KR20120029390A - 저 유전 상수를 갖는 물질 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 비유전율, 높은 열 안정성 및 증진된 기계적 특성을 나타내는, 특이적으로 프로필렌이 아닌 탄소 함유 가스의 플라즈마 중합에 의해 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질의 생산 방법에 관한 것이며, 상기 방법 및 물질은 마이크로칩 제조시 층간 유전체 증착으로 제한되지 않는 적용에 적합하다.

Description

저 유전 상수를 갖는 물질 및 이의 제조 방법 {MATERIAL HAVING A LOW DIELECTRIC KONSTANT AND METHOD OF MAKING THE SAME}
본 발명은 고도로 가교된 폴리프로필렌 유사 물질 및 이러한 물질의 제조 방법에 관한 것이다. 바람직한 구체예는 제어가능한 유전 상수(k 값)을 가지며, 또한 예를 들어, 이산화규소와 비교하여 낮은 비유전율(relative permittivity)을 가지며, 세라믹의 기계적 특성에 근접한 기계적 특성을 나타낼 수 있는 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질에 관한 것이다. 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질은 마이크로전자 제조(microelectronic fabrication)시 사용하기에 적합할 뿐만 아니라, 보호, 윤활 및 로드 베어링 코팅(load-bearing coating)으로서 광범위한 분야, 및 그 밖의 다른 용도에 적합하다.
물질의 유전 상수는 물질에 전위가 인가되는 경우, 저장된 에너지를 나타낸다. 진공 하에 저장된 에너지에 대해 정의되며, 때로는 물질의 정적 비유전율(relative static permittivity)로서 언급된다. 유전 상수는 흔히 기호 εｒ, 또는 κ로 표시되지만, 마이크로칩 제조 분야에서는 일반적으로 문자 k로 표시되고, 이 후자의 명명법이 본 명세서에 사용되어 "k 값"으로서 유전 상수를 나타낸다.
마이크로칩에 있어서, 유전 층은 전도성 부분(전도성 라인 및 트랜지스터와 같은) 사이에 제공된다. 디바이스를 소형화하려는 추세가 지속됨에 따라 유전 층은 더 얇아지고, 전도성 부분은 서로 더욱 인접하게 된다. 보다 높은 작업 주파수에서는, 여러 회로 엘리먼트들 간의 용량적 크로스-토크(capacitive cross-talk)가 스위칭 주파수를 제한하고, 추가로 열을 발생시켜 열적 성능을 제한한다.
유전 층에 걸쳐 저장된 용량적 전하량(capacitive charge)는 유전 층이 형성되는 물질의 유전 상수(k 값)에 정비례한다. 이와 같이, 보다 낮은 유전 상수를 갖는 물질은 보다 빠른 스위칭 주파수를 가능하게 하고, 열 손실 및 크로스토크를 감소시킨다.
통상적으로, 이산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4)는 실리콘 마이크로칩의 유전 층을 형성하는데 사용되어 왔다. 이들 물질은 반도체 마이크로칩을 위해 사용되는 제조 공정에 매우 적합하고, 저렴하고 신뢰성이 있는 방안을 제공한다. 그러나, SiO2 및 Si3N4의 고유 k 값은, 지나치게 높은 것으로 간주되며, 일반적으로, 이들을 다공성 구조로 증착시키거나, 보다 낮은 k 값의 물질로 도핑함으로써 보다 낮은 효과적인 k 값을 달성하도록 낮아져야 한다.
반도체 마이크로칩에 사용하기에 적합하고, SiO2 및 Si3N4 기반 막보다 낮은 k 값을 갖는 신규 유전 물질을 개발하고자 다양한 시도가 이루어져 왔다. 광범위하게, 두 가지 부류의 물질이 연구되었다: "경질" 층을 생성하는 물질들, 및 "연질" 층을 생성하는 물질들.
경질 층 물질은 비교적 강성인 세라믹 물질, 예컨대, 도핑된 이산화규소, 질화규소, 알루미나, 티타니아, 및 이산화하프늄을 포함한다. 이들 물질의 층은 다른 기술보다도 특히 화학적 증기 증착(CVD), 특히 플라즈마 강화된 화학적 증기 증착(PECVD), 및 스퍼터링(sputtering)을 통해 제조될 수 있다.
경질 층 물질의 이점은 이들의 화학적 일관성(chemical consistency), 비교적 높은 파괴 전압 및 낮은(열) 손실, 심지어 고주파수에서의 열 손실을 포함한다. 경질 층 물질에 대해 사용되는 제조 기술은 또한 매우 반복가능하며, 실리콘과 같은 현재의 마이크로전자 물질까지 확장가능하다(scalable).
그러나, 경질 층 물질은 다수의 문제를 갖고 있다. 예를 들어, 경질 층과 그것이 형성되어 있는 기판 간의 계면력(interface force)이 박리를 유발할 수 있기 때문에 특정 한계치(일반적으로 대략 1㎛) 초과의 두께를 지닌 그러한 물질의 막을 제조하기가 어렵다. 이러한 계면력은 경질 층의 두께에 비례하고, 일반적으로 사용되는 PECVD 증착 방법에 따른다. 특히, 경질 층 물질과 그것이 형성되어 있는 기판 간의 계면은 두 층 간의 정합 변형(coherency strain), 표면 에너지 차, 전위 에너지 변형(dislocation energy strain), 및 경질 층 물질 및 기판의 상이한 열 팽창율에 기인한 스트레스가 가해진다. 제조 공정은 그 자체로 열적 스트레스의 생성 또는 우세를 초래할 수 있으며, 이 결과로서 경질 층 물질의 박리가 큰 문제가 될 수 있다. 이 문제는 경질 층 물질 및 기판의 열팽창 계수를 맞춤으로써 완화될 수 있지만, 이는 물질의 선택을 심각하게 제한한다.
연질 층 물질은 이들 고유의 가요성으로 인해 이러한 단점을 갖지 않는다. 이러한 연질 층 물질의 예로는 스핀-온 글래스(spin-on glass) 및 스핀-온 폴리머, 예컨대, 폴리아미드를 포함한다.
