KR102611478B1 - Apparatus for plasma treatment - Google Patents
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Abstract
본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 플라즈마 표면 처리가 수행되는 밀폐된 공간에 형성한 저압 상태인 대기를 방전하여 별도의 공정 가스를 사용하지 않는 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 이에 따라, 저압 상태인 대기를 상대적으로 낮은 전압을 이용하여 방전함으로써 안정적이며 높은 표면 처리 성능을 갖춘 플라즈마 발생이 가능하고 경제적인 장치 구성이 가능하며, 공정 가스의 사용에 따른 운영 및 관리비용이 발생하지 않는 장점을 가진다. 또한, 의료산업에서 적용되기 위해 플라즈마 표면처리 공정의 안전성과 유효성이 확보되며, 무균성 확보 및 사용성이 극대화될 수 있다.According to an aspect based on the technical idea of the present disclosure, a plasma processing device that does not use a separate process gas by discharging a low-pressure atmosphere formed in a closed space where plasma surface treatment is performed is disclosed. Accordingly, by discharging the low-pressure atmosphere using a relatively low voltage, it is possible to generate plasma with stable and high surface treatment performance and to construct an economical device, while operating and management costs are incurred due to the use of process gas. It has the advantage of not doing so. In addition, for application in the medical industry, the safety and effectiveness of the plasma surface treatment process are secured, and sterility and usability can be maximized.
Description
본 개시(disclosure)의 기술적 사상은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 별도의 공정 가스를 사용하지 않고 피처리물에 플라즈마 처리에 따른 특성을 부여하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The technical idea of the present disclosure relates to a plasma processing device, and more specifically, to a plasma processing device for imparting properties according to plasma processing to an object to be treated without using a separate process gas.
플라즈마는 자유전자, 이온화된 원자 및 분자, 라디칼 등을 포함하는 이온화된 가스로서, 물질의 상태 중 기체에 큰 에너지를 인가하면 일반적인 상전이와는 다른 전자와 이온으로 구성된 플라즈마 상태가 됨으로 발생된다. 이러한 플라즈마는 고에너지의 하전 입자를 포함하기 때문에 다른 물질과 활발히 반응하여 물리적, 화학적 변화를 나타내기 때문에, 다양한 산업에 이용된다.Plasma is an ionized gas containing free electrons, ionized atoms and molecules, radicals, etc., and when large energy is applied to the gas in the state of matter, it becomes a plasma state composed of electrons and ions, which is different from the general phase transition. Because this plasma contains high-energy charged particles, it actively reacts with other materials and exhibits physical and chemical changes, so it is used in various industries.
산업에서 사용되는 종래의 플라즈마 기술은 고진공에서 고주파 등을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 진공 환경에서 플라즈마를 이용한 표면처리 기술은 1980년대부터 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 주요 첨단산업에서 핵심 제조공정 기술로 사용되면서, 증착(deposition), 식각(etching), 에싱(ashing) 등의 목적으로 진공 플라즈마 기술에 대한 연구가 활발히 이루어졌다.Conventional plasma technology used in industry is characterized by generating plasma using high frequencies, etc. in high vacuum. Surface treatment technology using plasma in such a vacuum environment has been used as a core manufacturing process technology in major high-tech industries such as semiconductors, displays, and solar cells since the 1980s, and has been used for deposition, etching, ashing, etc. For this purpose, research on vacuum plasma technology has been actively conducted.
이러한 진공 플라즈마를 이용한 종래의 플라즈마 처리 기술은 진공 챔버 안에 피처리물을 인입하고 고진공 펌프를 이용하여 챔버 내부의 압력을 충분한 진공(예를 들어, 1 mTorr 이하)을 형성한다. 챔버 내부의 진공을 충분히 확보하고 공정 가스를 주입함으로써, 플라즈마 방전과 공정 가스의 특성에 따른 표면처리가 가능해진다. 여기서 충분한 진공도는 대기 가스를 충분히 제거하여 이후 주입되는 공정 가스의 순도를 높이는 것을 일차적인 목적으로 하고 있으며, 공정 가스는 증착, 식각, 에싱과 같은 각각의 목적에 따라 선정되며, 표면처리의 목적에 따라 주입되는 가스의 혼합, 주입량, 배기 속도 등이 조정되어 플라즈마 표면처리의 성능이 확보된다.In the conventional plasma processing technology using vacuum plasma, an object to be treated is introduced into a vacuum chamber and a high vacuum pump is used to create a sufficient vacuum (for example, 1 mTorr or less) inside the chamber. By securing a sufficient vacuum inside the chamber and injecting process gas, plasma discharge and surface treatment according to the characteristics of the process gas are possible. Here, the primary purpose of sufficient vacuum is to sufficiently remove atmospheric gases to increase the purity of the process gas injected thereafter. The process gas is selected according to each purpose such as deposition, etching, and ashing, and is used for the purpose of surface treatment. The performance of plasma surface treatment is secured by adjusting the mixture, injection amount, and exhaust speed of the injected gas accordingly.
