KR20010077659A - Plasma polymerization apparatus having hollow type gas inlet - Google Patents

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KR20010077659A KR1020000005604A KR20000005604A KR20010077659A KR 20010077659 A KR20010077659 A KR 20010077659A KR 1020000005604 A KR1020000005604 A KR 1020000005604A KR 20000005604 A KR20000005604 A KR 20000005604A KR 20010077659 A KR20010077659 A KR 20010077659A
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이현욱
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구자홍
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Abstract

PURPOSE: A polymerizing apparatus using plasma with a hollow type gas injector is provided to realize uniform gas supply over all surfaces of a sample to enhance the usage efficiency of gas and the uniformity of plasma discharge. CONSTITUTION: The box type gas injectors(10) including a surface with a plurality of holes in a gas flow direction are installed in a plasma polymerizing area of an anode and a cathode. It is preferable that the diameters of the plurality of holes and the gaps between the holes are dependent on gas flow rate flowing in a central chamber through the gas injector. Further, it is desirable that an electrode of mesh shape or an electrode having a plurality of holes is used as the cathode. When a sheet type sample(2) enters a polymerizing chamber through a space between the gas injectors(10), gas is directly applied to both surfaces of the sample(2) from the gas injectors(10), thereby realizing uniform gas distribution over all surfaces of the sample.

Description

중공형 가스 주입구를 갖는 플라즈마를 이용한 고분자 중합장치{PLASMA POLYMERIZATION APPARATUS HAVING HOLLOW TYPE GAS INLET}Polymer polymerization apparatus using plasma having hollow gas inlet {PLASMA POLYMERIZATION APPARATUS HAVING HOLLOW TYPE GAS INLET}

본 발명은 중공형 가스 주입구를 갖는 플라즈마를 이용한 고분자 중합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer polymerization apparatus using a plasma having a hollow gas injection port.

종래에는 고분자 중합체를 합성하여 시료표면을 개질시키기 위하여, 높은 에너지(수십 keV ~ 수MeV)를 이용한 이온주입(ion implantation)이나 이온빔조사(ion irradiation)방법을 이용하거나, 비교적 낮은 에너지(0 ~ 수keV)의 입자를 생성하는 이온원(ion source)을 이용하는 이온빔 스퍼터링(ion beam sputtering deposition)이나 다중 이온원 증착(multi ion beam deposition) 또는 이온도움 증착(ion assisted deposition)을 이용하여 고분자를 시료표면에 증착하는 방법을 사용하였다.Conventionally, in order to modify the surface of a sample by synthesizing a polymer, ion implantation or ion beam irradiation using high energy (tens of keV to several MeV) is used or relatively low energy (0 to number) the polymer surface by ion beam sputtering, multi ion beam deposition, or ion assisted deposition using an ion source that generates particles of keV The deposition method was used.

그러나 이러한 방법은 비교적 높은 에너지와 저진공상태를 요구하기 때문에, 고분자의 합성이 용이하지 않고, 소요되는 비용이 높은 단점이 있었다.However, since this method requires a relatively high energy and low vacuum state, the synthesis of the polymer is not easy and the cost required is high.

따라서, 낮은 에너지와 저진공상태에서 시료기판위에 고분자 중합체를 형성시킬 수 있는 플라즈마를 이용한 표면처리방법이 개발되었다. 상기 방법에서는, 챔버내에 진공을 인가하고, 합성하고자 하는 물질의 모노머(monomer)들로 된 반응성 가스를 일정량 챔버 내부로 주입한 후, 전력공급장치를 사용하여 직류 또는 고주파로 방전시키면, 그 반응성 가스의 플라즈마가 발생하고, 그 중 소정의 이온들이 시료기판 또는 전극으로 이동하여 그 위에 소정의 고분자 중합체를 합성시킨다. 이때, 반응가스의 종류 및 혼합비율, 직류전류·전압, 고주파전력 또는 증착시간 등에 따라 여러 가지 다양한 화학결합이 이루어져, 표면강도, 접착·흡착, 친수·소수성과 같은 필요한 물성을 가지는 고분자 중합물을 시료표면에 증착시킴으로써, 시료기판의 고유한 성질에는 영향을 주지 않고 시료표면을 개질시킬 수 있다.Therefore, a surface treatment method using a plasma capable of forming a polymer polymer on a sample substrate in a low energy and low vacuum state has been developed. In the above method, a vacuum is applied to the chamber, a reactive gas of monomers of the material to be synthesized is injected into the chamber, and then discharged at a direct current or high frequency using a power supply device. Plasma is generated, and predetermined ions are transferred to the sample substrate or the electrode to synthesize the predetermined polymer thereon. At this time, various chemical bonds are made according to the type and mixing ratio of the reaction gas, DC current, voltage, high frequency power or deposition time, and the polymer polymer having the required physical properties such as surface strength, adhesion and adsorption, hydrophilicity and hydrophobicity is sampled. By depositing on the surface, the sample surface can be modified without affecting the inherent properties of the sample substrate.

