KR102451424B1 - 롤투롤 플라즈마 생성 장치를 이용한 기재의 표면 세정 시스템 및 방법 - Google Patents

롤투롤 플라즈마 생성 장치를 이용한 기재의 표면 세정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 플라즈마 발생 장치를 이용하는 롤투롤 표면 세정 처리 시스템 및 방법을 제공한다. 이 시스템은, 제1 플라즈마 발생 장치 및 제1 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제1 이송 롤러를 수용하며, 가스유입구, 유연성 기재가 유입되는 출입구 및 유연성 기재가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 상부 하우징, 상부 하우징의 출입구와 연결되고, 제2 플라즈마 발생 장치 및 제2 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제2 이송 롤러를 수용하며, 가스배출구 및 유연성 기재가 유입되는 유입구가 형성되어 있는 하부 하우징을 포함하며, 가스 유입구를 통해 저온 냉매 가스를 도입함으로써 상부 하우징이 저온의 분위기가 유지되도록 구성될 수 있다.

Description

롤투롤 플라즈마 생성 장치를 이용한 기재의 표면 세정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CLEANING SURFACE OF SUBSTRATE USING ROLL-TO-ROLL PLASMA GENERATING DEVICE}
본 발명은 롤투롤 플라즈마 발생 장치를 이용한 기재의 표면 세정 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 롤투롤 플라즈마 발생 장치를 이용하여 대면적의 유연성 기재의 표면을 세정할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 웹 기재 또는 유연성을 갖는 기재(예를 들어, 금속 기판)의 표면 처리 또는 세정에는 롤투롤(roll-to-roll) 표면처리 장치를 활용한 방법이 많이 사용된다. 롤투롤 장치는 피처리물인 기재를 권출하는 언와인딩 롤러(winding roller)와 그 유연성 기재를 감아 당기는 와인딩 롤러(unwinding roller)를 포함하여, 와인딩 롤러에 의해 기재를 표면처리 영역(예를 들어, 진공 챔버 또는 습식 세정 영역)으로 공급하여 기재의 표면 처리를 실행하는 장치이다. 특히, 금속 기판의 표면 처리를 위한 롤투롤 메탈 표면 세정 장치에서는, 기판 표면의 유기물 제거를 위해 대부분 습식 세정을 거치고 있는데, 습식 세정은 유기물 제거를 위해 예를 들어, 세정용 화학재료 및/또는 증류수를 이용하여 세정하는 작업으로써, 이는 유지 비용이 많이 들어가며, 세정 시간이 오래 걸리고, 세정 후에 발생하는 오염물질로 인한 추가적인 문제가 발생한다.
한편, 플라즈마는 기체상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 높일 때 생성되는 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체를 지칭한다. 물질의 이러한 상태를 플라즈마 상태라고 하며, 물질의 상태인 고체, 액체 및 기체와 함께 제4의 물질 상태로 불린다. 이런 플라즈마 상태는 전기적으로 중성을 띄게 되며, 이를 이용하여 소재의 표면에 코팅을 하면 마모나 부식을 방지할 수 있어 소재의 상태를 개선하는 효과가 있다. 또한, 플라즈마는 소재의 표면에 부착된 유기물 내지 산화막을 제거하는 것과 같이 세척의 용도로도 사용될 수 있다.
또한, 유연성 기재의 표면 처리를 위한 종래의 롤투롤 플라즈마 표면처리 장치는, 기재가 그 표면에 밀착되고, 이렇게 밀착된 기재에 플라즈마 처리가 진행되는 원통형상의 드럼(또는 이송 롤러)와 이에 대향하여 배치되는 하나 이상의 플라즈마 생성 장치를 포함한다. 종래의 롤투롤 플라즈마 표면 처리 장치에서는, 유연성 기재에 방사되는 플라즈마의 열이 유연성 기재를 통해 드럼에 전달될 수 있으며, 드럼에 전달된 열은 기재의 품질에 손상을 가하는 원인이 될 수 있다. 또한, 기재의 좌우 치우침은 유연성 기재가 드럼으로부터 벌어지는 현상을 초래하여, 기재를 표면 처리하는 과정에서 유연성 기재에 온도 편차를 발생시켜 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 유연성 기재에 상이한 플라즈마 표면 처리 공정들을 처리해야 하는 경우, 각 표면 처리 공정에 맞는 롤투롤 플라즈마 표면 처리 장치를 이용하여 개별적인 처리를 실행해야 하는 번거로움이 있다.
