KR100506588B1 - Apparatus for treating an object using plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치에 관한 것으로, 기체 주입구(3)와 한쌍의 전극(7a, 7b)과 피처리물 입구 및 출구(5, 6)를 구비한 기체 가둠 용기 내에 상기 기체 주입구(3)를 통해 불활성 기체나 상기 불활성기체에 반응성기체를 혼합한 혼합물을 주입한 다음 상기 한쌍의 전극(7a, 7b)에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 피처리물(2)을 상기 피처리물 입구(5)를 통해 삽입하여 상기 한쌍의 전극(7a, 7b) 사이를 통과시킨 후 상기 피처리물 출구(6)를 통해 인출하는 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치에 있어서, 상기 기체 주입구(3)로 주입되는 불활성 기체는 공기와 비중 차이가 나는 불활성 기체이고, 상기 피처리물 입구 및 출구(5, 6)는 상기 가둠 용기 내의 불활성 기체의 비중에 따라 상기 가둠 용기의 소정 개소에 위치되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an apparatus for processing a workpiece by using a plasma, comprising: a gas confinement vessel having a gas injection port (3), a pair of electrodes (7a, 7b), and a workpiece inlet and an outlet (5, 6); Injecting a mixture of an inert gas or a reactive gas into the inert gas through the gas inlet 3 and then applying a power to the pair of electrodes (7a, 7b) to generate a plasma and the object (2) Is inserted through the workpiece inlet (5) to pass between the pair of electrodes (7a, 7b) and then the object to be processed using the plasma drawn through the workpiece outlet (6) The inert gas injected into the gas inlet 3 is an inert gas having a specific gravity difference from air, and the inlets and outlets 5 and 6 of the workpiece are confined according to the specific gravity of the inert gas in the confinement vessel. To predetermined point of container Characterized in that the value.
Description
본 발명은 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 균일한 글로우 플라즈마를 발생시키기 위한 불활성 기체의 소모량을 저감시킬 수 있도록 구성된 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for treating a target object using plasma, and more particularly, to a processing apparatus configured to reduce the consumption of an inert gas for generating a uniform glow plasma.
일반적으로, 대기압 하에서 저온 플라즈마를 발생시키는 유전체 장벽 방전은 쌍을 이루는 두개의 전극에 교류 혹은 펄스 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 것으로서, 두개의 전극의 일측 또는 양측에 유전체 장벽을 설치하여 플라즈마 방전시 특정 부분으로의 과도한 전류의 흐름 또는 아크의 발생을 방지함으로써 비교적 넓은 면적의 플라즈마를 발생시키고 있다.In general, a dielectric barrier discharge that generates a low temperature plasma under atmospheric pressure generates plasma by applying an alternating current or a pulse voltage to two pairs of electrodes, and when the dielectric barrier is installed on one side or both sides of the two electrodes, A relatively large area of plasma is generated by preventing excessive current flow or generation of arcs to a specific portion.
하지만, 통상적으로 공기 또는 이원자 이상의 분자상 기체를, 플라즈마를 형성하는 기체로서 사용하는 유전체 장벽 방전 장치에서 발생된 플라즈마에는 전류가 집속된 형태의 채널 혹은 스트리머가 다수 존재하여 플라즈마 발생 영역 내에서 시간적 및 공간적으로 균일하지 못한 특성을 가지고 있다.However, in the plasma generated in the dielectric barrier discharge device using a molecular gas such as air or a binary atom or more as a gas for forming a plasma, a large number of channels or streamers in which current is focused are present in the plasma generating region. It has a characteristic that is not spatially uniform.
한편, 유전체 장벽 방전의 경우에 있어서 플라즈마를 형성하는 기체로서 헬륨, 아르곤 등의 불활성 기체를 사용하여 시간적 및 공간적으로 균일한 글로우 플라즈마를 발생시키는 방법이 공지되어 있다.On the other hand, in the case of dielectric barrier discharge, a method of generating a uniform plasma in time and space using an inert gas such as helium or argon as a gas for forming a plasma is known.
특히, 코고마(Kogoma) 등이 "저널 오브 피직스 디(Journal of Physics D)"의 1990년도판 23권 374-377 페이지에 발표한 논문에 의하면, 전기적으로 절연된 두 전극 사이를 헬륨 기체 분위기로 유지하면서, 주파수가 1 kHz 이상의 교류전원을 인가하면 대기압 하에서 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있음이 공지되어 있다.In particular, Koogoma et al., Published in the 1990 edition of Journal of Physics D, Vol. 23, pp. 374-377, published a helium gas atmosphere between two electrically insulated electrodes. While maintaining, it is known that applying an AC power supply with a frequency of 1 kHz or more can generate a glow plasma under atmospheric pressure.
또한, 미국특허 제5,414,324호에 개시된 바와 같이, 주위와 차단된 밀폐 용기 내부의 공기를 배기 시킨 후, 헬륨 기체를 대략 1기압으로 충전시키고, 헬륨이 충전된 공간에 배치되어 전기적으로 절연된 한쌍의 전극에 전압 1∼5 kV, 주파수 1∼100 kHz의 교류전원을 인가하여 두 전극 사이에 대기압 하에서 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있음이 공지되어 있다.In addition, as disclosed in U.S. Patent No. 5,414,324, after evacuating the air inside the sealed container blocked from the surroundings, the helium gas is charged to approximately 1 atm, and a pair of electrically insulated spaces are disposed in the helium-filled space. It is known that an alternating current power source having a voltage of 1 to 5 kV and a frequency of 1 to 100 kHz can be applied to the electrodes to generate a uniform glow plasma under atmospheric pressure between the two electrodes.
또한, 미국특허 제5,456,972호에 개시된 바와 같이, 상기한 플라즈마 발생장치를 변형한 폴리머 처리장치의 경우에 있어서, 밀폐 용기에 외부로부터 처리물을 삽입 또는 인출할 수 있는 좁은 재료 이송 슬릿을 설치하고 밀폐 용기 내부에 헬륨을 충전시키면서 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장치가 안출된 바 있다.In addition, as disclosed in U.S. Patent No. 5,456,972, in the case of the polymer processing apparatus in which the plasma generator is modified, a narrow material transfer slit for inserting or withdrawing a treatment from the outside is installed and sealed in a sealed container. An apparatus has been devised that can generate a uniform glow plasma while filling helium inside the vessel.
종래의 유전체 장벽 방전을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 장치에서는, 플라즈마 형성 기체로서 불활성 기체를 사용하지 않으면, 발생되는 플라즈마에서 스트리머의 형성을 억제하기가 어렵다. 따라서, 발생된 플라즈마는 시간적 및 공간적으로 불균일성을 가지게 되며, 이 플라즈마를 이용한 피처리물의 처리공정을 시행할 경우 피처리물의 손상, 처리의 균일성 저하 등의 문제가 발생한다.In a conventional apparatus for generating a plasma using a dielectric barrier discharge, it is difficult to suppress the formation of streamers in the generated plasma unless an inert gas is used as the plasma forming gas. Therefore, the generated plasma has nonuniformity in time and space, and when the treatment process is performed using the plasma, problems such as damage of the processing object and deterioration of processing uniformity occur.
불활성 기체를 사용하여 균일한 글로우 플라즈마를 발생시키는 경우에 있어서, 두개의 전극 사이에는 필수적으로 불활성 기체가 충전되어야 한다. 따라서, 두 개의 전극 사이에 외부의 공기의 유입을 차단하고 불활성 기체를 가두기 위한 밀폐 용기가 요구된다.In the case of generating a uniform glow plasma using an inert gas, an inert gas is essentially filled between the two electrodes. Therefore, a sealed container for blocking the inflow of external air and trapping the inert gas between the two electrodes is required.
