KR20070012933A - Injection type plasma treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 모식도.1 is a schematic diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 모식도.2 is a schematic diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 처리 특성을 규정하는 인자들을 정의하기 위한 도면.3 is a diagram for defining factors defining processing characteristics of a plasma processing apparatus according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에서, 전극간 간격과 홀 직경의 상관 관계를 설명하기 위해 도시된 모식도.Figure 4 is a schematic diagram shown to explain the correlation between the gap between the electrode and the hole diameter in the plasma processing apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에서, 전극간 간격과 홀 직경의 상관 관계를 설명하기 위한 그래프.5 is a graph for explaining the correlation between the gap between the electrode and the hole diameter in the plasma processing apparatus according to the present invention.
도 6은 접지전극판 부근에서 2차 방전효과가 일어나는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 모식도.Figure 6 is a schematic diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention the secondary discharge effect occurs in the vicinity of the ground electrode plate.
도 7은 접지전극판 부근에서 형성되는 2차 방전을 다양한 조건에서 촬영한 사진도.7 is a photograph photographing secondary discharges formed in the vicinity of the ground electrode plate under various conditions.
도 8은 플라즈마의 확산 분사를 위해 설계된 접지전극판의 형상을 보여주는 도면.8 is a view showing the shape of the ground electrode plate designed for the diffusion injection of the plasma.
도 9는 종래의 플라즈마 처리장치와 비교하여 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 반응가스 소모량을 보이기 위한 그래프. 9 is a graph for showing the reaction gas consumption of the plasma processing apparatus according to the present invention as compared to the conventional plasma processing apparatus.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 설명하기 위한 모식도.10 is a schematic view for explaining a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
10: 반응챔버 20: 전원전극판10: reaction chamber 20: power electrode plate
22: 도전체 24: 유전체22: conductor 24: dielectric
40: 접지전극판 42: 홀40: ground electrode plate 42: hole
50: 가스공급유닛 52: 가스주입부50: gas supply unit 52: gas injection unit
54: 전원 T: 처리대상물54: power source T: object to be treated
P: 플라즈마 PA: 플라즈마 발생영역P: plasma PA: plasma generating region
본 발명은, 분사식 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상압 조건에서 유전막 방전(DBD; Dielectric Barrier Discharge)을 이용하여, 다양한 면적, 다양한 크기, 그리고 다양한 형상을 갖는 처리대상물을 플라즈마 처리하되, 반응가스가 플라즈마 발생영역으로 신속하게 그리고 큰 손실 없이 공급될 수 있는 분사식 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an injection type plasma processing apparatus and method, and more particularly, to plasma treatment objects having various areas, various sizes, and various shapes by using dielectric film discharge (DBD) at atmospheric pressure. The present invention relates to an injection type plasma processing apparatus which is capable of processing, but which reactant gas can be supplied to the plasma generating region quickly and without large loss.
일반적으로, 대기압 방전, 즉, 상압에서 플라즈마를 생성시키는 기술로는 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge)과 유전막 방전이 공지되어 있다. 펄스 코로나 방전은 고전압의 펄스 전원을 이용하여 플라즈마를 생성하는 기술이며, 유전막 방전은 두개의 전극 중 적어도 하나에 유전체를 형성하고 두 전극에 수십 Hz 내지 수 MHz의 주파수를 가진 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 기술이다. In general, pulsed corona discharge and dielectric film discharge are known as techniques for generating plasma at atmospheric pressure, that is, at atmospheric pressure. Pulsed corona discharge is a technique for generating plasma using a high voltage pulse power supply, and dielectric film discharge forms a dielectric on at least one of the two electrodes and applies a power source having a frequency of several tens of Hz to several MHz to the two electrodes. It is a technique to generate.
