KR102497734B1

KR102497734B1 - 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조

Info

Publication number: KR102497734B1
Application number: KR1020220160013A
Authority: KR
Inventors: 김무환
Original assignee: 김무환
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2023-02-07

Abstract

본 발명은, 몸체부(10), 전면 중앙부위에는 환형의 충전공간(21)이 형성되고 타면 중앙부위에는 복수 개의 배출홀(23)이 형성되어 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 도어부(20)를 포함하는 수평형 플라즈마 챔버로서, 상기 도어부(20)의 충전공간(21) 전면부위에는 가스공급부(100)가 마련되되, 상기 가스공급부(100)는, 중앙부위에는 윈도우(111)가 마련되고 모서리부위는 도어부(20)의 전면부위에 결합되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하는 밀폐판(110); 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되어 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 삽입공(120); 밀폐판(110)의 일측부위에 위치하는 분배구(130); 일측부위는 가스탱크와 연결되고 연장되는 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결되는 공급튜브(140); 각각의 일단부위는 분배구(130)의 출력부에 연결되고 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되는 복수 개의 분지튜브(150); 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장되는 분사관(160); 상기 윈도우(111)와 대향하는 도어부(20)의 후면 중앙부위에는 홀로그래픽 회절격자필름부(200)가 마련되는, 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조를 제공한다.

Description

가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조{Structure of horizontal type plasma chamber which improved gas flow and plasma visibility}

본 발명은 수평형 플라즈마 챔버 구조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 충전공간에 일시 저장된 반응 가스들이 몸체부의 내부공간으로 균일하게 공급될 수 있을 뿐 아니라 공급되는 반응 가스들이 전극판부와 안치부 사이 공간으로 집중적으로 유도될 수 있음은 물론, 작업자가 챔버 내부의 플라즈마 가스의 농도나 활성화 정도를 용이하게 확인하면서 작업하는 것이 가능한 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)란 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체로서, 전하의 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠는 특징이 있다. 플라즈마는 수억 도의 온도를 갖는 초고온 핵융합에 이용되는 플라즈마로부터, 반도체 공정이나 신소재 합성 등에 이용되는 저온 글로우 플라즈마나 아크 플라즈마에 이르기까지 다양하게 이용되고 있다.

이 중에서 특히, 글로우 방전에 의한 대기압 플라즈마는 직류나 고주파 전계(RF)에 의해 여기된 자유 전자가 가스 분자와 충돌하면서 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성종을 생성하고, 생성된 이들 활성종들이 작업 대상물의 표면에 물리적 또는 화학적으로 작용하면서 그 표면에 축적된 유기물들을 세정하거나, 표면의 거칠기 정도를 변화시켜 접착력을 향상시키거나, 또는 표면 자체가 기능성 관능기를 유도할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있다.

대기압 플라즈마를 이용하기 위해 관련 업계에서 널리 사용되고 있는 것이, 전극이 마련되는 챔버 내부에 작업 대상물을 안치하고, 챔버를 밀폐한 다음 챔버 내부로 가스를 일정량 유입시켜 챔버 내부공간으로 유입되는 가스가 일정 농도에 도달할 때 전극에 일정 주파수를 가지는 펄스를 인가하는 방식인데, 가스를 챔버의 측면부위를 통해 배출시키는 방식을 수평형 챔버라 부르고 있다.

일반적인 수평형 챔버는 반응 가스를 챔버의 상측부위에서 공급함에 따라, 플라즈마 상태로 변환된 가스가 챔버의 내부 중앙부위에 위치하는 작업 대상물에 균일하게 작용하지 못하는 단점이 있었다. 이를 위해, 본 출원인은 대한민국 등록특허 제1697205호를 제안한 바 있다. 이 기술은 도 6 및 도 7 각각에 개시된 것과 같이, 도어부(130)에 충전공간(115a)을 형성하고, 이 충전공간(115a)을 가스가 공급되는 가스유로(151)와 연통시킴에 그 기술적 특징이 있다.

즉, 반응 가스를 몸체부(110)의 전면부위를 통해 수평으로 공급한 다음, 가스가 플라즈마 상태로 변환되어 전극판부와 대향하며 안치된 대상물에 대하여 필요한 작업을 완료하면, 이를 몸체부(110)의 후면부위에 마련되는 배출구(113)를 통해 수평으로 배출시킴으로써, 챔버의 상측부위를 통해 반응 가스를 공급하는 종래 수평형 플라즈마 챔버 구조에 비해 대상물에 대한 보다 균일한 작업성을 기대할 수 있다.