본 개시는, 이상 설명한 바와 같은 종래의 롤투롤 메탈 표면 처리 장치에서의 습식 세정을 대체하고, 플라즈마를 이용한 친환경 건식 세정을 통해 유기물을 제거할 수 있는 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 종래의 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 장치에서의 플라즈마 열에 의한 이송 롤러의 과열과 이로 인한 유연성 기재의 손상, 이송 롤러에 의한 유연성 기재의 이동 시 발생하는 온도 편차 문제 등을 해결하고, 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용하여 상이한 특성을 갖는 복수의 표면 세정 공정을 효율적으로 실행할 수 있는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템은, 제1 플라즈마 발생 장치 및 제1 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제1 이송 롤러를 수용하며, 가스유입구, 유연성 기재가 유입되는 출입구 및 유연성 기재가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 상부 하우징, 및 상부 하우징의 출입구와 연결되고, 제2 플라즈마 발생 장치 및 제2 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제2 이송 롤러를 수용하며, 가스배출구 및 유연성 기재가 유입되는 유입구가 형성되어 있는 하부 하우징을 포함하며, 가스 유입구를 통해 저온 냉매 가스를 도입함으로써 상부 하우징이 저온의 분위기가 유지되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 플라즈마 발생 장치(210)는 유연성 기재의 표면에 형성된 산화막 제거를 위해서 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함하는 포밍 가스(foaming gas)의 방전을 통해 플라즈마 빔을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 플라즈마 발생 장치는 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물 제거를 위해서 압축 공기를 포함하는 포밍 가스의 방전을 통해 플라즈마 빔을 생성하며, 가스배출구는 제2 플라즈마 발생 장치에 의해 제거된 유기물을 포함하는 이물질을 배출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 제1 이송 롤러 및 제2 이송 롤러의 중심부를 통과하는 수냉배관 및 수냉배관을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각기를 더 포함하며, 냉각기는 냉각기를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부 및 냉각부에 의해 온도가 조절된 냉각수를 수냉배관을 통해 이송 롤러로 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 방법은, 제2 이송 롤러에 의해 유연성 기재를 하부 하우징의 내부로 이송하는 단계, 제2 이송 롤러와 대향하는 제2 플라즈마 발생 장치에 의해, 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물을 제거하는 단계, 제1 이송 롤러에 의해 유연성 기재를 상부 하우징의 내부로 이송하는 단계 및 제1 이송 롤러와 대향하는 제1 플라즈마 발생 장치에 의해, 유연성 기재의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용하여 대면적 표면을 갖는 유연성 기재 상의 유기물 및 산화막을 효과적으로 세정 처리할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 실질적으로 독립된 유기막 세정 공간에서 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용하여 대면적 표면을 갖는 유연성 기재 상의 유기막을 제거 한 후, 유기막 세정 공간과 연결되며 실질적으로 독립된 산화막 세정 공간에서 별도의 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용하여 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함하는 포밍 가스(foaming gas)의 방전을 통해 기재의 표면에 형성된 산화막을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용함으로써 대면적 표면을 갖는 유연성 기재의 세척을 효율적인 동시에 친환경적인 건식 세정 방식으로 실행할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템 및 방법에 있어서 플라즈마 발생 장치에 대향하여 배열된 이송 롤러의 내부를 관통하는 수냉배관을 설치함으로써, 이송 롤러에 밀착하여 이송되는 유연성 기재에 대해 플라즈마 처리를 진행하는 과정에서 플라즈마 발열로 인한 기재의 손상, 열화 및 변형 등을 예방할 수 있다. 또한, 시스템이 이송 롤러의 온도 변화를 예측 및 조절함으로써, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템 및 방법에서 이송 롤러에 밀착하여 이동하는 유연성 기재의 온도를 효과적으로 조절할 수 있다.
본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템에서 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템에서 수냉배관을 통과하는 냉각수의 온도 조절과 순환을 제어하는 냉각기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시에서 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.
