광학적 코팅층의 형성방법 document_id A220517010022

본 발명은 청구범위 제1항과 제9항에 각각 청구된 바와같은 코팅층을 형성하는 방법과 장치에 관한 것이다. 진공에서의 코팅 방법은, 예를 들어 반사방지용 박막 및 거울 코팅, 광학 필터 및 기타 기판의 표면 처리 등의 광학적 코팅층 즉 박막(薄膜)을 형성하기 위하여 사용된다. 진공실에서 수행되는 진공 코팅 방법은 진공증착(VD), 화학적 기상성장법(CVD), 스퍼터링(물리적 기상성장법: PVD)등을 포함한다. 진공 증착에서는, 먼저 히터나 전자 비임 가열장치에 의해 코팅 재료가 용융되고 증발된다. 그런 다음, 기상상태(氣相狀態)의 코팅 재료는 코팅할 기판의 냉면(冷面)에 응착되어서 박막의 코팅층을 형성하게 된다. 그러나, 기상상태의 코팅 재료는 이 기상상태의 재료가 접근할 수 있는 진공실의 다른 표면에도 부착된다. 물리적인 기상성장법(氣相成長法)에서와 달리, 화학적 기상성장법(CVD)에서는 처음에는 기상 상태의 고체 성분이 화학반응의 결과 기판의 표면에 부착된다. 이에 대한 이전의 상태에서는 기상상태의 재료내에 존재하는 소정 특성을 갖는 화합물, 예컨대 소정의 반응체는 고체층으로서 부착된다. 화학적 기상성장법(CVD)의 한 예로는 플라즈마 강화식 화학적 기상 성장법이다. 이러한 예에서, 플라즈마는 코팅할 기판 표면위에 생성된다. 기상상태의 재료내의 일부 성분들은 플라즈마에서 화학적으로 반응상태로 되어서 기판 표면의 빈 공간에서 화학반응을 하여 고형층이 형성되도록 한다. 스퍼터링은 이온충돌에 의하여 코팅 재료가 벗겨지는 것을 설명하기 위하여 사용되며, 충돌하는 고체 상태의 타겟의 극소 입자가 벗겨지는(스파터되는), 호적하게는 진공실내의 스퍼터링 가스와 함께 반응한 다음, 타겟에 직접 대향하는 기판의 전면에서 응착되어 그 결과 고형의 코팅층을 형성하게 된다. 스퍼터링은 주로 이온충돌에 의한 방향 특성을 갖는 물리적 코팅방법이며, 이에 의한 코팅은 타겟에 직면하는 영역 특히 기판의 전면에만 형성된다. 상술한 박막형성의 코팅방법들은 흔히 세라믹 특성을 갖는 무기질 재료들의 코팅을 위하여 통상적으로 사용된다. 그러나, 무기질층은 일반적으로 취성이 매우 큰 단점이 있으며, 이것은 무기질 코팅층과 상이한 기계적 특성 및/또는 열적 특성을 갖는 플라스틱 기판, 특히 신축률 및 신장률이 무기질층과는 다른 플라스틱제 기판으로의 적용은 제한된다는 것을 의미한다. 특히 무기질층은 합성수지제 즉 플라스틱 안경 렌즈와 시계면(watch face)용의 높은 기계적 및 열적 스트레스에 노출되는 반사방지 코팅층과 스크래칭 방지 코팅층의 역할을 하므로 높은 광학적 품질 요구를 충족하지 않으면 아니 된다. 기판과 코팅층의 기계적 및/또는 열적 특성의 큰 차이는 접착력을 감소시키고 심지어 코팅층이 박리될 수도 있게 한다. 안경 렌즈의 코팅층의 박리는 예를들어 안경 렌즈가 마모될 때 렌즈의 시야 손상을 초래할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 플라스틱 렌즈 표면을 경화시키도록 습식 화학 공정에 의해 경질 락커(hard lacquers)로 시일하는 것이 알려져 있다. 이렇게 처리된 렌즈 표면은 다시 경질 락커층 위에 광학적 코팅층이 형성된다. 그러나, 이러한 경질 락커 코팅방법은 기술적으로 매우 복잡하고, 광학적으로 완전한 경질 락커 코팅층 형성의 생산성이 낮고, 진공 코팅 방법에 의해 형성되는 산화물 또는 질화물층의 무기물 코팅층들과 비교하여 상대적으로 낮은 내마모성 및 내구성을 갖는 문제가 있다. 더욱이, 2단계의 공정은 표면 오염의 문제와 보다 복잡한 처리기술로 인한 제조비용이 증가되는 문제가 있다. 다른 해결책은, EP 특허 제0870070호에 개시된, 별도 코팅되는 경질 락커층을 갖지 않도록 하는 것이다. 이 경우, 플라즈마 강화식 화학증착 공정에서, 진공실에 산소와 질소의 반응가스와 함께 증기상의 유기금속 단량체들이 진공실에 도입되고, 그전에 형성된 바와같이 코팅층에 합체된다. 유기금속 단량체 헥사메틸렌디실록산(HMDSO)을 사용하여 유기적으로 개질된 산화물, 산소질화물 또는 질화물층을 형성한다. 이러한 방법의 바람직한 이용 분야는 장식적 표면 및 외부 장식을 위한 코팅, 유리창 및 거울 코팅, 필름 코팅등이 포함된다. 플라즈마-강화식 화학증착에 따른 문제점은 기판의 요구되는 표면 뿐만 아니라 진공실의 다른 표면, 특히 기판의 배면들에도 제어되지 않고 코팅되거나 오염시키는 것이다. 이것은 화학증착의 조건이 기판 표면들에서 반응가스가 화학적으로 반응하게 선택되기 때문에 발생되는 것이다. 따라서, 생산과정에서 진공실에 대하여 시간이 많이 소모되고 비용이 많이 드는 세정작업이 필요하게 된다. 기판 배면에 제어되지 않은 코팅은 최종 제품의 시각적 품질에 좋지 않은 영향을 주기 때문에, 이러한 방식의 화학증착 방법은 광학적 요소들의 제조에 문제를 야기한다. EP-A-0870070는 코팅할 표면의 바로 앞에 고밀도 플라즈마 영역을 발생시키고 코팅할 표면에 반응가스와 단량체들의 통로를 향하게 함으로써, 국소 표면만을 코팅하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 기술적으로 복잡하고, 진공실의 오염과, 기판들의 배면의 제어되지 않은 코팅을 충분히 방지하지 못한다.