KR101016622B1 - 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법에 있어서, 대상체를 준비한 후, 상기 대상체 상에 스퍼터링 공정으로 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성한다. 따라서, 대상체 및 폴리테트라플루오르에틸렌 박막 사이의 접착 특성이 개선될 수 있고 나아가, 폴리테트라플루오르에틸렌 박막은 상기 대상체 상에서 전체적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 대상체 상에 형성하여 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; 이하, 폴리테트라플루오로에틸렌 라 함) 물질은 탄소와 불소로 이루어진 고분자 물질에 해당한다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 상대적으로 높은 기계적 강도와 우수한 열적 안정성을 갖는다. 또한, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 상대적으로 낮은 유전 상수를 가지므로 전기적인 절연 특성이 우수하며, 화학적 물질과의 반응성이 낮아 안정한 물질에 해당한다.
나아가, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 물에 대한 접촉 각도가 상대적으로 높은 발수성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 물을 이용한 자가세정, 비접촉성, 물 부식 방지 등의 특성을 가질 수 있다. 상기 특성을 응용하여 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 미세섬유 소자, 직물 산업, 결빙 방지품 등과 같은 공업 분야에 응용될 수 있다.
하지만, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 대상체 표면에 코팅할 경우, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌막 및 대상체 간의 계면에서의 접착 특성이 열악하여 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막이 쉽게 상기 대상체 표면으로부터 분리되는 문제가 있다. 나아가 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 상기 대상체에 균일하게 증착하는 것이 요구된다. 특히, 상기 대상체에 단차부가 형성될 경우 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 단차부에 균일하게 형성할 수 있는 우수한 단차 피복성을 갖는 증착 공정이 요구된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 접착 특성이 개선된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법에 있어서, 대상체를 준비하고, 상기 대상체 상에 스퍼터링 공정으로 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법에 있어서, 상기 대상체의 상부 표면에 자외선을 조사하여 표면처리 할 수 있다. 여기서, 상기 표면 처리 공정은 15 내지 20분 동안 상기 자외선을 상기 상부 표면에 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은, 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 타겟을 상기 스퍼터링 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내의 캐소드 전극 상에 로딩하고, 상기 타겟과 마주보도록 상기 공정 챔버 내의 아노드 전극 상에 상기 대상체를 로딩한다. 상기 공정 챔버 내에 공정 가스를 공급하고, 상기 캐소드 전극에 파워를 인가한다. 여기서, 상기 타겟은 나노 사이즈를 갖는 실리카를 더 포함하고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 및 상기 실리카는 80 내지 99 중량% 대 1 내지 20 중량%의 중량비를 가질 수 있다. 또한, 상기 전원은 펄스타입 직류 전원(pulsed type direct power), 교류 전원(alternating power) 또는 고주파(radio frequency) 파워를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전원은 0.1 내지 20 W/cm2의 전력을 가질 수 있다. 한편, 상기 공정 가스는 아르곤, 질소, 테트라플루오르메탄, 수소, 헬륨 또는 크세논을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 타겟 및 상기 대상체를 상기 공정 챔버 내에 각각 로딩할 경우, 상기 타겟과 상기 기판과의 간격이 10mm 내지100 mm 로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대상체는 유리 기판 또는 폴리머 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법에 있어서, 대상체를 준비하고, 상기 대상체 상에 스퍼터링 공정으로 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성하고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성하는 데 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 나노 사이즈 실리카가 80 내지 99 중량% 대 1 내지 20 중량%의 중량비를 갖는 타겟을 상기 스퍼터링 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내의 캐소드 전극상에 로딩한 후, 상기 타겟과 마주보도록 상기 공정 챔버 내의 아노드 전극 상에 상기 대상체를 로딩하고, 상기 공정 챔버 내에 공정 가스를 공급하고, 상기 캐소드 전극에 0.1 내지 20 W/cm2의 전력을 갖는 파워를 인가한다. 여기서, 상기 타겟과 상기 기판과의 간격이 10mm 내지100 mm 로 유지될 수 있다.