본 개시의 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 개시에서, 용어 '부(part 또는 portion)' 또는 '장치(device)'는 소프트웨어 구성요소, 하드웨어 구성요소 또는 이들의 조합을 의미하며, '부' 또는 '장치'는 특정 역할이나 기능을 수행하기 위해 구성될 수 있다. 그렇지만 '부' 또는 '장치'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '장치'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '장치'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 본 개시에서 설명되는 구성요소들과 '부' 또는 '장치'들은 그 내부에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '장치'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '장치'들로 더 분리될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템의 구성을 나타내는 측면도이다.
도시된 바와 같이, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)은, 제1 플라즈마 발생 장치(210) 및 제1 플라즈마 발생 장치(210)에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제1 이송 롤러(320)를 수용하는 상부 하우징(110)(이하 “산화막 세정 공간”이라고도 지칭함)을 포함할 수 있다. 상부 하우징(110)은, 산화막 세정 공간 내부를 저온의 질소 분위기로 형성하기 위한 질소 가스를 도입하기 위한 가스유입구(112)와, 유기물이 제거된 유연성 기재가 유입되는 출입구(116) 및 산화막이 제거된 유연성 기재가 배출되는 배출구(114)를 포함할 수 있다.
또한, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)은, 상부 하우징(110)의 출입구(116)와 연결되고, 제2 플라즈마 발생 장치(220) 및 제2 플라즈마 발생 장치(220)에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제2 이송 롤러(330)를 수용하는 하부 하우징(120)(이하 “유기막 세정 공간”으로도 지칭함)을 포함할 수 있다. 하부 하우징(120)에는 유기막 세정 공간에서 유연성 기재 표면 상의 유기막을 세정하는 과정에서 발생되는 각종 유기물과 처리 가스를 배출하기 위한 가스배출구(122) 및 유연성 기재가 유입되는 유입구(124)가 형성될 수 있다.
또한, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)은, 산화막 세정 공간 내에 배치된 제1 이송 롤러(320) 및 유기막 세정 공간 내에 배치된 제2 이송 롤러(330) 각각의 중심부를 통과하는 수냉배관(430) 및 수냉배관(430)을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각기(400)를 포함할 수 있다.
산화막 세정 공간 내에 설치된 제1 플라즈마 발생 장치(210)는, 예를 들어, 금속 재료로 구성된 유연성 기재의 표면 상에 형성된 산화막 제거를 위해서 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함하는 포밍 가스(foaming gas)의 방전을 통해 플라즈마 빔을 생성할 수 있다. 산화막 세정 공정은 저온의 분위기에서 효과적으로 실행될 수 있으므로, 상부 하우징(110)의 가스유입구(112)를 통해 산화막 세정 공간 내에 질소(N2) 가스를 도입함으로써, 산화막 세정 공간 내에서 제1 플라즈마 발생 장치(210)에 의한 플라즈마 표면 처리 동안에 그 분위기가 저온의 상태로 유지되도록 구성된다.
유기물 세정 공간 내에 설치된 제2 플라즈마 발생 장치(220)는, 예를 들어 금속 재료로 구성된 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물의 세정 처리에 사용될 수 있다. 제2 플라즈마 발생 장치(220)는 유입구(124)를 통해서 이송된 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물 제거를 위해서 압축 공기를 포함하는 포밍 가스의 방전을 통해 플라즈마 빔을 생성할 수 있다. 유기물 세정 공간의 가스배출구(122)는 제2 플라즈마 발생 장치(220)에 의해 제거된 유기물을 포함하는 이물질을 배출하도록 구성될 수 있다.
이송 롤러(330)는, 플라즈마 발생 장치(220)에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하도록 배치되며, 이송 롤러 (340)에 의해 이송되는 유연성 기재를 감아서 이송 롤러 (320, 310) 방향으로 이송할 수 있다. 이러한 구성에서, 유연성 기재는 이송 롤러들의 표면에 밀착된 상태에서 이송되는 동안에, 플라즈마 발생 장치(210, 220)에서 방사되는 플라즈마에 의해 그 표면이 처리될 수 있다.
이송 롤러(320, 330)는 롤러의 대략 중심부를 중심 축(또는 회전 축) 방향으로 통과하는 수냉배관(430)을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 수냉배관(430)을 통해 냉각수가 공급됨으로써, 냉각수에 의해 이송 롤러(320, 330)의 온도가 조절될 수 있다.
냉각기(400)는 냉각기를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부(410) 및 냉각부(410)에 의해 온도가 조절된 냉각수를 수냉배관(430)을 통해 이송 롤러로 공급하는 공급부(420)를 포함할 수 있다.
