KR20030038153A - 플라즈마 중합장비용 플라즈마쳄버장치 및 이를 이용한플라즈마 중합물 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 중합장비용 플라즈마쳄버장치 및 이를 이용한 플라즈마중합물 형성방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 플라즈마중합반응을 통해 중합물을 시료(40)의 표면에 증착시킴에 있어서, 시료(40) 표면의 유기물을 전처리쳄버(60)에서 미리 제거하도록 하였다. 이때 상기 전처리쳄버(60)로는 활성이 낮은 비반응가스를 주입하여 유기물을 제거하고, 상기 전처리쳄버(60)에서 사용된 비반응가스를 중합쳄버(70)의 내부로 도입하여 플라즈마중합반응시에 반응가스의 브레이크다운전압을 낮추고, 이온화율을 높임과 동시에 시료의 친수성을 높이게 된다. 상기 전처리쳄버(60)와 중합쳄버(70)의 사이에는 커튼(67)이 구비되어 반응가스가 전처리쳄버(60)로 역류하는 것을 방지한다.

Description

플라즈마 중합장비용 플라즈마쳄버장치 및 이를 이용한 플라즈마 중합물 형성방법{Chamber apparatus for plasma system and deposition method using the same}

본 발명은 플라즈마 중합에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료의 표면에 중합물을 보다 균일하고 강력한 접착력으로 부착하도록 하는 플라즈마쳄버장치와 이를 이용한 플라즈마 중합물 형성방법에 관한 것이다.

도 1에는 일반적인 연속처리 플라즈마 중합장비의 구성이 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 공급쳄버(1)의 내부에는 롤형상으로 감겨진 시료(3)가 구비되어 아래에서 설명될 플라즈마쳄버(7)로 연속적으로 공급된다. 도면부호 5는 전력공급장치이다.

상기 플라즈마쳄버(7)의 내부에서는 플라즈마 중합에 의해 상기 시료(3)의 표면에 중합물이 증착되는 플라즈마공정이 진행된다. 이를 위해 상기 플라즈마쳄버(7)의 내부에는 전극(9)이 구비된다. 상기 전극(9)의 내측에 전극의 양단과 소정의 간격을 두고 시료(3)가 전극(9) 사이를 통과하게 된다.

한편, 상기 플라즈마쳄버(7)의 일측에는 그 내부로 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 주입장치(10)가 구비된다. 그리고 상기 플라즈마쳄버(7)에는 그 내부의 압력을 소정의 값으로 유지하기 위한 유확산펌프(17)와 로터리펌프(19)가 연결된다. 상기 플라즈마쳄버(7)에서 플라즈마 중합반응을 마친 시료(3)는 권취쳄버(22)로 전달되고, 상기 권취쳄버(22)에서는 상기 시료(3)가 다시 롤 형상으로 감겨지게 된다. 도면 부호 20은 가스출구이다.

이와 같은 구성을 가지는 연속처리 플라즈마 중합 장비에서는 다음과 같이 반응이 이루어진다. 즉 상기 플라즈마쳄버(7) 내부가 진공으로 유지되면서 상기 반응가스 주입장치(10)를 통해 내부로 반응가스가 주입되고, 유기 모노마를 일정량 주입하여 직류(DC) 또는 고주파(RF)로 방전시켜 플라즈마 상태에서 시료(3)에 중합물이 증착되는 것이다. 시료(3)에 증착된 물질의 표면은 유기 모노마의 종류, 직류 전류, 전압, 고주파 전력 및 증착시간에 따라 여러가지 다른 화학적 결합이 이루어진다.

그리고 표면의 강도 변화, 접착, 흡착, 친수성, 소수성 등의 특성을 얻을 수 있다. 일반적으로 금속을 사용한 플라즈마 중합시 친수성의 특성을 얻기 위해서 플라즈마 중합 처리를 수행한다. 이러한 경우 시료의 친수성을 얻기 위해서 반응성 가스가 사용된다.

