KR20010019013A - Dc plasma polymerization system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A plasma polymerization device is provided to improve productivity and quality of products by providing a means which can simultaneously treat positive ions and negative ions during surface treatment using plasma, thereby using merits of each ions. CONSTITUTION: A plasma polymerization device comprises an electrode in which each cathode and anode are alternatively arranged on both surfaces of upper and lower sides of a sample (2) of which surface is treated in an opposite direction. An existing plasma polymerization device treating single characteristics only with negative ions or positive ions alone can be changed into a plasma polymerization device treating composite characteristics with both of negative ions and positive ions when surface is treated using plasma since the alternatively arranged electrodes are structured so that cathode and anode opposite to the sample are alternatively arranged. Therefore, a plasma polymerized film of high quality is produced by mixed coating, thereby greatly improving productivity and quality of products.

Description

플라즈마중합처리장치{DC PLASMA POLYMERIZATION SYSTEM}Plasma Polymerization System {DC PLASMA POLYMERIZATION SYSTEM}

본 발명은 플라즈마중합처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma polymerization apparatus.

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.When a thin film is coated on the surface of a sample such as a metal plate using plasma, a coating layer having excellent hardness, wear resistance, and the like is formed. Products with a coating layer are used for magnetic disks, optical disks, ultra hard tools, and the like. In addition, when the coating film formed on the surface of the steel sheet is subjected to plasma treatment, the coated steel sheet is hardened and excellent in durability, corrosion resistance and the like is obtained. In particular, the surface modification effect of improving the hydrophilicity or hydrophobicity can be obtained by polymerizing the surface of the sample, and the surface-modified material has been applied to various ranges.

플라즈마중합장치의 대표적인 예로는 WO99/28530에 개시된 장치가 있다.(도 1 참조) 상기 장치의 구성은 크게 진공 챔버(1), 챔버 내에 설치된 전극(4), 진공 챔버의 압력을 조절하기 위한 진공 펌프(5, 6), 진공도를 측정하기 위한 계기(7, 8), 전극에 전위차를 발생시키기 위한 전력공급장치(3), 표면처리 하고자 하는 시료 주위에 반응성 가스 및 질소와 같은 비반응성 가스를 주입하는 반응 가스 조절장치(9, 10) 등으로 이루어져 있다.A typical example of the plasma polymerization apparatus is the apparatus disclosed in WO 99/28530. (See FIG. 1) The configuration of the apparatus is largely a vacuum chamber 1, an electrode 4 installed in the chamber, and a vacuum for adjusting the pressure of the vacuum chamber. Pumps 5, 6, gauges 7 and 8 for measuring the degree of vacuum, power supplies 3 for generating potential differences in the electrodes, and non-reactive gases such as nitrogen and reactive gases around the sample to be surface treated. It consists of the reaction gas regulators 9, 10 etc. which are injected.

상기 장치에 의한 플라즈마중합처리의 일례를 설명하면 다음과 같다.An example of the plasma polymerization treatment by the above apparatus will be described.

챔버(1)에 시료(2)를 설치하고 로터리 펌프(5)를 기동하여 챔버 내부의 압력이 약 10-3Torr 정도의 진공으로 유지되는 것을 열전대게이지(thermocouple gauge)(7)로 확인한 후, 확산펌프(5)를 기동시켜 챔버 내부의 압력이 10-6Torr 정도로 유지되는 것을 이온게이지(8)로 확인한다. 시료는 전원(3)에 의하여 애노드(또는 능동 전극)로 바이어스되어 위치하며, 반대쪽 전극(4)은 접지 되어 있다. 챔버의 압력이 일정 진공으로 유지되면 반응성 가스와 비반응성 가스를 원하는 위치 주위에 차례로 주입한다. 상기 가스의 혼합비는 열전측정기의 압력으로 조절한다. 진공 챔버 내의 압력이 일정 압력이 되면 직류 또는 고주파로 방전시킨다. 그러면 직류 또는 고주파에 의하여 발생된 플라즈마 내에서 상기 가스들의 분자 결합이 끊어지게 되고, 끊어진 체인과 활성화된 양이온이나 음이온들이 결합하여 전극 사이에 놓아둔 시료 표면에 중합물을 형성하게 된다.After installing the sample (2) in the chamber (1) and starting the rotary pump (5) to confirm that the pressure inside the chamber is maintained in a vacuum of about 10 -3 Torr with a thermocouple gauge (7), By starting the diffusion pump (5) it is confirmed by the ion gauge (8) that the pressure inside the chamber is maintained at about 10 -6 Torr. The sample is positioned biased to the anode (or active electrode) by the power supply 3, and the opposite electrode 4 is grounded. When the pressure in the chamber is maintained at a constant vacuum, reactive and non-reactive gases are injected in turn around the desired location. The mixing ratio of the gas is controlled by the pressure of the thermoelectric meter. When the pressure in the vacuum chamber reaches a constant pressure, it is discharged by direct current or high frequency. Then, the molecular bonds of the gases are broken in the plasma generated by direct current or high frequency, and the broken chains and activated cations or anions combine to form a polymer on the sample surface placed between the electrodes.

