KR20230037360A - 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치 - Google Patents
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 챔버 상면(上面)의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 제 1 이온 발생부 및 제 2 이온 발생부를 포함한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치에 관한 것으로서, 제 1 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 1 플라즈마를 형성하는 제 1 이온 발생부(11); 제 2 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 2 플라즈마를 형성하는 제 2 이온 발생부(21); 상기 제 1 플라즈마에 5~200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 1 이온을 주입하는 제 1 이온빔 인출부(12); 상기 제 2 플라즈마에 5~200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 2 이온을 주입하는 제 2 이온빔 인출부(22); 상기 제 1 이온 발생부 및 상기 제 2 이온 발생부에 전원을 공급하는 플라즈마 전원부(13, 23); 상기 제 1 이온빔 인출부 및 상기 제 2 이온빔 인출부에 전원을 공급하는 이온빔 인출 전원부(14, 24); 소재가 거치되어서, 상기 제 1 이온의 빔 주입 또는 상기 제 2 이온의 빔 주입으로, 상기 소재의 분자사슬이 이온 투입에 의해 끊어지거나 이중 결합이 이루어져, 상기 소재의 표면에 전기 전도층이 형성된 복합 화합물층이 형성되도록 하는, 스테이션를 구비하는 진공 챔버(30); 및 상기 제 1 이온 발생부, 상기 제 2 이온 발생부, 상기 제 1 이온빔 인출부, 상기 제 2 이온빔 인출부, 상기 플라즈마 전원부, 상기 이온빔 인출 전원부, 및 상기 진공 챔버를 제어하는 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 챔버 상면의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 복수 개의 이온 발생부로 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에 관한 것에 관한 것이다.
기존 소재 표면의 특성 향상 방법으로는, 소재 성분을 변경하거나, 소재 성형 방법을 개선하거나, 열처리, 도장, 코팅, 증착 등 여러 가지 방법이 존재하였다. 현재 가장 많이 사용하고 있는 방법은 코팅 방법이지만, 이와 같은 코팅 방법은 '최종 치수 변형'이나 '박리'라는 한계가 존재하였다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해서, 본 출원인의 종래 특허권으로서, 대한민국 특허 제10-2063013호(2019.12.30 등록)에서는, "입자발생부가, 스퍼터링 공정, 고온 가열 공정 및 아크 발생 공정 중 어느 하나를 이용하여, 금속소스물질로부터 금속입자들을 분리시키는 단계; 이온발생부가 상기 금속입자들에 열전자를 충돌시키거나 마이크로파를 이용하여 상기 금속입자들로부터 전자들을 분리시키는 단계; 플라즈마 발생부가 상기 전자들 및 상기 금속입자들로부터 상기 전자들이 분리되어 플러스 전하를 갖는 이온들을 가열시켜 플라즈마를 발생시키는 단계; 반도체 공정용 고분자 재료를 진공 챔버내로 이송시키는 단계; 상기 반도체 공정용 고분자 재료를 상기 진공 챔버 내의 지지부에 배치시키는 단계; 이온빔 인출부가 상기 플라즈마에 전압을 인가하여 이온들을 가속시켜, 가속된 이온들을 상기 진공 챔버 내로 이송된 상기 반도체 공정용 고분자 재료의 표면에 투입하는 단계; 이온이 투입된 상기 반도체 공정용 고분자 재료를 상기 진공 챔버 외부로 배출시키는 단계; 이온이 투입된 상기 반도체 공정용 고분자 재료의 표면 저항을 표면 저항 계측기를 이용하여 측정하는 단계; 측정된 표면 저항이 기 설정된 표면 저항 보다 작으면, 이온이 투입된 상기 반도체 공정용 고분자 재료를 차단벽 제조 장치로 이송하는 단계; 및 상기 차단벽 제조 장치가, 이온이 투입된 상기 반도체 공정용 고분자 재료를 이용하여, 반도체 기판 상에 화학약품을 도포하기 위해 이용되는 회전체의 주변을 감싸는 차단벽을 제조하는 단계를 포함하는 반도체 공정용 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법"을 개시하였다.
하지만, 해당 특허문헌에서도, 다양한 이온원을 채용할 필요가 있는 경우에 대한 문제의식이 전혀 없었으며, 다양한 이온원을 채용하는 경우 발생하는 기술적 이슈, 이온 빔 조사시 발생하는 변색을 방지하는 조사량 제어 및 조사 시 소재의 표면 온도 제어하는 기술이나 장치 등에 대한 기술, 장치나 유리막 코팅과 같은 응용에 대해서는 현재 없는 실정이다. 본 출원인은 이에 착안하여 아래에서 서술하는 발명을 하게 되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 챔버 상면의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 복수 개의 이온 발생부로 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치는, 챔버 상면(上面)의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 제 1 이온 발생부 및 제 2 이온 발생부를 포함한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치로서, 제 1 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 1 플라즈마를 형성하는 제 1 이온 발생부(11); 제 2 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 2 플라즈마를 형성하는 제 2 이온 발생부(21); 상기 제 1 플라즈마에 5~200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 1 이온을 주입하는 제 1 이온빔 인출부(12); 상기 제 2 플라즈마에 5~200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 2 이온을 주입하는 제 2 이온빔 인출부(22); 상기 제 1 이온 발생부 및 상기 제 2 이온 발생부에 전원을 공급하는 플라즈마 전원부(13, 23); 상기 제 1 이온빔 인출부 및 상기 제 2 이온빔 인출부에 전원을 공급하는 이온빔 인출 전원부(14, 24); 소재가 거치되어서, 상기 제 1 이온의 빔 주입 또는 상기 제 2 이온의 빔 주입으로, 상기 소재의 분자사슬이 이온 투입에 의해 끊어지거나 이중 결합이 이루어져, 상기 소재의 표면에 전기 전도층이 형성된 복합 화합물층이 형성되도록 하는, 스테이션를 구비하는 진공 챔버(30); 및 상기 제 1 이온 발생부, 상기 제 2 이온 발생부, 상기 제 1 이온빔 인출부, 상기 제 2 이온빔 인출부, 상기 플라즈마 전원부, 상기 이온빔 인출 전원부, 및 상기 진공 챔버를 제어하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 소재를 거치하는 스테이션은, 상기 소재의 균일 조사를 위해 4축 이상의 구동이 가능한 스테이지로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테이션의 표면을 구성하는 축 방향을 x축과 y축이라고 하고, 상기 챔버 내에서 상기 스테이션의 높이 방향의 축 방향을 z축이라고 할 때, 상기 스테이션은, 상기 x축 방향으로 선형 이동, 상기 y축 방향으로의 선형 이동, 상기 z축을 중심으로 한 회전 이동, 상기 x축 또는 상기 y축을 중심으로 한 회전 이동을 포함하는 4축의 구동이 가능한 것이 바람직하다.
또한, 상기 챔버 상면의 중심을 c0로, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면 중심을 c1으로, 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면 중심을 c2로, 상기 소재 표면의 중심을 C3로, ∠c1c3c0를 θ1으로, ∠c2c3c0를 θ2로 할 경우, 상기 제어부는, 상기 제 1 이온을 주입할 때는, 상기 스테이션을 상기 y축을 중심으로 θ1만큼 반시계 방향으로 회전하고, 상기 제 2 이온을 주입할 때는, 상기 스테이션을 상기 y축을 중심으로 θ2만큼 시계 방향으로 회전하도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 이온을 주입하거나 또는 상기 제 2 이온을 주입할 때는, 상기 스테이션을 상기 스테이션의 표면을 구성하는 축 방향을 x축과 y축 방향으로 이동 제어하되, 이온빔 주입 프로파일을 중첩할 때 상기 소재 표면에서 고른 이온 주입 분포가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 z축 방향으로 상기 스테이션의 높낮이를 조절하는 스테이션 높낮이 조절부(31);를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 스테이션은 상술한 4축 제어에 z축 방향의 선형 제어가 추가되어서, 결과적으로 5축 제어가 된다.
