g) Plasma is brought into contact with a nonwoven fabric having a hydrophilic surface, and the organic matter adhering to the nonwoven fabric surface is decomposed and removed by thermal decomposition (or carbonization) or oxidation by OH radicals.

(h) 포토레지스트 박막 등의 리소그래피 재료가 표면에 코팅된 실리콘 웨이퍼 표면에 수증기 기포 플라즈마를 접촉시켜서 박막을 제거한다. 또는 표면에 오염물이 부착된 실리콘 웨이퍼에 수증기 기포 플라즈마를 접촉시켜서 실리콘 웨이퍼 상의 오염물을 세정한다. (h) A vapor bubble plasma is brought into contact with a silicon wafer surface coated with a lithography material such as a photoresist thin film to remove the thin film. Alternatively, the vapor bubble plasma is contacted with a silicon wafer having contaminants attached to the surface to clean the contaminants on the silicon wafer.

(i) 유리판, 특히 액정셀에 이용하는 유리판이나 광 디스크의 마스터링 공정에서 이용하는 유리 원반의 표면을 세정할 때에는 높은 청정성이 요구된다. 종래는 약액을 이용한 RCA 세정 기술을 행하였지만, 약액의 배수 처리 비용이 들기 때문에, 약액을 이용하지 않는 세정이 요구되고 있다. 본 기술에 의해 유리판을 세정하는 경우는, 플라즈마 기포로부터 발생하는 OH 라디칼을 유리판에 접촉시켜서 접촉 시간을 적절하게 설정함으로써, 유리판의 표면을 상처를 입히지 않고 오염물을 분해할 수 있다. 분해물은 탄화물이나 이산화탄소, 물이 되어, 유해한 폐액도 발생하지 않는다. (i) When cleaning the surface of the glass plate used by the master plate process of the glass plate, especially the glass plate used for a liquid crystal cell, and an optical disk, high cleanliness is calculated | required. Conventionally, although RCA cleaning technique using a chemical liquid is performed, since the cost of wastewater treatment of chemical liquids is high, the washing | cleaning which does not use a chemical liquid is calculated | required. When cleaning a glass plate by this technique, contaminants can be decomposed without damaging the surface of a glass plate by making OH radicals generate | occur | produce from a plasma bubble contacting a glass plate, and setting a contact time suitably. Decomposition products are carbides, carbon dioxide, and water, and no harmful waste fluid is generated.

(j) 친수성 표면을 갖는 Al2O3 세라믹 타일 등 세라믹 제품의 표면의 오염물을 본 기술에 의해 세정한다. (j) Contaminants on the surface of ceramic products such as Al 2 O 3 ceramic tiles having a hydrophilic surface are cleaned by the present technique.

(k) 친수성 표면을 갖는 산화티탄 입자를 도포한 광 촉매 타일 제품의 표면을 본 기술에 의해 세정한다. 광 촉매의 표면에 자외선이 도달하지 않을 정도로 오염물이 퇴적된 경우에, 세정하고 광 촉매 기능을 재생할 수 있다. (k) The surface of the photocatalyst tile product coated with titanium oxide particles having a hydrophilic surface is cleaned by the present technique. If contaminants are deposited to such an extent that ultraviolet rays do not reach the surface of the photocatalyst, it can be cleaned and regenerate the photocatalyst function.

(l) 친수성의 표면에 개질한 탄소 전극의 표면을 본 기술에 의해 세정한다. 특히, 전해질 이온을 이용한 이차 전지의 전극에서는, 경우에 따라 친수성의 전극을 사용한다. 충방전의 반복에 의해 전해액 중에 오염물이 발생하여 전극 표면에 오염물이 발생하는 경우가 있다. 본 발명에 의해 오염물이 부착된 탄소 전극을 세정할 수 있다. (l) The surface of the carbon electrode modified on the hydrophilic surface is cleaned by the present technique. In particular, in the electrode of the secondary battery using electrolyte ions, a hydrophilic electrode is used in some cases. Contaminants may be generated in the electrolyte due to repeated charge and discharge, and contaminants may be generated on the electrode surface. According to the present invention, it is possible to clean the carbon electrode with contaminants.

(m) 고체 전해질막으로서 이용되고 있는 불소계 전해질막(예를 들면, 듀퐁사 제품 나피온막)은 소수성이 강하다. 이 경우, 전해질막을 물에 침지하여 물로 팽윤시키면, 막의 함수율이 증가됨과 동시에, 물에 대한 접촉각이 저하된다. 접촉각이 90도 이하인 막 표면을 본 발명의 기술에 의해 세정할 수 있다. (m) The fluorine-based electrolyte membrane (for example, Nafion membrane manufactured by DuPont) used as the solid electrolyte membrane has strong hydrophobicity. In this case, when the electrolyte membrane is immersed in water and swollen with water, the moisture content of the membrane increases and at the same time, the contact angle with respect to water decreases. The membrane surface whose contact angle is 90 degrees or less can be cleaned by the technique of the present invention.

상술한 (2) 친수성 재료 표면을 에칭하는 가공의 예로는 이하의 예를 들 수 있다. The following example is mentioned as an example of the process of etching the above-mentioned (2) hydrophilic material surface.

(n) 반도체의 다층 배선 공정에서 절연막 상에 틈을 설치하고, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 티탄 등의 금속막을 매입하고, 절연막 상의 불필요한 금속막을 제거하는 다마신 공정에도 이용할 수 있다. 도 4에 다마신 공정의 모식도를 나타낸다. 도 4에서, a → b → c로 공정이 진행되고, c에서 배선용 금속의 패터닝이 형성된다. (n) It can also be used for the damascene process of providing a gap on the insulating film in a semiconductor multi-layer wiring step, embedding a metal film such as copper, aluminum, tungsten, titanium and the like and removing an unnecessary metal film on the insulating film. The schematic diagram of a damascene process is shown in FIG. In FIG. 4, the process proceeds from a → b → c, where c is a patterning of wiring metal.

상술한 바와 같이 청정한 금속막은 친수성이기 때문에, 수증기 기포 플라즈마로부터 발생하는 원자상 수소, OH 라티칼과 금속 원자와의 전기 화학적인 반응에 의해 금속 원자를 원자 수준으로 제거하면서 정밀히 가공할 수 있다. 그 때에는, OH 라디칼에 의한 에칭 속도 제어를 적절하게 행할 필요가 있다. As described above, since the clean metal film is hydrophilic, it can be precisely processed while removing the metal atoms at the atomic level by electrochemical reaction of atomic hydrogen, OH radical and metal atoms generated from the steam bubble plasma. In that case, it is necessary to appropriately perform the etching rate control by OH radical.