하지만, 이 기술은 몸체부(110)의 전면부위를 통해 반응 가스를 수평으로 공급하기 위하여, 도어부(130)의 측면을 일정길이만큼 관통하며 가스유로(151)를 형성한 다음, 이 가스유로(151)를 충전공간(155a)과 연통시키는 구성을 제안하고 있는데, 이럴 경우 반응 가스는 몸체부(110)의 측면부위에 형성되는 가스유입구(115)를 통해 직각(90°)으로 바뀌면서 가스유로(151)로 진입해야 한다는 점에서, 가스의 이동이 매끄럽게 이루어지지 않는다.

게다가, 반응 가스가 가스유로(151)를 지나 충전공간(155a)으로 이동한 경우에도, 이 기술의 구성상 반응 가스는 충전공간(155a)의 하측부위부터 채워지기 때문에, 하측부위에 채워지는 반응 가스들이 몸체부(110)의 내부 공간으로 먼저 유입될 개연성이 높다. 그런데, 반응 가스들이 이러한 경향성에 따라 몸체부로 유입된다면, 몸체부의 내부 공간 전체에 반응 가스가 균일하게 공급되지 못하는 한계가 있다.

한편, 공정 가스가 챔버 내부로 공급되어 플라즈마 상태가 되면, 가스들이 충돌하면서 외곽 전자의 에너지 준위가 여기되었다가 기저 상태로 천이함에 따라, 사용되는 공정 가스별로 특유의 광을 방출하게 된다. 이를 위해, 종래 수직형 챔버의 경우, 도면과 같이, 도어부(130)의 전방부위에 윈도우(133a)를 마련하여 챔버 내부의 플라즈마 상태 등을 육안으로 관찰할 수 있도록 배려하고 있다.

그런데, 플라즈마 상태에서 공정 가스들이 충돌하면서 방출되는 광은 특정한 방향성을 가지지 않고 사방으로 방사된다. 이로 인해, 도어부의 전방부위에 챔버 내부를 관찰할 수 있는 윈도우를 마련하더라도, 작업자는 윈도우에 대하여 수직으로 입사하는 광만을 식별할 수 있다는 점에서 당초 윈도우를 마련한 목적을 제대로 살리지 못하는 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 제1697205호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 챔버의 내부 공간 전체에 반응 가스들을 보다 균일한 상태로 수평 방향으로 유도할 수 있으며, 나아가 챔버 내부의 플라즈마 상태를 보다 용이하게 관찰할 수 있는 수평형 플라즈마 챔버 구조를 제안함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 전면부위는 개구되고 타면부위에는 배출구(11)가 형성되는 몸체부(10), 전면 중앙부위에는 일정 깊이 및 일정 폭을 가지는 환형의 충전공간(21)이 형성되고 타면 중앙부위에는 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 배출홀(23)이 형성되어 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 도어부(20), 몸체부(10)의 내부 중앙공간 상측에 위치하는 전극판부(30), 전극판부(30)와 대향하며 몸체부(10)의 내부 중앙공간 하측에 위치하는 안치부(40), 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결되어 가스를 배출시키는 배출펌프부(50)를 포함하는 수평형 플라즈마 챔버로서, 상기 도어부(20)의 충전공간(21) 전면부위에는 가스공급부(100)가 마련되되, 상기 가스공급부(100)는, 모서리부위가 도어부(20)의 전면부위에 결합되되 중앙부위에는 윈도우(111)가 마련되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하는 밀폐판(110); 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되어 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 삽입공(120); 밀폐판(110)의 일측부위에 위치하는 분배구(130); 일측부위는 가스탱크와 연결되고 연장되는 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결되는 공급튜브(140); 각각의 일단부위는 분배구(130)의 출력부에 연결되고 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되는 복수 개의 분지튜브(150); 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장되는 분사관(160);으로 이루어지고, 상기 밀폐판(110)의 윈도우(111)와 대향하는 도어부(20)의 후면 중앙부위에는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(111) 방향으로 집속시키는 홀로그래픽 회절격자필름부(200)가 마련되는, 것을 그 기술적 특징으로 한다.

