KR20100081068A - 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 발생장치가 개시된다. 일면으로 오픈되는 비관통의 미세공이 형성되는 캐소드, 캐소드의 일면에 대향하도록 이격되어 배치되는 애노드, 캐소드와 애노드에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함하는 플라즈마 발생장치는, 대기압에서 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있어서, 플라즈마 처리 공정을 인라인(in-line)화 시킬 수 있다.

플라즈마, 캐소드, 음극, 미세공

Description

플라즈마 발생장치{Apparatus for generating plasma}

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

기체가 큰 에너지를 받으면 상태전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어 지게 되며 이때 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아진다. 이러한 상태가 전기적으로 중성을 띄는 플라즈마 상태이다. 이러한 플라즈마를 이용하면, 소재의 표면을 클리닝하거나 소재의 표면을 개질할 수 있다.

플라즈마 발생장치로는 진공 플라즈마 발생장치와 대기압 플라즈마 발생장치가 있으나, 진공 플라즈마 발생장치는 진공상태를 만들기 위한 장비 및 장소의 제약이 있어 근래에는 대기압 플라즈마 발생장치를 사용하고 있다.

한편, 종래의 대기압 플라즈마 발생장치는 서로 일정간격 이격된 상태로 마주보는 한 쌍의 평판 형태의 애노드과 캐소드 및 전력공급부를 포함하여 구성함이 일반적이다. 이에 따라, 표면처리 공정을 진행할 소재를 애노드와 캐소드 사이에 이송시키면서 애노드와 캐소드에 고압의 전원을 공급하여 플라즈마가 발생시킬 수 있다.

그런데, 종래의 대기압 플라즈마 발생장치는, 생성된 라디칼의 지속시간이 짧아서 대기압 하에서 플라즈마의 밀도를 높이는데 한계가 있었다. 따라서, 대기압 플라즈마 발생장치는 진공 플라즈마 발생장치 비해 효과가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 대기압에서 높은 밀도의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 일면으로 오픈되는 비관통의 미세공이 형성되는 캐소드, 캐소드의 일면에 대향하도록 이격되어 배치되는 애노드, 캐소드와 애노드에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함하는 플라즈마 발생장치가 제공된다.

이 때, 캐소드와 애노드 사이에 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.

또한, 전력공급부는 고주파 전력 또는 직류 펄스(DC Pulse) 전력을 발생할 수 있다.

대기압에서 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있어서, 플라즈마 처리 공정을 인라인(in-line)화 시킬 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거 나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 전기장 형성을 나타낸 개념도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 캐소드(10), 미세공(12), 애노드(20), 전력공급부(30), 챔버(40), 가스 공급부(42), 가스 배출부(44)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 일면으로 오픈되는 비관통의 미세공(12)이 형성되는 캐소드(10), 캐소드(10)의 일면에 대향하도록 이격되어 배치되는 애노드(20), 캐소드(10)와 애노드(20)에 전력을 공급하는 전력공급부(30)를 포함하여, 대기압에서 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있어서 플라즈마 처리 공정을 인라인(in-line)화 시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서, 전자를 방출하는 음극인 캐소드(10)와 캐소드(10)에서 방출된 전자를 잡아 당기는 양극인 애노드(20)가, 서로 소정의 간격을 두고 마주보도록 대향되어 배치된다. 그리고, 캐소드(10)와 애노드(20)에는 전압을 걸어주는 전력공급부(30)가 연결된다. 이에 따라, 양 전극에 전압 차가 인가되면, 캐소드(10)와 애노드(20) 사이에 방전이 발생되고 방전에 의해서 플라즈마가 발생된다.

이 때, 넓은 면적에 고르게 플라즈마를 발생시키기 위하여, 캐소드(10)와 애노드(20)는 일정한 거리를 유지하며 마주하는 평판의 형태로 형성된다.

특히, 본 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 캐소드(10)에는, 애노드(20)를 향하는 면에 미세공(12)이 형성되어 있어서 플라즈마의 밀도를 증가시킨다. 이 때, 미세공(12)은 캐소드(10)를 관통시키지 않으면서 애노드(20)와 대향하는 방향을 향하여 뚫려 있다.

또한, 미세공(12)의 용적은, 최소 방전 개시전압(breakdown voltage)을 나타내는 파센곡선(Pachen curve)의 압력 및 용적 조건에 따라 결정한다. 그리고, 미세공(12)은 레이저 가공, 드릴링 등의 공정을 통하여 캐소드(10)에 형성한다.