냉각기(400)는, 수냉배관(430)을 통해 유입되는 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수의 온도를 냉각부(410)에 의해 조절한 후 다시 수냉배관(430)을 통해 유출되도록 하여, 냉각수가 이송 롤러(320, 330)를 통해 순환될 수 있도록 구성된다. 또한, 냉각기(400)는 그 내부에서 저장되거나 순환되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각기(400)는, 제어 장치(440)로부터 수신되는 온도제어 신호에 기초하여 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
제어 장치(440)는, 플라즈마 발생 장치(210, 220)에 장착된 열감지 센서(미도시)를 통해 플라즈마 빔의 세기(또는 온도)를 측정하고, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 온도제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 장치(440)가 생성한 온도제어 신호는 냉각부(410)에 제공되어, 냉각부(410)가 온도제어 신호에 기초하여 그 내부를 통과하는 냉각수의 온도를 제어하도록 할 수 있다.
도 2에 도시된 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)의 구성요소들 중에서 도 1에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들은 그 기능과 구성이 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들의 기능과 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)의 하부 하우징(120)에서는, 유입구(124)를 통해서 유기물 세정 공간으로 유입하는 유연성 기재를 이송롤러(340)에 의해 밀착하여 이송함으로써 제2 플라즈마 발생 장치(220)과 대향하도록 배치된 이송롤러(330) 방향으로 이송한다. 여기서 제2 플라즈마 발생 장치(220)는 압축공기를 작업 가스로 이용하여 전기적으로 방전하여 플라즈마 빔을 발생시킴으로써, 이송롤러(330) 상에 위치한 유연성 기재의 표면에 부착된 유기물을 세정할 수 있다. 유기물 세정 공간에서 발생한 유기물과 작업 가스의 혼합물은 하부 하우징(120)의 일 측에 형성된 배출구(122)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 상부 하우징(110)에 배치된 이송 롤러(320)는 출입구(116)을 통해 유입되는 유연성 기재를 감아서 당김으로써, 해당 기재가 제1 플라즈마 발생 장치(210)의 노즐 아래를 통과하여 이송롤러(310)에 의해 배출구(114)로 이송되도록 한다. 산화막 세정 공간에 배치된 제1 플라즈마 발생 장치(210)는, 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함하는 포밍 가스(foaming gas)의 방전을 통해 플라즈마 빔을 발생시킴으로써, 유연성 기재의 표면에 부착된 산화물을 세척할 수 있다. 산화막 세정 공간에서 제1 플라즈마 발생 장치(210)에 의한 산화막 세정 공정은 저온의 분위기에서 효율적으로 실행되기 때문에, 가스유입구(112)를 통해 질소(N2) 가스를 계속적으로 또는 간헐적으로 투입할 수 있다.
이상 설명한 구성을 갖는 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)의 사이에서 이송되는 유연성 기재는 출입구(116)와 같은 한정된 통로로 이동하기 때문에, 산화막 세정 공간과 유기물 세정 공간은 실질적으로 분리될 수 있다. 따라서, 산화막 세정 공간은 저온의 질소 분위기가 효율적으로 유지될 수 있으며, 유기물 세정 공간은 대기압의 분위기가 독립적으로 유지될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템에서 사용되는 복수의 플라즈마 헤드를 포함하는 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100) 내에 설치되는 플라즈마 발생 장치(210, 220)는 몸체(214, 224)에 2열로 고정된 복수의 플라즈마 헤드(212, 222)를 포함할 수 있다. 이와 같이 플라즈마 발생 장치(210, 220)에 복수의 플라즈마 헤드(212, 222)들이 배치됨으로써, 플라즈마 헤드(212, 222)들의 노즐이 평행한 각도로 이송 롤러(320, 330)에 대향하도록 배열될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서는, 플라즈마 발생 장치(210, 220)에 복수의 플라즈마 헤드(212, 222)들이 일정한 간격으로 배치되었으나, 본 개시의 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 선형 노즐을 구비한 플라즈마 헤드가 플라즈마 발생 장치(210, 220)에 고정되어 이송 롤러(320, 330)에 대향하도록 배치될 수도 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템에서 수냉배관을 통과하는 냉각수의 온도 조절과 순환을 제어하는 냉각기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템(100)의 구성요소들 중에서 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들은 그 기능과 구성이 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들의 기능과 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 냉각기(400)는, 수냉배관(430)을 통해 냉각기(400)로 유입되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부(410)와, 냉각부(410)에 의해 온도가 조절된 냉각수를 다시 수냉배관(430)으로 순환시키는 공급부(420)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 냉각부(410)는, 냉각수의 온도를 하강시키기 위한 냉각 팬을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각부(410)는 그 내부에 비표면적을 높일 수 있는 핀(fin) 형태의 구조물을 포함하여, 이 구조물을 통과하는 냉각수의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
공급부(420)는, 냉각부(410)에 의해 온도가 조절된 냉각수를 수냉배관(430)을 통해 이송 롤러(320, 330)의 내부로 순환시킬 수 있다. 예를 들어, 공급부(420)는 냉각수를 수냉배관(430)을 통해 순환시킬 수 있는 순환펌프를 포함할 수 있다.