이미 오사까 대학 대학원 공학 연구과 고토 에이와, 히로세 기꾸지, 이나다 케이, 모리 유조 등은 정밀 공학회지, VOL. 69, No. 9, 2003년, p.1332-1336에서, 초순수 중 수분자를 촉매에 의해 H와 OH로 해리시키고, OH 마이너스 이온을 형성하고, 이 OH 마이너스 이온과 피가공물 표면 원자와의 화학 반응을 이용한 새로운 초 정밀·초청정 가공법의 개발을 보고하고 있다. 음극에 Al(001)을 이용한 경우, 표면 반응 소과정에 관한 동일한 문헌 보고에서는, (1) Al(001) 표면 원자에 OH가 결합하면, 표면 제1층-제2층 원자간의 결합 강도가 저하되고, (2) H 종단화한 Al(001) 표면에 OH와 H가 작용함으로써, Al 표면 원자간의 결합이 모두 절단되고, Al 표면 원자는 AlH2(OH) 분자로서 제거 가공되는 것을 보고하고 있다. 이 문헌에서는, 촉매에 의해 H와 OH를 생성하고, 이 OH를 이용한 전기 화학 반응을 이용하고 있지만, 수증기 기포 플라즈마로부터 발생하는 OH 라디칼에 의한 연구 성과는 보고되지 않았다. 한편, 본 발명자들은 청정한 금속은 물에 대하여 친수성이고, 본 발명의 수증기 기포 플라즈마에 의해 발생하는 OH 라디칼을 금속에 작용시킴으로써, 상기 정밀 공학회지의 문헌과 마찬가지로, 금속 표면의 원자의 화학 결합을 절단하면서, 금속을 재료로부터 제거하는 정밀 에칭 공정에도 본 기술이 응용 가능하다고 주장한다. Graduate School of Engineering, Osaka University Graduate School, Eiwa Goto, Hirose Kikuji, Kei Inada, Mori Yuzo, etc. 69, No. 9, 2003, at p. 1332-1336, a new ultrafine water is used to dissociate water in ultrapure water into H and OH by a catalyst, to form OH minus ions, and to chemically react the OH minus ions with workpiece surface atoms. It reports the development of precision and ultra clean processing methods. In the case of using Al (001) as the cathode, in the same literature report on the surface reaction subprocess, (1) when OH bonds to Al (001) surface atoms, the bond strength between surface first layer and second layer atoms is lowered. (2) OH and H act on the H-terminated Al (001) surface, and all the bonds between Al surface atoms are cleaved, and Al surface atoms are reported to be removed as AlH 2 (OH) molecules. . In this document, although H and OH are produced by a catalyst and the electrochemical reaction using this OH is used, the research result by the OH radical which generate | occur | produces from a vapor bubble plasma was not reported. On the other hand, the inventors of the present invention, while the clean metal is hydrophilic with respect to water, by acting on the metal by the OH radical generated by the vapor bubble plasma of the present invention, while cutting the chemical bonds of atoms on the surface of the metal, as in the literature We also claim that the technique is applicable to precision etching processes that remove metals from materials.

(o) 핫또리 다께는 "전자 재료", 별책, 2005년 12월, p.93-101에서, 실리콘 웨이퍼의 세정 기술을 기재하고 있다. 이 문헌에서는, 표면을 RCA 세정에 의해 세정하는 실리콘 웨이퍼의 웨트 세정이나, 웨이퍼를 스핀 회전시키면서 산, 알칼리, 희불화수소수, 오존수에 의해 세정하는 웨트 세정을 소개하고 있다. 한편, 본 발명의 기술을 이용하면, 오존수 세정보다도 강한 산화력을 갖는 OH 라디칼에 의해 웨이퍼를 세정할 수 있다. 야마베 쵸베이 저, "수중 미소 기포 내 방전에 의한 수질 환경의 개선", 2000년 내지 2002년도 과학 연구비 보조금 기반 연구, (A) (2) 연구 성과 보고서, 2003년 3월에 따르면, OH 라디칼의 표준 산화 전위는 2.84 eV, 한편 오존의 표준 산화 전위는 2.07 eV이고, OH 라디칼은 오존보다도 강한 산화 능력을 갖고 있다는 것을 알 수 있다. (o) Hattori Daiwa describes a cleaning technique for a silicon wafer in "Electronic Materials", an annex, December 2005, p.93-101. This document introduces wet cleaning of silicon wafers whose surfaces are cleaned by RCA cleaning, and wet cleaning of acids, alkalis, dihydrogen fluoride water and ozone water while spinning the wafer. On the other hand, using the technique of the present invention, the wafer can be cleaned with OH radicals having a stronger oxidation power than ozone water cleaning. According to Yamabe Chobei, "Improvement of Water Quality by Discharge in Submerged Microbubbles", 2000-2002 Scientific Research Grant Subsidy-Based Research, (A) (2) Research Outcome Report, March 2003, OH Radicals It can be seen that the standard oxidation potential of is 2.84 eV, while the standard oxidation potential of ozone is 2.07 eV, and the OH radical has a stronger oxidation capacity than ozone.

구체적으로는, 도 1에 도시한 반응 장치의 물 중에 오염된 실리콘 웨이퍼를 침지시키고, 이 실리콘 웨이퍼를 물 중에서 회전시키면서, 수증기 기포 플라즈마에 실리콘 웨이퍼를 접촉시킴으로써, 실리콘 웨이퍼를 세정할 수 있다. Specifically, the silicon wafer can be cleaned by immersing the contaminated silicon wafer in the water of the reaction apparatus shown in FIG. 1 and rotating the silicon wafer in water while bringing the silicon wafer into contact with the vapor bubble plasma.

이하, 물품 세정의 예로서 상술한 (a)에서 기재한 여과 처리에 사용한 후에, 클로깅한 다공질막의 세정에 대해서 설명한다. 다공질막으로는 친수화 처리된 폴리에틸렌제의 중공사막, 평막, 튜블러막 등을 들 수 있다. Hereinafter, washing | cleaning of the porous membrane which was clogged after using for the filtration process as described in (a) mentioned above as an example of article washing | cleaning is demonstrated. Examples of the porous membrane include hydrophilized polyethylene hollow fiber membranes, flat membranes, tubular membranes, and the like.

오염물된 다공질막을 물에 침지하고, 전자파를 방사하는 전극의 근방에 고정시킨다. 전극으로부터 전자파를 방사하면, 전극의 주위에 수증기 기포가 발생함과 동시에, 수증기 기포 내에 플라즈마가 발생한다. 다공질막의 막면에 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를 소정의 접촉 시간으로 접촉시키면, 막면에 부착되어 있는 유기물이 플라즈마에 의해 열 분해되어 분취된다. 유기물이 분취된 후에 노출되는 친수성 표면은 물에 젖기 쉽기 때문에 물의 층에 의해서 피복되고, 플라즈마에 의한 손상을 받기 어려우며, 다공질막에 형성되어 있는 세공 구조는 거의 유지된다. 접촉 시간은 1 내지 5 분이 바람직하다. 접촉 시간이 1 분 미만이면, 다공질막 표면에 부착된 오염물 등의 유기물이 충분히 제거되지 않을 우려가 있고, 접촉 시간이 5 분을 초과하면 다공질막 표면의 일부가 용융을 시작한다. 이상 (a)의 구체예에 대해서 서술했지만, (a) 내지 (m)의 각 사례에 대하여도 마찬가지로 오염물을 세정할 수 있다. 또한, (n) 내지 (o)의 에칭에서도 본 발명을 적용할 수 있다. The contaminated porous membrane is immersed in water and fixed near the electrode that emits electromagnetic waves. When electromagnetic waves are emitted from the electrodes, steam bubbles are generated around the electrodes and plasma is generated in the steam bubbles. When the plasma generated in the water vapor bubbles is brought into contact with the membrane surface of the porous membrane with a predetermined contact time, the organic matter adhered to the membrane surface is thermally decomposed by the plasma and fractionated. Since the hydrophilic surface exposed after the organic matter is collected is easily wetted with water, the hydrophilic surface is covered with a layer of water, is less likely to be damaged by plasma, and the pore structure formed in the porous membrane is almost maintained. The contact time is preferably 1 to 5 minutes. If the contact time is less than 1 minute, there is a fear that organic matters such as contaminants adhered to the porous membrane surface may not be sufficiently removed, and if the contact time exceeds 5 minutes, part of the surface of the porous membrane starts to melt. Although the specific example of above (a) was described, the contaminant can be wash | cleaned similarly about each case of (a)-(m). Moreover, this invention is applicable also to the etching of (n)-(o).

