KR20030030768A - 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치는 공정 챔버(101)의 내부에 상부 전극(102)과 하부 전극(103)이 일정 간격을 두고 상,하부에 고정되어 있고, 공정 챔버(101)의 일측에는 시트 상태의 소재(104)를 공정 챔버(101)로 공급하기 위한 언 와인더(105)가 설치되어 있으며, 타측에는 공정 챔버(101)를 지나며 고분자 중합막이 증착된 소재(104)를 감기 위한 와인더(106)가 설치되어 있는 증착장치에서, 상기 상,하부 전극(102)(103)의 후면에 N극 마그네트(121)와 S극 마그네트(122)를 교대로 설치하고, 그와 같이 설치된 마그네트(121)(122)들의 설치면적(A)을 전극(102)보다 넓게 설치함으로써, 마그네트(121)(122)에서 발생되는 자기장에 의하여 상,하부 전극(102)(103)에서 발생되는 전자들이 가속됨과 아울러 나선형운동이 이루어지게 되어 공정 가스와의 충돌확률이 높아짐에 따라 공정 가스의 이온화율이 증대되어 증착효율을 증대시키게 된다.

Description

마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치{PLASMA CONTINUOUS DEPOSITION APPARATUS HAVING MAGNET}

본 발명은 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치에 관한 것으로, 특히 전극의 후면에 N극 마그네트와 S극 마그네트를 교대로 배치하여 전자기력에 의한 이온화율의 증가로 중합효율을 증대시키도록 하는데 적합한 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 고분자 재료를 금속 소재에 증착하여 친수성 또는 초소수성을 향상시키는 금속 표면처리 방법으로 플라즈마(PLASMA)를 이용한 증착법이 이용되고 있는데, 그 이유는 플라즈마를 이용한 증착법을 쓸 경우에 부착력이 좋고, 증착온도가 낮아질 수 있어서 고온가열에 의한 모재의 변형, 변성을 줄일 수 있는 장점이 있기 때문이다.

상기와 같이 금속소재에 플라즈마를 이용하여 고분자 재료를 증착하는 방법을 간단히 설명하면, 공정 챔버의 내측에 2개의 전극(ELECTRODE)을 배치하고, 그 전극의 사이에 소재를 위치시키며, 그 소재를 전원공급장치(POWER SUPPLY)에 연결하고 전극을 접지시킨 상태에서, 공정 챔버의 내부를 진공펌프(VACUUM PUMP)로 펌핑하여 진공상태로 유지시키는 동시에 전원공급장치를 이용하여 전극에 전원을 공급하면 방전에 의하여 플라즈마가 발생되는데, 이와 같이 발생되는 플라즈마에 의하여 가스들의 분자결합이 끊어지게 되어 시료의 표면에 고분자 막의 증착이 이루어지게 된다.

그러나, 상기와 같은 플라즈마 증착은 일정 크기의 소재를 공정 챔버의 내측에 장착한 상태에서 공정분위기를 조성한 다음 증착하는 것으로, 연속적인 작업이 이루어지지 못하여 대량생산에는 적합하지 못한 것이었다.

이러한 문제점의 해결 방안으로 롤 형태로 감겨있는 시트(SHEET) 상태의 소재를 언 와인더에서 공정챔버(PROCESS CHAMBER)로 연속적으로 공급하고, 그 공정챔버에서 증착이 이루어진 소재를 반대쪽의 와인더에 감기도록 하여 작업을 연속적으로 실시하는 방법이 소개되고 있다.

도 1을 참조하여 플라즈마 연속증착장치를 간단히 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 공정 챔버(1)의 내부에 음극이 되는 상부 전극(2)과 하부 전극(3)이 일정 간격을 고정되어 있고, 공정 챔버(1)의 일측에는 시트 상태의 소재(4)를 연속적으로 공급하기 위한 언 와인더(5)가 설치되어 있으며, 타측에는 그와 같이 공급되어 상,하부 전극(2)(3) 사이를 지나며 증착이 이루어진 소재(4)를 감기 위한 와인더(6)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 언 와인더(5)와 와인더(6)를 감싸도록 각각 언와인더 챔버(7)와 와인더 챔버(8)가 설치되어 있고, 상기 언 와인더(5)와 와인더(6)의 주변에는 소재를 가이드하기 위한 가이드 롤러(9)들이 배치되어 있다.