이러한 폴리테트라플루오르에틸렌 구조물의 형성 방법에 따르면, 스퍼터링 공정으로 대상체 상에 폴리테트라플루오르에틸렌 박막을 형성함으로써 대상체 및 폴리테트라플루오르에틸렌 막 사이의 접착 특성이 개선될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정에 의하여 형성된 폴리테트라플루오르에틸렌 박막은 상기 대상체 상에 전체적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 스퍼터링 공정에 의하여 형성된 폴리테트라플루오르에틸렌 박막은 상대적으로 대면적을 갖는 대상체 상에 형성됨으로써 전체적인 공정 효율이 개선될 수 있다.
또한 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 박막이 상대적으로 우수한 초발수성을 가짐에 따라 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 구조물의 방오 특성이 개선될 수 있다. 즉, 상기 초발수성을 갖는 폴리테트라플루오르에틸렌 구조물의 폴리테트라플루오르에틸렌 박막 상에 다른 액체 상태의 오염원이 접촉될 경우 용이하게 상기 오염원이 제거될 수 있다. 또한 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 박막은 우수한 광투과율을 가짐에 따라 태양전지, 평탄 표시 패널, 터치식 입력 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도1에 도시된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도1에 도시된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법을 구현하기 위한 스퍼터링 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 유리 기판을 자외선 표면 처리 시간에 따른 스퍼터링 공정으로 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 접촉각을 나타내는 그래프이다.
도 5는 유리 기판을 자외선 표면 처리 시간에 따른 스퍼터링 공정으로 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 도1에 도시된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도1에 도시된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법을 구현하기 위한 스퍼터링 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 유리 기판을 자외선 표면 처리 시간에 따른 스퍼터링 공정으로 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 접촉각을 나타내는 그래프이다.
도 5는 유리 기판을 자외선 표면 처리 시간에 따른 스퍼터링 공정으로 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도2를 참조하면, 먼저 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)이 그 상부 표면에 형성되는 대상체(10)를 준비한다(S100). 상기 대상체(10)는 상대적으로 우수한 광투과율을 갖는 투명 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 대상체(10)의 예로는 유리 기판을 들 수 있다. 이와 다르게, 상기 대상체(10)는 폴리머 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 기판, 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene Naphthalate; PEN) 기판, 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 기판, 폴리이미드(polyimide) 기판 등을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 대상체(10) 상에 스퍼터링 공정을 통하여 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)을 형성한다(S200). 따라서, 상기 대상체(10) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)을 포함하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물이 형성된다. 상기 스퍼터링 공정을 통하여 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)은 상대적으로 넓은 면적을 갖는 상기 대상체(10)에 전체적으로 균일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 스터퍼링 공정을 수행하기 위하여 스퍼터링 장치가 사용될 수 있다. 상기 스퍼터링 장치에 관하여 도3을 참고로 이하 설명하기로 한다.
도 3은 도1에 도시된 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법을 구현하기 위한 스퍼터링 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 스퍼터링 장치(200)는 공정 챔버(210), 캐소드 전극(220), 아노드 전극(230), 진공 형성부(240), 전원 공급부(250) 및 가스 공급부(260)를 포함한다.
상기 공정 챔버(210)는 스퍼터링 공정을 진행하기 위한 처리 공간을 제공한다. 상기 공정 챔버(210)는 그 내부의 진공압을 유지하고 상기 가스 공급부(260)로부터 공급되는 공정 가스의 유출을 방지하기 위하여 합금 재질로 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 상기 공정 챔버(210)는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
상기 캐소드 전극(220)은 상기 공정 챔버(210)의 내부에 배치된다. 상기 캐소드 전극(220)은 스퍼터링 공정에 사용되는 준비된 타겟(20)을 지지한다. 상기 캐소드 전극(220)은 상기 전원 공급부(250)와 전기적으로 연결되어 상기 전원 공급부(250)가 상기 캐소드 전극(220)에 플라즈마를 형성하기 위한 전원을 공급한다.
상기 캐소드 전극(220)은 상기 타겟(20)을 지지하는 부분에 배열된 영구 자석(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 영구 자석은 타겟(20)에 인접하는 부위에 자기장을 형성한다. 상기 영구 자석을 포함하는 캐소드 전극(220)은 타겟(20)으로부터 방출되는 전자를 타겟(20)의 외곽부에 형성되는 자기장 내에 수집한다. 따라서, 상기 자기장 내에 수집된 전자는 공정 가스와 충돌하여 공정 가스의 이온화도를 향상시킨다. 이와 같이 상기 영구 자석을 포함하는 캐소드 전극(220)은 마그네트론 스퍼터링 공정에 적용될 수 있다.