수냉배관(430)과 냉각기(400)를 통과하는 냉각수는 물 또는 비활성 기체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각 효과를 갖는 다양한 유체를 포함할 수도 있다.
또한, 냉각기(400)는 그 내부에서 저장되거나 순환되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각기(400)는, 제어 장치(440)로부터 수신되는 온도제어 신호에 기초하여 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
제어 장치(440)는, 플라즈마 발생 장치(210, 220)에 장착된 열감지 센서(미도시)를 통해 플라즈마 빔의 세기(또는 온도)를 측정하고, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 온도제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 장치(440)가 생성한 온도제어 신호는 냉각부(410)에 제공되어, 냉각부(410)가 온도제어 신호에 기초하여 그 내부를 통과하는 냉각수의 온도를 제어하도록 할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 방법은 표면 세정 처리되지 않은 유연성 기재가 하부 하우징(120)에 형성된 유연성 기재의 유입구(124)를 통해 유입되고, 이송 롤러(330, 340)에 의해 유연성 기재를 하부 하우징(120)의 내부로 이송하는 단계(S510)로 개시될 수 있다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 하부 하우징(120)에서 유입구(124)를 통해서 유기물 세정 공간으로 유입하는 유연성 기재를 이송롤러(340)에 의해 밀착하여 이송함으로써 제2 플라즈마 발생 장치(220)과 대향하도록 배치된 이송롤러(330) 방향으로 이송한다.
다음으로, 제2 이송 롤러(330)와 대향하는 제2 플라즈마 발생 장치(220)에 의해, 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물이 제거될 수 있다(S520). 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 제2 플라즈마 발생 장치(220)는 압축공기를 작업 가스로 이용하여 전기적으로 방전하여 플라즈마 빔을 발생시킴으로써, 이송롤러(330) 상에 위치한 유연성 기재의 표면에 부착된 유기물을 세정할 수 있다. 유기물 세정 공간에서 발생한 유기물과 작업 가스의 혼합물은 하부 하우징(120)의 일 측에 형성된 배출구(122)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
단계(S530)에서, 유기물 세정 공간 내에 설치된 제2 플라즈마 발생 장치(220)에 의해 유기물이 제거된 유연성 기재는, 상부 하우징(110)의 출입구(116)를 통해 산화물 세정 공간으로 유입되고, 제1 이송 롤러(320)에 의해 상부 하우징(110)의 내부로 이송된다(S530). 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 상부 하우징(110)에 배치된 이송 롤러(320)는 출입구(116)을 통해 유입되는 유연성 기재를 감아서 당김으로써, 해당 기재가 제1 플라즈마 발생 장치(210)의 노즐 아래를 통과하여 이송롤러(310)에 의해 배출구(114)로 이송되도록 한다.
한편, 제1 이송 롤러(320)와 대향하는 제1 플라즈마 발생 장치(210)에 의해, 유기물이 제거된 유연성 기재의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계(S540)가 실행된다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 산화막 세정 공간에 배치된 제1 플라즈마 발생 장치(210)는, 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함하는 포밍 가스(foaming gas)의 방전을 통해 플라즈마 빔을 발생시킴으로써, 유연성 기재의 표면에 부착된 산화물을 세척할 수 있다. 산화막 세정 공간에서 제1 플라즈마 발생 장치(210)에 의한 산화막 세정 공정은 저온의 분위기에서 효율적으로 실행되기 때문에, 가스유입구(112)를 통해 질소(N2) 가스를 계속적으로 또는 간헐적으로 투입할 수 있다.
