KR20140060462A - 플라즈마를 이용한 표면 변형 방법 - Google Patents

Abstract

플라즈마를 이용한 기판 변형 방법이 제공된다. 이러한 방법은 제1 전극(4) 및 제2 전극(6)을 제공하는 단계; 전극들(4, 6) 사이에 기판의 일부분만이 개재되도록 기판을 배열하는 단계; 및 회전하는 동안 기판의 상이한 부분들이 전극들(4, 6) 사이를 통과하도록 기판 또는 전극들(4, 6) 중 적어도 하나를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함한다. 전극들(4, 6) 사이에 플라즈마 방전이 생성되도록 전극들(4, 6) 중 적어도 하나에 전압을 공급되며, 플라즈마 방전은 전극들(4, 6) 사이를 통과하는 기판의 적어도 부분들과 접촉한다. 회전에 의해 전극들(4, 6) 사이의 기판 부분의 통과 속도(speed of transit)가 회전축으로부터 외측으로 반경 방향을 따라 달라지도록 전극들(4, 6)과 기판은 배열되며, 이를 통해 기판을 교정하는 플라즈마 방전의 속도가 기판 상에 걸쳐 달라진다.

Description

플라즈마를 이용한 표면 변형 방법{A PLASMA BASED SURFACE AUGMENTATION METHOD}

본 발명은 플라즈마 방전 공정을 이용하여 기판의 표면을 변형하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

특정의 기 설정된 표면 특성을 갖는 기판(substrate)은 생물학 및 그 관련된 사건 및 그 시험에 영향을 미친다는 것을 알고 있다. 예를 들어, 면역 시스템과 관련된 것들을 포함하는 다양한 종류의 세포와 단백질과 생체 분자의 행동 및 반응은 화학적이고 구조적 특성 및 성질에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 것들의 컨트롤은 의료 임플란트, 종양학, 줄기 세포 배양, 심부정맥 혈전증, 약물 투여, 바이오마커 분류(biomarker identification) 등과 같은 분야에 유용할 수 있다. 특히, 진단이나 치료의 형태로 사용되는 기판은 생물학적 환경이나 테스트 플랫폼을 갖는 행동 양식을 촉진하는 고유의 표면 특성을 가진다. 기판의 표면과 관계하고 있는 세포 또는 생체 분자 간에 상호 작용을 극대화하기 위해서, 그 표면은 특정 방법으로 처리될 수 있다. 그러나, 많은 경우에 이러한 처리 과정을 길며 리소스를 많이 사용하는 경향이 있다.

본 발명은 위의 상술한 분야 및 다른 분야 예를 들어 탄소 나노재료(carbon nanomaterials)와 같은 나노 기술 분야, 바이오센서, 연료 전지, 배터리, 나노화학(nanochemistry), 광촉매, 태양 전지, 나노전자(nanoelectronics) 및 약물 투여를 위한 나노입자와 같은 분야에 활용될 수 있는 기판을 처리하는 개선된 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명은 필요한 기판 표면에서 물리, 화학, 전기, 전자, 자기, 기계, 마모 저항 및 부식 저항 특성을 포함하는 넓은 범위의 기능적 특성을 발전시키는데 사용될 수 있다. 또한, 여기서 설명되는 방법은 새로운 재질, 등급으로 이루어진 증착(graded deposits), 복수의 구성으로 이루어진 증착(multi-component deposits)의 코팅을 형성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 자동차, 우주 항공, 미사일, 전력, 전자, 생물의학, 섬유, 석유, 석유화학, 화학, 철강, 시멘트, 공작 기계 및 건설 산업 등과 같은 다양한 산업에서 관심을 가질 것이다.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 청구항 1에 청구된 바와 같이 기판을 변형하는 방법을 제공한다.

플라즈마 방전(plasma discharge)은 전극의 하나에 높은 전압(high voltage)을 인가함으로써 구동된다. '높은 전압'이란 용어는 전극 사이에 플라즈마 방전을 생성하는데 충분한 전압을 의미하는 것이다. 플라즈마는 이러한 높은 전압을 전극의 적어도 하나에 공급함으로써 얻어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 바람직하게는 플라즈마 방전 처리는 대기압에서 또는 대기압에 근접하여 발생한다. 바람직하게는 플라즈마 방전 처리는 유전체 장벽 방전 처리(dielectric barrier discharge process)이다.

전극 간에 플라즈마 조건을 변화시키도록 다양한 파라미터(parameters)가 시간의 경과에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이, 이러한 처리는 상이한 기판 변형(different surface modifications)을 통해 또는 동일한 변형의 상이한 정도(different degrees of the same modification)를 통해 기판에 서로 다른 영역을 제공하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 시스템은 기판 상에 비교적 가까운 곳에서 신속하고 연속하여 본질적으로 서로 다른 화학적 또는 위상적 변화의 적용을 가능하게 한다. 예를 들어, 여기 설명된 본 발명은 사용자에게 다양한 표면 화학 또는 지형도(varied surface chemistry or topography)를 갖는 기판을 만드는 것을 허용할 것이며, 결과적으로 사용자는 복수의 조건에서 동일한 시간에 동일한 기판에 테스트할 수 있다. 이것은 전체 테스트 요구조건을 감소시키며, 최적의 기판 특성을 보다 신속하게 식별할 수 있게 한다. 또한, 이러한 다양한 기판 표면은 이러한 기판에 적용될 셀(cells), 단백질 및 기타 생체 분자(biomolecules)의 반응에서의 변이를 나타내는데 사용될 수 있다.

바람직하게는, 전극 사이에 가스가 배치되며, 높은 전압이 인가될 때 플라즈마을 생성하는 전기 방전(electrical discharge)이 전극 사이의 간격을 통해 제공된다. 처리될 전극 및 기판은 기판 또는 전극 중 하나가 회전할 때 기판의 일부만이 전극 사이를 통과하도록 배열되며, 결과적으로 기판의 일부만이 주어진 시간에 플라즈마에 노출되고 플라즈마에 의해 처리된다.

바람직하게는, 제1 및/또는 제2 전극은 회전축에 수직한 방향으로 연장되며, 결과적으로 전극 사이에서 생성되는 플라즈마는 회전축에 수직한 방향으로 연장하는 기판의 일부와 접촉하게 된다.

제1 전극의 적어도 일부와 제2 전극의 적어도 일부는 서로 실질적으로 평행하며, 실질적으로 평행한 부분들 간의 간격을 정의한다. 기판(또는 전극의 하나 또는 모두)이 회전축을 기준으로 회전함에 따라 기판의 일부는 이러한 간격을 통과한다. 플라즈마는 전극의 이러한 평행한 부분들 사이에서 생성되며 이러한 간격에서 기판의 표면을 처리한다는 것이 이해될 것이다. 기판은 실질적으로 평면(substantially planar)이며 기판의 평면은 실질적으로 전극의 이들 부분에 평행하며, 기판은 전극 사이에서 회전된다.

바람직하게는, 기판의 회전을 야기하도록 기판은 회전축을 기준으로 (제2 전극에 대해) 회전하는 플라텐 상에 배열된다. 바람직하게는, 플라텐은 회전가능한 디스크(rotatable disc)를 포함하며, 처리될 기판은 이러한 디스크 상에 탑재된다. 바람직하게는, 플라텐은 원형이며 회전축을 중심으로 한다. 대안으로, 또는 추가적으로, 처리될 기판은 원형일 수 있다.

바람직하게는, 회전가능한 플라텐은 제1 전극을 포함한다. 따라서, 플라즈마는 (제1 전극 상에 탑재된) 기판과 제2 전극 사이에서 생성된다. 제1 전극은 플라텐의 회전축을 중심으로 하는 원형 전극일 수 있으며 따라서 기판의 회전축을 중심으로 한다. 일 구조에서, 제1 전극은 전기 절연체 내에 커버될 수 있다. 이러한 전기 절연체는 기판이 놓여진 적어도 제1 전극의 표면을 커버할 수 있다. 바람직하게는, 제1 전극은 전기 절연체 내에 완전히 싸여진다. 만약 제1 전극을 전기적으로 절연할 수 없으면, 플라즈마 방전을 생성하는 조건을 만들도록 제2 전극이 조정된다. 예를 들어, 플라즈마 방전을 생성하기 위해 높은 전압이 (제1 전극 대신에) 제2 전극에 공급될 수 있다.

바람직하게는 제1 및 제2 전극은 챔버 또는 다른 형태의 인클로저 내에 배열되며, 제2 전극은 챔버에 대해 정적인 상태를 유지한다. 덜 바람직한 실시예에서, 제2 전극은 회전축으로부터 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 이동 가능할 수 있다.

바람직하게는, 제2 전극은 (제1 전극과 제2 전극 사이에 기판의 일부와 함께) 제1 전극을 따라 회전축으로부터 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 연장된다. 따라서, 바람직하게는 제2 전극은 예를 들어 와이어 전극, 관 전극 또는 막대 전극과 같은 길쭉한 부재이다. 바람직하게는 제2 전극은 회전축 근처로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장된다. 바람직하게는 제2 전극은 반경 방향 바깥쪽으로 제1 전극의 외측 가장자리로 연장된다. 제1 전극이 회전하는 플라텐의 원형 전극일 때, 제2 전극은 회전축으로부터 제1 전극의 외측 가장자리로 연장되는 것이 바람직하다. 덜 바람직하게는, 제2 전극은 비반경 방향(non-radial direction)으로 및/또는 회전축으로부터 비중심 위치(non-central position)에 배열될 수 있다. 플라즈마는 전극들 사이에 개재된 기판의 부분을 치료하도록 제1 및 제2 전극의 마주보는 부분 사이에서 생성된다.

바람직하게는, 제1 전극과 함께 플라즈마를 생성하는 제2 전극의 적어도 그 부분은 직선 전극이다. 덜 바람직하게는, 제2 전극의 적어도 이 부분은 다른 방식으로 곡선을 이루거나 굽을 수 있다.

바람직하게는 제1 및 제2 전극이 기판의 회전축으로부터 반경 방향 외측으로 연장됨에 따라, 이들 기판 사이의 방전 영역을 통과하는 기판의 통과 속도(speed of transit)는 회전축으로부터 멀어지는 반경 방향을 따라 달라진다. 회전축으로부터 더 멀어질 때, 기판은 기판이 회전축에 가까워질 때 기판의 각속도(angular velocity)에 비해 보다 높은 각속도를 가진다. 따라서, 치료하고자 하는 기판은 기판이 회전축으로 더 멀수록 전극 사이의 방전 영역을 보다 빨리 통과한다. 이와 같이, 플라즈마를 통해 기판에 전달되는 에너지 량(energy dose)은 회전축에서부터 증가하는 거리와 함께 증가할 수 있다. 이러한 효과는 예를 들어 기판의 외측 영역에 비해 동일한 기판의 내측 영역을 더 많이 치료하는 것과 같이 서로 다른 양으로 기판의 서로 다른 영역을 치료하는데 사용될 수 있다.

제2 전극은 그 길이를 따라 도관(conduit) 및 구멍(apertures)을 포함하는 길쭉한 부재일 수 있다. 가스는 이러한 도관을 통해 공급될 수 있으며, 구멍의 배열은 가스가 전극에서 배출되도록 그리고 가스가 이러한 다양한 지점을 통해 제1 및 제2 전극 사이의 간격으로 전달되도록 위치될 수 있다. 높은 전압이 이들 전극에 적용될 때 및/또는 플라즈마가 생성되었을 때 높은 전압이 기판의 표면을 교정하기 위해 적용될 때 이러한 가스는 플라즈마를 생성하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 가스는 다른 가스의 전극들 사이의 간격을 청소하는데 사용될 수 있다. 전극들 사이에 가스를 사용하는 것은 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.

덜 바람직하게는, 제2 전극은 와이어의 팁(예를 들어 볼 팁 와이어(ball-tipped wire))과 같은 점 전극(point electrode)의 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조에서, 플라즈마는 점 전극과 제1 전극 사이에서 생성된다. 점 전극은 회전축에 대해 반경 방향으로 이동할 수 있다. 이러한 전극은 기판의 특정, 개별 영역에 방전이 생성되도록 하는데 사용될 수 있다.

바람직하게는, 제2 전극은 제1 전극 상에 수직으로 배열되며, 기판의 회전축이 수직하도록 배열된다.