대기압 방전에서, 시스템의 기압 증가는 전자 자유운동 거리(mean free path)의 현저함 감소를 수반하며 이에 따라 전기 방전 조건의 극단화가 요구된다. 따라서, 기존의 대기압 방전 시스템은 아주 강한 전장(electric field)을 요구하기 때문에 발생전원의 비대화와 같은 문제점이 야기된다. 따라서, 대기압에서 쉽고 저렴하게 그리고 대량으로 플라즈마를 생성하기 위한 기술이 요구된다.In atmospheric pressure discharges, increasing the barometric pressure of the system entails a significant reduction in the mean free path and thus requires an extreme of electrical discharge conditions. Therefore, the existing atmospheric pressure discharge system requires a very strong electric field, which causes problems such as enlargement of the generated power source. Therefore, there is a need for a technique for generating plasma at an easy and inexpensive and large volume at atmospheric pressure.
DBD 방전기술을 이용한 대기압 플라즈마 처리기술로서, 'Uchiyama' 등의 미국특허 제 5,124,173호에는 평판 전극 사이에 처리대상물을 놓고 불활성 기체를 이용하여 대기압에서 유전막 방전을 일으켜 표면을 친수 처리하는 방법이 개시되어 있고, 'Roth' 등의 미국 등록특허 제 5,414,324호에는 대기압 플라즈마를 형성시키기 위한 기체의 조성과 전극간 간격 등의 조건을 변화시켜 방전상태를 개선한 기술이 개시되어 있고, 미국 등록특허 제 6,429,400호에는 평판전극이 아닌 튜브형태의 전극을 적용한 대기압 플라즈마 장치가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제0365898호에는 챔버 내에 He, Ar 등의 반응가스를 주입하고 그 반응가스가 유전체판을 사이에 둔 두 전극 사이로 흐르게 하여 두 전극 사이에 형성되는 플라즈마로써 두 전극 사이의 처리대상물을 처리하는 기술이 개시되어 있다.As an atmospheric pressure plasma treatment technique using a DBD discharge technique, U.S. Patent No. 5,124,173 to Uchiyama et al. Discloses a method of hydrophilic treatment of a surface by placing a target object between flat plate electrodes and generating a dielectric film discharge at atmospheric pressure using an inert gas. In addition, US Patent No. 5,414,324 to Roth et al. Discloses a technique for improving a discharge state by changing conditions such as gas composition and interelectrode spacing for forming atmospheric pressure plasma, and US Patent No. 6,429,400. Atmospheric pressure plasma apparatus using a tube-shaped electrode is disclosed in the present invention, Korean Patent No. 0365898 discloses a reaction gas such as He, Ar, etc. in the chamber and the reaction gas between the two electrodes between the dielectric plate Treating the object to be treated between the two electrodes with a plasma formed between the two electrodes by flowing therebetween. Techniques are disclosed.
위와 같은 종래의 기술의 일 예를 도 1을 참조로 하여 설명하면, 종래의 플라즈마 처리장치(100)는 반응챔버(110) 내에 유전체(122, 142)가 형성된 두 전극 (120, 140)이 서로 마주하게 배치되고, 두 전극(120, 140) 사이에 일어나는 방전과 반응챔버(110) 내로 도입되어 두 전극 사이로 흐르는 반응가스에 의해 플라즈마가 발생하여 두 전극 사이에 놓인 처리대상물(T)에 대한 플라즈마 처리를 할 수 있었다.Referring to FIG. 1, an example of the related art as described above, the conventional
그러나, 위와 같은 종래의 플라즈마 처리장치는, 방전을 일으키는 두 전극 사이에 처리대상물이 배치되므로, 두께가 두껍거나, 3차원의 복잡한 형상을 갖거나, 넓은 면적을 갖는 처리대상물을 처리하는 데에는 한계가 있었다. 그리고, 종래의 플라즈마 처리장치는, 두 전극 간의 간격을 수 mm 이상 띄우기 어렵고 글로우 상태의 균일한 방전이 되지 못하고, 두 전극 사이에 미세아크 스트리머(streamer)가 다량 발생하여 처리대상물에 손상을 입힐 우려가 컸다. 게다가, 종래의 플라즈마 처리장치는 플라즈마 발생영역에 비해 챔버의 전체 용적이 크고 챔버 내로 도입된 반응가스의 상당량이 플라즈마 발생에 기여하지 못하므로, 반응가스의 소비량이 크고 또한 신속한 반응가스의 공급이 어렵다는 문제점이 있었다.However, in the conventional plasma processing apparatus as described above, since the object to be treated is disposed between the two electrodes which cause discharge, there is a limit to the treatment of the object having a large thickness, a complex shape in three dimensions, or a large area. there was. In addition, in the conventional plasma processing apparatus, it is difficult to space the gap between two electrodes by several mm or more, and the glow is not uniformly discharged, and a large amount of microarc streamers are generated between the two electrodes to damage the object to be treated. There was great concern. In addition, the conventional plasma processing apparatus has a large overall volume of the chamber compared to the plasma generating region, and a considerable amount of the reaction gas introduced into the chamber does not contribute to the generation of plasma. There was a problem.