상기 분사관(160) 각각의 일단부위는 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡될 수 있다.

상기 홀로그래픽 회절격자필름부(200)는, 상기 도어부(20)의 통공(26) 후면 주변부위를 따라 마련되는 끼움편(210), 상기 끼움편(210)에 끼움 결합되는 슬라이드편(220), 원주부위가 상기 슬라이드편(220)에 결합되어 도어부(20)의 통공(26)을 폐쇄하며 위치하는 회절격자필름(230)으로 이루어질 수 있다.

상기 도어부(20)의 충전공간(21)에는 지연유도판부(300)가 위치하되, 상기 지연유도판부(300)는, 복수 개의 유도공(311)이 형성되어 상측부위가 충전공간(21)의 저면부위에 밀착되는 유도판몸체(310) 및 상기 유도판몸체(310)의 하측부위에 절곡 형성되어 유도판몸체(310)의 하측부위를 충전공간(21)의 저면부위와 일정간격을 유지시키는 간격유지단(320)으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 유도판몸체(310)는 반원판 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 도어부(20)의 후면부위에는 반원 스트립 구조체의 가이드판부(400)가 마련되되, 상기 가이드판부(400)의 후단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20) 후면부위에 결합되고, 상기 가이드판부(400)의 전단부위는 하방으로 일정각도 경사지며 안치부(40)의 일측 부근까지 연장될 수 있다.

본 발명은 복수 개의 분사관이 마련되는 가스공급부를 통해 도어부의 전면부위에 형성되는 충전공간에 반응 가스가 분사되도록 구성함으로써, 충전공간에 일시 저장된 반응 가스들이 도어부의 후면부위에 형성되는 배출홀을 통해 몸체부의 내부공간으로 균일하게 공급될 수 있도록 해준다.

또한, 본 발명은 챔버 내부 상태를 관찰하기 위해 구비되는 윈도우와 대향하는 도어부의 내면부위에는 광을 집속시킬 수 있는 홀로그래픽 회절격자필름부를 마련함으로써, 작업자가 챔버 내부의 플라즈마 가스의 농도나 활성화 정도를 용이하게 확인하면서 작업하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 도어부의 충전공간에 지연유도판부를 경사지게 위치시키는 방안을 제안함으로써 몸체부의 내부공간으로 반응 가스들이 더욱 균일하게 공급되도록 해주며, 도어부의 후면부위에 가이드판부를 매개하는 방안을 제안함으로써 전극판부와 안치부 사이 공간으로 반응 가스들이 집중적으로 유도될 수 있도록 해준다.

도 1은 본 발명에 따른 수평형 플라즈마 챔버에 있어 도어부 전면의 개략적인 결합 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수평형 플라즈마 챔버에 있어 도어부 전면의 개략적인 외관 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수평형 플라즈마 챔버에 있어 개략적인 도어부의 후면 및 몸체부의 내부 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 수평형 플라즈마 챔버의 개략적인 단면 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 수평형 플라즈마 챔버에 있어 전극판부와 안치부 사이로 공급되는 반응 가스의 개략적인 이동 경로도.
도 6은 종래 수평형 플라즈마 챔버의 개략적인 결합 구성도.
도 7은 도 6에 개시된 수평형 플라즈마 챔버에 있어 도어부가 개방된 상태를 보여주는 개략적인 구성도.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 가스의 흐름이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조에 관한 것으로, 몸체부(10), 도어부(20), 전극판부(30), 안치부(40), 배출펌프부(50), 가스공급부(100), 홀로그래픽 회절격자필름부(200)를 포함하여 이루어짐에 그 기술적 특징이 있다. 이하 이들 각 구성을 구체적으로 살펴본다.

몸체부(10)는 접지 전극으로 기능하며, 도 3과 같이, 그 전면부위가 개구되고, 그 타면부위에는 배출구(11)가 형성된다. 배출구(11)는 작업을 완료한 폐 가스가 배출되는 부분으로, 몸체부(10)의 후면 중앙부위에 형성된다. 도면부호 13은 몸체부 외부로 가스의 배출을 유도하는 판으로서, 몸체부(10)의 내부 공간 후방부위에 위치할 수 있으며, 복수 개의 배출공(14)이 형성될 수 있다.

