KR20040089169A

KR20040089169A - 대기압 저항체 장벽 방전을 이용한 대면적 표면처리 방법및 장치

Info

Publication number: KR20040089169A
Application number: KR1020030022801A
Authority: KR
Inventors: 강정구; 엄환섭
Original assignee: 엄환섭
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-10-21

Abstract

본 발명은 대기압에서 저항체 장벽 전기방전 (Resistive-Barrier Discharge)을 이용하여 만든 장치이며 이 장치를 사용하여 물질 표면의 세정 및 에싱을 하는 것이다. 이 장치는 대기압의 상온에서 작동될 수 있는 저항체 장벽 방전 기구중 한쪽의 전극을 철망으로 만들어 전극을 통하여 가스가 통할 수 있게 만들고, 철망의 전극 밑에 처리물질을 위치함으로서 플라즈마 발생으로 생성되는 활성입자(라디칼)등이 물질의 표면처리에 공헌을 하게 만드는 것이다.

Description

대기압 저항체 장벽 방전을 이용한 대면적 표면처리 방법 및 장치{Methode and apparatus for surface treatment using large area atmospheric resistive-barrier discharge}

본 발명은 일반적으로 대기압에서 효율적으로 플라즈마에 의한 활성입자(라디칼)를 발생시켜 물질의 표면을 처리하는 장치 및 방법이다. 대기압 저항체 장벽방전으로 플라즈마를 발생시킬 경우 대면적의 플라즈마 발생을 쉽게 일으킬 수 있다. 이러한 발생장치에 전극을 철망으로 교체함으로서 철망사이를 가스가 자유로이 통과할 수 있게된다. 그러므로 전기방전을 통하여 만들어진 활성입자가 피처리물질에 직접 접촉을 할 수 있다.

대기압 플라즈마를 사용하여 표면처리 하는 방법으로 Selwyn 등은 플라즈마 제트(plasma jet)를 사용하여 대기압 세정에 관한 것을 미국특허 (U.S. Pat. No. 5,961,772)를 통하여 발표하였다. Haji 등은 라디오파(RF, 13.56MHz)를 이용하여 진공에서의 플라즈마 처리에 관한 것을 미국특허 (U.S. Pat. No. 6,511,917)에서 언급하였고, 그의 발표에서는 전극사이에 처리물이 삽입되어 있음을 밝히고 있다. 이러한 기존의 방법은 진공에서 처리를 하거나 혹은 대기압의 전극사이에서 처리를 하고, 토치형태의 방법은 전극외부에서 표면처리를 하지만 적은 면적에만 처리가 가능하였다. 그래서 대기압에서 플라즈마를 발생시켜 전극사이가 아닌 전극 바깥에서 대면적으로 처리할 수 있는 장치와 방법이 필요하다. 대기압에서 대면적의 안정한 플라즈마를 발생시키는 방법은 상당히 제한적이며, 발생장치 비용 또한 상당히 고가이다. 본 발명은 저항체를 전극사이에 삽입하는 것이다. 저항체는 아크방전을 예방할 뿐만 아니라, 방전 중에 불안한 진동을 감소하여 방전을 안정화하며 균일한 안정된 플라즈마를 발생한다. 본 발명의 장점은 전력장치의 단순화와 넓은 방전영역을 들 수 있는데, 이는 철망전극을 이용하여 다량의 균일한 플라즈마를 발생할 수 있으며, 이때 사용하는 철망전극은 산화하지 않는 전도성 물질이다. 대기압 표면처리에서의 중요한 점은 산소원자 등의 활성입자를 얼마나 쉽게 대량으로 만드느냐에 있다. 본 발명에서는 전기적으로 중성상태에 있는 활성입자를 대량으로 생산하여 물질의 표면처리에 직접 사용하게된다.

본 발명은 저항체 장벽 방전으로 대기압에서 균일하고 넓은 플라즈마를 발생하고 철망으로 이루어진 전극물질을 이미 플라즈마에 의해 활성화가 되어있는 중성입자들이 통과하여 전극 외부에 있는 피처리물의 표면에 이러한 활성입자들이 접촉함으로서 물질의 표면처리가 이루어진다. 플라즈마 내에는 이미 음전위를 가지는 전자와 여러 가지 하전을 가지는 이온 그리고 다수의 활성입자들이 존재하게 된다. 전자 및 이온등 하전을 띄는 입자들은 철망형 전극에 잡히게 되지만, 전기적으로 중성을 가지는 활성입자들은 철망형의 전극을 자유롭게 지나갈 수 있다. 활성입자들 중에서 산소원자는 피처리물의 표면에 존재하는 유기물내에 탄소 및 수소와 접촉하여 이산화탄소 및 수증기가 되어서 기화된다. 본 발명에서는 이러한 중성의 활성입자를 대면적으로 발생을 시켜 물질의 표면에 접촉시킬 수 있도록 한다.