도 2를 참조하면, 평판의 애노드(20)에 마주하는 캐소드(10)에 미세공(12)이 형성되면, 캐소드(10)와 애노드(20) 사이에는, 애노드(20)에서 캐소드(10)의 표면을 향하는 성분(A)과 더불어 캐소드(10)의 미세공(12) 내부로 향하는 성분(B)을 가지는 전기장이 형성된다. 그리고, 캐소드(10)의 형성된 미세공(12) 내벽에서는 전자가 방출된다. 이에 따라, 미세공(12) 내벽에서 방출된 전자가 미세공(12) 내부에 형성된 전기장을 따라 애노드(20)를 향하여 이동하면서 중성 기체와 충돌하여, 중성 기체가 이온화된 라디칼을 생성한다. 특히, 미세공(12) 내부에서 전자는 진동을 하면서 이동하므로 미세공(12) 내부에서 중성 기체의 이온화율은 현저히 높아진다.

그리고, 중성 기체가 이온화되면서 생성된 자유전자가 다시 전기장을 따라 이동하면서 중성 기체와 충돌하여 또 다시 라디칼을 생성하므로, 미세공(12) 내부에는 현저히 많은 라디칼을 생성될 수 있다.

따라서, 미세공(12)이 형성된 캐소드(10)는 미세공(12)이 없는 단순한 평판형의 캐소드(10)에 비해 많은 라디칼을 생성하고, 이에 따라 높은 밀도의 플라즈마 를 형성한다. 특히, 도 3에 나타난 바와 같이, 미세공(12) 내부에는 라디칼이 많이 생성되어 플라즈마의 밀도가 매우 높게 형성된다. 이에 따라, 대기압 상태에서도, 진공 상태에서 수행되던 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리공정이 생산라인에서 연속적으로 이루어지는 인라인(in-line)화가 가능해진다.

한편, 방전 전압에 형성하는 전력공급부(30)는, 높은 전압의 형성과 전자 이동거리의 증가를 위하여, 고주파의 RF전력이거나 상승시간 및 지속시간이 매우 짧은 직류 펄스(DC Pulse)전력을 발생할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 다양한 반응가스(헬륨, 아르곤, 산소, 질소, 공기 및 이들의 조합 등)를 활용하여, 세정, 디스미어, 표면개질, 에칭 등 다양한 용도로 활용할 수 있다. 이를 위해, 캐소드(10)와 애노드(20) 사이에 반응가스를 공급하는 가스 공급부(42)와, 반응 후에 공급된 가스를 배출하는 가스 배출부(42)를 포함할 수 있다. 또한, 반응의 효율을 향상시키기 위하여, 플라즈마 처리가 이루어지는 동안에 캐소드(10)와 애노드(20)를 외부와 차단하는 챔버(40)를 더 포함할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 대기압에서 높은 밀도의 플라즈마를 형성하므로 다양한 용도로 활용될 수 있다. 특히, 인쇄회로기판의 비아홀 제조 시에 발생하는 각종 이물질인 스미어(smear)를 제거하는 디스미어(desmear)공정에 적용하여, 기존의 습식 세정공정을 건식 세정공정으로 대체시킬 수 있다. 또한, 인쇄회로기판 표면의 도금(인쇄)성을 향상시키는 공정 및 패키징에서 Au, Cu와 리드 프레임간 표면을 크리닝하고 접착력을 향상시키는 공정 등 인쇄회로기판의 제조에서 다양한 활용이 가능하다. 더욱이, 기존의 진공 플라즈마 장치와 달리 인라인(in-line)화가 가능하므로, 그 활용 범위는 더욱 크다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 전기장 형성을 나타낸 개념도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에 발생된 플라즈마를 나타낸 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 캐소드

12: 미세공

20: 애노드

30: 전력공급부

40: 챔버

42: 가스 공급부

44: 가스 배출부

Claims (3)

1. 일면으로 오픈되는 비관통의 미세공이 형성되는 캐소드;

   상기 캐소드의 일면에 대향하도록 이격되어 배치되는 애노드; 및

   상기 캐소드와 애노드에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함하는 플라즈마 발생장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 플라즈마 발생장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전력공급부는 고주파 전력 또는 직류 펄스(DC Pulse) 전력을 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.

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