이러한 플라즈마를 이용한 종래의 고분자 중합 장치는 도 1의 구성을 갖는다. 플라즈마를 이용한 고분자 중합은 가스 주입구 (7)와, 가스 배기구 (8)와, 진공 펌프 (9) 및 시료에 전위차를 발생시키는 전극 (3)을 갖는 중합 챔버 (1)내에서이루어지고, 시료 (2)를 풀림 챔버 (4)에서 롤러 (6)를 거쳐 감김 챔버 (5) 방향으로 이송시키면서 진공 펌프 (9)를 기동시켜 챔버 내부의 압력을 조절하고 전극 (3)에 의해 시료에 전위차를 발생시키면, 가스 주입구 (7)를 통해 주입된 반응가스가 시료 (2) 표면상의 유도되면서 플라즈마가 방전된다. 플라즈마 방전시 반응가스들의 분자 결합이 끊어지게 되고, 끊어진 결합과 활성화된 양이온이나 음이온들이 결합하여 전극 사이로 진행하는 시료 (2) 표면에 고분자 중합물이 형성된다.The conventional polymer polymerization apparatus using such a plasma has the configuration of FIG. Polymer polymerization using plasma is carried out in a polymerization chamber 1 having a gas injection port 7, a gas exhaust port 8, a vacuum pump 9, and an electrode 3 for generating a potential difference in the sample. 2) is transferred from the unwinding chamber 4 through the roller 6 to the winding chamber 5 to start the vacuum pump 9 to regulate the pressure inside the chamber and generate a potential difference in the sample by the electrode 3. Then, the plasma is discharged while the reaction gas injected through the gas injection port 7 is guided on the surface of the sample 2. During plasma discharge, the molecular bonds of the reaction gases are broken, and the polymer polymer is formed on the surface of the sample (2) which is broken and the activated cations or anions are bonded to each other and proceed between the electrodes.

그러나, 상술한 종래의 가스 주입구 (7)는 중합 챔버의 구석에 설치되어 있기 때문에 대면적의 쉬트 형태로 공급되는 시료의 전면적에 균일한 가스의 공급이 불가능하였다. 즉, 가스의 주입을 쉬트 진행 방향 또는 대향방향으로 주입할 경우 가스 주입 구멍의 압력 구배에 따라 불균일한 가스 유입이 되어 쉬트 형태의 시료 표면 위에 중합되는 중합막의 성능이 불균일해지는 결과를 초래한다.However, since the above-described conventional gas injection port 7 is provided in the corner of the polymerization chamber, it is impossible to supply uniform gas to the entire area of the sample supplied in the form of a sheet having a large area. That is, when the gas is injected in the sheet advancing direction or in the opposite direction, the gas is unevenly introduced according to the pressure gradient of the gas injection hole, resulting in uneven performance of the polymerized film polymerized on the sheet-shaped sample surface.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 가스 주입구를 개량하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to improve the conventional gas inlet described above.