대기압 플라즈마 기술은 고가의 진공 펌프를 사용하지 않고, 이에 따라 별도의 밀폐된 챔버 환경을 구성하지 않고 플라즈마 처리를 할 수 있다는 장점을 가진다. 대기압 플라즈마 기술은 진공 플라즈마 기술과 동일하게 표면처리의 목적에 따라 공정 가스를 선정하여 목표한 표면처리 효과를 가지는 것을 특징으로 한다. 하지만, 대기압 플라즈마 기술은 대기 환경에서 공정 가스를 주입하여 대기 분자들의 혼재되어 있는 환경에서 처리가 이루어질 수 밖에 없어 높은 순도의 공정 가스의 분압 제어가 어려운 한계를 가지고 있다. 또한, 대기압 플라즈마 기술은 밀폐된 진공 챔버가 아닌 열린 공간에서 공정이 이루어지기 때문에 공정 가스가 외부로 노출되는 문제로 사용할 수 있는 가스의 종류가 한정되며, 플라즈마 방전을 통해서 발생하는 활성종 등의 부산물에 대한 노출로 인하여 한계를 가지고 있다. 특히, 대기 환경에서의 플라즈마 발생 환경에서 배제할 수 없는 대기 가스(질소와 산소)로 인하여, 플라즈마 반응으로 발생하는 질소 활성종(RNS, Reactive nitrogen species) 및 산소 활성종(ROS, Reactive oxygen species)의 노출에 대한 사용자 안전성 확보에 위험성을 가지고 있다.Atmospheric pressure plasma technology has the advantage of being able to perform plasma treatment without using an expensive vacuum pump and therefore without creating a separate sealed chamber environment. Atmospheric pressure plasma technology, like vacuum plasma technology, is characterized by having a target surface treatment effect by selecting a process gas according to the purpose of surface treatment. However, atmospheric pressure plasma technology has the limitation that it is difficult to control the partial pressure of high-purity process gas because process gas must be injected in an atmospheric environment and processing must be performed in an environment where atmospheric molecules are mixed. In addition, because atmospheric pressure plasma technology is carried out in an open space rather than a sealed vacuum chamber, the type of gas that can be used is limited due to the problem of the process gas being exposed to the outside, and by-products such as activated species generated through plasma discharge. It has limitations due to exposure to In particular, due to atmospheric gases (nitrogen and oxygen) that cannot be excluded in the plasma generation environment in the atmospheric environment, nitrogen reactive species (RNS, Reactive nitrogen species) and oxygen reactive species (ROS, Reactive oxygen species) generated through plasma reaction. There is a risk in ensuring user safety due to exposure.
대기(Atmosphere)는 일반적으로 전체의 주위를 일정하게 둘러싸고 있는 기체를 의미하며, 지구 중력에 의하여 지구 주위를 둘러싸고 있는 기체이다. 이러한 대기의 구성 기체는 질소(일반적으로 약 78%)와 산소(일반적으로 약 21%)를 비롯하여 아르곤(일반적으로 약 0.93%), 이산화탄소, 네온, 헬륨 등이다. 대기는 여러가지 기체의 혼합물이며, 공기의 운동에 의하여 이산화탄소와 오존을 제외하고는 일정 높이(일반적으로 지표면에서부터 80km)까지 일정한 조성으로 분포된다. 분압(partial pressure)은 대기와 같은 혼합 기체의 성분들 각각이 지니는 압력을 의미한다. 예를 들어, 1기압의 대기 중에서 질소의 분압은 0.78기압이며, 산소의 분압은 0.21기압이다.Atmosphere generally refers to the gas that uniformly surrounds the entire environment, and is the gas that surrounds the Earth due to the Earth's gravity. The gases that make up this atmosphere include nitrogen (typically about 78%), oxygen (typically about 21%), argon (typically about 0.93%), carbon dioxide, neon, and helium. The atmosphere is a mixture of various gases, and due to the movement of air, except for carbon dioxide and ozone, they are distributed in a certain composition up to a certain height (generally 80 km from the ground surface). Partial pressure refers to the pressure of each component of a mixed gas, such as the atmosphere. For example, in an atmosphere of 1 atmosphere, the partial pressure of nitrogen is 0.78 atmospheres, and the partial pressure of oxygen is 0.21 atmospheres.