한편, 상기 캐소드 전극(220)은 그 모양에 따라 평면형 캐소드 전극(220), 원통형 전극 및 직사각형 캐소드 전극(220)을 들 수 있다. 또한 상기 캐소드 전극(220)의 배치 형태에 따라 상기 캐소드 전극(220)의 예로 싱글 타입 캐소드 전극(220), 두 개의 캐소드 전극(220)이 상호 병렬적으로 배열된 트윈 타입 캐소드 전극(220), 두 개의 캐소드 전극(220)이 상호 마주보도록 배열된 에프티에스(facing targets sputtering; FTS) 타입 캐소드 전극(220)을 들 수 있다.
상기 아노드 전극(230)은 상기 공정 챔버(210) 내에 배치된다. 상기 아노드 전극(230)은 상기 캐소드 전극(220)과 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 아노드 전극(230)은 상기 공정 챔버(210)의 상부에 배치될 수 있고 상기 캐소드 전극(220)은 상기 공정 챔버(210)의 하부에 배치될 수 있다. 이와 다르게 상기 아노드 전극(230)은 상기 공정 챔버(210)의 하부에 배치될 수 있고 상기 캐소드 전극(220)은 상기 공정 챔버(210)의 상부에 배치될 수 있다. 이와 다르게 상기 아노드 전극(230) 및 상기 캐소드 전극(220)은 상기 공정 챔버(210)의 내부에 수직 방향으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 아노드 전극(230)은 상기 대상체(10)를 지지한다. 상기 대상체(10) 상에는 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)이 형성될 수 있다. 상기 아노드 전극(230)은 상기 캐소드 전극(220)에 전원이 인가될 때 접지되어 상기 공정 챔버(210) 내에 공급되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 변환시킬 수 있다.
상기 진공 형성부(240)는 상기 공정 챔버(210)의 일측에 배치된다. 상기 진공 형성부(240)는 상기 공정 챔버(210)의 내부의 압력을 조절한다. 즉, 상기 진공 형성부(240)는 상기 공정 챔버(210)의 진공도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 진공 형성부(240)는 상기 공정 챔버(210)가 10-5 torr 이하의 진공도를 갖도록 상기 공정 챔버(210)의 압력을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진공 형성부(240)는 크라이오 펌프(cryo pump) 또는 터보 펌프(turbo pump)와 같은 펌프(241) 및 상기 펌프(241)와 공정 챔버(210)를 연결하여 유로를 형성하는 진공 라인(243)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 진공 형성부(240)는 상기 진공 라인(243) 상에 흐르는 유체를 제어하는 진공 밸브(245)를 더 포함할 수 있다. 상기 진공 밸브(245)의 예로는 컨턱턴스 밸브를 들 수 있다.
상기 전원 공급부(250)는 상기 캐소드 전극(220)에 파워를 공급한다. 상기 전원 공급부(250)는 상기 캐소드 전극(220)과 전기적으로 연결된다. 상기 전원 공급부(250)는 교류 전원, 펄스 타입의 직류 전원 또는 고주파 전원을 상기 캐소드 전극(220)에 인가할 수 있다.
상기 가스 공급부(260)는 상기 공정 챔버(210)의 일측에 배치된다. 상기 가스 공급부(260)는 상기 공정 챔버(210)의 내부에 공정 가스를 공급한다. 상기 가스 공급부(260)는 상기 공정 가스를 저장하는 탱크(261) 및 상기 탱크(261) 및 상기 공정 챔버(210) 사이에 상기 공정 가스가 흐를 수 있도록 하는 공급 라인(263)을 포함한다. 또한, 상기 가스 공급부(260)는 상기 공급 라인 상에 배치되며 상기 공정 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기(mass flow controller; 263) 및 상기 공급 라인으로 통하여 흐른 공정 가스의 흐름을 제어하는 공급 밸브(267)를 포함할 수 있다.