또한, 본 발명의 표면 처리 방법은 물품의 부분적인 에칭에도 응용할 수 있다. 즉, 물 중에서 소수성 표면(θ> 90도)과 친수성 표면(θ≤90도)을 모두 갖는 물품에 플라즈마를 접촉시키면, 소수성 표면의 에칭 속도가 커져, 물품 표면에 요철이 형성된다. The surface treatment method of the present invention is also applicable to partial etching of articles. That is, when the plasma is brought into contact with an article having both a hydrophobic surface (θ> 90 degrees) and a hydrophilic surface (θ ≦ 90 degrees) in water, the etching rate of the hydrophobic surface is increased, and irregularities are formed on the article surface.

요철 표면을 형성하기 위해서는 재료와 수증기 기포 플라즈마와의 접촉 시간을 적절히 선정하는 것이 필요하다. In order to form the uneven surface, it is necessary to appropriately select the contact time between the material and the vapor bubble plasma.

이 요철 형성 기술은 반도체 리소그래피 공정에서의 재료의 에칭, 플라스틱 재료의 미세한 요철 가공(예를 들면, 투명 수지판의 표면에 상이 찍히는 것을 방지하는 비섬광 기능을 부여하기 위한 가공)에 유용하다. This uneven | corrugated formation technique is useful for the etching of a material in a semiconductor lithography process, and the fine uneven | corrugated processing of a plastic material (for example, the process for giving a non-glare function which prevents an image from being imaged on the surface of a transparent resin plate).

이상 설명한 본 발명의 표면 처리 방법에 따르면, 액체 중에서 물품 표면을 수증기 기포 플라즈마에 접촉시키고 있기 때문에, 물품으로부터의 오염물 분해물이 대기 중에 비산하지 않는다. 특히, 바이러스, 유해 유기물 등을 대기 중에 비산시키지 않고, 물 중에서 안전하게 분해 제거가 가능하다. 물 중에 이행한 분해물은 흡착 필터 등으로 회수함으로써, 안전히 물 중에서 취출할 수 있다. 특히, 병원 등의 의료 현장, 식품 제조 현장에서 취급하는 물품(예를 들면, 카테터, 인공 혈관, DNA 검체 검출 디바이스, 바이러스 포획의 기능을 갖는 부직포, 투석용 여과막, 정밀 여과막, 가스 분리막 등)을 폐기할 때에는, 물품 표면에 부착되어 있는 잡균, 바이러스 등의 유기물을 안전히 무해화할 필요가 있고, 이 목적으로는 본 발명이 유효하다. According to the surface treatment method of the present invention described above, since the surface of the article is brought into contact with the vapor bubble plasma in the liquid, contaminant decomposition products from the article do not scatter in the air. In particular, it is possible to safely decompose and remove water, without scattering viruses, harmful organic substances, etc. in the air. The decomposed product transferred into the water can be safely taken out in the water by being recovered by an adsorption filter or the like. In particular, articles (for example, catheters, artificial blood vessels, DNA sample detection devices, nonwoven fabrics having a function of virus capture, dialysis filtration membranes, microfiltration membranes, gas separation membranes, etc.) handled at medical sites such as hospitals and food production sites are used. When discarding, it is necessary to safely harmless organic substances such as various germs, viruses and the like adhering to the article surface, and the present invention is effective for this purpose.

또한, 본 발명의 표면 처리에 의한 재료의 에칭시에는 전해액이나 황산, 염산, 불화수소수 등의 약품을 사용하지 않고, 물로부터 발생하는 OH 라디칼을 분해에 이용하기 때문에, 반응 후, 약품의 폐액이 발생하지 않는다. 또한, 금속의 에칭의 경우는, 금속 수산화물이 침전하지만, 물에 불용이기 때문에, 고액(solid-liquid) 분리할 수 있고, 환경에 대하여 유해한 폐액이 발생하지 않는다. In addition, since during the etching of the material by the surface treatment of the present invention, OH radicals generated from water are used for decomposition without using an electrolyte, sulfuric acid, hydrochloric acid, or hydrogen fluoride, etc. This does not happen. In addition, in the case of etching of metal, metal hydroxide precipitates, but since it is insoluble in water, solid-liquid separation is possible, and no waste liquid harmful to the environment is generated.

본 발명에 알맞는 탄소 섬유를 이용하여 표면 처리를 행하면, 수증기 기포 플라즈마의 고온에 의한 과도한 흑연화가 억제되고, 안정적인 탄소화가 유지된 섬유이면서, OH 라디칼에 의한 에칭이나 세정 등의 표면 처리를 섬유 전체에 걸쳐 균등하게 행할 수 있다는 점에서 공업적으로 부가 가치가 높은 연속적인 탄소 섬유의 제조를 할 수 있다. When the surface treatment is performed using a carbon fiber suitable for the present invention, the excessive graphitization caused by the high temperature of the water vapor bubble plasma is suppressed, and stable carbonization is maintained, and the surface treatment such as etching or cleaning with OH radicals is carried out as a whole. Since it can carry out evenly over, continuous carbon fiber with high added value industrially can be manufactured.

<실시예 1><Example 1>

미쯔비시 레이온(주) 제조, 가정용 정수기(상품명: 크린스이 02)를 준비하였다. 상기 정수기의 여과 카트리지에는 친수화 처리된 폴리에틸렌제의 중공사막(친수화된 소재의 물의 접촉각(25 ℃)=55도)가 사용되고 있다. 상기 중공사막은 미쯔비시 레이온(주) 제조의 내경 270 ㎛, 막 두께 55 ㎛의 중공사막이고, 폴리에틸렌 을 포함하는 피브릴이 중공사막의 섬유 방향에 배향하고, 이 피브릴이 막의 두께 방향으로 다수개 중첩되어 있는 슬릿 형태의 세공 구조를 갖는다. Mitsubishi Rayon Co., Ltd. product, the domestic water purifier (brand name: cleanse 02) was prepared. A hydrophilized polyethylene hollow fiber membrane (contact angle of water of hydrophilized material (25 ° C.) = 55 degrees) is used as the filter cartridge of the water purifier. The hollow fiber membrane is a hollow fiber membrane having an inner diameter of 270 µm and a membrane thickness of 55 µm manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., and fibrils containing polyethylene are oriented in the fiber direction of the hollow fiber membrane, and a plurality of these fibrils are in the thickness direction of the membrane. It has an overlapping slit-like pore structure.