높은 전압이 전극들 사이에 플라즈마를 연속적으로 생성하도록 전극에 인가될 수 있다. 이는 전극 사이를 통과하는 기판의 전체 표면을 플라즈마에 노출시킬 수 있다. 대안으로, 전압으로부터 생성되는 플라즈마가 회전하는 기판의 세그먼트(segment)만을 접촉하도록 높은 전압 조건은 "펄스(pulsed)" 방식으로 순차적으로 비활성화되어 인가될 수 있다. 전극에 인가된 높은 전압은 플라즈마 방전에서 생산되는 파워의 강도(intensity or power)를 달리하도록 시간의 경과에 따라 달라질 수 있다. 높은 전압은 시간의 경과에 따라 지속적으로 또는 하나 이상의 단계가 바뀔 때 달라질 수 있다.

높은 전압은 시간적 간격을 갖는 복수의 방전을 만들도록 전극에 반복적으로 인가될 수 있다. 높은 전압의 인가 주기는 시간의 경과에 따라 달라질 수 있다.

제1 및 제2 전극 사이의 거리는 플라즈마가 생성되는 동안 시간의 경과에 따라 달라질 수 있다. 높은 전압은 플라즈마를 생성하도록 지속적으로 인가될 수 있으며, 또는 높은 전압은 플라즈마를 반복적으로 생성하도록 반복적으로 펄스(pulsed)될 수 있다. 따라서, 플라즈마가 지속적으로 생성되는 동안 또는 연속 펄스 사이에 생성되는 동안 전극 간에 거리는 달라질 수 있다. 이러한 방식으로 전극 사이의 간격을 변화시킴으로써, 동적인 플라즈마 처리 환경이 제공된다. 보다 작은 전극 간의 간격에서, 방전 필라멘트(discharge filaments)는 기판 상의 보다 작은 영역 내에 분포될 수 있다. 보다 큰 전극 간의 간격에서, 필라멘트는 서로 다른 표면 처리 효과를 생산할 수 있는 보다 넓은 영역에 걸쳐 작용한다. 부가적으로, 또는 대안으로, 시간의 경과에 따라 간격을 변화시키기 위해, 전극 간의 간격은 회전축으로부터의 거리에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 전극 사이의 간격은 플라즈마가 생성되는 영역에서 5mm보다 작은 간격에서 유지된다.

처리될 기판의 부분은 제1 전극과 제3 전극(보조) 사이를 통과하도록 배열될 수 있으며, 기판을 치료하는 이들 전극 사이에 플라즈마가 생성되도록 높은 전압이 제1 전극과 제3 전극 사이에 인가될 수 있다. 제1 및 제3 전극에 적용되는 높은 전압은 제1 및 제2 전극에 적용되는 것과 서로 다른 크기(different magnitude)일 수 있다. 부가적으로, 또는 대안으로, 높은 전압이 반복적으로 인가되는 경우, 높은 전압은 제1 및 제2 전극에 인가되는 주파수와 서로 다른 주파수에서 인가될 수 있다.

제4 또는 그 이상의 전극이 더 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 처리하고자 하는 기판의 일부는 제1 전극과 제4(그리고 가능하게는 그 이상의) 전극 사이를 통과하도록 배열될 수 있으며, 기판을 치료하는 이들 전극 사이에 플라즈마가 생성되도록 높은 전압이 제1 전극 및 제4 전극 사이에 인가될 수 있다. 제1 및 제4 전극에 적용되는 높은 전압은 제1 및 제2 전극에 인가되는 것과 서로 다른 크기일 수 있으며 및/또는 제1 및 제3 전극에 인가되는 것과 서로 다른 크기일 수 있다. 부가적으로, 또는 대안으로, 높은 전압이 반복적으로 인가되는 경우, 높은 전압은 제1 및 제2 전극에 인가되는 주파수와 서로 다른 주파수에서 인가될 수 있으며 및/또는 제1 및 제3 전극에 인가되는 주파수와 서로 다른 주파수일 수 있다.

상기 전극들 중 어느 하나 이상은 스틸, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 다른 적합한 도체(suitable conductor)로부터 만들어질 수 있다. 위에 언급된 전극들 중 어느 하나 이상은 전기적으로 절연될 수 있다. 바람직하게는, 제1 전극은 접지 전극으로 기능한다. 대안으로, 예를 들어 바이어스 전압(bias voltage)이 제1 전극에 인가될 수 있는 것과 같이 플라즈마를 생성하는데 바이어스 전압이 사용될 수 있다.

앞서 상술한 바와 같이, 전극을 통해 전위차(potential difference)가 인가될 때 플라즈마를 생성하도록 가스가 이들 전극 사이에 존재하는 것이 바람직하다. 가스는 단일 가스 공급으로부터 제공되거나 또는 여러 다른 가스 공급으로부터 제공되는 서로 다른 종류의 가스의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 가스는 단지 공기만으로 이루어질 수 있으며, 또는 가스는 공기 및 다른 가스 공급으로부터의 하나 이상의 다른 가스의 혼합물일 수 있으며, 또는 가스는 공기 이외의 가스만으로 이루어질 수 있으며, 또는 가스는 공기 이외의 다른 가스들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 가스는 증기 형태의 액체의 적어도 한 종류를 포함할 수 있으며, 이러한 액체 증기(liquid vapour)는 앞서 언급한 전달 구성들 중 어느 것에서 운반가스(carrier gas)에 의해 기판 표면으로 운반될 수 있다.

가스 또는 액체 증기는 플라즈마가 생성되었을 때 기판을 치료하는 화학 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가스 또는 액체 증기는 플라즈마에 노출되었을 때 화학적 기능성(chemical functionalities)을 포함하는 방식으로 기판의 표면을 처리할 수 있는 기능성 화학 물질(예를 들어, 알릴아민(allylamine))을 포함할 수 있다. 가스 또는 액체 증기는 플라즈마에 노출되었을 때 기판 상에 증착(deposition) 및/또는 이식(grafting) 및/또는 중합(polymerisation)이 용이한 단량체(monomers) 또는 저중합체(oligomers)(예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol))를 포함할 수 있다. 후술할 부분에서는, 가스 또는 가스 혼합물의 대상(reference)은 액체 증기의 포함(inclusion of liquid vapours)을 통해 제공될 수 있는 것들을 포함할 수 있다.

비록 본 발명에서는 다른 압력을 갖는 가스의 사용이 고려될 수 있으나, 플라즈마가 생성되는 영역에서의 가스 압력은 대기압 또는 거의 대기압인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 가스는 전극 사이의 간격으로 전달된다. 이러한 방법은 전극 사이의 공간으로 공급되는 하나 이상의 가스의 유량(flow rate)를 제어할 수 있는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 서로 다른 가스 소스(different gas sources)으로부터 서로 다른 복수의 가스들이 서로 다른 유량으로 상기 공간에 흘려가도록 함으로써 가스 혼합물이 전극들 사이에 존재할 수 있으며, 이러한 가스 혼합물은 서로 다른 가스들의 서로 다른 농도를 가진다. 이러한 유량은 전극 사이의 가스 혼합물에서 서로 다른 가스들 각각의 원하는 퍼센티지 농도(desired percentage concentrations)를 제공하도록 제어될 수 있다. 이는 위에 설명한 배달의 특정 형태를 협력하여 사용함으로써 구현될 수 있다.

서로 다른 유량으로 작동하는 복수의 가스 흐름 제어기가 전극 사이의 공간에 가스를 전달하기 위해 제공될 수 있다. 서로 다른 종류의 가스를 위한 가스 공급(Gas supplies)은 가스 흐름 제어기 각각에 연결될 수 있으며, 가스 공급 각각은 적절한 밸브를 통해 가스 흐름 제어기의 하나에 연결될 수 있다. 이러한 밸브는 선택적으로 개방되고 차단될 수 있으며, 따라서 단일한 종류의 가스가 전극 사이의 간격에 선택적으로 공급될 수 있다. 대안으로, 이러한 밸브는 선택적으로 개방되고 차단될 수 있으며, 따라서 둘 이상의 서로 다른 가스들의 조합이 전극 사이의 공간으로 공급될 수 있다.

하나 이상의 서로 다른 종류의 가스들의 각각은 서로 다른 유량에서 작동하는 복수의 가스 흐름 제어기(gas flow controllers)에 공급될 수 있다. 이와 같이, 전극 사이의 간격으로 설정된 종류의 가스를 공급하는 가스 흐름 제어기를 선택하기 위해 밸브는 선택적으로 개방되고 차단될 수 있다. 따라서, 각각의 종류의 가스의 유량은 제어될 수 있다.

이러한 밸브들은 제어 유닛을 이용하여 수동으로 제어될 수 있으며, 또는 소프트웨어를 통해 컴퓨터 인터페이스를 이용하여 자동으로 제어될 수 있다. 일 실시예에서는, 서로 다른 유량으로 가스를 공급하기 위해 4개의 가스 흐름 제어기가 제공된다. 4개의 서로 다른 종류의 가스들의 가스 공급들은 이러한 4개의 가스 흐름 제어기 각각에 연결된다. 솔레노이드 밸브가 4개의 소스 가스 라인(source gas lines) 각각 및 4개의 가스 흐름 제어기 각각의 사이에 제공되며, 따라서 4개의 밸브가 4개의 개별 가스 흐름 제어기 각각으로의 입력을 제어한다. 서로 다른 소스의 가스들의 어느 하나가 기설정된 유량으로 공급될 수 있도록 각각의 밸브는 선택적으로 개방 또는 차단될 수 있다. 이는 나중에 흐름를 조합하고 매우 넓은 농도 범위에 걸쳐 가스 혼합물을 생산하는 기능성(functionality)을 제공한다. 대안으로, 서로 다른 흐름이 별도의 채널(separate channels)을 통해 전극 영역에 전달될 수 있다. 가스 흐름 제어기, 소스 가스 및 그 관련 밸브의 개수는 필요에 따라 확대될 수 있다.

전극 사이의 공간에 가스를 공급하기 위한 가스 분배기(gas distributor)가 제공되는 것이 바람직하다. 전극 사이의 공간에 서로 다른 가스들이 도입되었을 때, 이들은 서로 다른 흐름 경로를 통해 도입될 수 있다. 서로 인접한 전극들 사이의 간격으로 서로 다른 가스들의 흐름을 공급하고 제어하도록 구성된 가스 분배기가 제공될 수 있다. 대안으로, 복수의 서로 다른 가스 흐름이 공통의 입력 라인(common input line)에 연결될 수 있으며, 이러한 공통의 입력 라인은 가스들을 혼합물로 전극 사이의 공간에 제공한다.

단일 가스 또는 가스들의 혼합물은 플라즈마가 생성되는 전극 사이의 공간에 균일하게 공급될 수 있다. 이는 예를 들어 전극 사이의 공간으로 가스 또는 가스들의 혼합물을 균일하게 공급하기 위한 슬롯(slot) 또는 노즐을 구비한 가스 분배기를 사용함으로써 구현될 수 있다.

전극 사이에서 가스 또는 가스들의 흐름을 달리함으로써, 플라즈마 조건을 변화시키거나 그렇지 않으면 하나 이상의 가스의 농도를 변화시키는 것이 가능하며, 따라서 교정(modification)으로 이어질 표면 처리를 변화시키는 것이 가능하다. 따라서, 가스 또는 가스들의 혼합물은 플라즈마가 생성되는 전극 사이의 공간에 비균일하게(non-uniformly) 공급될 수 있다. 예를 들어, 가스 또는 가스들의 혼합물은 전극 사이의 복수의 지점들(loci)에 공급될 수 있다. 이는 가스 또는 가스들을 복수의 구멍을 통해 공급함으로써 구현될 수 있다. 이러한 구멍들은 동일한 크기이거나 서로 다른 크기일 수 있다.

부가적으로, 또는 대안으로, 전극 사이의 공간으로 공급되는 가스 또는 가스들의 혼합물의 유량은 처리될 기판을 따라 달라질 수 있다. 이와 같이, 일 영역에서는 보다 높은 유량이 전극 사이에 제공될 수 있으며, 다른 영역에서는 보다 낮은 유량이 전극 사이에 제공될 수 있다. 처리될 기판을 따라 유량에서의 이러한 변화는 연속적이거나 점진적일 수 있으며, 또는 이러한 변화는 유량에서 하나 이상의 단계적 변화를 포함할 수 있다. 가스 유동(gas flow)에서의 변화는 처리하고자 하는 기판에 정의된 국부적 변화를 제공하도록 하는 방식으로 선택될 수 있다. 구멍들을 통해 서로 다른 유량을 제공하고 관련 플라즈마 조건에서 수반되는 효과(attendant effects)를 함께 제공하고 이를 통해 교정(modification)을 제공하도록, 가스 또는 가스들은 서로 다른 크기를 갖는 복수의 구멍을 통해 전극 사이의 공간으로 공급될 수 있다.

