KR20010088092A

KR20010088092A - 플라즈마 중합처리장치

Info

Publication number: KR20010088092A
Application number: KR1020000012105A
Authority: KR
Inventors: 최환종; 정영만
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-26

Abstract

본 발명은 플라즈마 중합처리장치에 관한 것으로, 챔버 내의 시료와 상기 시료에 대향되는 전극을 연결하는 제1전원부와, 상기 전극에만 연결되는 제2전원부를 구비하여 상기 전극을 히팅 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합처리장치를 제공한다. 본 발명에 의하면 플라즈마 중합 장치의 전극에 중합물이 부착되거나 탄화되는 것을 방지할 수 있으며, 방전의 효율을 높여 방전이 안정적으로 이루어지도록 하므로 중합되는 시료 표면의 중합 특성이 균일해지고 양질의 코팅막을 얻을 수 있다.

Description

플라즈마 중합처리장치{APPARATUS FOR PLASMA POLYMERIZATION}

본 발명은 플라즈마 중합처리장치에 관한 것으로, 상세하게는 히팅가능한 전극을 구비하는 플라즈마 중합처리장치에 관련된다.

고분자 중합체를 합성하여 시료표면을 개질시키는 방법으로, 종래에는 높은 에너지(수십 keV ~ 수MeV)를 이용한 이온주입(ion implantation)이나 이온빔 조사(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.

그러나 이러한 방법은 비교적 높은 에너지와 저진공상태를 요구하기 때문에, 고분자의 합성이 용이하지 않고, 소요되는 비용이 높은 단점이 있었다.

이에 대하여 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.

이러한 장치의 일 실시예가 도 1에 도시되어 있으며, 챔버(1), 전력공급장치(3), 전극(4), 유확산펌프(5) 및 로터리펌프(6)로 이루어진 진공펌프, 챔버 내부의 진공도를 측정하기 위한 열전쌍 진공계(7)와 이온 게이지(8), 반응성 가스를 주입하기 위한 주입구(9, 10)로 이루어져 있다.

상기 장치를 이용하여 시료(2)에 고분자 중합물을 증착하기 위하여, 챔버 (1) 내부에 시료 (2)를 설치하고 로터리 펌프(6)와 유확산펌프(5)를 기동시켜 챔버 내부의 압력을 챔버 위에 부착된 열전쌍 진공계(thermocouple gauge, 7)와 이온 게이지 (ion gauge, 8)로 확인하면서 10^-3Torr 이하로 유지시킨다. 시료는 전력공급장치(3)에 의하여 애노드 (+) 또는 캐소드 (-)로 바이어스 (bias)된 곳에 위치시키고, 반대쪽 전극(4)는 접지되어 있다. 챔버의 압력이 일정 진공도로 유지되면, 소정양의 아세틸렌과 질소와 같은 반응성 가스가 주입 포트(9,10)를 통하여 챔버 내부로 주입되고, 이어서 전력공급장치(3)를 사용하여 기판에 소정 전력을 인가함으로써 반응성 가스를 방전시킨다. 그러면, 직류 또는 고주파에 의하여 발생된 플라즈마 내에서 반응가스들의 분자결합이 끊어지게 되고, 끊어진 체인과 활성화된 양이온 또는 음이온들이 결합하여 전극 사이에 위치하는 시료기판 표면에 고분자 중합체가 형성되며, 고전위를 가지는 시료기판에는 주로 음이온 들이 고분자 중합체 합성에 도움을 주며, 저전위를 가지는 시료기판 또는 전극에는 주로 양이온들이 도움을 준다. 이 때, 기판은 주로 알루미늄(Al)을 사용하였으나, 금속 이외의 절연체, 세라믹스 또는 고분자도 가능하다. 또한, 전극 사이에서 시료기판의 위치를 변경시킴으로써 증착되는 고분자의 종류를 변경시킬 수 있으며, 접지된 두 전극 사이에 시료기판을 위치시키는 대신, 전극중 하나를 시료기판으로 대체시켜 시료기판에는 전력을 인가하고 나머지 전극은 접지시키는 것도 가능하다.

이러한 종래의 장치를 이용하여 고분자 중합체를 형성하는 경우, 반응성 가스의 플라즈마 내에서 래디칼의 반응에 의하여 폴리머가 생성되고, 전자나 양이온의 운동에너지에 의하여 폴리머가 금속과 결합하게 되는데, 애노드와 캐소드는 전위, 평균 전자에너지 등이 달라서 시료를 놓는 위치에 따라 다른 성질의 중합막이 형성된다.