이 정수기를 가정의 수도물 수도 꼭지에 부착하고, 여과 카트리지에 수도물(이와구니시 미까사마찌)을 단속적으로 1년간 통수한 바, 여과 카트리지는 클로깅을 일으키고, 여과 카트리지 내의 중공사막 표면은 얇게 회색으로 변화하였다. 클로깅을 일으킨 여과 카트리지를 정수기 본체로부터 제거하고, 추가로 여과 카트리지로부터 활성탄을 제거하고 클로깅한 중공사막 샘플을 얻었다. 이 클로깅한 중공사막 표면을 전자 현미경으로 관찰하였다. 전자 현미경 사진을 도 6에 도시한다. 클로깅한 중공사막은 막 표면의 슬릿 형태 세공이 유기물에 의해서 폐색되어 있었다. This water purifier was attached to the tap of domestic tap water, and the tap water (Iwagunishi Mikasamachi) was intermittently passed through the filter cartridge for one year. Changed to. The clogging produced filter cartridge was removed from the water purifier body, and activated carbon was further removed from the filter cartridge to obtain a clogged hollow fiber membrane sample. The clogged hollow fiber membrane surface was observed with the electron microscope. An electron micrograph is shown in FIG. 6. In the clogged hollow fiber membrane, the slit-like pores on the membrane surface were blocked by the organic substance.

클로깅한 중공사막의 세정을 이하와 같이 하여 행하였다. The clogging hollow fiber membrane was wash | cleaned as follows.

클로깅한 중공사막 샘플의 길이가 50 mm 정도로 짧기 때문에, 길이 150 mm의 친수화 처리된 중공사막(미쯔비시 레이온 제조, EX-540V 폴리에틸렌 중공섬유막)에 클로깅한 중공사막을 샘플로 묶어 실험용 시료를 준비하였다. Since the length of the clogged hollow fiber membrane sample was as short as 50 mm, the hollow fiber membrane clogged to a hydrophilized hollow fiber membrane (Mitsubishi Rayon, EX-540V polyethylene hollow fiber membrane manufactured by Mitsubishi Rayon) with a length of 150 mm was bundled with a sample for the test sample. Ready.

플라즈마 발생 장치로는 도 1에 도시한 장치를 이용하였다. RF 전원으로는, THAMWAY사 제조, 형식 T161-5766LQ를 이용하고, 매칭 박스(Matching Box)로는 THAMWAY사 제조, 형식 T0202-5766LQ를 이용하였다. The apparatus shown in FIG. 1 was used as a plasma generating apparatus. As the RF power supply, model T161-5766LQ manufactured by THAMWAY Corporation was used, and model T0202-5766LQ manufactured by THAMWAY Corporation was used as a matching box.

우선, 물을 충전한 용기 내에 실험용 시료를 침지하고, 전극의 근방에 지지구로 고정시켰다. 전극의 발열을 이용하여 물을 가열하고, 이 열에 의해 물 중에 수증기 기포를 발생시켰다. 도 1에서 기상 압력이 30 hPa인 감압 환경에서 수증기 기포에 전자파(27.1 MHz)를 300 W의 출력으로 조사하고, 기포 내의 수증기를 플라즈마화시키고, 이어서 압력을 대기압하에 수증기 기포 플라즈마를 계속 발생시켰다. 기상측이 대기압인 경우의 수증기 기포 플라즈마로부터의 발광 스펙트럼을 도 5에 도시한다. 이 분광 스펙트럼은 도 1의 반응 장치에서 발광하고 있는 기포로부터의 빛을 하마마쓰 포토닉스제 PMA-11C-7473-36형 테르루니타나형 소형 폴리크로미터와 이면 조사형 CCD 리니아 이미지 센서를 사용하여, 파장마다 스펙트럼 강도를 계측하여 구하였다. 광 검출 소자수는 1024, 파장 영역은 200 내지 950 nm, 노광 시간은 19 ms였다. 파장 감도 얼룩 보정과 파장축 교정이 완료된 폴리크로미터와 리니아 이미지 센서를 사용하여 계측을 행하였다. First, a test sample was immersed in a container filled with water, and fixed with a support in the vicinity of the electrode. Water was heated using the exothermic heat of the electrode, and this heat generated water vapor bubbles in the water. In Fig. 1, water vapor bubbles were irradiated with an electromagnetic wave (27.1 MHz) at an output of 300 W in a reduced pressure environment having a gas phase pressure of 30 hPa, and the water vapor in the bubbles was plasmaled, followed by the generation of a water vapor bubble plasma under atmospheric pressure. The emission spectrum from the water vapor bubble plasma when the gas phase is at atmospheric pressure is shown in FIG. 5. This spectral spectrum uses a PMA-11C-7473-36 type terunitana type small polychromator and a back-illuminated CCD liner image sensor made by Hamamatsu Photonics to emit light from bubbles emitted by the reaction apparatus of FIG. The spectral intensity was measured and determined for each wavelength. The number of light detection elements was 1024, the wavelength region was 200 to 950 nm, and the exposure time was 19 ms. The measurement was performed using a polychromometer and a linia image sensor in which wavelength sensitivity unevenness correction and wavelength axis correction were completed.

기상측이 대기압인 상황에서 실험용 시료에 수증기 기포 플라즈마를 3 분간 접촉시켰다. 표면 처리 후 중공사막 샘플 표면을 전자 현미경으로 관찰하였다. 전자 현미경 사진을 도 7에 도시한다. 클로깅하고 있던 유기물이 거의 완전히 제거되었다. 또한, 중공사막 샘플 표면에 손상은 거의 인정되지 않고, 세공 구조는 원래의 형상을 유지하고 있었다. The vapor bubble plasma was brought into contact with the test sample for 3 minutes while the gas phase was at atmospheric pressure. After surface treatment, the hollow fiber membrane sample surface was observed with an electron microscope. An electron micrograph is shown in FIG. 7. The clogging organics were almost completely removed. In addition, damage was hardly recognized on the surface of the hollow fiber membrane sample, and the pore structure maintained its original shape.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1과 동일한 플라즈마 발생 장치를 이용하고, 물을 충전한 용기 내에 실험용 시료를 침지하고, 전극의 근방에 지지구로 고정시켰다. 시료로서 표 9에 도시한 에틸렌·비닐알코올 공중합체 필름(이하, EVAL 필름이라고도 함)을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 수증기 기포 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마를 시료에 3 분간 접촉시켰다. 모든 필름은 플라즈마 접촉 전의 물에 대 한 접촉각은 64 내지 71도의 범위 내이고, 친수성을 나타내었다. 이들 필름은 모두 수증기 기포 플라즈마의 열에 견뎌 형태를 유지하였다. Using the same plasma generator as in Example 1, the test sample was immersed in a container filled with water, and fixed with a support in the vicinity of the electrode. A water vapor bubble plasma was generated under the same conditions as in Example 1 except that the ethylene vinyl alcohol copolymer film (hereinafter also referred to as EVAL film) shown in Table 9 was used as the sample, and the plasma was brought into contact with the sample for 3 minutes. . All films exhibited hydrophilicity, with a contact angle for water prior to plasma contact in the range of 64 to 71 degrees. All of these films survived the heat of the steam bubble plasma and remained in shape.