도어부(20)는 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 부분으로, 도 1 내지 도 3 각각에 개시된 것과 같이, 그 일측부위가 몸체부(10)의 전면 타측부위에 힌지 결합된다. 이때, 도어부(20)의 전면 중앙부위에는 충전공간(21)이 형성되고, 충전공간(21)의 중앙에는 통공(26)이 형성된다.

충전공간(21)은 후술할 가스공급부(100)에서 공급되는 반응 가스들이 일시 저장되는 공간으로, 일정 깊이 및 일정 폭을 가지는 환형으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 배출홀(23)이 구비된다. 배출홀(23)은 충전공간(21)에 일시 저장되어 있던 반응 가스가 배출되는 부분으로, 충전공간(21)과 연통된다.

통공(26)은 후술할 가스공급부(100)의 윈도우(111)를 위한 투시공간이다. 통공(26)은 도면과 같이, 환형의 격벽(도면부호 미도시)에 의해 충전공간(21)과 격리되는 구조로 이루어질 수 있다. 격벽의 전단부위와 윈도우(111) 사이에는 기밀유지링이 마련되는 것이 바람직하다.

전극판부(30)는 펄스가 인가되는 부분으로 몸체부(10)의 내부 중앙공간 상측에 위치하며, 지지단(41)에 매개되어 몸체부(10) 내부 상면부위와 일정간격 이격되어 위치할 수 있다. 전극판부(30)에는 미도시된 전원공급부와 연결된 전선이 연결되며, 전극판부(30)는 절연체(도면부호 미도시)에 매개되어 지지단(41)에 결합된다.

안치부(40)는 작업 대상물이 안치되는 부분으로, 전극판부(30)와 대향하며 몸체부(10)의 내부 중앙공간 하측에 위치한다. 안치부(40)는 절연체로 이루어지는 것이 바람직하며, 전체 면적은 전극판부(30)의 면적보다 작은 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.

배출펌프부(50)는 몸체부(10) 내부의 폐 가스를 강제 배출시키는 수단으로, 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결된다. 배출펌프부(50)가 작동하며 몸체부(10) 내부가 일정 값의 진공 상태에 도달하면, 가스공급부(100)를 통해 공급되어 충전공간(21)에 일시 저장되는 반응 가스들이 배출홀(25)을 통해 몸체부(10) 내부 공간으로 진입한다.

가스공급부(100)는 도어부(20)의 충전공간(21)으로 반응 가스들을 공급하는 부분으로, 밀폐판(110), 분배구(130), 공급튜브(140), 분지튜브(150), 배출관(160)으로 이루어진다.

밀폐판(110)은 도 1 및 도 2 각각과 같이, 모서리부위가 도어부(20)의 전면부위에 결합되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하며, 그 중앙부위에는 통공(26)과 대향하며 밀착되는 윈도우(111)가 마련된다. 밀폐판(110)은 별도의 체결부재에 의해 도어부(20)에 고정 결합되며, 일정 두께를 가지는 금속재질로 이루어질 수 있다.

이때, 밀폐판(110)에는 복수 개의 삽입공(120)이 형성된다. 삽입공(120)은 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되며, 각 삽입공(120)은 충전공간(21)과 연통된다. 도면에는 3개의 삽입공(120)이 형성된 예가 개시되어 있으나, 2개 또는 4개 이상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

분배구(130)는 공급되는 반응 가스를 복수 개로 분배하는 수단으로, 밀폐판(110)의 일측부위에 위치한다. 분배구(130)는 유체를 분배시키는 통상적인 분배구로 이루어질 수 있다.

공급튜브(140)는 그 일측부위가 미도시된 가스탱크와 연결되고, 연장되는 그 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결된다. 분지튜브(150)는 각각의 일단부위가 분배구(130)의 출력부에 연결되고, 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입된다.

분사관(160)은 분지튜브(150) 각각을 따라 이동하는 반응 가스들을 충전공간(21)으로 분사시키는 부분으로, 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고, 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장된다. 도면부호 121, 151 각각은 씰링부재 및 연결부재이다.

본 발명이 복수 개의 분사관(160)을 이용하여 반응 가스들을 충전공간(21)의 각 부위를 통해 분사시키는 이유는, 충전공간(21) 전체 공간에 대하여 반응 가스들이 균일한 상태로 일시 저장된 다음 배출홀(23) 각각을 통해 몸체부(10)의 내부공간으로 배출되도록 유도하기 위함이다.