불행히도, 스핀-온 폴리머는 일반적으로 상대적으로 낮은 열안정성을 갖는다. 이러한 특성을 개선시키기 위해, 예를 들어, 열 또는 조사선을 가함으로써 폴리머를 경화시키는 것이 종종 필요하다. 전형적인 경화 공정은 폴리머의 타입에 의거하여 수초 내지 수시간의 시간 동안 일반적으로 500℃ 미만의 온도에서 폴리머를 베이킹하는 것을 포함한다. 이러한 경화 공정은 종종 원치 않는 부산물을 생성하며, 공정 단계를 부가하고, 제조 공정에 대해 시간을 지연시킨다.
스핀-온 공정은 박막의 폴리머를 생성하기 위해 용매를 사용한다. 이 용매는 공정 동안에 증발하는 것으로 의도되지만, 일반적으로 소량의 용매가 경화 후에서 물질 중에 잔류하여, 물질 비일관성(inconsistency) 및 불순물을 초래한다. 스핀-온 폴리머에 존재하는 이러한 불순물은, 그것이 비교적 낮은 k 값을 달성하는 것이 가능하다는 사실에도 불구하고 마이크로칩 제조시 유전 물질로서의 적용을 제한다. 특히, 막 중 물 및 용매 분자가 RF 에너지(radio frequency energy)를 흡수하고, 이것이 작동 동안에 전력 손실 및 막 열화(degradation)를 초래하는 것으로 밝혀졌다.
문헌(Biomaterials, volume 7(2), March 1986, 논문 "Characterisation of plasma polymerised polypropylene coatings"의 페이지 155 내지 157, R. Sipehia and A.S. Chawla)는 저압에서 프로필렌 모노머가 RF 플라즈마 반응기에서 중합되는, 기판 상에 플라즈마 중합된 폴리프로필렌 막을 형성시키는 방법을 기술하고 있다. 프로필렌의 중합을 통한 폴리프로필렌의 형성은 플라즈마로부터의 에너지 커플링에 의한 것으로 예상된다.
이러한 일반적인 분야에서 다른 종래 기술의 방법은 US 특허 번호 US4632844, US4312575 및 US5000831에 개시되어 있다.
발명의 요약
본 발명은 고도로 가교된 폴리프로필렌 유사 물질 및 이러한 물질이 포함되는 전자 회로 및 광전자(opto-electronic) 회로와 같은 디바이스를 생산하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생산하는 방법으로서, 반응 챔버를 제공하는 단계; 다수의 탄소 함유 가스로부터 하나 이상의 탄소 함유 가스를 선택하는 단계; 하나 이상의 선택된 탄소 함유 가스를 상기 챔버에 공급하는 단계; 상기 챔버에서 플라즈마를 스트라이킹(striking)하여 상기 플라즈마가 상기 가스 또는 가스들을 메틸 라디칼을 포함하는 상으로 분해시키는 단계; 상기 분해된 상을 핵화시키고, 이로써 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생성시키는, 바람직하게는 고 UV 조사선 하에서 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생성시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
유리하게는, 폴리프로필렌 물질은 반복 구조 단위의 다수의 폴리머 사슬을 포함하며, 6개의 구조 단위 당 평균 하나 이상의 가교 및/또는 인접 폴리머 사슬에 걸쳐 다수의 가교를 지닌다.
상기 방법으로 제조된 폴리프로필렌 물질은 종래 폴리프로필렌과 비교하여, 개선된 기계적 안정성과 함께 매우 낮은 유전 상수, 우수한 구조적 특징 및 높은 융점을 포함하는 상당히 개선된 특징을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이는 상기 물질을 집적 회로, 전자 회로 또는 광전자 회로용 유전 또는 절연 층을 포함하는 광범위하게 다양한 적용에 적합하게 한다. 또한, 상기 물질은 보호, 윤활, 로드-베어링 및/또는 내열 코팅을 제공하는 것과 같은 매우 많은 다른 적용에 적합하다.
하기 설명되는 바와 같이, 본 방법에 의해 생산된 물질은 폴리프로필렌 유사 물질인 것으로 여겨진다. 이 물질은 폴리프로필렌 특성을 나타내지만, 높은 빈도의 3차원 가교를 가지며, 종래 폴리프로필렌과 비교하여 상당히 개선된 특성을 갖는다. 이에 따라, 상기 물질은 폴리프로필렌 물질로서 언급되지만, 이러한 정의는 교시된 방법에 의해 형성되고, 본원에 기술되는 특징을 갖는 폴리머 물질을 포함하는 것으로 이해해야 한다.
하나 이상의 선택된 탄소 함유 가스는 아세틸렌, 아세톤, 에틸렌, 에탄올, 메탄 및 프로필렌을 포함하는 일 군의 가스 또는 증기로부터 선택되는 것이 바람직하다. 매우 바람직하게는, 아세틸렌과 아세톤의 조합물이 사용된다. 다른 구체예에서, 아세틸렌 또는 아세톤 단독, 또는 아세틸렌 또는 아세톤과 임의의 다른 가스와의 혼합물이 사용될 수 있다.
이와 관련하여, 출발 물질로서 프로필렌을 사용하지 않으면서 3차원의 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생산하는 것이 가능한 것으로 발견되었다. 다른 탄소 함유 가스 또는 증기를 사용하는 것이 가능하다. 즉, 본 방법은 프로필렌 또는 프로펜을 포함하지 않는, 하나 이상의 선택된 탄소 함유 가스를 사용할 수 있다.
임의의 다양한 탄소 함유 가스로부터 폴리프로필렌 물질을 생성하는 것이, 플라즈마의 스트라이킹에 의해 탄소 함유 도입 가스가 메틸 라디칼을 포함하는 상으로 분해함으로써 가능한 것으로 밝혀졌다. 본 방법은 그러한 메틸 라디칼을 제공하여 CH 사슬 분자와 융합하고 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 형성한다. 이 공정에서 UV 조사선을 제공함으로써 3차원 가교를 촉진하고 증진시킨다.
이러한 특징은 보다 많은 다양한 도입 물질이 공정에 도입되게 하고, 이로써 공정에 요망되는 특징 및 최종 생성물의 특징에 의거하여 도입 물질을 선택할 수 있게 한다.
도입 가스는 증기, 예컨대 아세톤을 포함할 수 있다. 따라서, 본원에서 가스에 관하여는 또한 증기를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
바람직하게는, 플라즈마는 자외선 성분을 가지며, 이는 폴리프로필렌 물질의 가교 생성을 증진시킨다. 이러한 자외선 성분은 유리하게는 합성 동안 폴리프로필렌 물질을 UV 경화시키는 효과를 갖는다.
