KR20060040598A - 플라즈마 표면처리시스템 및 플라즈마 표면처리시스템의플라즈마 처리액 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 표면처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면처리 대상의 표면에 플라즈마 표면처리를 하는 플라즈마 표면처리시스템에 관한 것으로서, 반응챔버 내에서 플라즈마를 형성하여 표면처리대상의 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리시스템에 있어서, 상기 표면처리대상의 표면을 처리하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물질을 액상(liquid drop)으로 상기 반응챔버 내에 공급하는 플라즈마 처리액 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템을 제공한다.

Description

플라즈마 표면처리시스템 및 플라즈마 표면처리시스템의 플라즈마 처리액 공급장치{PLASMA SURFACE PROCESSING SYSTEM AND SUPPLY DEVICE FOR PLASMA PROCESSING SOLUTION THEREFOR}

본 발명은 플라즈마 표면처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면처리 대상의 표면에 플라즈마 표면처리를 하는 플라즈마 표면처리시스템에 관한 것이다.

플라즈마 표면처리시스템은 PCT 공개공보 WO 1999/27156 및 WO 1999/28530에 기재된 바와 같이, 밀폐된 반응챔버 내에 표면처리 대상인 금속재료를 반응챔버 내에 설치된 전극에 전원을 인가하여 반응가스와 함께 플라즈마를 형성함으로써 금속재료의 표면에 내식성, 소수성 또는 친수성 등 다양한 성질을 가지도록 표면처리를 하는 시스템을 말한다.

특히 플라즈마 표면처리시스템은 표면처리 대상에 대하여 요구되는 표면특성을 가지도록 반응챔버 내에 반응가스를 주입하게 된다. 즉, 반응챔버 내에 주입되는 처리물질에 따라서 표면처리 대상의 표면에 형성되는 중합막의 특성이 달라지게 되는 것이다.

따라서 플라즈마 표면처리시스템에 있어서, 반응챔버 내에 주입되는 처리물 질에 따라서 표면처리 대상의 표면에 형성되는 중합막의 특성이 달라지므로 반응챔버 내로의 플라즈마를 형성하는 처리물질을 주입할 수 있는 적절한 공급장치가 필요하다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 필요성들을 인식하여, 반응챔버 내에서 플라즈마를 형성하는 처리물질을 반응챔버 내로 액상의 형태로 공급할 수 있는 플라즈마 처리액 공급장치를 포함하는 플라즈마 표면처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 반응챔버 내에서 플라즈마를 형성하여 표면처리대상의 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리시스템에 있어서, 상기 표면처리대상의 표면을 처리하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물질을 액상(liquid drop)으로 상기 반응챔버 내에 공급하는 플라즈마 처리액 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 반응챔버 내에서 플라즈마를 형성하여 표면처리대상의 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리시스템에 있어서, 상기 표면처리대상의 표면을 처리하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물질을 액상(liquid drop)으로 상기 반응챔버 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리액 공급장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템의 구성도이다.

도 2는 도 1의 플라즈마 표면처리 시스템 중 저장조 및 처리액 보충장치의 구성을 보여주는 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(100) 내에서 플라즈마를 형성하여 금속재료와 같은 표면처리 대상(110)의 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리시스템에 있어서, 상기 표면처리 대상(110)의 표면을 처리하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물질을 액상(liquid drop)으로 상기 반응챔버(100) 내에 공급하는 플라즈마 처리액 공급장치(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템은 PCT 공개공보 WO 1999/27156 및 WO 1999/28530에 기재된 바와 같이, 표면처리 대상(110)의 표면에 플라즈마를 이용하여 특정한 성질을 가지는 중합막을 형성하는 시스템을 말한다.

상기 반응챔버(100)는 진공상태에 가까운 일정한 압력하에 밀폐된 상태를 유지하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 형성하도록 전원공급장치(140)에 의하여 공급되는 전원을 인가하는 전극(141)이 설치된다.