이러한 플라즈마 중합반응에 있어서 중요한 요소중의 하나가 시료(3)에 중합물을 균일하고 확고하게 부착시키는 것이다. 중합물이 시료(3)에 확고하게 부착되도록 하기 위해서 종래에는 인가되는 전원의 양, 반응성 가스의 양, 반응시간 및 진공도 등을 조절하였다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 종래 기술에서는 시료(3)의 표면에 부착되는 중합물의 접착력이 균일하지 못하다는 문제점이 있다. 즉, 시료(3)의 폭방향으로 중합물이 접착되는 접착력의 균일도(Uniformity)가 떨어진다. 그리고 중합반응이 진행되면서 시료(3)와 중합물간의 확고한 접착력 재현성이 확보되지 않는다. 일반적으로 이러한 문제를 유발하는 요인중의 하나로 지적되는 것이, 중합반응 전에 시료(3)의 표면에 있는 유기물이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시료에 중합물이 보다 견고하게 부착되도록 하는 것이다.

도 1은 일반적인 연속 처리 플라즈마 중합장비의 구성을 보인 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 플라즈마쳄버장치를 구비한 플라즈마 중합장비의 구성을 보인 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30: 공급쳄버40: 시료

50: 플라즈마쳄버60: 전처리쳄버

62: 비반응가스주입부64: 전극

67: 커튼70: 중합쳄버

72: 반응가스주입부74: 전극

75: 유확산펌프76: 로터리펌프

77: 전원공급부79: 가스출구

80: 권취쳄버

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 활성이 낮은 비반응가스를 공급하는 비반응가스주입부가 구비되고, 연속적으로 공급되어 이동하는 시료가 사이를 통과하는 전극이 구비되어 시료표면의 유기물을 제거하는 전처리쳄버와, 상기 전처리쳄버와 연통되어 상기 비반응가스를 전달받고, 내부에 반응가스를 공급하는 반응가스주입부가 구비되고, 상기 전처리쳄버를 통과한 시료가 사이를 통과하는 전극이 구비되어 플라즈마중합반응에 의해 중합물이 시료의 표면에 부착되게 하는 중합쳄버를 포함하여 구성된다.

상기 전처리쳄버와 중합쳄버는 직접 연통되고, 이들 사이에는 상기 반응가스의 역류를 방지하면서 상기 시료는 통과시키는 커튼이 구비된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 각각 가스주입부와 전극을 구비하는 전처리쳄버와 중합쳄버가 직접 연결되고, 내부에서의 가스역류를 방지하기 위한 커튼이 구비되는 플라즈마중합쳄버에서, 상기 전처리쳄버로 시료를 공급하는 단계와, 상기 전처리쳄버에 가스주입부를 통해 비반응가스를 주입하여 시료 표면의 유기물을 제거하는 단계와, 상기 유기물이 제거된 시료를 중합쳄버로 공급하는 단계와, 상기 중합쳄버에서 상기 시료의 표면에 전류를 가하고 반응가스를 주입하여 중합물을 시료의 표면에 부착하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 중합쳄버로는 상기 전처리쳄버에서 사용된 비반응가스가 상기 시료와 함께 공급된다.

상기 전처리쳄버로 공급되는 비반응가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar)과 같은 비활성기체중 어느 하나이다.

상기 전처리쳄버로 공급되는 비반응가스의 양과 중합반응에 사용되는 반응가스의 비율은 3:1에서 4:1 사이의 값으로 되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 시료의 표면에 플라즈마 중합물이 보다 견고하게 부착되고, 전체적으로 접착력이 균일하게 되는 이점이 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 플라즈마 중합장비용 플라즈마쳄버 장치 및 이를 이용한 플라즈마 중합물 형성방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 플라즈마중합쳄버의 바람직한 실시예가 구비된 플라즈마중합장비의 구성을 보인 구성도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 공급쳄버(30)의 내부에는 롤형상으로 감겨진 시료(40)가 구비되어 아래에서 설명될 플라즈마쳄버(50)로 연속적으로 공급된다.

상기 플라즈마쳄버(50)는 전처리쳄버(60)와 중합쳄버(70)로 분리되어 있다. 상기 플라즈마쳄버(50)의 내부에서는 플라즈마중합에 앞서 전처리공정이 수행된다. 상기 전처리쳄버(60)의 내부에는 비반응가스를 공급하는 비반응가스주입부(62)가 구비된다. 그리고 상기 시료(40)가 통과하는 상부와 하부에 소정의 간격을 두고 전극(64)이 설치된다.