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마를 이용한 표면처리장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a surface treatment apparatus using a plasma according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 중공형 가스 주입구의 구조를 보여준다.Figure 2 shows the structure of a hollow gas inlet in accordance with the present invention.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

1: 중합챔버 2: 시료1: polymerization chamber 2: sample

3: 전극 4: 풀림 챔버3: electrode 4: loosening chamber

5: 감김 챔버 6: 롤러5: winding chamber 6: roller

7: 가스 주입구 8: 가스 배기구7: gas inlet 8: gas exhaust

9: 진공펌프 10: 중공형 가스 주입구9: vacuum pump 10: hollow gas inlet

이에, 본 발명은 가스 유입 방향으로 다수의 구멍을 갖는 면을 포함하는 박스 형태의 가스 주입구를 양극 및 음극의 플라즈마 중합 영역 위 또는 아래에 설치한 중공형 가스 유입구를 갖는 플라즈마를 이용한 고분자 중합 장치를 제공한다. 여기서, 상기 다수의 구멍의 직경 및 간격은 상기 가스 유입구를 통해 중합 챔버내로 도입되는 가스 유량에 의존하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 음극으로 메쉬 형태의 전극이나 다수의 구멍을 갖는 전극이 사용되는 경우 본 발명의 효과를 극대화시킬 수 있다.Accordingly, the present invention provides a polymer polymerization apparatus using a plasma having a hollow gas inlet having a box-shaped gas inlet including a surface having a plurality of holes in the gas inflow direction above or below the plasma polymerization region of the anode and cathode. to provide. Here, the diameter and spacing of the plurality of holes is preferably dependent on the gas flow rate introduced into the polymerization chamber through the gas inlet. In addition, when the electrode having a mesh form or a plurality of holes is used as the cathode can maximize the effect of the present invention.

다수의 구멍을 갖는 박판으로 이루어지는 전극을 갖는 플라즈마를 이용한 고분자 중합 장치용 전극을 제공한다. 여기서, 상기 다수의 구멍은 규칙적으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 전극의 양단부에 전극 집게용 여유부를 포함하는 것이 바람직하다.An electrode for a polymer polymerization apparatus using a plasma having an electrode made of a thin plate having a plurality of holes is provided. Here, the plurality of holes is preferably formed regularly, it is preferable to include a spare portion for electrode clamps at both ends of the electrode.

본 발명에 따른 발명자들은 종래의 가스 주입구가 중합 챔버의 구석이나 측벽면부에 설치되어 가스가 쉬트의 진행 방향 또는 대향방향으로 주입되는 경우 대면적 시료면 전체에서 균일한 가스 밀도를 얻기 곤란하다는 점을 인식하고, 표면처리되는 시료의 전면적으로 강제적으로 가스를 공급할 수 있는 방법을 연구한 끝에 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 플라즈마 방전이 일어나는 양극과 음극 사이의 영역 바로 위에 혹은 양극과 음극 사이의 영역 바로 아래에 가스 주입구를 설치하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에서 목적하는 쉬트 전면적에서의 균일한 가스 분포를 이루기 위해 가스 주입구를 다수의 구멍을 갖는 박스형 구조를 채용하였다.The inventors of the present invention find that it is difficult to obtain a uniform gas density across a large area of the sample surface when a gas injection port is installed in the corner or sidewall surface of the polymerization chamber and the gas is injected in the traveling direction or the opposite direction of the sheet. After recognizing and studying a method of forcibly supplying gas to the entire surface of a sample to be treated, the present invention was completed. That is, a gas injection hole is provided directly above the region between the anode and the cathode where the plasma discharge occurs or just below the region between the anode and the cathode. In particular, in order to achieve a uniform gas distribution over the entire sheet surface desired in the present invention, a box-type structure having a plurality of holes in the gas inlet is adopted.