상기 공정 가스는 불활성 가스를 포함한다. 상기 불활성 가스의 예로는 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스, 헬륨(He) 가스, 크세논(Xe) 가스, 테트라플루오르메탄(CF4) 등을 들 수 있다. 상기 공정 가스는 상대적은 진공도를 갖는 공정 챔버(210) 내에 전원이 인가될 경우, 상기 공정 가스가 이온화되어 전하를 갖는 이온화 입자로 변화하게 되어 플라즈마 상태로 전환될 수 있다. 상기 이온화 입자는 상기 캐소드 전극(220) 상에 배치된 타겟(20)의 원자들과 충돌하여 타겟(20)을 이루는 원자들이 방출된다. 상기 방출된 타겟(20) 원자들이 상기 대상체(10) 상에 적층될 수 있다.
다시 도 1, 도2 및 도3을 참고하면, 단계 S100 이후, 상기 타겟(20)을 상기 캐소드 전극(220) 상에 로딩시킨다(S210). 상기 타겟(20)은 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)을 상기 대상체(10)에 증착시키기 위하여 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함한다.
상기 타겟(20)은 하기와 같은 공정을 통하여 제조될 수 있다. 먼저, 폴리테트라플루오로에틸렌 분말을 준비한다. 상기 테트라플루오르에틸렌 분말은 볼밀링 공정을 통하여 분쇄된다. 이후, 볼밀링 공정을 거친 테트라플루오르에틸렌 분말은 약 300ㅀC 온도와 같은 고온에서 소결된다. 이어서, 압착 공정을 통하여 상기 소결된 플루오르에틸렌 물질을 고형화시킨다. 이로써 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30) 형성용 타겟(20)이 준비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 타겟(20)은 폴리테트라플루오로에틸렌 및 나노 사이즈의 실리카를 더 포함할 수 있다. 상기 실리카를 포함하는 타겟(20)을 이용하여 스퍼터링 공정으로 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)을 증착할 경우, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)은 물에 대한 접촉각도가 증대될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 타겟(20)에 포함된 폴리테트라플루오르에틸렌 및 나노 사이즈의 실리카의 중량비는 80 내지 99 중량% 대 1 내지 20 중량% 일 수 있다. 상기 실리카가 20 중량% 초과의 중량비를 가질 경우, 스퍼터링 공정을 통하여 대상체(10) 상에 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)이 고유 특성, 즉, 열적 안정성, 기계적 강도 등이 악화될 수 있다. 나아가 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)이 자가 세정 등이 악화될 수 있다.
상기 나노 사이즈의 실리카를 포함하는 타겟(20)은 하기와 같은 공정을 통하여 제조될 수 있다. 먼저, 폴리테트라플루오로에틸렌 분말 및 나노 사이즈 실리카 분말을 준비한다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 분말 및 나노 사이즈 실리카 분말은 진공 오븐에서 특정 온도에서 특정 시간동안 소결된다. 예를 들면, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 분말 및 나노 사이즈 실리카 분말은 50 내지 90℃ 온도에서 약 40분 내지 80분 동안 소결될 수 있다. 이어서, 특정 압력을 상기 소결된 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 분말 및 나노 사이즈 실리카 분말을 압착 공정을 통하여 고형화시킨다. 이로써 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막 형성용 타겟(20)이 준비될 수 있다.
한편, 대상체(10)를 상기 아노드 전극(230) 상에 로딩한다(S220). 상기 대상체(10)는 상대적으로 우수한 광투과율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면 상기 대상체(10)는 유리 기판 또는 고분자 기판을 포함할 수 있다. 상기 대상체(10) 상에 형성되는 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30) 또한 상대적으로 우수한 광투과율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 따라서 상기 대상체(10) 및 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)을 포함하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물은상대적으로 우수한 광투과율을 갖는 특성으로 인하여 표시 장치 등에 적용될 수 있다.
