KR101942139B1 - 분말 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

분말 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 상기 분말 플라즈마 처리 장치는, 절연층, 상기 절연층의 일면에 놓이고 전압이 인가되는 제1 전극 및 상기 절연층의 타면에 놓이고 전압이 인가되는 제2 전극을 포함하는 판형 면방전 소스; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나 이상을 이동시키는 이동수단을 포함하고, 상기 이동수단과 연결된 전극은 바형상으로 서로 이격되어 병렬로 배열되거나 격자 형상이고, 분말은 상기 바형상 또는 격자 주위에 위치하고, 상기 바형상 또는 격자형상 전극 주위에 플라즈마가 발생하고, 상기 이동수단은 서로 이격된 바형상 전극 전체 또는 상기 격자 형상 전극 전체가 소정의 패턴으로 운동하도록 연결되고, 상기 이동수단과 연결된 전극이 운동하여 상기 분말을 교반하는 것을 특징으로 한다.

Description

분말 플라즈마 처리 장치{PLASMA EQUIPMENT FOR TREATING POWDER}
본 발명은 분말 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 판형 플라즈마 소스를 이용하여 분말을 균일하게 처리하는 분말 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)란 이온화된 가스를 의미하고, 원자 또는 분자로 이루어진 가스에 에너지를 이용하여 여기시키면, 전자, 이온, 분해된 가스, 및 광자(photon) 등으로 이루어진 플라즈마가 형성된다. 이러한 플라즈마는 피처리물(예를 들면, 기판 등)의 표면 처리에 널리 이용되고 있다.
플라즈마를 생성시키는 기술로는 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge)과 유전막 방전이 공지되어 있다. 펄스 코로나 방전은 고전압의 펄스 전원을 이용하여 플라즈마를 생성하는 기술이며, 유전막 방전은 두개의 전극 중 적어도 하나에 유전체를 형성하고 두 전극에 수십 Hz 내지 수 MHz의 주파수를 가진 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 기술이다.
유전막 방전 기술로는 대표적으로 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방전기술이 이용되고 있다. DBD 방전기술을 이용한 플라즈마 처리장치는 평판 전극 사이에 피처리대상물을 놓고, 불활성 기체를 이용하여 유전막 방전을 일으키면, 플라즈마가 발생되고, 플라즈마를 피처리대상물의 표면에 접촉시켜 피처리대상물의 표면을 처리하게 된다.
그러나 이러한 플라즈마 처리장치는, 방전을 일으키는 평판 전극 사이에 처리대상물이 배치되므로 기판과 같은 판형 부재일 경우에는 일면 또는 양면을 처리하는데 특별한 어려움이 없지만, 피처리대상물이 분말일 경우, 피처리대상물의 전체 면적을 처리하는데 어려움이 있다. 따라서 피처리대상물이 분말일 경우에 그 피처리대상물을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치가 요구되었다.
피처리대상물이 분말일 경우에 그 피처리대상물을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에 대한 종래 기술로서, 본 발명자에 의한 대한민국 특허출원번호 10-2012-0078234에 출원된 관형 플라즈마 표면 처리 장치가 있다. 이 특허는 플라즈마를 이용하여 분말의 표면 처리가 가능하지만 분말의 균일한 처리가 어려웠다.
이에, 본 발명자는 종래 기술들의 문제점을 인식하고, 연구 끝에, 아래와 같은 구성을 도입함으로서, 종래의 플라즈마 처리장치의 문제점을 해결하였고, 나아가 분말이 플라즈마와 접촉되는 시간이 증가하고, 균일한 분말 처리에 효율적인 방법을 제공할 수 있는, 분말 플라즈마 처리 장치를 개발하기에 이르렀다.
일 실시예로, 본 발명은 분말의 플라즈마 처리를 위한 장치로서, 절연층, 상기 절연층의 일면에 놓이고 전압이 인가되는 제1 전극 및 상기 절연층의 타면에 놓이고 전압이 인가되는 제2 전극을 포함하는 판형 면방전 소스; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나 이상을 이동시키는 이동수단을 포함하고, 상기 이동수단과 연결된 전극은 바형상으로 서로 이격되어 병렬로 배열되거나 격자 형상이고, 분말은 상기 바형상 또는 격자 주위에 위치하고, 상기 바형상 또는 격자형상 전극 주위에 플라즈마가 발생하고, 상기 이동수단은 서로 이격된 바형상 전극 전체 또는 상기 격자 형상 전극 전체가 소정의 패턴으로 운동하도록 연결되고, 상기 이동수단과 연결된 전극이 운동하여 상기 분말을 교반하는 것을 특징으로 하는, 분말 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
다른 실시예로, 본 발명은 챔버를 더 포함하고, 상기 판형 면방전 소스는 상기 챔버 내에 수용되고, 상기 이동수단은 상기 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 상기 판형 면방전 소스를 운동시키도록 연결될 수 있다.
