KR101869617B1 - 대기압 플라즈마 표면처리장치 - Google Patents

대기압 플라즈마 표면처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 카바이드(SiC) 소재 대상물의 정밀한 표면처리를 위한 대기압 플라즈마 표면처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치는 실리콘 카바이드(SiC) 소재 대상물의 표면처리를 위한 대기압 플라즈마 표면처리장치로서, 제1플라즈마 가공부 그리고 제2플라즈마 가공부를 포함한다. 여기서, 제1플라즈마 가공부는 플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 대상물의 처리면의 전체 영역에 동시 분사한다. 그리고, 제2플라즈마 가공부는 플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 대상물의 처리면의 일정 영역에 집중 분사한다.

Description

대기압 플라즈마 표면처리장치{APPARATUS FOR SURFACE TREATMENT WITH PLASMA IN ATMOSPHERIC PRESSURE}
본 발명은 대기압 플라즈마 표면처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 카바이드(SiC) 소재 대상물의 정밀한 표면처리를 위한 대기압 플라즈마 표면처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 피처리물인 기판의 표면 처리로는, 기판의 표면으로부터 유기물질과 같은 오염물의 제거, 레지스트(resist)의 제거, 유기 필름의 접착, 표면 변형, 필름 형성의 향상, 금속 산화물의 환원, 또는 액정용 유리 기판의 세정 등이 있다. 그리고, 이러한 표면 처리를 위해서는 크게 화학 약품을 이용한 방법과 플라즈마를 이용하는 방법이 있는데, 이 중에서 화학 약품을 이용하는 방법은 화학 약품이 환경에 악형향을 미친다는 단점이 있다.
플라즈마를 이용한 표면처리의 일 예로는 저온ㆍ진공 상태의 플라즈마를 이용하는 방법이 있다. 저온ㆍ진공 플라즈마를 이용한 표면처리 방법은 저온ㆍ저압의 진공조 내에 플라즈마를 발생시켜 이를 기판의 표면과 접촉시켜 기판 표면을 처리하는 것이다. 이러한 저온ㆍ진공 상태의 플라즈마를 이용하는 표면처리 방법은 우수한 표면처리 효과에도 불구하고 널리 이용되지는 않고 있는 실정이다. 이것은 저압을 유지하기 위해 진공 장치가 필요하게 되므로 연속공정에 적용하기 곤란하고, 플라즈마의 평균 충돌 거리가 길어 플라즈마 발생부와 피처리물의 거리가 커져 소형화에 부적합하기 때문이다. 이에 따라 최근 들어 점차 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생장치로의 전환이 시도되고 있으며, 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시켜 기판의 표면처리에 이용하고자 하는 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.
광학 렌즈(Optical Lens)는 빛을 모으거나 분산하기 위하여 투명한 재질로 이루어진 물체를 의미한다. 광학 렌즈는 투명한 재질의 물체(예를 들어, 유리 또는 수정 등)를 연마하여 원하는 형상을 성형하는 방법으로 제조될 수 있다.
한편, 자동차, 항공기, 인공위성 및 반도체 검사장비 등의 광응용 부품이 고정밀화되면서 렌즈의 정밀가공을 위한 초정밀 가공기술이 요구되고 있다. 일 예로, 자동차 분야의 헤드 업 디스플레이(HUD), 헤드램프는 자유 곡면상에 미세 구조를 생성하는 기술을 필요로 하고 있다. 특히, 실리콘 카바이드(SiC)는 높은 강도와 낮은 열팽창율, 경도 등으로 인하여 우주광학의 차세대 소재로 인식되고 있으며 사용도 확대되고 있다. 실리콘 카바이드(SiC)의 가공기술로는 인프로세스 드레싱(ELID)연삭법과 자성유체연마 등이 이용되고 있으나 실리콘 카바이드(SiC)가 취성이 높은 특성이 있어 정밀한 연마를 위한 개선된 가공기술이 요구된다.