따라서, 종래의 밀폐 용기를 구비한 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치에서는, 밀폐 용기의 개방, 피처리물의 삽입, 불활성 기체 충전, 플라즈마 발생 및 처리, 밀폐 용기의 개방, 피처리물의 인출 등으로 이어지는 단속적인 공정을 거쳐야 하므로 피처리물의 연속적인 이송 및 처리에 제한을 가하게 되어 생산성의 저하를 가져오게 된다.Therefore, in a conventional apparatus for treating a target object by using a plasma having a closed container, opening the sealed container, inserting the target object, filling inert gas, generating and treating plasma, opening the closed container, and taking out the target object Since it must go through an intermittent process leading to the back and the like, it will limit the continuous transfer and processing of the object to be processed, resulting in a decrease in productivity.
또한, 전술한 미국특허 제5,456,972호에서와 같이, 밀폐 용기에 피처리물의 삽입 및 인출이 가능한 좁은 재료 이송 슬릿을 설치하고, 피처리물을 플라즈마가 발생된 두 개의 전극 사이를 통과시켜 연속적으로 처리 및 이송하는 경우에는, 슬릿을 통해 유입되는 외부 공기를 차단하면서 두 개의 전극이 위치한 밀폐 용기의 내부를 불활성 기체로 충전된 상태를 유지하여 균일한 글로우 플라즈마를 발생시키기 위해 일정량 이상의 불활성 기체를 주입하여 강제적으로 공기를 밀어내야 하며, 이때, 재료 이송 슬릿으로 유출되는 양 만큼의 불활성 기체를 밀폐 용기 내부에 지속적으로 주입시켜야만 한다.Further, as in the aforementioned U.S. Patent No. 5,456,972, a narrow material transfer slit capable of inserting and withdrawing a workpiece is provided in a sealed container, and the workpiece is continuously processed by passing between two electrodes where plasma is generated. And in the case of conveying, injecting a predetermined amount or more of inert gas to maintain a state filled with an inert gas in the sealed container in which the two electrodes are located while blocking external air introduced through the slit to generate a uniform glow plasma. Forced air must be pushed out, at which point inert gas must be continuously injected into the closed container in the amount as it flows out of the material transport slit.
이렇게 불활성 기체를 밀폐 용기 내부에 일정량 이상 연속적으로 주입하면 불활성 기체의 소모가 많아지는데, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 기체는 대부분 고가이므로 플라즈마 처리 장치를 운전하는 비용이 증가되는 단점으로 작용한다. 특히, 피처리물의 크기나 형상에 따라 재료 이송 슬릿의 폭이나 높이가 확장되고, 피처리물의 처리를 위해 두 개의 전극 사이 간격을 넓히는 경우에는, 밀폐 용기 외부로 유출되는 불활성 기체의 양이 더욱 증가하게 되고, 따라서 밀폐 용기 내부에 다량의 불활성 기체를 주입해야 하므로 기체 소모량이 증가하므로, 플라즈마 처리장치의 운전에 따른 경제성이 저하되며, 결과적으로, 처리할 수 있는 피처리물의 크기 및 형상이 제한되는 단점이 있다.When the inert gas is continuously injected into the closed container in a predetermined amount or more, the consumption of the inert gas increases. However, since the inert gas such as helium and argon is mostly expensive, the cost of operating the plasma processing apparatus increases. In particular, the width or height of the material transfer slit expands according to the size or shape of the workpiece, and when the distance between the two electrodes is widened for the treatment of the workpiece, the amount of inert gas flowing out of the sealed container is further increased. Therefore, since a large amount of inert gas has to be injected into the sealed container, the gas consumption is increased, thereby reducing the economical efficiency of the operation of the plasma processing apparatus. As a result, the size and shape of the to-be-processed object are limited. There are disadvantages.
본 발명의 목적은, 전술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 피처리물의 처리 특성이 우수한 균일한 플라즈마를 발생시켜, 다양한 크기와 형상을 갖는 피처리물을 연속적으로 이송 처리할 수 있도록 구성된 처리장치를 제공하는 데 있다. Disclosure of Invention An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to generate a uniform plasma having excellent treatment characteristics of an object to be processed so as to continuously process the object to be processed having various sizes and shapes. To provide.
본 발명의 또 다른 목적은, 연속적으로 다량의 불활성 기체를 주입하지 않으면서도 균일한 플라즈마를 발생시켜 피처리물을 처리할 수 있도록 구성된 처리장치를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a treatment apparatus configured to treat a target object by generating a uniform plasma without continuously injecting a large amount of inert gas.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기체 주입구(3)와 한쌍의 전극(7a, 7b)과 피처리물 입구 및 출구(5, 6)를 구비한 기체 가둠 용기 내에 상기 기체 주입구(3)를 통해 불활성 기체나 상기 불활성기체에 반응성기체를 혼합한 혼합물을 주입한 다음 상기 한쌍의 전극(7a, 7b)에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 피처리물(2)을 상기 피처리물 입구(5)를 통해 삽입하여 상기 한쌍의 전극(7a, 7b) 사이를 통과시킨 후 상기 피처리물 출구(6)를 통해 인출하는 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치에 있어서, 상기 기체 주입구(3)로 주입되는 불활성 기체는 공기와 비중 차이가 나는 불활성 기체이고, 상기 피처리물 입구 및 출구(5, 6)는 상기 가둠 용기 내의 불활성 기체의 비중에 따라 상기 가둠 용기의 소정 개소에 위치되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the gas inlet 3 in the gas confinement vessel having a gas inlet (3), a pair of electrodes (7a, 7b) and the workpiece inlet and outlet (5, 6) Injecting a mixture of an inert gas or a reactive gas to the inert gas through the) and then supplying power to the pair of electrodes (7a, 7b) to generate a plasma and the object (2) to the inlet to be treated An apparatus for processing a workpiece by using a plasma inserted through (5) to pass between the pair of electrodes (7a, 7b) and withdrawn through the workpiece outlet (6), wherein the gas inlet The inert gas injected into (3) is an inert gas having a specific gravity difference from air, and the inlets and outlets 5 and 6 of the object to be processed are located at predetermined positions of the confinement vessel according to the specific gravity of the inert gas in the confinement vessel. It is characterized by.
또한, 상기 기체 주입구(3)로 주입되는 불활성 기체는 공기보다 가벼운 불활성 기체이고, 상기 가둠 용기의 하단부에 상기 피처리물 입구 및 출구(5, 6)가 형성되고, 상기 한쌍의 전극(7a, 7b)은 상기 가둠 용기의 상기 피처리물 입구 및 출구(5, 6)보다 높은 위치에 설치된 것이 바람직하다.In addition, the inert gas injected into the gas inlet 3 is an inert gas lighter than air, and the inlet and outlets 5 and 6 of the workpiece are formed at the lower end of the confinement vessel, and the pair of electrodes 7a, 7b) is preferably installed at a position higher than the inlets and outlets 5 and 6 of the confinement vessel.
또한, 상기 가둠 용기는 하단부에 상기 피처리물의 입구 및 출구(5, 6)가 형성된 역 U자형 관 구조를 가지는 것이 바람직하다.In addition, the confinement vessel preferably has an inverted U-shaped tube structure in which the inlets and outlets 5 and 6 of the object to be processed are formed at the lower end.
또한, 상기 가둠 용기는 하부가 완전히 개방된 단면이 역 U자 형상이고 크기가 다르고 서로 분리 가능한 2개의 용기를 중첩시켜 구성된 것이 바람직하다.In addition, the confinement vessel is preferably configured by superimposing two vessels having an inverted U-shaped cross section with a completely open lower portion and having different sizes and separable from each other.