이상 설명한 방법에 따르면, 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)의 사이에서 이송되는 유연성 기재는 출입구(116)와 같은 한정된 통로로 이동하기 때문에, 산화막 세정 공간과 유기물 세정 공간은 실질적으로 분리될 수 있다. 따라서, 산화막 세정 공간은 저온의 질소 분위기가 효율적으로 유지될 수 있으며, 유기물 세정 공간은 대기압의 분위기가 독립적으로 유지될 수 있다. 또한, 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)이 연계되도록 구성됨으로써, 복수의 상이한 세정 공정이 효율적으로 실행될 수 있다.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
100: 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템
110: 상부 하우징 112: 가스유입구
114: 유연성 기재 배출구 116: 유연성 기재 출입구
120: 하부 하우징 122: 가스배출구
124: 유연성 기재 유입구 210: 제1 플라즈마 발생 장치
220: 제2 플라즈마 발생 장치 212, 222: 플라즈마 헤드
214, 224: 플라즈마 몸체 320: 제1 이송 롤러
330: 제2 이송 롤러 400: 냉각기
410: 냉각부 420: 공급부
430: 수냉배관 440: 제어 장치

Claims (5)

  1. 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 시스템에 있어서,
    제1 플라즈마 발생 장치 및 상기 제1 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 유연성 기재를 감아서 이송하는 제1 이송 롤러를 수용하며, 가스유입구, 상기 유연성 기재가 유입되는 출입구 및 상기 유연성 기재가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 상부 하우징; 및
    상기 상부 하우징의 상기 출입구와 연결되고, 제2 플라즈마 발생 장치 및 상기 제2 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며 상기 유연성 기재를 감아서 이송하는 제2 이송 롤러를 수용하며, 가스배출구 및 상기 유연성 기재가 유입되는 유입구가 형성되어 있는 하부 하우징을 포함하며,
    상기 가스 유입구를 통해 저온 냉매 가스를 도입함으로써 상기 상부 하우징이 상기 하부 하우징보다 저온의 분위기가 유지되도록 구성되며,
    상기 제2 이송 롤러가 상기 유연성 기재를 상기 하부 하우징의 내부로 이송하면, 상기 제2 플라즈마 발생 장치는 상기 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물을 제거하며,
    상기 제1 이송 롤러가 상기 유연성 기재를 상기 상부 하우징의 내부로 이송하면, 상기 제1 플라즈마 발생 장치는 상기 유연성 기재의 표면에 형성된 산화막을 제거하는,
    시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 발생 장치는 상기 유연성 기재의 표면에 형성된 산화막 제거를 위해서 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함하는 포밍 가스(foaming gas)의 방전을 통해 플라즈마 빔을 생성하는,
    시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플라즈마 발생 장치는 상기 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물 제거를 위해서 압축 공기를 포함하는 포밍 가스의 방전을 통해 플라즈마 빔을 생성하며,
    상기 가스배출구는 상기 제2 플라즈마 발생 장치에 의해 제거된 상기 유기물을 포함하는 이물질을 배출하도록 구성되는,
    시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이송 롤러 및 상기 제2 이송 롤러의 중심부를 통과하는 수냉배관; 및
    상기 수냉배관을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각기를 더 포함하며,
    상기 냉각기는,
    상기 냉각기를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부; 및
    상기 냉각부에 의해 온도가 조절된 냉각수를 상기 수냉배관을 통해 상기 이송 롤러로 공급하는 공급부
    를 포함하는,
    시스템.
  5. 롤투롤 플라즈마 표면 세정 처리 방법에 있어서,
    제2 이송 롤러에 의해 유연성 기재를 하부 하우징의 내부로 이송하는 단계;
    상기 제2 이송 롤러와 대향하는 제2 플라즈마 발생 장치에 의해, 상기 유연성 기재의 표면에 형성된 유기물을 제거하는 단계;
    제1 이송 롤러에 의해 상기 유연성 기재를 상부 하우징의 내부로 이송하는 단계; 및
    상기 제1 이송 롤러와 대향하는 제1 플라즈마 발생 장치에 의해, 상기 유연성 기재의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계;
    를 포함하는,
    방법.
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