KR20010019020A - Cathode holder of plasma polymerization system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A plasma polymerization device equipped with a means for providing tensile force of an electrode is provided to form a uniformed polymerization film having superior durability by preventing sagging of the electrode due to heat deformation, thereby always maintaining a constant distance between a sample and the electrode. CONSTITUTION: A plasma polymerization device comprises an electrode (2) which is oppositely directed to upper and lower sides of a sample, a deposition chamber in which a means for providing tensile force is installed in both ends of the oppositely directed electrode (2), a vacuum pump which controls pressure of a vacuum chamber, and a reactive gas controller which infuses a reactive gas and a non reactive gas around the sample of which surface is treated. The means for providing tensile forces of the oppositely directed electrode (2) comprises a holder (30) fixing the electrode, a support (34) supporting the holder, a sliding guide pin (32) which is on the support (34) so that the holder (30) can be moved in a length direction of the electrode, and an elastic means (38) which is on outer ring of the sliding guide pin (32), and installed between the support (34) and the holder (30).

Description

전극의 인장력부여 수단이 구비된 플라즈마중합처리장치{CATHODE HOLDER OF PLASMA POLYMERIZATION SYSTEM}Plasma polymerization apparatus equipped with a means for imparting tensile force of an electrode {CATHODE HOLDER OF PLASMA POLYMERIZATION SYSTEM}

본 발명은 전극의 인장력부여 수단이 구비된 플라즈마중합처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma polymerization apparatus equipped with a tensioning means for imparting an electrode.

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 열전측정기(thermocouple gauge)(7)로 확인한 후, 확산펌프(6)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 by a thermocouple gauge (7), The diffusion pump 6 is started to confirm with 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.

상기 장치의 경우에는 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 설치하고 진공펌프를 가동시켜 챔버 내부의 압력을 10-3Torr 이하로 유지한다. 그리고 반응가스를 주입하여 일정 진공도에 도달한 후 대향전극(4)과 시료에 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시키면서 중합물을 형성한다.In the case of the above device, continuous processing is not possible, resulting in low productivity. 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 installs a sample (2) in the chamber (1) and operates a vacuum pump to maintain the pressure inside the chamber below 10 -3 Torr. After the reaction gas is injected to reach a predetermined degree of vacuum, power is supplied to the counter electrode 4 and the sample to generate a plasma while generating a plasma.

종래의 플라즈마중합처리장치에 있어서는 중합처리를 장시간 수행하는 경우 처리시간이 지남에 따라 대향전극의 온도가 상승하면서 전극에 열변형이 발생한다. 전극의 열변형으로 인하여 최초 전극의 모양이 중력방향으로 처지게 되는데 이러한 현상을 도 3에 나타내었다. 도 3의 아래 그림에서 전극(2)이 열변형에 의해 늘어나 밑으로 처진 모습을 볼 수 있다. 전극이 처지게 되면 시료와 대향전극 간의 거리가 전극 부위에 따라 달라지게 된다. 이로 인해 시료 표면에 중합되는 막의 균일성(uniformity)이 떨어지게 되고, 중합되는 막이 균일하지 못한 경우 시료 표면에 형성된 중합물의 밀착성이 좋지 못하며, 중합막의 내구성이 떨어져 제품성에도 치명적인 결과를 가져오는 문제점이 있었다.In the conventional plasma polymerization treatment apparatus, when the polymerization treatment is performed for a long time, the deformation of the electrode occurs as the temperature of the counter electrode increases as the processing time passes. Due to thermal deformation of the electrode, the shape of the first electrode sags in the direction of gravity, which is illustrated in FIG. 3. In the lower figure of FIG. 3, it can be seen that the electrode 2 is stretched by thermal deformation and sags downward. When the electrode sags, the distance between the sample and the counter electrode varies depending on the electrode region. As a result, the uniformity of the film to be polymerized on the surface of the sample is degraded, and when the film to be polymerized is not uniform, the adhesion of the polymer formed on the surface of the sample is not good, and the durability of the polymerized film is poor, resulting in a fatal result in product quality. there was.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마중합처리하는 경우에 열변형에 의해 전극이 밑으로 처지는 것을 방지하는 수단을 제공하여 시료와 전극 간의 거리가 항상 일정하게 유지되고 따라서 균일하고 내구성이 뛰어난 중합막을 형성하는 플라즈마중합처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a means for preventing the electrode from sagging due to thermal deformation during the plasma polymerization process, so that the distance between the sample and the electrode is always kept constant and therefore uniform and durable. It is an object of the present invention to provide a plasma polymerization apparatus for forming an excellent polymer film.