또한 표면처리대상(110)의 표면을 연속적으로 표면처리할 수 있도록 상기 표면처리대상(110)을 연속적으로 이송하기 위한 이송챔버(120, 130)가 상기 반응챔버(100)에 인접하여 설치된다.

상기 표면처리대상(100)은 통상 열교환기의 일부를 이루는 핀의 재료인 알루 미늄 시트와 같은 금속재료 또는 절연재료 등 플라즈마를 이용하여 표면처리가 가능한 재료가 그 대상이 된다. 특히 상기 표면처리대상이 금속재료인 경우에는 표면처리대상 자체가 전극이 될 수 있다.

상기 플라즈마 처리액 공급장치(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐된 상태로 플라즈마 처리액(201)이 저장된 처리액 저장조(210)와; 상기 저장조(210)와 연결 설치되어 상기 플라즈마 처리액의 액적을 운반하기 위한 캐리어 가스가 유입되는 캐리어 가스 유입관(251)과; 상기 플라즈마 처리액의 액적이 포함된 캐리어 가스가 상기 반응챔버(100) 내로 공급되도록 상기 저장조(210) 및 반응챔버(100)를 연결하여 설치된 공급관(230)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 처리액은 표면처리대상(110)의 표면에 형성하고자 하는 중합막의 특성에 따라서 달라지는데, 일예로 HDMS(hexamethyldisilazeane) 또는 HDMSO (hexamethyldisiloxane) 등이 사용될 수 있다.

상기 캐리어 가스 유입관(251)은 상기 저장조(210)에 저장된 처리액(201)의 수위 아래로 담기도록 설치됨과 아울러 상기 유입관(251)으로부터 배출되는 캐리어 가스에 의하여 처리액 거품이 형성되도록 다수개의 배출공(251a)을 가진다.

특히 상기 유입관(251)의 끝단부는 캐리어 가스에 의하여 거품이 보다 원활하게 형성될 수 있도록, 다수개의 배출공(251a)이 형성된 링 형태를 이루는 것이 바람직하다.

상기 유입관(251)은 캐리어 가스가 저장된 캐리어가스 저장탱크와 연결되며, 상기 캐리어 가스로는 질소(N₂) 또는 헬륨(He) 등이 사용된다.

그리고 상기 유입관(251)에는 캐리어 가스의 유량을 조절하기 위한 가스 유량 조절기(251b)가 설치된다.

또한 상기 유입관(251)은 상기 캐리어 가스가 상기 반응챔버(100) 내로 유입될 수 있도록 상기 반응챔버(100)와 연결된 분리관(251c)이 추가로 설치될 수 있다. 이때 상기 분리관(251c) 및 상기 연결관(230) 중 상기 분리관(251c)과 연결된 지점과 저장조(210) 사이에는 캐리어 가스의 유동을 제어하기 밸브(252, 253)가 각각 설치된다.

상기 공급관(230)은 상기 처리액의 액적을 포함하는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절기(231)가 추가로 설치된다.

그리고 상기 유량조절기(231)를 사이에 두고 상기 공급관(230)에는 한 쌍의 밸브(232)가 설치되어 캐리어 가스의 유동을 제어한다.

특히 상기 공급관(230)은 상기 저장조(210)로부터 연장되어 반응챔버(100)로 별도의 관으로 설치될 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분리관(252)과 합쳐져서 상기 반응챔버(100)로 연결 설치하면 구성요소를 줄일 수 있는 이점이 있다.

한편 상기 액상의 처리액을 포함하는 캐리어 가스는 반응챔버(100) 내로 주입되면서 압력이 떨어지게 되며, 압력강하를 수반한 처리액의 증발에 의하여 그 온도가 낮아지게 된다. 또한 처리액의 온도가 떨어지면서 처리액의 증발량이 감소하 게 되고 따라서 반응챔버(100) 내로 적절한 양의 처리액의 공급이 불가능해지며, 표면처리대상(110)의 표면에 형성되는 중합막의 형성에 영향을 주는 문제점이 있다.