또한, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간(v1과 v2 사이의 공간)에서 벗어난 위치이면서, 그리고 상기 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 상기 스테이션부의 상부에 위치하며, 상기 소재에 대한 이온 주입의 깊이를 제어할 수 있도록, 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 가열하는 소재 가열부(33) 및 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 냉각하는 소재 냉각부(36)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 소재 가열부(33)는, 상기 소재를 비접촉으로 가열 제어할 수 있도록, 열을 발산하는 할로겐 조명(34) 및 상기 할로겐 조명으로부터의 빛을 반사하여 상기 소재의 표면으로 다시 되돌려 보내는 반사판(35)가, 상기 소재의 상부에서 상기 소재를 감싸는 원주 방향으로 복수 개 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소재 냉각부(34)는, 상기 소재를 비접촉으로 냉각 제어할 수 있도록, 상기 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 공급받는 불활성 가스 공급관(37) 및 상기 불활성 가스 공급관의 일단에서 원형관(38)이 연결 형성하되 상기 원형관의 원 내측에는 복수 개의 홀(39)이 형성되어 불활성 가스가 상기 소재 표면으로 분출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 소재의 기계적 특성을 향상시키려는 경우에는, 상기 제 1 타겟부 또는 상기 제 2 타겟부 가운데 어느 하나의 타겟부에서는 질소(N2)를 제공받고, 다른 타겟 제공부에서는 Al, C, Fe, Ti, Cr 가운데 적어도 하나를 제공받도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 소재의 항균 및 항바이러스 특성을 향상시키려는 경우에는, 상기 제 1 타겟 제공부 또는 제 2 타겟 제공부에서는 Cu를 제공받도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 소재의 내식성을 향상시키려는 경우에는, 상기 제 1 타겟 제공부 또는 제 2 타겟 제공부에서는 산소(O2)를 제공받도록 제어할 수 있다.
또한, 제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 금속 타겟이, n개(여기서 n은 2이상의 자연수)의 금속 타겟인 경우에는, 상기 n개의 금속 타겟이 골고루 분포되어서, 상기 제 1 플라즈마 또는 상기 제 2 플라즈마 형성이 고른 본포가 이루어지도록, 상기 금속 타겟을 원형으로 제작하되, 상기 원형의 nk(k는 자연수)개 만큼의 각도로 각각 분할하되, 1번째, 2번째, ... n번째 분할 부채꼴 부분은 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하고, 다시 (n+1)번째, (n+2)번째, ..., 2n번째 분할 부채꼴 부분은 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하고, 계속 반복하여, (n(k-1)+1)번째, (n(k-1)+2)번째, ...., nk번째 분할 부채꼴 부분은 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 금속 타겟이, n개(여기서 n은 2이상의 자연수)의 금속 타겟이며, n개의 금속 타겟의 원자량을 고려하여 계산한 부피 비율이 V1, V2, ..., Vn인 경우, 상기 n개의 금속 타겟이 골고루 분포되어서, 상기 제 1 플라즈마 또는 상기 제 2 플라즈마 형성이 고른 본포가 이루어지도록, 상기 금속 타겟을 원형으로 제작하되, k(k는 자연수)개 만큼의 각도로 각각 분할하되, 각 분할된 것을 V1, V2, ..., Vn의 부피 비율대로 재분할한 것을 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 할 수 있다.
한편, 상술한 장치 또는 방법을 이용하여, 이온 주입 때문에 발생하는 열량으로 소재가 변색 또는 황변이 되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 소재의 표면을 냉각 제어하여 상기 소재의 원래 투명도 또는 원색을 유지하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변색 또는 황변을 방지하는 것이 가능한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 방법에서는, 이온 주입 때문에 발생하는 열량으로 소재가 변색 또는 황변이 되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 소재의 표면을 냉각 제어하여 상기 소재의 원래 투명도 또는 원색을 유지한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 챔버 상면(上面)의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 제 1 이온 발생부 및 제 2 이온 발생부를 포함한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치는, 제 1 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 1 플라즈마를 형성하는 제 1 이온 발생부(11); 제 2 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 2 플라즈마를 형성하는 제 2 이온 발생부(21); 상기 제 1 플라즈마에 5 ~ 200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 1 이온을 주입하는 제 1 이온빔 인출부(12); 상기 제 2 플라즈마에 5 ~ 200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 2 이온을 주입하는 제 2 이온빔 인출부(22); 상기 제 1 이온 발생부(11) 및 상기 제 2 이온 발생부(21)에 전원을 공급하는 플라즈마 전원부(13, 23); 상기 제 1 이온빔 인출부(12) 및 상기 제 2 이온빔 인출부(22)에 전원을 공급하는 이온빔 인출 전원부(14, 24); 소재가 거치되어서, 상기 제 1 이온의 빔 주입 또는 상기 제 2 이온의 빔 주입으로, 상기 소재의 분자사슬이 이온 투입에 의해 끊어지거나 이중 결합이 이루어져, 상기 소재의 표면에 전기 전도층이 형성된 복합 화합물층이 형성되도록 하는, 스테이션를 구비하는 진공 챔버(30); 상기 제 1 이온 발생부(11), 상기 제 2 이온 발생부(21), 상기 제 1 이온빔 인출부(12), 상기 제 2 이온빔 인출부(22), 상기 플라즈마 전원부(13, 23), 상기 이온빔 인출 전원부(14, 24), 및 상기 진공 챔버(30)를 제어하는 제어부; 및 상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이면서, 그리고 상기 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 상기 스테이션의 상부에 위치하여, 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 냉각하는 소재 냉각부(36);를 포함하고, 상기 이온 주입 때문에 발생하는 열량으로 상기 소재가 변색 또는 황변이 되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 소재 냉각부(36)가 상기 소재의 표면을 냉각 제어하여 상기 소재의 원래 투명도 또는 원색을 유지한다.