실제 실행시, 본 방법은 챔버에 제 1 및 제 2 전기 전극을 제공하는 단계를 포함하며, 핵화 단계는 제 1 및 제 2 전극에 걸친 전위 차를 적용하는 것을 포함한다.
제 1 구체예에서, 본 방법은 제 1 및 제 2 전극 중 어느 하나에 배치되는 기판을 제공한다. 핵화 단계는 제 1 및 제 2 전극에 걸친 전위 차를 적용하여 핵화된 물질을 전극 상에 증착시키고, 이로써 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질 층이 기판 상에 형성되도록 하는 것을 포함한다.
따라서, 이러한 구체예에서, 폴리프로필렌 물질은 기판 상에 직접 형성되는데, 이는 일반적으로 디바이스의 표면이 될 수 있다. 상기 기판은 전기 또는 전자 회로의 일부일 수 있으며, 이때 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질은 기판 상에 전기 절연 층을 제공한다. 즉, 이러한 특징은 전자 디바이스 상에 유전 층을 직접 형성시킬 수 있으며, 그러한 층이 본원에서 교시되는 특히 유리한 특징을 나타내는 것이다.
또 다른 구체예에서, 폴리프로필렌 물질은 플라즈마 상에서 핵화될 수 있다. 즉, 입자 또는 박편(flake) 형태로 핵화될 수 있으며, 이는 "스노우(snow)" 처럼 성장하는 것이 유사하다고 기술된다. 이러한 구체예에서, 본 방법은 유리하게는 폴리프로필렌 물질을 수거하고, 이후 기판 또는 디바이스 상에 상기 물질을 증착시키는 단계를 포함한다. 이는 폴리프로필렌 물질을 용액 중에 현탁시키거나 용해시킴으로써 이루어질 수 있다. 현탁되거나 용해된 물질은 이후 분무 코팅, 스핀-온, 정전기 코팅에 의해 또는 임의의 다른 적합한 방법에 의해 기판 상에 증착될 수 있다.
바람직하게는, 본 방법은 하나 이상의 보조 가스를 포함하는 캐리어 가스를 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 보조 가스는 유리하게는 수소, 질소, 헬륨, 아르곤, 제논 또는 다른 희가스(noble gas) 중 하나 이상을 포함한다. 보조 가스는 플라즈마 내에서 가스상 성분의 분해 증진을 촉진할 수 있으며, 이에 따라 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 층(예를 들어, 박막), 박편 또는 입자 형태로 생성할 수 있다. 희가스는 또한 분해를 위해 선택된 탄소 함유 가스 또는 가스들과 비교하여 높은 이온화 전위를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 하나 이상의 보조 가스는 탄소 함유 가스가 비교적 낮은 에너지에서 이온화될 수 있도록 보조하면서, 전체 플라즈마 에너지, 및 폴리머 층의 성장에 관여하는 플라즈마 내 이온화 종의 상대적인 수를 증가시킬 수 있다.
상기 물질을 어닐링하는 것이 또한 바람직하다. 어닐링은 폴리프로필렌 물질의 유전 상수를 변동시키거나 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
실제로, 어닐링 단계는 예를 들어, 불활성 가스들 중 어느 하나 또는 불활성 가스들의 조성물을 사용하는 진공 또는 제어된 가스 환경 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
유리하게는, 상기 방법은 플라즈마 핵화 또는 합성 단계 동안에 비-플라즈마 수단에 의해 챔버 내에서 추가의 가열을 제공하는 단계를 포함한다.
실시 구체예에는, 전극과 접촉하는 기판을 챔버에 제공하는 단계; 챔버 내부의 반대 전극에 소정의 전압을 가함으로써 챔버내 플라즈마를 스트라이킹함으로써 물질 층을 기판 상에 형성시키는 단계를 포함하며, 플라즈마는 3차원의 폴리머 가교를 증진시켜서 형성된 물질에 기계적 무결성(integrity) 및 열 안정성을 부여하는, 자외선 성분을 갖는다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본원에 교시된 바와 같은 방법에 의해 얻어진, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질이 제공된다.
본 발명의 특정 특징은 다수의 반복하는 구조 단위로 형성된 다수의 폴리머 사슬을 포함하는 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 제공하며, 상기 폴리프로필렌 물질은 6개의 구조 단위 당 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 및/또는 인접 사슬을 연결하는 탄소-탄소 이중 결합을 포함한다.
고도로 가교된 플라즈마 폴리프로필렌 물질은 하기 특징 중 어느 하나 이상을 가질 수 있다: 1.5 GPa 초과의 영률, 10MPa 이상의 경도를 지님, 및 1.5 내지 2.6의 k 값.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본원에 교시된 바와 같은 방법에 의해 얻어진, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질 층을 포함하는 기판이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징은, 본원에 교시된 바와 같은 방법에 의해 얻어진, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질로 형성된 하나 이상의 유전 층을 포함하는 집적 회로를 제공한다.
본원에서 교시된 방법은 상대적으로 낮은 유전 상수를 갖는 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을, 예를 들어, 층의 형태로 생산할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌 내에 형성된 3차원 가교는, 그러한 물질 또는 층이 비교적 열에 안정하게 하고, 또한, 애쉬비(Ashby) 후 기계적 특성이 세라믹과 유사하게 나타나게 한다. 이에 따라, 교시된 방법에 의해 생성된 층의 일관성, 열 안정성 및 낮은 유전 상수는 집적 회로의 제조시 유전층으로서 사용하기에 매우 적합하게 한다. 유리하게는, 본 발명은 폴리프로필렌 폴리머 사슬 및 이들 사이의 가교 둘 모두를 생성하는 단일 공정 단계를 제공하며, 이러한 가교를 제공하기 위해 추가의 경화 단계를 필요로 하지 않는다.
보다 낮은 압력에서, 가교된 폴리프로필렌은 기판 상에 연속 층으로서 형성될 수 있다. 바람직한 방법에 따르면, 압력은 연속 층이 요망되는 경우, 기판 상에 연속 층을 생성하기 위해 5 Torr 미만이도록 선택된다. 다른 바람직한 방법에서, 특히 가교된 폴리프로필렌이 플라즈마 상 내 형성된 박편 또는 나노 입자로서 요망되는 경우, 압력은 5 Torr 초과이도록 선택된다.