이러한 실시예들에서 상기 이동수단은 서로 이격된 바형상 전극 전체 또는 격자형상 전극 전체를 일 방향으로 왕복 이동시키거나 회전시키도록 구성될 수 있다. 또한 상기 이동수단과 연결된 전극은 상기 절연층으로부터 일정 거리 이격될 수 있다.
상기 챔버는 상기 판형 면방전 소스의 아래로 냉각유체를 공급하는 냉각유체주입구를 포함할 수 있다.
상기 판형 면방전 소스의 다른 형태로서, 상기 절연층은 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 에워싸고, 상기 절연층으로 에워싸인 전극은 판형상일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말의 플라즈마 처리를 위한 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 판형 면방전 소스의 다른 형태를 예시한다.
도 3은 도 2에 도시된 판형 면방전 소스가 챔버 내에 설치된 상태를 도시한다.
도 4는 챔버 내로 분말이 공급되어 플라즈마 처리되는 과정을 예시한다.
도 5는 도 1에 도시된 판형 면방전 소스의 또 다른 형태를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분말 플라즈마 처리장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말의 플라즈마 처리를 위한 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말의 프라즈마 처리를 위한 장치는 판형 면방전 소스(110) 및 이동수단(120)을 포함한다.
판형 면방전 소스(110)는 분말의 표면 처리를 위하여 플라즈마를 발생시킨다. 판형 면방전 소스(110)는 절연층(111), 제1 전극(112), 제2 전극(113)을 포함한다.
절연층(111)은 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)이 서로 절연되도록 한다. 절연층(111)은 유전체 재료일 수 있다. 절연층(111)은 사각의 플레이트 형상일 수 있다.
제1 전극(112)은 절연층(111)의 일면에 놓일 수 있다. 제1 전극(112)에는 전압이 인가된다. 제2 전극(113)은 절연층(111)의 타면에 놓일 수 있다. 제2 전극(113)에는 전압이 인가된다. 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)에 인가되는 전압은, 예를 들면, 양방향 또는 단방향 펄스전압, 교류전압, RF전압, 직류전압 중 어느 하나일 수 있다.
일 예로, 도 1에서 볼 때 절연층(111)의 윗면에는 제1 전극(112)이 놓일 수 있고, 절연층(111)의 아랫면에는 제2 전극(113)이 놓일 수 있다. 제1 전극(112)은 플라즈마를 생성하는 전극일 수 있고, 제2 전극(113)은 접지 전극일 수 있다. 이러한 경우, 제1 전극(112)은 이동수단과 연결될 수 있다. 이러한 구조에서, 일 예로, 제1 전극(112)은 바형상으로 서로 이격되어 병렬로 배열될 수 있다. 다른 예로, 제1 전극(112)은 격자 형상일 수 있다. 이러한 제1 전극(112)의 예시들에서 제2 전극(113)은 제1 전극(112)과 동일하게 바형상으로 서로 이격되어 병렬로 배열된 형태일 수 있고, 또는 사각의 플레이트 형상일 수 있다.
도 1에는 바형상으로 서로 이격되어 병렬로 배열된 제1 전극(112)이 도시되어 있다. 이러한 경우, 다수의 제1 전극(112)은 절연층(111)의 윗면에 고정될 수 있고, 제2 전극(113)은 절연층(111)의 아랫면에 고정될 수 있다. 또한 이러한 경우 이동수단에 의해 제1 전극(112), 제2 전극(113) 및 절연층(111) 모두 이동하는 형태일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 판형 면방전 소스의 다른 형태를 예시한다.
도 2에는 격자 형상의 제1 전극(212)으로 이루어진 판형 면방전 소스(210)가 도시되어 있다. 이러한 경우, 제1 전극(212)은 절연층(211)에 고정되지 않고 이동수단에 의해 독립적으로 이동하는 형태일 수 있고, 제2 전극(213)은 절연층(211)의 아랫면에 고정될 수 있다. 제1 전극(212)은 절연층(211)이 절연층(211)에 고정되지 않는 경우 제1 전극(212)은 절연층(211)의 대향하는 면으로부터 일정 거리 이격되게 위치할 수 있다. 제1 전극(212)이 절연층(211)으로 이격되는 경우 격자 형상의 공간들 사이로 분말이 용이하게 유입되어 교반될 수 있다.