추가적으로, 또는 대안으로, 기판을 따라 공간적으로 가스 또는 가스들의 유량을 변화시키기 위해, 가스 또는 가스 혼합물의 유량은 시간의 경과에 따라 달라질 수 있다. 부가적으로, 또는 대안으로, 가스 유동의 방향은 플라즈마 조건에서 변화를 제공하도록 플라즈마 공정 중 또는 연속하는 플라즈마 공정 사이에서 달라질 수 있다.

바람직하게는, 플라즈마 공정 전에 다른 가스 영역을 청소하기 위해 가스는 전극 사이의 영역에 제공된다. 이러한 퍼지 가스(purge gas)는, 전극에 전위차를 인가함으로써 플라즈마가 생성될 때 존재하는 가스 또는 가스들과 동일하거나 다른 것일 수 있다. 퍼지 가스는 처리될 기판 전체를 커버하도록 또는 전극 사이의 영역을 주로 차지하도록 공급될 수 있다. 전극 및 기판은 챔버 또는 다른 인클로저 내에 수용되는 것이 바람직하며, 퍼지 가스는 플라즈마 공정 전에 다른 가스의 전체 챔버를 청소하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 기판과 다른 가스 사이에 장벽을 제공하기 위해서 퍼지 가스는 처리될 기판을 덮도록 제어될 수 있다. 이러한 구조에서, 샘플 공정 전에 전체 챔버를 청소하기 위한 요구사항은 무효화될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 제2 전극은 가스 분배를 직접 제공할 수 있으며, 제2 전극은 이러한 전극으로부터 가스 또는 가스들이 배출되도록 통풍구(vents), 구멍 또는 슬롯을 가진다. 대안으로, 가스 분배기가 전극과 분리된 부재로서 제공될 수 있다. 이러한 분리된 부재는 위에 설명된 바와 같은 가스 유동을 허용하도록 슬롯 또는 천공될 수 있으며, 또는 통풍구를 가질 수 있다. 또한, 제2 전극 및 하나 이상의 분리된 부재 모두는 조합된 가스 분배기로 기능할 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배기 중 하나는 청소에 사용되는 가스를 공급할 수 있으며, 다른 가스 분배기는 플라즈마 처리 공정 동안 기판을 교정하는데 사용되는 가스를 공급하기 위해 사용될 수 있다.

전극에 인가되는 높은 전압 및/또는 전극 사이의 간격에서의 가스 유동 모두는 피드백 메커니즘에 기초하여 제어될 수 있다. 이러한 피드백 메커니즘은 전극 사이의 방전의 전기적 특성을 감지하거나, 전극 사이의 방전의 광학적 특성을 감지하거나, (예를 들어, 플라즈마 처리 전에, 중에, 또는 후에) 전극 사이에 존재하는 가스들을 분석할 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 전극 및 기판은 챔버 또는 인클로저 내에 배열되는 것이 바람직하다. 기판은 자기장에 의해 움직일 수 있는 하나 이상의 부재에 의해 회전 가능하게 지지되는 것이 바람직하다. 마그네틱 구동 유닛(magnetic drive unit)은 자기장을 생성하기 위해 제공될 수 있으며, 이러한 자기장은 축을 중심으로 기판이 회전되도록 지지부재를 회전시킨다. 마그네틱 구동 유닛은 챔버의 외부에 배열되는 것이 바람직하며, 자기장은 챔버 벽을 통과하여 지지부재의 회전을 드라이브하며 이를 통해 기판의 회전을 드라이브한다. 바람직하게는, 지지부재는 위에 설명한 회전 가능한 플라텐이다. 대안으로, 제2 전극은 회전축을 기준으로 회전될 수 있으며, 마그네틱 구동은 제2 전극을 이동시킬 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 제1 전극을 포함하는 회전가능한 플라텐은 기판을 회전시키는데 사용되는 것이 바람직하다. 시스템은 플라텐이 처리될 기판을 고정하는데 사용되는 트레이(tray)를 수용하도록 설계된다. 이러한 트레이는 기판이 트레이에 고정될 수 있는 또는 기판이 트레이에 단단히 고정될 수 있는 형태인 것이 바람직하다. 이러한 트레이는 기판의 신속한 교환을 제공하며, 전기 절연체에 의해 커버될 수 있는 그 하측의 플라텐과의 어떠한 부정적 작용으로부터 기판을 보호한다. 또한, 이것은 로딩챔버(loading chamber)와 플라즈마 처리 챔버 또는 인클로저(plasma treatment chamber or enclosure) 간에 보다 용이한 자동 기판 교체를 가능하게 만든다. 또한, 각각의 연속적 공정을 위해 청소 가능한 트레이 또는 교체가능한 베이스 재질을 갖는 트레이의 사용은 이전의 기판 처리 공정에서 발생하는 오염의 영향을 제거한다. 또한, 이러한 트레이의 특성은 기판이 핫 엠보싱(hot-embossing) 또는 진공 성형(vacuum forming)과 같은 공정에 의해 보다 용이하게 전처리(pre-treated) 또는 후처리(post-treated)되는 걸 가능하게 한다. 또한, 이러한 트레이의 프레임은 기판의 액체 커버리지(liquid coverage)를 필요로 하는 후속 공정에서 컨테이너의 측벽으로 기능할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 공정은 기판 표면의 표면 화학(surface chemistry), 지형도(topography) 또는 형태(morphology)를 직접적으로 변화시키거나 이식 또는 중합을 통해 표면에 화학종(chemical species)을 추가로 부가할 목적으로 이러한 표면 화학, 지형도 또는 형태를 화합물과 함께 활용하여 변화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 공정은 화학 성분 또는 기판 표면의 가장 상측 영역의 거칠기를 변형시킬 수 있거나 표면에 속박될 그 표면 상의 화합물을 위해 제공할 수 있다. 일례에 따르면, 폴리스틸렌 기판(polystyrene substrate)은 대기 중에서 생성된 플라즈마에 의해 처리되며, 상기 기판은 1.19nm 내지 2.10nm의 Ra표면 거칠기 변화를 보여준다. 앞서 설명된 바와 같이, 기판 표면에 걸쳐 화학, 지형도 또는 형태를 변형시키기 위해 정도를 달리하여 다양한 방법이 공정에 사용될 수 있다. 다음 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합은, 기판에 걸쳐 공정의 정도를 달리하는데; 전극 사이에서의 가스 유량을 공간적으로 및/또는 일시적으로 달리하는데; 전극 사이에서의 기판의 속도 또는 회전을 달리하는데; 전극에 인가되는 전류 및/또는 전위차를 달리하는데; 그리고 전극에 인가되는 전류 및/또는 전위차에서 주파수를 달리하는데 사용될 수 있다.

생물학적 또는 비생물학적 분자가 기판의 특정 영역에 로딩될 수 있으며, 이러한 생물학적 또는 비생물학적 분자는 플라즈마 처리를 할 때 이식(grafting) 또는 중합(polymerisation)을 유도하거나 다르게는 기판의 표면 화학, 형태 또는 지형도를 변형시킨다.

바람직하게는, 플라즈마 처리는 전극 사이에 가스를 제공함으로써 그리고 전극에 전위차를 인가함으로써 기판 표면의 거칠기를 증가시킬 수 있으며, 기판에 융막 처리(ablative treatment)를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 기판에 화학적 기능성이 이식되게 플라즈마가 작용하도록 전극 사이에 가스를 제공함으로써 그리고 전극에 전위차를 인가함으로써 화학적 기능성은 기판에 이식될 수 있다. 기판에 화학적 기능성을 이식하기 전에, 액체 또는 젤이 화합물과 함께 기판의 표면을 코팅하기 위해 제공될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안으로, 기판은 기판에 전달될 컴포넌트 및/또는 화학적 기능성을 가지는 홀더(예를 들어, 필름) 상에 배치될 수 있으며, 공정 중 화학 잔기(chemical moieties)의 일부 또는 전부가 기판의 표면에 전달되도록 기판과 기판 홀더 모두는 플라즈마 처리된다.

플라즈마 처리는 단량체 및/또는 중량체를 기판 표면에 균일하게 또는 비균일하게 증착할 수 있다. 부가적으로, 또는 대안으로, 플라즈마 처리는 단량체 및/또는 중량체를 기판 표면에 균일하게 또는 비균일하게 중합할 수 있다.

바람직하게는, 기판은 플라즈마를 이용하여 처리될 수 있으며 이후 기판의 다른 지점을 중심으로 기판이 회전되도록 회전축에 대해 이동될 수 있다. 플라즈마가 기판의 동일한 영역에 대해 두 번 처리할 수 있다. 이러한 방식은 서로 다른 수준의 처리를 가지는 띠(bands having different levels of treatment)를 생성하는데 사용될 수 있다.

상술한 플라즈마 처리 종류의 어느 둘 이상의 조합이 동일한 기판에서 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 공정은 후속 공정으로 수행될 수 있거나 또는 연속적으로 발생할 수 있다. 이러한 공정이 연속적으로 발생할 때, 전극 사이의 가스 또는 가스 혼합물은 여러 공정이 공동 방식으로 진행되도록 선택된다.

기판 표면 아래의 특정 깊이 범위까지 기판의 화학, 지형도 또는 형태가 변형되도록 하는데 본 발명이 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 기판은 적어도 5나노미터의 깊이까지, 또는 적어도 10나노미터의 깊이까지, 또는 적어도 20나노미터의 깊이까지, 또는 적어도 40나노미터의 깊이까지, 또는 적어도 60나노미터의 깊이까지, 또는 적어도 120나노미터의 깊이까지 변형될 수 있다. 기판이 변형되는 깊이는 기판의 서로 다른 영역에 따라 달라질 수 있다.

다음 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합은, 기판에 걸쳐 처리 깊이를 달리하기 위해; 전극 사이에서의 가스 유량을 공간적으로 및/또는 일시적으로 달리하기 위해; 전극 간의 간격을 공간적으로 및/또는 일시적으로 달리하기 위해; 전극 사이에서의 기판의 속도 또는 회전을 달리하기 위해; 전극에 인가되는 전류 및/또는 전위차를 달리하기 위해; 그리고 전극에 인가되는 전위차에서 주파수를 달리하기 위해 달라질 수 있다.

바람직하게는, 기판은 플라즈마에 처리되기 전에 전처리(pre-processed)될 수 있다. 이러한 전처리는 표면 과학 및 공학 분야에서 공지된 처리과정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판은 엠보싱(embossing), 진공 성형(vacuum forming), 리소그래피(lithography), 사출 성형(injection moulding), 스퍼터링(sputtering), 화학 처리(chemical treatment, 예를 들어 실란 유도체를 사용하는 등), 레이저 제거(laser ablation), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 이온 빔 에칭(ion beam etching), 펀칭(punching), 절단(cutting), 탑재(mounting), 부착(adhering), 용접, 기계적으로 고정(mechanically fixing) 또는 기판 캐리어에 수용(housing)과 같은 프로세스를 통해 전처리될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

바람직하게는, 플라즈마 처리 후에 생산된 기판은 표면 과학 및 공학 분야에서 공지된 처리과정을 통해 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 기판은 엠보싱(embossing), 진공 성형(vacuum forming), 리소그래피(lithography), 스퍼터링(sputtering), 화학 처리(chemical treatment, 예를 들어 실란 유도체를 사용하는 등), 레이저 제거(laser ablation), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 이온 빔 에칭(ion beam etching), 펀칭(punching), 절단(cutting), 탑재(mounting), 부착(adhering), 용접, 기계적으로 고정(mechanically fixing) 또는 기판 캐리어에 수용(housing)과 같은 프로세스를 통해 처리될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명은 상술한 방법(들)을 수행하기 위한 시스템을 제공한다. 따라서, 본 발명은 청구항 30에 청구된 바와 같은 시스템을 제공한다.

이러한 시스템은 상술한 방법의 특징들의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 메커니즘은 기판이 탑재되는데 사용되는 회전 가능한 플라텐을 포함할 수 있으며, 상기 플라텐의 일부분만이 주어진 시간에 전극 사이를 통과한다.

