KR101064348B1 - 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체시편 표면 위에 플라즈마 표면처리 후 접촉각을 측정하여 요구되는 특성의 표면을 얻을 수 있는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 상면에 시편을 안치하여 사방으로 이송되는 한편, 수평 방향에서의 회전이 가능한 무빙플레이트와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 일부에 설치하되, 시편에 액체물질을 떨어뜨려 접촉각을 측정하는 접촉각측정부와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 중 접촉각측정부 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편에 떨어진 액체물질을 제거하는 롤클리너부와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 중 롤클리너부 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편 표면에 플라즈마 표면처리를 수행하는 플라즈마모듈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 액체물질의 접촉각 측정 및 시편의 플라즈마 표면처리를 통합 시험함으로써, 고체의 시편 표면 요구 특성에 맞는 표면처리 공정 조건을 단시간에 도출할 수 있는 효과가 있고, 또한 표면처리 직후의 시간에 따른 표면 특성을 분석할 수 있어 대량 생산 연속 공정시의 결함 요소를 사전에 배제할 수 있는 효과도 있다.
이를 위해, 상면에 시편을 안치하여 사방으로 이송되는 한편, 수평 방향에서의 회전이 가능한 무빙플레이트와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 일부에 설치하되, 시편에 액체물질을 떨어뜨려 접촉각을 측정하는 접촉각측정부와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 중 접촉각측정부 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편에 떨어진 액체물질을 제거하는 롤클리너부와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 중 롤클리너부 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편 표면에 플라즈마 표면처리를 수행하는 플라즈마모듈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 액체물질의 접촉각 측정 및 시편의 플라즈마 표면처리를 통합 시험함으로써, 고체의 시편 표면 요구 특성에 맞는 표면처리 공정 조건을 단시간에 도출할 수 있는 효과가 있고, 또한 표면처리 직후의 시간에 따른 표면 특성을 분석할 수 있어 대량 생산 연속 공정시의 결함 요소를 사전에 배제할 수 있는 효과도 있다.
Description
본 발명은 고체시편 표면 위에 플라즈마 표면처리 후 접촉각을 측정하여 요구되는 특성의 표면을 얻을 수 있는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
디스플레이 및 태양전지 분야에서 유리(Glass), 폴리머(Polymer) 및 금속(Metal) 소재 등의 기판(Substrate) 위에 기능성 소자를 전사하는 공정 중, 기판 표면의 점착력을 높이거나 낮추기 위해서는 점착제어 기술이 적용된다.
이같은 점착제어 기술은, 구체적으로 표면 위의 액체 방울의 접촉각을 크게하거나 작게하는 것을 포함한다. 여기서, 접촉각이란 도 1에 도시한 바와 같이 액체가 고체와 접촉하고 있을 때 액체의 자유 표면이 고체 평면과 이루는 각도를 의미하는 것으로, 액체 분자 사이의 응집력과 액체·고체 벽 사이의 부착력으로 결정된다.
고체 표면 위에 방울이 잘 맺혀 접촉각이 크게 측정되는 특성을 소수성(Hydrophobic)이라고 하고, 이와 반대로 방울이 고체 표면에 넓게 퍼져 접촉각이 적게 측정되는 특성을 친수성(Hydrophile)이라 하며, 플라즈마 표면처리 공정을 통해 고체 표면 위의 소수성 또는 친수성 특성을 제어할 수 있다.
도 2는 종래의 플라즈마 표면처리 기술 중 대한민국 등록특허공보 등록번호 제0169490호로 공지된 "대기압 플라즈마 표면 처리 방법"에서 플라즈마 반응장치에 대해 도시한 것으로, 간단하게 살펴보면 반응장치 내부 중앙에 상부전극(1) 및 하부전극(2)을 서로 마주하게 위치시키고, 상기 상부전극(1)의 하부측 및 상기 하부전극(2)의 상부측에 유전층(3)을 고정시키며, 상기 하부전극(2)의 상부측에는 피처리물(4)을 구비한다. 그리고, 비활성 기체상 조성물의 혼합기체가 반응장치의 입구(5)로 유입되어 출구(6)에서 방전되면서 양 전극 사이에 놓은 피처리물을 표면처리하게 된다.
