KR20010019006A - 플라즈마중합 박막코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마중합 박막코팅장치에 관한 것으로서, 진공챔버 내의 전극 주위에 전장 인가 방향과 각도를 이루는 자장을 형성하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마중합 박막코팅장치를 제공한다. 본 발명에 의하면 플라즈마중합 장치에 있어서, 전극 사이에 형성되는 전장에 의한 전하 플럭스의 균일성을 증가시키기 위한 수단을 제공함으로써 중합의 균일성을 증가시킬 수 있으며, 특히 본 발명은 대면적의 시료를 코팅 처리하거나 연속적으로 코팅처리함에 있어서 고품질의 중합막을 형성할 수 있다.

Description

플라즈마중합 박막코팅장치{PLASMA POLYMERIZATION SYSTEM}

본 발명은 플라즈마중합 박막코팅장치에 관한 것이다.

플라즈마를 이용하여 금속판 등의 시료 표면을 박막코팅 처리하면 경도, 내마모성 등이 뛰어난 피복층이 형성된다. 피복층이 형성된 제품은 자기디스크, 광디스크, 초경질공구 등으로 사용된다. 또한 강철판 표면에 형성된 도장막에 플라즈마처리를 하면 경질화되고, 내구성, 내식성 등이 뛰어난 도장 강판이 얻어진다. 특히, 시료 표면에 고분자중합처리를 하여 친수성 또는 소수성을 향상시키는 표면개질 효과를 얻을 수 있으며, 이렇게 표면개질된 물질은 다양한 범위에 응용되고 있다.

도 1은 종래의 플라즈마를 이용한 박막코팅장치의 챔버 내에 설치된 전극부를 나타내고 있다. 진공하에서 플라즈마 방전을 이용하여 특수한 성능을 가진 고분자 필름을 중합하는 장치에서는 대향되는 대향전극(2)과 시료(1) 사이에 전압을 걸어주고(도 1의 화살표 방향) 이 전압에 의해 가속되는 전자와의 충돌로 챔버 내 주입된 반응 가스들이 플라즈마 상태가 된다. 이 때 반응 가스들은 전하 또는 라디칼 등의 반응 중간체로서 전극 사이에 걸려 있는 전장에 의해 시료(1) 표면으로 가속되어 이동한다.

그런데 종래의 플라즈마를 이용한 박막코팅장치는 측면 효과에 의한 전장의 휘어짐으로 인하여 시료의 전영역에서 동일한 평행 전장이 조성되기 어려운 문제점이 있었다. 도 2a를 보면 시료(1)의 중심부에서는 평행에 가까운 전하의 플럭스(flux)가 형성되나, 측면부로 갈 수록 플럭스의 구배가 생겨 균일한 밀도를 형성하지 못하게 된다. 시료전극상의 전하밀도 분포를 도 2b에 나타내었다. 중심부(5)와 주변부(6)의 전하 분포가 다른 것을 알 수 있다. 이러한 측면 효과 외에도 전극의 재질, 전극간의 간격, 전극의 표면상태, 절연상태, 챔버의 형상 등이 전장에 영향을 미쳐, 전하 플럭스의 구배가 생기고 대칭성을 유지하지 못하게 되는 구배의 왜곡까지 발생하게 된다. 이러한 경우 특히 대면적의 시료에 대하여 고분자 등을 중합하게 되면 균일한 중합이 어렵게 되고, 따라서 제품성이 떨어지게 된다.

본 발명의 목적은 플라즈마방전 중합처리장치에 있어서, 시료에 증착되는 전하 플럭스 분포의 균일성을 증가시킴으로써 중합의 균일성을 높이고, 특히 대면적 또는 연속처리에 있어서 고품질의 중합막을 형성할 수 있는 플라즈마중합 박막코팅장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 플라즈마 박막코팅장치의 전극부를 나타내는 모식도이다.

도 2는 종래의 플라즈마 박막코팅장치의 전극부에 전압을 인가한 경우의 전하밀도 분포를 나타낸 모식도로서,

도 2a는 전하밀도 분포의 단면을 보여주고,

도 2b는 시료전극 상의 전하밀도 분포를 보여주고 있다.

도 3은 본 발명에 의한 자장을 형성하는 수단이 구비된 플라즈마 박막코팅장치의 전극부를 보여주고 있다.

도 4는 본 발명에 의한 작용으로서, 자장에 의해 대전입자가 받는 힘을 설명하는 모식도이다.

도 5는 본 발명에 의한 자장 형성수단으로 전자석이 기어에 연결되어 전장의 방향과 자장의 방향이 각을 이루고 있는 상태를 나타내는 모식도로서,

도 5a는 전장과 자장이 수직으로 일정하게 유지되는 모습을 보여주며,

도 5b는 전자석의 위치를 이동시키며 전장과 자장이 이루는 각도가 변화되는 모습을 보여주고 있다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 성명 ***

1:시료 2:대향 전극

3:자장이 형성된 영역 5:시료전극 중심부

6:시료전극 주변부 10:전자석(또는 영구자석)

11:주파수 조절기 12:전압조절기

15:기어 16:전장의 방향

18:자장의 방향 20:대전입자

22:전장에 의한 힘의 방향 24:전장과 자장에 수직인 힘의 방향

26:합력에 의한 힘의 방향

본 발명은 플라즈마중합 박막코팅장치에 관한 것으로서, 상기의 문제점을 해결하기 위한 수단으로 전극 주위에 전장 인가 방향과 각을 이루는 자장을 형성하는 수단이 설치되어 있는 증착챔버와, 진공 챔버의 압력을 조절하기 위한 진공 펌프와, 표면처리 하고자 하는 시료 주위에 반응성 가스 및 비반응성 가스를 주입하는 반응 가스 조절장치를 포함하여 구성되는 플라즈마중합 박막코팅장치를 제공한다.