상술한 바와 같이, 본 발명자는 공정 동안에 제1 및 제2 전극 간에 간격을 동적으로 변화시키는 것이 플라즈마의 조건을 제어하는데 유용하다는 것을 인식하였다. 이러한 개념은 그 자체로 발명이 될 것으로 생각된다. 따라서, 제2 측면에서, 본 발명은 청구항 32에 청구된 바와 같이 기판을 변형하는 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 측면과 관련하여 위에 상술한 특징들의 어느 하나 또는 이들의 조합은 본 발명의 이러한 제2 측면의 특징들에 참조될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 제2 측면에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명자는 전극들 사이에 비균일한 유량을 제공하는 것이 플라즈마의 조건을 제어하는데 유용하다는 것을 인식하였다. 이러한 개념은 그 자체로 발명이 될 것으로 생각된다. 따라서, 제3 측면에서, 본 발명은 청구항 33에 청구된 바와 같이 기판을 변형하는 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 측면과 관련하여 위에 상술한 특징들의 어느 하나 또는 이들의 조합은 본 발명의 이러한 제3 측면의 특징들에 참조될 수 있다. 예를 들어, 가스는 복수의 구멍을 통해 전극과 기판 사이의 영역에 공급될 수 있으며, 가스는 서로 상이한 구멍을 통해 서로 다른 유량을 가질 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 제3 측면에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명자는 전극에 인접한 도관으로부터 전극 사이의 영역으로 가스를 공급하는 것이 유용하다는 것을 인식하였다. 이러한 개념은 그 자체로 발명이 될 것으로 생각된다. 따라서, 제4 측면에서, 본 발명은 청구항 36에 청구된 바와 같이 플라즈마를 이용하여 기판을 변형하는 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 측면과 관련하여 위에 상술한 특징들의 어느 하나 또는 이들의 조합은 본 발명의 이러한 제4 측면의 특징들에 참조될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 제4 측면에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명자는 마그네틱 구동을 이용하여 기판을 회전시키는 것이 유용하다는 것을 인식하였다. 이러한 개념은 그 자체로 발명이 될 것으로 생각된다. 따라서, 제5 측면에서, 본 발명은 청구항 37에 청구된 바와 같이 기판 처리 챔버에서 기판을 회전시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 측면과 관련하여 위에 상술한 특징들의 어느 하나 또는 이들의 조합은 본 발명의 이러한 제5 측면의 특징들에 참조될 수 있다. 예를 들어, 이러한 메커니즘은 기판을 회전 가능한 방식으로 지지할 수 있으며, 자기장은 메커니즘과 기판을 회전시킨다. 또한, 본 발명은 본 발명의 제5 측면에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템을 제공한다.

도 1은 바람직한 실시예에 따른 장치의 개략도이다.
도 2는 대기압 플라즈마 반응 챔버의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 가스 소스 제어(gas source control)의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 공기 중에서 플라즈마 프로세스에 의해 처리된 폴리프로필렌 기판에 대한 데이터를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 플라즈마 공정이 질소 가스를 사용하여 수행되었을 때 기판 표면에 스트립을 따라 거리(function distance)에 따라 교정된 기판의 표면에 생성된 산소와 질소의 농도를 도시한다.
도 5c는 조건의 일관성을 나타내는 대기 중의 플라즈마 공정 영역 내에서 동일한 반경의 원호를 따라 위치(function of position)에 따라 교정된 기판의 산소와 탄소의 농도를 도시한다.
도 6은 질소 가스를 이용한 플라즈마 공정에 대한 스택트 엑스레이 광전자 분광법 데이터를 도시한다.
도 7은 가스 분배기 및 전극 배치의 일 실시예의 일례를 도시한다.
도 8은 플라즈마 공정이 질소와 암모니아 가스 혼합물을 사용하여 수행되었을 때 기판 표면에 위치에 따라 기판 표면에서의 산소와 질소의 농도를 도시한다.
도 9는 플라즈마 공정이 도 5a 및 도 5b의 데이터를 생성하기 위해 사용된 것과 다른 가스 흐름 분배를 통해 수행되었을 때 기판 표면에 위치에 따라 기판 표면에서의 산소와 질소의 농도를 도시한다.
도 10은 전극 간에 가스를 공급하기 위한 가스 분배기의 일 실시예를 도시한다.
도 11은 전극 사이의 간격 및 이들 전극에 공급되는 전력이 기판의 회전에 따라 어떻게 변화되는지의 일례를 도시한다.
도 12는 플라즈마 에너지 밀도에 따라 나타낸 기판 표면에서의 탄소와 산소와 질소의 농도를 도시한다.
도 13은 기판 위치에 따라 나타낸 교정된 기판에서의 산소 질소 비(oxygen to nitrogen ratio)를 도시한다.
도 14는 가스 분배기 배열의 일 실시예를 도시한다.
도 15는 기판 반경(substrate radius)에 걸쳐 다양한 가스 유동(gas flows)을 도시한다.
도 16은 전극 간에 플라즈마 에너지 밀도 및 가스의 드래그 구성이 기판의 반경을 따라 어떻게 변화하는지를 도시한다.
도 17 및 도 18은 질소 암모니아 환경에서 처리된 PP 기판에 대한 스택트 질소 산소 XPS 이미지의 일례를 도시한다.
도 19는 국부적인 가스 유동 제어 공정 후에 PP 기판(PP027)에서의 표면 변형 구배(surface modification gradient)를 따라 다양한 위치에서 TOF-SIMS에 의해 감지된 원자 질량 12, 13, 16 및 17의 강도를 도시한다.
도 20은 공정 동안 가스 유동 위치 제어에 따른 결과로서 스트립 확장 중심 영역에서의 질소 및 질소:산소 비의 증가를 나타내는 스택트 XPS 이미지의 일례를 도시한다.
도 21은 회전 공정 내에서 회전축을 중심으로 배열된 복수의 전극의 일 실시예의 일례의 개략도이다.
도 22는 회전 공정 내에서 유전체 또는 전극 재료 표면 상에 표면 패턴의 일 실시예의 일례의 개략도이다.
도 23은 회전 공정 내에서 전극 간격의 가변적 높이 조절의 실시예의 일례의 개략도이다.
도 24a는 잔류 가스의 분석의 일례를 도시하며, 도 24b는 화학물을 전극에 배달하는 일 실시예의 흐름도이다.
도 25는 회전 공정 내에서 가스 유동용 구멍을 갖는 길쭉한 전극의 일 실시예의 일례의 개략도이다.
도 26은 헬륨 산소 혼합물(helium oxygen mixture)에서 전극에 운반되는 헥사 메틸 디 실록산(hexamethyldisiloxane)에 의해 플라즈마 처리된 PP 기판에 관한 적층된 XPS 데이터의 일례를 도시한다.
도 27은 3차원 표면 형상을 생성하기 위해 회전 공정 내에서 처리된 기판의 진공 성형의 일 실시예의 일례의 개략도이다.
도 28은 회전 공정 내에서 처리된 기판의 전처리 기법(pre-processing techniques)의 실시예의 예의 개략도이다.
도 29는 회전 공정 내에서 처리된 기판의 후처리 기법(post-processing techniques)의 실시예의 예의 개략도이다.
도 30은 플라즈마 공정을 사용하여 생산된 기판에서 다양한 표면 조건에 반응하는 셀 표면(cell surface)의 일례이다.

도 1은 본 발명의 가능한 실시예에 따른 장치의 개략도이다.

도 2는 대기압 플라즈마 반응 챔버(2)의 일 실시예를 도시한다. 챔버는 회전 플라텐(4)과 와이어 전극(6)을 수용하며, 플라텐(4)은 접지 전극의 역할을 하며, 와이어 전극(6)은 플라텐(4) 상에 이격되어 배열된다. 와이어 전극(6)은 회전 플라텐(4)의 반경에 따라 배치된다. 플라즈마를 생성하기 위해 두 개의 전극(4, 6) 사이의 공간에 가스를 공급하기 위한 가스 분배기(8)가 제공된다. 구체적으로, 기판이 두 개의 전극(4, 6) 사이에 위치하고 이러한 기판이 회전하는 플라텐(4)에 의해 회전되도록 기판은 회전 플라텐(4) 상에 탑재된다. 두 전극 사이에 플라즈마 방전이 발생하도록 높은 전압이 플라텐 전극과 와이어 전극 사이에 인가된다.

이러한 구조는 플라즈마 형태로 생성된 방전 영역을 통해 기판의 통과 속도(speed of transit)에 변동을 발생시키며, 이러한 통과 속도는 플라텐의 반경에 따라 변한다. 이러한 속도 변화는, 회전축으로부터의 변동과 직접 관련이 있으며, 플라텐에 탑재된 기판에 인가되는 에너지 량과 전력 밀도에서 관련된 변화를 야기한다.

본 발명은 전극 간에 조건이 예를 들어 유전체 장벽 방전 플라즈마(dielectric barrier discharge plasma)와 같은 플라즈마를 생성하고 제어하는데 요구되는 것들을 포함하는 신규하고 진보한 방법을 제공한다. 유전체 장벽 방전에 있어서, 주요한 구성요소는 전극과, 마이크로 스트리머(micro-streamers)의 형태로 (또는 적절한 조건에서 빛으로) 생성되는 전기 방전의 특성, 및 전극 사이의 유전체 간격을 구성하는 가스의 조성이다. 실제로 플라즈마 조건은 주로 유전체 특성에 의해 결정되며, 이러한 유전체 특성은 방전이 통과하는 가스(공기 또는 다른 가스) 특성의 결과물이다.

지금까지 사용된 유전체 장벽 방전 시스템에서는, 가스가 방전 영역에 균일하게 제공된다. 표면 화학 및/또는 지형도에서 잘 정의된 국부적인 변화를 발생시킬 수 있는 강화되거나 고유한 유전체 장벽 방전 작동 조건을 생성하기 위한 수단으로서 비균일한 가스 분배(non-uniform gas distribution)의 제공은 여기에 기록된 본 발명의 일부이다. 바람직한 실시예에서는, 분산 가스(공기 또는 다른 가스)를 전극 간의 틈새(간격)에 공급하는 독특한 형태와 특정 속도 및 각도 조건에서 기판을 회전시키는 것을 조합시킨 처리시스템을 제공한다. 특히, 가스(공기 또는 다른 가스)는 작동 전극(와이어 전극)의 길이를 따라 출구 지점(exit points)을 통해 작동 전극에 제공되며, 출구 지점은 작동 전극에 대해 기판의 이동하는 회전 아크(rotational arc)를 기준으로 주입 지점(point of injection)의 위치에 따라 유동이 증가하는 지점(loci of increased flow)을 생성한다. 도 14는 별개의 지점(loci)에 가스를 공급하기 위한 복수의 채널(10)을 포함하는 가스 분배기(8)가 와이어 작동 전극(6) 상에 배열되는 일 실시예를 도시한다. 이러한 배열은 이들 영역에서 생성된 여기 종(excited species)에 관련하는 국부적 변화(associated localised variations)를 제공하는 방식으로 와이어 전극의 길이를 따라 플라즈마 조건을 변화시키며, 따라서 이들 지점에 인접한 영역에서 표면 변형(surface modification)의 발생하는 정도를 변화시킨다.

주입 지점에서의 가스 유동(Gas flow)은 와이어 전극 상의 가스 분배기에서 배출되는 가스의 유동 방향을 통과하는 접지 전극(플라텐)의 이동(transition)에 의해 영향을 받는다. 샘플이 자리한 작동 전극의 반경에 걸쳐, 국부적인 유전체 장벽 방전 작동 조건(localised dielectric barrier discharge operational conditions)의 변위가 기하 급수적으로 증가하는 속도로 생성된다. 기판/플라텐 조립체의 회전 운동에 의한 가스의 끌림(Drag on)은 회전 방향을 따라 가스 유동 특성에 영향을 준다. 이로 인해, 회전 방향으로 이동되는 가스는 중심에서 외측으로 방사상으로 작용하는 비례 원심력(proportional centrifugal force)의 영향을 받으며 기판 표면에 근접하게 된다. 가스 분배기로부터 가스 유동 속도의 조합 및 플라텐의 회전 속도는 층류와 난류 사이의 전환을 제공하는데 사용될 수 있다. 이와 같이, 플라텐의 속도(speed of the platen) 및 유입구 가스 분배의 구조(configuration of the inlet gas distribution) 모두는, 위에 표시된 특정 표면 지점 영역에서의 가스 유량 및 농도를 제어하는데 사용될 수 있다. 이는 유전체 장벽 방전에서 발생하는 것으로 알려진 화학 종(chemical species)의 여기(excitation) 정도에 중요한 변화를 야기시키며, 따라서 기판 표면 변형에 이와 관련된 영향을 미친다.

도 15는 회전축(x-축)으로부터 외측으로 반경 거리(밀리미리 단위)에 따라 가스 분배기로부터 가스 유동에서의 변화, 현장 챔버 가스 유입(chamber gas ingress)에서의 변화 및 회전 드래그 효과(rotational drag effect)의 영향(이들은 모두 전극 사이의 방전 영역에서 발생함)의 예를 묘사하는 세 개의 지표를 도시한다.

또한, 방전 영역에 걸쳐 기판의 반경 방향 변위(radial displacement) 증가는 회전 중심에서 외측으로 전극의 길이를 따라 기판에 의해 경험되는 플라즈마 에너지 량(plasma energy dose)에서 지수 감소(exponential decrease)를 초래하며, 이는 기판과 상호 작용하는 여기 종의 농도에서 이와 관련된 단위 표면적당 감소(associated per unit surface area reduction)를 발생시키며, 기판 변형의 결과 정도에 영향을 미친다.

