KR20240040184A - 간격유지 팁이 구비되는 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내부에는 고전압전극 및 접지전극이 위치하고, 후단부위에는 가스가 유입되는 주입단(2)이 마련되고, 전단부위에는 플라즈마 가스가 분사되는 분사구(3)가 마련되는 플라즈마 발생장치로서, 상기 플라즈마 발생장치의 분사구(3)의 단부에는 상부 및 하부 각각이 개구된 간격유지 팁(10)이 결합되되, 상기 분사구(3)의 하측부위 외면에는 일정길이를 가지는 장홈(4)이 상호 간에 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 간격유지 팁(10)의 상측부위 내면에는 상기 장홈(4) 각각에 끼움 결합되는 돌출단(14)이 상호 간에 일정간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 간격유지 팁이 구비되는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

Description

간격유지 팁이 구비되는 플라즈마 발생장치{Plasma generating device with spacing tip}

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 장치 자체에 편리하게 착탈식으로 결합이 가능할 뿐 아니라, 작업 대상물이 되는 타깃과의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 하여 균일한 작업 결과물을 제공해 줄 수 있는 간격유지 팁이 구비되는 플라즈마 발생장치에 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 아크플라즈마에 이르기까지 다양하게 이용되고 있다.

이 중에서 특히, 저온 플라즈마는 플라즈마 내부에서 반응성이 극대화되어 물질의 이온화와 재결합이 활발해지기 때문에, 기존의 물질의 합성이나 가공 방법으로는 수행하기 어려웠던 새로운 물질을 만들 수 있음은 물론 반도체를 제조할 때 포토레지스트의 애싱 처리, 박막 에칭, 세정 등의 공정에 사용되고 있으며, 근자 바이오 의료 분야에의 응용 가능성에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

대략 50℃ 이하의 영역에서 저온 대기압 플라즈마를 발생시키는 장치에 적용되는 팁의 전극 구조는 대개의 경우 침 형태의 바늘 전극 구조를 가지고 있으며, 외부에서 장치로 불활성 가스가 주입되면, 바늘 전극 구조에 고전압을 가하여 플라즈마를 발생시켜 이를 필요한 공정이나 작업 등에 사용하고 있다. 본 출원인은 이러한 저온 대기압 플라즈마를 발생시키는 수단으로서 도 4에 개시된 것과 같은 바늘 전극 구조를 가지는 장치를 출원한 바 있다.

이 장치는 몸체(100)에 미도시된 고전압 전극 및 접지 전극(인슐레이터에 의해 간격 유지)을 내장하고, 가스유입부(111)를 통해 외부로부터 가스가 공급되어 고전압 전극과 접지 전극의 사이를 통해 가스가 이동할 때, 고전압 전극에 전원이 인가되면 접지 전극과 전원이 대전됨에 따라 고압의 아크를 발생하면서 가스를 플라즈마 상태로 만들게 된다.

도면에서 알 수 있듯이, 이 장치는 작업자가 용이하게 파지할 수 있도록 소형으로 구성하여 휴대가 편리할 뿐 아니라, 장치에 마련되는 푸쉬부재(200)를 이용하게 되면 플라즈마 플레임의 조절이 가능하다는 점에서, 마이크로 웰 플레이트(micro well plate)와 같은 미세 구조의 내부 표면 부위를 매우 간편하면서도 균일하게 처리할 수 있다.