[발명의 대략적 설명]

본 발명은 TFT-LCD 표면세정이나 반도체 wafer의 표면 및 PCB 원판이나 여러 공정에서 습식 및 건식세정 그리고 에싱등의 방법과 유사하게 사용할 수 있는 장치이다.

본 발명은 전극사이에 저항체를 삽입하고 dc 또는 ac 전력을 제공하여 코로나 방전을 유발하고 발생된 플라즈마중의 활성입자를 철망형 전극을 통하여 전극 외부로 유출하는 장치이다.

본 발명의 가장 큰 장점은 철망전극을 사용하여 방전영역을 넓히고 방전에서 발생한 열을 효과적으로 분산하여 저온을 주지할 수 있어 저온의 표면처리가 가능하다는 것이다. 넓은 영역의 방전은 또한 균일한 방전을 가능하게 하여 더욱 효율적으로 피처리물의 표면을 처리할 수 있으며 피처리물의 위치 조절에 따라서는 활성입자에 의하여 이차적으로 발생하는 제3의 물질에 의한, 예를 들어 산소원자가 대기중의 산소와 반응하여 만들어진 오존에 의한 표면처리 또한 가능하다. 본 발명에서의 넓은 방전면적은 실시간으로(in-line) 표면처리시간을 조절할 수 있다.

다음에 상세히 기술할 설명은 여기 나열하는 도식을 참조하므로 서 본 발명을 더욱 쉽게 이해할 수 있다.

도 1은 본 발명의 블록 다이아그램,

도 2는 본 발명의 개략도,

도 3는 본 발명의 구체화한 한 예로 도2의 철망형 전극 개념도,

본 발명은 TFT-LCD 표면세정이나 반도체 wafer의 표면 및 PCB 원판이나 여러 공정에서 습식 및 건식세정 그리고 에싱등의 방법과 유사하게 사용할 수 있는 방법이다. 본 발명의 원리와 작동방법을 도면에 따라 기술한다.

도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도1은 본 발명의 블록 다이어그램으로서, 본 발명의 기초부분은 다이어그램의 부분(30)으로 표시되었다. 산소가스 혹은 작업가스(20)가 저항체 장벽 방전 시스템이 구성된 방전기구(30)에 들어간다. 입력전력 시스템(10)은 코로나 방전이 일어나도록 방전기구(30)에 전력을 공급한다. 직류전원(DC) 혹은 교류전원(AC)을 사용할 수 있으며, 시중에서 쉽게 구할 수 있는 60Hz 15kV 20mA의 네온트랜스를 사용하여도 되며 인버터를 도입하여 수kHz 혹은 수십kHz의 교류전원을 사용하여도 된다. 본 발명중 피처리물(40)은 방전기구(30) 밑에 위치한다. 방전기구(30) 중에서 철망형 전극(34)을 통하여 플라즈마로 여기된 활성입자들이 외부로의 유출이 이뤄지게 된다. 방전기구(30)와 피처리물(40) 사이에 존재하는 활성입자들이 피처리물(40)의 표면과 접촉하여 표면처리를 이뤄지게 한다. 표면처리가 이루어지고 난 후, 오존 등의 가스는 Scrubber(50)를 통하여 배출하게 된다. 본 발명의 기초부분인 본 구조(30)는 산화하지 않은 열전도물질로 만들어졌는데, 이 구조의 물질은 세라믹이나, 철제, 비 철제 금속 등을 사용할 수 있으나 스테인레스 강철이 가장 바람직하다. 도 2에 표시한 방전기구(30)는 기본적으로 코로나 방전기이며 Grounded 된 철망형 전극(34)과 파워가 인가되는 핫전극(32) 사이에 저항체(36)를 삽입하였다. 저항체(36)는 자연 또는 인공으로 만든 고무제품이며 실리콘 고무를 가장 선호한다. Ground된 철망형 전극(34)과 핫전극(32)은 비산화, 전도성 물질로 철제 또는 비 철제 같은 것이며 스테인레스 강철을 선호한다. 고전압 펄스가 입력전력(10)으로부터 핫전극(32)으로 전달된다. 코로나 방전(38)이 두 전극사이의 공간에 유도되며, 이로 인하여 플라즈마(38)가 발생되게 된다. 외부로부터 가스입력(20)이 이루어짐으로서 플라즈마 (38)가 철망형 전극(34)을 통과하게 되어(44) 방전기(30)외부로 활성입자(48)가 나오게 된다. 가스의 입력(20)이 이루어지면 칸막이(42)와 저항체(36)가 세면을 차단하고 있으므로 철망형 전극(34)으로 가스의 흐름(44)이 자연스럽게 이루어지게 된다. 방전기(30) 외부에 있는 피처리물(40)은 활성입자(48)와 접촉하여 표면변화를 일으키게 된다. 간결하고 명확한 제시를 하기 위하여 도 3은 저항체 장벽 방전 시스템 중에서 Ground된 철망형 전극(34)의 주위만을 보여준다. 도 3에서 보는바와 같이 양이온(52)과 전자(54)는 철망의 전극(34)에 수집이 되어지나 중성입자(56)와 활성입자(58)는 전극을 통과하여 활성입자층(48)을 형성하게 된다. 본 발명은 피처리물을 자동으로 움직여주는 컨베이어벨트 시스템을 도입하여 자동운전 시스템을 구축할 수 도 있다.