공개특허공보 10-2011-0071968호(2011.06.29. 공개)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리콘 카바이드(SiC) 소재 대상물의 정밀한 표면처리를 위한 대기압 플라즈마 표면처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 실리콘 카바이드(SiC) 소재 대상물의 표면처리를 위한 대기압 플라즈마 표면처리장치로서, 플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 상기 대상물의 처리면의 전체 영역에 동시 분사하는 제1플라즈마 가공부; 그리고 플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 상기 대상물의 처리면의 일정 영역에 집중 분사하는 제2플라즈마 가공부를 포함하는 대기압 플라즈마 표면처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1플라즈마 가공부는 전압이 인가되는 평판형의 제1전극과, 상기 제1전극에 대향하도록 설치되고 접지되어 제1플라즈마 발생공간을 형성하고, 발생된 플라즈마가 상기 대상물의 처리면에 수직하게 입사되도록 유출 경로를 제공하는 복수의 유출공이 형성되는 제2전극과, 상기 제2전극에 대향되는 상기 제1전극의 일면에 마련되는 제1절연체를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2플라즈마 가공부는 전압이 인가되는 원통형의 제3전극과, 상기 제3전극의 내주면에 마련되는 원통형의 제2절연체와, 상기 제2절연체의 내주면 상부에 밀착되도록 원통형으로 마련되고 접지되어 제2플라즈마 발생공간을 형성하는 제4전극을 가지고, 상기 제2플라즈마 발생공간의 플라즈마는 상기 제3전극의 축방향으로 하향 분사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3전극의 외주면을 감싸도록 원통형의 제1커버부가 이격되어 마련되고, 상기 제3전극 및 상기 제1커버부의 사이에 형성되는 제1토출공간을 통해서는 제1가스가 하향 분사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1가스는 분사되는 플라즈마를 감싸도록 분사되어 상기 플라즈마를 집속시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1커버부의 외주면에 밀착되도록 원통형으로 형성되고 전원이 인가되는 제5전극이 더 구비되며, 상기 제1토출공간을 통해서 분사되는 상기 제1가스는 플라즈마일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1커버부의 외주면을 감싸도록 원통형의 제2커버부가 이격되어 마련되고, 상기 제1커버부 및 상기 제2커버부의 사이에 형성되는 제2토출공간을 통해서는 제2가스가 하향 분사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2가스는 분사되는 플라즈마 및 상기 제1가스를 감싸도록 분사되어 상기 플라즈마에 의한 플라즈마 효과를 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2커버부의 외주면에 밀착되도록 원통형으로 형성되고 전원이 인가되는 제6전극이 더 구비되며, 상기 제2토출공간을 통해서 분사되는 상기 제2가스는 플라즈마일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2절연체의 하단부는 상기 제3전극의 하단부보다 하측으로 연장 형성되고, 중심방향으로 축관 형성되어 노즐부를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2플라즈마 가공부는 수직 방향 및 수평 방향으로 이동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2플라즈마 가공부는 분사되는 플라즈마의 불균일이 방지되도록 수평방향으로 편심 회전할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2플라즈마 가공부의 하단부 및 상기 대상물의 처리면의 사이에 회전하는 플라즈마 채널이 형성되도록 자기장을 인가하는 자기장 인가부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1플라즈마 가공부는 플라즈마를 대상물의 처리면의 전체 영역에 분사하여 전체 가공이 가능하고, 제2플라즈마 가공부는 플라즈마를 대상물의 일부 영역에 집중하여 분사하여 부분적 가공이 가능하여 대상물에 대한 다양하고 효과적인 가공이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2플라즈마 가공부는 분사되는 플라즈마를 감싸도록 제1가스가 분사되고, 제1가스를 감싸도록 제2가스가 분사될 수 있다. 이를 통해, 제2가스의 외측에서 대상물의 식각이 방지될 수 있으며, 플라즈마가 집중 분사되도록 할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제1플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제 2 플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제1플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 대기압 플라즈마 표면처리장치(100)는 제1플라즈마 가공부(200) 그리고 제2플라즈마 가공부(300)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 대기압 플라즈마 표면처리장치(100)는 대상물을 가공하여 광학용 렌즈로 가공할 수 있다. 즉, 상기 대상물은 대기압 플라즈마 표면처리장치(100)에 의해 가공되어 광학용 렌즈로 가공되는 피처리물일 수 있다. 본 발명에서 상기 대상물은 실리콘 카바이드(SiC) 소재로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 상기 광학용 렌즈는 직경이 300mm 이상일 수 있다. 그리고, 상기 광학용 렌즈는 광축 대칭성을 가지는 광학 렌즈뿐만 아니라, 자유 형상을 가지는 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자유 형상이란 일반적인 구면(Sphere), 평면 등의 단순한 형태에서 벗어나 비축(Off-axis), 비구면(Asphere) 등이 조합된 복잡한 형태의 광학면을 의미할 수 있다.