상기 아노드 전극(230) 상에 로딩된 상기 대상체(10) 및 상기 캐소드 전극(220) 상에 로딩된 상기 타겟(20) 간의 거리는 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟(20)과 대상체(10)와의 거리는 10 내지 100mm 로 조절 될 수 있다. 거리가 10 mm 미만일 경우에는 타겟(20)과 대상체(10)와의 거리가 지나치게 가까우므로 스퍼터링 공정 중 증착된 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)에 스트레스가 발생한다. 따라서, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)의 특성이 악화될 수 있다.또한 상기 대상체(10)에 증착된 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)을 이루는 폴리테트라플루오로에틸렌 물질이 재스퍼터링(resputtering)될 수 있다. 따라서, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)의 표면의 거칠기가 증가될 수 있다. 나아가, 상기 재스퍼터링에 의하여 기판에 증착되었던 폴리테트라플루오로에틸렌 물질이 타겟(20) 표면으로 증착되는 현상이 발생해 불순물로 작용될 수 있다.반면에, 상기 대상체(10) 및 타겟(20) 간의 거리가 100mm 초과일 경우에 타겟(20)과 기판과의 거리가 지나치게 멀어져 증착율이 현저하게 감소하여 증착시간이 길어지며, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)의 균일도(uniformity)가 악화될 수 있다.
이어서, 상기 공정 챔버(210) 내에 공정 가스를 공급한다(S230). 이때 상기 공정 챔버(210)는 상기 진공 형성부(240)에 의하여 상기 공정 챔버(210)의 내부의 압력이 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 공정 챔버(210)가 10-5 torr 이하의 진공도를 갖도록 조절될 수 있다.
또한, 상기 가스 공급부(260)는 상기 공정 가스를 상기 공정 챔버(210) 내부에 제공한다. 상기 공정 가스는 상기 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 불활성 가스의 예로는 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스, 헬륨(He) 가스, 크세논(Xe) 가스, 테트라플루오르메탄(CF4) 등을 들 수 있다.
이어서, 상기 캐소드 전극(220)에 파워를 인가한다(S240). 상기 파워는 상기 전원 공급부(250)에 의하여 상기 캐소드 전극(220)에 인가될 수 있다. 상기 전원 공급부(250)는 교류 전원, 펄스 타입의 직류전원 또는 고주파 전원을 상기 캐소드 전극(220)에 인가할 수 있다. 상기 전원 공급부(250)가 상기 캐소드 전극(220)에 고주파 전원을 인가할 경우, 13.56MHz의 주파수를 갖는 전원이 이용될 수 있다.
상기 캐소드 전극(220)에 전원이 인가될 경우, 상기 공정 가스에 글로우 방전이 발생하고 상기 공정 가스가 이온화되어 전하를 갖는 이온화 입자로 변화하게 되어 플라즈마 상태로 전환될 수 있다. 상기 플라즈마 상태로 전환된 이온화 입자가 타겟(20) 표면에 충돌하여 타겟(20)의 원자가 방출된다. 상기 방출된 원자는 20 내지 50eV의 에너지로 대상체(10)에 부착된다. 이로써 상기 대상체(10) 상에 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대상체(10)의 표면을 처리하는 공정을 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 대상체(10) 및 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막(30) 사이의 접촉 특성이 개선될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표면 처리 공정은 자외선 조사 공정을 들 수 있다. 상기 자외선 조사 공정은 상대적으로 대면적을 갖는 대상체(10)를 효과적으로 표면 처리할 수 있다. 또한, 상기 자외선 조사 공정은 환경 오염을 방지할 수 있는 이점을 갖는다.
단위 면적당 파워값에 따른 접촉각 및 광투과도 분석
타겟은 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하고 5cm*5cm 의 표면적을 갖도록 준비하였다. 대상체로서 소다라임을 포함하는 유리 기판을 준비하였다. 고주파 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하였다. 캐소드 전극에는 13.56MHz의 주파수를 갖는 전원이 인가되었으며 공정 가스로서 아르곤 가스가 20sccm의 유량으로 공정 챔버 내에 공급하였다. 스퍼터링 공정 시간은 30분 동안 진행하였다. 순수에 대한 접촉각은 Kruss사의 접촉각 측정장치가 이용되었다. 한편, 광투과도는 550nm의 파장을 갖는 가시광선을 이용하는 분광분석법으로 측정하였으며, 측정 장비로는 UV-visible spectrophotometer(UV-Vis Shimadzu 사 제조)가 이용되었다. 또한, 후술하는 접촉각 및 광투과도 측정은 모두 상술한 장비가 모두 동일하게 이용되었다. 상기 단위면적당 파워값에 따른 접촉각 및 광투과도는 하기의 표1과 같다.