또한, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이면서, 그리고 상기 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 상기 스테이션의 상부에 위치하며, 상기 소재에 대한 이온 주입의 깊이를 제어할 수 있도록, 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 가열하는 소재 가열부(33);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 소재 냉각부(34)는, 상기 소재를 비접촉으로 냉각 제어할 수 있도록, 상기 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 공급받는 불활성 가스 공급관(37) 및 상기 불활성 가스 공급관의 일단에서 원형관(38)이 연결 형성하되 상기 원형관의 원 내측에는 복수 개의 불활성 가스 분사홀(39)이 형성되어 불활성 가스가 상기 소재 표면으로 분사되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소재 가열부(33)는, 상기 소재를 비접촉으로 가열 제어할 수 있도록, 열을 발산하는 할로겐 조명(34) 및 상기 할로겐 조명으로부터의 빛을 반사하여 상기 소재의 표면으로 다시 되돌려 보내는 반사판(35)가, 상기 소재의 상부에서 상기 소재를 감싸는 원주 방향으로 복수 개 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소재 가열부(33) 및 상기 소재 냉각부(36)의 정확한 제어를 위하여, 상기 소재의 측면에 밀착하여 온도를 측정할 수 있는 하나 이상의 온도 센서가, 상기 스테이션(32) 내부로 인입되어 있다가, 필요한 경우 상기 소재가 거치된 평면의 수직으로 인출되어서 상기 소재의 측면에 밀착되어 온도를 측정하되, 상기 스테이션이 4축 이상으로 제어되어도, 상기 제어부로 온도 센서의 결과값을 전송받을 수 있도록, 무선으로 온도 센서의 결과값을 무선으로 전송하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소재 표면의 경화도 및 소수성을 개선하는, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치는, 챔버 상면(上面)의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 제 1 이온 발생부 및 제 2 이온 발생부를 포함한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치로서, 제 1 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 1 플라즈마를 형성하는 제 1 이온 발생부(11); 제 2 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 2 플라즈마를 형성하는 제 2 이온 발생부(21); 상기 제 1 플라즈마에 5 ~ 200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 1 이온을 주입하는 제 1 이온빔 인출부(12); 상기 제 2 플라즈마에 5 ~ 200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 2 이온을 주입하는 제 2 이온빔 인출부(22); 상기 제 1 이온 발생부(11) 및 상기 제 2 이온 발생부(21)에 전원을 공급하는 플라즈마 전원부(13, 23); 상기 제 1 이온빔 인출부(12) 및 상기 제 2 이온빔 인출부(22)에 전원을 공급하는 이온빔 인출 전원부(14, 24); 소재가 거치되어서, 상기 제 1 이온의 빔 주입 또는 상기 제 2 이온의 빔 주입으로, 상기 소재의 분자사슬이 이온 투입에 의해 끊어지거나 이중 결합이 이루어져, 상기 소재의 표면에 전기 전도층이 형성된 복합 화합물층이 형성되도록 하는, 스테이션를 구비하는 진공 챔버(30); 상기 제 1 이온 발생부(11), 상기 제 2 이온 발생부(21), 상기 제 1 이온빔 인출부(12), 상기 제 2 이온빔 인출부(22), 상기 플라즈마 전원부(13, 23), 상기 이온빔 인출 전원부(14, 24), 및 상기 진공 챔버(30)를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제 1 이온 발생부(11) 또는 상기 제 2 이온 발생부(12) 중 어느 하나에서는 산소(O2) 플라즈마인 제 1 플라즈마를 형성하고, 상기 제 1 이온 발생부(11) 또는 상기 제 2 이온 발생부(12) 중 다른 하나에서는 소수성 재료의 제 2 플라즈마를 형성하여, 실라잔 또는 다른 Si화합물계를 도포한 상기 소재 표면에 대해서 이온 주입을 이용하여 소재 표면의 경화도 및 소수성을 향상시킨다.
또한, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이면서, 그리고 상기 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 상기 스테이션부의 상부에 위치하며, 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 가열하는 소재 가열부(33); 및 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 냉각하는 소재 냉각부(36);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 소재는 폴리머 또는 플라스틱 재질의 소재일 수 있다.
또한, 상기 소재를 비접촉으로 가열 제어할 수 있도록, 열을 발산하는 할로겐 조명(34) 및 상기 할로겐 조명으로부터의 빛을 반사하여 상기 소재의 표면으로 다시 되돌려 보내는 반사판(35)가, 상기 소재의 상부에서 상기 소재를 감싸는 원주 방향으로 복수 개 형성되어 있으며, 상기 소재에 대한 산소 이온 주입으로 상기 소재에서 이탈한 수소가 산소와 결합하여 수분이 되어서, 상기 소재 표면에 응결하는 것을 막는 동시에, 상기 소재 표면에 산소 이온 주입이 더 잘 이루어질 수 있도록, 그리고 상기 소재가 용융되지 않는 범위 내에서 가열될 수 있도록, 상기 소재를 적어도 섭씨 100도 이상 그리고 상기 소재의 용융점 이하로 가열하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소재 냉각부(34)는, 상기 소재를 비접촉으로 냉각 제어할 수 있도록, 상기 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 공급받는 불활성 가스 공급관(37) 및 상기 불활성 가스 공급관의 일단에서 원형관(38)이 연결 형성하되 상기 원형관의 원 내측에는 복수 개의 불활성 가스 분사홀(39)이 형성되어 불활성 가스가 상기 소재 표면으로 분사되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 소재 냉각부(34)는, 상기 불활성 가스 공급관(37) 및 상기 원형관에 내삽되어 밀폐되되, 외부로부터 액체 질소를 공급받는 액체질소관(40);을 더 포함하고, 상기 제어부의 제어에 따라서, 상기 챔버 내 수분 제거 모드(mode)의 경우에는, 상기 불활성 가스 분사홀(39)을 통한 불활성 가스를 상기 소재 표면에 분사하지 않고, 상기 액체질소관(40)에 액체 질소만을 공급받아서, 상기 소재 냉각부(34)의 외표면만을 냉각하여, 상기 챔버 내의 수분 응결을 상기 소재 냉각부(34)의 외표면에 유도할 수 있다.
또한, 상기 소재 표면에 산소 이온 주입을 더 잘 이루어지도록, 상기 챔버(30) 내에는 산소 분위기를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소재에 대한 산소 이온 주입으로 상기 소재에서 이탈한 수소가 산소와 결합하여 수분이 된 것이 상기 소재 표면에서 응결되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 액체질소관(40) 내로 액체 질소를 공급하여, 상기 소재 냉각부(34)의 외표면에서 상기 수분이 응결되도록 유도할 수 있다.
또한, 상기 소재 냉각부(34)는, 상기 소재 냉각부의 외표면을 감싸는 형상의 열선 코일(41);이 더 마련되고, 상기 제어부의 제어에 따른 상기 열선 코일(41)의 동작은, 상기 챔버를 열지 않고 상기 소재 냉각부(34)를 클리닝하거나, 또는 상기 이온 주입 도중에 정해진 시간 간격 동안 가열하여 상기 소재 냉각부(34)의 외표면에 응결된 수분을 제거하는 것이 가능한다.
본 발명에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에 의하면,
첫째, 챔버 상면의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 복수 개의 이온 발생부를 포함하여, 복합 화합물층을 소재 표면에 형성하는 것이 가능하다.
둘째, 비접촉 방식의 소재 가열부를 제어함으로써, 소재에 대한 이온 주입의 깊이를 제어하는 것이 가능하다.
셋째, 비접촉 방식으로 소재 냉각부를 제어함으로써, 소재 표면의 변색이나 황변을 방지하는 것이 가능하다.
넷째, 스테이션의 4축 이상의 제어가 가능하여, 고른 소재 표면의 이온빔 주입 프로파일을 가질 수 있다. 그리고 측면에 대해서도 이온빔 주입을 하는 것도 가능하게 된다.
다섯째, 무선 방식의 온도 센서를 이용하여 실시간으로 소재 가열부 및 소재 냉각부를 제어하여 좀 더 정밀한 제어가 가능하다.
여섯째, 무선 방식의 하나 이상의 샘플링 전류 측정부를 둠으로써, 실시간으로 좀 더 정확한 합성 이온빔 주입 프로파일을 연산하는 것이 가능하여, 고른 이온빔 주입이 가능하게 된다.
일곱째, 원형의 금속 타겟이 고른 분포를 가지게 하여 제 1 플라즈마 또는 제 2 플라즈마의 형성이 골고루 이루어지는데 도움을 준다.