이동수단(120)은 판형 면방전 소스(110) 전체, 또는 제1 전극(112)을 이동시킨다. 예를 들면, 이동수단은 판형 면방전 소스(110) 전체 또는 제1 전극(112)을 수평방향으로 왕복 이동시키거나 회전 이동시키도록 구성될 수 있다.
이동수단이 판형 면방전 소스(110) 전체 또는 제1 전극(112)을 수평방향으로 왕복이동시키거나 회전 이동시키는 구성에는 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 수평방향으로 왕복이동시키는 구성은 제1 전극(112)에 수직한 중심축을 연결하고 상기 중심축을 피니언과 연결하여 래크 및 피니언 방식으로 이동시키는 형태일 수 있고, 회전 이동시키는 구성은 제1 전극(112)에 수직한 중심축을 연결하고 상기 중심축에 모터를 연결하여 상기 중심축을 회전시키는 형태일 수 있다. 이때, 이동수단은 제1 전극(112)이 서로 이격된 바형상의 전극으로 이루어진 경우 서로 이격된 바형상 전극 전체가 이동하도록 연결되고, 제1 전극(212)이 격자 형상인 경우 격자 형상 전체가 이동하도록 연결된다.
도 3은 도 2에 도시된 판형 면방전 소스가 챔버 내에 설치된 상태를 도시한다.
도 3을 참조하면, 판형 면방전 소스(210)를 이용하여 분말 처리를 위해 판형 면방전 소스(210)는 챔버(130) 내에 설치될 수 있다.
챔버(130)는 판형 면방전 소스(210) 및 플라즈마 반응 가스에 의한 플라즈마 반응을 위한 내부 공간을 제공하며, 외부로부터 챔버 내부 공간을 보호한다. 도시하지는 않았지만 챔버(130)의 일측에는 분말수거부가 마련될 수 있다. 분말수거부의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 챔버(130)의 일면을 관통하여 외부와 직접 소통되는 형태일 수 있다. 일 예로, 챔버(130)는 내열유리 또는 석영 등의 절연재료로 형성될 수 있다.
이러한 챔버(130)는 분말 공급부(131), 분말 배출부(134), 냉각유체 주입구(132), 가스주입구(133) 및 가스배출구(134)를 포함한다.
분말 공급부(131)는 챔버(130)의 상부에 마련될 수 있다. 예를 들면, 분말 공급부(131)는 챔버(130)의 내부로 분말을 투입할 수 있는 개구된 투입구일 수 있다. 분말 공급부(131)는 하나 이상일 수 있다.
분말 배출부(134)는 챔버(130) 내에서 분말이 배출되도록 한다. 일 예로, 분말 배출부(134)는 챔버(130)의 내부로부터 분말이 배출될 수 있는 개구된 배출구일 수 있다. 이러한 분말 배출부(134)는 분말이 위치하는 영역의 좌측 또는 우측에 위치할 수 있다. 분말 배출부(134)는 하나 이상일 수 있다.
이러한 챔버(130) 내에 판형 면방전 소스(210)가 설치될 때 판형 면방전 소스(210)는 분말 공급부(131)의 아래에 위치할 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극(212)이 격자 형태인 경우 제1 전극(212)은 챔버(130) 외부에 설치된 이동수단(120)과 연결되어 이동수단(120)에 의해 독립적으로 이동이 가능하도록 설치될 수 있고, 절연층(211)은 챔버(130) 내에 고정될 수 있다. 도 3에 도시된 이동수단(120)은 격자 형태의 제1 전극(212)을 회전 이동시킬 수 있다.
냉각유체 주입구(132)는 판형 면방전 소스(210)의 과열 방지를 위한 냉각유체가 챔버(130) 내로 공급되도록 한다. 냉각유체 주입구(132)는 판형 면방전 소스(210)의 냉각을 위해 챔버(130)의 일면에 형성되되 판형 면방전 소스(210)의 아래로 냉각유체가 주입될 수 있는 위치에 설치된다.
가스주입구(133)는 격자 형태의 제1 전극(212)의 주위에 플라즈마 발생을 위하여, 제1 전극(212)을 향해 플라즈마 반응가스가 챔버(130) 내로 주입되도록 한다. 챔버(130) 내부로 주입된 플라즈마 반응가스는 제1 전극(212)의 격자 형상의 공간부들 사이로 유입된다. 일 예로, 플라즈마 반응가스는 O2, N2O 등 산소 성분을 포함하는 가스, CF4, SF6 등 불소 성분을 포함하는 가스, Cl2, BCl3 등 염소 성분을 포함하는 가스, Ar, N2 등의 불활성 가스를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
가스배출구(134)는 챔버(130) 내로 주입된 플라즈마 반응가스를 챔버(130) 외부로 배출한다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 플라즈마 처리 장치에 의해 분말이 플라즈마 처리되는 과정을 설명한다. 도 4는 챔버 내로 분말이 공급되어 플라즈마 처리되는 과정을 예시한다.