또한, 상기 공정 챔버(1)의 일측 하부에는 공정가스 공급관(10)이 설치되어 있고, 타측에는 배기가스 배출관(11)이 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 플라즈마를 이용한 연속증착장치는 전원이 공급되면 언 와인더(5)가 회전하며 시트 상태의 소재(4)를 공정 챔버(1)의 내부로 공급하고, 그 공정 챔버(1)의 내부로 공급된 소재(4)가 상,하부 전극(2)(3)의 사이를 지나 와인더(6)에 연속적으로 감기게 된다.

그와 같은 상태에서 공정가스 공급관(10)을 통하여 공정 챔버(1)의 내부로 공정 가스를 공급하고, 배기가스 배출관(11)을 통하여 펌프(미도시)로 펌핑하여 공정 챔버(1)의 내부를 일정압력 이하로 유지하는 상태에서, 상,하부 전극(2)(3)과 소재(4)에 DC전원을 인가하면 상,하부 전극(2)(3)과 소재(4)의 사이에서 플라즈마가 발생되어 이동하는 소재(4)의 표면에 고분자 중합막이 증착된다.

그러나, 상기와 같은 플라즈마를 이용한 고분자 막의 연속증착장치는 소재를 빠른 속도로 이동하는 경우에 충분한 증착이 이루어지지 못하여 생산성을 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전극의 뒷면에 N극 마그네트와 S극 마그네트를 교대로 설치하여 전자기장에 의한 이온화율의 향상으로 연속중합시의 생산효율을 향상시키도록 하는데 적합한 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 플라즈마 연속증착장치를 보인 개략구성도.

도 2는 본 발명의 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치를 보인 개략구성도.

도 3은 본 발명의 요부구성을 보인 평면도.

도 4는 본 발명에서의 전자기력이 발생되는 상태를 보인 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

101 : 공정 챔버 102 : 상부 전극

103 : 하부 전극 104 : 소재

105 : 언 와인더 106 : 와인더

121 : N극 마그네트 122 : S극 마그네트

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여

공정 챔버와,

그 공정 챔버의 내부 상측에 고정되며 음극이 되는 상부 전극과,

그 상부 전극의 하측에 일정간격을 두고 설치되며 음극이 되는 하부 전극과,

상기 공정 챔버의 일측에 설치되며 상부 전극과 하부 전극의 사이로 시트 상태로 소재를 공급할 수 있도록 소재가 감겨있는 언 와인더와,

상기 공정 챔버의 타측에 설치되며 상부 전극과 하부 전극 사이를 지나며 플라즈마 증착이 이루어진 소재를 감기 위한 와인더와,

상기 상,하부 전극의 후면에 교대로 배치되어 발생되는 자기장을 이용하여 공정 가스의 이온화율을 증대시키기 위한 N/S극 마그네트들을 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치가 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치를 보인 개략구성도이고, 도 3은 본 발명의 요부구성을 보인 평면도로서, 도시된 바와 같이, 공정 챔버(101)의 내부 상측에 판상의 상부 전극(102)이 설치되어 있고, 그 상부 전극(102)의 하측에는 판상의 하부 전극(103)이 설치되어 있으며, 그 상,하부 전극(102)(103)은 전기적으로 음극(CATHODE)이 되도록 직류전원공급기(미도시)에 연결되어 있다.

그리고, 상기 공정 챔버(101)의 일측에는 시트 상태의 소재(104)가 감겨있는 언 와인더(105)가 설치되어 있고, 타측에는 공정 챔버(101)를 지나며 고분자막이 증착된 소재(104)를 감기 위한 와인더(106)가 설치되어 있으며, 상기 언 와인더(105)와 와인더(106)를 감싸도록 각각 언와인더 챔버(107)와 와인더 챔버(108)가 설치되어 있고, 와인더(106)에서 공급되며 전기적으로 양극(ANODE)이되는 소재(104)가 공정 챔버(101)의 상부 전극(102)과 하부 전극(103) 사이를 지나 언 와인더(105)에 감기도록 되어 있다.

또한, 상기 공정 챔버(101)의 하부 일측에는 공정 챔버(101)의 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 공정가스 주입관(109)이 설치되어 있고, 타측에는 반응후의 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 배출관(110)이 설치되어 있으며, 상기 언 와인더 챔버(107)의 출구부와 와인더 챔버(108)의 입구부에는 소재(104)를 가이드하기 위한 한쌍의 가이드 롤러(111)가 각각 설치되어 있다.

그리고, 상기 상부 전극(102)과 하부 전극(103)의 후면에는 N극 마그네트(121)과 S극 마그네트(122)가 교대로 설치되어 있어서, 상,하부 전극(102)(103)과 소재(104)의 사이에 자기장(MAGNETIC FIELD)을 발생시킬 수 있도록 되어 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 전극(102)의 후면에 설치되는 N극 마그네트(121)와 S극 마그네트(122)는 상부 전극(102)에서 발생되는 전기장 보다 크게 자기장이 발생되도록 설치면적(A)도 상부 전극(102) 대비 105~120% 정도가 되도록 하는 것이 바람직 하다.