도 16은 회전축(x-축)으로부터 외측으로 반경 거리(a function of the radial distance)를 따라 (전극 간에 방전 영역에서) 에너지 밀도(energy density)와 드래그 구성(drag component)이 어떻게 변화하는지를 나타내는 두 개의 지표를 도시한다.

이러한 요인들(factors)의 통제 조합(controlled combination)을 통해, 기판의 표면에 걸쳐 단계적인 화학적 기하학적 변화가 생성될 수 있다.

플라텐은 챔버 벽(chamber walls)을 통해 자기적 구동에 의해 회전될 수 있다. 구동 모터의 위치는 각도 인코더(angular encoder)를 사용하여 컨트롤 소프트웨어(control software)에 피드백될 수 있다. 각도 인코더는 와이어 전극 하측의 플라텐의 회전 위치를 나타내는데 사용될 수 있다.

고전압 작동(high voltage actuation)은, 이러한 작동이 특정 크기를 갖는 플라텐의 특정 섹터 내에서 발생되도록(케이크를 원하는 크기의 섹터로 자르는 것과 동일) 소프트웨어를 통해 제어/시동될 수 있다.

또한, 소프트웨어는 다음과 같은 것들의 어느 하나 이상을 제어하는데 사용될 수 있다: 플라텐의 회전 속도, 방전에서 생산되는 강도/전력 또는 플라텐의 특정 섹터에서 발생하는 방전 사이클(반복) 횟수. 이것은 전력과 속도 및 사이클 횟수 측면에서 작업자의 조건에 따라 다양한 변수(parameters)를 갖는 동일한 플라텐에 놓여진 기판을 처리하는데 사용될 수 있다. 이러한 방법은, 선택된 영역에서의 치료(treatment)가 회전축으로부터 동일한 반경 거리를 갖는 기판 상의 지점들에서 (그리고 동일한 제어 변수 아래에서 치료되는 설정 섹터 내에서) 동일하도록 제어될 수 있다. 치료의 변화도(gradient of treatment)는 회전 플라텐의 반경을 따라 발생한다. 그러나 전극은, 원하는 에너지 밀도 구배(desired energy density gradient)를 생성하고 이를 통해 기판 표면의 변형 패턴에 일치되도록 하기 위해 변형될 수 있고 플라텐의 중심과 외측 모서리 사이에 다양한 방향으로 배열될 수 있음이 이해될 것이다.

로터리 인코더(rotary encoder)는 플라텐의 각도 위치에 관한 값 및 그에 따른 기판의 각도 위치에 관한 값을 제공하는데 사용될 수 있다. 로터리 인코더로부터 제공되는 피드백은, 치료 섹터(any treatment sector)에서의 각도 회전(angular rotation)을 통해 전력의 컴퓨터 제어 변위(computer controlled variation of the power)를 허용하는데 필요한 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 이것은 회전 방향에 따른 기판의 치료 각도에서 추가적인 변위를 제공할 수 있다. 따라서 표면 치료에서 2차원 기울기, 즉 반경 방향의 기울기와 결합되는 원주 방향의 기울기가 기판에 제공될 수 있다.

또한, 각도 회전을 통해 기판 표면의 특정 영역에 전달되는 방전 전력(discharge power)의 변위 제공(provision of variation)은 3차원(3D)에서의 제어된 표면 처리 구배(controlled surface treatment gradients)를 포함할 수 있으며, 3차원(즉, 샘플 표면의 깊이)에서의 이러한 치료의 효과는 나노 미터 스케일에서 측정된다. 대안으로, 각각의 층에서 처리는 요구 특성이 포함된 3차원 구조로 구현되도록 레이어 바이 레이어 제조 방법(layer-by-layer fabrication methodology)과 결합될 수 있다.

또한, 방전 행동(discharge behaviour)은 피드백 메커니즘(feedback mechanisms)을 통해 제어될 수 있음이 여기서 예상된다. 예를 들어 이러한 제어는, 방전의 전기적 특성(electrical characteristics) 분석을 통한 피드백, 방전의 분광 특성(spectroscopic properties)을 통한 피드백, 또는 프라즈마 공정 중 또는 공정 후의 분석 가스(analysis gases)에 기초한 피드백에 기초될 수 있다.

기판의 특정 영역에서 국부적 또는 다양한 치료를 달성하기 위해, 전극 조립체(electrode assembly)는 이러한 기판의 특정 영역에서 방전의 효과적 마스킹(effective masking of the discharge)을 달성할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.

바람직한 실시예는 다양한 가스 및 가스 혼합 환경에서 작동하도록 방전을 제어할 수 있는 능력을 가진다. 이는 위에 표시된 기판 표면에 계층화된 처리 효과(layered treatment effects)를 만드는 시설(facility)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 표면 거칠기는 융막 처리 효과(ablative treatment effect)를 제공하는데 접합한 선택된 가스 혼합물(selected gas mixtures)과 방전 파라미터(discharge parameters)를 이용한 치료를 통해 유도될 수 있다. 마찬가지로, 화학적 기능성(chemical functionalities)은 선택된 가스/증기 및 표면 액체/젤 혼합물 및 적절한 방전 파라미터를 이용하여 표면에 연속적으로 이식될 수 있다. 화학성 및 적절한 표면 거칠기를 노출하기 위해 추가적 절제 치료가 사용될 수 있다. 에이징(ageing)을 위한 대기압 플라즈마 처리된 표면(atmospheric pressure plasma treated surfaces)은 화학적 기능성 및 습윤성(wettability)과 같은 관련 특성에 영향을 미치는 것이 일반적이다. 이와 같이, 기판 표면 특성의 추가적 기능성은 공정 후 경과 시간에 관련한다.

바람직한 실시예는 가스 또는 가스 혼합물의 방전 영역으로의 흐름을 제어한다. 도 3은 바람직한 실시예에 사용될 수 있는 가스 제어 메커니즘의 형태를 도시한다. 이러한 가스 흐름은 질량 유동 제어기(mass flow controllers)를 통해 제어된다. 각각의 질량 유동 제어기는 정밀하게 제어된 유량 수준(accurately controlled flow levels)을 제공함으로써 최종 혼합물에서 각 가스의 일정 비율 농도(predetermined percentage concentrations)를 제공할 수 있기 위해 상이한 유량 범위(20 L/min, 5 L/min, 0.5 L/min, and 0.01 L/min)에서 작동한다. 이러한 질량 유동 제어기는 입력 라인(input lines)을 통해 방전 챔버(discharge chamber)에 연결될 수 있다. 질량 유동 제어기는 적절한 제어 장치를 이용하여 수동으로 작동될 수 있으며 또는 적당한 소프트웨어 루틴(appropriate software routine)을 통해 자동으로 작동될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 4개의 질량 유동 제어기가 이러한 제어 장치에 의해 제어된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 질량 유동 제어기로 들어가는 라인은 수동 스위치에 의해 제어되는 4개의 솔레노이드 밸브(solenoid valves)를 가진다. 이들은 컴퓨터 소프트웨어를 통해 제어될 수도 있다. 이것은 각각의 질량 유동 제어기로 입력되는 가스의 신속한 스위칭(rapid switching)을 가능하게 하며, 이를 통해 매우 큰 농도 범위에서 가스 혼합물을 생성하는 기능을 제공할 수 있다. 가스는 작동 와이어 전극의 위치 상에 직접 흘러 표출(channeled)되며, 챔버를 청소하기 위해 사용될 수도 있다. 적절한 가스 혼합물과 함께 글로 방전(glow discharge)이 생성될 수 있다. 가스의 조합과 비율뿐만 아니라 사용될 수 있는 가스의 종류는 스테인리스 스틸 및 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene (PTFE)) 기반 흐름 제어 설계의 사용에 의해 크게 제한된다. 또한, 증기 형태의 많은 액체는 필요에 따라 증발 세포(evaporation cells)와 캐리어 가스(carrier gases)를 이용한 동일한 유동 시스템(same flow system)을 이용하여 방전 영역으로 운반될 수 있다. 이는 증착(deposition) 및/또는 이식(grafting) 또는 중합(polymerisation)에 적합한 실란(silanes), 알릴아민(allylamine) 및 기타 기능성 화학 물질, 단량체(monomers) 또는 저중합체(oligomers)(예를 들어 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol))와 같은 화학물질을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다른 실시예에서는, 기판과 다른 챔버 가스 사이에 장벽을 제공하기 위해 가스 흐름 조건은 플라텐의 전체 표면을 덮는 것을 가능하도록 제어될 수 있다. 이러한 구조에서는, 샘플 처리 전에 챔버를 청소하는 요구사항이 부정(negated)될 수 있다. 훨씬 큰 영역에서 횡단/작동(traverse/operate)이 요구되는 리니어 구동 메커니즘(linear drive mechanism)에서 사용되는 것에 비해, 이러한 측면에서는 회전하는 플라텐 모션의 작은 표면적이 유리하다.

전체 기판 처리 시스템의 일부로서 유사하거나 서로 다른 전기적 조건(예를 들어, 주파수, 전압, 전류)에서 작동하는 방전이 기판 표면을 변형하는 것을 허용하기 위해 추가적인 전극이 플라텐 상에 고정될 수 있다.

와이어 작동 전극은 다공성 전극 구조(porous electrode configuration)로 대체될 수 있으며, 이러한 전극을 통해 가스를 플라즈마 영역으로 직접 전달할 수 있다. 다소 덜 바람직한 실시예에서는, 플라텐 상의 전극은 볼 팁 와이어(ball-tipped wire), 석영 관(quartz tube) 또는 다른 전극의 형태를 가질 수 있다. 볼 팁 와이어의 경우는, 플라텐의 반경을 횡단하기 위해서 전극의 이동을 위한 조치가 마련될 수 있다. 공정 표면 상에 여러 종류의 샘플을 고정하기 위한 트레이 형태의 어셈블리(tray type assembly)의 사용은 배치(batches) 사이에서 샘플의 신속한 교환을 제공하며 플라텐의 표면을 보호한다. 플라텐 전극 상에 트레이를 고정하기 위한 척(chuck)이나 메커니즘은 예를 들어 진공, 자석 등과 같이 단순한 수동 또는 자동 샘플 교환을 제공하는 여러 적절한 형태일 수 있다. 이러한 트레이의 특성은 기판이 핫 엠보싱(hot-embossing) 또는 진공 성형(vacuum forming))과 같은 공정을 통한 용이한 전공정 또는 후공정을 가능하게 할 수 있다. 또한, 트레이의 프레임은 기판 표면의 액체 커버(liquid coverage)를 필요로 하는 공정 기법에서 적절한 컨테이너 측벽(suitable container sidewalls)으로 기능할 수 있다. 본 실시예에서는, 트레이가 볼트를 사용하여 조립되지만, 그러나 스냅 고정(snap fittings)에 기초한 클램핑 메커니즘(clamping mechanism)이 공정 효율을 향상시킬 수 있으며 자동화된 생산 조업(automated production runs)에 자신을 잘 빌려줄 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 고전압의 플라즈마를 제공하고 이러한 플라즈마 영역을 통과하는 기판의 이동 속도를 달리함으로써, 플라즈마 영역에서 가스의 농도를 달리하거나 플라즈마 영역에 걸쳐 가스 유속의 제어를 달리함으로써, 기판의 표면 화학(surface chemistry), 지형도(topography), 형태(morphology)에서 제어되고 반복될 수 있는 변화(controlled and repeatable changes)가 제공될 수 있다. 이하 도면들은 모델 폴리 플로필렌 필름 기판(a model polypropylene (PP) film substrate) 표면의 원소 조성(elemental composition)에서의 몇 가지 변화를 도시하며, 이러한 변화들은 바람직한 실시예에 따른 시스템에서 처리될 때 입증되었던 것이다.

도 4는 대기 중에서 베이직 레벨의 공정 조건을 이용하고 전극 위치에서 유도 가스 유동이 없는 상태에서 처리된 PP 기판에 대한 데이터를 도시한다. X축은 플라텐의 회전축으로부터 외측으로 반경 거리(radial distance)(밀리미터 단위)를 나타내며, Y축은 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)에 의해 감지된 산소와 질소의 비율 농도를 나타낸다. 이러한 폴리프로필렌(PP)은 140와트의 플라즈마 전원에서 1, 4, 16, 64 사이클로 그리고 도시된 화학적 특성을 제공하기 위해 24알피엠(RPM)의 플란텐 회전 속도로 처리되었다. 회전축으로부터 그 위치에 따른 표면 화학에서 일반적인 단계적 변화를 주목하라. 또한, 각각의 경우에 기판에 적용되는 비교적 유사한 플라즈마 에너지 량으로 인해, 내측과 외측 반경 위치에서의 치료의 효과가 사이클 횟수의 변화에 따라 합리적으로 일치되는 것을 주목하라.