따라서, 본 발명의 일 목적은, 상압(즉, 대기압) 조건에서 유전막 방전(DBD; Dielectric Barrier Discharge)으로 형성된 플라즈마를 처리대상물을 향해 분사하는 방식으로, 다양한 면적, 다양한 크기, 그리고 다양한 형상을 갖는 처리대상물을 미세아크 스트리머에 의한 손상 없이 처리할 수 있되, 반응가스를 플라즈마 발생영역으로 신속하게 그리고 큰 손실 없이 공급할 수 있는 분사식 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to spray plasma formed by dielectric barrier discharge (DBD) at a normal pressure (ie, atmospheric pressure) toward a treatment object, and have various areas, various sizes, and various shapes. It is possible to provide a spraying plasma treatment apparatus capable of treating an object to be treated without damage by a microarc streamer, and supplying a reaction gas to a plasma generating region quickly and without large loss.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 플라즈마 발생영역을 한정하는 전극들 모두가 반응챔버 외부로 노출되어 있어 전극의 냉각이 용이한 구조의 분사식 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an injection type plasma processing apparatus having a structure in which all electrodes defining a plasma generating region are exposed to the outside of the reaction chamber to facilitate cooling of the electrodes.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 그 발생된 플라즈마를 처리대상물을 향해 분사하는 분사식 플라즈마 처리장치를 제공하되, 상기 플라즈마 처리장치는, 유전체가 형성된 채 상기 반응챔버에 제공되는 전원전극판과, 상기 전원전극판에 교류전력이 인가될 때 상기 전원전극판과의 사이에서 플라즈마를 형성하되, 상기 반응챔버의 벽 일부를 구성하고, 다수의 홀이 형성된 접지전극판과, 상기 반응챔버 내로 반응가스를 주입하여 반응챔버 내의 플라즈마를 상기 접지전극판의 홀들을 통해 외부로 분사시키되, 전원전극판과 접지전극판 사이의 플라즈마 발생영역에 마련되는 가스주입부를 구비하여, 상기 플라즈마 발생영역을 향해 반응가스를 직접적으로 주입하는 가스공급유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a spray type plasma processing apparatus for generating a plasma in the reaction chamber, and spraying the generated plasma toward the object to be treated, wherein the plasma processing apparatus is the reaction with a dielectric formed A ground electrode is formed between the power electrode plate provided in the chamber and the power electrode plate when AC power is applied to the power electrode plate, forming a part of a wall of the reaction chamber, and forming a plurality of holes. Injecting a reaction gas into the reaction chamber into the plate and the plasma in the reaction chamber to the outside through the holes of the ground electrode plate, the gas injection portion provided in the plasma generating region between the power electrode plate and the ground electrode plate And a gas supply unit for directly injecting a reaction gas toward the plasma generation region. do.