여덟째, Si화합물계 무기 폴리머의 경화도 및 소수성 향상 장치 및 방법, 또는 폴리머 소재의 경화도 및 소수성을 향상시키는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
아홉째, 종래 3시간 이상이 소요되는 유리막 코팅과는 다르게, 본 발명에 따른 장치를 이용할 경우, 30분 이내로 유리막 코팅이 가능하게 된다.
열째, 최근 폴더블 스마트폰의 접히는 부분에, 본 발명에 따른 유리막 코팅이 이루어질 경우, 스마트폰 디스플레이 상의 폴리머의 내구성 또는 소수성을 크게 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 개략적인 측단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 가열부(33)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 냉각부(36)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 상세한 설명 및 청구범위에서 언급하는 방향에 대해 표기(notation) 및 z축 방향으로 스테이션의 높낮이를 조절하는 스테이션 높낮이 조절부(31)에 대해서 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔을 x축 또는 y축 방향으로 d만큼 이동하기 전후의 2개의 이온빔 주입 프로파일을 각각 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔을 x축 또는 y축 방향으로 d만큼 이동하기 전후의 2개의 이온빔 주입 프로파일을 중첩했을 때의 합성 이온빔 주입 프로파일을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 금속 타겟으로서, 일례로서 2개의 서로 다른 금속(n=2)을 8개로 분할(k=4, nk=8)한 경우, 원형의 금속 타겟이 고른 분포가 이루어지도록 한 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 냉각부(36)의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 가열부(33)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 냉각부(36)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 상세한 설명 및 청구범위에서 언급하는 방향에 대해 표기(notation) 및 z축 방향으로 스테이션의 높낮이를 조절하는 스테이션 높낮이 조절부(31)에 대해서 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔을 x축 또는 y축 방향으로 d만큼 이동하기 전후의 2개의 이온빔 주입 프로파일을 각각 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔을 x축 또는 y축 방향으로 d만큼 이동하기 전후의 2개의 이온빔 주입 프로파일을 중첩했을 때의 합성 이온빔 주입 프로파일을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 금속 타겟으로서, 일례로서 2개의 서로 다른 금속(n=2)을 8개로 분할(k=4, nk=8)한 경우, 원형의 금속 타겟이 고른 분포가 이루어지도록 한 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 냉각부(36)의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치)
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 개략적인 측단면도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치는, 챔버 상면(上面)의 중심(c0)을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 복수 개의 이온 발생부를 포함하는 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치이다. 구체적으로 도 1에는 제 1 이온 발명부(11) 및 제 2 이온 발생부(12)로, 2개의 이온 발생부를 포함한 예를 도시한 것이다.
여기서, 제 1 이온 발생부(11)는, 제 1 타겟 제공부(미도시)로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 1 플라즈마를 형성한다.
또한, 제 2 이온 발명부(21)는 제 2 타겟 제공부(미도시)로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 2 플라즈마를 형성한다.
다음으로, 제 1 이온빔 인출부(12)는 제 1 플라즈마에 5~200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 1 이온을 주입하며, 제 2 이온빔 인출부(22)는 제 2 플라즈마에 5~200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 2 이온을 주입한다. 본 발명에서 사용하는 고전압은 5~200kV보다는 높은 전압이되, 이온 빔을 주입하여 소내 내에서 핵반응이 일어나는 전압에 도달하는 전압보다는 낮은 전압을 의미한다.
본 발명과 같이 복수 개의 이온 발생부 및 이온빔 인출부를 통해서, “기체이온빔+금속이온빔", "금속이온빔+금속이온빔" 및 "기체이온빔+기체이온빔”의 복합적인 이온주입으로 고기능 화합물층을 형성할 수 있게 된다. 이 때, 플라즈마에 5~200kV 이상 고전압을 인가하여 이온빔 인출하되, 전압 증가에 따라 기체 및 금속 플라즈마가 가속되고, 소재 표면으로부터 화합물층 두께가 증가하게 된다.
여기서, 이온 발생부 및 이온빔 인출부의 구현시, 리지타노 코일 안테나를 이용하여 구현하는 것이 가능하다.
한편, 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 타겟이 금속 타겟(금속 타겟은 순수 금속은 물론이고 합금(CrNi, WC 등) 형태로 제작하여 사용 가능함)인 경우, 원형의 금속 타겟이 고른 분포를 가지게 하여 제 1 플라즈마 또는 제 2 플라즈마 형성을 골고루 하는데 도움을 줄 수 있다. 순수 금속이 금속 타겟이라면 원형 전체가 해당 순수 금속만으로 이루어지게 형성하는 것이 가능하다.
한편, 도 7은 다른 예로서 2개의 서로 다른 금속(n=2)을 8개로 분할(k=4, nk=8)한 경우, 원형의 금속 타겟이 고른 분포가 이루어지도록 한 것을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 7은 금속의 부피 비율이 1:1인 경우를 나타낸 것으로, 비율이 1:m인 경우에는 그 비율대로 각도를 조절할 필요가 있다. 금속의 부피 비율이 1:m인 경우, 중량 비율은 원자량이나 분자량을 고려할 때 1:m이 아닐 수 있음은 물론이다.
또한, 플라즈마 전원부(13, 23)는, 제 1 이온 발생부(11) 및 제 2 이온 발생부(21)에 전원을 공급하는 구성이며, 이온빔 인출 전원부(14, 24)는 상술한 제 1 이온빔 인출부 및 제 2 이온빔 인출부에 전원을 공급하는 구성이다.
다음으로, 진공 챔버(30)는 스테이션(32)을 포함한다. 스테이션(32) 상에는 소재(100)가 거치되어서, 상술한 제 1 이온의 빔 주입 또는 제 2 이온의 빔 주입으로, 소재의 분자사슬이 이온 투입에 의해 끊어지거나 이중 결합이 이루어져, 소재(100)의 표면에 전기 전도층이 형성된 복합 화합물층이 형성되게 된다. 복합이라는 표현은 적어도 2개 이상, 즉 복수 개의 이온 발생부를 포함하므로, 소재 표면에는 복합적인 화합물층이 형성되게 된다.
또한, 소재를 거치하는 스테이션(32)은, 소재의 균일 조사를 위해 4축 이상의 구동이 가능한 스테이지로 구성되는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스테이션(32)의 표면(상부 표면이나 하부 표면으로 소재의 상부 표면과 하부 표면은 평행일 경우 같은 평면임)을 구성하는 축 방향을 x축과 y축이라고 하고, 챔버(30) 내에서 스테이션(32)의 높이 방향의 축 방향을 z축이라고 한다.
이 경우, 스테이션(32)은, (1) x축 방향으로 선형 이동, (2) y축 방향으로의 선형 이동, (3) z축을 중심으로 한 회전 이동(x축 방향에서 y축 방향으로 스테이션이 회전하는 것), (4) x축을 중심으로 한 회전 이동(y축 방향에서 z축 방향으로 스테이션이 회전하는 것) 또는 y축을 중심으로 한 회전 이동(x축 방향에서 z축 방향으로 스테이션이 회전하는 것)을 포함하는 4축의 구동이 가능한 것이 바람직하다.
나아가, 상술한 z축 방향으로 스테이션(32)의 높낮이를 조절하는 스테이션 높낮이 조절부(31)를 더 포함할 수 있다. 참고로, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 상세한 설명 및 청구범위에서 언급하는 방향에 대해 표기(notation) 및 z축 방향으로 스테이션의 높낮이를 조절하는 스테이션 높낮이 조절부(31)에 대해서 개략적으로 나타낸 것이다.