도 5a 및 도 5b는 상술한 방법을 이용하여 처리된 폴리프로필렌 기판에 수행된 X선 광전자 분광법(XPS) 분석에 따른 데이터를 도시한다. 각 도면의 X축은 회전축으로부터 기판을 따라 반경 거리를 나타낸다. 도 5a에서, Y축은 확립된 계산 방법을 사용하여 피크 면적 강도(peak area intensities)의 정량화(quantification)에서 얻어진 기판 표면에서 감지된 질소와 산소의 원자 농도(atomic concentration)를 나타낸다. 도 5b에서, Y축은 피크 면적에서 얻어진 XPS 데이터를 통한 샘플 기판 표면에서 질소와 산소의 원자 농도를 나타낸다. 도 5c는 조건의 일관성을 나타내는 대기 중의 플라즈마 공정 영역 내에서 동일한 반경의 원호를 따라 위치에 따라 교정된 기판의 산소와 탄소의 농도를 도시한다.

이들 도면은 가스 분배기를 통해 유동하는 질소와 함께 작동하는 여기 설명된 플라즈마 방전 공정에서 PP의 치료와 관련된 많은 중요한 특징을 도시한다. 물론, 느려진 기판 회전 속도와 관련된 플라즈마의 높은 에너지 용량(higher energy dose) 때문에, 회전축으로부터 보다 짧은 반경 거리 상에서는 질소와 산소 모두 높은 농도로 기판 표면에 도입되었다. 산소와 질소의 농도는 회전축으로부터 증가된 거리만큼 그 영역에서 상대적으로 작은 에너지 량 때문에 기하급수적으로 감소한다. X축에서 반경을 따라 외측으로 이동하는 것은, 가스 분배기로부터의 질소의 유동에 결정적 요인이 된다. 질소에 대한 산소의 농도가 가장 낮도록, 질소의 흐름이 X축의 중심에서 가장 높다. 산소가 중심 영역으로부터 외측으로 밀려남에 따라, 질소가 농축되며 질소가 38과 46 및 108mm에서의 영역에서 플라즈마 상태로 기판 표면으로 도입된다. 산소 농도가 이들 지역에서 유사할 수 있으나, 질소 농도는 예를 들어 46과 108mm 사이에서 다르다. 따라서, 가스의 유동을 면밀히 제어하고 플라즈마 영역에서 기판 통과 속도 구배(substrate transit speed gradient)를 활용함으로써, 기판 표면의 변화를 특정 방식으로 맞출 수 있다. 이러한 변화들은 처리된 PP와 관련한 데이터 세트(datasets)로부터 얻어진 XPS 피크 영역(XPS peak area) 및 피크 강도 데이터(peak intensity data) 모두에서 명백해진다. 또한, 증가하고 국부적인 가스 유동 농도와 관련한 표면에서의, 특히 전체 질소 유동이 더 높은 방전 영역(discharge zone)의 중심 영역에서의 질소 농도의 국부적인 변화(localised changes)를 주목하라.

도 6은 질소에 기초한 처리(nitrogen based treatment)에 따른 적층된 XPS 스캔(stacked XPS scans)의 예를 도시하며, 이들은 기판 표면의 길이를 따라 거리에 따른 표면 처리에서의 차이점을 확인시켜 준다.

도 7은 공정 중 기판 상의 영역에서 생산되는 마이크로 스트리머(microstreamer)의 대기압 플라즈마 "시스(sheath)"의 사진을 도시한다.

도 8은 도 5a 및 도 5b의 그래프를 생성하는데 사용된 것과 유사한 공정 조성(processing configuration)에서 작동하는 암모니아와 질소 혼합 가스를 사용하는 공정에 따른 XPS 파생 데이터를 도시한다.

다시 말하면, X축은 회전축으로부터 기판을 따라 반경 거리를 나타내며, Y축은 샘플 기판 표면 후처리(sample substrate surface post treatment)에서 질소와 산소에 대해 계산된 원자 농도값을 나타낸다.

암모니아-질소 혼합 공정(ammonia-nitrogen blend treatment)에서, 질소와 산소의 함량의 변화는 같은 트렌드를 따르기 때문에 산소는 질소만으로 처리하는 것과 같은 방식으로 중심 영역에서 치환되지는 않는다. 그러나, 질소 대 산소의 비율(oxygen to nitrogen ratios)은 이러한 관계가 범위에 걸쳐 완전히 직접적으로 비례하지는 않는다는 것을 보여준다.

도 8(도 5a/도 5b와 함께)은 기판 표면에서의 화학 물질의 농도와 플라즈마 조건에 대한 국부적인 구배(localised gradients)를 만들기 위해 가스 유동에서 국부적인 변화(localised variations)를 사용하는 이점을 도시한다.

도 10은 가스를 운반하기 위해 복수개의 구멍을 갖는 중공의 튜브를 포함하는 가스 분배기의 형태를 도시한다. 구멍은 그 구멍의 위치에 인접한 지점에서(at loci) 가스를 플라즈마 영역에 위치한 기판 표면에 배달하며, 기판 표면을 따라 복수의 지점에 국부적인 가스 흐름을 공급할 수 있다. 이러한 구조는 동일 평면에서 실행될 에너지 량 및 가스 흐름/농도의 결합 효과를 가능하게 한다. 도 10은 가스 분배기의 일 실시예를 보여주고 있으나, 다른 형태의 국부적인 흐름 제어 메커니즘도 사용될 수 있다.

도 9는 가스 분배기 사용의 효과를 보여주며, 이러한 가스 분배기는 본 방법을 이용하여 폴리프로필렌 기판을 처리하기 위해 적은 국부적인 가스 유동 변화(less localised gas flow variations)를 생성하도록 설계된다. 도 9은 이러한 동일한 평면 상에 걸쳐 표면 화학 조성에서 국부적인 변화가 적도록 와이어 전극 상의 흐름 역학을 조절함으로써 구현될 수 있다는 것을 보여준다. 이러한 구조를 위해, 도 10에 도시된 데이터를 얻기 위해 사용된 구멍의 배열에 반대되는, 슬롯 타입의 가스 분배기(slot type gas distributor)를 사용하는 질소 흐름이 제공된다.

다양한 도면에 제공된 데이터는, 방전 영역에서 그라데이션 파워 분배(gradient power distribution) 및 가스 유동 분배(distribution of gas flow)의 조합이 그 길이를 따라 변하는 기판 표면 화학(substrate surface chemistry)에서 반복적 변화를 생성한다는 것의 증거이다. 일반적으로 유도된 변화는 이러한 공정을 사용하는 기판 표면에 대략 나노미터 스케일로 확장된다. 따라서, 이러한 공정은 이것이 원하는 결과가 아닌 이상 그리고 예를 들어 플라즈마 중합(plasma polymerisation)에서 이것을 얻도록 이러한 공정이 제어되는 것이 아닌 이상 일반적으로 기판의 대부분의 특성에 부정적으로 영향을 미치지 않는다. 이와 유사하게, 하나의 단계에서 기판 후처리(substrate post-processing)의 길이에 걸쳐 표면 거칠기를 달리하는 조건이 생성될 수 있다.

본 발명은 위의 실시예에서 제공된 전극 및 챔버/인클로저 크기, 가스, 유속(flow rates), 유량 분배 역학(flow distribution dynamics), 파워 레벨(power levels) 또는 사이클 횟수에 한정되지 않으며, 이러한 데이터는 화학 물질의 농도 및 표면 그라데이션 효과의 생산 측면에서 단지 잠재적 표면 결과의 예들에 불과하다. 전체 화학 조성의 변화에 더하여, 관련된 표면 화학 결합(surface chemical bonds)의 유형 및 특성은 이러한 시스템을 활용하여 제어될 수 있다. 매크로 스케일(macro-scale)에서 발생하는 표면 특성의 미묘한 변화의 결정은, 이후의 계면 반응(subsequent interfacial responses)을 예측할 수 있는 유용한 데이터를 제공할 수 있다.

본 발명은 기판의 변형을 제어하기 위한 여러 방법을 가능하게 한다.

방전이 발생하는 영역은 방전 파워, 분배 및 공정 사이클의 횟수에서 변화를 제공하기 위해 정밀하게 제어될 수 있다.

방전 파워는 특정 영역에 걸쳐 시간의 흐름에 따라 또는 수많은 상이한 영역에서 연속적으로 또는 불연속적으로 변화될 수 있다.

가스가 방전 영역을 통해 유동하도록 만드는 방법은, 기판에 걸쳐 점진적인 흐름의 구배 둘 다를 제공하거나 지정된 위치에서 흐름의 단계적 변화를 생성하도록 변형될 수 있다.

가스 분배기는 서로에게 인접한 상이한 종류의 가스의 흐름을 제공하는 방식으로 설계될 수 있다.

플라즈마 반응기 챔버는 단독으로 또는 특정 제조/공정 프로세스와 통합되는 밀폐된 챔버(enclosed chamber)일 수 있다. 전처리 챔버 환경(pre-treatment chamber environment)은 가스/증기 농도를 제공하기 위해 그리고 습도와 온도와 같은 운전 조건을 제어하기 위해 만들어질 수 있다. 반면에, 이러한 프로세스의 정상 작동은 대기압이나 대기압 근처에서 일어나며, 주위 환경은 플라즈마 방전을 생성하는데 필요한 최소한의 조건까지 오버 가압 또는 언더 가압(over- or under-pressurised)될 수 있다.

기판 또는 이러한 기판을 지지하는 다른 장치는 프레임 내에 고정될 수 있으며, 이러한 프레임은 작업 전극, 유전체 층 또는 접지 전극 중 하나와 접속이 되며, 이를 통해 시스템 내에서 정확한 위치 및 가스 간격/방전 영역으로부터 전극/유전체 층의 물리적 분리를 제공할 수 있다. 챔버에 일반적인 배경 환경을 제공하는데 사용되는 가스의 흐름 조건 및 함유량은 플라즈마 공정에서 사용되는 가스의 흐름 조건 및 함유량과 상이할 수 있다.

가스 흐름의 기원 및 방향은, 공정 중 또는 다른 공정 상황에서 플라즈마 상태에 추가적인 변동을 제공하기 위해 공정 중 또는 공정들 사이에서 조절될 수 있다.

기판은 앞서 공정을 통해 특정 위치에서 처리될 수 있으며, 작동 전극 아래의 다른 오프셋 위치(offset position)로 이동될 수 있으며, 공정 영역의 밴드(bands) 간에 간섭 효과를 생성하기 위해 기판을 다시 처리할 수 있다.

플라즈마 및/또는 가스 흐름은 전기적, 광학적 및 잔류 가스 분석 기법으로부터 제공되는 피드백을 통해 모니터링되고 제어될 수 있다.

균일 또는 비균일하게 증착(deposit)하기 위해서 및/또는 플라즈마 또는 관련된 공정의 다른 형태를 이용하거나 상술한 그라데이션 기술(gradient technology)을 이용하여 단량체(monomers) 및/또는 저중합체(oligomers)를 중합(polymerise)하기 위해서, 제2 또는 다중 공정 처리 단계(secondary or multi-treatment processing stage)가 수행될 수 있다.

기판은 기판에 전이되면 유용할 수 있는 구성 또는 기능을 갖는 공지된 화학 보조 물질 상에 배열될 수 있다. 기판 및 기판 홀더 모두는 공정 동안 보조 물질로부터 기판으로 화학 잔기(chemical moieties)의 일부가 전달되도록 플라즈마의 영향에 놓일 수 있다.

기판의 회전 중 기판 공정에 변화를 생성하기 위해 전극 간격(electrode gap)은 플라즈마 공정 중 또는 공정들 사이에서 동적으로 변화될 수 있다. 이는 적절한 메커니즘을 사용하여 얻어질 수 있으며, 상기 메커니즘은 플라텐 회전 과정에서 작동 전극의 높이를 조절할 수 있다. 전극 간격의 변화는 가스 간격(가스 분배기와 플라텐 사이의 간격)과 구별될 수도 또는 구별되지 않을 수도 있다. 또한, 탠덤(tandem) 또는 별도의 기능으로서, (방전 간격의 전압을 변경함으로써) 전력 레벨을 설정하는데 사용되는 전압 신호를 조절하는 대체 메커니즘이 공정 중 전압 신호를 동적으로 변화시키는 방식으로 사용될 수 있다.