폴리프로필렌 층의 기계적 스트레스는 기판에 대한 보다 큰 이온 충격(ion bombardment) 에너지로 인해 일반적으로 압력에 반비례한다. 이온 충격은 다른 고려 사항 중에서, 플라즈마에 커플링되는 전원, 압력 및 전극 형태의 사용으로 제어될 수 있는 플라즈마 형성 공정의 내재적 부분이다. 당업자들은 다른 공정을 통해 이온 충격을 수행할 수 있을 것이다. 무엇보다도, 이러한 이온 충격은 층의 기판으로의 부착 및 표면 에너지에 영향을 미친다. 그러므로, 바람직한 구체예에서, 챔버 내 압력은 200 mTorr 초과가 되도록 선택된다.
가교된 폴리프로필렌 층의 기계적 스트레스는 또한 플라즈마 전극에 인가되는 단위 면적 당 전력에 따른다. 인가되는 전력이 클수록 가교된 폴리프로필렌 층의 성장률이 커지지만, 층내 기계적 스트레스 또한 커진다. 따라서, 바람직한 구체예에서, 플라즈마 전극의 단위 면적 당 인가되는 전력은 0.25 와트/cm2 미만이다. 보다 바람직하게는, 상기 전극의 단위 면적 당 인가되는 전력은 0.1 와트/cm2 미만이다. 기계적 스트레스는 추가로 전극에 대한 단위 면적당 인가되는 전력으로 낮아질 수 있다.
바람직하게는, 플라즈마 및 바이어스(bias) 조건은, 폴리프로필렌 층에 대한 손상을 최소화도록 배열되는데, 왜냐하면 그 층이 폴리프로필렌 층의 이온 충격을 조절함으로써 형성되기 때문이다. 따라서, 기판은 고품질 막을 생성하도록 전기적으로 접지될 수 있다.
폴리머 물질의 높은 3차원 가교도는 종래의 폴리프로필렌 보다 더 높은 융점을 제공한다. 이러한 가교는 모든 3 차원 구조에 이를 수 있다. 이는 가교된 폴리프로필렌 물질이 광범위한 기능에 사용되게 한다. 또한, 이러한 폴리머 물질은 최소 크리프(creep) 및 증진된 기계적 특성이 유리하다.
본원에서 교시된 타입의 폴리프로필렌 층에 의해 제공된 집적 회로는 유전 층으로서 이산화규소를 채택한 종래의 집적 회로보다 더욱 효과적으로 작동할 수 있다. 이는, 본원에 교시된 가교된 폴리프로필렌 층의 유전 상수 또는 k 값이 이산화규소의 것보다 상당히 낮기 때문이다. 이는 층 내 저장되는 에너지를 감소시키고, 이에 상응하여 간섭을 감소시킴으로써 스위칭 시간을 보다 빠르게 한다.
추가의 구체예에서, 두 층 이상의 유전체 스택(stack)을 갖는 것이 가능하며, 이때 상기 폴리프로필렌 층은 표준 이산화규소 또는 질화규소 층의 샌드위치 구조 내에서 감싸이거나 그러한 구조와 결합된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질의 생산 방법으로서, 반응 챔버를 제공하는 단계; 프로필렌을 포함하지 않는, 하나 이상의 선택된 탄소 함유 가스를 상기 챔버에 공급하는 단계; 상기 챔버에서 플라즈마를 스트라이킹하여, 상기 플라즈마가 상기 가스 또는 가스들을 메틸 라디칼을 포함하는 상으로 분해시키는 단계; 상기 분해된 상을 핵화시킴으로써 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생성시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 특징은 청구항 제 1항과 관련되거나 수반된 임의의 또는 각각의 종속항에 기재되어 있는 것들을 포함하여 본원에 교시된 임의의 바람직한 특징을 이용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예가 첨부되는 도면을 참조하여 실시예에 의해 하기에서 기술될 것이다.
도 1은 플라즈마 강화 화학적 증기 증착 장치를 도시한 것이다.
도 2A는 제 1 가교된 폴리프로필렌 물질의 푸리에 변형 적외선(FTIR) 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 2B는 제 2 가교된 폴리프로필렌 물질의 푸리에 변형 적외선(FTIR) 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 3은 폴리프로필렌 폴리머 사슬의 구조 단위를 도시한 것이다.
도 4A는 제 1 가교된 폴리프로필렌 물질의 FTIR 스펙트럼에 대한 어닐링 효과를 도시한 것이다.
도 4B는 제 2 가교된 폴리프로필렌 물질의 FTIR 스펙트럼에 대한 어닐링 효과를 도시한 것이다.
도 5는 가교된 폴리프로필렌 물질을 포함하는 커패시터(capacitor) 디바이스를 도시한 것이다.
도 6은 가교된 폴리프로필렌 물질의 k 값에 대한 어닐링 효과를 도시한 것이다.
도 7은 가교된 폴리프로필렌 물질을 포함하는 집적 회로를 도시한 것이다.
도 8은 가교된 폴리프로필렌 물질을 포함하는 또 다른 집적 회로를 도시한 것이다.
도 1과 관련하면, 플라즈마 강화 화학적 증기 증착(PECVD)용 장치(1)는 기판(4)이 설치되어 있는 척(chuck)(3)을 수용한 챔버(2)를 포함한다. 기판(4)은, 본 구체예에서, 실리콘으로 형성되어 있다. 그러나, 다른 물질도 기판으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 물질, 예를 들어, 게르마늄이 사용될 수 있다. 다르게는, 금속 또한 사용될 수 있다.
챔버(2)의 상부에는, 가스 유입구 및 플라즈마 전극으로서 기능하는 샤워헤드(5)가 있다. 보다 구체적으로, 샤워헤드(5)는 PECVD 공정에 사용하기 위한 공급원료 가스를 수용하는 유입구(6) 및 공급원료 가스가 샤워헤드(5)로부터 배출되어 챔버(2)로 유입할 수 있는 다수의 출구(7)를 지닌다. 샤워헤드(5)는 바람직하게는 금속성이다. 샤워헤드(5)가 본 구체예에서 전극으로서 기능하지만, 추가의 또는 다른 전극 구조가 사용될 수 있다.