다음으로, 제어부는 제 1 이온 발생부(11), 제 2 이온 발생부(21), 제 1 이온빔 인출부(12), 제 2 이온빔 인출부(22), 플라즈마 전원부(13, 23), 이온빔 인출 전원부(14, 24), 및 진공 챔버(30) 등을 제어한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(31) 상면의 중심(center)을 c0로, 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면(下面) 중심을 c1으로, 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면 중심을 c2로, 소재 표면의 중심을 C3로, ∠c1c3c0를 θ1으로, ∠c2c3c0를 θ2로 할 경우, 제어부는, 제 1 이온을 주입할 때는, 스테이션(32)을 y축을 중심으로 θ1만큼 반시계 방향으로 회전한다. 그 결과, 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면의 중심 c1과 소재 표면의 중심 c3를 서로 연결한 직선은, 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면과 직교하며, 또한 소재의 표면 평면과도 직교하게 되어서, 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 주입 프로파일이 골고루 소재 표면에 적용되게 할 수 있다.
한편, 제 2 이온을 주입할 때는, 스테이션(32)을 y축을 중심으로 θ2만큼 시계 방향으로 회전하도록 제어한다. 마찬가지로, 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면의 중심 c2와 소재 표면의 중심 c3를 서로 연결한 직선은, 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면과 직교하며, 또한 소재의 표면 평면과도 직교하게 되어서, 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 주입 프로파일이 골고루 소재 표면에 적용되게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔을 x축 또는 y축 방향으로 d만큼 이동하기 전후의 2개의 이온빔 주입 프로파일을 각각 개략적으로 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치에서, 제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔을 x축 또는 y축 방향으로 d만큼 이동하기 전후의 2개의 이온빔 주입 프로파일을 중첩했을 때의 합성 이온빔 주입 프로파일을 개략적으로 나타낸 것이다.
제 1 이온빔 인출부(12) 및 제 2 이온빔 인출부(22)에서 인출되는 빔에서의 이온빔 주입 프로파일은 도 5와 같은 모습을 나타내고 있다. 상술한 바와 같이 고른 소재 표면에서의 이온빔 주입 프로파일(가우시안 분포 등)이 나오지 않는 것을 극복하기 위하여, 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면의 중심 c1과 소재 표면의 중심 c3를 서로 연결한 직선은, 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면과 직교하며, 또한 소재의 표면 평면과도 직교하게 만든 다음에, 소재 표면의 일측 방향인 x축 방향의 소재의 일단(一段)에 가장 이온빔 주입 프로파일로 최대값이 나오는 부위인 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면의 중심 c1에 맞춘다. 다시 x축 방향으로 소재의 x축 길이인 d만큼 이동시켜서, x축 방향의 소재 타단(他段)에 다시 가장 이온빔 주입 프로파일로 최대값이 나오는 부위인 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면의 중심 c1에 맞추면, x축 방향의 소재 표면에는 도 6과 같은 고른 (평탄한) 합성의 이온빔 주입 프로파일을 형성하는 것이 가능하다.
이 경우, 밀폐 구조를 가지는 제 1 이온빔 인출부(12)를 이동시키는 것은 실질적인 구현이 쉽지 않으므로, 스테이션(32)을 x축 구동하여 d만큼 이동하는 것이다. 제 2 이온빔 인출부(22)에 대해서도 동일한 구현이 가능하다. 즉, 제 2 이온을 주입할 때는, 스테이션(32)을 y축을 중심으로 θ2만큼 시계 방향으로 회전하도록 제어한다. 마찬가지로, 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면의 중심 c2와 소재 표면의 중심 c3를 서로 연결한 직선은, 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면과 직교하며, 또한 소재의 표면 평면과도 직교하게 되어서, 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 주입 프로파일이 골고루 소재 표면에 적용되게 할 수 있다.
또한 도 6과 같은 고른 합성의 이온빔 주입 프로파일을 형성하도록, 제어부는, 제 2 이온을 주입할 때는, 스테이션(32)을 스테이션의 표면을 구성하는 축 방향을 x축과 y축 방향으로 이동 제어하되, 이온빔 주입 프로파일을 중첩할 때 상기 소재 표면에서 고른 이온 주입 분포가 되도록 제어한다.
한편, 좀 더 정확한 합성 이온빔 주입 프로파일을 연산할 수 있도록, 사전에 측정하여 저장해 둔 이온빔 주입 프로파일은 물론이고, 실시간으로 이온빔 전류를 측정하는 하나 이상의 샘플링 전류 측정부를 둠으로써, 실시간 이온빔 주입 프로파일의 값과 미리 저장된 이온빔 주입 프로파일 간의 오차를 계산하여, 현재의 이온빔 주입 프로파일을 연산하는 것이 가능하여, 실시간으로 고른 이온 주입 분포를 위하여 제어에 실시간으로 적용하는 것이 가능하다. 후술하는 온도 센서부와 마찬가지로, 이온빔 전류 측정부의 측정 결과값을 제어부로 전송할 때는 무선으로 전송하는 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 이온빔 인출부(12)가 동작할 경우에는, 샘플링 전류 측정부(미도시)는 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 소재 사이의 가상의 직진 공간(도 1에서 점선 v1과 점선 v2 사이의 공간) 내 위치에 배치되게 되며, 제 2 이온빔 인출부(22)가 동작할 경우에는, 샘플링 전류 측정부는 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 소재 사이의 가상의 직진 공간 내에 위치하게 된다. 이 경우, 하나의 샘플링 전류 측정부가 제 1 이온빔 인출부의 이온빔 전류를 측정하는 동시에 제 2 이온빔 인출부의 이온빔 전류를 측정하는 것도 가능하지만, 복수 개의 샘플링 전류 측정부가 마련되어 각각 서로 다른 이온빔 인출부를 담당하게 설계하는 것도 가능하다.
한편, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 가열부(33)를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 냉각부(36)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 소재 가열부(33) 및 소재 냉각부(36)를 설명하면, 소재 가열부(33) 및 소재 냉각부(36)는, 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 소재 사이의 가상의 직진 공간(도 1에서 점선 v1과 점선 v2 사이의 공간)에서 벗어난 위치(즉, 이온빔 주입 프로파일이 특정 값보다 낮은 위치나 zero인 위치 등)이면서, 그리고 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 스테이션부(32)의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소재 가열부(33) 및 소재 냉각부(36)는 비접촉으로 구현된다. 이와 같이 비접촉으로 소재 표면을 가열하고 냉각함으로써, 소재 가열부(33) 및 소재 냉각부(36)는 소재에 대한 이온 주입의 깊이를 제어하는 한편, 소재 표면의 변색이나 황변을 방지하는 것이 가능하다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 소재 가열부(33)는, 소재를 비접촉으로 가열 제어할 수 있도록, 열을 발산하는 할로겐 조명 또는 할로겐 히터(34) 및 상기 할로겐 조명으로부터의 빛을 반사하여 상기 소재의 표면으로 보내는 반사판(35)가, 소재의 상부에서 소재를 감싸는 원주 방향으로 복수 개 형성될 수 있다. 소재 가열부(33)도 상술한 소재 표면과의 방향을 정렬시키기 위하여 방향을 조절하는 것이 가능한 것이 바람직하다. 할로겐 히터(34)는 가열부로서 역할을 하되, 소재가 상하지 않는 온도까지 승온시킬 필요가 있다. 소재가 폴리머인 경우 섭씨 80도 정도로 승온하며, 금속인 경우는 섭씨 100 내지 200도 정도로 승온하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 소재 냉각부(34)는, 소재를 비접촉으로 냉각 제어할 수 있도록, 챔버(30)의 외부로부터 아르곤과 같은 불활성 가스를 공급받는 불활성 가스 공급관(37) 및 불활성 가스 공급관의 일단에서 원형관(38)이 연결 형성하되 상기 원형관의 원 내측에는 복수 개의 불활성 가스 분사홀(39)이 형성되어 불활성 가스가 상기 소재 표면으로 분사(에어 샤워)되는 것이 바람직하다. 불활성 가스 분사홀(39)는 하나의 홀이 아니라 에어 샤워가 가능하도록 다수 개의 홀로 형성되는 것이 바람직하다. 챔버 내는 5x10-5 [torr] 이하의 진공 상태이므로, 불활성 가스의 공급만으로도 챔버 내의 대류를 통해서 냉각이 가능하나, 빠른 냉각이나 냉각 제어에 필요한 경우, 불활성 가스의 온도를 저온으로 조절하여 공급하는 것도 가능하다.
