KR20050091865A - 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치에 관한 것이다. 본 발명은 방전가스 수용공간을 형성하며 가스분사부를 갖는 밀폐된 중공체의 가스챔버와; 외부로부터의 방전가스를 상기 가스챔버 내부로 공급하는 가스공급관과; 상기 챔버 내부에 전류를 공급하여 방전현상에 의해 플라즈마가 발생하도록 하는 전극으로 이루어진 통상의 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치에 있어서, 가스공급관을 여러 개 연결하는 구조를 갖고, 전극간의 간격을 조정하는 조절장치를 설치하고, 표면처리시간의 단축을 위하여 표면처리 장치를 병렬 연결한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 균일한 플라즈마를 발생하여 샘플의 표면처리시 균일도를 향상할 수 있고, 상압플라즈마장치의 배열은 다수개의 장치를 병렬로 구성하여 샘플의 표면처리 시간을 단축할 수 있으며 다량의 샘플을 제한 시간내에 처리할 수 있다.

Description

상압플라즈마를 이용한 표면처리장치{Apparatus for Surface Treatment Using Atmospheric Pressure Plasma}

본 발명은 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치에 관한 것이다. 본 발명은 가스공급관을 여러 개 연결하는 구조를 갖고, 전극간의 간격을 조정하는 조절장치를 설치하고, 표면처리시간의 단축을 위하여 표면처리 장치를 병렬 연결한 것을 특징으로 하는 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치에 관한 것이다.

플라즈마란 소위 '제 4의 물질상태'라고 알려져 있으며, 우주의 99%가 플라즈마 상태로 이루어져 있다는 사실 또한 이미 잘 알려져 있다. 물질 중 가장 낮은 에너지 상태는 고체이다. 이것이 열(에너지)을 받아서 차츰 액체로 되고 그 다음에는 기체로 전이를 일으킨다. 기체에 더 큰 에너지를 받으면 상전이와는 다른 이온화된 입자들, 즉 양과 음의 총 전하 수는 거의 같아서 전체적으로는 전기적인 중성을 띄는 플라즈마 상태로 변환한다.

플라즈마 상태는 그 밀도와 온도를 그 주 파라미터로 사용하며 이 두 가지 요소에 따라 우리주변에서도 쉽게 찾아 볼 수 있는 플라즈마 상태들, 즉, 네온사인이나 형광등으로부터 시작하여 북극의 오로라, 태양의 상태, 핵융합로에서의 플라즈마 상태 등 광범위하게 분류되어질 수가 있다.

많은 산업 분야에서 활발히 사용되어지는 플라즈마는 저온 글로우 방전 플라즈마로서 반도체 공정에서 플라즈마 식각(Plasma Etch) 및 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 금속이나 고분자의 표면처리, 신물질의 합성 등에서 이용되고 있다. 또한 공정의 미세화, 저온화의 필요성 때문에 플라즈마 공정이 종래의 공정을 대체하고 있으며, 경우에 따라서는 플라즈마만이 제공할 수 있는 물질이나 환경을 이용하기 위한 응용분야가 점점 더 확대되고 있다.

플라즈마 기술에는 진공챔버를 사용하는 진공플라즈마와 수천 도의 고열을 발생시키는 아크성의 방전으로 금속스프레이코팅 등에 사용되는 고열플라즈마 및 상온 내지 200℃의 낮은 온도에서 사용 가능한 상압플라즈마기술이 있다.

상기 진공 플라즈마는 별도의 챔버를 사용하므로 대형처리가 어렵고 입자의 충돌에너지가 커서 처리물의 표면이 자연가열 된다는 문제점이 있고 이온화비율이 낮아서 레디컬 농도(Radical Density)가 상대적으로 작다는 단점이 있으므로 레디컬 및 이온의 농도가 높고 고가의 반응용기가 필요 없다는 장점을 갖는 상압플라즈마가 공업적으로 많이 이용되고 있다.