이때, 분사관(160) 각각의 일단부위는 도 2에 개시된 것과 같이, 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡되는 경우를 배제하지 않는다. 만일, 분지튜브(150)를 따라 이동한 반응 가스들을 분사관(160)의 단부(161)를 통해 충전공간(21)에 수직으로 분사하게 되면, 분사관(160)과 대향하며 위치하는 배출홀(23)을 통해 그대로 몸체부(10) 내부공간으로 진입함에 따라 균일한 가스 공급이 이루어지지 않는다.

이를 위해, 본 발명은 도면과 같이 충전공간(21) 내부로 연장되는 분사관(160) 각각의 일단부위를 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡함으로써, 분사관(160) 각각을 통해 분사된 반응 가스들이 충전공간(21) 내부에 골고루 분사되며 일시 저장된 다음, 각 배출홀(23)을 통해 균일한 양으로 몸체부(10) 내부공간으로 공급되도록 유도할 수 있다.

홀로그래픽 회절격자필름부(200)는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(111) 방향으로 집속시키는 수단으로, 도 3 및 도 4 각각에 개시된 것과 같이, 윈도우(111)와 대향하며 도어부(20)의 후면 중앙부위에 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 홀로그래픽 회절격자필름부(200)는 관련 업계에서 HOE(holographic optical elements) 또는 DOE(diffractive optical elements)로 불리는 광학 소자로서의 투과형 회절격자필름으로 이루어질 수 있다. 투과형 회절격자필름은 일정 각도로 필름에 입사되는 광을 집속시키는 소자로서, 포토폴리머 필름을 준비한 다음, 광의 경로 차이를 이용하여 간섭무늬를 형성시키는 방식으로 제작될 수 있다. 이는 관련 업계에 널리 알려져 있는바 상세한 설명은 생략한다.

이때, 홀로그래픽 회절격자필름부(200)는 도 3에 개시된 것과 같이, 도어부(20)의 후면에 마련되는 끼움편(210), 끼움편(210)에 끼움 결합되는 슬라이드편(220), 슬라이드편(220)에 결합되는 회절격자필름(230)으로 이루어져, 탈부착 방식으로 이루어지는 경우를 제안한다.

끼움편(210)은 끼움홈(221)이 형성되어 도어부(20)에 있어 통공(26)의 후면 주변부위를 따라 마련되며, 슬라이드편(220)은 끼움편(210)에 끼움 결합되고, 회절격자필름(230)은 그 원주부위가 슬라이드편(220)의 삽입홈(221)에 결합되어 도어부(20)의 통공(26)을 폐쇄하며 위치하는 방식으로 구성될 수 있다.

이에 따라 회절격자필름(230)은 통공(26)을 사이에 두고 도어부(20)의 후면부위에서 윈도우(111)와 대향한다. 이러한 상태에서, 챔버 내부로 반응 가스가 공급되어 플라즈마화 되면, 반응 가스들 상호 간의 충돌로 인해 생성되는 광을 윈도우(111) 방향으로 집속시키게 된다. 홀로그래픽 회절격자필름부(200)가 이처럼 탈부착 방식으로 구성되면, 챔버의 운용 과정에서 회절격자필름(230)에 대한 점검 및 교체 등이 매우 용이하다.

도면에는, 끼움편(210)이 좌, 우로 분리된 구성이 개시되어 있으나 상호 연결된 반원형 구조로 이루어질 수도 있고, 회절격자필름(230)은 하측 원주부위가 슬라이드편(220)에 삽입되어 결합되는 구성이 개시되어 있으나 슬라이드편(220)이 회절격자필름(230)의 모든 원주부위를 따라 마려될 수도 있을 것이다. 또한, 회절격자필름(230)의 면적은 통공(26)의 면적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 회절격자필름(230) 방향으로 광이 입사하는 경우, 광의 입사 각도에 따라 회절격자필름(230)에서 회절되는 광의 각도 또한 달라지는데, 이를 위해 본 발명은 회절격자필름(230)이 일률적인 간섭무늬를 가지지 않고, 위치에 따라 서로 다른 간섭무늬가 형성되는 필름으로 이루어지는 경우를 제안한다.