한편, 소재 가열부(33) 및 소재 냉각부(36)의 정확한 제어를 위하여, 소재의 측면에 밀착하여 온도를 측정할 수 있는 하나 이상의 온도 센서(미도시)가, 스테이션(32) 내부로 인입되어 있다가, 필요한 경우 스테이션의 소재가 거치된 평면의 수직으로 인출되어서 소재의 측면에 밀착되어 온도를 측정하게 된다.
이 때, 상술한 스테이션이 4축 이상의 제어를 하다 보면, 온도 센서의 측정 결과값을 제어부로 전송하는 경우, 유선의 경우에는 배선이 꼬이는 등의 문제가 발생할 우려가 있었다. 이를 방지하기 위해서, 본 발명에서는 온도 센서의 결과값을 제어부로 전송할 때, 무선으로 전송하는 구성을 채택하였다.
(변색 또는 황변 방지가 가능한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 방법)
상술한 본 발명에 따른 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치 또는 방법을 이용할 경우, PC(PolyCarbonate) 또는 PET(PolyEthylene Terephthalate) 등과 같은 투명한 소재에 대한 이온 주입시 발생할 우려가 있는 황변이나 변색을 방지할 수 있다.
이온 주입 때문에 발생하는 열량으로 소재가 변색 또는 황변이 되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 소재의 표면이 냉각되도록 제어하여 상기 소재의 원래 투명도 또는 원색을 유지하는 것이 가능하다.
구체적으로, 투명한 소재가 황변이나 변색이 되는 이유는, 이온빔 주입에 따라 소재에 공급되는 열에너지로 인한 것이라 판단하여, 본 발명자들은, 소재 표면의 온도 제어를 하여 소재의 표면을 냉각을 시켜보았다.
이 때, 이온빔 주입 때문에 소재 표면에 공급되는 에너지가 Q(열량(cal))라고 가정하자. 소재의 비열은 c(cal/g℃)으로 한다. 물의 비열 = 1cal/g℃이다. m은 소재의 질량(g)이다. 이 경우, 이온빔 주입 때문에 공급된 소재 표면의 에너지 Q를 해소하기 위하여 소재의 표면을 ΔT = Q / cm 만큼 냉각하도록 제어한다. 이를 통해서, 소재의 투명도 또는 원색을 유지할 수 있게 된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치에서, 50kV로 50mA의 전류만큼의 이온 빔이 주입되는 경우, 공급되는 전력량은 50kV × 50mA = 2500 W = 2500 J/sec가 된다. 이와 같은 이온 빔 공급이 1sec 동안 이루어질 경우, 2,500J의 에너지(열량)이 소재의 표면에 공급된다. 이것을 소재의 비열과 질량으로 나눌 경우, 해당 소재가 이온 빔 주입으로 인해 상승하는 최대의 온도가 나오는데, 그 만큼이 냉각될 수 있도록 상술했던 장치의 소재 냉각부(36)를 제어한다. 통상 공급되는 전력량이 모두 열에너지로 전환되는 것은 아니지만, 충분한 냉각 마진을 위해서 공급되는 전력량 전체가 열에너지로 전환되어 온도가 상승된다고 가정하였다.
(유리막 코팅)
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유리막을 코팅하는, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치에 대해서 설명한다. 유리막 코팅을 하여, 소재 표면의 물기(수분)가 덜 묻게 또는 안 묻게 하고, 소재 표면의 경화도(경도)를 상승시키게 된다. 종래 유리막 코팅은 소재 위에 실라잔을 도포하고, 섭씨 350도로 승온하여 실라잔을 경화시키게 되는데, 통상 대략 3시간 정도 소요되어 시간이 많이 소요되며, 번거롭고, 그 소재가 섭씨 350도 승온으로 영향을 받는 재질에 대해서 적용하기 어려운 문제가 있었다.
아래에서는, 상술했던 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치를 이용하여, 소재 표면에 유리막을 코팅하는 것을 설명한다.
종래 플라스틱이나 폴리머의 소재 위에 실라잔을 도포하고, 경화를 위해서 섭씨 350도로 승온하게 되면, 플라스틱이나 폴리머가 섭씨 350도에 용융되어 버리는 문제가 있었다. 본 발명에서는, 상술했던 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치를 이용하는데, 제 1 이온 발생부(11) 또는 제 2 이온 발생부(12) 가운데 어느 하나에서는 산소(O2)의 이온빔이 발생되고, 다른 하나에서는 Ar이나 F와 같은 소수성 재료의 이온빔이 발생하여, 소재 표면의 경도도 높이고, 소수성도 향상시키게 된다. 즉, 실라잔 또는 다른 Si화합물계를 도포한 소재의 표면에 대해서 이온 주입을 이용하여, 섭씨 300도까지의 가열 없이도, 소재 표면의 경화도 및 소수성을 향상 또는 개선한다. 참고로, 실라잔은 Si－N－Si 결합이 있는 화합물의 총칭으로, 일반식 H3Si(NHSiH2)nNHSi H3이며, 규소 원자의 수에 따라 디실라잔, 트리실라잔이라고 한다.
이온 주입을 통해서, 실라잔 또는 다른 Si화합물계의 수소(H) 또는 질소(N)와의 화학적 결합을 분리하여 해당 위치에 산소 이온 주입을 통해서 산소(O)가 붙게 되어서 폴리머 또는 플라스틱 재질의 소재 표면에 대해서 경도를 향상시키며, 소수성의 이온빔을 주입하여 폴리머 또는 플라스틱 재질의 소재 표면에 대해서 소수성을 향상시킨다.
이 경우에도, 상술했던 것처럼, 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이면서, 그리고 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 스테이션부의 상부에 위치하며, 소재와 비접촉으로 소재를 가열하는 소재 가열부(33); 및 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 냉각하는 소재 냉각부(36);를 더 포함한다.
이와 같은 장치 또는 방법에서, 실라잔 또는 Si화합물계를 도포한 상태에서 산소 이온빔을 주입해서 수소(H) 또는 질소(N)의 화학적 결합을 분리시키고, 챔버 내로 나오게 되는 수소나 질소를 어떻게 제거할까, 그리고 주입되는 산소 이온 빔과 만나서 물(H2)로 재결합되더라도, 해당 수분이나 물기가 소재에 부착되어 소재 표면의 경화도 향상이나 소수성 향상에 방해가 되지 않도록 할 필요가 있다.