도 2를 포함하여 보는 바와 같이, 제1플라즈마 가공부(200)는 플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 대상물의 처리면의 전체 영역에 동시 분사할 수 있다.
제1플라즈마 가공부(200)는 제1전극(210), 제2전극(220) 그리고 제1절연체(230)를 가질 수 있다.
제1전극(210)은 평판형으로 형성될 수 있으며, 전압이 인가될 수 있다.
제2전극(220)은 제1전극(210)에 대향하도록 설치되고 접지될 수 있다. 제2전극(220)은 제1전극(210)과의 사이에 제1플라즈마 발생공간(240)을 형성할 수 있으며, 제1플라즈마 발생공간(240)에서는 처리가스가 플라즈마(P)로 변환될 수 있다. 그리고, 제2전극(220)에는 복수의 유출공(221)이 관통 형성될 수 있다. 유출공(221)은 제1플라즈마 발생공간(240)의 플라즈마가 유출되는 경로를 제공할 수 있다. 유출공(221)은 제2전극(220)의 두께 방향으로 관통 형성될 수 있으며, 이를 통해, 유출공(221)은 플라즈마가 대상물(10)의 처리면(11)에 수직하게 입사되도록 하는 유출 경로를 제공할 수 있다.
제1절연체(230)는 제2전극(220)에 대향되도록 제1전극(210)의 일면에 마련될 수 있다. 제1절연체(230)는 절연성 물질, 예를 들면, 세라믹, MgO, MgF2, CaF2, LiF, 알루미나, 유리 등을 이용하여 제조될 수 있다.
상기 처리가스는 처리가스 공급부(250)로부터 공급될 수 있으며, 공급되는 처리가스는 제1플라즈마 발생공간(240)에서 플라즈마로 전환될 수 있다. 처리가스는 특별하게 그 종류가 제한되는 것을 아니며, 당해 분야에서 통상 사용되는 처리가스가 널리 사용될 수 있다. 예를 들면, 질소, 산소, 불활성 기체(rare gas), 이산화탄소, 산화질소, 퍼플루오로화 기체(perfluorinated gas), 수소, 암모니아, 염소(Cl)계 기체, 오존 및 이들의 혼합물 중 하나 이상이 선택적으로 사용될 수 있다. 불활성 기체로서는 헬륨, 아르곤, 네온, 또는 크세논(xenon)이 사용될 수 있다. 퍼플루오로화 기체의 예로는 CF4, C2F6, CF3CF=CF2, CClF3, SF6 등을 들 수 있다. 처리가스는 처리 목적에 따라 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 적절히 선택될 수 있는데, 본 발명에서는 처리가스는 실리콘 카바이드(SiC) 소재의 대상물을 식각하는데 적절한 처리가스가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 처리가스는 N2, O2, 삼불화질소(NF3), H2 중 하나 이상이 선택될 수 있다.