즉, 회절격자필름(230)에 있어 중앙부위 및 모서리부위로 분할한 다음, 모서리부위가 중앙부위에 비해 더 큰 각도로 입사하는 광을 집속시킬 수 있도록 간섭무늬를 서로 달리 형성시키는 것이다. 이럴 경우, 챔버 내부에서 생성되어 방출되는 광 중에서 큰 각도를 가지며 회절격자필름(230)으로 입사하는 광까지 윈도우(111) 방향으로 집속시키는 것이 가능하다.

한편, 본 발명은 도 1 및 도 4 각각과 같이, 도어부(20)의 충전공간(21)에 지연유도판부(300)이 위치하는 경우를 배제하지 않는다. 지연유도판부(300)는 유도판몸체(310) 및 간격유지단(320)으로 이루어질 수 있다.

유도판몸체(310)에는 그 상측부위가 충전공간(21)의 저면부위에 밀착되며, 복수 개의 유도공(311)이 형성된다. 간격유지단(320)은 유도판몸체(310)의 하측부위에 절곡 형성되며, 유도판몸체(310)의 하측부위를 충전공간(21)의 저면부위와 일정간격을 유지시킨다. 이에 따라, 충전공간(21)은 지연유도판부(300)에 의해 분할된다.

이럴 경우, 분사관(160)을 통해 충전공간(21)에 분사되는 반응 가스들 중 충전공간(21)의 상측부위에 일시 저장된 반응 가스는 유도공(311) 및 배출홀(23) 각각을 통해 즉시 배출됨에 비해, 충전공간(21)의 하측부위에 일시 저장되는 반응 가스는 유도공(311)을 통해 빠져나간 다음 일정거리를 이동하여야 한다는 점에서 전자에 비해 상대적으로 늦게 배출홀(23)을 통해 배출된다.

분사관(160)을 복수 개로 마련하더라도 분사관(160)을 통해 충전공간(21)으로 분사된 반응 가스들은 자연스럽게 충전공간(21)의 하측부위로 몰리게 되는데, 이처럼 충전공간(21)에 지연유도판부(300)를 마련하게 되면, 충전공간(21)의 하측부위에 일시 저장된 반응 가스의 배출을 일시 제한할 수 있다는 점에서, 반응 가스들은 각 배출홀(23)을 통해 골고루 몸체부(10) 내부공간으로 유도할 수 있다.

지연유도판부(300)를 매개하는 경우, 지연유도판부(300) 자체가 반응 가스의 이동을 제한하는 수단임을 감안하면 지연유도판부(300)에 형성되는 유도공(311)의 크기는 배출홀(23)보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 지연유도판부(300)의 기능이 충전공간(21)의 하측부위에 일시 저장되는 반응 가스의 이동을 제한함에 있기 때문에, 도면과 같이 유도판몸체(310)는 반원판 형상으로 이루어지는 것이 바람직할 수도 있다.

또한, 이에 부가하여 본 발명은 도 3 및 도 4 각각과 같이, 도어부(20)의 후면부위에 가이드판부(400)가 마련되는 경우를 제안한다. 가이드판부(400)는 배출홀(23)을 통해 배출되는 반응 가스들을 전극판부(30)와 안치부(40) 사이 공간으로 집중시키며 유도하는 수단이다.

도어부(20)의 후면부위에 가이드판부(400)가 마련되는 경우, 가이드판부(400)는 도면과 같이 반원 스트립 구조체로 이루어져, 그 후단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20) 후면부위에 결합되고, 그 전단부위는 하방으로 일정각도 경사지며 안치부(40)의 일측 부근까지 연장되도록 구성하는 것이 바람직하다.

도어부(20)의 후면부위에 배출홀(23)만이 형성되면, 배출홀(23)을 통해 배출되는 반응 가스들은 전극판부(30)와 안치부(40) 사이 공간으로 집중되지 못하고, 몸체부(10)의 내부공간 전체로 확산되는데, 본 발명과 같이 가이드판부(400)를 마련하게 되면 전극판부(30)와 안치부(40) 사이 공간으로 반응 가스들을 집중적으로 유도하는 것이 가능하다.

이러한 구성으로 이루어지는 본 발명이 개략적인 작동 구성을 전술한 설명부분 및 첨부된 도 2 및 도 4, 그리고 도 5 각각을 참조하여 살펴본다.