종래의 대기압 플라즈마 기술은 대기에서 발생하는 활성종 등의 부산물을 최소화하면서 플라즈마의 안정성(stability)을 향상시키기 위해 불활성 가스(예를 들어, 헬륨 또는 아르곤 등)를 이용하여 표면 처리하는 기술이 많이 사용되고 있다. 이와 같이 많은 양의 가스를 지속적으로 공급하면서 플라즈마 표면처리를 하는 것이 경제성이 떨어질 수 있지만, 종래의 진공 플라즈마 기술의 구현을 위한 고가의 진공 챔버, 진공 펌프와 고순도의 정밀한 공급 제어 등이 요구되는 방법과 비교할 때 상대적으로 높은 경쟁력을 가지고 있다. 이에 대기압 플라즈마 기술은 정밀도 측면에서 비교적 덜 민감한 적용 산업(이차전지, 섬유, 환경 등)에서 사용되고 있다. 대표적으로 농업분야에서는, 종자의 살균 및 발아촉진을 위해 연구개발이 이뤄지고 있으며, 플라즈마를 이용한 식품의 비가열 살균을 통해 식품의 보존성을 향상시키는 연구개발도 이뤄지고 있다.In conventional atmospheric pressure plasma technology, surface treatment technology using inert gas (for example, helium or argon, etc.) is widely used to improve the stability of plasma while minimizing by-products such as active species generated in the atmosphere. there is. Although it may be less economical to perform plasma surface treatment while continuously supplying a large amount of gas, the method requires an expensive vacuum chamber, vacuum pump, and high-purity, precise supply control to implement conventional vacuum plasma technology. It has relatively high competitiveness compared to Accordingly, atmospheric pressure plasma technology is used in applied industries (secondary batteries, textiles, environment, etc.) that are relatively less sensitive in terms of precision. Typically, in the agricultural field, research and development is being conducted to sterilize seeds and promote germination, and research and development to improve the preservation of food through non-heat sterilization of food using plasma is also being conducted.
최근, 대기압 플라즈마 기술이 의료산업에서 다양하게 사용되고 있으며, 의료기기의 살균(sterilization) 혹은 의료기기 표면에 잔류하는 불순물을 제거(cleaning)하는 기술이 있다. 특히, 생체 삽입용 의료기기인 의료용 임플란트의 경우 생체 적합성을 향상하기 위해서 다양한 소재 개발이 이루어지는 것과 함께 표면의 유효 표면적을 증가시키기 위한 표면처리 기술들이 있으며, 표면 위의 불순물을 제거하여 바이오 소재의 유효 표면적을 증가시키면서 불순물에 의한 염증 반응을 감소시킬 수 있다. 또한 플라즈마 처리를 통해 표면에너지 제어 등 다양한 목적(가교반응, 표면화학 반응에 의한 구조변화, 살균, 젖음성, 접착성, 결합성, 표면 강화, 표면 열저항성의 개질 등)으로 사용되고 있다. Recently, atmospheric pressure plasma technology has been widely used in the medical industry, and there are technologies for sterilizing medical devices or cleaning impurities remaining on the surfaces of medical devices. In particular, in the case of medical implants, which are medical devices for insertion into the living body, various materials are being developed to improve biocompatibility, and there are surface treatment technologies to increase the effective surface area of the surface, and remove impurities on the surface to improve the effectiveness of biomaterials. By increasing the surface area, the inflammatory response caused by impurities can be reduced. In addition, it is used for various purposes such as surface energy control through plasma treatment (crosslinking reaction, structural change due to surface chemical reaction, sterilization, wettability, adhesion, bonding, surface strengthening, modification of surface heat resistance, etc.).