한편, 도 3은 종래의 접촉각 측정장치 중 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제0380108호로 공지된 "접촉각 측정장치"에 대한 것으로, 간단하게 살펴보면 소정의 액체 방울을 떨어뜨리는 하적수단(200)과, 떨어뜨린 액체 방울이 상면에 안착되고, 소정 각도 기울어지게 조절되어 상기 액체 방울이 기울어지도록 하는 경사조절수단(300)과, 상기 경사조절수단(300)의 액체 방울에 빛을 조사하는 조명수단(400)과, 상기 액체 방울의 접촉각을 측정하는 측정수단(500)을 포함하여 구성된다.
그러나, 상기한 종래 기술들의 경우 플라즈마 표면처리 공정과 접촉각 측정을 통한 표면 특성 분석 공정이 각각 별도로 진행되었기 때문에 제품 개발 기간에 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.
특히, 기판 소재 및 점착 소재에 따라 플라즈마 표면처리 후 표면 특성이 단시간에 변하는 경우도 있기 때문에 종래의 시험 방법으로는 플라즈마 표면처리 직후의 표면 특성이 아닌 어느 정도의 경과 시간 이후의 표면 특성을 측정하게 되므로 부정확한 시험 결과를 얻을 수 밖에 없는 치명적인 단점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 액체물질의 접촉각 측정 및 시편의 플라즈마 표면처리를 통합 시험 가능하여 요구되는 시편의 표면 특성을 단시간에 도출할 수 있고, 표면처리와 접촉각 측정의 반복을 통해 최적의 공정 조건을 손쉽게 도출할 수 있도록 한 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면에너지 제어장치의 구성은, 상면에 시편을 안치하여 사방으로 이송되는 한편, 수평 방향에서의 회전이 가능한 무빙플레이트와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 전방에 설치하되, 시편에 액체물질을 떨어뜨려 접촉각을 측정하는 접촉각측정부와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 중 접촉각측정부 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편에 떨어진 액체물질을 제거하는 롤클리너부와; 상기 무빙플레이트가 이송되는 구간 중 롤클리너부 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편 표면에 플라즈마 표면처리를 수행하는 플라즈마모듈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 접촉각측정부는, 상부에 승하강 가능하게 설치하여 액체물질을 시편 표면에 떨어뜨리는 주사기구와; 상기 주사기구 하부 일측에 설치하여 시편에 떨어진 액체물질을 조명하는 조명기구와; 상기 주사기구 하부 타측에 설치하여 시편에 떨어진 액체물질을 촬영하는 카메라와; 상기 카메라와 연결 설치하여 촬영된 영상정보를 실시간으로 전송받아 기록 및 분석하는 제어부를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 플라즈마모듈부는, 상부에 승하강 가능하게 설치한 플라즈마발생부와; 시편에 친수성 또는 소수성 중 어느 하나의 표면처리를 할 수 있도록 상기 플라즈마발생부에 연결 설치한 적어도 둘 이상의 가스공급부와; 상기 가스를 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 상기 플라즈마발생부에 연결 설치한 RF전원을 포함하여 구성된다.
한편, 본 발명의 표면에너지 제어방법은, 시편 위에 떨어진 액체물질을 카메라를 이용하여 실시간 촬영하고, 이를 제어부에 전송하여 액체물질의 접촉각을 측정하는 공정과; 상기 측정된 접촉각에 따라 측정된 접촉각이 기설정된 요구특성을 만족하는 경우 공정을 완료하고, 기설정된 요구특성을 만족시키지 못한 경우 무빙플레이트를 롤클리너부 하부로 이송시켜 시편 위의 액체물질을 제거하는 공정과; 기설정된 요구특성을 만족시키지 못한 경우, 무빙플레이트를 플라즈마모듈부 하부로 이송시켜 시편 표면에 친수성 또는 소수성 중 어느 하나의 플라즈마 표면처리를 수행하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 접촉각 측정공정은, 시편 상부에 위치한 주사기구를 하강시켜 시편 표면에 액체물질을 떨어뜨리는 단계와; 액체물질에 조명기구를 조명함과 아울러 카메라를 이용하여 액체물질을 실시간 촬영하는 단계와; 상기 카메라에서 촬영된 영상정보를 제어부에 전송하고, 이를 기록 및 분석하여 접촉각을 실시간 측정하는 단계로 이루어진다.