| 인가 파워(W) | 단위면적당 파워(W/cm2) | 접촉각(°) | 광투과도(%) |
| 0 | - | 36.5 | 89.6 |
| 30 | 1.2 | 109.1 | 88.5 |
| 50 | 2.0 | 122.3 | 88.3 |
| 70 | 2.8 | 117.2 | 88.3 |
| 100 | 4.0 | 114.8 | 88.1 |
| 250 | 10.0 | 110.7 | 87.8 |
| 350 | 14.0 | 108.4 | 87.5 |
| 450 | 18.0 | 103.2 | 86.3 |
| 500 | 20.0 | 101.7 | 83.2 |
| 600 | 24.0 | 82.5 | 72.5 |
상기 표1에서와 같이 파워가 인가되지 않을 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 순수에 대한 접촉각이 36.5°서 친수성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 상기 단위 면적당 파워가 0.1 내지 20.0W/cm2을 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 접촉각이 101.7° 내지 122.3°로서 발수성을 가진다. 한편, 상기 단위 면적당 파워가 20.0W/cm2를 초과하여 24.0W/cm2일 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 접촉각이 82.5°로서 다시 친수성을 가진다.
한편, 광투과도에 관하여 상기 단위 면적당 파워가 0.1 내지 20.0W/cm2을 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 광투과도가 83.2% 내지 89.6%로서 상대적으로 우수한 광투과도를 갖는다. 상기 단위 면적당 파워가 20.0W/cm2를 초과하여 24.0W/cm2일 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 광투과도가 72.5% 로서 광투과도가 현저하게 악화된다. 공급되는 전원의 파워가 지나치게 높아 타겟의 표면이 충격이 가해지고 타겟 표면이 용융되는 문제가 발생하여 증착된 폴리테트라플루오로에틸렌 박막의 명도가 낮아지기 때문이다. 따라서 상기 단위 면적당 파워가 0.1 내지 20.0W/cm2일 경우에 폴리테트라플루오로에틸렌 박막이 가장 우수한 접촉각 및 광투과율을 가짐을 알 수 있다.
공정 가스 유량에 따른 접촉각 및 광투과도 분석
타겟은 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하고 5cm*5cm 의 표면적을 갖도록 준비하였다. 대상체로서 소다라임을 포함하는 유리 기판을 준비하였다. 고주파 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하였다. 캐소드 전극에는 13.56MHz의 주파수를 갖는 전원이 50W의 파워로 인가되었으며 공정 가스로서 아르곤 가스가 공정 챔버 내에 공급하였다. 스퍼터링 공정 시간은 30분 동안 진행하였다. 상기 가스 유량값에 따른 접촉각 및 광투과도는 하기의 표2와 같다.
| 가스 유량(sccm) | 접촉각(°) | 광투과도(%) |
| 10 | 100.8 | 86.5 |
| 20 | 122.3 | 87.7 |
| 30 | 119.8 | 88.5 |
| 40 | 116.6 | 88.1 |
| 50 | 111.9 | 88.0 |
| 60 | 110.6 | 87.6 |
| 70 | 106.8 | 83.3 |
상기 표2에서와 같이 가스 유량이 10sccm일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 순수에 대한 접촉각이 각각 100.8°로서 일반적인 발수성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 가스 유량이 20sccm 내지 60sccm일 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 접촉각이 110.6° 내지 122.3°로서 고발수성을 가진다. 한편, 가스 유량이 70sccm일 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 접촉각이 106.8°로서 일반적인 발수성을 가진다.
한편, 광투과도에 관하여 가스 유량이 10sccm일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 광투과도가 86.5% 내지 88.5%로서 상대적으로 우수한 광투과도를 갖는다. 상기 공정 가스 유량이 70sccm 일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 광투과도가 83.3%로서 광투과도가 현저하게 악화된다. 따라서 상기 공정 가스 유량이 10sccm 및 60sccm일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막이 가장 우수한 접촉각 및 광투과율을 가짐을 알 수 있다.
또한, 가스 유량이 10sccm 미만일 경우, 공정 가스의 플라즈마에 따른 이온화율이 감소함으로써 스퍼터링 속도가 감소한다. 또한 상기 가스 유량이 지나치게 높은 경우, 예를 들면 500sccm 일 경우, 공정 가스의 평균자유 경로의 감소로 인하여 스캐터링에 의한 에너지가 감소됨으로써 증착속도가 감소될 수 있다.