또한, 상기 가둠 용기의 상부가 아치형으로 형성되고, 상기 한쌍의 전극(7a, 7b)이 아치형으로 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the upper portion of the confinement container is formed in an arc shape, and the pair of electrodes 7a and 7b are formed in an arc shape.
또한, 상기 가둠 용기의 상단부 양측 가장자리에는 불활성 기체를 분리하는 수직 기체 분리관(51)과 상기 수직 기체 분리관(51)에서 분리된 불활성 기체를 다시 상기 가둠 용기 내로 유입시키는 복귀라인(53)을 설치하고, 상기 복귀라인(53)의 도중에는 기체 압송 수단(55)을 설치한 것이 바람직하다.In addition, at both edges of the upper end of the confinement vessel, a vertical gas separation tube 51 separating the inert gas and a return line 53 for introducing the inert gas separated from the vertical gas separation tube 51 back into the confinement vessel are provided. It is preferable that the gas feeding means 55 is provided in the middle of the return line 53.
또한, 상기 기체 주입구(3)로 주입되는 불활성 기체는 공기보다 무거운 불활성 기체이고, 상기 가둠 용기의 상단부에 상기 피처리물 입구 및 출구(5, 6)가 형성되고, 상기 한쌍의 전극(7a, 7b)은 상기 가둠 용기의 상기 피처리물 입구 및 출구(5, 6)보다 낮은 위치에 설치된 것이 바람직하다.Further, the inert gas injected into the gas inlet 3 is an inert gas that is heavier than air, and the inlet and outlets 5 and 6 of the workpiece are formed at the upper end of the confinement vessel, and the pair of electrodes 7a, 7b) is preferably installed at a position lower than the inlets and outlets 5 and 6 of the confinement vessel.
또한, 상기 가둠 용기는 상단부에 상기 피처리물의 입구 및 출구(5, 6)가 형성된 U자형 관 구조를 가지는 것이 바람직하다.In addition, the confinement vessel preferably has a U-shaped tube structure in which the inlets and outlets 5 and 6 of the object to be processed are formed at the upper end portion.
또한, 상기 가둠 용기는 상부가 완전히 개방된 단면이 U자 형상이고 크기가 다르고 서로 분리 가능한 2개의 용기를 중첩시켜 구성된 것이 바람직하다.In addition, the confinement vessel is preferably configured by overlapping the two vessels of the U-shaped cross-section, the top of which is completely open, different in size and separated from each other.
또한, 상기 가둠 용기의 하부가 아치형으로 형성되고, 상기 한쌍의 전극(7a, 7b)이 아치형으로 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the lower portion of the confinement container is formed in an arc shape, and the pair of electrodes 7a and 7b are formed in an arc shape.
또한, 상기 가둠 용기의 하단부 양측 가장자리에는 불활성 기체를 분리하는 수직 기체 분리관(51)과 상기 수직 기체 분리관(51)에서 분리된 불활성 기체를 다시 상기 가둠 용기 내로 유입시키는 복귀라인(53)을 설치하고, 상기 복귀라인(53)의 도중에는 기체 압송 수단(55)을 설치한 것이 바람직하다.또한, 상기 불활성 기체는 헬륨, 네온 및 아르곤으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나이고, 상기 반응성 기체는 산소, 질소, 수소, 사불화탄소 및 메탄으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, at both edges of the lower end of the confinement vessel, a vertical gas separation tube 51 separating the inert gas and a return line 53 for introducing the inert gas separated from the vertical gas separation tube 51 back into the confinement vessel are provided. Preferably, the gas feeding means 55 is provided in the middle of the return line 53. The inert gas is any one selected from the group consisting of helium, neon and argon, and the reactive gas is oxygen, It is preferably at least one selected from the group consisting of nitrogen, hydrogen, carbon tetrafluoride and methane.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for treating an object to be processed using the plasma of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치는, 균일한 글로우 플라즈마를 형성하기 위해 필요한 불활성 기체인 헬륨, 네온, 아르곤 등이 공기와 서로 다른 분자량을 가지며, 이들 다른 분자량을 가진 불활성 기체들은 중력의 작용에 의해 외부의 섭동이 없이 가두어진 공간 내에서 공기와 상하로 분리되는 성질, 즉, 공기보다 가벼운 불활성 기체인 헬륨과 네온은 지표면을 기준으로 공기보다 위에 놓이게 되고, 공기보다 무거운 불활성 기체인 아르곤은 공기보다 아래에 놓이게 되는 성질을 이용한 것이다.In the apparatus for treating an object by using the plasma of the present invention, helium, neon, argon, and the like, which are inert gases required to form a uniform glow plasma, have a molecular weight different from that of air, and these inert gases have different molecular weights. They are separated from the air up and down in a confined space by the action of gravity, that is, helium and neon, which are lighter inert gases than air, are placed above the air on the ground and inert than the air. Argon, a gas, uses the property of being placed below air.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 처리장치를 예시한 것이다. 제1 실시예의 처리장치(10)는, 공기보다 가벼운 불활성 기체인 헬륨이나 네온을 플라즈마 형성기체로서 사용하는 경우에 적용되는 것으로서, 가둠 용기(1)의 일측에 불활성 기체를 주입하는 기체 주입구(3)를 형성하고, 가둠 용기(1)의 하단부에 피처리물(2)이 삽입되는 피처리물 입구(5)와 피처리물(2)이 인출되는 피처리물 출구(6)를 형성하고, 가둠 용기(1)의 피처리물 입구 및 출구(5, 6)보다 높은 위치에 한쌍의 전극(7a, 7b)을 서로 마주보게 설치하고, 이 전극(7a, 7b)에 교류전원(8)을 연결한 것이다. 필요에 따라, 한쌍의 전극(7a, 7b)에는 전기적 절연재(22)로 절연층이 형성되어 있다.1 illustrates a processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. The processing apparatus 10 of the first embodiment is applied to the case where helium or neon which is an inert gas lighter than air is used as the plasma forming gas, and the gas inlet 3 for injecting the inert gas into one side of the confinement vessel 1. ), A workpiece inlet 5 into which the workpiece 2 is inserted and a workpiece outlet 6 through which the workpiece 2 is drawn out at the lower end of the confinement vessel 1, A pair of electrodes 7a and 7b are provided to face each other at a position higher than the inlet and outlet 5, 6 of the processing container 1, and an AC power source 8 is provided to the electrodes 7a and 7b. It is connected. If necessary, an insulating layer is formed of an electrical insulating material 22 on the pair of electrodes 7a and 7b.
이러한 처리장치(10)에서, 기체 주입구(3)를 통해 가둠 용기(1) 내로 공기보다 가벼운 불활성 기체인 헬륨이나 네온을 주입하면, 가둠 용기(1)의 상단부터 헬륨이나 네온이 충전되면서 가둠 용기(1) 내부의 공기는 피처리물 입구 및 출구(5, 6)를 통해 가둠 용기(1)의 외부로 밀려나게 된다. 공기보다 가벼운 불활성 기체인 헬륨이나 네온을 주입할 때, 한쌍의 전극(7a, 7b) 사이가 불활성 기체 분위기로 충전될 때까지 주입하면 된다.In the treatment apparatus 10, when helium or neon, which is an inert gas lighter than air, is injected into the confinement vessel 1 through the gas inlet 3, the confinement vessel is filled with helium or neon from the top of the confinement vessel 1. (1) The air inside is pushed out of the confinement vessel 1 through the inlets and outlets 5 and 6 to be processed. When injecting helium or neon which is an inert gas lighter than air, it is sufficient to inject it between the pair of electrodes 7a and 7b until it is filled with an inert gas atmosphere.