이를 위해서, 본 발명에서는, 소재 가열부(33)를 통해서 상기 소재를 적어도 섭씨 100도 이상 그리고 상기 소재의 용융점 이하로 가열하게 된다. 구체적으로, 소재 가열부(33)는, 소재를 비접촉으로 가열 제어할 수 있도록, 열을 발산하는 할로겐 조명(34) 및 상기 할로겐 조명으로부터의 빛을 반사하여 상기 소재의 표면으로 다시 되돌려 보내는 반사판(35)가, 상기 소재의 상부에서 상기 소재를 감싸는 원주 방향으로 복수 개 형성되어 있으며, 상술한 소재에 대한 산소 이온 주입으로 상기 소재에서 이탈한 수소가 산소와 결합하여 수분이 되어서, 상기 소재 표면에 응결하는 것을 막는 동시에, 상기 소재 표면에 산소 이온 주입이 더 잘 이루어질 수 있도록, 그리고 상기 소재가 용융되지 않는 범위 내에서 가열될 수 있도록, 상기 소재를 적어도 섭씨 100도 이상 상시 소재의 용융점 이하로 가열한다. 즉, 섭씨 100도 이상이 되면, 물 (수분)은 증발하나, 폴리머는 용융되지 않고 견디게 된다. 이와 같은 소재의 가열을 통해서, 소재 내의 반응 단면적이 증가되어, 이온 주입이 잘 이루어지게 된다.
또한, 챔버 내의 수분에 대해서 소재 냉각부(34)에 응결이 되도록 유도할 수도 있다. 이 경우 소재 냉각부(34)에서는 불활성 가스를 분사하지 않아서 소재를 냉각하지는 않고, 소재 냉각부(34) 자체가 냉각되어서 소재 냉각부(34)의 외표면에 수분의 응결이 유도된다. 이와 같이 응결된 수분이 떨어지더라도, 소재로 수분이나 물기가 떨어지지 않도록 소재 냉각부의 원형관(38)은 소재보다, 바람직하게는 스테이션보다 더 큰 원으로 스테이션의 상부에 형성될 수 있다.
즉, 소재 냉각부(34)는, 소재를 비접촉으로 냉각 제어할 수 있도록, 상기 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 공급받는 불활성 가스 공급관(37) 및 상기 불활성 가스 공급관의 일단에서 원형관(38)이 연결 형성하되 상기 원형관의 원 내측에는 복수 개의 불활성 가스 분사홀(39)이 형성되어 불활성 가스가 상기 소재 표면으로 분사될 수 있다. 나아가, 소재 냉각부(34)는, 불활성 가스 공급관(37) 및 원형관에 내삽되어 밀폐되되, 외부로부터 액체 질소를 공급받는 액체질소관(40);을 더 포함하는데, 제어부의 제어에 따라서, 상기 챔버 내 수분 제거 모드(mode)의 경우에는, 불활성 가스 분사홀(39)을 통한 불활성 가스를 상기 소재 표면에 분사하지 않고, 상기 액체질소관(40)에 액체 질소만을 공급받아서, 상기 소재 냉각부(34)의 외표면만을 냉각하여, 챔버 내의 수분의 응결을 상기 소재 냉각부(34)의 외표면에 유도한다. 결과적으로, 소재에 대한 산소 이온 주입으로 소재에서 이탈한 수소가 산소와 결합하여 수분이 된 것이 소재 표면에서 응결되는 것을 방지할 수 있다.
참고로, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입을 이용하여 소재 표면에 고기능 화합물층을 형성하는 장치의 비접촉식 소재 냉각부(36)의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다.
또한, 소재 냉각부(34)는, 도 8에 도시된 것처럼, 소재 냉각부의 외표면을 감싸는 형상의 열선 코일(41)이 더 마련되고, 제어부의 제어에 따른 열선 코일(41)의 동작은, 챔버를 열지 않고 상기 소재 냉각부(34)를 클리닝하거나, 또는 상기 이온 주입 도중에 정해진 시간 동안 가열하여 상기 소재 냉각부(34)의 외표면에 응결된 수분을 제거하거나 또는 없애는 것이 가능한다. 이와 같이, 챔버 내 수분을 제거하여 SiO2 변환 효율을 높일 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따른 장치를 이용할 경우, Si화합물계 무기 폴리머의 경화도 및 소수성 향상 장치 및 방법, 또는 폴리머 소재의 경화도 및 소수성을 향상시키는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 소재 표면에 산소 이온 주입이 더 잘 이루어지도록, 챔버(30) 내를 산소 분위기로 형성하는 것이 바람직하다. 에어샤워로 챔버 내를 O2 분위기로 하게 된다.
종래 3시간 이상이 소요되는 유리막 코팅과는 다르게, 본 발명에 따른 장치를 이용할 경우, 30분 이내로 유리막 코팅이 가능하게 된다. 또한, 최근 폴더블 스마트폰의 접히는 부분에, 본 발명에 따른 유리막 코팅이 이루어질 경우, 스마트폰 디스플레이 상의 폴리머의 내구성 또는 소수성을 크게 향상시키는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
11...제 1 이온 발생부
12...제 1 이온빔 인출부
21...제 2 이온 발생부
22...제 2 이온빔 인출부
13, 23...플라즈마 전원부
14, 24...이온빔 인출 전원부
30...진공 챔버
31...스테이션 높낮이 조절부
32...스테이션
33...소재 가열부
34...할로겐 조명
35...반사판
36...소재 냉각부
37...불활성 가스 공급관
38...원형관
39...복수 개의 불활성 가스 분사홀
40...액체질소관
41...열선 코일
100...소재
12...제 1 이온빔 인출부
21...제 2 이온 발생부
22...제 2 이온빔 인출부
13, 23...플라즈마 전원부
14, 24...이온빔 인출 전원부
30...진공 챔버
31...스테이션 높낮이 조절부
32...스테이션
33...소재 가열부
34...할로겐 조명
35...반사판
36...소재 냉각부
37...불활성 가스 공급관
38...원형관
39...복수 개의 불활성 가스 분사홀
40...액체질소관
41...열선 코일
100...소재
Claims (15)
- 챔버 상면(上面)의 중심을 기준으로 점대칭 위치에 각각 장착된 제 1 이온 발생부 및 제 2 이온 발생부를 포함한, 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치로서,
제 1 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 1 플라즈마를 형성하는 제 1 이온 발생부(11);
제 2 타겟 제공부로부터 기체 또는 금속을 제공받아, 기체 원자 또는 분자, 혹은 금속 원자 또는 분자에 열전자를 충돌시키거나 또는 마이크로파를 이용하여 전자를 분리시켜, 이온화된 기체 원자 또는 분자, 혹은 이온화된 금속 원자 또는 분자인 제 2 플라즈마를 형성하는 제 2 이온 발생부(21);
상기 제 1 플라즈마에 5 ~ 200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 1 이온을 주입하는 제 1 이온빔 인출부(12);
상기 제 2 플라즈마에 5 ~ 200kV 이상의 고전압을 인가하여 이온빔을 인출하여, 소재 표면에 제 2 이온을 주입하는 제 2 이온빔 인출부(22);
상기 제 1 이온 발생부(11) 및 상기 제 2 이온 발생부(21)에 전원을 공급하는 플라즈마 전원부(13, 23);
상기 제 1 이온빔 인출부(12) 및 상기 제 2 이온빔 인출부(22)에 전원을 공급하는 이온빔 인출 전원부(14, 24);
소재가 거치되어서, 상기 제 1 이온의 빔 주입 또는 상기 제 2 이온의 빔 주입으로, 상기 소재의 분자사슬이 이온 투입에 의해 끊어지거나 이중 결합이 이루어져, 상기 소재의 표면에 전기 전도층이 형성된 복합 화합물층이 형성되도록 하는, 스테이션를 구비하는 진공 챔버(30); 및
상기 제 1 이온 발생부(11), 상기 제 2 이온 발생부(21), 상기 제 1 이온빔 인출부(12), 상기 제 2 이온빔 인출부(22), 상기 플라즈마 전원부(13, 23), 상기 이온빔 인출 전원부(14, 24), 및 상기 진공 챔버(30)를 제어하는 제어부(40);를 포함하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소재를 거치하는 스테이션(32)은, 상기 소재의 균일 조사를 위해 4축 이상의 구동이 가능한 스테이지로 구성되는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 스테이션의 표면을 구성하는 축 방향을 x축과 y축이라고 하고, 상기 챔버 내에서 상기 스테이션의 높이 방향의 축 방향을 z축이라고 할 때,