그리고, 상기 액체물질은 무빙플레이트를 전후좌우로 이송시켜 시편 상면에 다수 개소에 떨어뜨리고, 각 개소에서 촬영한 영상정보를 분석하여 각각의 접촉각을 측정하며, 상기 각각의 접촉각 측정 결과를 산술하여 평균 접촉각을 확보한다.
또한, 상기 액체물질은 무빙플레이트를 회전시켜 시편 상면에 다수 개소에 떨어뜨리고, 각 개소에서 촬영한 영상정보를 분석하여 각각의 접촉각을 측정하며, 상기 각각의 접촉각 측정 결과를 산술하여 평균 접촉각을 확보한다.
또, 상기 액체물질은 주사기구의 하강을 통해 액체방울을 시편 표면에 접촉하여 떨어뜨린다.
또, 상기 롤클리너부를 시편 표면에 구름 접촉시켜 액체물질을 흡수 및 제거한다.
그리고, 상기 롤클리너부에 의한 액체물질의 제거시 무빙플레이트를 전후로 반복 이송시킨다.
또한, 상기 플라즈마 표면처리공정은, 접촉각의 측정값이 목표값보다 큰 경우 친수성 플라즈마 표면처리를 수행하고, 접촉각의 측정값이 목표값보다 작은 경우 소수성 플라즈마 표면처리를 수행한다.
여기서, 상기 친수성 플라즈마 표면처리는 소정압력의 친수성 공급가스를 RF전원에 의한 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시키고, 토출되는 플라즈마를 무빙플레이트의 전후좌우 이송에 따라 시편 표면에 접촉시켜 친수성 표면처리를 수행하며, 상기 소수성 플라즈마 표면처리는 소정압력의 소수성 공급가스를 RF전원에 의한 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시키고, 토출되는 플라즈마를 무빙플레이트의 전후좌우 이송에 따라 시편 표면에 접촉시켜 소수성 표면처리를 수행한다.
그리고, 상기 플라즈마 표면처리에서 플라즈마모듈부의 승하강 제어를 통해 플라즈마발생부와 시편 표면 사이의 간극 조절이 가능하다.
또한, 상기 플라즈마 표면처리에서 공급가스의 압력과, 공급가스의 종류와, RF전원의 조절이 가능하다.
또, 상기 플라즈마 표면처리에서 무빙플레이트의 이송속도와, 스캔 회수의 조절이 가능하다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 액체물질의 접촉각 측정 및 시편의 플라즈마 표면처리를 통합 시험함으로써, 고체의 시편 표면 요구 특성에 맞는 표면처리 공정 조건을 단시간에 도출할 수 있는 효과가 있고, 이를 통해 제품 개발 기간을 단축하여 신제품 개발에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 표면처리 직후의 시간에 따른 표면 특성을 분석할 수 있어 대량 생산 연속 공정시의 결함 요소를 사전에 배제할 수 있고, 이로 인해 표면 특성이 주요 영향 인자인 대량 생산 시스템의 수율 개선에 큰 효과가 있다.
도 1은 일반적인 접촉각의 의미를 이해시키기 위한 개념도,
도 2는 종래 기술에 의한 대기압 플라즈마 표면 처리를 수행하는 플라즈마 반응장치를 나타낸 단면도,
도 3은 다른 종래 기술에 의한 접촉각 측정장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 표면에너지 제어장치에서 무빙플레이트 및 시편이 접촉각측정부에 위치한 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 5는 본 발명에 의한 접촉각측정부의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도 6은 본 발명에 의한 표면에너지 제어장치에서 무빙플레이트 및 시편이 롤클리너부에 위치한 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 7은 본 발명에 의한 롤클리너부의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도 8은 본 발명에 의한 표면에너지 제어장치에서 무빙플레이트 및 시편이 플라즈마모듈부에 위치한 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 9는 본 발명에 의한 플라즈마모듈부의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도 10은 본 발명에 의한 표면에너지 제어방법을 흐름을 순차적으로 나열한 블록도.