Figure 112007075081192-pct00009
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1) 에틸렌: 에틸렌 함유율1) Ethylene: Ethylene Content

2) θ/2: 접촉각계에서의 판독 수치. 2) θ / 2: readings at the contact angle meter.

접촉각계에는, 교와 가이멘 가가꾸제 CA-DT를 사용.          In contact angle meter, we use CA-DT made by Kyowa Kaimen Kagaku Corporation.

순수의 액적 부피는 1 ㎕였다.          The droplet volume of pure water was 1 μl.

3) θ: 접촉각3) θ: contact angle

4) T: 측정실의 온도4) T: Temperature of the measuring room

5) RH: 측정실의 습도5) RH: humidity of measuring room

6) "플라즈마 내구성"이란, 물 중에서의 수증기 기포 플라즈마에 대한 내구성을 의미한다. 6) "Plasma durability" means durability against water vapor bubble plasma in water.

7) "기상은 대기압"이란, 도 1에서 수면보다 상측의 기상이 대기압의 공기이고, 이 상태에서 수증기 기포 플라즈마를 발생시킨 것을 의미한다. 7) "Weather is atmospheric pressure" means that the gaseous phase above the water surface is air of atmospheric pressure in FIG. 1, and steam vapor plasma was generated in this state.

8) "내구성 있음"이란, 파단하지 않고 원래의 형태를 유지한 것을 의미한다.8) "With durability" means that the original shape is maintained without breaking.

9) "내구성 없음"이란, 플라즈마의 열에 의해 파단한 후에 열 분해한 것을 의미한다. 9) "No durability" means thermal decomposition after breaking by plasma heat.

이하에 나타내는 표 10 및 표 11에서 1) 내지 9)와 동일한 기호 또는 용어에 대해서는 동일한 의미를 갖는 것으로 한다. In Table 10 and Table 11 shown below, the same symbol or term as in 1) to 9) shall have the same meaning.

또한, 시료 DC3203F의 필름의 표면에 유성 잉크로 마킹을 행하였다. 마킹한 부분을 플라즈마에 접촉하였더니, 유성 잉크는 플라즈마에 의해 분해되어 필름 상에 남아 있지 않았다. 세정 후의 필름면은 육안 관찰로는 평활하였다.In addition, the surface of the film of sample DC3203F was marked with oil-based ink. When the marked portion was in contact with the plasma, the oily ink was decomposed by the plasma and did not remain on the film. The film surface after washing | cleaning was smooth by visual observation.

<실시예 3><Example 3>

듀퐁사 제조 나피온(Nafion) 112 및 나피온 1035 필름을 25 ℃ 이온 교환수에 5 분간침지하고, 막을 물로 팽윤시킨 후에 취출하고, 접촉각을 측정한 바, 표 10에 나타내는 접촉각이었다. 표 10에 나타낸 나피온 112 및 나피온 1035를 플라즈마 처리의 시료로서 사용하였다. The Nafion 112 and Nafion 1035 films manufactured by DuPont were immersed in 25 ° C. ion-exchanged water for 5 minutes, swelled after swelling the membrane with water, and the contact angles were measured. Nafion 112 and Nafion 1035 shown in Table 10 were used as samples of the plasma treatment.

실시예 1과 동일한 플라즈마 발생 장치를 이용하고, 물을 충전한 용기 내에 시료를 침지하고, 전극의 근방에 지지구로 시료를 고정시켰다. 이어서, 실시예 1과 동일한 조건으로 수증기 기포 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마를 시료에 3 분간 접촉시켰다. 표 10에 나타낸 바와 같이, 물로 팽윤한 나피온 112 및 나피온 1035 모두 수증기 기포 플라즈마의 열에 견뎌 형태를 유지하였다. Using the same plasma generator as in Example 1, the sample was immersed in a container filled with water, and the sample was fixed with a support in the vicinity of the electrode. Subsequently, a water vapor bubble plasma was generated under the same conditions as in Example 1, and the plasma was brought into contact with the sample for 3 minutes. As shown in Table 10, both Nafion 112 and Nafion 1035 swollen with water remained morphologically resistant to the heat of the steam bubble plasma.

Figure 112007075081192-pct00010
Figure 112007075081192-pct00010

또한, 나피온 112 필름의 표면에 유성 잉크로 마킹을 행하였다. 마킹은 필름에 확실히 고착되어 있었다. 마킹한 부분을 물 중에서 수증기 기포 플라즈마에 3 분간 접촉한 후에, 육안으로 관찰한 바, 유성 잉크는 플라즈마에 의해 분해되어 시료 상에 남아 있지 않았다. 세정 후의 필름면은 육안 관찰로는 평활하였다. In addition, the surface of the Nafion 112 film was marked with oil-based ink. The marking was firmly stuck to the film. After the marked portion was brought into contact with the water vapor plasma in water for 3 minutes, when visually observed, the oily ink was decomposed by the plasma and did not remain on the sample. The film surface after washing | cleaning was smooth by visual observation.

<실시예 4><Example 4>

실시예 1과 동일한 플라즈마 발생 장치를 이용하고, 물을 충전한 용기 내에 시료를 침지하고, 전극의 근방에 지지구로 고정시켰다. 시료로서, 광학 연마된 유리판(두께 5 mm, 100 mm×100 mm)을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 수증기 기포 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마를 유리판에 3 분간 접촉시켰다. 유리판은 수증기 기포 플라즈마의 열에 견뎌 형태를 유지하였다. 플라즈마에 접촉시키기 전의 유리판의 물에 대한 접촉각은 약 35도였다. Using the same plasma generator as in Example 1, the sample was immersed in a container filled with water and fixed with a support in the vicinity of the electrode. A water vapor bubble plasma was generated under the same conditions as in Example 1 except that an optically polished glass plate (thickness 5 mm, 100 mm x 100 mm) was used as the sample, and the plasma was brought into contact with the glass plate for 3 minutes. The glass plate maintained its shape withstanding the heat of the steam bubble plasma. The contact angle with respect to the water of the glass plate before contacting the plasma was about 35 degrees.

또한, 유리판의 표면에 유성 잉크로 마킹을 행하고, 마킹한 부분을 물 중에서 수증기 기포 플라즈마에 3 분간 접촉한 후에 육안으로 관찰하였다. 유성 잉크는 플라즈마에 의해 분해되어 유리판 상에 남아 있지 않았다. 세정 후의 유리판은 육안 관찰로는 평활하였다. In addition, the surface of the glass plate was marked with oil ink, and the marked portion was visually observed after contacting the vapor bubble plasma in water for 3 minutes. The oil ink was decomposed by the plasma and did not remain on the glass plate. The glass plate after washing was smooth by visual observation.