샤워헤드(5)에 전압을 인가할 수 있는 전원공급장치(8)가 제공된다. 바람직한 구체예에서, 전원공급장치(8)는 대략 13.56 MHz의 주파수에서 교류(AC)를 제공한다. 다른 주파수가 사용될 수 있지만, 주파수는 바람직하게는 1Hz 이상이다. 그러나, 다른 구체예에서, 전원공급장치(8)는 다른 주파스에서 AC를 공급하거나, 직류(DC)를 인가할 수 있다. 그럼에도 불구하고, AC가 바람직한데, 그 이유는 이것이 전극에서의 전하 축적 위험을 상쇄하고, 이에 따라 플라즈마가 낮은 전력 수준에서 스트라이킹되게 하기 때문이다. 스위칭 전원 또는 선형 제어 양극성 전원이 플라즈마에 커플링되어 상기 가스를 분해하고, 이온 충격을 최소화할 수 있다. 전원공급장치(8)에 의해 제공된 전력은 다르게는 이온 충격에 의해 유발될 수 있는 증착된 층에 대한 손상을 피하도록 제한된다.
챔버(2)의 저부에는 챔버(2)의 가스가 진공 펌프(10)를 사용하여 소기될 수 있는 가스 출구(9)가 존재한다. 이러한 구체예에서, 진공 펌프(10)는 터보 분자 펌프(turbo molecular pump)이다. 또 다른 구체예에서, 진공 펌프(10)는 회전 펌프이다. 진공 펌프(10)는 챔버(2)내 압력을 대략 5e-7 Torr 정도로 낮게 감소시킬 수 있다.
아세틸렌(C2H2) 공급 용기(11)가 또한 제공된다. 아세틸렌에 대한 대안의 탄소 함유 가스 또한 사용될 수 있다. 아세틸렌 공급 용기(11)는 질량 흐름 제어기(12)에 의해 조절되는 속도로 아세틸렌 가스를 챔버에 제공한다. 아세틸렌 공급 용기(11)로부터 공급되는 아세틸렌을 여과하기 위해 필터(13)가 포함될 수 있다. 보조 가스 공급 용기(14)가 또한 제공된다. 보조 가스 공급 용기(14)는 질량 흐름 제어기(12)를 통해 챔버에 제공되는 보조 가스를 제공한다. 필요에 따라, 다시 질량 흐름 제어기(12)에 보조 가스를 공급하기 위해 배열되는, 추가의 보조 가스 공급 용기(미도시됨)이 제공된다. 따라서, 질량 흐름 제어기(12)는 챔버(2) 내 아세틸렌 가스 및 보조 가스 또는 가스들의 상대적 비율을 조절할 수 있다. 챔버(2)에 제공되는 아세틸렌 가스와, 보조 가스 또는 보조 가스들의 조합물은 공급원료 가스로서 공지되어 있다. 이러한 공급원료 가스는 아세틸렌과 아세톤의 조합물을 함유할 수 있다.
바람직한 구체예에서 보조 가스는 수소이나, 대안의 또는 추가의 보조 가스들이 사용될 수 있다. 아세틸렌 공급 용기(11)는 일반적으로 가압되고, 다공성 물질을 포함한다. 아세틸렌 가스는 다공성 물질 내에 액체 아세톤((CH3COCH3) 중에 저장된다. 아세톤은 휘발성 탄화수소이고, 흔히 아세틸렌 공급 용기(11)에 의해 공급되는 것으로 나타나는데, 이에 따라 바람직하게는 순수한 아세틸렌이 아니라 아세틸렌과 아세톤의 조합물이다. 몇몇 구체예에서는, 공급원료 가스가 적어도 소정 비율의 이러한 아세톤을 보유하도록 하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이것이 하기 기술되는 가교된 폴리프로필렌 물질의 생산을 개선시킬 수 있기 때문이다.
이 구체예에서, 질량 흐름 제어기(12)는 소정 비율의 아세틸렌을 포함하는 공급원료 가스를 제공하기 위해 배열된다. 아세틸렌의 비율은 요건에 따라 임의의 값을 취할 수 있지만, 바람직한 구체예에서는 0.1 내지 25%이다. 일 예시적인 공급원료 가스는 5% 아세틸렌 및 95% 수소를 포함한다. 수소 성분은 불활성 가스, 예컨대, 아르곤, 또는 불활성 가스와 환원성 가스의 혼합물, 예컨대 아르곤 및 수소의 혼합물로 대체될 수 있다. 5% 아세틸렌은 5% 아세틸렌과 아세톤 조합물로 대체될 수 있다.
PECVD 장치(1)를 사용하여 기판(4) 상에 물질을 증착시키기 위해, 챔버(2)는 먼저 진공 펌프(10)에 의해 소기된다. 이후, 공급원료 가스는 아세틸렌 공급 용기(11) 및 보조 가스 공급 용기(14) 또는 용기들로부터 질량 흐름 제어기(12)를 통해 챔버(2)에 공급된다. 이 시점으로부터, 진공 펌프(10)가 사용되어 챔버(2)의 압력을 일정하게 유지시킨다. 이러한 압력의 조절은 또한 챔버와 진공 펌프 사이의 조절가능한 밸브를 사용하여, 또는 가스의 유속을 조절하여 달성될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 압력은 200mTorr 초과가 되도록 조절된다. 보다 낮은 압력에서, 기판(4)상의 이온 충격 에너지는 더 높아, 폴리프로필렌 층을 손상시킬 수 있으며, 특히 작동 조건이 추가로 플라즈마 불안정성을 유발할 수 있다.
공급원료 가스가 챔버(2) 내에 있으면, 전원공급장치(8)는 챔버(2) 내 플라즈마를 스트라이킹하기 위해 샤워헤드(5)에 AC 또는 DC 제공한다. 이후, 플라즈마는 정상 상태로 유지되고, PECVD 공정이 일어난다. 이에 따라, 고도로 가교된 폴리프로필렌 막이 기판 상에 증착된다. 추가의 열을 기판에 가하여 가교된 폴리프로필렌 막의 열 안정성을 증가시키도록 히터(미도시됨)을 제공하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예에서, 히터는 100℃ 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 200℃ 내지 500℃, 및 매우 바람직하게는 250℃ 내지 300℃의 온도로 열을 가하는데 사용된다. 이러한 공정 중에 UV 플라즈마 충격이 사용될 수 있다.
가교된 폴리프로필렌을 형성하는 메커니즘은 챔버(2) 내 압력에 따라 다르다. 특정 작동 조건에 의거하여 대략 5 Torr 초과의 압력에서, 고도로 가교된 폴리프로필렌이 플라즈마 내에서 생성되며, 이후, 기판 상에 증착된다. 대략 5 Torr 미만의 압력에서, 고도로 가교된 폴리프로필렌은 그 자체로 기판(4) 상에 직접 생성된다. 이러한 두 공정 간의 차이가 가교된 폴리프로필렌 막 또는 물질의 특성에 영향을 미친다.