도 2는 종래 기술에 의한 대기압 플라즈마 표면 처리를 수행하는 플라즈마 반응장치를 나타낸 단면도,
도 3은 다른 종래 기술에 의한 접촉각 측정장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 표면에너지 제어장치에서 무빙플레이트 및 시편이 접촉각측정부에 위치한 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 5는 본 발명에 의한 접촉각측정부의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도 6은 본 발명에 의한 표면에너지 제어장치에서 무빙플레이트 및 시편이 롤클리너부에 위치한 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 7은 본 발명에 의한 롤클리너부의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도 8은 본 발명에 의한 표면에너지 제어장치에서 무빙플레이트 및 시편이 플라즈마모듈부에 위치한 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 9는 본 발명에 의한 플라즈마모듈부의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도 10은 본 발명에 의한 표면에너지 제어방법을 흐름을 순차적으로 나열한 블록도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치에 대해 도시한 것으로, 크게 무빙플레이트(10)와, 접촉각측정부(20)와, 롤클리너부(30)와, 플라즈마모듈부(40)로 구성된다.
도 4, 도 6, 도 8을 통해 구체적으로 살펴보면, 스테이지(12) 상면에 무빙플레이트(10)를 구비하고, 상기 무빙플레이트(10) 상면에 시편(11)을 안치하며, 상기 무빙플레이트(10)는 그 하부의 이송수단에 의해 전후좌우로 수평 이송이 가능함은 물론, 그 하부의 선회수단에 의해 제자리에서 수평 방향으로의 선회 구동이 가능하다.
여기서, 상기 이송수단은 비록 도면으로 도시하지는 않았으나, 기계적 및 전자기적인 구동을 통해 이송 가능한 것으로, 무빙플레이트(10) 하부에 LM가이드 또는 롤러 등을 장착할 수 있고, 또한 무빙플레이트(10) 측부에 액츄에이터와 같은 구동기구를 장착하여 무빙플레이트(10)를 사방으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 선회수단 역시 비록 도면으로 자세하게 도시하지는 않았으나, 기계적 및 전자기적인 구동을 통해 회전 가능한 것으로, 접촉각측정부(10)가 설치된 스테이지(12)에 턴테이블을 회전 가능하게 설치할 수 있고, 상기 턴테이블 하부에 모터 등의 선회구동기구를 장착하여 무빙플레이트(10)를 턴테이블 위에서 수평 방향으로 회전시킬 수 있다.
접촉각측정부(20)는 상기 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 전방에 설치하여 시편(11) 표면에 떨어진 액체물질의 접촉각을 측정하는 것으로, 다시 주사기구(21)와, 조명기구(22)와, 카메라(23) 및 제어부(24)(Personal Computer)로 구성된다.
도 4와 도 5를 통해 구체적으로 살펴보면, 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 전방 상부에 상하(Z축)로 승하강 가능하도록 주사기구(21)를 설치하되, 상기 주사기구(21)의 끝부분이 하부를 향하도록 설치하여 주사기구(21)에 수용된 액체물질을 시편(11) 표면에 떨어뜨린다.
여기서, 상기 주사기구(21)의 상단에는 비록 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 주사기구(21)의 승하강 제어를 위해 액츄에이터 등의 구동기구를 장치할 수 있고, 또한 상기 주사기구(21)에 수용되는 액체물질은 접촉각 측정에 적절하게 사용될 수 있는 액상의 물질이 사용됨이 타당하며, 또 상기 주사기구(21)의 끝단 부위에 일정량의 방울이 맺힐 수 있도록 주사기구(21)의 피스톤을 정밀하게 제어 가능하다.
그리고, 상기 주사기구(21) 하부에는 그 일측면에 조명기구(22)를 설치하여 시편(11)에 떨어진 액체물질을 조명할 수 있는데, 상기 조명기구(22)는 밝기 조절이 가능하여 액체물질을 더욱 선명하게 조명할 수 있다.