<실시예 5>Example 5

실시예 1과 동일한 플라즈마 발생 장치를 이용하고, 물을 충전한 용기 내에 실험용 시료를 침지하고, 전극의 근방에 지지구로 고정시켰다. 시료로서 알루미나 세라믹 시트(γ-Al2O3 시트 두께 3 mm, 100 mm×100 mm)를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 수증기 기포 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마를 알루미나 세라믹 시트에 3 분간 접촉시켰다. 접촉 후의 알루미나 세라믹 시트는 수증기 기포 플라즈마의 열에 견뎌 원래의 형태를 유지하였다. 플라즈마에 접촉시키기 전의 알루미나 세라믹 시트의 물에 대한 접촉각은 약 55도였다. Using the same plasma generator as in Example 1, the test sample was immersed in a container filled with water, and fixed with a support in the vicinity of the electrode. A water vapor bubble plasma was generated under the same conditions as in Example 1 except that an alumina ceramic sheet (γ-Al 2 O 3 sheet thickness 3 mm, 100 mm x 100 mm) was used as a sample, and the plasma was applied to the alumina ceramic sheet for 3 minutes. Contact. The alumina ceramic sheet after contact withstands the heat of the water vapor bubble plasma to maintain its original form. The contact angle with respect to water of the alumina ceramic sheet before contacting the plasma was about 55 degrees.

또한, 알루미나 세라믹 시트의 표면에 유성 잉크로 마킹을 행하고, 마킹한 부분을 물 중에서 수증기 기포 플라즈마에 3 분간 접촉한 후에 육안 관찰하였다. 유성 잉크는 플라즈마에 의해 분해되어 알루미나 세라믹 시트 상에 남아 있지 않았다. 세정 후의 알루미나 세라믹 시트면은 육안 관찰로는 평활하였다. In addition, the surface of the alumina ceramic sheet was marked with an oil ink, and the marked portion was visually observed after contacting the vapor bubble plasma in water for 3 minutes. The oil ink was decomposed by the plasma and did not remain on the alumina ceramic sheet. The surface of the alumina ceramic sheet after washing was smooth by visual observation.

<실시예 6><Example 6>

실시예 1과 동일한 플라즈마 발생 장치를 이용하고, 물을 충전한 용기 내에 실험용 시료를 침지하고, 전극의 근방에 지지구로 고정시켰다. Using the same plasma generator as in Example 1, the test sample was immersed in a container filled with water, and fixed with a support in the vicinity of the electrode.

에틸렌-비닐알코올 공중합 필름(에틸렌 함유율 32 mol%)을 기재(두께 3 mm, 100 mm×100 mm)로서, 이 기재에 폭 5 mm의 폴리에틸렌 필름(두께 0.5 mm, 100 mm×100 mm)을 간격 5 mm 분리하여 열융착으로 접착하고, 친수성 부분 5 mm 폭, 소수성 부분 5 mm 폭의 친수 표면/소수 표면을 포함하는 시료를 준비하였다. 에틸렌-비닐알코올 공중합 필름(에틸렌 함유율 32 mol%)의 물에 대한 접촉각은 67도, 폴리에틸렌 필름의 물에 대한 접촉각은 95도였다. An ethylene-vinyl alcohol copolymer film (32 mol% of ethylene content) is used as a substrate (thickness 3 mm, 100 mm x 100 mm), and a 5 mm wide polyethylene film (thickness 0.5 mm, 100 mm x 100 mm) is spaced from this substrate. Samples were prepared that were separated by 5 mm, adhered by thermal fusion, and included a hydrophilic surface / hydrophobic surface of a hydrophilic portion 5 mm wide and a hydrophobic portion 5 mm wide. The contact angle with respect to the water of the ethylene-vinyl alcohol copolymer film (the ethylene content rate of 32 mol%) was 67 degree, and the contact angle with respect to the water of the polyethylene film was 95 degree.

준비한 시료를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로, 수증기 기포 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마를 시료 전체에 3 분간 접촉시켰다. 접촉후, 시료를 반응 용기로부터 취출하면 수소 부분인 폴리에틸렌 필름은 플라즈마에 의해 에칭을 받아 평균적인 두께가 0.1 mm로 되어 있었지만, 에틸렌-비닐알코올 공중합 필름 기재는 평활한 당초의 표면을 유지하고 있었다. 수소 부분만이 플라즈마에 의해 에칭된 결과였다. A water vapor bubble plasma was generated in the same manner as in Example 1 except that the prepared sample was used, and the plasma was brought into contact with the entire sample for 3 minutes. After the contact, when the sample was taken out from the reaction vessel, the polyethylene film as the hydrogen portion was etched by plasma and had an average thickness of 0.1 mm. However, the ethylene-vinyl alcohol copolymer film substrate maintained a smooth initial surface. Only the hydrogen portion was the result of being etched by the plasma.

<비교예 1>Comparative Example 1

물품으로서 친수화 처리되어 있지 않은 두께 100 ㎛의 폴리4불화에틸렌 필름(물에 대한 접촉각(25 ℃)=110도), 폴리에틸렌 필름(물에 대한 접촉각(25 ℃)=95도), 폴리프로필렌 필름(물에 대한 접촉각(25 ℃)=96도)을 준비하였다. 이들 필름의 표면에는 오염물 등의 유기물은 부착되지 않았다. 이들 필름에 대해서 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 표면 처리를 행하였다. 모든 필름은 플라즈마가 접촉한 순간에 플라즈마의 고온에 의해 열 분해하여 파단하였다. 100 μm thick polytetrafluoroethylene film (contact angle to water (25 ° C.) = 110 degrees), polyethylene film (contact angle to water (25 ° C.) = 95 degrees) that is not hydrophilized as an article, polypropylene film (Contact angle with water (25 degreeC) = 96 degree | time) was prepared. Organic substances such as contaminants did not adhere to the surfaces of these films. These films were surface-treated in the same manner as in Example 1. All the films were thermally decomposed and broken by the high temperature of the plasma when the plasma contacted them.

<비교예 2>Comparative Example 2

물품으로서, 친수화 처리되어 있지 않은 두께 50 ㎛의 유기 고분자 다공질 평막(밀리포어사 제조, 소수성 폴리사불화에틸렌막, 물에 대한 접촉각(25 ℃)=110도, 평균 세공 직경 1 ㎛), 두께 100 ㎛의 유기 고분자 다공질 평막(밀리포어사 제조, 소수성 폴리에틸렌막, 물에 대한 접촉각(25 ℃)=94도, 평균 세공 직경 1 ㎛)을 준비하였다. 이들 고분자 다공질 평막의 표면에는 오염물 등의 유기물은 부착되지 않았다. 이들 고분자 다공질 평막에 대해서 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 표면 처리를 행하였다. 모든 평막은 플라즈마가 접촉한 순간에 플라즈마의 고온에 의해 열 분해하고 파단하였다. As the article, an organic polymer porous flat membrane having a thickness of 50 µm which is not hydrophilized (Millipore Co., Ltd., hydrophobic polytetrafluoroethylene membrane, contact angle to water (25 ° C) = 110 degrees, average pore diameter of 1 µm), thickness An organic polymer porous flat membrane (manufactured by Millipore, hydrophobic polyethylene membrane, contact angle to water (25 ° C) = 94 degrees, average pore diameter of 1 µm) of 100 µm was prepared. Organic substances such as contaminants did not adhere to the surfaces of these polymer porous flat membranes. These polymeric porous flat membranes were surface-treated in the same manner as in Example 1. All the flat membranes were thermally decomposed and broken by the high temperature of the plasma at the moment of contact with the plasma.