여기에서, 상기 가스주입부는 전원전극판과 이웃하게 마련된 채 아래쪽의 플라즈마 발생영역으로 향해 있는 것이 바람직하다. 이와 다른 실시예로, 상기 가스주입부는 반응챔버의 측벽에 마련된 채 옆쪽의 플라즈마 발생영역으로 향해 있을 수 있다. Here, the gas injection unit is preferably provided to be adjacent to the power electrode plate toward the lower plasma generation region. In another embodiment, the gas injection unit may be provided on the side wall of the reaction chamber to face the side plasma generation region.
또한, 상기 전원전극판이 반응챔버의 상부벽에 마련되고 상기 접지전극판이 반응챔버에 마련되어, 상기 상부벽과 상기 하부벽 사이가 플라즈마 발생영역으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전원전극판이 상기 상부벽 상에서 외부로 노출된 채 공냉 또는 임의의 냉각수단에 의해 냉각되어질 수 있는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the power electrode plate is provided on the upper wall of the reaction chamber and the ground electrode plate is provided on the reaction chamber so that the plasma generating region is formed between the upper wall and the lower wall. In addition, it is preferable that the power electrode plate can be cooled by air cooling or any cooling means while being exposed to the outside on the upper wall.
또한, 상기 홀들의 직경은 상기 전원전극판과 상기 접지전극판 간의 간격의 5배 이내, 보다 바람직하게는, 3~5배로 정해지고, 상기 접지전극판과 상기 처리대상물 간의 거리는 상기 홀들 직경의 25배 이내, 보다 바람직하게는, 15~25배로 정해지고, 상기 접지전극판과 상기 전원전극판 간의 간격이 0.03mm~45mm로 정해지고 상기 홀들의 직경이 0.01mm~9mm로 정해지는 것이 바람직하다. 추가로, 상기 홀들은 반응챔버 측으로부터 처리대상물 측을 향해 그 직경이 확장되는 것이 바람직하며, 이는 접지전극의 홀들을 통해 분사되는 플라즈마가 처리대상물 상에서 균일한 분포로 폭 넓게 확산되는 것을 가능하게 한다.In addition, the diameters of the holes are set within 5 times, more preferably, 3 to 5 times the distance between the power electrode plate and the ground electrode plate, and the distance between the ground electrode plate and the object to be treated is 25 times the diameter of the holes. It is preferably set within 15 times, more preferably 15 to 25 times, the distance between the ground electrode plate and the power electrode plate is set to 0.03mm ~ 45mm and the diameter of the holes is set to 0.01mm ~ 9mm. In addition, the holes preferably extend in diameter from the reaction chamber side toward the object to be treated, which enables the plasma sprayed through the holes of the ground electrode to be widely spread in a uniform distribution on the object to be treated. .
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사식 플라즈마 처리장치(1)를 개략적으로 도시한 모식도이다.2 is a schematic diagram schematically showing an injection plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(1)는 반응챔버(10)와, 그 반응챔버(10)에 제공되는 전원전극판(20) 및 접지전극판(40)과, 상기 반응챔버(10) 내로 반응가스를 공급하는 가스공급유닛(50) 등을 포함한다.As shown in FIG. 2, the plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment includes a