먼저, 몸체부(10)의 내부공간을 개방하고, 안치부(40)에 작업 대상물(P)을 안치한 다음, 도어부(20)를 이용하여 몸체부(10)의 내부공간을 폐쇄한다. 몸체부(10)의 내부공간이 폐쇄되면, 배출펌프부(50)를 작동시켜, 몸체부(10) 내부공간에 잔존하는 공기를 배출시킨다.

배출펌프부(50)의 작동으로 몸체부(10) 내부공간이 일정 값의 진공 상태를 이루면, 미도시된 밸브가 개방하여 반응 가스를 공급튜브(140)로 유입시킨다(도 2의 ① 참조). 이에 따라 반응 가스는 공급튜브(140)를 따라 분배구(130)로 이동한 다음 분지튜브(150)로 일정 양씩 분배된 다음 이동하여(도 2의 ② 참조), 분사관(160)의 단부(161)를 통해 충전공간(21)으로 분사된다(도 2의 ③ 참조).

분사관(160)에 의해 충전공간(21)으로 분사된 반응 가스들은 충전공간(21)에 일시 저장된 다음 몸체부(10)의 내부공간으로 배출된다. 이때, 충전공간(21)에 지연유도판부(300)가 매개되면, 충전공간(21)의 상측부위에 일시 저장된 반응 가스들은 도어부(20)의 배출홀(23)을 통해 몸체부(10)의 내부공간으로 배출된다(도 4의 ④ 참조).

이에 비해, 충전공간(21)의 하측부위에 일시 저장된 반응 가스들은 지연유도판부(300)에 의해 그 이동이 일시 제한되며, 특히 충전공간(21)의 하측부위 중에서 가장 하측에 일시 저장된 반응 가스들은 지연유도판부(300)에 의해 그 이동이 더욱 제한되면서 몸체부(10)의 내부공간으로 배출된다(도 4의 ④′ 참조). 만일, 도어부(20) 후면부위에 가이드판부(400)가 마련되면 배출홀(23) 각각을 통해 배출되는 반응 가스들은 전극판부(30)와 안치부(40) 사이 공간으로 집중되면서 유도된다.

반응 가스들이 몸체부(10)의 내부공간으로 균일하게 유입되어 그 농도가 일정 값에 도달하면, 전극판부(30)에 펄스를 인가한다. 전극판부(30)에 펄스가 인가되면, 펄스의 주파수에 따라 반응 가스에 함유되어 있던 자유전자가 몸체부(10)의 내부공간에서 상하로 운동하며 내부공간을 채우고 있던 반응 가스와 충돌하게 되고, 이에 따라 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성종들이 생성되어 내부공간은 플라즈마 상태가 된다(도 5의 ⑤ 참조).

이때, 전극판부(30)은 인가되는 주파수에 따라 그 극성이 수시로 바뀌게 되고, 자유전자 역시 극성의 변화에 따라 상하로 운동방향이 바뀌게 되나, 이온들은 자유전자보다 훨씬 큰 질량을 가지고 있기 때문에 전극판부(30) 부근에 정체하고, 라디칼과 같은 활성종은 작업 대상물(P) 표면에 대한 처리 작업을 수행한다. 만일, 전극판부(30)에 15 ~ 100KHz의 저주파수 펄스가 인가되면, 친수 또는 발수성이나, 단백질 흡착과 같은 기능성 관능기를 도입하는 처리 작업을 수행할 수 있다.

또한, 자유전자와 공정 가스 상호 간의 충돌로 인해, 공정 가스의 분자에 있어 최외곽 전자는 여기 상태가 되었다가 기저 상태로 천이하게 되는데, 이때 사용되는 공정 가스 특유의 파장대를 가진 광이 방출된다. 방출되는 광 중에서 홀로그래픽 회절격자필름부(200) 방향으로 입사하는 광들은, 도 4와 같이 회절격자필름(230)에 의해 집속되어 윈도우(111)로 투사된다.

작업자는 윈도우(111)를 통해 투사된 광의 색상 변화를 육안으로 관찰하면서 플라즈마 가스의 농도와 활성화 정도를 가늠하고, 작업 대상물(P)에 대한 처리 작업 정도를 판단한다. 만일, 윈도우(111)를 통해 식별되는 광의 색상 변화가, 일반적인 경우에 비해 너무 급격하게 변화하거나 또는 너무 완만하게 변화하는 경우에는, 공급되는 공정 가스의 공급량을 조절하는 방식으로 플라즈마 가스의 농도나 활성화 정도를 제어할 수도 있을 것이다.