제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에 인가되는 전압은 두 전극 사이의 간격, 전극의 전체 면적, 플라즈마 전환 효율, 사용되는 절연체의 종류 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
그리고, 제1전극(210)에 인가되는 전원은 교류전원일 수 있다. 그리고, 상기 교류전원은 양방향펄스, 단방향펄스, 라디오파, 마이크로파를 포함할 수 있다. 인가되는 교류전원의 주파수는 안정한 플라즈마 방전을 야기하되 아크방전을 야기하지 않는 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.
제1플라즈마 가공부(200)에서는, 대상물이 제1플라즈마 가공부(200)의 외측, 구체적으로는 제2전극(220)의 외측에 마련된 상태에서 식각공정이 이루어질 수 있다. 즉, 대상물이 플라즈마가 발생하는 공간이 아니라, 플라즈마가 발생하는 공간의 외측에 마련된 상태에서 식각공정이 이루어질 수 있다. 이는 본 발명에서와 같이 대상물이 실리콘 카바이드(SiC) 소재인 경우에 특히 중요한 특징이 될 수 있다. 일반적으로 실리콘 카바이트(SiC)는 전도성이 있기 때문에, 전기장에 직접 노출이 되는 방식의 처리는 적합하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 대상물이 제 1 플라즈마 가공부(200)의 외측, 즉, 제2전극(220)의 외측에 마련되도록 하고, 제2전극(220)에 형성되는 유출공(221)을 통해 유출되는 플라즈마에 의해 식각되도록 하는 것이다.
제2전극(220)에 형성되는 유출공(221)은 미세 크기로 형성될 수 있으며, 이를 통해, 플라즈마가 전체적으로 균일하게 유출되도록 할 수 있다. 이러한 방식은 플라즈마의 균일성(Unifomity)를 높일 수 있으며, 대상물의 식각 안정성 및 식각 정밀도를 높일 수 있다.
한편, 앞에서는 제1전극(210)에 전압이 인가되고, 제2전극(220)이 접지되는 것으로 설명했으나, 이와 반대의 구성도 가능하다. 즉, 제1전극(210)이 접지되고 제2전극(220)에 전압이 인가될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 제2플라즈마 가공부(300)에 대해서 설명한다.
도 3 및 도 4를 포함하여 보는 바와 같이, 제2플라즈마 가공부(300)는 제3전극(310), 제2절연체(320) 그리고 제4전극(330)을 가질 수 있다.
제3전극(310)은 원통형의 형상으로 형성될 수 있으며, 전압이 인가될 수 있다. 제3전극(310)이 반드시 원통형의 형상으로 한정되는 것은 아니며, 축 방향에 대한 단면형상이 다각형의 형상을 포함하는 다양한 형상을 가질 수도 있다.
제2절연체(320)는 제3전극(310)의 내주면에 마련될 수 있다. 이를 위해, 제2절연체(320)의 축 방향 단면형상은 제3전극(310)의 축방향 단면형상에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리고, 제4전극(330)은 제2절연체(32)의 내주면에 밀착되도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 제4전극(330)의 축방향 단면형상은 제2절연체(320)의 축 방향 단면형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 본 발명에서는 제4전극(330)은 원통형으로 형성될 수 있으나, 전술한 바와 같이, 제3전극(310)의 형상에 따라 적절히 대응되도록 형성될 수 있다. 제4전극(330)은 접지될 수 있다.
제4전극(330)은 제2절연체(320)의 내주면 상부에 마련될 수 있다. 이를 통해, 처리가스가 전환되어 플라즈마가 형성되는 제2플라즈마 발생공간(311)은 제2플라즈마 가공부(300)의 중앙 하부에 형성될 수 있다. 그리고, 제2플라즈마 발생공간(311)의 플라즈마(P)는 제3전극(310)의 축방향으로 하향 분사될 수 있다. 즉, 플라즈마(P)는 제2플라즈마 가공부(300)의 하측 방향으로 유출될 수 있다.