<비교예 3>Comparative Example 3

시료로서, 25 ℃, 55 % RH의 분위기에 1주간 방치한 듀퐁사 제조의 2종류의 나피온막(나피온 112, 나피온 1035)을 시료로서 이용한 것 이외에는, 실시예 3과 동일한 조건으로 상기 시료에 수증기 기포 플라즈마를 접촉시켰다. As the sample, the same conditions as in Example 3 were used except that two kinds of Nafion membranes (Nafion 112, Nafion 1035) manufactured by Dupont, which were allowed to stand for 1 week in an atmosphere of 25 ° C and 55% RH, were used. The vapor bubble plasma was brought into contact with the sample.

플라즈마 접촉전의 나피온 112, 나피온 1035의 물에 대한 접촉각은 하기 표 11에 나타내는 값이었다. 플라즈마에 접촉한 순간 2종류의 나피온막이 모두 플라즈마의 고온에 의해 열 분해하고 파단하였다. The contact angles of Nafion 112 and Nafion 1035 to water before plasma contact were the values shown in Table 11 below. At the instant of contact with the plasma, both types of Nafion films were thermally decomposed and broken by the high temperature of the plasma.

Figure 112007075081192-pct00011
Figure 112007075081192-pct00011

<비교예 4><Comparative Example 4>

300 ㎖ 용량의 비커에 순수를 200 ㎖ 준비하고, 실시예 1에서 이용한 클로깅한 중공사막을 25 ℃의 순수한 물에 침지하고, 출력 100 W, 20 KHz의 초음파세정기로 중공사막을 1 시간 동안 세정하였다. 세정 후의 막을 전자 현미경으로 관찰한 바, 막면에 클로깅하고 있던 유기물은 제거되지 않았다. 200 ml of pure water was prepared in a 300 ml beaker, the clogged hollow fiber membrane used in Example 1 was immersed in pure water at 25 ° C, and the hollow fiber membrane was washed for 1 hour with an ultrasonic cleaner having a power of 100 W and 20 KHz. It was. When the film | membrane after washing | cleaning was observed with the electron microscope, the organic substance clogged to the membrane surface was not removed.

<비교예 5>Comparative Example 5

실시예 1에서 반응 장치의 전극을 과열하고 플라즈마 상태가 아닌 수증기 기포를 발생시켜서, 이 수증기 기포를 클로깅한 중공사막 시료에 3 분간 접촉시킨 바, 막면에 클로깅하고 있던 유기물은 제거되지 않았다. In Example 1, the electrode of the reaction apparatus was overheated to generate steam bubbles other than the plasma state, and the vapor bubbles were contacted with the hollow fiber membrane sample that had been clogged for 3 minutes. The organic substance clogged to the membrane surface was not removed.

본 발명은 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마와, 친수성 표면을 갖는 물품을 물 중에서 접촉시킴으로써, 물품에는 손상을 입히지 않고 물품에 부착되어 있는 유기물을 분해 또는 제거하는 표면 처리 기술이다. 이 표면 처리 기술은 예를 들면 가정용 정수기, 산업 배수용 여과, 공기 여과에 이용한 유기 고분자 다공질막, 세라믹 다공질막의 재생, 다공질막의 안전한 폐기에 유용하다. 특히, 병원의 화장실 물의 여과막, 병원의 원내 감염 예방용 공기 여과막, 바이오해져드실용의 공기 여과막 등, 세균류를 포함하는 물질로 막이 오염물 또는 클로깅한 막을 안전하게 재생 또는 폐기하는 방법으로서 유효하다. The present invention is a surface treatment technique that decomposes or removes an organic substance adhered to an article without damaging the article by contacting the plasma generated in the water vapor bubble with an article having a hydrophilic surface in water. This surface treatment technique is useful, for example, for the regeneration of organic polymer porous membranes, ceramic porous membranes used for domestic water purifiers, industrial drainage filtration, air filtration, and safe disposal of porous membranes. In particular, it is effective as a method of safely regenerating or discarding a contaminant or a clogged membrane with a substance containing bacteria, such as a filtration membrane for toilet water in a hospital, an air filtration membrane for preventing infection in a hospital, and an air filtration membrane for a biohazard chamber.

또한, 본 발명의 표면 처리 방법은 생체 적합성 재료를 체 내에 매립하여 사용하고, 그 사용 후에 재료 표면의 균 등의 유기물을 열 분해 또는 탄화시켜서 재료를 안전히 폐기하기 위한 처리; 장기와 공존하는 암 세포를 열 분해 또는 탄화시켜 생명의 안전에 유용하게 하기 위한 처리; 사용 종료 콘텍트렌즈에 부착된 세균, 혈액, 단백질 등의 유기물을 열 분해 또는 탄화시켜 안전히 폐기하기 위한 처리 등에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 표면 처리 방법은 카테터, 인공 혈관 등을 체내에 매설하기 전의 제균, 생체로부터 취출한 후에 부착되어 있는 균류 등의 멸균; DNA 검체 검출 디바이스로부터 검사 대상밖의 균을 제거하는 처리; 사용 종료의 DNA 검체 검출 디바이스를 안전히 폐기하기 위한 처리; 공기 필터, 마스크 등에 이용되고 있는 부직포에 부착된 균류 등을 열 분해 또는 탄화시켜 안전히 폐기하기 위한 처리 등에도 적용할 수 있다. In addition, the surface treatment method of the present invention includes a process for embedding a biocompatible material in a sieve and using it, and treating the material safely by thermally decomposing or carbonizing organic matter such as bacteria on the surface of the material after its use; Treatment to thermally decompose or carbonize cancer cells that coexist with an organ to be useful for life safety; It can be applied to a process for thermally decomposing or carbonizing and safely disposing organic substances such as bacteria, blood, and proteins attached to the contact lens after use. Moreover, the surface treatment method of this invention is sterilization, such as sterilization before catheter, artificial blood vessel, etc. are embedded in a body, and fungus adhered after taking out from a living body; A process of removing bacteria out of the test object from the DNA sample detection device; A process for safely discarding the DNA sample detection device at the end of use; It can also be applied to a process for thermally decomposing or carbonizing and safely disposing fungi attached to nonwoven fabrics used in air filters and masks.

