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KR100489624B1 - 상압 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

상압 플라즈마 발생 장치 Download PDF

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KR100489624B1 KR10-2002-0034880A KR20020034880A KR100489624B1 KR 100489624 B1 KR100489624 B1 KR 100489624B1 KR 20020034880 A KR20020034880 A KR 20020034880A KR 100489624 B1 KR100489624 B1 KR 100489624B1
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Abstract

상압 플라즈마 발생 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 장치는 상압 플라즈마 발생장치의 전원 인가 방식을 개선한 것으로서, 피처리물의 표면에 도달하는 이온과 전자의 수를 조절함으로써 피처리물의 표면 정전기량을 최소화한다.

Description

상압 플라즈마 발생 장치{Atmospheric pressure plasma generator}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 특히 상압에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 상압 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 방전시 기체의 온도가 높은 것을 이용하여 금속 절단, 용접 및 소각의 목적으로 사용되는 것이 일반적이지만, 플라즈마 상태에서 발생되는 활성 입자들을 화학 반응 등에도 적용할 수가 있다. 예를 들어, 피처리물의 표면 상태를 변화시키거나 피처리물 표면 위의 이물질 및 입자들을 제거하는 데에 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 상압 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 장치에서 거리에 따른 전위를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 상압 플라즈마 발생 장치는 두 전극(10, 20) 중 음극(10)에는 주파수 수십 Hz에서 수백 kHz의 교류전원(40)을 인가하고 양극(20)은 접지(50)하여, 가스 주입구(30)에 가스를 주입하여 상압 상태에서 플라즈마(60)를 발생시킨다. 플라즈마(60) 전위와 각 전극(10, 20) 사이의 전위차를 독립적으로 제어할 수 없기 때문에, 피처리물(70)의 표면에 도달하는 이온(42)과 전자(52)의 수를 제어하는 것이 어렵다.
도 2에 도시한 것처럼, 조정치의 값을 크게 하면 이온(42)이 음극(10)으로 많은 양이 통과하여 결과적으로 피처리물(70)에 도달하는 이온(42)의 수가 감소한다. 그러나, 피처리물(70)에 도달하는 전자(52)의 수는 조절할 방법이 없다. 따라서, 도달하는 이온(42)과 전자(52)수의 차에 의한 높은 전위의 정전기가 발생한다. 특히, 피처리물(70)의 표면이 도전체와 절연체로 구성된 경우( 예를 들어, 금속막이 절연막 위에 패터닝되어 있는 경우), 상기 정전기가 방전됨으로 인하여 패턴 불량이 발생된다.
즉, 종래의 플라즈마 발생 장치를 이용하여 피처리물의 표면 상태를 변화시키거나 그 표면 위의 이물질 및 입자들을 제거하고자 하는 경우, 처리 표면 및 피처리물의 상태나 구조에 따라 높은 정전기의 방전에 의해 손상을 받기 쉽다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 피처리물의 표면에 도달하는 이온과 전자의 수를 제어하여 정전기 발생을 억제할 수 있는 상압 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 플라즈마 전위와 각 전극 사이의 전위차를 독립적으로 제어할 수 있는 상압 플라즈마 장치를 제안한다. 이 장치는, 피처리물 상부의 양극과 음극 사이에 가스를 주입하고 플라즈마를 발생시켜 피처리물의 표면을 처리하는 상압 플라즈마 발생 장치로서, 상기 플라즈마의 전위와 상기 두 전극 사이의 전위차를 독립적으로 조절할 수 있도록, 상기 양극과 음극 각각에 주파수가 서로 다른 교류전원을 인가하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 플라즈마가 상기 피처리물 측으로 유도되는 것을 돕기 위하여, 상기 피처리물 하부에서 일정 간격 이격 설치되는 보조 전극을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 양극과 음극의 면적이 서로 상이하게 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 피처리물의 표면에 도달하는 이온과 전자의 수를 독립적으로 제어할 수 있으므로 정전기 발생을 억제할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 각 요소는 설명 및 도시의 편의를 위하여 과장되어진 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 장치에서 거리에 따른 전위를 도시한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 장치에서는, 두 전극(110, 120) 각각에 주파수가 f1과 f2로 서로 다른 교류전원(140, 150)을 인가한다. 