도 1에 도시된 바와 같이, 가둠 용기(1)의 하부에는 일부 공기가 잔존하나 한쌍의 전극(7a, 7b)이 설치된 가둠 용기의 상부로 갈수록 공기의 분율에 비해 불활성 기체의 분율이 점차 높아져 일정 높이 이상에서는 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있는 불활성 기체 분위기가 조성된다. 상기의 분리 효과는 가둠 용기의 상하 높이 차이를 크게 할수록 더욱 강하게 나타나게 된다. 따라서, 가둠 용기 내에 불활성 기체를 추가로 주입하지 않아도 가둠 용기 상부에 불활성 기체 분위기를 유지할 수 있게 된다. 다만, 처리장치의 정상 운전시, 일부 처리물의 이송에 의해 가둠 용기(1) 외부로 유출되어 소모되는 불활성 기체의 양만큼만 불활성 기체를 소량 주입하면 된다. 기체 주입구(3)에는 도시하지는 않았지만 차단밸브가 설치되어 있어 기체를 주입하지 않을 때에는 밸브를 차단함을 알 수 있을 것이다.As shown in FIG. 1, some air remains in the lower portion of the confinement vessel 1, but as the upper portion of the confinement vessel in which the pair of electrodes 7a and 7b are installed, the fraction of the inert gas gradually increases as compared to the fraction of air. Above the height, an inert gas atmosphere capable of generating a uniform glow plasma is formed. The above separation effect becomes stronger as the upper and lower height difference of the confinement container increases. Therefore, it is possible to maintain an inert gas atmosphere on the top of the confinement vessel without additionally injecting an inert gas into the confinement vessel. However, in the normal operation of the treatment apparatus, only a small amount of the inert gas may be injected as much as the amount of the inert gas that is discharged to the outside of the confinement vessel 1 by the transfer of some processed materials. Although not shown, the gas inlet 3 is provided with a shutoff valve so that the valve is shut off when no gas is injected.
본 발명에 의하면 크기나 형상이 다양한 피처리물을 원활히 삽입하고 인출할 수 있는 넓은 피처리물 입구 및 출구(5, 6)를 확보하면서, 소량의 불활성 기체 주입만으로도 한쌍의 전극(7a, 7b) 사이를 안정적으로 불활성 기체 분위기로 충전 할 수 있고 따라서, 전극 간격을 용이하게 확장하면서도, 한쌍의 전극(7a, 7b)에 교류전원을 인가하여 피처리물의 처리특성이 우수한 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있다. According to the present invention, a pair of electrodes 7a and 7b are provided even by injecting a small amount of inert gas while securing a wide inlet and outlet 5 and 6 for smooth insertion and withdrawal of various workpieces. It is possible to stably fill the gaps with an inert gas atmosphere, and thus to easily expand the electrode gap, and to apply an AC power supply to the pair of electrodes 7a and 7b to generate a uniform glow plasma having excellent treatment characteristics of the workpiece. Can be.
또한, 가둠 용기(1)의 내에는 필요에 따라 피처리물의 형태와 특징에 따른 적합한 이송수단(9)을 구비함으로써 가둠 용기(1)의 하단에 위치한 피처리물 입구 및 출구(5, 6)를 통해 원활한 피처리물(2)의 연속적인 수송과 처리작업이 가능하게 한다.In addition, in the confinement vessel 1, an inlet and an outlet 5 and 6 to be disposed at the lower end of the confinement vessel 1 are provided with a suitable conveying means 9 according to the shape and characteristics of the to-be-processed object. Through this allows the continuous transport and processing of the workpiece (2) smoothly.
도 2a에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리장치가 도시되어 있다. 제2 실시예에 따른 처리장치는 보다 효율적인 플라즈마 발생 및 처리를 위해 가둠 용기의 구조와 전극의 배치를 개선한 일례로 그 구성은 아래와 같다.2A shows a processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. The processing apparatus according to the second embodiment is an example in which the structure of the confinement vessel and the arrangement of electrodes are improved for more efficient plasma generation and processing.
제2 실시예의 처리장치(20)는, 피처리물의 원활한 이송이 가능한 넓은 단면적을 갖는 관의 양 끝단이 아래로 향하게 구부려진 역 U자 형상인 관 구조의 가둠 용기(1')의 하단부에 피처리물 입구(5)와 피처리물 출구(6)를 각각 형성함과 동시에 가둠 용기(1)의 외부에 피처리물 입구(5)와 피처리물 출구(6) 보다 높은 위치에 한쌍의 전극(7a, 7b)을 서로 마주보게 설치하되, 가둠 용기(1)에서 전극(7a, 7b)이 설치되는 부분을 포함하는 부분을 유리, 석영, 세라믹 등의 전기적 절연재(22)로 형성하고 전극(7a, 7b)에 교류전원을 인가함으로써 가둠 용기 내부에 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있다. The processing apparatus 20 of the second embodiment is provided at the lower end of the confinement vessel 1 'of the tubular structure having an inverted U-shape in which both ends of the tube having a wide cross-sectional area capable of smoothly conveying the workpiece are bent downward. A pair of electrodes are formed at a position higher than the workpiece inlet 5 and the workpiece outlet 6 on the outside of the confinement vessel 1 while forming the workpiece inlet 5 and the workpiece outlet 6, respectively. 7a and 7b are installed to face each other, but the portion including the portion where the electrodes 7a and 7b are installed in the confinement vessel 1 is formed of an electrical insulating material 22 such as glass, quartz, ceramic, and the like. By applying an alternating current power supply to 7a, 7b), a uniform glow plasma can be generated inside the confinement vessel.
제1 실시예에서는, 구조상 가둠 용기(1) 내부에는 피처리물의 처리가 이루어지는 한쌍의 전극(7a, 7b) 사이와 피처리물의 이송경로 이외에 균일한 플라즈마 발생에 영향을 주지 않는 불필요한 불활성 기체 충전 공간이 존재하여 초기 플라즈마 처리 장치의 운전시 가둠 용기(1)를 불활성 기체 분위기로 전환시키기 위해 주입해야하는 불활성 기체의 양을 증가시키는 단점이 있었다. 그러나, 제2 실시예에서는 역 U 자형 관형 구조의 가둠 용기(1')를 도입하여 가둠 용기(1')의 내부 공간을 피처리물의 처리와 이송 경로를 확보하는 한도 내에서 최소화 할 수 있으며, 전극의 구성에 있어 전기적 절연방법과 절연재료의 선택에 있어서 유연성을 높일 수 있다. In the first embodiment, the structure-contained container 1 has an inert gas filled space that does not affect uniform plasma generation between the pair of electrodes 7a and 7b where the object is to be treated and the transfer path of the object. This presence has the disadvantage of increasing the amount of inert gas that must be injected to convert the confinement vessel 1 into an inert gas atmosphere during operation of the initial plasma processing apparatus. However, in the second embodiment, the confinement vessel 1 'of the inverted U-shaped tubular structure can be introduced to minimize the internal space of the confinement vessel 1' within the limits to secure the processing and the transfer path of the workpiece. Flexibility can be increased in the electrical insulation method and the selection of the insulating material in the configuration of the electrode.
한편, 제2 실시예에서 가둠 용기(1')의 재질의 가변성을 높이고 제작의 편의성을 도모하기 위해, 전기적으로 절연된 전극을 제2 실시예의 가둠 용기(1') 내부로 노출시키는 구조를 취할 수도 있다.On the other hand, in order to increase the variability of the material of the confinement vessel 1 'in the second embodiment and to facilitate the production, a structure in which the electrically insulated electrode is exposed into the confinement vessel 1' of the second embodiment is taken. It may be.