도 4를 참조하면, 챔버(130)의 분말 공급부(131)를 통해 분말들(10)이 공급된다. 공급된 분말들(10)은 판형 면방전 소스(210)의 격자 형상의 제1 전극(212)을 향해 낙하되어 제1 전극(212)의 주위에 분산된다.
공급된 분말들(10)의 플라즈마 처리를 위해, 분말들(10)의 공급 전에 또는 분말들(10)의 공급 직후에 제1 전극(212) 및 제2 전극(213)에는 전압이 인가되고, 가스주입구(133)를 통해 챔버(130) 내로 플라즈마 반응가스가 주입된다. 이에 의해 제1 전극(212)의 주위에는 플라즈마가 발생된다.
한편 이동수단(220)에 의해 제1 전극(212)은 이동된다. 예를 들면, 제1 전극(212)은 회전된다. 제1 전극(212)이 회전되면 제1 전극(212)의 주위에 분산된 분말들(10)은 제1 전극(212)의 주변에서 회전하여 섞이면서 제1 전극(212) 주위에 발생된 플라즈마와 접촉된다. 이 과정에서 분말들(10)은 플라즈마에 반복적으로 접촉되고, 이에 의해 분말들(10)이 플라즈마에 접촉하는 횟수가 증가하며, 분말들(10)의 표면에 고르게 플라즈마가 접촉된다.
이러한 분말들(10)의 플라즈마 처리 과정에서 챔버(130)의 냉각유체 주입구(132)를 통해 판형 면방전 소스(210)의 아래로 냉각 유체가 주입된다. 주입된 냉각 유체는 판형 면방전 소스(210)를 냉각시킨다. 이에 의해 판형 면방전 소스(210)의 과열이 방지된다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 플라즈마 처리장치를 이용하면, 분말의 교반, 즉 판형 면방전 소스가 분말을 교반할 수 있도록 구성되므로 공급된 분말이 교반되는 과정에 의해 분말이 접촉하는 시간이 증가될 뿐만 아니라 분말의 표면에 고르게 플라즈마가 접촉될 수 있다. 따라서 분말의 균일한 플라즈마 처리가 가능하다.
도 5는 도 1에 도시된 판형 면방전 소스의 또 다른 형태를 도시한다.
도 5를 참조하면, 판형 면방전 소스(510)의 또 다른 형태로서, 제2 전극(513)은 판형상이고, 절연층(511)은 제2 전극(513)을 에워싸며, 도 5에서 볼 때 절연층(511)의 윗면 및 아랫면에 제1 전극(512)이 놓일 수 있다. 제1 전극(512)은 바형상으로 서로 이격되어 병렬로 배열될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 분말의 플라즈마 처리를 위한 장치로서,
    절연층, 상기 절연층의 일면에 놓이는 판형 제2 전극; 상기 절연층의 타면에 놓이고 한 개 이상의 바형상으로 서로 이격 되어 병렬로 배열되거나 격자 배열된 제1 전극을 포함하는 판형 면방전 소스;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압차를 인가하는 전압인가수단; 및
    상기 제1 전극을 상기 제2 전극 상에서 이동시키는 이동수단을 포함하고,
    상기 이동수단과 연결된 상기 제1 전극은 상기 절연층으로부터 일정 거리 이격된 것을 특징으로 하는,
    분말 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 챔버를 더 포함하고,
    상기 판형 면방전 소스는 상기 챔버 내에 수용되고,
    상기 이동수단은 상기 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 상기 판형 면방전 소스를 운동시키도록 연결된 것을 특징으로 하는,
    분말 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 챔버 내로 상기 분말을 공급하는 하나 이상의 분말 공급부; 및
    상기 챔버 내에서 상기 분말이 배출되도록 하는 하나 이상의 분말 배출부를 포함하고,
    상기 판형 면방전 소스는 상기 분말 공급부의 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    분말 플라즈마 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 판형 면방전 소스의 아래로 냉각유체를 공급하는 냉각 유체 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    분말 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동수단은 서로 이격 된 바형상 전극 전체 또는 격자형상 전극 전체를 일 방향으로 왕복 이동시키거나 회전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    분말 플라즈마 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제2 전극을 에워싸고,
    상기 절연층으로 에워싸인 전극은 판형상인 것을 특징으로 하는,
    분말 플라즈마 처리 장치.
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