본 실시예에서, 반응챔버(10)는, 측벽과 상부벽 및/또는 하부벽 일부를 구성하는 프레임(12)과 상기 프레임(12)에 설치되어 전원전극판(20)과 접지전극판(40) 에 의해 형성되는 것으로서, 플라즈마의 발생이 이루어지는 하나의 공간을 이룬다.In the present embodiment, the
전원전극판(20)은 반응챔버(10) 외측의 교류전원(60)으로부터 대략 주파수 1KHz~90MHz, 전압 0.1kV~900kV인 고전압의 전력을 인가받아 활성화되는 전극으로서 금속 도전체(22)와 그 저면에 형성되는 유전체(24)로 이루어진다. 이 때, 상기 유전체(24)로는 MgO, Al2O3, TiO2, Pb(Zr, Ti)O3, Si3N4, PZT 등의 지로코네이트티타테이트(PZT) 등 산화물 계열의 세라믹이나 PTFE(polytetrafluoroethylene), 테프론, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PEEK(Poly Ether Ether Ketone), PC(Poly Carbonate), PVC(Poly vinyl Chloride) 등의 폴리머 계열 수지가 이용될 수 있다. 이 때, 본 실시예에 따른 전원전극판(20)은 반응챔버(10)의 상부벽 일부를 구성하여, 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 전원전극판(20)의 냉각이 용이하게 이루어지는 것을 돕고 플라즈마 발생영역(PA)이 반응챔버(10)와 실질적으로 같은 공간이 되게 하여 반응가스의 불필요한 소모를 막고 플라즈마 영역으로의 빠른 반응가스 공급을 가능케 한다.The
본 실시예에서, 접지전극판(40)은 반응챔버(10)의 하부벽을 구성하면서 위쪽으로는 전원전극판(20), 보다 구체적으로는 전원전극판(20) 상의 유전체(24)로부터 소정 간격으로 이격된 채 전원전극판(20)과의 사이에 플라즈마 발생영역(PA)을 형성한다. 그리고, 상기 접지전극판(40)에는 다수의 홀(42)이 형성되어 그 아래쪽에 배치되는 처리대상물(T)을 향해 있다. 상기 다수의 홀(42)은 접지전극판(40)과 전원전극판(20) 사이의 플라즈마 발생영역(PA)에서 발생한 플라즈마가 이하 설명되는 가스공급유닛(50)의 도움을 받아 처리대상물(T)로 분사되는 것을 가능하게 한다. 또한, 상기 접지전극판(40)은 2차 전자(secondary)의 방출이 많은 백금(Pt), 텅스텐(W), 은(Ag) 등의 귀금속으로 이루어지거나 상기한 귀금속이 적어도 안쪽면에 코팅되어 형성되는 것이 바람직하며, 이는 대기압하에서 접지전극판(40)과 전원전극판(20) 사이에 보다 용이한 방전이 이루어지도록 돕는다.In the present embodiment, the
한편, 가스공급유닛(50)은 반응챔버(10)의 측벽에 형성된 가스주입부(52)를 통해 반응가스를 반응챔버(10) 내측으로 공급한다. 상기 반응가스는 처리대상물(T)의 종류 또는 처리대상물의 표면처리 방식에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들면, 처리대상물에 대한 표면처리 방식이 표면개질(surface modification), Si 에칭, 포토레지스트 에칭, 살균, 또는 필름 증착 중 어느 것이냐에 따라, N2, O2, Ar He, CO2, CO, H2, NH3, CF4, CH4, C2H6, 공기 또는 수증기를 단일 또는 혼합하여 사용할 수 있다. On the other hand, the
반응챔버(10) 내에 공급된 반응가스는 반응챔버(10) 내의 플라즈마 발생역영(PA)을 거쳐 접지전극(40)에 형성된 다수의 홀(42)을 통해 외부로 분사되며, 이 과정에서 플라즈마 발생영역(PA)에서 발생한 플라즈마(P) 또한 반응챔버(10) 외측의 처리대상물(T)을 향해 분사된다. 이 때, 가스주입부(52)는 전원전극판(20)이 형성된 반응챔버(10)의 상부벽과 접지전극판(40)이 형성된 반응챔버(10)의 하부벽 사이에서 플라즈마 발생영역(PA)과 통해 있으므로, 반응챔버(10) 내로 공급된 반응가스는 손실 없이 그리고 신속하게 플라즈마 발생역역(PA)에 존재하는 플라즈마(P)를 외부로 분사시킬 수 있다. 도 2에서 가스주입부(52)가 반응챔버(10)의 플라즈마 발생영역(PA)에 직접 접속하도록 반응챔버(10)의 측벽에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 상기한 가스주입부(52)가 전원전극판(20)과 이웃하게 반응챔버(10)의 상부벽에 형성되어질 수도 있다. 이러한 경우에도, 상기 가스주입부(52)는 아래쪽의 플라즈마 발생영역에 직접적으로 통해 있게 된다.The reaction gas supplied in the
이에 더하여, 상기한 전원전극판(20)은, 반응챔버(10)의 상부벽 상에서 외부로 노출되어 있으므로, 외부의 공기 또는 임의의 냉각수단에 의해 용이하게 냉각될 수 있으며, 이는 전력인가 및 이에 따른 전기 저항열 발생에 의한 전원전극판(20)의 과열을 줄여주는데 기여한다.In addition, since the