대기압 플라즈마를 이용한 불순물 제거 및 표면에너지 향상을 목적으로 사용되는 기술이 있으며, 이는 산업용 플라즈마에서 산소 가스를 이용한 에싱 공정 기술과 유사한 공정 메카니즘을 가지고 있다. There is a technology used for the purpose of removing impurities and improving surface energy using atmospheric pressure plasma, and it has a process mechanism similar to the ashing process technology using oxygen gas in industrial plasma.
산업용 플라즈마 에싱 공정 기술은 대표적으로 반도체 제조 공정 중 공정 후 잔류하는 포토레지스트 내지 전공정에서 발생한 부산물을 세정 및 제거를 목적으로 사용되고 있다. 이러한 에싱 공정은 산소 함유 가스를 포함하는 공정 가스를 사용하여 산소 활성종 등을 발생시켜 반도체 제조 공정에서 발생한 부산물을 제거하는데(선행문헌 한국등록특허 제10-1226297호), 이를 그대로 채용하여 산소 기체로부터 변형된 산소 플라즈마를 이용하여 치과 임플란트의 표면을 처리하는 기술이 개발된 바 있다.(선행문헌 한국공개특허 제10-2016-0065698호)Industrial plasma ashing process technology is typically used during the semiconductor manufacturing process for the purpose of cleaning and removing photoresist remaining after the process or by-products generated in the pre-process. This ashing process uses a process gas containing oxygen-containing gas to generate oxygen active species, etc. to remove by-products generated in the semiconductor manufacturing process (prior document Korean Patent No. 10-1226297), and this is adopted as is to produce oxygen gas. A technology for treating the surface of dental implants using modified oxygen plasma has been developed (prior document Korean Patent Publication No. 10-2016-0065698).
산업용 플라즈마를 이용한 반도체 등의 에싱 공정과 의료산업에서 대기압 플라즈마를 이용한 의료용 임플란트의 표면처리 기술은 탄화수소(Hydrocarbon, CHx)와 같은 유기물을 플라즈마 처리를 통해서 제거하고, 살균 및 표면에너지 향상을 위한 활성종(OH)의 발생되는 플라즈마 반응은 다음과 같이 간단히 표현될 수 있다.The ashing process for semiconductors using industrial plasma and the surface treatment technology for medical implants using atmospheric pressure plasma in the medical industry remove organic substances such as hydrocarbons (CHx) through plasma treatment and use activated species for sterilization and improvement of surface energy. The resulting plasma reaction of (OH) can be simply expressed as follows.
CHx + O2 + (Plasma)→CO2 + H2O + OHCH x + O 2 + (Plasma)→CO 2 + H 2 O + OH
의료산업에서는 사용되는 의료용 임플란트의 성능의 향상시키기 위해 표면의 유효 표면적을 증가시키는 표면 처리 공정, 불순물을 제거하기 위한 세척 공정, 무균성을 확보하기 위한 멸균 공정이 제조 공정에 포함된다. 하지만, 제조 과정에서 완벽히 불순물을 제거하였다고 하더라도 종래의 멸균 공정(산화에틸렌(Ethylene Oxide, EO) 가스 혹은 방사선) 및 유통 및 보관 과정에서 발생하는 표면 오염은 불가피한 현상이라 할 수 있다.In the medical industry, in order to improve the performance of medical implants used, the manufacturing process includes a surface treatment process to increase the effective surface area, a cleaning process to remove impurities, and a sterilization process to ensure sterility. However, even if impurities are completely removed during the manufacturing process, surface contamination that occurs during the conventional sterilization process (Ethylene Oxide (EO) gas or radiation) and distribution and storage processes is an inevitable phenomenon.