상기 스테이션은, 상기 x축 방향으로 선형 이동, 상기 y축 방향으로의 선형 이동, 상기 z축을 중심으로 한 회전 이동, 그리고 상기 x축을 중심으로 한 회전 이동 또는 상기 y축을 중심으로 한 회전 이동을 포함하는 4축의 구동이 가능한 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 챔버 상면의 중심을 c0로, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 하면 중심을 c1으로, 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 하면 중심을 c2로, 상기 소재 표면의 중심을 C3로, ∠c1c3c0를 θ1으로, ∠c2c3c0를 θ2로 할 경우,
상기 제어부는, 상기 제 1 이온을 주입할 때는, 상기 스테이션을 상기 y축을 중심으로 θ1만큼 반시계 방향으로 회전하고, 상기 제 2 이온을 주입할 때는, 상기 스테이션을 상기 y축을 중심으로 θ2만큼 시계 방향으로 회전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 1 이온을 주입하거나 또는 상기 제 2 이온을 주입할 때는, 상기 스테이션을 상기 스테이션의 표면을 구성하는 축 방향을 x축과 y축 방향으로 이동 제어하되, 이온빔 주입 프로파일을 중첩할 때 상기 소재 표면에서 고른 이온 주입 분포가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 z축 방향으로 상기 스테이션(32)의 높낮이를 조절하는 스테이션 높낮이 조절부(31);를 더 포함하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 이온빔 인출부(12)의 이온빔 인출과 상기 제 2 이온빔 인출부(22)의 이온빔 인출에 방해가 되지 않도록, 상기 제 1 이온빔 인출부(12)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이면서, 그리고 상기 제 2 이온빔 인출부(22)로부터 상기 소재 사이의 가상의 직진 공간에서 벗어난 위치이고, 상기 스테이션부의 상부에 위치하며,
상기 소재에 대한 이온 주입의 깊이를 제어할 수 있도록, 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 가열하는 소재 가열부(33); 및 상기 소재와 비접촉으로 상기 소재를 냉각하는 소재 냉각부(36);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 소재 가열부(33)는,
상기 소재를 비접촉으로 가열 제어할 수 있도록, 열을 발산하는 할로겐 조명(34) 및 상기 할로겐 조명으로부터의 빛을 반사하여 상기 소재의 표면으로 다시 되돌려 보내는 반사판(35)가, 상기 소재의 상부에서 상기 소재를 감싸는 원주 방향으로 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 소재 냉각부(34)는,
상기 소재를 비접촉으로 냉각 제어할 수 있도록, 상기 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 공급받는 불활성 가스 공급관(37) 및 상기 불활성 가스 공급관의 일단에서 원형관(38)이 연결 형성하되 상기 원형관의 원 내측에는 복수 개의 불활성 가스 분사홀(39)이 형성되어 불활성 가스가 상기 소재 표면으로 분사되는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 소재의 기계적 특성을 향상시키려는 경우에는, 상기 제 1 타겟부 또는 상기 제 2 타겟부 가운데 어느 하나의 타겟부에서는 질소(N2)를 제공받고, 다른 타겟 제공부에서는 Al, C, Fe, Ti, Cr 가운데 적어도 하나를 제공받도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 소재의 항균 및 항바이러스 특성을 향상시키려는 경우에는, 상기 제 1 타겟 제공부 또는 제 2 타겟 제공부에서는 Cu를 제공받도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 소재의 내식성을 향상시키려는 경우에는, 상기 제 1 타겟 제공부 또는 제 2 타겟 제공부에서는 산소(O2)를 제공받도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 금속 타겟이, n개(여기서 n은 2이상의 자연수)의 금속 타겟이고, n개의 금속 타겟의 원자량을 고려하여 계산한 부피 비율이 동일한 경우,
상기 n개의 금속 타겟이 골고루 분포되어서, 상기 제 1 플라즈마 또는 상기 제 2 플라즈마 형성이 고른 본포가 이루어지도록, 상기 금속 타겟을 원형으로 제작하되, 상기 원형의 nk(k는 자연수)개 만큼의 각도로 각각 분할하되, 1번째, 2번째, ... n번째 분할 부채꼴 부분은 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하고, 다시 (n+1)번째, (n+2)번째, ..., 2n번째 분할 부채꼴 부분은 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하고, 계속 반복하여, (n(k-1)+1)번째, (n(k-1)+2)번째, ...., nk번째 분할 부채꼴 부분은 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
제 1 타겟 제공부 또는 상기 제 2 타겟 제공부에 공급되는 금속 타겟이, n개(여기서 n은 2이상의 자연수)의 금속 타겟이며, n개의 금속 타겟의 원자량을 고려하여 계산한 부피 비율이 V1, V2, ..., Vn인 경우,
상기 n개의 금속 타겟이 골고루 분포되어서, 상기 제 1 플라즈마 또는 상기 제 2 플라즈마 형성이 고른 본포가 이루어지도록,
상기 금속 타겟을 원형으로 제작하되, k(k는 자연수)개 만큼의 각도로 각각 분할하되, 각 분할된 것을 V1, V2, ..., Vn의 부피 비율대로 재분할한 것을 서로 다른 n개의 금속 타겟으로 하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 소재 가열부(33) 및 상기 소재 냉각부(36)의 정확한 제어를 위하여, 상기 소재의 측면에 밀착하여 온도를 측정할 수 있는 하나 이상의 온도 센서가, 상기 스테이션(32) 내부로 인입되어 있다가, 필요한 경우 상기 소재가 거치된 평면의 수직으로 인출되어서 상기 소재의 측면에 밀착되어 온도를 측정하되,
상기 스테이션이 4축 이상의 제어에도, 상기 제어부로 온도 센서의 결과값을 전송받을 수 있도록, 무선으로 온도 센서의 결과값을 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는,
이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020210120567A KR102633782B1 (ko) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210120567A KR102633782B1 (ko) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 이온 주입을 이용한 소재 표면 고기능 화합물층 형성 장치 |
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| Title |
|---|
| 대한민국 특허 제10-2063013호(2019.12.30 등록, 발명의 명칭 : 반도체 공정용 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법 (METHOD OF IMPROVING SURFACE CONDUCTIVITY OF POLYMERIC MATERIAL FOR SECMICONDUCTOR PROCESSES)) |
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