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 처리 특성을 규정하는 인자들을 정의하기 위한 도면으로서, 도 3을 참조하면, "a"는 접지전극판(40)에 형성된 홀의 직경(이하, '홀 직경'이라 함)을 나타내고, "b"는 전원전극판(20)과 접지전극판(40) 사이의 간격(이하, '전극간 간격'이라 함)을 나타내며, "D"는 접지전극판(40)과 처리대상물(T) 사이의 간격(이하, '처리 간격'이라 함)을 나타낸다. 위와 같은 인자들의 상호 관계를 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a diagram for defining factors defining processing characteristics of the plasma processing apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 3, "a" represents a diameter of a hole formed in the ground electrode plate 40 (hereinafter, referred to as "hole diameter"). 'B' indicates a gap between the
도 4 및 도 5는 본 발명의 플라즈마 처리장치의 구동시에 홀 직경(a)과 전극간 간격(b)이 처리대상물(T)에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 홀 직경(a)이 전극간 간격(b)의 5배 보다 큰 경우, 즉 a > 5b인 경우, 플라즈마 발생시 생긴 미세아크 스트리머(S)는 접지전극판(40)을 지나 그 아래쪽의 처리대상물(T)에 영향을 끼치며, 이 경우, 미세아크 스트리머(S) 의해 처리대상물(T)이 손상될 수 있다. 이에 반해, 홀 직경(a)이 전극간 간격(b)의 5배 이하인 경우, 즉, a≤5b인 경우, 플라즈마 발생시 생긴 미세아크 스트리머(S)는 접지전극판(40)을 거의 넘지 못하게 되며, 따라서, 접지전극판(40) 아래쪽에 위치한 처리대상물(T)에는 미세아크 스트리머(S)의 발생에 의한 손상이 일어나지 않는다. 이는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치가 홀 직경(a)과 전극간 간격(b)을 조절함으로써 전극판(20, 40) 사이에서 발생되어 처리대상물(T)을 손상시킬 수 있는 미세아크 스트리머(S)를 제한할 수 있음을 의미한다 .특히, 홀 직경(a)이 전극간 간격(b)의 5배 이내, 보다 바람직하게는, 3~5배로 설정되고, 홀 직경(a) 0.01~9mm, 전극거리(b) 0.03~45mm로 설정되면, 미세아크 스트리머(S)가 처리대상물(T)에 어떠한 영향도 끼치지 않음을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 4 and 5 are diagrams for explaining the effect of the hole diameter (a) and the distance (b) between the electrode on the object (T) when the plasma processing apparatus of the present invention is driven. As shown in Fig. 4 and 5, the plasma processing apparatus according to the present invention, when the hole diameter (a) is larger than 5 times the inter-electrode spacing (b), that is, when a> 5b, fine generated during plasma generation The arc streamer S passes through the
위와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 홀 직경(a)과 전극간 간격(b)의 조정을 통해 미세아크 스트리머(S)가 처리대상물(T)을 손상시키는 것을 막는 한편, 전원전극판(10)과 접지전극판(40) 사이의 강한 전기장으로 형성된 플라즈마(P)가 접지전극판(40)의 홀(42)을 통해 접지전극판(40)에 인접해 있는 처리대상물(T)에 도달하므로, 플라즈마 형성시 발생한 높은 밀도의 반응활성종, 이온, 전자 등이 처리대상물(T)의 표면개질, 세정, 에칭 등에 효과적으로 이용될 수 있다.As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention prevents the microarc streamer S from damaging the object T by adjusting the hole diameter a and the distance between the electrodes b. The treatment object T in which the plasma P formed by the strong electric field between the