게다가, 이 장치는 몸체(100)의 하단부위에 마련되는 팁 모듈(500)을 교체 가능한 방식으로 구성함으로써, 작업 환경이나 작업 대상에 따라 다양한 주파수 영역에서의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있으나, 팁 모듈(500)의 단부와 작업 대상물의 표면 사이 간격을 일정하게 유지하는 것이 곤란하며, 타겟팅 부위만에 대하여 플라즈마 처리를 하는 것이 어려운 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 제2399940호 대한민국 등록특허 제1498392호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 휴대가 간편한 장치에 편리하게 착탈식으로 결합이 가능하며, 장치와 작업 대상물의 표면 사이 간격을 일정하게 유지할 수 있어 특정 타겟팅 부위만에 대한 처리 작업을 용이하게 수행할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 내부에는 고전압전극 및 접지전극이 위치하고, 후단부위에는 가스가 유입되는 주입단(2)이 마련되고, 전단부위에는 플라즈마 가스가 분사되는 분사구(3)가 마련되는 플라즈마 발생장치로서, 상기 플라즈마 발생장치의 분사구(3)의 단부에는 상부 및 하부 각각이 개구된 간격유지 팁(10)이 결합되되, 상기 분사구(3)의 하측부위 외면에는 일정길이를 가지는 장홈(4)이 상호 간에 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 간격유지 팁(10)의 상측부위 내면에는 상기 장홈(4) 각각에 끼움 결합되는 돌출단(14)이 상호 간에 일정간격 이격되어 형성되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

본 발명은 휴대가 간편한 소형의 플라즈마 발생장치에 착탈식으로 결합이 가능하다는 점에서, 작업 대상물이나 작업 목적에 따라 다양한 구경을 가지는 분사가이드 팁을 사용할 수 있으며, 플라즈마 발생장치와 작업 대상물의 표면 사이 간격을 일정하게 유지한 상태로 플라즈마 가스에 의한 처리 작업을 수행할 수 있다는 점에서 균일한 작업 결과물을 제공해 줄 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 개략적인 일 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어 분사부와 간격유지 팁 상호 간의 결합 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 개략적인 작동 구성도.
도 4는 종래 플라즈마 발생장치의 개략적인 일 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 간격유지 팁이 착탈식으로 구비되는 플라즈마 발생장치를 제안함에 그 기술적 특징이 있다. 이하, 플라즈마 발생장치 및 간격유지 팁 각각에 대한 구성을 구체적으로 살펴본다.

플라즈마 발생장치는 장치몸체(1), 장치몸체(1)에 내장되는 고전압전극 및 접지전극, 주입단(2), 분사구(3)를 포함하여 이루어질 수 있다.

장치몸체(1)의 내부에는 일정크기의 공간이 마련되며, 그 외형은 작업자가 파지가 용이한 형상으로 이루어질 수 있다. 도면부호, 6, 7 각각은 장치몸체(1)를 거치할 수 있는 거치부재 및 플라즈마 플레임의 출력 정도를 제어하는 푸쉬부재이다.

도면의 장치본체(1)에는 구체적으로 개시되지는 않았지만, 작동버튼, 플라즈마 플레임의 출력 정도를 설정하는 설정버튼, 그리고 설정된 상태로 작동하는지 여부를 개시하는 표시부가 장치본체(1)의 외면부위에 더 구비될 수도 있을 것이다.

고전압전극은 미도시된 케이블과 연결되어 고전압이 인가되는 부분으로 장치본체(1) 내부의 중심축 상에 설치된다. 접지전극은 고전압전극과 일정간격 이격되어 장치본체(1) 내부에 설치된다. 고전압전극과 접지전극 사이에는 인슐레이터가 구비된다.

주입단(2)은 플라즈마 방전에 필요한 가스를 공급받는 부분으로, 장치본체(1)의 후단부위에 마련되며 미도시된 별도의 가스 공급 튜브와 연결된다. 분사구(3)는 장치본체(1)의 전단부위에 마련되며, 인가된 고전압에 의한 방전으로 플라즈마 상태가 된 가스가 배출되는 부분이다.

이때, 분사구(3)의 하측부위 외면에는 장홈(4)이 형성된다. 장홈(4)은 상호 간에 일정간격 이격되어 분사구(3)의 하측부위 외면을 따라 형성되는 것이 바람직하며, 장홈(4) 각각은 일정길이를 가지며 수직으로 형성되는 것이 바람직하다.

전술한, 장치몸체(1)에 있어 거치부재(6), 푸쉬부재(7), 작동버튼, 설정버튼, 표시부, 전극 각각에 대한 구체적인 구성은 본 출원인의 선등록 특허인 대한민국 등록특허 제2399940호에 개시된 구성과 대동소이하게 이루어질 수 있다.