의료산업에서 사용되는 종래의 플라즈마 기술은 대기압 플라즈마를 이용하여 불순물(예를 들어, 탄화수소) 제거 및 표면에너지 향상(임플란트 표면에서의 OH 작용기 형성)을 통해서 표면처리 효과를 만들고 있다. 일차적으로 플라즈마 발생에 따른 부산물을 줄이기 위한 목적으로 아르곤 및 헬륨과 같은 불활성 가스를 공정 가스로 사용하고 있다. 또한 이와 같은 공정 가스의 주입을 통해서 플라즈마 발생을 위한 전압을 떨어뜨릴 수 있고 임플란트 표면에서 안정적인 플라즈마 발생이 가능하며, 이로 인하여 플라즈마에 의한 표면의 손상을 방지할 수 있다. 하지만, 상기 표면 반응식에서 불순물을 제거하거나 표면에너지를 높이기 위해서 사용되는 실질적인 공정 가스는 산소이지만, 부산물을 줄이기 위해서 별도의 공정 가스를 주입하여 산소의 분압을 줄이기에 그 처리 성능이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.Conventional plasma technology used in the medical industry uses atmospheric pressure plasma to create a surface treatment effect by removing impurities (eg, hydrocarbons) and improving surface energy (forming OH functional groups on the implant surface). Inert gases such as argon and helium are used as process gases primarily to reduce by-products resulting from plasma generation. In addition, through injection of this process gas, the voltage for plasma generation can be lowered and stable plasma generation is possible on the implant surface, thereby preventing damage to the surface due to plasma. However, the actual process gas used to remove impurities or increase surface energy in the surface reaction equation is oxygen, but in order to reduce by-products, a separate process gas is injected to reduce the partial pressure of oxygen, which has the problem of poor treatment performance. .
대기압 플라즈마 기술의 성능 측면에서의 한계는 공정 가스의 분압에 대한 한계 뿐만 아니라, 높은 압력에서 방전되는 플라즈마의 에너지 측면에서 한계를 가지고 있다. 플라즈마는 일정 공간에 전기장을 형성하고, 전기장 위에서 가속되는 전자를 통해서 에너지를 전달하며, 가속된 전자는 주변의 공정 가스 분자들과의 충돌을 통해서 이온화 반응이 이루어진다. 대기압은 진공 환경에 비해 높은 분자 밀도를 가지고 있어 자유이동거리 (mean free path)가 짧아지고 가속 거리가 짧아지며 이에 따라 인가하는 전력 대비 낮은 플라즈마 에너지를 가지게 된다. 즉, 임플란트 표면에 부착된 불순물을 다양한 에너지 값으로 부착되어 있으며, 대기압 플라즈마를 이용하는 경우 상대적으로 낮은 에너지 값으로 부착된 불순물만 제거할 수 밖에 없다는 한계가 있다.The limitations in terms of performance of atmospheric pressure plasma technology are not only limitations on the partial pressure of the process gas, but also limitations on the energy of plasma discharged at high pressure. Plasma forms an electric field in a certain space and transfers energy through electrons accelerated over the electric field, and the accelerated electrons undergo an ionization reaction through collisions with surrounding process gas molecules. Atmospheric pressure has a higher molecular density than a vacuum environment, resulting in a shorter mean free path and shorter acceleration distance, resulting in lower plasma energy compared to the applied power. In other words, impurities attached to the surface of the implant are attached at various energy values, and when using atmospheric pressure plasma, there is a limitation in that only impurities attached at a relatively low energy value can be removed.
의료산업에서 사용되고 있는 종래의 대기압 플라즈마 처리 기술은 공정 가스의 사용으로 사용자 안전성을 일부 확보할 수 있지만 충분하지 못하고, 플라즈마 처리 성능에 있어서 한계를 가지고 있을 뿐만 아니라, 공정 가스의 사용을 위해서 별도의 가스보관부와 가스공급부를 필연적으로 구비되어야 하며, 이의 운영 및 관리를 위한 구성이 요구됨에 따라 이의 도입 및 운영에 있어서 높은 비용이 발생하며 사용성을 떨어지는 문제점을 가진다.Conventional atmospheric pressure plasma processing technology used in the medical industry can partially secure user safety through the use of process gas, but is not sufficient and has limitations in plasma processing performance, as well as requiring a separate gas for use of the process gas. A storage unit and a gas supply unit must inevitably be provided, and as configuration for operation and management is required, high costs are incurred in introduction and operation, and there is a problem of poor usability.