도 2에서 보인 바와 같이, 쉬트 형상의 시료 (2)가 중합 챔버로 도입되는 경우, 본 발명에 따른 중공형 가스 주입구 (10)가 전극 (3)의 윗 부분과 아랫 부분에 설치되기 때문에 상기 중공형 가스 주입구 (10)로부터 가스가 대면적 쉬트 면위로 곧바로 도입될 수 있어서, 표면처리되는 시료 표면 전체에 걸쳐 균일한 반응 가스 분포를 이루는 것이 가능해진다. 특히, 본 발명에서는 이러한 균일한 가스 분포를 가능하게 하기 위해, 상기 중공형 가스 주입구 (10)를 다수의 구멍을 갖는 박스 형태로 설계하고, 외부 도관으로부터 도입된 가스가 상기 박스를 거친 후 표면처리되는 시료 (3) 표면 전체에 걸쳐 도입될 수 있도록 하였다. 가스가 시료 표면 전체에 균일하게 도입되도록 하려면, 상기 박스형 가스 주입구의 구멍의 간격과 직경에 대한 고려가 선행되어야 한다. 만약, 가스 주입량이 비교적 적음에도 불구하고 가스의 구멍이 크다면 주입되는 가스의 대부분은 박스의 뒷부분까지 도달하지 못한 채로 밖으로 배출될 것이기 때문이다. 따라서, 상기 구멍의 직경 및 간격은 중합 챔버내로 도입되는 가스 주입량을 고려하여 선택되어야 한다. 그러나, 도 2에 예시한 구멍의 크기 및 간격은 단지 일 실시예에 불과하고, 본 발명의 범위가 그에 한정되는 것은 아니다.As shown in Fig. 2, when the sheet-shaped sample 2 is introduced into the polymerization chamber, the hollow gas inlet 10 according to the present invention is installed in the upper part and the lower part of the electrode 3, so that the hollow The gas can be introduced directly from the type gas inlet 10 onto the large area sheet surface, thereby making it possible to achieve a uniform reaction gas distribution over the entire surface of the sample to be surface treated. In particular, in the present invention, in order to enable such a uniform gas distribution, the hollow gas inlet 10 is designed in the form of a box having a plurality of holes, and after the gas introduced from the external conduit passes through the box, the surface treatment is performed. Sample (3) was to be introduced over the entire surface. In order for the gas to be introduced uniformly throughout the sample surface, consideration must be given to the spacing and diameter of the holes of the box-shaped gas inlet. If the gas hole is large despite the relatively small amount of gas injection, most of the injected gas will be discharged out without reaching the rear of the box. Therefore, the diameter and spacing of the holes should be selected in consideration of the gas injection amount introduced into the polymerization chamber. However, the size and spacing of the holes illustrated in FIG. 2 is only one embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto.

또한, 양극과 음극 사이에 형성되는 플라즈마 방전 영역의 바로 위에 혹은 아래로부터 반응 가스를 강제적으로 공급함으로써 가스의 이용효율을 높일 수 있고 시료면 전체에 걸친 플라즈마 방전의 균일성을 향상시킬 수 있는 본 발명의 특징은, 음극의 사용되는 전극이 반응 가스가 통과할 수 있는 구멍을 갖게 하는 것으로 극대화될 수 있다. 즉, 만약 음극으로 메쉬 형태의 전극이나, 다수의 구멍을 갖는 전극이 사용된다면 본 발명에 따른 가스 주입구를 통해 중합 챔버내로 도입된 가스가 음극의 구멍을 통해 플라즈마 방전 영역으로 곧바로 도입될 수 있기 때문에 본 발명의 효과를 극대화시킬 수 있는 것이다.In addition, by forcibly supplying the reaction gas directly above or below the plasma discharge region formed between the anode and the cathode, the utilization efficiency of the gas can be increased and the uniformity of the plasma discharge over the entire sample surface can be improved. The characteristic of can be maximized by having the electrode used of the cathode have a hole through which the reaction gas can pass. That is, if a mesh-shaped electrode or an electrode having a plurality of holes is used as the cathode, since the gas introduced into the polymerization chamber through the gas injection hole according to the present invention can be introduced directly into the plasma discharge region through the hole of the cathode. It is possible to maximize the effect of the present invention.

본 발명에 따르면, 시료 전체 표면으로의 균일한 가스 공급이 가능해져 가스의 이용효율을 높일 수 있고, 플라즈마 방전의 균일성을 향상시킬 수 있어서, 최종표면처리된 시료의 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to supply a uniform gas to the entire surface of the sample, improve the utilization efficiency of the gas, improve the uniformity of the plasma discharge, and improve the performance of the final surface-treated sample.

Claims (1)

가스 유입 방향으로 다수의 구멍을 갖는 면을 포함하는 박스 형태의 가스 주입구를 양극 및 음극의 플라즈마 중합 영역 위 또는 아래에 설치한 것을 특징으로 하는 중공형 가스 유입구를 갖는 플라즈마를 이용한 고분자 중합 장치.A polymer polymerization apparatus using a plasma having a hollow gas inlet, characterized in that a box-shaped gas inlet including a surface having a plurality of holes in the gas inlet direction is provided above or below the plasma polymerization region of the anode and cathode.
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WO2020047611A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 The Heart Research Institute Ltd Plasma polymerisation apparatus

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