대략 5 Torr 초과에서, 고도로 가교된 폴리프로필렌은 플라즈마 상에서 핵화하고, 함께 침강하여 기판(4) 상에 층을 형성하는 다수의 구별되는 입자를 포함한다. 이에 따라, 상기 층이 그 안에 있는 분위기가 무엇이든지 간에, 비어 있는 채로 있는 층내 영역이 존재한다. 이는 공기의 k 값이 매우 낮으므로(대략 1), 효과적인 k 값의 측면에서 유리한 효과를 갖는다. 그러나, 플라즈마 상 내에서 핵화된 물질은 추가 층의 접합을 용이하게 하는 매끄러운 상부 면을 제공하지 않는다. 필요에 따라, 후 가공으로 층을 평탄화시켜 디바이스 구조로의 집적화를 위해 매우 매끄러운 표면을 생성시키거나, 적합한 에폭시드와의 혼합으로 박막이 생성되게 할 수 있다.
대략 5 Torr 미만의 압력에서, 가교된 물질은 기판(4) 상에 직접 핵화한다. 그것의 물리적 특성은 상이한데, 특히 매끄러운 표면을 갖는 기판(4) 상에 연속 층을 형성하기 때문이다.
도 2A 및 2B는 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광학 장치로부터 얻은 플라즈마 상에서 핵화된 물질(이후, "물질 A"라 함) 및 기판 상에서 핵화된 물질(이후, "물질 B"라 함)의 스펙트럼(201, 204)을 도시한 것이다. 통상적으로 생산되는 폴리프로필렌의 대조 샘플의 스펙트럼(202) 또한 도시되어 있다.
도 2A 및 2B로부터, 5 Torr 초과의 압력에서 생성된 물질 A(201) 및 5 Torr 미만의 압력에서 증착된 물질 B(204)가 폴리프로필렌 대조 샘플(202)과 다수의 흡수 피크를 공유함을 알 수 있다. 이로부터, 두 물질 A 및 B는 폴리프로필렌 유사 골격 구조를 갖는다(즉, 이들은 폴리프로필렌 폴리머 사슬을 포함한다)고 추정할 수 있다. 그러나, 물질 A 및 B의 스펙트럼(201, 204)의 추가의 피크는, 이들이 표준 폴리프로필렌(202)과 상이함을 보여준다. 특히, 물질 A 및 B의 스펙트럼(201, 204)는 둘 모두 C=C 이중 결합(친유성 결합)과 관련된 피크를 나타낸다. 이 결합은 폴리머 사슬의 가교와 관련되며, 증가된 가교는 물질의 온도 안정성을 증진시키는 거시적 효과를 가지며, 또한 낮은 크리프 및 증진된 기계적 무결성과 같은 특정 기계적 이점을 제공한다.
플라즈마 내 에너지는 폴리머 사슬 간의 가교 생성을 돕는다. 이러한 에너지는 일반적으로 자외선을 포함하나, 다른 형태로 방출될 수 있다. 예를 들어, 자외선 함유 플라즈마의 사용은 조합된 단일 폴리머 생산 및 경화 공정 단계를 효과적으로 제공할 수 있어, 우수한 거시적 특성을 갖는 가교된 폴리프로필렌 층의 직접적인 생산을 돕는다. 플라즈마는 UV 성분을 가지며, 바람직하게는 또한 보다 높은 에너지 플라즈마 화학종, 이온 및 전자를 갖는다.
도 3은 종래의 폴리프로필렌 폴리머 사슬의 블록을 형성하는 구조 단위를 도시한 것이다. 이 단위는 반복되어 선형 폴리머 사슬을 제공한다. 가교는 선형 사슬이 서로 연결되는 지점이다.
도 2A 및 2B에서 물질 A 및 B의 스펙트럼(201, 204)의 분석은 구조 단위의 수에 대한 물질 내 C=C 결합의 수를 추정할 수 있게 한다. 도 2A는 또한 FTIR 분광기의 여러 결합의 피크 단면적을 추정하는데 사용되는, 폴리에스테르의 스펙트럼(203)을 보여준다. 결합의 상대적 단면적을 산출함으로써, 이들의 스펙트럼(201, 204)에서 Sp2C-H 및 C=C 결합의 피크 비를 비교하여 물질 A 및 B의 구조 단위 당 C=C 결합의 수를 추정하는 것이 가능하다.
상기 분석을 사용하여 물질 A 및 B가 평균적으로 폴리머 사슬의 6개 단위 당 하나 이상의 C=C 결합을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 바람직한 구체예에에서, 이 비는 4개의 단위 당 C=C 결합 하나로 증가될 수 있다. C=C 결합은 폴리머 사슬 간의 가교에 기인한다. 이는 이러한 폴리머 사슬에서 높은 가교 수준인 것이며, 우수한 열 안정성 및 무시할 정도의 크리프를 포함하는 거시적 이점을 제공한다.
도 3에 도시된 단일 구조 단위는 프로필렌으로서 공지되어 있거나, 보다 보편적으로는 프로펜으로 공지되어 있는 것이다. 이에 따라, 가교율은 사슬내 프로펜 단위 수에 대한 가교 수를 정의한다.
PECVD 방법에 의해 생성된 고도로 가교된 폴리프로필렌은 종래의 폴리프로필렌에 비해 보다 큰 열 안정성을 나타낸다. 특히, 종래의 폴리프로필렌의 융점은 대략 160℃이지만, 고도로 가교된 폴리머의 융점은 300℃ 이상이다. 특히 바람직한 구체예에서, 융점은 심지어 더 증가될 수 있다. 예를 들어, PECVD 합성 중에 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 가열함으로써 그 융점이 더 증가되며, 이후 어닐링도 그러하다. UV 플라즈마 충격과 어닐링의 조합은 물질 특성 및 폴리프로필렌의 가교를 추가로 증진시키는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 고도로 가교된 폴리프로필렌의 융점은 350℃ 이상이다.
도 4A 및 4B는 각각 물질 A 및 B의 열 안정성을 도시한 것이다. 이 물질들은 소정 온도 범위에서 진공 하에 10분 동안 어닐링되었으며, 이후, 어닐링된 결과물의 FTIR 스펙트럼이 분석되었다. 종래 제조된 폴리프로필렌의 대조 샘플의 스펙트럼(202) 또한 도 4A 및 4B에 도시되어 있다.