증착 시간에 따른 접촉각 및 광투과도 분석
타겟은 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하고 5cm*5cm 의 표면적을 갖도록 준비하였다. 대상체로서 소다라임을 포함하는 유리 기판을 준비하였다. 고주파 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하였다. 캐소드 전극에는 13.56MHz의 주파수를 갖는 전원이 50W의 파워로 인가되었으며 공정 가스로서 아르곤 가스가 20sccm의 유량으로 공정 챔버 내에 공급하였다. 상기 공정 시간에 따른 접촉각 및 광투과도는 하기의 표3과 같다.
| 공정 시간(분) | 접촉각(°) | 광투과도(%) |
| 10 | 100.8 | 86.3 |
| 20 | 107.5 | 87.3 |
| 30 | 122.3 | 88.5 |
| 40 | 121.7 | 88.4 |
| 50 | 118.9 | 88.3 |
| 60 | 115.6 | 88.1 |
| 70 | 103.6 | 87.2 |
상기 표3에서와 같이 공정 시간이 10분 및 20분일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 순수에 대한 접촉각이 각각 100.8및 107.5°로서 일반적인 발수성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 공정 시간이 30분 내지 60분 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 접촉각이 115.6° 내지 122.3°로서 고발수성을 가진다. 한편, 공정 시간이 30분일 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 접촉각이 103.6°로서 일반적인 발수성을 가진다.
한편, 광투과도에 관하여 공정 시간이 10분 및 20분일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 광투과도가 86.3% 내지 87.3%로서 상대적으로 우수한 광투과도를 갖는다. 공정 시간이 30분 내지 60분 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 광투과도가 83.1% 내지 88.5%로서 광투과도가 우수한 광투과를 갖는다. 따라서 공정 시간이 70분일 경우에도 폴리테트라플루오로에틸렌 박막이 광투과율은 87.2%로 일정 값을 유지한다. 따라서 공정 시간이 30분 내지 60분 경우 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 가장 우수한 접촉각을 가짐에 따른 고발수성 특성을 가짐을 알 수 있다.
자외선 표면 처리 시간에 따른 접촉각 및 광투과도 분석
타겟은 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하고 5cm*5cm 의 표면적을 갖도록 준비하였다. 대상체로서 소다라임을 포함하는 유리 기판을 준비하였다. 상기 유리 기판은 UV으로 상기 유리 기판에 조사함으로써 표면 처리하였다. 고주파 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하였다. 캐소드 전극에는 13.56MHz의 주파수를 갖는 전원이 50W의 파워로 인가되었으며 공정 가스로서 아르곤 가스가 20sccm의 유량으로 공정 챔버 내에 공급하였다. 공정 시간은 30분 동안으로 상기 자외선 표면 처리된 유리 기판 상에 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 증착하였다. 상기 자외선 표면 처리 시간에 따른 광투과도는 도 4 및 도5에서 각각 도시된다.
먼저 도4를 참조하면, 자외선 표면 처리 시간이 15분 및 20분 일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물에 포함된 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 113°및 112°의 접촉각을 갖는다. 따라서, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 고발수성을 가진다. 이와 다르게, 상기 자외선 표면 처리 시간이 10분 및 25분 일 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 106°및 105°의 접촉각을 갖는다. 따라서, 폴리테트라플루오로에틸렌 박막은 일반적인 발수성을 가진다. 결과적으로 자외선 표면 처리 시간을 15분 및 20분으로 하여 유리 기판을 표면처리한 후 스퍼터링 공정을 수행하는 것이 발수성 측면에서 가장 우수함을 알 수 있다.