상압플라즈마를 이용하는 장치에는 플라즈마를 이용하여 표면처리를 하거나 금속 등의 표면을 세정하는 장치가 대표적인 것이라 할 수 있는데, 상압플라즈마를 발생시키거나 이를 이용하는 장치에 관한 선행기술은 대한민국 공개특허공보 제 2004-1189호(공개일 : 2004.1.7.) "상압플라즈마를 이용한 표면처리장치"에 잘 나타나 있다.

도 1은 종래기술의 일실시예에 따른 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 단면도이고, 도 3은 종래기술의 일실시예에 따른 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래기술은 가스챔버(1)와 가스공급관(5)과 이동수단(9)과 전원공급부 전극(3)과 전원부(8)와 접지전극(3a)과 접지부로 구성된다. 상기 가스챔버(1)는 챔버의 길이방향을 따라 등간격으로 가스분사부(4)가 형성되고 상기 가스분사부(4)를 통하여 방전에 의하여 발생된 플라즈마를 이동수단(9)에 놓여진 반도체 웨이퍼 및 디스플레이 판넬 등의 표면처리 대상(7)에 분사해 준다.

상기 가스공급관(5)은 상기 가스챔버(1)보다 반지름이 작은 원통형의 튜브모양으로 챔버의 길이방향을 따라 등간격으로 형성되는 가스 공급을 위한 가스공급공(6)을 갖는다. 상기 가스공급공(6)을 통하여 플라즈마 발생에 필요한 가스를 가스챔버 내에 균일하게 분사해 준다. 상기 전원공급부 전극(3)은 그 외주면에 유전체(2)가 감싸지며 전원부(8)는 전원공급부 전극(3)을 통하여 방전을 위한 교류전원으로서 주파수가 수 kHz ~ 수백 kHz인 고전압의 전원이 공급된다.

종래기술의 일실시예에 따른 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 동작을 설명하면, 가스공급관(5)을 통하여 유입된 가스가 가스공급공(6)을 통해 가스챔버(1) 내로 분사되면 전극(3)을 통해 고전압이 인가되고 상기 가스의 방전과 함께 플라즈마가 발생된다. 발생된 플라즈마는 가스챔버(1)의 가스분사부(4)를 통하여 이동수단(9) 상단의 표면처리 대상(7)에 분사되어 세정 또는 표면처리가 이루어지게 된다.

도 2는 도 1의 다른 실시예로 전극부분의 구조가 다른 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 일실시예이다.

상기의 일실시예에서는 전원공급부 전극만이 가스챔버의 내부에 위치하고 접지전극은 가스챔버의 외부에 위치하였으나, 종래기술의 다른 실시예서는 전원공급부 전극과 접지전극을 모두 가스챔버 내부에 위치시켰다는 점이 특징이다.

또한, 상기의 일실시예에서와 달리 전원공급부 전극과 접지전극 모두 그 외주면에 절연체로 감싸지도록 하여 구성된다.

종래기술의 다른 실시예에 따른 상압플라즈마 장치의 동작은 상기의 일실시예에서와 동일하다. 즉, 가스공급관(5)을 통하여 유입된 가스가 가스공급공(6)을 통해 가스챔버(1) 내로 분사되면 전극(3c)을 통해 고전압이 인가되고 상기 가스의 방전과 함께 플라즈마가 발생된다. 발생된 플라즈마는 가스챔버(1)의 가스분사부(4)를 통하여 이동수단(9) 상단의 표면처리 대상(7)에 분사되어 세정 또는 표면처리가 이루어지게 된다.

종래기술의 가스공급관의 구조는 챔버보다 반지름이 작은 원통형의 튜브모양이고, 가스가 챔버 양쪽에서 가스공급관을 통해 공급된다. 상압플라즈마 장치는 챔버, 가스공급관, 전원공급부, 접지전극 등 단일장치로 구성되어 있다.

종래기술의 경우 가스 챔버 양쪽에서 가스가 분사 되므로 가스의 흐름이 원활하지 못하기 때문에 가스의 분포가 균일하게 분사되는 효과가 다소 미흡하고 또한, 가스의 균일도가 다소 낮기 때문에 플라즈마의 방전시 균일한 플라즈마를 얻기가 어렵다. 이와 같은 균일한 플라즈마 형성이 어려운 경우 상압플라즈마를 이용하여 샘플의 표면 처리시 균일도에 영향을 줄 수 있다. 실제로 플라즈마을 이용하여 표면 처리 및 세정시 샘플의 균일도는 공정상의 중요한 요소가 될 수 있다.