플라즈마 기술은 피처리물의 표면에 불순물 제거 및 표면에너지 향상을 통해 살아있는 뼈와 인공의 임플란트 사이의 기능적 연결되는 골유착(Osseointegration) 성능을 향상시키며 나아가 생체 적합성을 향상시키는 효과가 있다. 이에 따라, 플라즈마 기술은 치과 임플란트, 정형외과 임플란트, 골이식재, 피부이식재, 안과 임플란트, 심장 임플란트, 인공와우, 미용 임플란트, 신경 임플란트 등의 표면 처리를 위해 사용될 수 있다. 그러나, 의료산업은 이러한 임플란트와 같이 인체에 삽입되는 의료기기에 대해 무균성에 대한 가장 높은 요구사항을 가지는 고위험 의료기기로 높은 의료기기 등급으로 관리하고 있다. 이에 따라, 플라즈마 기술이 의료산업에 적용되기 위해서는 피처리물의 무균성을 유지하면서 표면 처리가 이뤄질 수 있도록 하여야 하며, 피처리물을 비롯한 의료기기의 2차 오염이 발생하지 않는 장치의 운영이 요구된다.Plasma technology has the effect of improving osseointegration performance, which is the functional connection between living bone and artificial implants, by removing impurities on the surface of the treated object and improving surface energy, and further improving biocompatibility. Accordingly, plasma technology can be used for surface treatment of dental implants, orthopedic implants, bone graft materials, skin graft materials, ophthalmic implants, heart implants, cochlear implants, cosmetic implants, neural implants, etc. However, the medical industry manages medical devices inserted into the human body, such as these implants, as high-risk medical devices with the highest requirements for sterility and a high medical device rating. Accordingly, in order for plasma technology to be applied to the medical industry, surface treatment must be performed while maintaining the sterility of the object to be treated, and operation of a device that does not cause secondary contamination of medical devices, including the object to be treated, is required. .
또한, 장치가 운영되는 환경은 위독성의 유해물질에 취약한 환자가 노출되기 때문에 플라즈마 반응으로 발생하는 활성종의 노출에 대한 사용자 안전성의 확보가 매우 중요하다.In addition, because the environment in which the device is operated exposes patients who are vulnerable to highly toxic hazardous substances, it is very important to ensure user safety against exposure to active species generated through plasma reaction.
또한, 의료산업은 인간의 생명과 직결된 특성으로 새로운 기술의 도입을 위해서는 높은 안전성과 유효성의 체계적인 검증을 요구하며, 이를 위해 단순하고 직관적이며 쉽게 검증된 효과가 인지할 수 있도록 하는 기술이 요구된다. 이러한 기술은 안전성과 유효성뿐만 아니라 사용자의 사용성(Usability) 측면에서도 향상된 효과를 가질 수 있다.In addition, as the medical industry is directly related to human life, the introduction of new technology requires systematic verification of high safety and effectiveness. To this end, technology is required that is simple, intuitive, and allows the verified effects to be easily recognized. . These technologies can have improved effects not only in terms of safety and effectiveness, but also in terms of user usability.
정리하여 설명하면, 종래의 진공 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 기술은 고진공을 형성하고 순도 높은 공정 가스를 이용하여 안정적 플라즈마를 발생시키며 표면 처리 성능을 달성하지만, 고가의 장치 구성이 요구되는 한계를 가진다.To summarize, plasma processing technology using conventional vacuum plasma creates a high vacuum, generates stable plasma using a high-purity process gas, and achieves surface treatment performance, but has the limitation of requiring an expensive device configuration.
종래의 대기압 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 기술은 대기압 환경에서 불활성의 공정 가스를 이용하여 안정적 플라즈마를 발생시키며 경제성 갖춘 장치구성이 가능하지만, 제한된 표면 처리 성능과 다량의 방전 부산물에 의해 낮은 안전성의 한계를 가진다.Conventional plasma processing technology using atmospheric pressure plasma generates stable plasma using an inert process gas in an atmospheric pressure environment and allows for economical device configuration, but has low safety limitations due to limited surface treatment performance and a large amount of discharge by-products. .
또한, 종래의 기술은 모두 공정 가스를 이용함에 따라 운영 및 관리를 위한 비용이 발생하며 사용성이 떨어지는 문제점을 가진다. 특히, 의료산업에 적용되기 위해 요구되는 안전성과 유효성을 갖추지 못하며 사용성에서도 한계가 있다.In addition, all conventional technologies use process gas, which incurs costs for operation and management and has problems with poor usability. In particular, it does not have the safety and effectiveness required for application in the medical industry and has limitations in usability.