본 발명에서는 제3전극(310)의 내주면에 제2절연체(320)가 밀착되도록 마련되고, 제2절연체(320)의 내주면에 제4전극(330)이 밀착되도록 마련될 수 있다. 즉, 제2절연체(320)를 중심으로, 제2절연체(320)의 외주면에는 제3전극(310)이 밀착되어 마련되고, 제2절연체(320)의 내주면에는 제4전극(330)이 밀착되어 마련될 수 있다. 따라서, 제2플라즈마 발생공간(311)은 전술한 제1플라즈마 발생공간(240, 도 2 참조)과 같이 전극 사이에 형성되는 공간이 아니라, 제2절연체(320)를 하부를 감싸는 영역을 포함하여 형성될 수 있다. 제2절연체(320)의 하단부는 제3전극(310)의 하단부에 대응되는 위치에 마련되거나, 제3전극(310)보다 하측으로 연장 형성될 수 있다. 그리고, 제2절연체(320)는 축 방향을 따른 내측 지름이 동일하도록 형성될 수 있다. 본 발명에서, 상기 영역은 제2플라즈마 가공부(300)의 중앙 하부 영역에 형성될 수 있으며, 따라서, 플라즈마는 집중된 형태로 분사될 수 있다.
제4전극(330)의 하단부는 외주면으로 갈수록 지름이 증가하도록 경사지게 형성되는 확대부(331)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마는 제4전극(330)의 하단부에 더욱 집중될 수 있기 때문에, 플라즈마가 강하게 분사될 수 있다. 플라즈마의 분사력이 증가되는 경우, 피처리물인 대상물(10)의 처리면(11)에 가해지는 에너지가 더욱 증가될 수 있으므로, 대상물(10)의 식각 효율이 좋아질 수 있다.
그리고, 제2플라즈마 가공부(300)는 제1커버부(340) 및 제2커버부(350)를 가질 수 있다.
제1커버부(340)는 제3전극(310)의 외주면을 감싸도록 형성될 수 있으며, 제3전극(310)과 이격되어 마련될 수 있다. 이를 통해, 제1커버부(340)의 내주면 및 제3전극(310)의 외주면의 사이의 공간으로 이루어지는 제1토출공간(341)이 형성될 수 있다. 그리고, 제1토출공간(341)을 통해서는 제3전극(310)의 축방향으로 제1가스(342)가 하향 분사될 수 있다. 제1커버부(340)는 제3전극(310)의 축 방향 단면형상에 대응되는 단면 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1커버부(340)는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1토출공간(341)에서 분사되는 제1가스(342)는 분사되는 플라즈마(P)를 감쌀 수 있다. 특히, 제1가스(342) 및 플라즈마(P)의 분사방향이 서로 평행하기 때문에, 제1가스(342)는 플라즈마(P)를 감싸도록 분사될 수 있으며, 이를 통해, 플라즈마(P)를 집속시킬 수 있다. 제1가스(342)로는 상기 처리가스가 사용되거나, 별도의 가스가 사용될 수 있다.
제2커버부(350)는 제1커버부(340)의 외주면을 감싸도록 형성될 수 있으며, 제1커버부(340)와 이격되어 마련될 수 있다. 이를 통해, 제2커버부(350)의 내주면 및 제1커버부(340)의 외주면의 사이의 공간으로 이루어지는 제2토출공간(351)이 형성될 수 있다. 그리고, 제2토출공간(351)을 통해서는 제3전극(310)의 축 방향으로 제2가스(352)가 하향 분사될 수 있다. 제2커버부(350)는 제3전극(310)의 축 방향 단면형상에 대응되는 단면 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제2커버부(350)는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제2토출공간(351)에서 분사되는 제2가스(352)는 분사되는 제1가스(342)를 감싸도록 분사될 수 있다. 특히, 제2가스(352)의 분사방향은 제1가스(342)의 분사방향과 서로 평행하기 때문에, 제2가스(352)는 제1가스(342)를 감싸도록 분사될 수 있으며, 이를 통해, 제1가스(342)를 그 내측에 가둘 수 있다. 나아가, 제2가스(352)는 제1가스(342)를 뚫고 제1가스(342)의 외측으로 나올 수 있는 플라즈마(P)를 가둘 수 있다. 따라서, 제2가스(352) 외측으로의 플라즈마 효과는 차단될 수 있으며, 제2가스(352)의 외측에서는 대상물의 식각이 이루어지지 않을 수 있다. 이를 통해, 제2플라즈마 가공부(300)는 플라즈마를 대상물(10)의 처리면의 일정 영역에 집중 분사할 수 있다.