간격유지 팁은 플라즈마 발생장치에 착탈식으로 결합되는 부분으로, 도 2에 개시된 것과 같이, 간격유지 팁(10)은 상부 및 하부 각각이 개구된 팁몸체(11) 및 돌출단(14)으로 이루어지는 특징이 있다.

팁몸체(11)는 일정길이를 가지는 개구된 관 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 팁몸체(11)는 도면과 같이, 역상의 마름모 꼴 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이럴 경우 플라즈마 발생장치과의 결합 및 분리가 용이할 뿐 아니라, 작업 대상물인 타깃으로 플라즈마를 집중시키는 것이 유리하다.

도면부호 12는 팁몸체(11)의 내면으로서, 팁몸체(11)의 하단부위 내면 직경은 분사부(3) 하단부위 외경보다 크지 않도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는, 분사부(3)의 하단부위를 통해 분사되는 플라즈마를 작업 대상물인 타깃 상면부위로 집중 유도하기 위함이다.

돌출단(14)은 간격유지 팁(10)의 상측부위 내면을 따라 상호 간에 일정간격 이격되어 형성된다. 돌출단(14)은 분사구(3)에 형성되는 장홈(4) 각각에 끼움 결합되는 부분으로, 장홈(4)의 형상에 대응하여 일정길이를 가지며 간격유지 팁(10)의 중심방향으로 돌출되는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어지는 본 발명이 개략적인 작동 구성을 전술한 설명부분 및 첨부된 도 3을 참조하여 살펴본다.

간격유지 팁(10)의 하단부위를 작업 대상물(P)에 근접시킨 다음, 미도시된 펌프를 작동시키면 가스가 장치본체(1)의 주입단(2)으로 공급되는 상태에서, 전원버튼을 온시켜 전극에 고전압을 인가한다. 전극에 고전압이 인가되면 방전이 발생하면서 가스를 플라즈마 상태로 만들고, 플라즈마 상태의 가스가 장치본체(1)의 분사구(3) 방향으로 이동한다(도 3의 ① 참조).

분사구(3)의 하단부위로 이동한 플라즈마 가스는 간격유지 팁(10)의 내부 공간을 따라 이동한 다음(도 3의 ② 참조), 간격유지 팁(10)의 하단부위를 빠져나오면서 작업 대상물(P)에 있어 타겟부위(T)에 분사되며 목적하는 처리 작업이 이루어진다.

이후, 타겟부위(T)에 대한 처리 작업이 완료된 폐 플라즈마 가스는 타겟부위(T)와 인접한 작업 대상물(P)의 표면부위를 손상시키지 않고, 간격유지 팁(10)과 작업 대상물(P) 사이 공간을 통해 외부로 신속하게 배출되며(도 3의 ③ 참조), 뒤이어 공급되는 플라즈마 가스에 의한 타겟부위(T) 처리 작업이 이어지며 수행된다.

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.

1 : 플라즈마 발생장치 2 : 주입단
3 : 분사구 4 : 장홈
10 : 간격유지 팁 11 : 팁몸체
14 : 돌출단

Claims (1)

1. 내부에는 고전압전극 및 접지전극이 위치하고, 후단부위에는 가스가 유입되는 주입단(2)이 마련되고, 전단부위에는 플라즈마 가스가 분사되는 분사구(3)가 마련되는 플라즈마 발생장치로서,
   상기 플라즈마 발생장치의 분사구(3)의 단부에는 상부 및 하부 각각이 개구된 간격유지 팁(10)이 결합되되, 상기 분사구(3)의 하측부위 외면에는 일정길이를 가지는 장홈(4)이 상호 간에 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 간격유지 팁(10)의 상측부위 내면에는 상기 장홈(4) 각각에 끼움 결합되는 돌출단(14)이 상호 간에 일정간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 간격유지 팁이 구비되는 플라즈마 발생장치.

Images