도 4A에 도시된 물질 A의 스펙트럼은, 상기 물질이 1000℃의 온도에서의 어닐링 후에도 그 구조를 유지함을 나타낸다. 이는 상기 온도에서도 특징적인 흡수 밴드가 보유됨으로써 나타내어진다. 유사하게, 도 4B에 도시된 물질 B의 스펙트럼은 상기 물질이 400℃ 이하의 어닐링 온도에서 그 구조를 보유함을 입증한다.
물질 A 및 B의 스펙트럼에 있어서 흡수 밴드의 상대적 강도 차는 상이한 온도에서의 어닐링에 따른 것으로 보여진다. 그러한 차는 적어도 부분적으로는 가교를 제공하는 폴리머 사슬 간의 결합에서의 변화가 원인일 수 있다. 특히, 어닐링은 C=C 이중 결합이 방향족 결합으로 대체되게 하는 것으로 추정되었다. 방향족 결합은 탄소 원자의 컨쥬게이트된 고리를 포함하며, 보다 높은 안정성을 나타낸다. 일반적으로, 방향족 결합에는 6개의 탄소 원자가 존재한다. 750℃ 초과의 어닐링 온도에서, C=C 이중 결합은 전부 방향족 결합으로 대체된다.
고도로 가교된 폴리프로필렌의 안정성은 그러한 고온에서 폴리머에 대해서는 특이적인 것이다. 이에 따라, 열화 없이 보다 광범위하게 다양한 조건에서 이러한 물질을 사용하는 것이 가능하다. 이는 폴리머 사슬 간의 높은 3차원 가교도에 기인한다.
도 4A 및 4B에서 입증된 바와 같이 물질 A 및 B의 전체 구조가 고온에서의 어닐링 전반에 그대로 유지된다고 하더라도, 물질의 거시적 특성에 대해서는 변화가 있을 수 있다. 어닐링 공정은 물질이 이후 가열되는 경우에 발생하는 거시적 변화를 제한하기 위해 물질을 열적으로 '경화(harden)"시키는데 사용된다. 이러한 추가의 어닐링 단계는 바람직하게는 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 200℃ 이상, 매우 바람직하게는 300℃ 이상의 온도에서 실시된다.
통상적인 폴리프로필렌과 비교하여 증진된 열 안정성 뿐만 아니라, 고도로 가교된 폴리프로필렌은 개선된 기계적 특성, 특히 1.5 GPa 초과의 영률, 및 10MPa 이상의 경도를 갖는다. 또한, 고도로 가교된 물질은 무시할 정도의 크리프, 증진된 기계적 특성을 나타내며, 이에 따라 산업용 세라믹에 더욱 근접하게 유사하다.
이는 물질 내 C=C 이중 결합이 3차원 네트워크 또는 매트릭스의 고도로 가교된 폴리머 사슬에 따른 것이며, 이것이 그러한 사슬 간의 상대적인 이동을 감소시키거나 억제한다는 결론을 지지한다. 관찰된 최소 크리프는 고도로 가교된 폴리머 사슬에 따른 것이며, 이것이 표준 폴리프로필렌과 비교하여 생성된 물질을 더 강하게 하는 것이다.
통상적인 폴리프로필렌과 비교하여 고도로 가교된 폴리프로필렌의 기계적 및 열적 특성은 집적 회로의 제조시 층간 절연체를 포함하는 다양한 적용에 보다 잘 적합하게 한다. 특히, 플라즈마 상에서 핵화된 고도로 가교된 물질의 k 값은 대략 1.5로서, 일 구체예에서는 1.6 ± 0.5로서 측정되며, 기판 상으로의 직접 핵화를 통해 형성된 고도로 가교된 물질의 k 값은 대략 2.5로서, 일 구체예에서, 2.24 ± 0.15로서 측정된다. 이들 값은 성장 조건에 기초하여 변할 수 있다.
고도로 가교된 폴리프로필렌 물질의 k 값은 마이크로칩의 유전층으로서 통상적으로 사용되는 물질인 이산화규소의 k 값(대략 3.9이다)보다 현저히 더 낮다. 또한, 고도로 가교된 물질의 k 값은 도 6에 도시된 바와 같이 어닐링에 의해 추가로 개선된다. 어닐링 단계가 질량 손실로 물질을 현저히 감소시키는 것으로 보이지는 않는데, 왜냐하면 이것이 감소된 두께 및 수반되는 k 값의 증가를 반영하기 때문이다. 반대로, 그리고 놀랍게도 k 값은 감소된 것으로 관찰된다.
도 5는 가교된 폴리프로필렌 물질을 포함하는 커패시터 디바이스를 도시하고 있다. 도 7은 가교된 폴리프로필렌 물질을 포함하는 집적 회로를 도시하고 있다. 도 8은 가교된 폴리프로필렌 물질을 포함하는 또 다른 집적 회로를 도시하고 있다.
본원에서 교시된 방법 및 장치는 RF 및 DC 플라즈마 뿐만 아니라 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma(ICP))를 동등하게 사용할 수 있는 것으로 인지되어야 한다.
본 발명의 기술된 구체예는 단지 예시로서 제시된 것이다. 기술된 구체예에 대한 변형, 변동 및 변경은 충분한 기술 및 지식을 가진 기술자들에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 변형, 변동, 및 변경은 특허청구범위 및 이의 등가물에서 정의된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
본 출원의 우선권인 영국 특허 출원 제 0906680.4의 명세서 및 본 출원에 수반되는 요약서의 기재는 본원에 참조로 통합된다.