그리고, 제2플라즈마 가공부(300)는 수직 방향 및 수평 방향으로 이동될 수 있다. 여기서, 제2플라즈마 가공부(300)의 수직 또는 수평 방향으로의 이동은 동시에 이루어지거나 개별적으로 이루어질 수 있다.
또한, 제2플라즈마 가공부(300)는 수평방향으로 편심 회전할 수 있다. 제2플라즈마 가공부(300)가 미리 정해진 속도로 회전하고, 대상물(10)이 미리 정해진 속도로 이동하더라도 분사되는 플라즈마의 불균일에 기인하여 대상물(10)의 처리면(11)의 불균일이 발생할 수 있다. 제2플라즈마 가공부(300)는 수평방향으로 편심 회전할 수 있으며, 이를 통해, 대상물(10)에 대한 플라즈마 가공결과의 불균일을 최소화할 수 있다.
더하여, 대기압 플라즈마 표면처리장치(100)는 자기장 인가부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 자기장 인가부는 플라즈마가 분사되는 제2플라즈마 가공부(300)의 하단부 및 대상물(10)의 처리면(11)의 사이에 자기장을 인가할 수 있다. 상기 자기장 인가부에서 인가되는 자기장은 분사되는 플라즈마를 회전시킬 수 있으며, 이를 통해, 제2플라즈마 가공부(300)의 하단부 및 대상물(10)의 처리면(11)의 사이에는 회전하는 플라즈마 채널이 형성될 수 있다. 상기 플라즈마 채널에서 회전하는 플라즈마는 대상물(10)의 처리면(11)에서의 가공 불균일을 최소화할 수 있다.
한편, 앞에서는 제3전극(310)에 전원이 인가되고, 제4전극(330)이 접지되는 것으로 설명하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 상기 제3전극이 접지되고 상기 제4전극에 전원이 인가될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다. 본 실시예에서는 제2절연체의 형상이 다를 수 있으며, 다른 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 제2절연체(420)의 하단부는 제3전극(410)의 하단부보다 하측으로 연장 형성될 수 있다. 그리고, 제2절연체(420)의 하단부는 중심방향으로 축관 형성되어 노즐부(421)를 형성할 수 있다. 이를 통해, 분사되는 플라즈마(P)는 대상물(10)의 처리면(11)의 일정 영역에 집중하여 분사될 수 있으며, 플라즈마(P)와 대상물(10)의 처리면(11)과의 충돌력이 증가되어 식각 효율이 증대될 수 있다.
이에 더하여, 제1커버부(440) 및 제2커버부(450)의 하단부도 각각 중심방향으로 축관 형성되어 제1노즐부(441) 및 제2노즐부(451)를 형성할 수 있으며, 이를 통해, 분사되는 제1가스(442) 및 제2가스(452)가 대상물(10)의 처리면(11)의 일정 영역에 효과적으로 집중되도록 분사될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 대기압 플라즈마 표면처리장치의 제2플라즈마 가공부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 제1커버부(540)의 외주면에는 제5전극(570)이 더 구비될 수 있다. 제5전극(570)은 제1커버부(540)의 외주면에 밀착되도록 원통형으로 형성될 수 있다.
그리고, 제5전극(570)에는 전원이 인가될 수 있으며, 제5전극(570)은 제4전극(530)과 쌍을 이루어 작동하면서 제1토출공간(541)에 플라즈마를 발생할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 제2플라즈마 발생공간(511) 및 제1토출공간(541)에서 모두 플라즈마가 발생될 수 있다.