이와 같은 전처리쳄버(60)에서는 연속적으로 공급되어 전원이 인가된 상기 전극(64)사이를 통과하는 시료(40)의 표면에 있는 유기물이 제거된다. 그리고 상기 비반응가스주입부(62)를 통해 전처리쳄버(60)의 내부로 공급되는 비반응가스로는 헬륨(He), 아르곤(Ar)과 같은 비활성기체가 사용된다. 이와 같은 비반응가스는 상기 시료(40)의 표면에 있는 유기물을 제거한다. 이때 상기 유기물은 배기를 통해 배출되거나 탄화물로 되어 전처리쳄버(60)의 내부에 잔류하게 된다.

상기 중합쳄버(70)는 상기 전처리쳄버(60)와 연통되는 것으로 내부에서 플라즈마중합반응이 일어난다. 즉, 상기 시료(40)의 표면에 중합물이 부착된다. 상기 중합쳄버(70)와 전처리쳄버(60)는 연통되어 시료(40)가 연속적으로 공급될 수 있도록 하는데, 이들 사이는 커튼(67)에 의해 구획된다. 상기 커튼(67)은 상기 중합쳄버(70)내로 주입되는 반응가스가 전처리쳄버(60)로 역류하지 않도록 한다.

이와 같은 중합쳄버(70)의 내부에는 반응가스를 공급하는 반응가스주입부(72)가 구비되고, 상기 시료(40)의 상면 및 하면과 소정의 간격을 두고 전극(74)이 구비된다.

그리고 상기 중합쳄버(70)와 연결되게 유확산펌프(75)와 로터리펌프(76)가 설치되는데, 이들은 중합쳄버(70) 내부의 압력을 소정의 값으로 유지하는 역할을 한다. 도면 부호 77은 전극(64,74)과 연결되는 전원공급부이다.

한편, 상기 중합쳄버(70)와 연결되어서는 권취쳄버(80)가 설치되어 상기 중합쳄버(70)에서 중합물이 균일하게 부착된 시료(40)가 다시 롤 형상으로 감겨지게 된다. 도면 부호 79는 상기 중합쳄버(70) 내부의 가스를 배기하는 가스출구이다.

이와 같은 구성을 가지는 연속처리 플라즈마 중합 장비에서는 다음과 같이 반응이 이루어진다. 즉 상기 공급쳄버(30)에서 연속적으로 전처리쳄버(60)로 공급되는 시료(40)는 전처리쳄버(60)를 통과하면서 표면의 유기물이 제거된다.

즉, 상기 전처리쳄버(60)의 내부로 비반응가스주입구(62)를 통해 헬륨이나 아르곤과 같은 활성이 낮은 불활성기체가 공급된다. 그리고 상기 전극(64)으로는 전원공급부(77)으로부터 전원이 공급된다. 이와 같은 전처리쳄버(60)에서는 상기 시료(40)의 표면에 있는 유기물이 제거된다. 이때 상기 유기물은 배기를 통해 외부로 배기되거나 탄화물로 되어 전처리쳄버(60)의 하부에 낙하되어 잔류한다.

상기 전처리쳄버(60)에서 표면의 유기물이 제거된 시료(40)는 상기 커튼(67)을 통해 중합쳄버(70)로 공급된다. 이때, 상기 전처리쳄버(60)의 비반응가스도 함께 중합쳄버(70)로 공급된다.

한편, 상기 중합쳄버(70)에서는 플라즈마 중합물을 시료(40)의 표면에 부착시키게 된다. 이를 위해 상기 중합쳄버(70)의 내부로는 반응가스주입부(72)를 통해 반응가스를 주입한다. 그리고 상기 전극(74)에는 상기 전원공급부(77)로부터 공급받는 전원을 인가한다. 이와 같이 되면 상기 중합쳄버(70)의 내부에서는 플라즈마가 형성되면서 상기 시료(40)의 표면에 중합물이 부착된다.

상기 중합쳄버(70) 내에서는 상기 유확산펌프(75)와 로터리펌프(76)에 의해 압력이 유지되면서, 반응가스가 주입되고, 전극(74)에 의해 직류(DC) 또는 고주파(RF)로 방전시켜 플라즈마 상태에서 시료(40)에 중합물이 증착되도록 한다.