도 2b에 도시된 실시예에서는, 가둠 용기(1')에 한쌍의 전극(7a, 7b)의 크기에 상응하는 크기의 한쌍의 끼움공(21)을 서로 마주보게 형성하고, 한쌍의 전극(7a, 7b)을 세라믹 코팅 등의 방법으로 전기적으로 절연한 후, 한쌍의 전극(7a, 7b)을 가둠 용기(1')의 끼움공(21) 내에 기밀적으로 끼운 것이다. In the embodiment shown in FIG. 2B, a pair of fitting holes 21 having a size corresponding to the size of the pair of electrodes 7a and 7b are formed to face each other in the confinement vessel 1 ′, and the pair of electrodes 7a. , 7b) is electrically insulated by a ceramic coating or the like, and then a pair of electrodes 7a and 7b are hermetically sandwiched in the fitting hole 21 of the confinement vessel 1 '.
따라서, 도 2b에 도시된 실시예에 따르면, 가둠 용기(1')의 일부 또는 전체를 유리, 석영, 세라믹 등의 가공이 어려운 전기적 절연재로 구성함에 따른 가공 난이도가 해소되고, 또한, 비용 절감의 효과가 있다.Therefore, according to the embodiment shown in FIG. 2B, the difficulty of processing by constructing a part or the whole of the confinement container 1 ′ with an electric insulation material that is difficult to process such as glass, quartz, ceramic, etc. is eliminated, and furthermore, It works.
이러한 도 2a 및 도 2b에 도시된 기술적 구성은 이후의 실시예들에도 동일하게 적용됨을 알 수 있을 것이다.It will be appreciated that the technical configuration shown in FIGS. 2A and 2B is equally applicable to the following embodiments.
또한, 필요에 따라서 전극의 효율적인 냉각을 위해 방열핀, 냉각채널 등의 전극 냉각수단을 구비할 수도 있다.In addition, an electrode cooling means such as a radiating fin, a cooling channel, etc. may be provided for efficient cooling of the electrode, if necessary.
도 2a에서는 교류전원의 도시를 생략하였다.In FIG. 2A, the illustration of the AC power source is omitted.
플라즈마를 형성하는 기체로는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 불활성 기체와 여기에 특정 반응에 적합한 산소, 질소, 사불화탄소, 수소, 수증기, 메탄과 기타의 탄화수소, 탄화 불소 계열 등의 반응성 기체를 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 헬륨 또는 아르곤을 주 방전 기체로 사용하고 여기에 질량비 1 ∼ 50 % 내외의 산소, 질소, 사불화탄소, 수소, 수증기, 메탄과 기타의 탄화수소, 탄화 불소 계열 등의 반응성 기체를 주입하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, 반응성 기체의 혼합 질량비가 증가할수록 발생 플라즈마의 균일성과 안정성이 저하되므로, 피처리물의 종류에 따라 높은 플라즈마의 균일성과 안정성이 요구되는 플라즈마 처리에 있어서는 반응성 기체의 혼합 질량비는 30 % 이하로 하는 것이 바람직하다. Gases forming plasma include a mixture of an inert gas such as helium, neon, argon, and reactive gases such as oxygen, nitrogen, carbon tetrafluoride, hydrogen, water vapor, methane and other hydrocarbons, and fluorine carbide series suitable for a specific reaction thereto. Can be used. Preferably, helium or argon is used as the main discharge gas and oxygen, nitrogen, carbon tetrafluoride, hydrogen, water vapor, methane and other hydrocarbons, fluorinated hydrocarbons, and the like in a mass ratio of about 1 to 50% are injected thereinto It can generate a plasma. In addition, since the uniformity and stability of the generated plasma decreases as the mixed mass ratio of the reactive gas increases, the mixed mass ratio of the reactive gas is 30% or less in the plasma treatment requiring high plasma uniformity and stability depending on the type of the target object. It is preferable.
필요에 따라, 가둠 용기의 하단부에 위치한 피처리물 입구 및 출구에 외부 공기의 유입을 방지할 수 있는 수단으로서 에어 나이프, 스퀴즈, 브러쉬, 롤러 등을 구비하여 처리물의 출입에 따른 외부 공기 유입을 억제할 수도 있다. If necessary, an air knife, squeeze, brush, roller, etc. are provided to prevent the inflow of outside air into the inlet and outlet of the object to be disposed at the lower end of the confinement container to suppress the inflow of the outside air due to the entry and exit of the processed object. You may.
필요에 따라, 다양한 형상과 크기를 갖는 피처리물의 처리에 있어 원활한 처리물 수송을 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 처리장치(30)는 가둠 용기(1')의 하단부에 형성된 피처리물 입구(5)와 피처리물 출구(6)를 외측으로 경사지게 구성한 후, 적절한 피처리물 이송수단을 설치하여 피처리물의 수송을 용이하게 할 수도 있다. 제3 실시예에 따른 처리장치(30)에서 처리하는 피처리물(2)은 3차원 형상이며, 피처리물 이송수단은 복수의 회전축(32)에 의해 무한궤도식으로 이동하는 컨베이어(31)이며, 컨베이어(31) 상에는 피처리물(2)이 경사면을 타고 이동할 때 흘러내리는 것을 방지하기 위한 간이 고정기구 또는 걸림턱(33)이 등간격으로 형성되어 있다.If necessary, as shown in FIG. 3, the treatment apparatus 30 according to the third embodiment of the confinement container 1 ′ is used to smoothly transport the treatment object in the treatment of the object having various shapes and sizes. After the workpiece inlet 5 and the workpiece outlet 6 formed at the lower end are inclined outwardly, an appropriate workpiece transfer means may be installed to facilitate transportation of the workpiece. The object 2 to be processed in the processing apparatus 30 according to the third embodiment has a three-dimensional shape, and the object to be conveyed means is a conveyor 31 which is moved in an orbital manner by a plurality of rotation shafts 32. On the conveyor 31, a simple fixing mechanism or a locking jaw 33 for preventing the object 2 from flowing down when moving on the inclined surface is formed at equal intervals.
또한, 상기 실시예와 동일한 원리로 불활성 기체를 가두면서 가둠 용기의 제작 편의성을 제고하고, 처리 장치의 초기 운전시 피처리물의 장착 등의 작업 편의성을 높이기 위해, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에서는, 하부가 완전히 개방된 단면이 역 U자 형상이고 크기가 다르고 서로 분리 가능한 2개의 용기(101, 102)를 동심적으로 중첩시켜 상기 2개의 용기(101, 102) 사이에 피처리물 처리 및 이송 통로(103)가 형성되도록 가둠 용기(1'')를 제작할 수 있다. 피처리물 통로(103)에는 기체 주입구(3)와 한쌍의 전극(7a, 7b)이 구비되는데, 한쌍의 전극(7a, 7b)은, 제2 실시예에서와 같이 피처리물 통로(103)의 외부에 설치될 수도 있고, 피처리물 통로(103)의 내부로 노출시켜 설치될 수도 있다. 피처리물(2)은 피처리물 통로(103)로 삽입되어 한쌍의 전극(7a, 7b) 사이를 통과한 후 피처리물 통로(103)로부터 인출된다. 도 7a 및 도 7b에서, 피처리물(2), 기체 주입구(3), 전극(7a, 7b), 전원(8) 및 이송수단(9)은 제1 및 제2 실시예와 동일하므로 도시를 생략하였다.In addition, in order to improve the manufacturing convenience of the confinement container while confining the inert gas in the same principle as the above embodiment, and to increase the ease of operation such as the installation of the workpiece during initial operation of the processing apparatus, as shown in FIGS. 4A and 4B. Similarly, in the fourth embodiment, a cross section between the two vessels 101 and 102 is formed by concentrically overlapping two vessels 101 and 102 which are inverted U-shaped, of which the bottom is completely open, and which differ in size and are separated from each other. The confinement container 1 '' can be manufactured so that the object to be processed and the conveying passage 103 are formed. The workpiece passage 103 is provided with a gas injection port 3 and a pair of electrodes 7a and 7b, and the pair of electrodes 7a and 7b have the workpiece passage 103 as in the second embodiment. It may be installed on the outside of, or may be installed to expose the inside of the workpiece passage 103. The workpiece 2 is inserted into the workpiece passage 103 and passed between the pair of electrodes 7a and 7b and then withdrawn from the workpiece passage 103. 7A and 7B, the workpiece 2, the gas injection port 3, the electrodes 7a and 7b, the power source 8 and the conveying means 9 are the same as those of the first and second embodiments, and thus are shown. Omitted.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에 따른 처리장치(40)는 제1 실시예 또는 제2 실시예 또는 제4 실시예의 처리장치에서 가둠 용기의 상부를 아치형으로 변형하여 제작한 가둠 용기(1''')의 아치형 부분의 내부 중앙에 전후방으로 관통공(41)을 형성하고, 가둠 용기(1''')의 상부에 한쌍의 전극(7a, 7b)을 아치형으로 형성한 것이다.In addition, as shown in Figure 5, the processing apparatus 40 according to the fifth embodiment is produced by deforming the upper portion of the confinement container in an arcuate shape in the processing apparatus of the first embodiment, the second embodiment or the fourth embodiment. Through holes 41 are formed in the inner center of the arcuate portion of the confinement vessel 1 '' 'back and forth, and a pair of electrodes 7a and 7b are formed in an arc shape at the upper portion of the confinement vessel 1' ''. will be.