동기화 또는 다른 방식으로 전력 조절 및/또는 전극 간격 변수의 중요한 특징은, 처리 영역에서의 이후 분배(subsequent distribution) 및 특정 강도(specific intensity)이다. 예를 들어, 보다 작은 전극 간격에서, 방전 영역을 포함하는 미세섬유(microfilaments)는 개수에서 많을 수 있으며 더 균일한 표면처리를 생산하는 보다 작은 영역에 분포될 수 있다. 보다 큰 간격에서, 섬유는 개수에서 적을 수 있으며 보다 넓은 영역에서 작용할 수 있으며 섬유당 보다 큰 전력을 가질 수 있으며, 따라서 약간 덜 균일한 표면 처리를 생산할 수 있다. 높은 전력 레벨에서, 처리 영역 및 미세섬유당 전력은 더 커질 수 있다. 놀랍지 않게도, 다양한 화학 결합 에너지로 인해, (단지 원소 조성만이 아닌) 표면에 생성된 표면 화학적 기능의 상대적 농도는 방전에서 소모되는 에너지에 크게 의존할 것이다. 예를 들어, 질소에서, 암모니아 및 유사한 형태의 처리, 피리디늄(pyridinium)과 이미다조늄(imidazolium) 및 유사한 구성과 함께 제1, 제2, 제3 암모늄 종은 기판 표면을 기능화(functionalise)할 수 있다. 따라서, 360도의 주어진 사이클에서 작동 파라미터의 조합(combination of operating parameters)을 사용함으로써, 기판은 복잡한 화학 범위에서 한번의 공정으로 처리될 수 있다.

도 11은 전극 간격 및 전력이 기판의 단일 공전(single revolution)에서 어떻게 변화되는지의 예를 도시한다. Y축은 전극 간격 및 전력의 크기에서 변화의 중복(overlap of variation)을 나타내며, X축은 기판의 회전 각도를 나타낸다. 이러한 예에서, 기판의 각 공전(회전)마다 전극 간격 사이즈는 복수의 횟수로 진동하며, 전력은 증가한 후 감소한다. 이런 환경에서, 기판은 기판의 반경에 더하여 기판의 둘레를 따라 표면 교정(surface modification) 효과에서 변화를 보여줄 것이다.

대안으로, 앞에서 설명된 전극 간격 및 전력에서의 변화는 DBD 처리(DBD processing)의 효과를 제공하는데 도움이 되는 전극 구성(electrode configuration)의 형태를 사용함으로써, 예를 들어 리니어 또는 오픈 릴식의 시스템(a linear or reel to reel system)에서 전극 구동 시스템에 연결된 기어와 캠을 사용함으로써, 앞서 얻어진 효과와 유사한 방식으로 얻어질 수 있다. 이러한 것은 본 발명의 추가 형태로 고려될 수 있다. 그러나, 선형 구동에서 특히 수직 평면 상에서 동일 사이즈의 기판에 걸쳐 기판 통과 속도 변동(substrate transit speed changes)이 같은 효과를 내도록 통합하는 것은 더 어렵다.

앞서 언급한 바와 같이, 이러한 공정 처리는 이렇게 단계적으로 교정된 영역/깊이 내에서 실제 기판 교정의 범위 및 화학 조성과 함께 일반적으로 나노미터로 기판 표면 영역으로 확장한다. 기판 표면에서의 이러한 점진적 특성 변화의 경향은, 표면에 인접한 플라즈마 조건을 포함하는 수많은 파라미터(변수)에 따른 것이다. 또한, 이것은 공정 후의 대기에 노출되는 것에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 따라서, 처리 후 조건들의 제어가 필요할 수 있다.

회전 중에 작동 파라미터의 변경을 허용하는 시스템 구성은 3차원으로 생성되는 그라디언트(gradients)와 함께 디스크 형상의 기판(disc shaped substrates)용 치료 방법을 제공할 수 있으며, 이 경우 표면의 각 지점은 상이한 방식으로 치료된다. 각각의 디스크는 특정 기판을 위한 챔버/전처리, 흐름/처리 가스 환경 및 사이클 횟수의 하나의 특정 조합으로부터 교정의 전체배열(full array of modification)을 제공할 수 있다. 여기 설명된 예에서는, 디스크의 외측 가장자리에서 생성되는 에너지 밀도는 보다 중심 영역에서의 에너지 밀도의 4분의 1이며 이는 두 지점에서 상측 전극과 관련하여 기판의 속도 변화 때문이며, 이는 특정 영역을 만들기 위해 사용될 파워에서 4번(powers of four)의 사이클 횟수를 허용한다. 예를 들어, 이러한 측면에서 별도의 영역에서 1, 4, 16, 64, 256 사이클 횟수로 처리된 기판은 매우 광범위한 범위의 에너지 밀도를 커버할 것이다. 이것에 기초하여, 도 12 및 도 13에 도시된 효과를 생성하는 처리 과정에서 질소 흐름은 방전 영역에서 제어되었다.

도 12는 에너지 밀도(X축)에 따라 그려진 기판 표면에서 XPS에 의해 감지된 탄소와 산소와 질소의 원소 조성의 일례를 도시한다. 3개의 샘플이 동일한 방식으로 사이클 횟수를 달리하여, 즉 4사이클, 15사이클, 60사이클로 달리하여 처리되었다. 플라텐의 중심 영역의 위치는 4사이클의 치료를 그리고 상대적으로 외측 가장자리는 15사이클의 치료를 (그리고 이 과정을 60사이클로 수행) 고려함으로써, 도 12 및 도 13에 도시된 관계들이 추정되었다.

도 13은 기판을 따라 상대적 (가상의) 방사상 위치에 (밀리미터로 기록된) 그려진 (질량으로 비교된) 질소 대 산소의 비(oxygen to nitrogen ratio)를 도시한다. 표시된 바와 같이, 연구 실험 범위에 걸쳐 질소 대 산소의 비에서 진동이 감지되었으며, 플라텐의 반경 방향을 따라 효과에 대한 유용한 기준점들을 제공한다. 따라서, 시스템 셋업(system set-up)의 제어는 제1 전극의 평면을 따라 유도되는 표면 변이를 구동하는데 사용될 수 있다.

도 17 및 도 18은 질소 암모니아 환경에서 처리된 PP 기판에 대한 적층된 질소 산소 XPS 이미지(stacked nitrogen and oxygen XPS images)의 일례를 도시한다.

도 19는 국부적인 가스 흐름 제어(localised gas flow control)를 통한 공정 후에 PP 기판(PP027)에서 표면 변형 구배를 따라 다양한 위치에서 TOF-SIMS에 의해 감지된 원자 질량(atomic masses) 12, 13, 16 및 17의 강도를 도시한다.

도 20은 공정 중 가스 유량 위치 제어(control of gas flow positioning)의 결과로서 스트립 증가 중앙 영역(central region of the strip increase)에서의 질소와 질소:산소 비율 증가를 나타내는 적층된 XPS 이미지의 일례를 도시한다.

도 21은 도 2에 도시된 것과 같은 하나의 길쭉한 전극을 사용하는 대신에 복수의 길쭉한 전극이 사용되는 일 실시예의 일례의 개략도이다. 복수의 길쭉한 전극은 회전축으로부터 외측으로 연장되게 배열될 수 있다.

도 22는 플라텐 전극 표면이 화학적 또는 기하학적 표면 패턴(chemical or topological surface patterns)을 포함하는 일 실시예를 도시한다. 대안으로, 플라텐 전극 상의 유전체가 이러한 패턴을 포함할 수 있다.

도 23은 기판 상의 전극의 높이를 변화시키고 이를 통해 전극 간의 간격을 변화시킬 수 있는 실시예를 도시한다. 본 실시예는 기판 상에 배열된 전극이 조절가능한 스프링 마운트(spring mounts)에 연결된 전극 홀더에 탑재되는 것을 제외하고는 일반적으로 도 2에 도시된 것에 대응한다. 전극 간의 간격이 달라지도록 스프링 마운트는 선택적으로 조절될 수 있다.

도 24a는 전극 사이의 잔류 가스의 분석의 일례를 도시하며, 기판이 시간의 경과에 따라 점점 교정됨에 따라 화학 물질이 기판에 점점 덜 쉽게 허용되기 때문에, 가스 내의 화학물질의 농도가 시간의 경과에 따라 어떻게 증가하는지를 도시한다. 도 24b는 전극 사이에 가스를 배달하는데 사용될 수 있는 장치의 개략도이다. 버블링 장치(bubbling apparatus) 또는 분무기가 가스 분배기에 화학 물질을 공급하는데 사용될 수 있으며, 가스 분배기는 가스를 전극들 사이에 분배한다.

도 25는 도 10에 도시된 것과 유사한 실시예의 개략도이다. 기판 상의 전극은 구멍을 구비한 길쭉한 형태의 전극이다. 가스는 이러한 전극을 통해 공급될 수 있으며, 가스는 구멍을 통해 전극에서 배출되어 플라즈마 생성 공정에 사용될 수 있다.

도 26은 헬륨 산소 혼합물(helium oxygen mixture)에서 전극에 운반되는 헥사 메틸 디 실록산(hexamethyldisiloxane)에 의해 플라즈마 처리된 PP 기판에 관한 적층된 XPS 데이터의 일례를 도시한다.

도 27은 3차원 표면 형상을 생성하기 위해 회전 공정 내에서 처리된 기판의 진공 성형의 일 실시예의 일례의 개략도이다.

도 28은 플라즈마 공정(plasma process)에서 처리된 기판의 전처리 기법(pre-processing techniques)의 실시예의 예의 개략도이다.

도 29는 회전 공정(rotating process)에서 처리된 기판의 후처리 기법(post-processing techniques)의 실시예의 예의 개략도이다. 이 도면은 화살표가 반대방향을 가리키는 것을 제외하고는 도 28과 동일하다.

도 30은 플라즈마 공정을 사용하여 생산된 기판에서 다양한 표면 조건에 반응하는 셀 표면(cell surface)의 일례이다. 예를 들어, 생체 분자(biomolecules)는 세 가지 다른 플라즈마 조건에 노출되는 기판 상에 증착 또는 고정될 수 있다. 도 30은 다른 플라즈마 조건에서 처리된 기판에서 셀 활동(cell activity)이 어떻게 다른지와 시간이 경과함에 따라 이러한 활동이 어떻게 달라지는지를 보여준다.

표면 화학 구배(Surface chemical gradients)는 폭 넓은 산업과 연구 분야에서 유용하다. 예를 들어, 본 발명은 접착, 코팅, 페인팅, 플라즈마 처리, 에칭, 증착, MEMS, 전기 도금, 무전해 도금, 광학, 연마, 부식 방지, 오염 방지(anti-fouling), 청소(cleaning), 레이저 표면 텍스처링(laser surface texturing), 레이저 박리(laser ablation), 스퍼터링(sputtering), 엠보싱(embossing)/몰딩(moulding), 자기 조립 단분자막(self assembled monolayers), 전기방사(electrospinning), 스핀코팅(spincoating), 신약 개발, 촉매, 연료 전지, 태양 전지, 반도체, 의약품(pharmaceuticals), 진단(diagnostics) 및 의료 기기 제조와 같은 표면 기술(surface technologies)에서 유용할 수 있다.

본 발명은 넓은 범위의 의공학(biomedical engineering)에서 유용할 수 있으며, 실험실 장비, 제품 및 소모품, 바이오 소재(biomaterials), 생체 적합성 코팅/임플란트(biocompatible coatings/implants), 조직 공학, 체외 진단(in vitro diagnostics), 화학 요법(chemo-), 면역(immune-), 종양학에서 단일 클론 항체 및 백신 치료(monoclonal antibody and vaccine therapies in oncology), 유전학, 생체 계측(bioinstrumentation), 나노제작(nanofabrication), 심장 매핑(cardiac mapping), 상처 치유, 재생 의학, 마이크로 및 나노 스케일 장치 및 나노 스케일 계측 및 분석에서 응용될 수 있다. 기판은 트레이 프레임 세트(tray frame sets), 전문 멸균 트레이 프레임 세트(specialised autoclavable tray frame sets), 멀티 웰/채널 기판(multi-well/channel substrates) 및 여러 가지 테스트 장치의 다양한 형태와 함께 사용자에게 공급될 수 있다.

여기 개시된 표면 처리 공정은 서브 마이크론에서 나노 스케일 차원에서 발생하는 효과에 영향을 받는 진보한 공정(advanced processes)이 상업적으로 사용될 수 있는 메커니즘을 제공할 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 이런 점에서, 본 시스템은 앞서 언급된 현미경과 분광기 분야(기술이 표면에 특화된 분야) 의 제품, 회사, 시장과의 동조에 매우 적합할 수 있다.