그러나 상기 장치의 경우 연속처리가 불가능하여 생산성이 떨어진다. 반면에 도 2에 나타난 장치를 보면, 연속적으로 플라즈마중합 처리가 가능한 장치의 일부분을 나타낸 단면도로서 특히 대면적의 시료를 박막 코팅시키는데 유리하다. 뿐만 아니라 시료전극의 양쪽 면에 대향전극이 배치되어 있어 동시에 중합이 가능하므로 생산성에 큰 효과를 가져오게 된다. 상기 장치는 챔버(1)에 시료(2)를 주입구(11) 방향에서 배출구(12) 방향으로 이송시키면서 진공펌프(5)를 기동시켜 챔버 내부의 압력을 조절한다. 또한 시료에 전위차를 발생시키는 전극(4)이 있다. 챔버의 압력이 일정 진공으로 유지되면서 반응가스는 반응성 가스주입구(9)로 주입되고 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 방전시 반응가스들의 분자결합이 끊어지게 되고, 끊어진 체인과 활성화된 양이온이나 음이온들이 결합하여 전극 사이에 위치한 시료 표면에 중합물을 형성한다.However, in the case of the device, the continuous processing is not possible, so productivity is lowered. On the other hand, the apparatus shown in Fig. 2 is a cross-sectional view showing a part of the apparatus capable of continuously performing plasma polymerization, and is particularly advantageous for thin film coating a large-area sample. In addition, since the opposite electrodes are arranged on both sides of the sample electrode, polymerization can be performed at the same time, which brings a great effect on productivity. The apparatus regulates the pressure inside the chamber by starting the vacuum pump 5 while transferring the sample 2 to the chamber 1 from the inlet 11 to the outlet 12. There is also an electrode 4 for generating a potential difference in the sample. While the pressure in the chamber is maintained at a constant vacuum, the reaction gas is injected into the reactive gas inlet 9 and generates a plasma. During plasma discharge, the molecular bonds of the reaction gases are broken, and the broken chain and the activated cations or anions combine to form a polymer on the sample surface located between the electrodes.

한편 종래 기술에 있어서는 표면처리시 시료에 대하여 전극을 한 방향으로만 연결하여 플라즈마중합처리를 하고 있다. 도 3a 및 도 3b에 종래 기술에 의한 전극의 연결 방식을 나타내었다. 도면을 보면 전극(대향 전극)(4)은 같은 극성을 배열하여 사용한다. 이렇게 배치한 후 시료(2) 자체를 다른 극성의 전극(즉, 시료 전극)으로 사용하여 표면처리를 하게 된다. 이러한 전극 구조에서는 챔버 내에 반응가스를 주입시킨 후 플라즈마를 발생시키면 이온화된 가스는 음이온과 양이온으로 분리되고, 분리된 이온들은 전기장에 의해 반대되는 특성을 가진 전기장으로 끌려가게 된다. 이 때 시료 쪽으로 이끌려 간 이온들에 의해 시료의 표면처리 효과가 나타나게 되는 것이다.On the other hand, in the prior art, the plasma polymerization treatment is performed by connecting the electrodes only in one direction to the sample during the surface treatment. 3A and 3B show a connection method of electrodes according to the prior art. Referring to the drawings, the electrodes (counter electrodes) 4 are used in the same polarity. After this arrangement, the sample 2 itself is used as an electrode of a different polarity (that is, a sample electrode) to perform surface treatment. In such an electrode structure, when a reaction gas is injected into the chamber and a plasma is generated, the ionized gas is separated into anions and cations, and the separated ions are attracted to an electric field having the opposite characteristics by the electric field. At this time, the surface treatment effect of the sample is caused by the ions drawn toward the sample.