한편, 몸체부(10)의 내부공간에는 가스가 일정 농도를 유지할 수 있도록 배출펌프부(50)에서 펌핑이 이루어지고 있기 때문에, 작업을 완료한 폐 가스들은 몸체부(10) 내부공간의 후방부위로 이동한 다음(도 5의 ⑥ 참조), 배출유도판(13)의 배출공(14)을 거쳐 몸체부(10)의 후면에 마련되는 배출구(11)을 통해 외부로 배기되며(도 4의 ⑦ 참조), 이는 작업 대상물(P)에 대한 처리 작업이 이루어지는 동안 계속된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

10 : 몸체부 20 : 도어부
21 : 충전공간 23 : 배출홀
30 : 전극판부 40 : 안치부
50 : 배출펌프부
100 : 가스공급부 110 : 밀폐판
111 : 윈도우 120 : 삽입공
130 : 분배구 140 : 공급튜브
150 : 분지튜브 160 : 분사관
200 : 홀로그래픽 회절격자필름부
210 : 끼움편 220 : 슬라이드편
230 : 회절격자필름
300 : 지연유도판부 310 : 유도판몸체
311 : 유도공 320 : 간격유지단
400 : 가이드판부

Claims

전면부위는 개구되고 타면부위에는 배출구(11)가 형성되는 몸체부(10), 전면 중앙부위에는 일정 깊이 및 일정 폭을 가지는 환형의 충전공간(21)이 형성되고 타면 중앙부위에는 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 배출홀(23)이 형성되어 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 도어부(20), 몸체부(10)의 내부 중앙공간 상측에 위치하는 전극판부(30), 전극판부(30)와 대향하며 몸체부(10)의 내부 중앙공간 하측에 위치하는 안치부(40), 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결되어 가스를 배출시키는 배출펌프부(50)를 포함하는 수평형 플라즈마 챔버로서,
상기 도어부(20)의 충전공간(21) 전면부위에는 가스공급부(100)가 마련되되, 상기 가스공급부(100)는, 모서리부위가 도어부(20)의 전면부위에 결합되되 중앙부위에는 윈도우(111)가 마련되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하는 밀폐판(110); 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되어 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 삽입공(120); 밀폐판(110)의 일측부위에 위치하는 분배구(130); 일측부위는 가스탱크와 연결되고 연장되는 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결되는 공급튜브(140); 각각의 일단부위는 분배구(130)의 출력부에 연결되고 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되는 복수 개의 분지튜브(150); 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장되는 분사관(160);으로 이루어지고,
상기 밀폐판(110)의 윈도우(111)와 대향하는 도어부(20)의 후면 중앙부위에는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(111) 방향으로 집속시키는 홀로그래픽 회절격자필름부(200)가 마련되는, 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 분사관(160) 각각의 일단부위는 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 홀로그래픽 회절격자필름부(200)는, 상기 도어부(20)의 통공(26) 후면 주변부위를 따라 마련되는 끼움편(210), 상기 끼움편(210)에 끼움 결합되는 슬라이드편(220), 원주부위가 상기 슬라이드편(220)에 결합되어 도어부(20)의 통공(26)을 폐쇄하며 위치하는 회절격자필름(230)으로 이루어지는; 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 도어부(20)의 충전공간(21)에는 지연유도판부(300)가 위치하되, 상기 지연유도판부(300)는, 복수 개의 유도공(311)이 형성되어 상측부위가 충전공간(21)의 저면부위에 밀착되는 유도판몸체(310) 및 상기 유도판몸체(310)의 하측부위에 절곡 형성되어 유도판몸체(310)의 하측부위를 충전공간(21)의 저면부위와 일정간격을 유지시키는 간격유지단(320)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조.
제4항에 있어서,
상기 유도판몸체(310)는 반원판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 도어부(20)의 후면부위에는 반원 스트립 구조체의 가이드판부(400)가 마련되되, 상기 가이드판부(400)의 후단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20) 후면부위에 결합되고, 상기 가이드판부(400)의 전단부위는 하방으로 일정각도 경사지며 안치부(40)의 일측 부근까지 연장되는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조.