제5 실시예에서는, 가둠 용기(1''')에 아치형으로 배열된 전극(7a, 7b) 사이의 호를 따라 균일한 글로우 플라즈마가 발생되므로, 제2 실시예에서와 같이 두개의 판형 전극을 사용하는 경우에 비해 플라즈마 발생 영역이 신장되는 효과를 달성할 수 있어, 궁극적으로 피처리물의 처리 시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전체적으로 플라즈마 발생 장치의 바닥 면적을 줄일 수 있어 장치의 설치 및 관리 비용을 줄일 수 있다.In the fifth embodiment, since a uniform glow plasma is generated along the arc between the electrodes 7a, 7b arranged in an arcuate manner in the confinement vessel 1 '' ', two plate electrodes are used as in the second embodiment. Compared to the case of use, it is possible to achieve the effect of extending the plasma generating region, and ultimately shorten the processing time of the target object to increase productivity, and reduce the overall floor area of the plasma generating apparatus. Reduce administrative costs.
또한, 필요에 따라 도 6에 상세하게 도시한 바와 같이, 아치형 전극(7a)을 포함하는 관통공(41)의 외주면에는 피처리물 이송 가이드(43)를 설치한다. 아치형 전극(7a)을 포함하는 관통공(41)과 피처리물 이송 가이드(43) 사이에는 구름기구(45)가 개재되어 피처리물 이송 가이드(43)가 관통공(41)을 축으로 회전 가능하면서 피처리물을 이송하고, 피처리물이 내부 전극(7a)과 외부 전극(7b) 사이에 적절히 위치할 수 있도록 한다.In addition, as illustrated in detail in FIG. 6, the workpiece transfer guide 43 is provided on the outer circumferential surface of the through hole 41 including the arcuate electrode 7a as necessary. A rolling mechanism 45 is interposed between the through hole 41 including the arcuate electrode 7a and the workpiece transfer guide 43 so that the workpiece transfer guide 43 rotates the through hole 41 about its axis. It is possible to transfer the object to be processed, and to allow the object to be properly positioned between the internal electrode 7a and the external electrode 7b.
플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 공정은 헬륨, 아르곤 등의 불활성 기체 분위기에 소량의 반응성 기체를 혼합하여 플라즈마를 발생시키고 여기에 피처리물을 삽입 또는 노출시켜 피처리물과 물리적 및 화학적 활성이 높은 플라즈마 간의 반응을 통해 피처리물의 표면 특성을 변화시키는 방법이다. 플라즈마 처리의 일례로 피처리물의 표면 세정을 들 수 있는데, 대부분의 경우에 있어 처리물의 표면에 존재하는 유기 이물질을 물리적 및 화학적으로 활성이 높은 플라즈마, 특히 활성 산소와 반응시켜 이산화탄소, 수증기 등의 형태로 처리물의 표면에서 분리시켜 세정하게 된다. 이때 발생된 이산화탄소, 수증기 등의 불순물은 플라즈마 발생영역에서의 기체조성을 변화시켜 플라즈마의 안정성을 저하시키고, 장시간 플라즈마 처리를 시행할 경우 불순물의 농도가 증가되고, 일부 불순물은 피처리물의 표면에 증착, 응축 등의 과정을 통해 피처리물을 재오염시키게 된다. 따라서, 연속적으로 안정적인 플라즈마 처리를 시행하기 위해선 이들 기체 불순물, 이산화탄소, 수증기 등을 원활히 플라즈마 발생 영역 밖으로 수송하여 배기시켜야 한다. 이를 위해 불활성 기체를 일정량 이상 지속적으로 주입하여 기체 불순물, 이산화탄소, 수증기 등을 밀어내는 방법이 있으나 추가적인 불활성 기체 주입에 따른 불활성 기체 소모량 증가는 플라즈마 발생 장치의 운전 경제성을 저하시키는 요인이 된다.In the process of treating the object by using plasma, a small amount of reactive gas is mixed in an inert gas atmosphere such as helium and argon to generate a plasma, and the object is inserted or exposed to the object to be treated and physically and chemically active. It is a method of changing the surface characteristic of a to-be-processed object through this high plasma reaction. An example of plasma treatment is surface cleaning of a workpiece. In most cases, organic foreign matter present on the surface of the workpiece is reacted with physically and chemically active plasma, particularly active oxygen, to form carbon dioxide, water vapor, or the like. It is separated and washed on the surface of the treatment. Impurities such as carbon dioxide and water vapor generated at this time change the gas composition in the plasma generation region to reduce the stability of the plasma, and when the plasma treatment is performed for a long time, the concentration of impurities is increased, and some impurities are deposited on the surface of the workpiece. Through condensation and the like, the object is recontaminated. Therefore, in order to perform a continuous stable plasma treatment, these gaseous impurities, carbon dioxide, water vapor, and the like must be smoothly transported out of the plasma generation region and exhausted. To this end, there is a method of continuously injecting an inert gas more than a predetermined amount to push out gas impurities, carbon dioxide, water vapor, etc., but the increase of the inert gas consumption due to additional inert gas injection is a factor that lowers the operating economy of the plasma generating apparatus.
제6 실시예에 따른 처리장치(50)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 실시예 또는 제2 실시예 또는 제4 실시예의 처리장치에서 가둠 용기(1, 1', 1'')의 상단부 양측 가장자리에 각각 불활성 기체를 분리하는 수직 기체 분리관(51)을 설치하고, 이 수직 기체 분리관(51)에서 분리된 불활성 기체를 다시 가둠 용기(1, 1', 1'') 내로 유입시키는 복귀라인(53)을 설치하고, 이 복귀라인(53)의 도중에 기체 압송 수단(55)을 설치한 것이다.As shown in FIG. 7, the processing apparatus 50 according to the sixth embodiment includes the containers 1, 1 ′, 1 ″ in the processing apparatus of the first embodiment, the second embodiment, or the fourth embodiment. Vertical gas separation tubes 51 for separating inert gas are respectively installed at both edges of the upper end of the upper portion, and the inert gas separated from the vertical gas separation tube 51 is re-contained into the containers 1, 1 'and 1' '. The return line 53 which flows in is provided, and the gas conveying means 55 is provided in the middle of this return line 53. As shown in FIG.