또한, 상기 주사기구(21) 하부 타측에 위치한 조명기구(22) 반대편에는 시편(11)에 떨어진 액체물질을 촬영할 수 있도록 카메라(23)를 설치하고, 상기 카메라(23)는 제어부(24)와 연결 설치하여 카메라(23)를 통해 촬영된 영상정보를 실시간으로 제어부(24)에 전송한다. 여기서, 상기 제어부(24)에는 전송된 영상정보를 기록 및 분석하여 액체물질의 접촉각을 측정할 수 있도록 접촉각 측정용 소프트웨어가 설치됨이 당연하다.
계속해서, 도 6과 도 7에 도시한 롤클리너부(30)는 상기 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 중 접촉각측정부(20) 후방 상부에 상하(Z축)로 승하강 가능하게 설치되어 시편(11)에 떨어진 액체물질을 제거하는 역할을 하는 것으로, 상기 롤클리너부(30) 하단에는 롤링이 가능하고, 수분의 흡수가 가능한 구름롤러(31)가 설치되어 액체물질을 흡수 및 제거한다.
여기서, 상기 롤클리너부(30) 상단에는 비록 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 롤클리너부(30)의 승하강 제어를 위해 액츄에이터 등의 구동기구를 장치할 수 있다.
다음으로, 플라즈마모듈부(40)는 상기 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 중 롤클리너부(30) 후방 상부에 설치되어 시편(11) 표면에 플라즈마 표면처리를 수행하는 역할을 하는 것으로, 다시 플라즈마발생부(41)와, 가스공급부(42)와, RF(Radio Frequency)전원(43)을 포함하여 구성된다.
도 8과 도 9를 통해 구체적으로 살펴보면, 플라즈마발생부(41)는 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 중 롤클리너 후방 상부에 상하(Z축)로 승하강 가능하게 설치한 것으로, 내부에서 플라즈마를 발생시켜 시편(11) 표면에 토출한다.
여기서, 상기 플라즈마발생부(41) 상단에는 비록 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 플라즈마발생부(41)의 승하강 제어를 위해 액츄에이터 등의 구동기구를 장치할 수 있다.
그리고, 상기 시편(11) 표면에 친수성 또는 소수성 플라즈마 표면처리를 수행할 수 있도록 상기 플라즈마발생부(41)에 적어도 둘 이상의 가스공급부(42)를 연결 설치한다. 즉, 친수성 및 소수성 플라즈마 표면처리에 모두 사용되는 가스를 공급하는 공용가스공급부(42a)와, 소수성 플라즈마 표면처리에만 사용되는 캐리어 가스를 공급하는 캐리어가스공급부(42b)가 연결 설치될 수 있다. 여기서, 상기 각각의 가스공급부(42)에는 압력 조절용 레귤레이터(43)가 각각 설치됨이 타당하다.
또한, 상기 가스를 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 상기 플라즈마발생부(41)에 RF전원(44)을 연결 설치한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의해 접촉각 측정을 통해 표면에너지를 제어하는 방법에 대해 도 10을 통해 살펴보면, 먼저 무빙플레이트(10) 상면에 시편(11)을 안착하고, 상기 시편(11) 표면에 시험하고자 하는 액체물질을 떨어뜨린다.
이때, 상기 액체물질은 미량으로 일정량의 방울 형태로 맺혀질 수 있도록 떨어뜨리게 되는데, 이를 위해서는 주사기구(21)의 끝단 부위에 일정량의 방울이 맺힐 수 있도록 주사기구(21)의 피스톤을 정밀하게 제어한 후, 시편(11) 상부에 위치한 주사기구(21)를 하방으로 이송하여 액체 방울이 시편(11) 표면에 닿으면 곧바로 상방으로 이송시켜 시편(11) 표면에 방울 형태의 액체물질을 올리게 된다.
이와 함께, 일측면에 설치된 조명기구(22)가 액체물질이 선명하게 보일 수 있도록 조명하게 되고, 또한 반대쪽 타측면에 설치된 카메라(23)는 액체물질이 시편(11) 표면에 닿는 순간 제어부(24)(Personal Computer)로 촬영 영상을 전송하며, 제어부(24)는 영상을 기록함과 동시에 분석 알고리즘을 통하여 접촉각 측정을 수행한다.