Claims (49)

  1. 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생산하는 방법으로서,
    반응 챔버를 제공하는 단계;
    다수의 탄소 함유 가스로부터 하나 이상의 탄소 함유 가스를 선택하는 단계;
    하나 이상의 선택된 탄소 함유 가스를 상기 챔버에 공급하는 단계;
    상기 챔버에서 플라즈마를 스트라이킹(striking)하여 상기 플라즈마가 상기 가스 또는 가스들을 메틸 라디칼을 포함하는 상으로 분해시키는 단계;
    상기 분해된 상을 핵화시키고, 이로써 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 물질이 반복 구조 단위의 다수의 다수의 폴리머 사슬을 포함하며, 6개의 구조 단위 당 평균 하나 이상의 가교 및/또는 인접하는 폴리머 사슬에 걸쳐 다수의 가교를 지닌 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질이 6개의 sp2 탄소-수소 결합 당 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마가 자외선 성분을 지니며, 상기 자외선 성분이 폴리프로필렌 물질 내 가교 생성을 증진시키는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 자외선 성분 UV가 상기 폴리프로필렌 물질을 경화시키는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버에 제 1 및 제 2 전기 전극을 제공하는 것을 포함하며, 상기 핵화 단계가 제 1 및 제 2 전극에 걸친 전위 차를 적용하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 전압이 0.1 와트/cm2 미만의 전극 단위 면적당 전력에 상응하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 전압이 0.05 와트/cm2 미만의 전극 단위 면적당 전력에 상응하는 방법.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 전극 중 어느 하나에 배치된 기판을 제공하는 것을 포함하며, 상기 핵화 단계가 제 1 및 제 2 전극에 걸친 전위 차를 적용하여 핵화된 상을 전극 상에 증착시키고, 이로써 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질 층을 기판 상에 형성시키는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 기판이 전기 또는 전자 회로의 일부이고, 상기 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질의 증착이 상기 기판 상에 전기 절연 층을 제공하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 물질 층이 절연 또는 유전 중간층(interlayer)의 형태로 다수의 전기 부품 또는 인터커넥트(interconnect) 상에 적용되는 방법.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 물질 층이 집적 회로에서의 층간 유전체로서, 인쇄 회로판의 층간 유전체로서, 커패시터에서의, 또는 광전자 부품 또는 디바이스를 포함하는 임의의 다른 전기 부품에서의 층간 유전체로서 적용되는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 물질이 플라즈마 상에서 핵화되는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 물질을 수거하고, 이후 기판 상에 상기 물질을 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 수거된 폴리프로필렌 물질이 용액 중에 현탁되거나 용해되는 것을 포함하는 방법.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 증착이 분무 코팅, 스핀-온(spin-on) 또는 정전기 코팅에 의해 이루어지는 방법.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 보조 가스를 포함하는 캐리어 가스를 챔버에 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 하나 이상의 보조 가스가 수소, 질소, 헬륨, 아르곤, 제논 또는 그 밖의 희가스 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 하나 이상의 보조 가스가 플라즈마 내에서 가스상 성분의 분해 증진을 촉진함으로써 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 박막, 박편(flake) 또는 입자 형태로 생성하는 방법.
  20. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 보조 가스가 분해를 위해 선택된 탄소 함유 가스 또는 가스들에 비해 높은 이온화 전위를 나타내는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버 내 압력이 200 mTorr 초과로 설정되는 방법.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버 내 압력이 상기 분해 단계 동안 5 Torr 초과로 설정되는 방법.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버 내 압력이 상기 분해 단계 동안 5 Torr 미만으로 설정되는 방법.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질을 어닐링하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 어닐링 단계가 상기 핵화된 폴리프로필렌 물질의 유전 상수를 변동시키거나 감소시키기 위해 수행되는 방법.
  26. 제 24항 또는 제 25항에 있어서, 어닐링이 100℃ 초과의 온도에서 수행되는 방법.
  27. 제 24항 또는 제 25항에 있어서, 어닐링이 200℃ 초과의 온도에서 수행되는 방법.
  28. 제 24항 또는 제 25항에 있어서, 어닐링이 300℃ 또는 그 초과의 온도에서 수행되는 방법.
  29. 제 24항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어닐링 단계가 10분 이상의 시간 동안 수행되는 방법.
  30. 제 24항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어닐링 단계가 진공 또는 제어된 가스 환경에서 수행되는 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 제어된 가스 환경이 불활성 가스들 중 어느 하나 또는 불활성 가스들의 조성물을 사용하는 방법.
  32. 제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 핵화 또는 합성 단계 동안 비플라즈마(non-plasma) 수단에 의해 챔버에 추가 가열을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  33. 제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 물질을 추가로 비플라즈마 가공하는 단계를 포함하는 방법.
  34. 제 1항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 탄소 함유 가스가 아세틸렌, 아세톤, 에틸렌, 에탄올, 메탄 및 프로필렌을 포함하는 가스 또는 증기의 군으로부터 선택되는 방법.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 탄소 함유 가스가 아테릴렌과 아세톤의 조합물인 방법.
  36. 제 1항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 기판 상에 낮은 유전체 유전율 또는 k 값을 나타내는 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질을 생산하고, 상기 방법이,
    전극과 접촉하는 기판을 챔버에 제공하는 단계;
    챔버 내부의 반대 전극에 소정의 전압을 가하여 챔버 내 플라즈마를 스트라이킹함으로써 물질 층을 기판 상에 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 플라즈마가 3차원의 폴리머 가교를 증진시켜서 형성된 물질에 기계적 무결성(integrity) 및 열 안정성을 부여하는 자외선 성분을 지니는 방법.
  37. 제 1항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마를 생성시키기 위해 인가되는 전력을 스위칭함으로써 플라즈마의 에너지를 제어하고, 이로써 핵화된 폴리프로필렌 물질의 손상을 최소화하는 단계를 포함하는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 스위칭이 설정된 평균 플라즈마 파워를 달성하도록 수행되는 방법.
  39. 제 1항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  40. 다수의 반복 구조 단위로 형성된 다수의 폴리머 사슬을 포함하는 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질로서, 폴리프로필렌 물질이 6개의 구조 단위당 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 및/또는 인접 사슬을 연결하는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  41. 제 40항에 있어서, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질이 6개의 sp2 탄소-수소 결합 당 평균 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  42. 제 39항 내지 제 41항 중 어느 한 항에 있어서, 나노-미립물 또는 박편 형태로, 또는 연속 막으로서 존재하는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  43. 제 39항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 활성, 광학 기능성, 보호, 윤활, 로드-베어링(load-bearing) 및/또는 내열 코팅 중 하나 이상의 형태로 존재하는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  44. 제 39항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 1.5 GPa 초과의 영률을 갖는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  45. 제 39항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 있어서, 10MPa 이상의 경도를 갖는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  46. 제 39항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서, 1.5 내지 2.6의 k 값을 갖는, 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질.
  47. 제 1항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질의 층을 포함하는 기판.
  48. 제 1항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진 고도로 가교된 폴리프로필렌 물질로 형성된 하나 이상의 유전 층을 포함하는 집적 회로.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 층이 집적 회로의 전도성 부품 사이에 배치되는 집적 회로.
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