본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 별도의 공정 가스를 사용하지 않고 밀폐 공간의 대기를 배기하여 형성된 저압 상태인 대기를 상대적으로 낮은 전압을 이용하여 방전하여 안정적 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is a plasma processing device that generates stable plasma by discharging the low-pressure atmosphere formed by exhausting the atmosphere in a closed space without using a separate process gas using a relatively low voltage. is to provide.
또한, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술 과제는, 방전된 저압 상태인 대기에 의한 플라즈마 발생을 통한 피처리물 표면의 불순물 제거를 비롯한 표면 처리 성능을 압력 제어를 통해 개선한 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to provide a plasma processing device that improves surface treatment performance through pressure control, including removal of impurities from the surface of the object to be treated through plasma generation by discharged low-pressure atmosphere. It is provided.
또한, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전극 구조와 전압 제어를 통해 피처리물 주변에 집중적으로 방전된 저압 상태인 대기에 의한 플라즈마 발생이 이뤄져 표면 처리 성능이 향상된 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to provide a plasma processing device with improved surface treatment performance by generating plasma by the low-pressure atmosphere discharged intensively around the object to be treated through electrode structure and voltage control. It is provided.
또한, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 별도의 공정 가스를 사용하지 않고 저압 상태인 대기를 이용하여 플라즈마를 발생시킴으로써 운영 및 관리 비용이 절감되고 높은 사용성을 갖춘 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to generate plasma using low-pressure atmosphere without using a separate process gas, thereby reducing operating and management costs and providing a plasma processing device with high usability. It is provided.
또한, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 저압 상태인 대기를 방전하여 플라즈마 방전을 통해 발생하는 활성종 등의 부산물 발생을 줄여 사용자 안전성을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to provide a plasma processing device that improves user safety by reducing the generation of by-products such as active species generated through plasma discharge by discharging the low-pressure atmosphere.
또한, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 포장된 용기 내부의 피처리물 주변에 플라즈마 발생이 이뤄지도록 하여 피처리물의 무균성이 유지된 상태에서 처리가 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to provide a plasma processing device capable of processing the object while maintaining its sterility by generating plasma around the object to be treated inside a packaged container. I'm doing it.
또한, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 표면 처리 과정에서 사용자의 개입을 줄임으로 피처리물을 비롯한 의료기기의 2차 오염을 방지하며 사용성을 향상시킨 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.In addition, another technical task to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to provide a plasma processing device that prevents secondary contamination of medical devices, including objects to be treated, and improves usability by reducing user intervention in the surface treatment process. there is.
그리고, 본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 플라즈마 표면 처리 과정을 사용자가 단순하고 직관적으로 시인할 수 있도록 하여 안전성과 유효성뿐만 아니라 사용성이 개선된 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.Another technical task to be achieved by the technical idea of the present disclosure is to provide a plasma processing device with improved safety and effectiveness as well as usability by allowing users to simply and intuitively recognize the plasma surface treatment process.
본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 당업자에 게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present disclosure is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 플라즈마 표면 처리가 수행되는 밀폐된 공간에 형성한 저압 상태인 대기를 방전하여 별도의 공정 가스를 사용하지 않는 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 이 때, 개시된 플라즈마 처리 장치는 별도의 공정 가스가 사용되지 않음으로 별도의 공정 가스 보관부와 공정 가스 공급부를 포함하지 않는다.In order to achieve the above object, according to an aspect according to the technical idea of the present disclosure, plasma treatment does not use a separate process gas by discharging the low-pressure atmosphere formed in a closed space where plasma surface treatment is performed. The device is started. At this time, the disclosed plasma processing device does not use a separate process gas and therefore does not include a separate process gas storage unit and a process gas supply unit.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 낮은 압력 (또는 밀도) 상태인 대기의 질소와 산소를 이용하여 플라즈마 반응으로 산소 및 질소 활성종을 발생시켜 피처리물의 표면을 처리한다.In addition, according to an aspect according to the technical idea of the present disclosure, the surface of the object to be treated is treated by generating oxygen and nitrogen active species through a plasma reaction using nitrogen and oxygen in the atmosphere at low pressure (or density).