도 1은 종래기술에 의한 플라즈마중합처리장치를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a plasma polymerization processing apparatus according to the prior art.

도 2는 플라즈마 연속처리장치의 일부분을 나타내는 단면모식도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing a part of a plasma continuous processing apparatus.

도 3은 전극의 열변형으로 인하여 최초 전극의 모양이 중력방향으로 처지게 되는 현상을 나타낸 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a phenomenon in which the shape of the first electrode sag in the direction of gravity due to thermal deformation of the electrode.

도 4는 본 발명에 의한 전극의 인장력부여 수단이 구비된 플라즈마중합처리장치를 나타내는 것으로,Figure 4 shows a plasma polymerization apparatus equipped with a tension applying means of the electrode according to the present invention,

도 4a는 전극의 일부분을 나타낸 평면도이고,4A is a plan view showing a portion of an electrode,

도 4b는 도 4a의 AA선을 따라 도시한 단면도이다.4B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4A.

도 5는 전극의 양 쪽에 홀더가 전극을 고정하고 있는 모습을 나타내는 단면도로서,5 is a cross-sectional view showing a state in which a holder is fixed to both sides of an electrode;

도 5a는 중합처리하기 전의 최초 모습을 나타내고,5a shows an initial state before the polymerization treatment,

도 5b는 플라즈마중합처리를 장시간 수행하여 열변형에 의해 전극이 늘어난 모습을 보여 준다.5B shows that the electrode is stretched by thermal deformation by performing plasma polymerization treatment for a long time.

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

1:증착챔버 2:대향전극1: Deposition chamber 2: Counter electrode

3:전원공급장치 4:시료3: power supply 4: sample

5:로타리펌프 6:확산펌프5: rotary pump 6: diffusion pump

7:열전측정기 8:이온게이지7: Thermometer 8: Ion gauge

9:가스조절장치 10:가스조절장치9: gas regulator 10: gas regulator

11:풀림롤 12:감김롤11: Unwinding Roll 12: Winding Roll

13:풀림챔버 14:감김챔버13: Unwind chamber 14: Winding chamber

15:가스주입구 16:배기구15: Gas inlet 16: Exhaust

17:텐션롤 30:시료홀더17: Tension roll 30: Sample holder

32:슬라이딩가이드핀 34:지지대32: sliding guide pin 34: support

38:탄성수단 40:열변형으로 늘어난 거리38: elastic means 40: increased distance due to heat deformation

본 발명은 전극의 인장력부여 수단이 구비된 플라즈마중합처리장치에 관한 것으로서, 상세하게는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 수단으로 시료의 상하측에 대향되는 전극과 상기 대향전극의 양끝에 인장력 부여수단이 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 플라즈마중합처리장치를 제공한다.The present invention relates to a plasma polymerization treatment apparatus provided with a means for imparting a tensile force of the electrode, and in particular, means for solving the problems of the prior art, and means for imparting tensile force to both the upper and lower sides of the sample and opposite ends of the counter electrode. And a reactive gas control device including a deposition chamber in which the chamber is installed, a vacuum pump for adjusting the pressure of the vacuum chamber, and a reactive gas control device for injecting reactive and non-reactive gases around the sample to be surface treated. to provide.