그러나 상기의 장치에 있어서, 전극 재료로 스테인레스, 구리 등이 사용되는데 플라즈마 중합시 전극 표면에 중합물이 형성되고, 이러한 중합물이 전극에서 불균일하게 탄화가 이루어짐에 따라 방전이 불안정하게 된다. 따라서, 시료에 형성되는 중합물의 특성도 불균일해짐으로써 제품의 품질이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 플라즈마 중합 장치의 전극에 중합물의 부착을 효과적으로 방지하고 방전의 효율을 높여 방전이 안정적으로 이루어지도록 하고, 중합되는 시료 표면의 중합 특성이 균일하도록 하는 플라즈마중합처리장치의 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 플라즈마 중합처리장치를 계략적으로 도시한 장치도이다.

도 2는 본 발명에 의한 전극히팅 수단이 구비된 플라즈마 중합처리장치의 모식도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1:증착챔버 2:시료

3:전원공급장치 4:대향전극

5:로터리펌프 6:확산펌프

7:열전쌍진공계 8:이온게이지

9:가스조절장치 10:가스조절장치

12:전극 16:제1전원부

17:제2전원부

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 플라즈마 중합처리장치에 있어서, 챔버 내의 시료와 상기 시료에 대향되는 전극을 연결하는 제1전원부와, 상기 전극에만 연결되는 제2전원부를 구비하여 상기 전극을 히팅 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합처리장치를 제공한다.

상기 제1전원부는 플라즈마 중합시 방전전압을 인가하는데 사용되며, 상기 제2전원부는 상기 전극의 히팅을 위한 전압을 인가하는데 사용된다.

또한 상기 전극은 필라멘트 전극을 사용하며, 이러한 필라멘트 재료로는 W-Re(Tungsten-Rhenium) 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

도면을 참조하며 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2에 본 발명의 플라즈마중합장치의 개략적인 구성을 나타내었다. 진공챔버(11) 내에 시료(13)가 설치되어 있고, 이에 대향되는 전극(12)이 설치되어 있으며, 시료(13) 및 전극(12)은 제1전원부(16)에 연결되어 있으며, 전극(12)는 별도의 제2전원부(17)에 다시 연결되어 있다. 챔버(11)의 한 쪽에는 가스주입구(14)와 진공펌프(15)가 연결된다.

상기 전극은 일반적인 시트(sheet)상의 전극이나 메쉬(mesh) 형태가 아닌 필라멘트 전극으로 형성되어 있다. 시료(13) 및 전극(12)에 연결된 제1전원부(16)는 플라즈마 중합시 방전전압을 인가하는 역할을 한다. 한편, 전극(12)에 별도로 연결된 제2전원부(17)는 방전과는 상관없이 전극을 히팅(heating)시키는 역할을 한다.

제2전원부(17)에 의해 히팅된 필라멘트 전극(12)은 온도가 상승하게 되고, 높은 온도로 인한 열이온 방출(thermionic emission)에 의하여 전극 표면에서 열전자가 많이 방출하게 된다.

제1전원부(16)에 의해 방전전압이 인가되어 플라즈마 중합처리를 수행되는 과정에서, 온도가 상승한 전극(12) 표면에는 중합물이 부착되거나 탄화되는 것을 방지할 수 있으며, 전극(12) 표면에서 열전자가 다량으로 방출되므로 안정적인 방전을 가져오므로 방전의 효과도 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 시료에 중합되는 중합물의 특성이 균일해지고 양질의 코팅막을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같은 비연속 처리장치 뿐만 아니라 연속적으로 중합처리하는 장치에서도 용이하게 적용가능하다. 시료에 대향되는 전극이 시료의 상하면에 설치되어 있을 경우에는 각각의 전극에 히팅을 위한 전원을 연결시키거나 공통 전원을 연결함으로써 상기의 효과를 동일하게 얻을 수 있다.

본 발명에 사용되는 필라멘트 전극 재료로는 일반적인 필라멘트 재료외에 산화가 잘 되지 않는 W-Re 합금을 사용하는 것이 바람직하며, 이 밖에도 다양한 재료를 선택할 수 있다.

본 발명에 의하면 플라즈마 중합 장치의 전극에 중합물이 부착되거나 탄화되는 것을 방지할 수 있으며, 방전의 효율을 높여 방전이 안정적으로 이루어지도록 하므로 중합되는 시료 표면의 중합 특성이 균일해지고 양질의 코팅막을 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 비연속 처리장치 뿐만 아니라 연속적으로 플라즈마 중합처리하는 장치에서도 용이하게 적용가능하다.

Claims

플라즈마 중합처리장치에 있어서, 챔버 내의 시료와 상기 시료에 대향되는 전극을 연결하는 제1전원부와, 상기 전극에만 연결되는 제2전원부를 구비하여 상기 전극을 히팅 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합처리장치.
제1항에 있어서, 상기 제1전원부는 방전전압을 인가하며, 상기 제2전원부는 상기 전극의 히팅을 위한 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합처리장치.