또한, 제2커버부(550)의 외주면에는 제6전극(580)이 더 구비될 수 있으며, 제6전극(580)은 제2커버부(550)의 외주면에 밀착되도록 원통형으로 형성될 수 있다. 그리고, 제6전극(580)에는 전원이 인가될 수 있으며, 제6전극(580)은 제4전극(530)과 쌍을 이루어 작동하면서 제2토출공간(551)에 플라즈마를 발생할 수 있다. 이 경우, 제2플라즈마 발생공간(511) 및 제1토출공간(541)에서도 플라즈마가 발생될 수 있으며, 따라서, 제2플라즈마 가공부의 여러 공간(511,541,551)에서 동시에 플라즈마가 분사될 수 있다.
전술한 플라즈마 분사 예는 제5전극(570) 및 제6전극(580)에 전원이 선택적으로 인가되도록 함으로써 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 대기압 플라즈마 표면처리장치
200: 제1플라즈마 가공부
210: 제1전극
220: 제2전극
221: 유출공
230: 제1절연체
300: 제2플라즈마 가공부
310,410: 제3전극
320,420: 제2절연체
330,530: 제4전극
331: 확대부
340,440,540: 제1커버부
341,541: 제1토출공간
342,442: 제1가스
350,450,550: 제2커버부
351,551: 제2토출공간
352,452: 제2가스
421: 노즐부
441: 제1노즐부
451: 제2노즐부
570: 제5전극
580: 제6전극

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 대상물의 처리면의 전체 영역에 동시 분사하는 제1플라즈마 가공부; 및
    플라즈마를 발생하고, 발생되는 플라즈마를 대상물의 처리면의 일정 영역에 집중 분사하는 제2플라즈마 가공부를 포함하고,
    상기 제2플라즈마 가공부는,
    원통형의 제3전극;
    상기 제3전극의 내주면에 면접하여 구비되는 원통형의 제2 절연체;
    상기 제2절연체의 내주면에 면접하고, 상기 제2절연체의 상단부에 배치되는 원통형의 제4전극; 및
    상기 제3전극과 일정 거리 이격되어 상기 제3전극을 에워싸는 원통형의 제1 커버부를 포함하고,
    상기 제3전극 및 제4전극 중 어느 하나에 전원이 인가되면 상기 제4전극의 하단부로부터 상기 제2절연체의 하단부 방향으로 플라즈마가 분사되고,
    상기 제3전극 및 제1커버부의 사이는 제1토출공간을 형성하고,
    상기 제1토출공간을 통해 제1가스가 하향 분사되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1가스는 분사되는 플라즈마를 감싸도록 분사되어 상기 플라즈마를 집속시키는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1커버부의 외주면에 밀착되도록 원통형으로 형성되고 전원이 인가되는 제5전극이 더 구비되며, 상기 제1토출공간을 통해서 분사되는 상기 제1가스는 플라즈마인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1커버부의 외주면을 감싸도록 원통형의 제2커버부가 이격되어 마련되고, 상기 제1커버부 및 상기 제2커버부의 사이에 형성되는 제2토출공간을 통해서는 제2가스가 하향 분사되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2가스는 분사되는 플라즈마 및 상기 제1가스를 감싸도록 분사되어 상기 플라즈마에 의한 플라즈마 효과를 차단하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2커버부의 외주면에 밀착되도록 원통형으로 형성되고 전원이 인가되는 제6전극이 더 구비되며, 상기 제2토출공간을 통해서 분사되는 상기 제2가스는 플라즈마인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2절연체의 하단부는 상기 제3전극의 하단부보다 하측으로 연장 형성되고, 중심방향으로 축관 형성되어 노즐부를 형성하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 대기압 플라즈마 표면처리장치는 수직 방향 및 수평 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 대기압 플라즈마 표면처리장치는 분사되는 플라즈마의 불균일이 방지되도록 수평방향으로 편심 회전하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 분사되는 플라즈마를 회전시키도록 상기 분사되는 플라즈마를 향해 자기장을 인가하는 자기장 인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리장치.
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