또한 본 발명의 에칭 기술은 친수성의 투명 유기 재료의 표면에 미세한 요철을 부여하고, 광학 용도에서의 반사 방지 기능을 발현하거나, 특정한 시야 각도에서만 시인성이 발현하기도 하는 프라이버시 필터에의 가공에도 이용할 수 있다. 또한, 금속막의 표면을 수분자 유래의 화학종만으로 에칭할 수 있고, 반도체 디바 이스에서의 고밀도 다층 배선의 다마신 공정에서 폐액 처리의 비용을 감소할 수 있으며, 제조 비용의 감소에 유효하다. In addition, the etching technique of the present invention can be used for processing to a privacy filter that gives fine irregularities to the surface of a hydrophilic transparent organic material, exhibits antireflection function in optical applications, or visibility may be expressed only at a specific viewing angle. . In addition, the surface of the metal film can be etched only with chemical species derived from moisture molecules, and the cost of waste liquid treatment can be reduced in the damascene process of high-density multilayer wiring in a semiconductor device, which is effective for reducing the manufacturing cost.

또한, 최근 반도체 다층 배선 디바이스에서는 배선의 밀도가 높아지고, 보다 미세한 가공이 필요해지고 있고, 그 경우는 절연막에 다공질 규소막으로 포함하는 저유전율 재료가 제안되어 있다. 이 절연막은 세공 용적이 크고, 재료는 물에 대한 접촉각이 소수성이기 때문에, 통상의 케미컬 메카니컬 폴리싱 공정에서는 연마액이 절연막에 의해 크레이터링되어, 금속막을 연마한 후에 전체를 평탄하게 하는 것이 어렵다. 한편, 본 발명의 방법을 이용하면 저유전율막으로서 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 재료를 선정함으로써, 수증기 기포 플라즈마 중 OH 라디칼이 저유전율막을 에칭하기 때문에, 평탄한 절연막/다층 배선 금속의 구조체를 얻을 수 있다. In recent years, in semiconductor multi-layer wiring devices, wiring density is increased and finer processing is required. In this case, a low dielectric constant material which is included as a porous silicon film in an insulating film has been proposed. Since the insulating film has a large pore volume and the material has a hydrophobic contact angle with water, it is difficult to polish the entire liquid after polishing the metal film by polishing the polishing liquid with the insulating film in a conventional chemical mechanical polishing process. On the other hand, by using the method of the present invention, a material having a contact angle with respect to water of 90 degrees or less is selected as the low dielectric constant film, so that the OH radicals in the vapor bubble plasma etch the low dielectric constant film, thereby obtaining a flat insulating / multilayer wiring metal structure. Can be.

또한, 본 발명의 에칭 기술에서는 수증기 기포 플라즈마와의 접촉 시간을 제어하여 단시간에 함으로써, 소수성 부분만을 선택적으로 에칭할 수 있다. 이 기술은 친수성 표면과 소수성의 양표면 부분을 겸비하는 유기 재료, 무기 재료, 탄소 재료 등의 각종 재료에 대하여 선택적으로 소수성 부분을 에칭 가공할 때에 적용할 수 있다. 특히, 탄소 재료, 실리콘 웨이퍼 등의 재료는 내열 온도가 높기 때문에에 표면 가공이 어렵지만, 본 기술을 이용함으로써 용이하게 에칭 가공이 가능해진다. In addition, in the etching technique of the present invention, only the hydrophobic portion can be selectively etched by controlling the contact time with the vapor bubble plasma in a short time. This technique can be applied when selectively etching hydrophobic portions on various materials such as organic materials, inorganic materials, and carbon materials having both hydrophilic surfaces and hydrophobic both surface portions. In particular, materials such as carbon materials, silicon wafers, and the like have a high heat resistance temperature, and thus surface processing is difficult, but etching can be easily performed by using the present technology.

Claims (14)

물을 포함하는 액체 중 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를, 상기 액체 중에 있어서 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 재료에 접촉시키는 표면 처리 방법. The surface treatment method of making the plasma which generate | occur | produced in the water vapor bubble in the liquid containing water contact the material whose contact angle with respect to water in this liquid is 90 degrees or less. 삭제delete 물을 포함하는 액체 중의 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를 상기 액체 중에 있어서, 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 재료에 부착되어 있는 유기물에 접촉시켜서 상기 유기물을 재료로부터 제거하는 표면 처리 방법. The surface treatment method of removing the said organic substance from a material by making the plasma generate | occur | produced in the water vapor bubble in the liquid containing water contacting the organic substance adhering to the material whose contact angle with respect to water is 90 degrees or less in the said liquid. 제3항에 있어서, 재료가 고분자 다공질막인 표면 처리 방법. The surface treatment method according to claim 3, wherein the material is a polymeric porous membrane. 제3항에 있어서, 재료가 고분자 전해질막인 표면 처리 방법. The surface treatment method according to claim 3, wherein the material is a polymer electrolyte membrane. 제3항에 있어서, 재료가 유리인 표면 처리 방법. The surface treatment method according to claim 3, wherein the material is glass. 제3항에 있어서, 재료가 세라믹인 표면 처리 방법. 4. The surface treatment method according to claim 3, wherein the material is ceramic. 삭제delete 물을 포함하는 액체 중의 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를, 상기 액체 중에 있어서 물에 대한 접촉각이 90도 이하인 재료에 접촉시켜서, 상기 재료를 파괴하지 않고 상기 재료의 표면을 에칭하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법. And etching the surface of the material without destroying the material by bringing the plasma generated in the water vapor bubbles in the liquid containing water into a material having a contact angle of 90 degrees or less in the liquid. 제9항에 있어서, 재료가 금속인 에칭 방법. 10. The method of claim 9, wherein the material is a metal. 제10항에 있어서, 금속이 구리, 알루미늄, 텅스텐으로부터 선택되는 1종 이상인 에칭 방법. The etching method of Claim 10 whose metal is 1 or more types chosen from copper, aluminum, tungsten. 삭제delete 물을 포함하는 액체 중의 수증기 기포 내에 발생한 플라즈마를, 상기 액체 중에 있어서 물에 대한 접촉각이 90도를 초과하는 소수성 부분과 90도 이하의 친수성 부분을 모두 갖는 재료에 접촉시켜서, 상기 소수성 부분을 에칭하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법. Etching the hydrophobic portion by bringing the plasma generated in the water vapor bubbles in the liquid containing water into a material having both a hydrophobic portion having a contact angle of more than 90 degrees and a hydrophilic portion of 90 degrees or less in the liquid. Etching method. 제13항에 기재된 에칭 방법에 의해, 물에 대한 접촉각이 90도를 초과하는 소수성 부분과 90도 이하인 친수성 부분을 모두 갖는 재료의 소수성 부분만이 선택적으로 에칭된, 소수성 부분이 오목부, 친수성 부분이 볼록부가 되는 요철 표면을 갖는 물품.By the etching method of claim 13, the hydrophobic portion is a recessed portion, a hydrophilic portion, in which only the hydrophobic portion of the material having both a hydrophobic portion having a contact angle to water greater than 90 degrees and a hydrophilic portion having 90 degrees or less is selectively etched. An article having an uneven surface to be this convex portion.
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