이에 대하여 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템은 반응챔버(100) 내로 주입되는 처리액을 포함하는 캐리어 가스의 온도를 일정하게 유지하면서, 공급되는 처리액의 양을 조절할 수 있는 장치를 제공한다.

즉, 상기 공급관(230)에는 상기 처리액의 액적을 포함하는 캐리어 가스의 온도를 상승시킬 수 있도록 히터(233)가 추가로 설치된다.

또한 상기 저장조(210)는 저장된 처리액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치(240)가 추가로 설치되며, 상기 온도조절장치(240)는 상기 저장조(210)를 수용함과 아울러 절연유가 채워진 수용탱크(241)와; 상기 수용탱크(241)에 설치되어 열을 발생시키는 히터(242)와; 상기 수용탱크(241)에 설치되어 열을 흡수하는 냉각장치(243)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 저장조(210) 내의 압력을 조절하고, 캐리어 가스의 배출을 위한 압력조절관(244)이 상기 저장조(210)에 설치되며, 상기 압력조절관(244)에는 그 개폐를 위한 밸브(244a)가 설치된다.

한편 처리액이 사용된 후에는 저장조(210) 내에 처리액을 보충하여야 하는데, 처리액의 보충을 위하여 상기 저장조(210)를 개폐하여야 하는 불편함이 있는바 본 발명에서는 상기 저장조(210)는 플라즈마 처리액을 그 내부로 보충하는 처리액 보충장치(500)를 제공한다.

즉, 상기 처리액 보충장치(500)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저장조(210)에 연결된 제 1보충관(520)과; 처리액이 저장된 저장용기(510)와; 상기 저장용기(510)와 연결된 제 2보충관(530)과; 상기 제 1보충관(520)과 제 2보충관(530)을 연결시키는 연결부(540)와; 상기 제 1보충관(520) 및 제 2보충관(530)에 각각 설치된 밸브(521, 531)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 저장용기(510)의 상측에는 처리액에 압력을 가하여 처리액을 보충하도록 하는 가압장치(550)와 연결되며, 상기 저장용기(510)의 바닥에는 처리액의 양을 측정하기 위하여 질량측정장치(560) 등이 설치된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템의 작동에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 표면처리시스템은 제어부(미도시)의 제어에 의하여 전원장치(140)에 연결된 전극(141)에 전원이 가해지고, 동시에 표면처리대상(110)은 이송장치(미도시)에 의하여 연속적으로 이송된다.

그리고 상기 처리액공급장치(200)는 액상의 처리액을 포함하는 캐리어 가스가 반응챔버(100) 내로 주입되며, 상기 전극(141)에 가해지는 전기에너지에 의하여 플라즈마를 형성하게 되며, 상기 표면처리대상(110)의 표면에는 특정한 성질을 가지는 중합막이 형성되게 된다.

여기서 상기 처리액의 공급과정을 보다 상세하게 설명하면, 캐리어 가스가 유입관(251)을 통하여 저장조(210)로 유입되고, 가스의 유입에 의하여 거품의 형성과 함께 상기 공급관(230)을 통하여 액상의 처리액이 포함된 캐리어 가스가 반응챔 버(100) 내로 공급된다.

이때 처리액의 증발 및 압력강하에 의하여 온도가 낮아지는데 상기 공급관(230)의 주변에 설치된 히터(233)에 의하여 일정한 온도가 유지되도록 조절된다.

또한 저장조(210) 내의 온도는 상기 온도조절장치(240)에 의하여 조절되며, 상기 압력조절관(244)에 의하여 저장조(210) 내의 압력 또한 제어된다.

또한 상기 저장조(210) 내의 처리액이 부족한 경우에는 처리액 보충장치(500)에 의하여 그 부족한 처리액을 보충하게 된다.