도 5를 참조하면 자외선 표면 처리 시간에 따른 광투과율 측면에 있어서. 유리 기판 및 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 포함하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물은 400nm 이상의 가시광에 대한 광투과율은 모두 80%이상임을 알 수 있다. 따라서 자외선 표면 처리가 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물에 대한 광투율에 대한 영향은 미비한 것임을 알 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 대상체 30 : 폴리테트라플루오로에틸렌 박막
40 : 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물
200 : 스터터링 장치 220 : 캐소드 전극
230 : 아노드 전극 250 : 전원 공급부
240 : 진공 형성부 260 : 가스 공급부
40 : 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물
200 : 스터터링 장치 220 : 캐소드 전극
230 : 아노드 전극 250 : 전원 공급부
240 : 진공 형성부 260 : 가스 공급부
Claims (14)
- 대상체를 준비하는 단계; 및
상기 대상체 상에 스퍼터링 공정으로 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성하는 단계는;
폴리테트라플루오로에틸렌 및 나노 사이즈 실리카가 80 내지 99 중량% 대 1 내지 20 중량%의 중량비를 갖고 소결체로 이루어진 타겟을 상기 스퍼터링 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내의 캐소드 전극 상에 로딩하는 단계;
상기 타겟과 마주보도록 상기 공정 챔버 내의 아노드 전극 상에 상기 대상체를 로딩하는 단계;
상기 공정 챔버 내에 공정 가스를 공급하는 단계; 및
상기 캐소드 전극에 전원을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법. - 제1항에 있어서, 상기 대상체의 상부 표면에 자외선을 조사하여 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 표면 처리하는 단계는 15 내지 20분 동안 상기 자외선을 상기 상부 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 전원은 펄스타입 직류 전원(pulsed type direct power), 교류 전원(alternating power) 또는 고주파(radio frequency) 파워를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전원은 0.1 내지 20 W/cm2의 전력인 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 공정 가스는 아르곤, 질소, 테트라플루오르메탄, 수소, 헬륨 및 크세논이 이루는 불활성 가스군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 타겟 및 상기 대상체를 상기 공정 챔버 내에 각각 로딩하는 단계는 상기 타겟과 상기 대상체 와의 간격이 10mm 내지 100mm 로 로딩하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 평면형 캐소드 전극, 원통 형상을 갖는 원통형 전극 또는 직사각형 형상을 갖는 직사각형 캐소드 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 하나의 캐소드 전극으로 이루어진 싱글 타입 캐소드 전극, 두 개의 캐소드 전극들이 상호 병렬적으로 배열된 트윈 타입 캐소드 전극 또는 두 개의 캐소드 전극이 상호 마주보도록 배열된 에프티에스(facing targets sputtering; FTS) 타입 캐소드 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 대상체는 유리 기판 또는 폴리머 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
- 대상체를 준비하는 단계;
상기 대상체의 상부 표면에 15 내지 20분 동안 자외선을 조사하여 표면처리하는 단계; 및
상기 대상체 상에 스퍼터링 공정으로 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 형성하는 단계는;
폴리테트라플루오로에틸렌 및 나노 사이즈 실리카가 80 내지 99 중량% 대 1 내지 20 중량%의 중량비를 갖고 소결체로 이루어진 타겟을 상기 스퍼터링 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내의 캐소드 전극 상에 로딩하는 단계;
상기 타겟과 마주보도록 상기 공정 챔버 내의 아노드 전극 상에 상기 대상체를 로딩하는 단계;
상기 공정 챔버 내에 공정 가스를 공급하는 단계; 및
상기 캐소드 전극에 0.1 내지 20 W/cm2의 전력을 갖는 파워를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법. - 제13항에 있어서, 상기 타겟 및 상기 대상체를 상기 공정 챔버 내에 각각 로딩하는 단계는 상기 타겟과 상기 대상체 와의 간격이 10mm 내지100 mm 로 로딩하는 것을 특징으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물 형성 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020100062614A KR101016622B1 (ko) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법 |
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| KR101016622B1 true KR101016622B1 (ko) | 2011-02-23 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020100062614A KR101016622B1 (ko) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | 폴리테트라플루오로에틸렌 구조물의 형성 방법 |
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| KR (1) | KR101016622B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160092947A (ko) * | 2015-01-28 | 2016-08-05 | 한국화학연구원 | 증착용 불소계고분자 복합 타겟 |
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-
2010
- 2010-06-30 KR KR1020100062614A patent/KR101016622B1/ko active IP Right Grant
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| KR102020319B1 (ko) * | 2015-01-28 | 2019-09-11 | 한국화학연구원 | 증착용 불소계고분자 복합 타겟 |
| US10861685B2 (en) | 2015-01-28 | 2020-12-08 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Fluoro-based polymer composite target for sputtering |
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