주파수 f1과 f2는 각각 수십 Hz에서 수백 kHz의 범위를 가질 수 있다. 교류전원(140, 150) 각각에는 도 3에서와 같이 대역 통과 필터(Band Pass Filter ; BPF)(145, 155)를 설치할 수 있다. 그리고, 상압 상태에서 가스 주입구(130)에 헬륨, 아르곤, 질소, 산소 등의 가스를 주입하여 플라즈마(160)를 발생시킨다. 두 전극(110, 120) 각각에 교류전원(140, 150)을 인가함으로써, 플라즈마(160) 전위와 각 전극(110, 120) 사이의 전위차를 독립적으로 조절/제어할 수 있게 된다. 즉, 도 4에서와 같이 조정치 1과 조정치 2를 조절함으로써 전위차를 조절할 수 있다. 이와 같은 독립적인 전위차의 조절은 (화살표 방향으로 진행되어 이송 중인) 피처리물(170)의 표면에 도달하는 이온(142)과 전자(152)의 수를 독립적으로 제어한다. 따라서, 궁극적으로는 피처리물(170) 표면의 전기적 특성을 중성으로 유지할 수 있다. 피처리물 표면(170)의 정전기 발생을 억제함으로써 피처리물(170)의 재질 및 표면 상태와 관계없이 상압 플라즈마를 정전기의 데미지(damage)없이 적용하는 것이 가능해진다.
더욱 자세하게 도 4를 참조하면, 조정치 1의 값을 크게 할 경우에는 이온(142)이 음극(110)으로 많은 양이 통과하여 결과적으로 피처리물(170)에 도달하는 이온(142)의 수가 감소한다. 따라서, 조정치 1의 조절은 피처리물(170)에 도달하는 이온(142)의 수를 결정한다. 또한 조정치 2의 값을 크게 하면 전자(152)가 양극(120)으로 많은 양이 통과하여 결과적으로 피처리물(170)에 도달하는 전자(152)의 수가 감소한다. 따라서, 조정치 2의 조절은 피처리물(170)에 도달하는 전자(152)의 수를 결정한다. 즉, 피처리물(170) 표면에서의 정전기량을 최소화하기 위하여 조정치 1과 조정치 2를 조정함으로써 피처리물(170)의 표면에 전기적 특성을 중성으로 유지하는 목적을 달성한다.
또한 양극(120) 또는 음극(110) 면적을 서로 상이하게 구성하여 피처리물(170)의 표면에 도달하는 이온(142)과 전자(152)의 수를 허용범위로 내로 조정하도록 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이다. 도 5에서 앞의 도 3과 동일한 요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하고 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
플라즈마를 이용한 표면 처리에 있어서, 일반적으로 피처리물에 이온 및 전자를 도달하게 하는 요소는 중력과 공급 가스에 의한 흐름이다. 도 5에 나타낸 장치에는 이러한 요소에 추가하여, 피처리물(170) 하부에서 일정 간격 이격 설치된 보조 전극(180)에 의해 피처리물(170)에 전자와 이온이 원활하게 도달하게 유도한다.
본 발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변형이 가능함은 명백하다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 전위와 각 전극 사이의 전위차를 독립적으로 제어할 수 있게 되어, 피처리물의 표면에 도달하는 이온과 전자의 수를 제어할 수 있다. 이에 따라, 정전기 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명은 피처리물의 재질 및 표면 상태에 관계없이 상압 플라즈마 발생 장치를 적용할 수 있게 한다. 특히, 반도체 및 LCD의 공정에서 절연막 위에 패터닝된 도전막이 형성되어 있는 경우에라도 본 발명에 따른 상압 플라즈마 장치를 적용한다면, 패턴의 데미지 없이 피처리물의 표면 상태를 변화시키거나 표면 위의 이물질 및 입자들을 제거할 수 있다.
따라서, 제품의 변형없이 표면 세정 효과를 거둘 수 있으므로 생산 단가가 저감되고 공정 단순화에 크게 기여할 수 있으며 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 상압 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 장치에서 거리에 따른 전위를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 장치에서 거리에 따른 전위를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치를 도시한 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 음극 120 : 양극
130 : 가스 주입구 140, 150 : 교류전원
145, 155 : 대역 통과 필터 160 : 플라즈마
170 : 피처리물 180 : 보조 전극

Claims (3)

  1. 피처리물 상부의 양극과 음극 사이에 가스를 주입하고 플라즈마를 발생시켜 피처리물의 표면을 처리하는 상압 플라즈마 발생 장치에 있어서,
    상기 플라즈마의 전위와 상기 두 전극 사이의 전위차를 독립적으로 조절할 수 있도록, 상기 양극과 음극 각각에 주파수가 서로 다른 교류전원을 인가하고,
    상기 플라즈마가 상기 피처리물 측으로 유도되는 것을 돕기 위하여, 상기 피처리물 하부에서 일정 간격 이격 설치되는 보조 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극과 음극의 면적이 서로 상이하게 구성된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
  3. 삭제
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