본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템은 표면처리대상의 표면에 특정한 성질을 가지는 중합막을 형성하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물을 액상의 처리액을 공급할 수 있는 처리액 공급장치를 구비함으로써 보다 다양한 표면처리가 가능한 이점이 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 표면처리시스템은 공급되는 처리액의 온도 및 압력을 일정하게 유지함으로써 표면처리대상의 표면에 형성되는 양질의 중합막을 형성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (22)

1. 반응챔버 내에서 플라즈마를 형성하여 금속재료의 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리시스템에 있어서,

   상기 금속재료의 표면을 처리하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물질을 액상(liquid drop)으로 상기 반응챔버 내에 공급하는 플라즈마 처리액 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리액 공급장치는

   밀폐된 상태로 플라즈마 처리액이 저장된 처리액 저장조와;

   상기 저장조와 연결 설치되어 상기 플라즈마 처리액의 액적을 운반하기 위한 캐리어 가스가 유입되는 캐리어 가스 유입관과;

   상기 플라즈마 처리액의 액적이 포함된 캐리어 가스가 상기 반응챔버 내로 공급되도록 상기 저장조 및 반응챔버를 연결하여 설치된 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 캐리어 가스 유입관은 상기 저장조에 저장된 처리액의 수위 아래로 담기도록 설치됨과 아울러 상기 유입관으로부터 배출되는 캐리어 가스에 의하여 처리액 거품이 형성되도록 다수개의 배출공을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리액 공급장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 유입관의 끝단부는 다수개의 배출공이 형성된 링 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리액 공급장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 캐리어 가스 유입관에는 가스의 유량을 조절하기 위한 가스 유량 조절기가 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
6. 제2항에 있어서, 상기 캐리어 가스 유입관에는 가스의 유량을 조절하기 위한 가스 유량 조절기가 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
7. 제3항, 제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 캐리어 가스 유입관은 상기 캐리어 가스가 상기 반응챔버 내로 유입될 수 있도록 상기 반응챔버와 연결된 분리관이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 분리관 및 상기 연결관 중 상기 분리관과 연결된 지점과 저장조 사이에는 캐리어 가스의 유동을 제어하기 밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
9. 제7항에 있어서, 상기 분리관은 상기 연결관과 연결된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
10. 제2항에 있어서, 상기 캐리어 가스 유입관은 상기 캐리어 가스가 상기 반응챔버 내로 유입될 수 있도록 상기 반응챔버와 연결된 분리관이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 시스템.
11. 제2항 내지 제4항, 제6항 및 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 공급관에는 상기 처리액의 액적을 포함하는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절기가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 공급관에는 상기 유량조절기를 사이에 두고 한 쌍의 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
13. 제2항 내지 제4항, 제6항 및 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 저장조는 저장된 처리액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 온도조절장치는

    상기 저장조를 수용함과 아울러 절연유가 채워진 수용탱크와; 상기 수용탱크 에 설치되어 열을 발생시키는 히터와; 상기 수용탱크에 설치되어 열을 흡수하는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 시스템.
15. 제2항 내지 제4항, 제6항 및 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 공급관에는 상기 처리액의 액적을 포함하는 캐리어 가스의 온도를 상승시킬 수 있도록 히터가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 표면처리시스템.
16. 제1항에 있어서, 금속재료를 연속으로 표면처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
17. 제1항에 있어서, 상기 금속재료를 양극으로 하는 것을 특징으로 하는 표면처리시스템.
18. 제1항에 있어서, 상기 처리액은 HDMS 또는 HDMSO인 것을 특징으로 하는 표면처리시스템.
19. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 가스는 질소(N₂) 또는 헬륨(He)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리시스템.
20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저장조는 플라즈마 처리액을 그 내부로 보충하는 처리액 보충장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 처리액보충장치는

    상기 저장용기에 연결된 제 1보충관과;

    처리액이 저장된 저장용기와;

    상기 저장용기와 연결된 제 2보충관과;

    상기 제 1보충관과 제 2보충관을 연결시키는 연결부와;

    상기 제 1보충관 및 제 2보충관에 각각 설치된 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 시스템.
22. 반응챔버 내에서 플라즈마를 형성하여 금속재료의 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리시스템에 있어서,

    상기 금속재료의 표면을 처리하기 위하여 플라즈마를 형성하는 처리물질을 액상(liquid drop)으로 상기 반응챔버 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리액 공급장치.

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