도 6은 본 발명의 플라즈마 처리장치에서, 소정의 홀 직경(a)과 처리간격(D) 하에서 일어나는 2차 방전효과를 보여주는 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 처리간격(D), 즉, 접지전극판(40)과 처리대상물(T) 간의 간격(D)이 접지전극판(40) 의 홀 직경(a)의 대략 25배 이내, 보다 바람직하게는, 15~25배로 유지되면, 접지전극판(40)의 바로 아래쪽에서 2차 방전효과가 유발되며, 이는 접지전극판(40)의 홀(42)들을 통해 분사되는 플라즈마(P)를 폭 방향으로 확산시켜 주어 처리대상물(T)에 대한 플라즈마 처리효율을 높여줄 수 있다. 또한, 도 7은 정해진 홀 직경(a)에 대하여 처리대상물(T)과 접지전극판(40) 사이의 간격, 즉 처리 간격(D)을 변화시키면서 플라즈마 방전을 사진 촬영한 사진도로서, 도 7을 참조하면, 처리 간격(D)이 작아질수록, 즉 접지전극판과 처리대상물이 가까울수록 플라즈마 확산효과가 극대화됨을 알 수 있다.6 is a schematic diagram showing the secondary discharge effect occurring under a predetermined hole diameter (a) and the processing interval (D) in the plasma processing apparatus of the present invention. As shown in Fig. 6, the processing interval D, i.e., the distance D between the
전술한 2차 방전과 더불어 접지전극판(40)의 홀(42)의 형상을 도 8에 도시된 바와 같이 설계함으로써 플라즈마의 확산효과를 보다 증대시키고 이에 따라 처리대상물에 대하여 보다 균일한 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다. 즉, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 접지전극판(40)의 홀(42)이 처리대상물을 향해 그 직경이 확장되도록 설계함으로써 플라즈마의 확산효과는 보다 더 증대될 수 있다.In addition to the above-described secondary discharge, the shape of the
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 다양한 면적, 다양한 크기, 그리고 다양한 형상을 갖는 처리대상물을 미세아크 스트리머 등에 의한 손상 없이 손쉽게 플라즈마 처리할 수 있으며, 도 2에 도시된 구성, 즉, 반응챔버(10)의 하부벽에 다수의 홀(42)을 갖는 접지전극판(40)을 형성하고, 반응가스가 그 다수의 홀(42)을 통해 플라즈마(P)를 분사시키는 구성을 통해 반응가스를 과다하게 소비하지 않고도 처리대상물을 효율적으로 처리할 수 있다. 특히, 상 기 플라즈마 처리장치(1)는 가스공급유닛(50)의 가스주입부(52)가 플라즈마 발생영역(PA)에 마련됨으로써, 반응챔버(10) 내로 주입된 반응가스가 거의 손실됨 없이 플라즈마 분사에 이용되고, 이를 통해, 반응가스의 소비량을 더욱 크게 줄여줄 수 있다.As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention can easily process a plasma processing object having various areas, various sizes, and various shapes without damage by a microarc streamer, etc. By forming a
도 9는 종래에 공지된 분사관 방식의 플라즈마 처리장치(비교예)와 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 반응가스 소모량을 비교한 그래프로서, 처리대상물에 대한 접촉각에 대하여 사용된 반응가스의 유량을 그래프로서 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 처리장치(1)는, 비교예와 비교할 때, 동일한 플라즈마 처리시에 훨씬 적은 유량의 반응가스만을 사용함을 보여주며, 이는 본 실시예의 플라즈마 처리장치(1)가 기존 플라즈마 처리장치에 비해 적은 양의 반응가스로 플라즈마를 발생 분사시킬 수 있음을 의미한다.FIG. 9 is a graph comparing reaction gas consumption of a plasma processing apparatus (comparative example) of a conventionally known injection tube method with a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a figure which showed the flow volume of this as a graph. Referring to FIG. 9, the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment shows that, compared with the comparative example, only the reaction gas having a much lower flow rate is used during the same plasma processing, which is the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment. This means that the plasma can be generated and injected with a smaller amount of reaction gas than the conventional plasma processing apparatus.