이때, 상기 전처리쳄버(60)에서 공급되어 중합쳄버(70)로 전달된 비반응가스의 양과 반응가스주입부(72)에서 중합쳄버(70)로 공급되는 반응가스의 비율은 3:1에서 4:1 사이의 값을 가지도록 하는 것이 실험결과 가장 바람직하였다.

이와 같이 중합쳄버(70)로 상기 전처리쳄버(60)에서 사용된 비반응가스를 공급하는 것은, 상기 비반응가스가 중합쳄버(70)에 공급되어 실제로 중합반응에 참여하는 반응가스의 브레이크다운전압(Breakdown Voltage)(브레이크다운전압은 플라즈마 중합의 초기반응이 시작되는 전압을 말한다)을 낮추게 되고 반응가스의 이온화가능성을 높여주기 때문이다. 이와 같은 비반응가스의 역할에 의해 시료(40)의 표면에는 중합물이 균일한 접착력으로 견고하게 부착된다.

한편, 상기 커튼(67)은 상기 중합쳄버(70)로 공급된 반응가스가 전처리쳄버(60)로 역류하는 것을 방지하는 역할을 함과 동시에 전처리쳄버(60)에서 유기물의 제거가 이루어진 시료(40)와 비반응가스를 상기 중합쳄버(70)로 공급하는 역할을 한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 플라즈마 중합장비용 플라즈마쳄버장치를 사용하면, 플라즈마 중합반응 전에 시료의 표면에 있는 유기물을 제거하므로 중합물의 접착력이 균일하면서도 견고하게 되어 중합물의 접착상태가 양호하게 된다.

그리고, 전처리쳄버에서 사용된 비반응가스를 중합쳄버로 공급하여 시료에 표면에 중합물의 접착이 보다 균일하게 하면서도 친수성을 확보할 수 있게 되는 효과도 있다.

Claims (6)

1. 활성이 낮은 비반응가스를 공급하는 비반응가스주입부가 구비되고, 연속적으로 공급되어 이동하는 시료가 사이를 통과하는 전극이 구비되어 시료표면의 유기물을 제거하는 전처리쳄버와,

   상기 전처리쳄버와 연통되어 상기 비반응가스를 전달받고, 내부에 반응가스를 공급하는 반응가스주입부가 구비되고, 상기 전처리쳄버를 통과한 시료가 사이를 통과하는 전극이 구비되어 플라즈마중합반응에 의해 중합물이 시료의 표면에 부착되게 하는 중합쳄버를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마중합장비용 플라즈마쳄버장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전처리쳄버와 중합쳄버는 직접 연통되고, 이들 사이에는 상기 반응가스의 역류를 방지하면서 상기 시료는 통과시키는 커튼이 구비됨을 특징으로 하는 플라즈마중합장비용 플라즈마쳄버장치.
3. 각각 가스주입부와 전극을 구비하는 전처리쳄버와 중합쳄버가 직접 연결되고, 내부에서의 가스역류를 방지하기 위한 커튼이 구비되는 플라즈마중합쳄버에서,

   상기 전처리쳄버로 시료를 공급하는 단계와,

   상기 전처리쳄버에 가스주입부를 통해 비반응가스를 주입하여 시료 표면의 유기물을 제거하는 단계와,

   상기 유기물이 제거된 시료를 중합쳄버로 공급하는 단계와,

   상기 중합쳄버에서 상기 시료의 표면에 전류를 가하고 반응가스를 주입하여 중합물을 시료의 표면에 부착하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 중합물의 형성방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 중합쳄버로는 상기 전처리쳄버에서 사용된 비반응가스가 상기 시료와 함께 공급됨을 특징으로 하는 플라즈마 중합물의 형성방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 전처리쳄버로 공급되는 비반응가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar)과 같은 비활성기체중 어느 하나임을 특징으로 하는 플라즈마 중합물의 형성방법.
6. 제 3 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리쳄버로 공급되는 비반응가스의 양과 중합반응에 사용되는 반응가스의 비율은 3:1에서 4:1 사이의 값으로 됨을 특징으로 하는 플라즈마 중합물의 형성방법.