제6 실시예의 처리장치(50)에 의하면, 가둠 용기(1, 1', 1'') 상단부 양측 가장자리에 설치된 수직 기체 분리관(51)에서 가벼운 불활성 기체와 상대적으로 무거운 기체 불순물, 이산화탄소, 수증기 등을 재분리하고, 불활성 기체만을 기체 압송 수단(55)을 이용하여 가둠 용기(1, 1', 1'')의 상부 중앙으로 재주입하여 연속적으로 순환시킴으로써 플라즈마 처리에 의해 발생한 기체 불순물, 이산화탄소, 수증기 등을 가둠 용기(1, 1', 1'')의 가장자리로 밀어내어 가둠 용기(1, 1', 1'') 하단으로 원활히 배출될 수 있도록 함으로써 플라즈마 발생 영역에서의 기체 조성을 균일하게 유지하여 플라즈마의 안정성을 향상시킬 수 있다.According to the treatment apparatus 50 of the sixth embodiment, the light inert gas and the relatively heavy gas impurities, carbon dioxide, and water vapor in the vertical gas separation tube 51 installed at both edges of the upper ends of the confinement vessels 1, 1 ', and 1' '. The gas impurity generated by the plasma treatment by re-injecting only the inert gas into the upper center of the confinement vessels 1, 1 ', 1' 'using the gas conveying means 55, and continuously circulating. To vaporize the vapor to the edges of the confinement vessels 1, 1 'and 1' 'so that it can be discharged smoothly to the bottom of the confinement vessels 1, 1' and 1 '' so that the gas composition in the plasma generation region is uniform. It is possible to maintain the stability of the plasma.
따라서, 제6 실시예에서는, 정상적인 플라즈마 처리 운전에 의해 발생하는 기체불순물, 이산화탄소, 수증기 등을 배기시키기 위한 추가적인 불활성 기체의 주입이 없이도 가둠 용기 외부로 밀어낼 수 있다.Therefore, in the sixth embodiment, it can be pushed out of the confinement vessel without the addition of additional inert gas for exhausting gaseous impurities, carbon dioxide, water vapor and the like generated by the normal plasma processing operation.
필요에 따라서, 기체 수직 분리관(51)과 기체 압송 수단(55) 사이에 기체 필터(57)를 설치하여 불활성 기체의 선택적 추출 효과를 증가시킬 수도 있다.If necessary, a gas filter 57 may be provided between the gas vertical separation pipe 51 and the gas feeding means 55 to increase the selective extraction effect of the inert gas.
또한, 필요에 따라서, 기체 압송 수단(55)의 하류에 추출된 불활성 기체를 압축 보관하기 위한 저장 탱크(59)를 구비할 수도 있다.If necessary, a storage tank 59 for compressing and storing the inert gas extracted downstream of the gas feeding means 55 may be provided.
이하, 본 발명에 의한 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the apparatus for treating an object to be processed using the plasma according to the present invention will be described.
본 발명의 처리장치의 작동에 관한 일례로 도 2에 도시된 제2 실시예의 경우에 있어 작동 순서는 다음과 같다.In the case of the second embodiment shown in FIG. 2 as an example of the operation of the treatment apparatus of the present invention, the operation sequence is as follows.
처음 처리를 시작할 경우에 기체 주입구(3)로 공정에 적합한 조성의 불활성 기체의 일례로 헬륨과 헬륨에 대한 질량비 1 ~ 10 % 정도의 산소를 반응성 기체로 혼합하여 주입하기 시작한다.When the first treatment is started, the gas inlet 3 is an example of an inert gas having a composition suitable for the process, in which helium and helium and a mass ratio of about 1% to 10% of oxygen are mixed and injected into the reactive gas.
일정 시간이 경과하여 가둠 용기(1')의 내부가 플라즈마 형성에 적합하면서 균일한 기체 조성으로 유지되는 시점부터 전극(7a, 7b)에 교류전원(8)으로 전원을 공급하면 가둠 용기(1')의 상부에 균일한 글로우 플라즈마가 발생하게 된다.When a certain period of time has elapsed and the inside of the confinement vessel 1 'is maintained at a uniform gas composition while being suitable for plasma formation, supplying power to the electrodes 7a and 7b to the AC power source 8 with the confinement vessel 1' A uniform glow plasma is generated on the top of the panel.
이때, 신속한 작업을 위해 플라즈마를 형성하는 기체를 정상 운전시 보다 과도하게 주입할 수도 있다. 그러나, 이러한 작업은 플라즈마 처리 장치의 초기 가동에 한정되며, 이후에는 정상 운전시 일부 처리물의 이송에 의해 가둠 용기(1') 외부로 유출되어 소모되는 소량의 기체의 공급만으로도 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있다.In this case, the gas forming the plasma may be excessively injected during normal operation for quick operation. However, this operation is limited to the initial operation of the plasma processing apparatus, and after that, during the normal operation, a uniform glow plasma is generated even by supplying a small amount of gas that is discharged to the outside of the confinement vessel 1 'by the transfer of some of the processing materials. You can.
플라즈마가 발생되면 가둠 용기(1')의 하단부의 피처리물 입구(5)를 통해 피처리물(2)을 공급한다. 이때, 피처리물(2)의 특성에 따라 원활한 이송이 가능하도록 제작된 이송수단(9)을 이용하여 피처리물(2)을 연속적으로 주입한다. 이송수단(9)에 의해 이송된 피처리물은 가둠 용기(1') 상부의 플라즈마 발생 영역을 지나면서 처리가 된다. 처리가 완료된 피처리물은 이송수단(9)에 의해 가둠 용기(1')의 피처리물 출구(6)를 통해 가둠 용기(1')의 외부로 이송된다.When plasma is generated, the object 2 is supplied through the object inlet 5 at the lower end of the confinement vessel 1 ′. At this time, the workpiece 2 is continuously injected using the transfer means 9 made to enable smooth transfer according to the characteristics of the workpiece 2. The workpiece to be transported by the conveying means 9 is processed while passing through the plasma generating region above the confinement vessel 1 '. The processed object to be processed is transferred to the outside of the confinement container 1 'by the conveying means 9 through the object outlet 6 of the confinement container 1'.
(실험예)Experimental Example
도 2와 같은 제2 실시예의 처리장치(20)를 구체화하여 실행한 실험에서, 한쌍의 전극이 위치한 플라즈마가 발생하는 가둠 용기(1')의 내부 높이를 최대 1 ∼ 30 mm, 정상상태에서 헬륨 500 ∼ 1000 sccm 을 주입하고, 두개의 전극(7a, 7b) 사이에 주파수 1 ∼ 30 kHz, 전압 3 ∼ 15 kVrms를 인가한 경우, 글로우 플라즈마가 발생하였다.In an experiment in which the processing apparatus 20 of the second embodiment as shown in FIG. 2 is embodied, the internal height of the confinement vessel 1 'in which the plasma in which the pair of electrodes are located is generated is at most 1 to 30 mm, and helium in the steady state. When 500-1000 sccm were injected and frequency 1-30 kHz and voltage 3-15 kVrms were applied between two electrodes 7a and 7b, glow plasma generate | occur | produced.