또한, 종래기술은 전원 공급부 전극가 접지 전극간의 거리를 고정하여 상압 플라즈마 이용하여 표면 처리시 거리에 따른 여러 공정 조건을 확보하지 못한다는 단점을 안고 있다. 실제 전극간의 거리는 플라즈마의 에너지와 연관되고 이는 표면 처리시 처리속도와 연관을 지울 수 있다.

특히, 종래기술은 단일 장치로 구성되었기 때문에 표면 처리시 샘플의 처리 시간 및 처리 방법에 대한 한계가 있다고 볼 수 있다. 단일 장치를 이용하여 샘플을 처리 할 경우 실제 원하는 샘플의 공정 조건의 확보가 어렵고 단일 장치를 가지고 여러번 처리를 반복해야 한다는 단점을 보유하고 있고 그 만큼의 처리 시간이 지연되어 제품의 생산량에 영향을 줄 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 균일한 플라즈마를 발생을 위하여 가스공급관을 여러 개 연결하는 구조를 갖는 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 샘플의 표면처리 시간을 단축할 수 있으며 다량의 샘플을 제한 시간내에 처리할 수 있기 위하여 전극간의 간격을 조정하는 조절장치와 표면처리 장치를 병렬 연결하여 안정적인 플라즈마를 발생시키는 장치를 제공하는데 있다.

플라즈마를 이용한 표면처리장치에서, 방전가스 수용공간을 형성하며 가스분사부를 갖는 밀폐된 중공체의 가스챔버와; 외부로부터의 방전가스를 상기 가스챔버 내부로 공급하는 가스공급관과; 상기 챔버 내부에 전류를 공급하여 방전현상에 의해 플라즈마가 발생하도록 하는 전극으로 구성되는 통상의 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치에 있어서, 상기 가스공급관을 여러 개 연결하는 구조를 갖고, 전극간의 간격을 조정하는 조절장치를 설치하고, 표면처리시간의 단축을 위하여 표면처리 장치를 병렬 연결한 것을 특징으로 한다.

상기 가스챔버는 소정의 길이를 갖는 원통형 또는 사각형태의 튜브모양이며 상기 가스분사부는 챔버의 길이방향을 따라 등간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

스챔버는 절연성질을 갖는 유전체인 것을 특징으로 한다.

상기 가스공급관은 소정의 길이를 가지며 상기 가스챔버보다 반지름이 작은 원통형의 튜브모양이며 챔버의 길이방향을 따라 등간격으로 형성되는 가스 공급을 위한 가스공급공을 갖는 것이 바람직하다.

플라즈마를 이용한 표면처리장치에서, 방전가스 수용공간을 형성하며 가스분사부를 갖는 밀폐된 중공체의 가스챔버와; 외부로부터의 방전가스를 상기 가스챔버 내부로 공급하는 가스 공급관과 상기 전극은 전원공급부 전극과 접지전극으로 구성되어 있으며, 상기 전원공급부 전극은 상기 가스챔버 내측 하부영역에 챔버의 길이방향을 따라 평행하게 위치하고, 상기 접지전극은 이동수단의 하부에 부착되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원공급부 전극은 원통모양이며, 상기 전원공급부의 외주에는 유전체가 감싸지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하였다.

도 4는 본 발명의 표면처리장치 일실시예 구조도이고, 도 5는 본 발명의 가스공급관의 구조도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 가스 챔버(1)와 새로이 설치 되는 제 1 가스공급관(10), 제 2 가스공급관(11)과 가스공급부(12), 종래 기술의 가스 공급관(5),전원 공급부 전극(3)과 전원부(8)와 접지 전극(3a)과 이동 수단(9)으로 구성된다.