도 10은 본 발명의 변형 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 처리장치는, 전원전극판(20)이 반응챔버(10) 내측에 형성되고, 전원전극판(20)을 경계로 반응챔버(10)가 가스 공급영역(GA)과 플라즈마 방색영역(PA)으로 구획되고, 전원전극판(20)과 반응챔버(10)의 측벽 사이에 형성된 유로(17)를 통해 반응가스가 플라즈마 발생영역으로 흘러들어가도록 설계된 플라즈마 처리장치를 나타낸다.10 is a view showing a plasma processing apparatus according to a modified embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, in the plasma processing apparatus of this embodiment, the
도 2 및 도 10에서, 하나의 가스주입부(52)가 반응챔버(10)에 접속되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 하나의 실시예일 뿐 복수의 가스주입부(52)를 반응챔버(10)에 접속시키는 것도 가능함은 물론이다. 또한, 앞선 실시예들에서, 접지전극판 (40)에 형성된 홀이 원형인 것으로 설명되었지만, 상기한 홀들은 원형은 물론이고 삼각형, 사각형 또는, 슬릿형 등으로 정렬 형성될 수 있음은 물론이다.In FIG. 2 and FIG. 10, one
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 다수의 홀을 갖는 접지전극판 아래에 처리대상물이 배치되는 구조를 이루어, 두께가 두껍거나, 3차원의 복잡한 형상을 갖거나, 넓은 면적을 갖는 처리대상물을 용이하게 그리고 높은 처리효율로 플라즈마 처리할 수 있고, 또한, 가스공급유닛의 가스주입부가 플라즈마 발생영역에 직접 통해 있게 함으로써 반응가스의 불필요한 소모를 줄이고 반응가스를 신속하게 플라즈마 발생영역으로 보낼 수 있다는 효과를 갖는다.As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention has a structure in which a treatment object is disposed under a ground electrode plate having a plurality of holes, and has a thick, three-dimensional complex shape, or a large area. The object to be treated can be plasma-processed easily and with high processing efficiency, and the gas injection unit of the gas supply unit is directly connected to the plasma generating region, thereby reducing unnecessary consumption of the reactant gas and rapidly moving the reaction gas to the plasma generating region. Has the effect of sending.
또한, 본 발명은, 전극판, 특히 전원전극판이 반응챔버 외부로 노출되게 함으로써 전기저항열에 의한 전원전극판의 과열을 크게 줄여줄 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can greatly reduce the overheating of the power electrode plate by the heat of electrical resistance by exposing the electrode plate, in particular the power electrode plate to the outside of the reaction chamber.
또한, 본 발명은 접지전극판에 형성되는 홀들의 직경과 접지전극판과 전원전극판 사이의 전극간격 적절한 설계를 통해 처리대상물에 손상을 입힐 수 있는 미세아크 스트리머를 제어할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, the present invention has the effect of controlling the microarc streamer that can damage the processing object through the proper design of the diameter of the holes formed in the ground electrode plate and the electrode spacing between the ground electrode plate and the power electrode plate. .
또한, 본 발명은 접지전극판에 형성되는 홀들의 직경과 접지전극판과 처리대상물 사이의 처리간격 및/또는 홀들 형상의 적절한 설계를 통해 플라즈마의 확산효과를 증대시킬 수 있어 보다 균일하고 폭 넓은 플라즈마 처리가 가능하다는 효과가 있다.In addition, the present invention can increase the diffusion effect of the plasma through the proper design of the diameter of the holes formed in the ground electrode plate and the processing interval between the ground electrode plate and the object and / or the shape of the hole to more uniform and wider plasma The effect is that it can be processed.
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