이와 같은 접촉각 측정은 무빙플레이트(10)의 전후(X축) 및 좌우(Y축) 방향의 구동을 통하여 시편(11) 위의 여러 개소에 액체물질을 떨어뜨릴 수 있고, 이때 각 개소에서 촬영한 영상정보를 분석하여 각각의 접촉각을 측정하며, 이렇게 측정된 값의 평균을 산술하여 시편(11)의 표면 특성을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 이 외에도 사용자의 요구에 맞는 회전 방향에 대한 접촉각 측정을 수행할 수 있도록 무빙플레이트(10)를 제자리에서 수평 방향으로 회전 구동(적절하게는 90°)시켜 시편(11) 위의 여러 개소에 액체물질을 떨어뜨릴 수 있고, 이때 각 개소에서 촬영한 영상정보를 분석하여 각각의 접촉각을 측정하며, 이렇게 측정된 값의 평균을 산술하여 시편(11)의 표면 특성을 정확하게 측정할 수 있다.
이처럼 측정된 접촉각이 기설정된 오차범위 내에 있어 요구특성을 만족하는 경우에는 더 이상의 시편(11)의 표면 특성 변화는 무의미하므로 공정을 완료하게 되고, 이와 반대로 측정된 접촉각이 기설정된 오차범위를 벗어나 요구특성을 만족시키지 못한 경우에는 요구특성 범위 내로의 시편(11) 표면 특성 변화를 위한 단계로 진행이 된다.
즉, 무빙플레이트(10)와 함께 시편(11)을 롤클리너부(30) 하부로 이송시킴과 아울러, 롤클리너부(30)를 하방으로 이송시켜 구름롤러(31)를 시편(11) 표면에 구름 접촉시키므로, 시편(11) 위의 액체물질을 흡수 및 제거하게 된다. 이때, 상기 무빙플레이트(10)를 전후로 반복 이송함으로써, 액체물질을 더욱 확실하게 제거할 수 있게 된다.
이 후, 액체물질 제거가 완료된 시편(11)은 무빙플레이트(10)의 전후 방향으로의 구동을 통해 플라즈마모듈부(40) 하부로 이송되며, 접촉각 측정 결과에 따라 친수성 혹은 소수성 표면처리를 하게 된다.
즉, 접촉각의 측정값이 목표값보다 큰 경우 친수성 플라즈마 표면처리를 수행하고, 접촉각의 측정값이 목표값보다 작은 경우 소수성 플라즈마 표면처리를 수행하게 된다.
이에, 상기 친수성(Hydrophille) 플라즈마 표면처리 과정을 간단하게 살펴보면, 공급가스인 Ar, O, N 중 적어도 어느 하나 이상을 적정압력의 기체상태로 RF전원(44)에 의해 생성된 RF전극을 통과시키게 되면, 플라즈마가 발생되면서 토출된 플라즈마가 시편(11) 표면에 접촉되어 시편(11) 표면 위에 화학적 혹은 물리적 형상 변화가 발생하게 되고, 결국 처리된 표면은 친수성 특성을 띄게 된다.
아울러, 상기 소수성(Hydrophobic) 플라즈마 표면처리 과정을 간단하게 살펴보면, 공급가스인 Ar, O, N 중 적어도 어느 하나 이상과 함께 추가적으로 모노머(Monomer) 캐리어가스를 적정압력의 기체상태로 RF전원(44)에 의해 생성된 RF전극을 통과시키게 되면, 플라즈마가 발생되면서 토출된 플라즈마가 시편(11) 표면에 접촉되어 시편(11) 표면 위에 화학적 혹은 물리적 형상 변화가 발생하게 되고, 결국 처리된 표면은 소수성 특성을 띄게 된다.
상기한 플라즈마 처리 후, 친수 및 소수 특성은 접촉각 측정을 통해 나타나며, 이때 표면처리 품질은 경험적 데이터에 기반한 공정 조건이 매우 중요한 영향을 미친다.
이하에서는 상기한 친수성 및 소수성 플라즈마 표면처리를 위한 바람직한 실시예를 살펴본다. 다만, 본 발명의 플라즈마 표면처리가 아래의 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
실시예 1
유리 기판의 친수성 처리를 위하여, 공급가스는 각각 Ar가스 0.35MPa, O가스 0.18MPa, N가스 0.2MPa의 압력으로 공급하였으며, 플라즈마발생부(41) 하단과 기판 표면 사이의 간격은 3㎜, RF전원(44)은 200W, 무빙플레이트(10)의 전후(X축) 구동 속도는 9㎜/sec, 상기 무빙플레이트(10)의 전후 반복 구동에 따른 스캔 회수는 10회를 실시하였다.
