KR20020037995A - 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조 - Google Patents

플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조에 관한 것으로, 판상의 전극과, 상기 전극을 전극의 상하면에 밀착되어 고정하며 전극에 전기가 통할 수 있도록 하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트와, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 주위를 둘러싼 채로 밀착되어 양 플레이트를 고정시키는 상부 전극홀더 및 하부 전극홀더를 포함하여 이루어지는 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조를 제공한다.

Description

플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조{ELECTRODE STRUCTURE IN PLASMA POLYMERIZING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조에 관한 것이다.
플라즈마를 이용하여 금속판 등의 기재 표면을 박막코팅 처리하면 상기 표면에 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, 기재 표면에 고분자중합처리를 하여 친수성 또는 소수성을 향상시키는 표면개질 효과를 얻을 수 있으며, 이렇게 표면개질된 물질은 다양한 범위에 응용되고 있다.
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.
상기 장치에 의한 플라즈마중합처리의 일례를 설명하면 다음과 같다. 챔버(1)에 시료(2)를 설치하고 로터리 펌프(5)를 기동하여 챔버 내부의 압력이 약10-3Torr 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.
위 장치에서 전극(4)에는 전원이 인가되지 않고 접지되어 있다. 전극에 전원을 인가할 경우에는 전극과 챔버와 절연시킬 필요가 있으며, 전극이 표면처리되는 시료와 일정한 간격을 유지하도록 전극을 고정시키는 수단이 필요하게 된다. 특히 위와 같은 비연속장치 뿐만 아니라 연속적으로 플라즈마중합처리를 할 수 있는 장치의 경우 장시간 동안 장치를 운행시키게 되면 전극이 밑으로 쳐지거나 전극과 시료의 간격이 변하게 될 수 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마중합처리장치에 있어서 전극에 전원이 인가되는 경우 전극을 효과적으로 고정시킬 뿐만 아니라 전극과 챔버를 절연시킬 수 있는 전극 구조를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 중합처리장치를 보여주는 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 의한 전극 구조를 보여주는 종단면도이다.
도 2b는 본 발명에 의한 전극 구조를 보여주는 또 다른 종단면도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1:증착챔버2:시료
3:전원공급장치4:대향전극
21:상부 플레이트22:하부 플레이트
23:상부 전극홀더24:하부 전극홀더
플라즈마중합처리장치에 있어서 전극은 여러가지 형태가 가능하지만 판상으로 제작되는 경우가 일반적이다. 판상(sheet-shaped)의 전극은 시료의 상부 또는 하부 또는 상하부 모두에 일정간격을 유지한 채로 설치되고 전원이 인가되면 방전이 일어나게 된다. 전극이 중합처리되는 시료와 일정한 간격을 유지하려면 전극을 고정시키는 수단이 있어야 하며 전극의 양끝 가장자리를 고정시키고 일정한 인장력을 가해야 한다.
한편, 전극에 전원을 인가하게 되면 전극을 고정하고 있는 수단과 중합처리챔버와의 절연이 필요하게 된다. 상기 전극 고정수단은 챔버벽에 고정되어 챔버와 접촉되어있기 때문이다.
본 발명의 전극 구조는 판상의 전극과, 상기 전극을 전극의 상하면에서 고정하며 전극에 전기가 통할 수 있도록 하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트와, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 둘러싸는 상부 전극홀더 및 하부 전극홀더로 이루어진다.
전극을 고정하고 있는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 인가된 전원을 전극에 전달하기 위해서는 재질이 전도체로 이루어져야 하는 반면에, 상부 전극홀더 및 하부 전극홀더는 인가된 전원이 전극에만 전달되고 외부와는 통전되지 않도록 절연성능을 유지해야 한다. 이를 위해서 전극홀더는 비교적 내열성이 좋은 절연 물질로 제작되며, 주위와의 통전을 차단하기 위하여 전극 및 플레이트를 완전히 둘러싸는 구조로 된다.
전극홀더는 전극이 일정한 형태로 유지되도록 지지하는 역할을 하는데, 특히 판상의 전극이 시료와 일정한 간격을 유지하면서 중합처리가 진행되는 도중에 중력에 의해 밑으로 쳐지지 않도록 전극의 양 쪽에서 인장력을 부여하는 것이 중요하다. 전극이 밑으로 쳐지게 되면 전극의 부위에 따라 시료와의 거리가 달라지게 되고, 따라서 중합처리되는 시료 표면의 성질도 달라지게 된다. 이러한 목적을 만족시키기 위하여 전극홀더는 상부 전극홀더와 하부 전극홀더로 이루어지며, 상기 두 전극홀더가 전극을 고정하고 있는 상부 플레이트와 하부 플레이트에 밀착되어 결합된다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일실시예로서, 각각 전극구조의 정단면과 횡단면을 보여준다. 전극(20)은 상, 하에서 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22)에 의해 밀착되어 고정되어 있다. 상기 양 플레이트는 각각 상부 전극홀더(23)와 하부 전극홀더(24)에 의해 밀착되어 고정되어 있다.
전극은 상부 및 하부 플레이트에 고정된 채로 상부 전극홀더와 하부 전극홀더에 다시 고정되므로 전극을 새로 갈아끼울 필요가 있을 때는 플레이트에 상하면이 고정된 전극 전체를 교체시킬 수 있다.
상부 플레이트에는 전원이 전선등의 전기인가수단(26)이 연결되어 있다. 한편, 상부 전극홀더(23)와 하부 전극홀더(24)는 스크류 등의 체결수단(25)에 의해 강하게 체결되어 전극 및 전극 플레이트를 고정하며, 전극홀더는 다시 고정수단에 의해 챔버 벽에 고정된다. 참조번호 27은 챔버내벽(미도시)과 하부 전극홀더(23)간의 고정을 위한 체결부위를 나타낸다.
도면상에는 도시되어 있지 않지만 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트도 전극을 사이에 두고 스크류 등의 체결수단에 의해 서로 체결된다. 전극은 전극 플레이트에 의해 고정되어 전극 플레이트와 함께 하부홀더와 상부홀더사이에 위치하게 되는데, 전극에 전극 중심 방향으로 일정한 힘(인장력)이 작용할 경우 전극플레이트에 힘이 전달되어 상부 전극홀더가 하부 전극홀더와 분리될 가능성이 있지만 두 홀더는 스크류로 강하게 결합되어 있으므로 이를 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 플라즈마 중합처리장치에 있어서, 전극을 챔버내에서 효과적으로 고정시킴으로써 중합처리되는 기판과의 간격을 일정하게 유지할 수 있고, 전극의 교체가 용이하다. 또한, 전원이 인가되는 부분 이외에는 절연시킴으로써 감전 등의 위험을 사전에 막을 수 있다.

Claims (5)

  1. 판상의 전극과,
    상기 전극을 전극의 상하면에 밀착되어 고정하며 전극에 전기가 통할 수 있도록 하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트와,
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 주위를 둘러싼 채로 밀착되어 양 플레이트를 고정시키는 상부 전극홀더 및 하부 전극홀더를 포함하여 이루어지는 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극홀더 및 하부 전극홀더는 체결수단에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극홀더 또는 하부 전극홀더는 중합챔버의 챔버 벽에 고정될 수 있는 고정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극홀더 또는 하부 전극홀더는 전원인가수단이 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극홀더 및 하부 전극홀더는 절연체이며, 상기상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 전도체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 중합 처리장치의 전극 구조.
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