그러나 상기의 전극 구조에서는 시료의 표면처리가 음이온이나 양이온 중 어느 하나에 의해서만 가능하며, 각 이온을 함께 표면처리에 이용할 수 없게 된다. 예를 들어, 음이온은 친수적 특성을 갖게 하고 양이온은 비교적 빠른 코팅을 할 수 있다고 알려져 있는데, 이들 장점을 모두 이용하는 것이 종래 기술에서는 불가능한 것이다.However, in the electrode structure described above, the surface treatment of the sample can be performed only by either anion or cation, and each ion cannot be used for surface treatment together. For example, it is known that anions have hydrophilic properties and cations can be relatively fast in coating, but it is impossible in the prior art to take advantage of all of these advantages.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마를 이용한 표면처리시 양이온이나 음이온의 동시 처리를 가능케 하는 수단을 제공함으로써 상기 각 이온의 장점을 이용하여 플라즈마중합처리의 생산성 및 제품성을 향상시키는데 목적을 두고 있다.The present invention is to solve the above problems, by providing a means for enabling simultaneous treatment of cations or anions in the surface treatment using plasma to improve the productivity and productability of the plasma polymerization treatment by using the advantages of each ion The purpose is to.

도 1은 종래의 플라즈마중합처리장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a conventional plasma polymerization apparatus.

도 2는 연속적으로 플라즈마중합 처리가 가능한 장치의 일부분을 나타낸 단면모식도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing a part of an apparatus capable of continuously performing plasma polymerization treatment.

도 3은 종래 기술에 의한 전극의 연결 방식을 나타내는 모식도로서,3 is a schematic diagram showing a connection method of an electrode according to the prior art,

도 3a는 대향전극을 애노드로 사용하는 예를 보여주고,3A shows an example of using a counter electrode as an anode,

도 3b는 대향전극을 캐소드로 사용하는 예를 보여준다.3B shows an example of using a counter electrode as a cathode.

도 4는 본 발명에 의한 일실시예를 나타내는 모식도로서, 시료의 상하 양면에 대향되는 캐소드와 애노드가 교차 배열된 모습을 보여준다.Figure 4 is a schematic diagram showing an embodiment according to the present invention, showing a state in which the cathode and the anode opposed to the upper and lower sides of the sample are arranged cross.

도 5는 본 발명에 의한 다른 실시예로서, 도 4의 장치에서 시료전극이 접지된 경우를 보여준다.FIG. 5 shows a case where the sample electrode is grounded in the apparatus of FIG. 4 according to another embodiment of the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

1:증착챔버 2:시료(시료전극)1: Deposition chamber 2: Sample (sample electrode)

2a:코팅막 3:전원공급장치2a: coating film 3: power supply

4:대향전극 4a:대향전극4: counter electrode 4a: counter electrode

4b:대향전극 4c:대향전극4b: counter electrode 4c: counter electrode

4d:대향전극 5:로터리펌프4d: counter electrode 5: rotary pump

6:확산펌프 7:열전대게이지6: Diffusion pump 7: Thermocouple gauge

8:이온게이지 9:가스조절장치8: Ion gauge 9: Gas regulator

10:가스조절장치 11:주입구10: gas control device 11: inlet

15:격리벽 20:접지15: isolation wall 20: ground

본 발명은 플라즈마중합처리장치에 관한 것으로서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 표면처리되는 시료의 상하 양면에 각각 캐소드와 애노드를 교대로 대향시킨 전극 배치를 포함하여 구성되는 플라즈마중합처리장치를 제공한다.The present invention relates to a plasma polymerization apparatus, in order to solve the above problems, it provides a plasma polymerization apparatus comprising an electrode arrangement in which the cathode and the anode alternately opposed to each of the upper and lower surfaces of the sample to be surface-treated.

상기 시료의 양면에 대향되는 캐소드와 애노드는 두 쌍 이상이 배치될 수도 있으며, 상기 캐소드와 애노드 사이에는 격리벽을 추가로 구비할 수 있다. 한편 상기 시료는 접지시키거나 아무런 연결이 없는 상태로 배치시킬 수 있다.Two or more pairs of cathodes and anodes opposed to both sides of the sample may be disposed, and an isolation wall may be further provided between the cathode and the anode. Meanwhile, the sample may be grounded or placed without any connection.

본 발명에 의한 전극 구조는 시료에 대향되는 캐소드와 애노드가 교차배열되어 설계됨으로써 기존의 음이온 또는 양이온만으로 단일특성처리되어오던 것을 복합특성처리로 변경하는 것이 가능해진다.The electrode structure according to the present invention is designed so that the cathode and the anode facing the sample are cross-arranged so that the conventional single-characterized treatment with only anion or cation can be changed to the composite characteristic treatment.