실시예 2
유리 기판의 소수성 처리를 위하여, 공급가스는 각각 Ar가스 0.2MPa, 모노머(Monomer) 캐리어가스 0.01MPa의 압력으로 공급하였으며, 여기서 모노머(Monomer)는 핵사메틸디실록산(HMDSO, Hexamethyldisiloxane)을 사용하였고, 플라즈마발생부(41) 하단과 기판 표면 사이의 간격은 4㎜, RF전원(44)은 50W, 무빙플레이트(10)의 전후(X축) 구동 속도는 9㎜/sec, 상기 무빙플레이트(10)의 전후 반복 구동에 따른 스캔 회수는 10회를 실시하였다.
상기한 실시예와 같은 공정 조건은 공급가스의 종류, 공급가스의 압력, 시편(11) 표면과 플라즈마모듈부(40) 사이의 간극, RF전원(44), 무빙플레이트(10)의 전후(X축) 및 좌우(Y축) 구동 속도, 스캔 회수 등이 있으며, 본 발명에서 상기 공정 조건들은 제어부(24) 또는 별도의 제어장치부의 지령에 의하여 미세하게 조정이 가능하다.
또한, 상기의 플라즈마모듈부(40)에 의한 표면 처리가 완료된 시편(11)은 다시 접촉각측정부(20)로 이송될 수 있으며, 접촉각 측정을 재차 수행하여 요구 표면 특성 만족여부를 분석할 수 있고, 불만족시 도 10의 블록도와 같이 상기 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
또, 상기 접촉각측정부(20)에서의 접촉각 측정시 무빙플레이트(10)를 사용자가 요구하는 방향으로 회전시킨 후 접촉각을 측정함으로써, 최초 측정된 접촉각 측정 방향과 다른 방향에 대해서도 접촉각 측정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 무빙플레이트 11 : 시편
20 : 접촉각측정부 21 : 주사기구
22 : 조명기구 23 : 카메라
24 : 제어부 30 : 롤클리너부
31 : 구름롤러 40 : 플라즈마모듈부
41 : 플라즈마발생부 42 : 가스공급부
43 : 레귤레이터 44 : RF전원
20 : 접촉각측정부 21 : 주사기구
22 : 조명기구 23 : 카메라
24 : 제어부 30 : 롤클리너부
31 : 구름롤러 40 : 플라즈마모듈부
41 : 플라즈마발생부 42 : 가스공급부
43 : 레귤레이터 44 : RF전원
Claims (15)
- 상면에 시편(11)을 안치하여 사방으로 이송되는 한편, 수평 방향에서의 회전이 가능한 무빙플레이트(10)와;
상기 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 전방에 설치하되, 시편(11)에 액체물질을 떨어뜨려 접촉각을 측정하는 접촉각측정부(20)와;
상기 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 중 접촉각측정부(20) 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편(11)에 떨어진 액체물질을 제거하는 롤클리너부(30)와;
상기 무빙플레이트(10)가 이송되는 구간 중 롤클리너부(30) 후방 상부에 승하강 가능하게 설치되어 시편(11) 표면에 플라즈마 표면처리를 수행하는 플라즈마모듈부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치. - 제 1항에 있어서, 상기 접촉각측정부(20)는,
상부에 승하강 가능하게 설치하여 액체물질을 시편(11) 표면에 떨어뜨리는 주사기구(21)와;
상기 주사기구(21) 하부 일측에 설치하여 시편(11)에 떨어진 액체물질을 조명하는 조명기구(22)와;
상기 주사기구(21) 하부 타측에 설치하여 시편(11)에 떨어진 액체물질을 촬영하는 카메라(23)와;
상기 카메라(23)와 연결 설치하여 촬영된 영상정보를 실시간으로 전송받아 기록 및 분석하는 제어부(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치. - 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마모듈부(40)는,
상부에 승하강 가능하게 설치한 플라즈마발생부(41)와;
시편(11)에 친수성 또는 소수성 중 어느 하나의 표면처리를 할 수 있도록 상기 플라즈마발생부(41)에 연결 설치한 적어도 둘 이상의 가스공급부(42)와;
상기 가스를 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 상기 플라즈마발생부(41)에 연결 설치한 RF전원(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어장치. - 시편(11) 위에 떨어진 액체물질을 카메라(23)를 이용하여 실시간 촬영하고, 이를 제어부(24)에 전송하여 액체물질의 접촉각을 측정하는 공정과;