상기 대향전극의 인장력 부여수단은 전극을 고정하는 홀더와, 상기 홀더를 떠받치는 지지대와, 상기 지지대상의 일측에 고정되어 있고 상기 홀더를 관통하여 연장되어 홀더가 전극의 길이 방향으로 움직일 수 있도록 하는 슬라이딩가이드핀(Sliding Guide Pin) 및 상기 슬라이딩가이드핀의 외륜상에 있고 상기 지지대와 홀더 사이에 구비된 탄성수단으로 이루어진다.The opposite force applying means of the opposite electrode is a holder for fixing the electrode, a support for holding the holder, fixed to one side of the support object and extends through the holder to allow the holder to move in the longitudinal direction of the electrode A sliding guide pin and an elastic means on the outer ring of the sliding guide pin and provided between the support and the holder.

상기 탄성수단으로 압축 스프링을 사용할 수 있다.Compression springs may be used as the elastic means.

종래 기술의 문제점은 대향전극이 초기의 길이(즉 홀더 간의 거리)가 열변형에 의해 전극이 늘어나더라도 일정하게 유지되므로 결국 전극이 밑으로 처지는 것이다. 따라서 본 발명은 열변형으로 전극이 늘어날 때 대향전극을 고정하는 홀더 간의 거리를 늘려줌으로써 상기 문제를 해결한다.The problem with the prior art is that the counter electrode eventually sags downward because the initial length (ie the distance between the holders) remains constant even though the electrode is stretched by thermal deformation. Therefore, the present invention solves the above problem by increasing the distance between the holder for holding the counter electrode when the electrode is stretched due to thermal deformation.

이하, 도면을 참조하며 본 발명에 관한 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4a에는 본 발명에 의한 전극의 인장력 조절 수단이 구비된 플라즈마중합처리장치의 일부분으로서, 전극의 한 쪽 끝부분을 나타낸 평면도이다. 전극(2)은 홀더(30)에 물려서 고정되어 있고, 홀더는 지지대(34) 위에 위치하고 있다. 슬라이딩가이드핀(32)이 지지대에 고정되어 있고 홀더를 관통하여 연장되어 홀더를 전극 길이 방향으로 움직일 수 있도록 한다. 지지대의 한 쪽 끝과 홀더 사이에는 탄성수단으로 압축 스프링(38)이 끼워져 있다.Figure 4a is a plan view showing one end of the electrode as a part of the plasma polymerization apparatus equipped with a tension force adjusting means of the electrode according to the present invention. The electrode 2 is clamped by the holder 30, and the holder is positioned on the support 34. The sliding guide pin 32 is fixed to the support and extends through the holder to move the holder in the electrode length direction. A compression spring 38 is fitted between one end of the support and the holder by elastic means.

도 4b는 도 4a의 AA선 단면으로서 상기 기술된 각 구성요소들을 보다 명확하게 보여주고 있다. 특히 지지대(34)의 한 쪽 끝과 홀더(30) 사이의 압축 스프링(38)의 위치를 상세히 파악할 수 있다.FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4A to more clearly show each component described above. In particular, the position of the compression spring 38 between one end of the support 34 and the holder 30 can be grasped in detail.

도 5a는 전극(2)의 양 쪽에 홀더(30)가 전극을 고정하고 있는 모습을 나타내고 있다. 여기서 주의할 점은 전극의 한 쪽은 고정된 홀더이며 다른 한 쪽만이 압축 스프링에 의해 이동가능하다는 점이다. 그러나 도 5a의 경우와 달리, 전극 양 쪽에 이동 가능한 홀더를 설치할 수도 있다. 도면상에 나타난 전극은 플라즈마중합처리하기 전의 모습으로 전극(2)은 양 쪽의 홀더(30)에 고정되어 팽팽한 상태로 있어 전극의 초기길이는 홀더 간의 거리와 동일하게 된다.5A shows a state in which the holder 30 fixes the electrodes on both sides of the electrode 2. Note that one side of the electrode is a fixed holder and only the other side is movable by the compression spring. However, unlike the case of FIG. 5A, a movable holder may be provided on both electrodes. The electrode shown in the figure is a state before the plasma polymerization treatment, and the electrode 2 is fixed to both holders 30 so that the initial length of the electrode is equal to the distance between the holders.