본 발명으로 산소가스를 주입하므로 서 플라즈마를 발생시키고 피처리물을 유리로 사용하여 표면처리를 시켜봤을 때, 유리의 표면에 물의 접촉각이 작게 물방울이 맺히는 것으로서 친수성이 향상된 것을 알 수가 있다. 본 발명의 또 다른 적용예로서 클로로벤젠(C₆H₅Cl)에 미량의 증류수를 혼합한 피처리물을 처리를 하였을 때, 처리전후의 pH가 중성에서 pH 1 이하의 산성으로 변하였다. 클로로벤젠의 클로로기(Cl-)가 떨어져 나와 증류수의 H+와 합쳐진 HCl이 된다. 플라즈마에 의해서 활성화된 입자들이 철망형의 전극을 통하여 클로로벤젠에 접촉하여 반응한 것이다. 이로서 본 발명의 표면처리 변화를 알 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 저항체 장벽 방전에 의해 대기압의 조건에서 대면적으로 코로나방전을 일으키고, 철망형의 전극을 통하여 나온 활성입자를 사용하여 피처리물의 표면처리를 할 수 있다. 본 발명에서 전원장치의 전원공급원으로서 직류전원, 저주파 교류전원 등을 사용 할 수 있으므로 공급전원부의 극소화를 취할 수 있다. 본 발명은 TFT-LCD 표면세정이나 반도체 wafer의 표면 및 PCB 원판이나 여러 공정에서 습식 및 건식세정 그리고 에싱 등의 방법과 유사하게 사용할 수 있는 방법이다.

Claims

본 발명은 TFT-LCD 표면세정이나 반도체 wafer의 표면 및 PCB 원판이나 여러 공정에서 산소가스 혹은 작업가스(20)가 저항체 장벽 방전 시스템이 구성된 방전기구(30)에 들어가며, 입력전력 시스템(10)은 코로나 방전이 일어나도록 방전기구(30)에 전력을 공급하고, 철망형의 전극(34)을 통하여 중성의 활성입자가 방전기구(30) 밑에 위치하는 피처리물(40)에 접촉하여 세정 및 에싱 등의 표면처리를 하는 방법 및 장치이며, 표면처리가 이루어지고 난 후, 오존 등의 가스는 Scrubber(50)를 통하여 배출하게 된다.
상기 청구 1항의 전극은 스테인레스 등의 비 산화성 전도체를 사용하며, 방전기구와 피처리물 사이에 위치한 전극은 철망과 같은 공기가 통과할 수 있는 물질로 이루어지는 방법 및 장치.
상기 청구 1항의 장치에서, 저항체로 사용하는 고무제품 방전기구는 약 2 mm 두께의 실리콘 고무판으로 만들어져 있으며 실리콘 고무판과 철망전극사이의 거리는 약 5 mm이하 인 것.
상기 청구 1항에서, 전기 방전기구는 60Hz에서 수십kHz까지의 교류에 의하여 작동되며 전압이 10kV에서 30kV 그리고 전류가 20mA에서 100mA 정도의 가능성을 가진 전력공급원이 부착된 것.
상기 청구 1항의 입력가스에 산소 혹은 여타 활성을 일으키는 가스를 부가적으로 주입하여 표면처리를 하는 방법 및 장치.
상기 청구 1항에서 피처리물의 온도를 올려 표면처리 효율을 올리는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.