상기 측정된 접촉각에 따라 측정된 접촉각이 기설정된 요구특성을 만족하는 경우 공정을 완료하고, 기설정된 요구특성을 만족시키지 못한 경우 무빙플레이트(10)를 롤클리너부(30) 하부로 이송시켜 시편(11) 위의 액체물질을 제거하는 공정과;
기설정된 요구특성을 만족시키지 못한 경우, 무빙플레이트(10)를 플라즈마모듈부(40) 하부로 이송시켜 시편(11) 표면에 친수성 또는 소수성 중 어느 하나의 플라즈마 표면처리를 수행하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법. - 제 4항에 있어서, 상기 접촉각 측정공정은,
무빙플레이트(10)의 움직임과 함께 시편(11) 상부에 위치한 주사기구(21)를 하강시켜 시편(11) 표면에 적어도 한 개소 이상 액체물질을 떨어뜨리는 단계와;
액체물질에 조명기구(22)를 조명함과 아울러 카메라(23)를 이용하여 액체물질을 실시간 촬영하는 단계와;
상기 카메라(23)에서 촬영된 영상정보를 제어부(24)에 전송하고, 이를 기록 및 분석하여 접촉각을 실시간 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법. - 제 5항에 있어서, 상기 액체물질은 무빙플레이트(10)를 전후좌우로 이송시켜 시편(11) 상면에 다수 개소에 떨어뜨리고, 각 개소에서 촬영한 영상정보를 분석하여 각각의 접촉각을 측정하며, 상기 각각의 접촉각 측정 결과를 산술하여 평균 접촉각을 확보하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 액체물질은 무빙플레이트(10)를 회전시켜 시편(11) 상면에 다수 개소에 떨어뜨리고, 각 개소에서 촬영한 영상정보를 분석하여 각각의 접촉각을 측정하며, 상기 각각의 접촉각 측정 결과를 산술하여 평균 접촉각을 확보하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 액체물질은 주사기구(21)의 하강을 통해 액체방울을 시편(11) 표면에 접촉하여 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 롤클리너부(30)를 시편(11) 표면에 구름 접촉시켜 액체물질을 흡수 및 제거하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 롤클리너부(30)에 의한 액체물질의 제거시 무빙플레이트(10)를 전후로 반복 이송시키는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 플라즈마 표면처리공정은,
접촉각의 측정값이 목표값보다 큰 경우 친수성 플라즈마 표면처리를 수행하고, 접촉각의 측정값이 목표값보다 작은 경우 소수성 플라즈마 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법. - 제 11항에 있어서, 상기 친수성 플라즈마 표면처리는 소정압력의 친수성 공급가스를 RF전원(44)에 의한 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시키고, 토출되는 플라즈마를 무빙플레이트(10)의 전후좌우 이송에 따라 시편(11) 표면에 접촉시켜 친수성 표면처리를 수행하며, 상기 소수성 플라즈마 표면처리는 소정압력의 소수성 공급가스를 RF전원(44)에 의한 전극에 통과시켜 플라즈마를 발생시키고, 토출되는 플라즈마를 무빙플레이트(10)의 전후좌우 이송에 따라 시편(11) 표면에 접촉시켜 소수성 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 플라즈마 표면처리에서 플라즈마모듈부(40)의 승하강 제어를 통해 플라즈마발생부(41)와 시편(11) 표면 사이의 간극 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 플라즈마 표면처리에서 공급가스의 압력과, 공급가스의 종류와, RF전원(44)의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 플라즈마 표면처리에서 무빙플레이트(10)의 이송속도와, 스캔 회수의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 실시간 접촉각 측정을 통한 표면에너지 제어방법.
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