도 5b를 보면 플라즈마중합처리를 장시간 수행하여 열변형에 의해 전극이 늘어난 모습을 보이고 있다. 종래 기술과 차이를 보이는 것은 이 때에도 전극은 밑으로 처지지 않고 팽팽하게 유지되고 있는 점이다. 이것은 본 발명에 의한 전극의 인장력 부여 수단에 의해 가능하게 된다. 도면을 보면 홀더(30)와 지지대(34) 사이의 압축 스프링(38)이 탄성력에 의해 대향전극(2)의 길이 방향으로 홀더를 밀어 냄으로써 전극을 붙들고 있는 홀더 간의 거리가 늘어나게 되고(40), 따라서 열변형에 의한 전극의 늘어짐이 일어나더라도 전극이 밑으로 처지지 않고 팽팽한 상태를 유지하는 것이다.5b shows that the electrode is stretched due to thermal deformation by performing plasma polymerization treatment for a long time. The difference from the prior art is that the electrode is kept taut even under this condition. This is made possible by the means for imparting tensile force of the electrode according to the present invention. Referring to the drawings, the compression spring 38 between the holder 30 and the support 34 pushes the holder in the longitudinal direction of the counter electrode 2 by the elastic force, thereby increasing the distance between the holders holding the electrodes (40), Therefore, even if the electrode sags due to thermal deformation, the electrode does not sag down and maintains a taut state.

본 발명에 의하면 종래의 플라즈마중합처리하는 장치에 전극의 인장력 부여 수단을 제공하여 열변형에 의한 전극의 처짐을 방지하고, 따라서 시료와 전극 간의 거리를 항상 일정하게 유지하여 균일하고 내구성이 뛰어난 중합막을 형성하는 플라즈마중합처리장치를 제공하게 된다.According to the present invention, a device for imparting tensile force of an electrode is provided in a conventional apparatus for plasma polymerizing to prevent sagging of an electrode due to thermal deformation, and thus a constant and durable polymer film is maintained by always maintaining a constant distance between a sample and an electrode. It is to provide a plasma polymerization processing apparatus to be formed.

Claims (2)

시료의 상하측에 대향되는 전극과 상기 대향전극의 양끝에 인장력 부여수단이 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 플라즈마중합처리장치.A deposition chamber having an electrode facing each other above and below the sample, and a tension imparting means provided at both ends of the counter electrode, a vacuum pump for adjusting the pressure of the vacuum chamber, and a reactive gas and non-reactivity around the sample to be surface treated. Plasma polymerization processing apparatus comprising a reaction gas control device for injecting gas. 제 1 항에 있어서, 상기 대향전극의 인장력 부여 수단은 전극을 고정하는 홀더와, 상기 홀더를 떠받치는 지지대와, 상기 지지대 상에 있고 상기 홀더가 전극의 길이 방향으로 움직일 수 있도록 하는 슬라이딩가이드핀 및 상기 슬라이딩가이드핀의 외륜상에 있고 상기 지지대와 홀더 사이에 구비된 탄성수단으로 이루어지는 플라즈마중합처리장치.The method of claim 1, wherein the tension imparting means of the counter electrode comprises: a holder for fixing the electrode, a support for holding the holder, a sliding guide pin on the support and allowing the holder to move in the longitudinal direction of the electrode; And a resilient means disposed on the outer ring of the sliding guide pin and provided between the support and the holder.
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