상기 제 1 가스공급관(10)은 작은 원통형의 튜브 모양으로 종래 기술의 가스 공급관(5)과 평행하게 설치하며, 제 2 가스공급관(11)은 제 1 가스공급관(10)보다 작은 튜브모양으로 챔버의 길이의 방향에 따라 등간격으로 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가스가 분사되는 방법이 기존에는 가스 공급관(5) 양 방향에서 공급을 하였으나, 본 발명에서는 기존의 가스공급관(5) 위에 제 1 가스공급관(10)을 하나 평행하게 설치하고 아래의 가스 공급관(5)과 위의 제 1 가스공급관(10)에 제 2 가스공급관(11)을 여러 개 등간격으로 연결하는 구조로 한다. 종래 기술의 경우 가스공급관(5)의 양방향에 가스 공급부를 갖는 구조였으나 본 발명에서는 새로 추가된 제 2 가스공급관(11) 가운데에서 가스를 공급하는 가스 공급부(12)를 가지며, 또한 새로 추가된 제 2 가스공급관(11) 양방향에 가스 공급부를 갖는다. 본 발명의 일실시예의 따른 상압플라즈마를 이용한 표면 처리 장치의 가스 공급의 작용을 설명하면, 가스 공급부(12)와 양방향의 가스공급에서 공급된 가스는 제 1 가스공급관(10)에 1 차로 채워지게 되며 제 1 가스공급관(10)보다 작은 튜브모양의 제 2 가스공급관(11)을 통해 가스가 균일하게 흐르며 가스공급관(5)의 가스 공급공을 통해 플라즈마 발생에 필요한 가스를 가스 챔버내에 종래 기술보다 더욱 균일하게 분사해준다. 또한 이러한 가스 공급관을 통해 가스 챔버(1) 내로 가스가 균일하게 분사되면 전극(2)을 통해 고전압이 인가되고 상기 가스의 방전과 함께 균일도를 갖는 플라즈마가 발생되며 발생된 플라즈마는 가스챔버내(1)의 가스 분사부(4)를 통해 이동수단(9) 상단의 표면 처리 대상(7)에 균일하게 분사되어 샘플의 균일한 세정 또는 표면처리효과를 얻을 수 있다

도 6은 본 발명의 전극간의 조절장치의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 전극간의 조절장치의 사시도이다. 도 6 및 도 7의 본 발명의 다른 실시예에 따른 상압플라즈마를 이용한 표면 처리 장치는 상기의 일실시예와 유사한 구성을 가지고 있으나 전극과 전극간의 거리에 있어서 상기의 실시예와 다른 구조를 가지고 있다.

종래기술에서는 전원공급부 전극(3)과 접지 전극(3a)간의 거리가 고정되어 일정한 간격을 유지하고 있으나 본 발명에서는 도면에서 볼 수 있은 바와 같이 전원 공급부 전극(3)과 접지 전극(3a)간의 거리의 조절이 가능하다. 본 발명에서는 전원공급부 전극(3)과 접지 전극(3a)의 간격을 조절하기 위하여 도면에 도시된 바와 같이 전극간 조절장치(21)는 기존의 가스 챔버와 함께 챔버를 고정하는 지지봉(22)이 챔버의 네 곳에 설치되어 있으며 지지봉(22) 아래로 네 곳에 형성되어 있고 전극간의 거리를 조절할 수 있는 조절장치(21)와 이를 동시에 작동하기위한 체인(23)과 전극간의 거리를 자동 또는 수동으로 작동하기 위한 동력 전달용 장치(20)로 구성되어 있다.

상기의 일실시예에서는 전원공급 전극(3)과 접지전극(3a) 간격을 조절하는 장치가 없었으나 본 발명의 다른 실시예에서는 동력 전달용 장치를 이용하여 자동 또는 수동으로 챔버를 올리거나 내림으로 전극간의 조절이 가능하게 한 것이 특징이다.

도 8은 본 발명의 표면처리 장치의 병렬연결 사시도이다. 본 발명의 다른 실시예는 상압 플라즈마 이용한 표면 처리 장치(30)와 표면 처리 장치와 접지전극간의 거리를 조절하는 전극 조절장치(40)와 표면처리대상(7)을 이송할 수 있는 이동 장치(50)로 이루어진다.