또한, 그와 같이 설치되는 N극 마그네트(121)와 S극 마그네트(122)는 고온에서도 자기를 잃어버리지 않도록 300~600G 정도의 세기를 갖고 있어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치는 전원이 공급되면 언 와인더(105)가 시계반대방향으로 회전을 하며 언와인더(105)에 감겨있던 소재(104)를 공정 챔버(101)의 내부로 공급을 하고, 그와같이 공급되는 소재(104)는 가이드 롤러(111)에 의하여 가이드 되며 상부 전극(102)과 하부 전극(103) 사이를 지나 시계방향으로 회전하는 와인더(106)에 연속적으로 감기게 된다.

그와 같은 상태에서 공정가스 공급관(109)을 통하여 공정 챔버(101)의 내부로 공정 가스를 주입함과 아울러 배기가스 배출관(110)을 통하여 펌프(미도시)로 펌핑하여 공정 챔버(101)의 내부가 일정압력 이하로 유지되는 상태에서, 상,하부 전극(102)(103)과 소재(104)에 DC전원을 인가하면 상,하부 전극(102)(103)과 소재(104)의 사이에서 플라즈마가 발생되어 이동하는 소재(104)의 표면에 고분자 중합막이 증착된다.

또한, 상,하부 전극(102)(103)의 후면에 설치된 N극 마그네트(121)와 S극 마그네트(122)에서 N극에서 S극으로 흐르는 자기장이 발생되고, 그와 같이 발생되는 자기력은 플레밍의 왼손법칙에 따라 힘의 발생되는 방향(B₀)으로 상,하부 전극(102)(103)에서 발생되는 전자를 가속시켜서 공정가스와의 충돌을 증가시키게 된다.

즉, 도 4의 그래프에 표시된 것과 같이, 상,하부 전극(102)(103)의 설치방향을 기준으로 그래프의 X축과 Y축으로 볼때 자기장이 흐르면 자기장내의 전자흐름들은 전자기력의 수직방향으로 흐르며 굵은 화살표로 표시한 것과 같이 전자가 나선형으로 운동하며 공정가스와의 충돌확률이 높아져서 가스의 이온화율을 증대시키게 된다.

따라서, 충분한 이온화가 진행되므로 방전전압의 조절이 가능하고, 플라즈마의 세기를 조절하는 것이 가능하며, 가스의 사용량을 감소시켜서 로우 저압력하의 공정진행이 가능하다. 또한, 이온화율이 높으므로 공정진행속도를 증가시킬 수가 있어서 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치는 상,하부 전극의 후면에 N극 마그네트와 S극 마그네트를 교대로 설치하여 자기장이 형성되도록 함으로써, 상,하부 전극에서 발생되는 전자들이 가속됨과 아울러 나선형운동이 이루어지게 되어 공정 가스와의 충돌확률이 높아지게 된다. 따라서, 공정 가스의 이온화율이 증대됨에 따라 중합막의 증착속도가 증대되어 생산효율을 증대시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 공정 챔버와,

   그 공정 챔버의 내부 상측에 고정되며 음극이 되는 상부 전극과,

   그 상부 전극의 하측에 일정간격을 두고 설치되며 음극이 되는 하부 전극과,

   상기 공정 챔버의 일측에 설치되며 상부 전극과 하부 전극의 사이로 시트 상태로 소재를 공급할 수 있도록 소재가 감겨있는 언 와인더와,

   상기 공정 챔버의 타측에 설치되며 상부 전극과 하부 전극 사이를 지나며 플라즈마 증착이 이루어진 소재를 감기 위한 와인더와,

   상기 상,하부 전극의 후면에 교대로 배치되어 발생되는 자기장을 이용하여 공정 가스의 이온화율을 증대시키기 위한 N/S극 마그네트들을 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 전극의 후면에 설치되는 N극 마그네트와 S극 마그네트는 상부 전극에서 발생되는 전기장 보다 크게 자기장이 발생되도록 설치면적(A)을 상부 전극 대비 105~120% 정도가 되도록 한 것을 특징으로 마그네트를 가지는 플라즈마 연속증착장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 N극 마그네트와 S극 마그네트는 고온에서도 자기를 잃어버리지 않도록 300~600G 정도의 세기를 가지는 것을 특징으로 하는 마그네트를가지는 플라즈마 연속증착장치.