이하, 도면을 참조하며 본 발명에 관하여 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 일실시예를 나타내는 모식도로서, 시료(2)의 상하 양면에 대향되는 캐소드(4a, 4d)와 애노드(4b, 4c)가 교차 배열된 모습을 보여주고 있다. 시료의 한 쪽면에는 캐소드(4a 또는 4d)와 애노드(4b 또는 4c)가 함께 배치되어 있어 시료상에 양이온 및 음이온의 증착이 모두 이루어질 수 있다. 한편 동일 면상의 대향전극(4a와 4b 또는 4d와 4c)은 격리벽(15)으로 구분되어 지는데 이로 인하여 각 전극이 독립적으로 증착에 기여하고 서로 영향을 덜 받게 된다. 도 4의 경우 시료(2)는 부가적인 연결이 없이 챔버(1) 내에 배치되어 있다. 그러나 도 5는 본 발명에 의한 또 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 시료(2)가 접지(20)되어 있는 것을 볼 수 있다.FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment according to the present invention, in which cathodes 4a and 4d and anodes 4b and 4c opposed to upper and lower surfaces of the sample 2 are alternately arranged. The cathode 4a or 4d and the anode 4b or 4c are disposed together on one side of the sample so that both positive and negative ions can be deposited on the sample. On the other hand, opposing electrodes 4a and 4b or 4d and 4c on the same plane are divided into isolation walls 15, which contributes to the deposition of each electrode independently and is less affected by each other. In the case of FIG. 4, the sample 2 is arranged in the chamber 1 without additional connection. However, FIG. 5 shows another embodiment according to the present invention, and it can be seen that the sample 2 is grounded 20.

도 4및 도 5에서 상기 시료는 구동장치를 이용하여 챔버 내에서 직선으로 이동시키거나 회전하도록 하여 복합특성처리를 원활하게 할 수 있다. 연속처리장치에서는 시료가 진행방향을 따라 챔버 내에서 이동함에 따라 자연스럽게 캐소드 및 애노드와 대향되므로 양이온 및 음이온에 의한 혼합 코팅이 가능해진다.4 and 5, the sample may be moved or rotated in a straight line in the chamber using a driving device to facilitate the complex characteristic processing. In the continuous processing apparatus, the sample is naturally opposed to the cathode and the anode as the sample moves in the chamber along the advancing direction, so that mixed coating by cations and anions is possible.

본 발명을 실시함에 있어서 상기 실시예와 달리 대향되는 전극을 시료의 길이방향으로 시료의 상하 양면에 각각 여러개 순서적으로 배치할 수도 있다. 이러한 경우 챔버 내의 증착 범위가 증가하여 대면적의 시료를 표면처리하는데 적당할 뿐만 아니라, 혼합코팅이 반복됨으로써 코팅의 질을 향상시킬 수 있게 된다.In the present invention, unlike the above embodiment, a plurality of electrodes facing each other may be sequentially arranged on both sides of the sample in the longitudinal direction of the sample. In this case, the deposition range in the chamber is increased, which is not only suitable for surface treatment of a large area of the sample, but also the mixing coating is repeated, thereby improving the quality of the coating.

본 발명에 의한 교차배열된 전극 구조는 시료에 대향되는 캐소드와 애노드가 교차배열되어 설계됨으로써 플라즈마를 이용한 표면처리시 음이온 또는 양이온만으로 단일특성처리되어오던 것을 양이온이나 음이온을 동시에 처리하는 복합특성처리로 변경할 수 있다. 따라서 혼합코팅에 의한 양질의 플라즈마중합막을 생성할 수 있게되므로 생산성 및 제품성에 있어 커더란 향상을 가져오게 될 것이다.The cross-arranged electrode structure according to the present invention is designed to have a cathode and an anode opposed to the sample cross-arranged so that the single-characterized treatment with only anion or cation during the surface treatment using plasma is a complex characteristic treatment for simultaneously treating cations or anions. You can change it. Therefore, it is possible to produce a high-quality plasma polymerized film by mixing coating will bring a large improvement in productivity and productability.

Claims (1)

표면처리되는 시료의 상하 양면에 각각 캐소드와 애노드를 교대로 대향시킨 전극 배치를 포함하여 구성되는 플라즈마중합처리장치.Plasma polymerization treatment device comprising an electrode arrangement in which the cathode and the anode alternately opposed to each of the upper and lower surfaces of the sample to be surface-treated.
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