상기 전장의 방향과 자장의 방향은 일정한 각을 유지 할 수도 있고, 제어수단에 의해 각이 시간에 따라 변화 될 수도 있다.

상기 자장을 형성하는 수단은 전자석 또는 영구자석을 사용한다. 또한 상기 전자석에는 주파수 조절기가 추가적으로 구비되어나 전압 조절기가 추가적으로 구비될 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 내용을 도면을 참조하며 실시예를 통하여 설명한다.

도 3은 진공 챔버와, 챔버 내의 시료전극 및 대향전극과, 진공 챔버의 압력을 조절하기 위한 진공 펌프와, 전극에 전위차를 발생시키기 위한 전력공급장치와, 표면처리 하고자 하는 시료 주위에 반응성 가스 및 비반응성 가스를 주입하는 반응 가스 조절장치로 이루어진 플라즈마중합 박막코팅장치에 있어서 챔버 내의 전극부를 보여주고 있다. 도 3을 보면 상기 진공챔버 내의 전극 주위에 전장 인가 방향과 각도를 이루는 자장을 형성하는 수단이 설치되어 있는 것을 알 수 있으며, 상기 자장을 형성하는 수단으로 전자석(10)을 사용하고 있다.

본 발명은 종래 기술의 단점을 보완하기 위하여, 도 3에 나타난 바와 같이 대향전극(2)과 시료(1) 사이의 방전영역 안에 전장 방향과 수직으로 전자석(10)을 설치하였고, 이 전자석에 의해 형성된 자장(3)이 도 3에 나타난 실시예에서는 전장 방향과 수직으로 작용(18)하고 있다. 상기 전장 방향에 수직인 자장에 의해 대전입자(전자 충돌로 인한 플라즈마 상태에서 전하를 띠게 된 모든 입자)(20)에 미치는 힘은 도 4에 나타난 바와 같다. 즉 전장 방향(22)은 대전입자의 최초 운동방향이 되고, 전장에 수직인 자장에 의해 플레밍의 왼손 법칙에 따라 전장과 자장에 각각 수직으로 작용하는 힘(24)이 대전입자에 미치게 되어, 최초 운동에 대해 상기 힘(24)이 벡터합(26)으로 더해지게 되어 토크에 의한 회전운동을 하게된다. 평균적으로 볼 때 전장과 평행항 방향으로 직선 가속되고 있던 대전입자들은 상기 회전운동으로 인하여 굴절되고 분산된다. 따라서 대전된 반응중간체들(대전된 입자들 중에서 플라즈마중합 과정 중에 있는 입자들로서 atomic ion, oligomers, polymeric powder 등이 포함된다.)을 교반하는 효과가 발생하고, 결국 시료전극에서 중합의 균일성을 높일 수 있게 된다.

플라즈마중합의 균일도가 요구되는 방향에 따라 자장은 전장에 수직하는 방향만이 아니라 다양한 각도의 방향으로 선택될 수도 있으며, 일정한 각도로 정해지지않고 여러 각도로 변화되도록 제어할 수도 있다. 도 5a와 도 5b는 전자석(10)이 기어(15)에 연결되어 있고, 전장의 방향(16)과 자장의 방향(18)이 각을 이루고 있는 상태를 나타내고 있다. 도 5a는 전장과 자장이 수직으로 일정하게 유지되는 모습을 보여주며, 도 5b는 전자석의 위치를 이동시키며 전장과 자장이 이루는 각도가 변화되는 모습을 보여주고 있다. 자장의 방향을 변화시킴으로써 대전된 반응중간체들은 더욱 교반될 것이며, 따라서 시료전극에서 중합의 균일성은 더욱 증가할 것이다.

한편 상기 전자석에는 주파수 조절기(11)가 추가적으로 구비될 수 있다. 주파수 조절기로 전자석의 극성을 일정한 주기로 변화시켜 중합막의 균일도에 있어서 대칭성을 유지할 수 있다.

또한 상기 전자석에는 전압 조절기(12)가 추가적으로 구비될 수 있는데, 전압 조절기를 이용하여 자장의 세기가 변화되는 가변자장으로 바꿀 수 있다.

상기 주파수 조절기(11) 및 전압 조절기(12)는 본 발명에 의해 얻어지는 코팅의 균일성을 배가시키며 최종적으로는 중합처리되는 제품의 신뢰도를 향상시킬 것이다.

한편 시료전극의 특정 부위에만 중합막의 균일도가 문제될 때에는 상기 자장을 형성하는 수단으로 일정한 자속밀도가 착자된 영구자석을 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면 플라즈마중합 장치에 있어서, 전극 사이에 형성되는 전장에 의한 전하 플럭스의 균일성을 증가시키기 위한 수단으로 자장을 형성하는 수단을 제공함으로써 중합의 균일성을 증가시킬 수 있으며, 특히 본 발명은 대면적의 시료를 코팅 처리하거나 연속적으로 코팅처리함에 있어서 고품질의 중합막을 형성할 수 있는 플라즈마중합 박막코팅장치를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 전극 주위에 전장 인가 방향과 각을 이루는 자장을 형성하는 수단이 설치되어 있는 증착챔버와, 진공 챔버의 압력을 조절하기 위한 진공 펌프와, 표면처리 하고자 하는 시료 주위에 반응성 가스 및 비반응성 가스를 주입하는 반응 가스 조절장치를 포함하여 구성되는 플라즈마중합 박막코팅장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자장을 형성하는 수단은 전자석인 플라즈마중합 박막코팅장치.