또한, 여기 기재된 시스템에서 사용된 대기압 플라즈마(atmospheric pressure plasma)의 종류가 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge)이지만 그 포괄된 원리는 모든 대기 처리 조건에 적용되며 정상 대기 상태에 가까운 상태에서 작동하는 것에 적용된다는 것에 주목해야 한다. 유전체 장벽 방전 및 대기압 플라즈마라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되며, 본 공정의 일부로서 포함되고 보호받을 수 있는 플라즈마의 종류에서 한정하는 변수로 간주됨 없이 본 발명에서는 같은 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (42)

1. 제1 전극과 제2 전극을 제공하는 단계;
   상기 전극들 사이에 기판의 일부분만이 개재되도록 상기 기판을 배열하는 단계;
   회전하는 동안 상기 기판의 상이한 부분들이 상기 전극들 사이를 통과하도록, 상기 기판 또는 상기 전극들 중 적어도 하나를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계;
   상기 전극들 사이를 통과하는 상기 기판의 적어도 상기 부분과 접촉하는 플라즈마 방전이 상기 전극들 사이에 생성되도록, 상기 전극들 중 적어도 하나에 전압을 공급하는 단계를 포함하며,
   상기 회전에 의해 상기 전극들 사이의 상기 기판 부분의 통과 속도(speed of transit)가 상기 회전축으로부터 외측으로 반경 방향을 따라 달라지도록 상기 전극들과 상기 기판은 배열되며,
   상기 회전축으로부터 멀리 이격되어 상기 전극들 사이를 통과하는 상기 기판의 일 영역이 상기 회전축에 보다 가깝게 상기 전극들 사이를 통과하는 상기 기판의 일 영역보다 낮은 속도로 상기 플라즈마 방전에 의해 변형되도록 상기 전극들은 배열되며 상기 회전은 발생하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전극들 사이에 생성되는 상기 플라즈마가 상기 회전축에 수직한 방향으로 연장되는 상기 기판의 일 영역과 접촉하도록 상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극은 상기 회전축에 수직한 방향으로 연장되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 전극들 사이의 상기 기판의 통과 속도가 상기 중심축으로부터 외측으로 반경 방향을 따라 달라지도록 상기 전극들과 상기 기판은 배열되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플라즈마는 대기압에서 발생하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플라즈마는 유전체 장벽 방전 프로세스(dielectric barrier discharge process)에 의해 생성되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전극의 적어도 일부와 상기 제2 전극의 적어도 일부는 서로에 대해 실질적으로 평행하며 따라서 실질적으로 평행한 상기 부분들 사이의 간격(gap)을 정의하며,
   상기 기판은 상기 회전 단계 동안 상기 간격을 통과하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판은 상기 기판의 회전이 야기되도록 상기 중심축을 기준으로 회전하는 플라텐(platen) 상에 배열되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 회전 플라텐은 상기 제1 전극을 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
9. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 챔버(chamber) 또는 인클로저(or enclosure) 내에 배열되며,
   상기 제2 전극은 상기 챔버에 대해 정적인 상태를 유지하며, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극에 대해 회전하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
   
10. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극을 따라 상기 회전축으로부터 외측으로 반경 방향으로 연장되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
11. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 와이어 전극이나 관 전극이나 막대 전극과 같은 가늘고 긴 부재(elongated member)인, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
12. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극은 전기 절연체에 커버되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
13. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들 사이에 상기 플라즈마를 생성하도록 전위차(potential difference) 또는 전류가 상기 전극들에 적용되며,
    상기 전류나 전위차의 강도는 시간에 따라 달라지는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
14. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들 사이에 상기 플라즈마를 생성하도록 전위차(potential difference) 또는 전류가 상기 전극들에 반복적으로 적용되며,
    상기 적용되는 전류나 전위차의 주파수는 시간에 따라 달라지는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
15. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리는 시간에 따라 동적으로 달라지는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
16. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 생성되는 동안 한가지 종류 이상의 가스가 상기 전극들 사이의 영역에 제공되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 한가지 종류 이상의 가스는 상기 플라즈마가 생성되는 동안 상기 기판을 변형하는 적어도 한 종류의 화학물질을 포함하거나 운반하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    복수의 상이한 종류의 가스가 서로 다른 유동속도(flow rates)로 상기 영역으로 흐르도록 유도되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
19. 제16항과 제17항과 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한가지 종류 이상의 가스를 비균일한 방식으로 상기 전극들 사이의 상기 영역에 공급하기 위해 가스 분배기가 제공되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
20. 제19항에 있어서,
    상기 한가지 종류 이상의 가스는 상기 전극들 사이의 복수의 지점(loci)에 공급되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
21. 제20항에 있어서,
    상기 가스 분배기는 그 길이방향을 따라 배열되는 복수의 구멍을 구비한 가늘고 긴 도관(elongated conduit)을 포함하며,
    상기 복수의 구멍은 상기 한가지 종류 이상의 가스가 상기 구멍을 통해 상기 도관에서 배출되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 영역에 전달되도록 배치되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 가스 분배기를 포함하며,
    상기 제2 전극은 상기 구멍을 갖는 가늘고 긴 튜브인, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들 사이의 상기 영역으로 흐르는 상기 한가지 종류 이상의 가스의 유동속도(flow rate)은 상기 기판에 걸쳐 달라지거나 또는 상기 유동속도는 상기 가스 분배기의 서로 상이한 구멍을 통해 달라지는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
24. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들과 상기 기판은 챔버 내에 배치되며,
    상기 기판은 자기장에 의해 회전될 수 있는 하나 이상의 지지부재에 의해 회전가능하게 지지되며,
    상기 하나 이상의 지지부재를 회전시키고 이를 통해 상기 기판을 회전시키기 위해 자기장은 상기 챔버의 하나 이상의 벽을 통과하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
25. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리(plasma treatment)는 상기 기판의 서로 다른 영역에 서로 다른 양을 통해 상기 기판 표면의 표면화학(surface chemistry), 지형도(topography) 또는 형태(morphology)를 바꾸는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
26. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 상기 기판을 다음의 방식들 중 어느 하나 이상을 통해 변형하는:
    -상기 기판 표면이 화학적 기능을 포함하도록 변형하는 단계(modifying);
    상기 표면에 단량체(monomers) 또는 저중합체(oligomers)를 증착하는 단계(depositing);
    상기 표면에 단량체 또는 저중합체를 이식하는 단계(grafting);
    상기 표면에 단량체 또는 저중합체를 중합하는 단계(polymerising); 또는
    상기 기판의 표면거칠기를 바꾸는 단계(changing)-
    , 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
27. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및/또는 상기 제2 전극은 상기 플라즈마에 영향을 받은 이후에 보충되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
28. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 다른 별개의 영역이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 동시에 통과하도록 복수의 상기 제1 전극 및/또는 복수의 상기 제2 전극을 제공하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
29. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극의 표면 또는 상기 제1 또는 제2 전극을 커버하는 유전체의 표면은 화학적 또는 기하학적 패턴(a chemical or topological pattern)을 가지는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
30. 제1 전극과 제2 전극;
    처리하고자 하는 기판을 지지하기 위한 메커니즘;
    회전하는 동안 상기 기판의 상이한 부분들이 상기 전극들 사이를 통과하도록, 상기 기판 또는 상기 전극들 중 적어도 하나를 회전축을 중심으로 회전시키는 수단; 및
    상기 전극들 사이를 통과하는 상기 기판의 적어도 상기 부분과 접촉하는 플라즈마 방전이 상기 전극들 사이에 생성되도록, 상기 전극들 중 적어도 하나에 전압을 공급하는 발전기를 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 시스템.
    
31. 제30항에 있어서,
    상기 지지 메커니즘은 상기 기판이 탑재되는 회전 플라텐을 포함하며,
    상기 플라텐의 일부만이 기설정된 시간에 상기 전극들 사이를 통과하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 시스템.
    
32. 제1 전극과 제2 전극을 제공하는 단계;
    상기 전극들 사이에서 처리되는 기판을 제공하는 단계;
    상기 전극들 사이의 상기 기판 부분과 적어도 접촉하는 플라즈마 방전이 상기 전극들 사이에 생성되도록, 상기 전극들 중 적어도 하나에 전압을 공급하는 단계; 및
    상기 플라즈마가 생성되는 동안 시간에 따라 상기 전극들 사이의 공간을 동적으로 변화시키는 단계를 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
33. 제1 전극과 제2 전극을 제공하는 단계;
    상기 전극들 사이에서 처리되는 기판을 제공하는 단계;
    상기 전극들 중 적어도 하나와 상기 기판 사이에 가스를 공급하는 단계-상기 가스는 상기 기판의 표면에 걸쳐서 비균일하게 공급됨-; 및
    상기 전극들 사이의 상기 기판 부분과 적어도 접촉하는 플라즈마 방전이 상기 전극들 사이에 생성되도록, 상기 전극들 중 적어도 하나에 전압을 공급하는 단계를 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
34. 제33항에 있어서,
    상기 가스는 복수의 구멍을 통해 상기 전극과 상기 기판 사이의 영역으로 공급되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
35. 제34항에 있어서,
    상기 가스는 상이한 구멍을 통해 상이한 유동속도를 가지는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
36. 제1 전극과 제2 전극을 제공하는 단계-상기 전극들 중 적어도 하나는 도관(conduit) 및 상기 도관으로부터 상기 전극의 외측으로 연장되는 하나 이상의 구멍(aperture)을 구비함-;
    상기 구멍을 통해 상기 적어도 하나의 전극의 외측으로 가스가 흐르도록 상기 도관을 통해 가스를 공급하는 단계;
    상기 전극들 사이에 플라즈마 방전이 생성되도록 상기 적어도 하나의 전극에 전압을 공급하는 단계; 및
    기판의 표면을 변형하도록 상기 플라즈마와 접촉하여 처리될 상기 기판을 배열하는 단계를 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
37. 기판을 이동시키는 메커니즘을 수용하는 챔버(chamber) 또는 인클로저(or enclosure)를 제공하는 단계-상기 메커니즘은 자기장의 적용을 통해 움직임을 제공함-; 및
    상기 메커니즘을 이동시키고 이를 통해 상기 기판을 이동시키도록 상기 챔버 또는 인클로저의 하나 이상의 벽을 통해 자기장을 공급하는 단계를 포함하는, 기판 처리 챔버 또는 인클로저 내의 기판 회전 방법.
    
38. 제37항에 있어서,
    상기 메커니즘은 회전가능한 방식으로 상기 기판을 지지하며,
    상기 자기장은 상기 메커니즘과 상기 기판을 회전시키는, 기판 처리 챔버 또는 인클로저 내의 기판 회전 방법.
    
39. 제1항 내지 제29항 또는 제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    3차원 표면 형상을 제공하기 위해 상기 변형된 기판을 진공 성형하는 이후 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
40. 제1항 내지 제29항 또는 제32항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 상기 플라즈마에 노출하기 전에 상기 기판을 처리하는 단계를 더 포함하며,
    상기 기판을 처리하는 단계는 다음의 기법들 중 어느 하나 이상을 통해 되는:
    엠보싱(embossing), 진공 성형(vacuum forming), 리소그래피(lithography), 사출 성형(injection moulding), 스퍼터링(sputtering), 화학 처리(chemical treatment, 예를 들어 실란 유도체를 사용하는 등), 레이저 제거(laser ablation), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 증착(deposition), 스프레잉(spraying), 코팅(coating), 이온 빔 에칭(ion beam etching), 펀칭(punching), 절단(cutting), 탑재(mounting), 부착(adhering), 용접, 기계적으로 고정(mechanically fixing) 또는 기판 캐리어에 수용(housing), 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
41. 제1항 내지 제29항 또는 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 상기 플라즈마에 노출한 이후에 상기 기판을 처리하는 단계를 더 포함하며,
    상기 기판을 처리하는 단계는 다음의 기법들 중 어느 하나 이상을 통해 되는:
    엠보싱(embossing), 진공 성형(vacuum forming), 리소그래피(lithography), 사출 성형(injection moulding), 스퍼터링(sputtering), 화학 처리(chemical treatment, 예를 들어 실란 유도체를 사용하는 등), 생체 재료 증착(biomaterial deposition), 레이저 제거(laser ablation), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 증착(deposition), 스프레잉(spraying), 코팅(coating), 이온 빔 에칭(ion beam etching), 펀칭(punching), 절단(cutting), 탑재(mounting), 부착(adhering), 용접, 기계적으로 고정(mechanically fixing) 또는 기판 캐리어에 수용(housing), 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.
    
42. 제1항 내지 제29항 또는 제32항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    생체 분자(biomolecules)는 상기 기판에 증착 또는 고정되는, 플라즈마를 이용한 기판 변형 방법.

Images