본 실시예에서는 표면처리장치(30)의 전극조절장치(40)의 배치를 일정한 간격으로 하고, 샘플의 이동장치(50)를 일정 간격으로 배열하여 샘플의 이송속도를 조절할 수 있다. 종래의 기술에서는 플라즈마 장치를 하나로 구성하였고 이를 이용하여 표면 처리시 샘플의 표면 처리 시간의 단축이 어려워 제품의 생산량에 영향을 미친다. 본 발명의 목적은 도면에 도시된바와 같이 일정한 간격으로 플라즈마 처리 장치(30)를 구성하여 기존의 단일로 구성된 플라즈마 장치 보다 표면 처리 시간을 단축할 수 있고 또한 이를 위해 장치를 더 추가할 수 있으며 이동장치(50)가 샘플의 이동 속도을 조절하여 표면 처리 시간의 단축을 할 수 있도록 구성된다.

이상에서 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것은 아니며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설계 변경이나 회피설계를 한 경우 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에 의하면, 종래기술과 달리 한 개의 가스공급관을 더 설치함으로써 가습공급관에서 분사되는 가스의 균일도가 더욱 향상되며 도한 균일한 플라즈마를 발생하여 샘플의 표면처리시 균일도를 향상할 수 있다, 또한, 전극 간격(gap)의 구조가 전원공급부의 전원과 접지 전극간의 거리 조절이 가능하여 샘플에 따라 표면처리 효과를 다양하게 변화시킬 수 있다.

특히, 상압플라즈마장치의 배열은 종래기술과 달리 다수개의 장치를 병렬로 구성하여 샘플의 표면 처리 사간을 단축할 수 있으며 다량의 샘플을 제한 시간안에 처리할 수 있다.

도 1은 종래의 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 단면도,

도 2는 종래의 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 다른 실시예 단면도,

도 3은 종래기술에 따른 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치의 사시도,

도 4는 본 발명의 표면처리장치 일실시예 구조도,

도 5는 본 발명의 가스공급관의 구조도,

도 6은 본 발명의 전극간의 조절장치의 단면도,

도 7은 본 발명의 전극간의 조절장치의 사시도,

도 8은 본 발명의 표면처리장치의 병렬연결시 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스챔버 2,2a,2b : 유전체

3,3c : 전원공급부 전극 3a,3b : 접지전극

4 : 가스분사부 5 : 가스공급관

6 : 가스공급공 7 : 표면처리대상

8 : 전원 9 : 이동수단

10 : 제 1 가스공급관 11 : 제 2 가스공급관

12 : 가스공급부 20 : 동력전달용 장치

21 : 조절장치 22 : 지지봉

23 : 체인 30 : 표면처리장치

40 : 전극조절장치 50 : 이동장치

Claims (3)

1. 플라즈마를 이용한 표면처리장치에서, 방전가스 수용공간을 형성하며 가스분사부를 갖는 밀폐된 중공체의 가스챔버와; 외부로부터의 방전가스를 상기 가스챔버 내부로 공급하는 가스공급관과; 상기 챔버 내부에 전류를 공급하여 방전현상에 의해 플라즈마가 발생하도록 하는 전극으로 구성되는 통상의 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치에 있어서, 상기 가스공급관을 가스 챔버안에 기존의 가스공급관의 위에 하나 더 평행하게 설치된 제 1 가스공급관(10)과, 제 1 가스공급관의 직경보다 작고 챔버의 길이의 방향으로 등간격으로 여러 개의 형성된 제 2 가스공급관(11), 전원공급부 전극과 접지부 전극 간격을 조정하는 조절장치(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 조절장치(21)는 기존의 가스챔버에 설치되어 함께 챔버를 고정하는 지지봉(22)과, 이를 작동하기 위하여 상기 지지봉(22)을 연결하는 체인(23)과, 전극간의 거리를 자동 또는 수동으로 작동하기 위한 동력 전달용 장치(20)로 구성되는 것을 특징으로 하는 상압플라즈마를 이용한 표면 처리장치
3. 제 1항에 있어서, 표면처리시간의 단축을 위하여 표면처리장치를 병렬로 연결한 것을 특징으로 하는 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치.