실제 플라즈마에 의한 표면 세정 효과를 확인하기 위해, 가둠 용기(1')의 내부 높이를 10 mm, 헬륨을 500 sccm, 산소 50 sccm을 주입하면서 전극(7a, 7b)에 주파수 20 kHz, 전압 6.5 kV의 정현파를 인가하여 발생시킨 글로우 플라즈마 내부에 패턴 피치 50 ㎛를 가지는 TCP (Tape Carrier Package) 필름(2)을 10 cm/sec의 속도로 이송하면서 처리하였다. 전극(7a, 7b)의 폭을 감안할 때 단위길이당 처리시간은 1초이며, 처리 후에 TCP 필름(2)의 표면에너지는 ASTM D 2578-99a의 의거해 제조한 시약으로 측정한 결과 56 dynes/cm 이상의 매우 높은 값을 가졌고, 시약을 TCP 상의 미세 패턴에 바른 경우에는 처리 전에 비해 약액의 퍼짐성이 현저히 증가함을 확인하였다.In order to confirm the surface cleaning effect by the actual plasma, the internal height of the confinement vessel 1 'was 10 mm, 500 sccm of helium, and 50 sccm of oxygen were injected to the electrodes 7a and 7b with a frequency of 20 kHz and a voltage of 6.5 kV. The TCP (Tape Carrier Package) film 2 having a pattern pitch of 50 µm was processed while transferring at a speed of 10 cm / sec inside the glow plasma generated by applying a sinusoidal wave of. Considering the widths of the electrodes 7a and 7b, the treatment time per unit length is 1 second, and the surface energy of the TCP film 2 after the treatment was measured using a reagent prepared according to ASTM D 2578-99a. 56 dynes / It had a very high value of cm or more, and when the reagent was applied to the micro pattern on the TCP, it was confirmed that the spreadability of the chemical liquid was significantly increased compared to before the treatment.
이상에서는, 공기보다 가벼운 불활성 기체인 헬륨이나 네온을 플라즈마 형성기체로서 사용하고 가둠 용기의 하단부에 피처리물 입구 및 출구를 형성한 경우를 예를 들어 설명하였으나, 공기보다 무거운 불활성 기체인 아르곤을 사용하는 경우에도 가둠 용기의 상단부에 피처리물 입구 및 출구를 형성하면, 가둠 용기 내에 불활성 기체 분위기를 조성할 수 있다. 따라서, 공기보다 무거운 불활성 기체를 플라즈마 발생용 기체로 사용하고 가둠 용기의 상단부에 피처리물 입구 및 출구를 형성한 처리장치도 본 발명의 범주 내에 속함을 알 수 있을 것이다.In the above description, the case where helium or neon, which is lighter than air, is used as a plasma forming gas, and an inlet and an outlet to be processed are formed at the lower end of the confinement vessel. For example, argon, which is heavier than air, is used. Even if it is, if the inlet and outlet of a to-be-processed object are formed in the upper end of a confinement container, an inert gas atmosphere can be created in a confinement container. Therefore, it will be appreciated that a treatment apparatus using an inert gas that is heavier than air as a gas for plasma generation and forming an inlet and an outlet on the upper end of the confinement vessel is also within the scope of the present invention.
본 발명의 제1 실시예에 따른 처리장치에 의하면, 가둠 용기 내부로 원활한 처리물의 삽입 또는 인출이 가능한 넓은 피처리물 입구 및 출구를 확보하고, 소량의 불활성 기체 주입만으로도, 피처리물의 형상과 크기에 따라 플라즈마를 발생시키는 한쌍의 전극사이 간격을 용이하게 확장하면서, 전극 사이를 안정적으로 불활성 기체 분위기로 유지하여 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로 고가의 불활성 기체 소모량을 줄일 수 있고, 결과적으로 플라즈마 처리의 생산성 및 경제성을 제고할 수 있다.According to the treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, the inlet and outlet of a wide workpiece to be smoothly inserted or withdrawn into the confinement vessel can be secured, and the shape and size of the workpiece can be achieved even by injecting a small amount of inert gas. According to the present invention, it is possible to easily expand the spacing between the pair of electrodes generating the plasma, and to maintain a stable inert gas atmosphere between the electrodes to generate a uniform glow plasma, thereby reducing expensive inert gas consumption. The productivity and economics of processing can be improved.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리장치에 의하면, 역 U 자형 관형 구조의 가둠 용기를 도입하여 가둠 용기의 내부 공간을 피처리물의 처리와 이송 경로를 확보하는 한도 내에서 최소화 할 수 있어 플라즈마 처리장치의 초기 운전시 가둠 용기 내부를 불활성 기체 분위기로 조성하기 위해 주입하는 불활성 기체의 소모량을 줄일 수 있으며, 전극의 구성에 있어 전기적 절연방법과 절연재료의 선택에 있어서 유연성을 높일 수 있다.In addition, according to the processing apparatus according to the second embodiment of the present invention, the confinement vessel of the inverted U-shaped tubular structure can be introduced to minimize the internal space of the confinement vessel within the limits to secure the processing and transfer path of the object. During the initial operation of the plasma processing apparatus, it is possible to reduce the consumption of inert gas injected to form the inside of the confinement vessel in an inert gas atmosphere, and increase flexibility in selecting an electrical insulation method and an insulating material in the configuration of the electrode.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 다른 처리장치에 의하면, 불활성 기체를 가두기 위한 가둠 용기의 제작 편의성을 제고할 수 있고, 가둠 용기가 상하로 개방 가능한 구조를 가지므로 처리 장치의 초기 운전시 피처리물을 장착하는 등의 작업 편의성도 증진시킬 수 있다.Further, according to the processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the convenience of manufacturing the confinement vessel for confining the inert gas can be improved, and the confinement vessel can be opened up and down, thus avoiding the initial operation of the treatment apparatus. Work convenience, such as mounting the treatment can also be enhanced.
또한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 처리장치에 의하면, 가둠 용기의 상부의 두개의 전극 사이의 호를 따라 균일한 글로우 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서 동일한 변위에 대해 평행한 두 판형 전극을 사용하는 경우에 비해 플라즈마 발생 영역이 신장되는 효과를 달성할 수 있어, 궁극적으로 처리물의 처리 시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있다. 또한, 전체적으로 플라즈마 발생 장치의 바닥 면적을 줄일 수 있어 장치의 설치 및 관리 비용을 줄일 수 있다.Further, according to the processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, it is possible to generate a uniform glow plasma along an arc between two electrodes at the top of the confinement vessel. Therefore, the effect of extending the plasma generation region can be achieved as compared with the case of using two parallel plate-shaped electrodes for the same displacement, and ultimately, the processing time of the treatment can be shortened to increase productivity. In addition, it is possible to reduce the floor area of the plasma generating apparatus as a whole can reduce the installation and management costs of the apparatus.
또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 처리장치에 의하면, 정상적인 플라즈마 처리 운전에 의해 발생하는 기체 불순물, 이산화탄소, 수증기 등을 추가적인 불활성 기체의 주입이 없이도 가둠 용기 외부로 밀어낼 수 있어 발생 플라즈마의 균일성 향상 및 운전 비용 절감의 효과가 있다.Further, according to the processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, gas impurities, carbon dioxide, water vapor, etc. generated by the normal plasma processing operation can be pushed out of the confinement vessel without additional inert gas injection, thereby generating the generated plasma. It can improve the uniformity and reduce the running cost.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 처리장치를 개략적으로 도시한 도면,1 is a view schematically showing a processing apparatus according to a first embodiment of the present invention;
도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리장치를 개략적으로 도시한 도면,2a schematically shows a processing apparatus according to a second embodiment of the present invention;
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 처리장치의 변형예를 개략적으로 도시한 도면,2b schematically illustrates a modification of the processing apparatus according to the second embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 처리장치를 개략적으로 도시한 도면,3 is a view schematically showing a processing apparatus according to a third embodiment of the present invention;
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 처리장치를 개략적으로 도시한 도면,4a and 4b schematically show a processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 처리장치를 개략적으로 도시한 도면,5 is a schematic view of a processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention;
도 6는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도, 및 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 5, and
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 처리장치를 개략적으로 도시한 도면,7 is a schematic view of a processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention;
이다.to be.
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