예시적인 실시예에 따르면, 내부가 외부 환경에 대해 밀폐된 밀폐부; 사전에 설정된 공정 압력 범위로 상기 밀폐부의 내부 압력을 조정하는 압력조정부; 및 상기 밀폐부의 내부에 전기장을 형성하는 전극부;를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, there is provided an enclosure, the interior of which is sealed against the external environment; a pressure adjusting unit that adjusts the internal pressure of the sealing unit to a preset process pressure range; and an electrode unit forming an electric field inside the sealing unit.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하여 상기 밀폐부의 내부에 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위의 저압 상태인 대기를 형성하도록 상기 압력조정부를 제어하고, 상기 저압 상태인 대기를 방전하도록 전극부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit is controlled to exhaust the atmosphere inside the sealing unit to form a low-pressure atmosphere within the preset process pressure range inside the sealing unit, and to discharge the low-pressure atmosphere. It may further include a control unit that controls the electrode unit.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위는 1 Torr 이상 100 Torr 미만의 범위에서 설정될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the preset process pressure range may be set in a range of 1 Torr or more and less than 100 Torr.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 밀폐부는 분리된 상부 부재와 하부 부재를 포함하고, 상기 상부 부재 또는 상기 하부 부재는 상대 이동하여 접함으로써 상기 밀폐부의 내부를 밀폐할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the sealing unit includes a separated upper member and a lower member, and the upper member or the lower member may seal the interior of the sealing unit by moving relative to each other.
예시적인 실시예 따르면, 상기 하부 부재는 피처리물 또는 상기 피처리물이 수납된 용기의 형상에 대응하는 수납홀을 포함하고, 상기 전극부는 상기 수납홀의 내주면에 배치된 전극을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the lower member may include a storage hole corresponding to the shape of the object to be processed or the container in which the object to be processed is stored, and the electrode unit may include an electrode disposed on an inner peripheral surface of the storage hole.
예시적인 실시예 따르면, 상기 밀폐부의 내측은 내화학성을 가지는 소재로 이루어지거나 내화학성 코팅층이 형성될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the inside of the sealing part may be made of a chemical-resistant material or a chemical-resistant coating layer may be formed.
예시적인 실시예 따르면, 상기 밀폐부의 적어도 일부는 투명한 재질로 이루어져 상기 밀폐부의 내부에서 방전한 상기 저압 상태인 대기를 외부에서 육안으로 확인할 수 있다.According to an exemplary embodiment, at least a portion of the sealing part is made of a transparent material, so that the low-pressure atmosphere discharged inside the sealing part can be visually confirmed from the outside.
예시적인 실시예 따르면, 상기 투명한 재질은 유리 재질일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the transparent material may be a glass material.
예시적인 실시예 따르면, 상기 전극부는 전극을 포함하고, 상기 전극의 적어도 일부는 상기 밀폐부의 내부로 노출될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the electrode unit includes an electrode, and at least a portion of the electrode may be exposed to the inside of the sealed unit.
예시적인 실시예 따르면, 적어도 일부가 상기 밀폐부의 내부로 노출되는 상기 전극은 상기 밀폐부에 수납된 피처리물 또는 상기 피처리물이 수납된 용기의 일부와 전기적으로 연결될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the electrode, at least partially exposed to the inside of the enclosure, may be electrically connected to the object to be treated accommodated in the enclosure or a portion of the container in which the object to be treated is accommodated.
예시적인 실시예 따르면, 상기 전극은 자성을 가질 수 있다.According to an exemplary embodiment, the electrode may have magnetism.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는 상기 밀폐부의 내부를 배기하는 배기부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 밀폐부의 내부 압력을 상기 밀폐부의 내부가 상기 외부 환경에 대해 밀폐되도록 상기 배기부를 제어할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit includes an exhaust unit that exhausts the inside of the sealing unit, and the control unit may control the exhaust unit to adjust the internal pressure of the sealing unit so that the inside of the sealing unit is sealed against the external environment. there is.
예시적인 실시예 따르면, 상기 밀폐부는, 상기 밀폐부의 내부와 외부의 압력차이를 이용하여 상기 밀폐부의 내부가 상기 외부 환경에 대해 밀폐되도록 변형되는 탄성부재를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the sealing unit may include an elastic member that is deformed so that the inside of the sealing unit is sealed against the external environment using a pressure difference between the inside and the outside of the sealing unit.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부와 외부의 압력차이를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit may include a sensor that measures a pressure difference between the inside and outside of the sealing unit.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부 압력을 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 일정하게 유지하도록 상기 압력조정부를 제어하여, 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit controls the pressure adjustment unit to keep the internal pressure of the sealing unit constant in the preset process pressure range, so that the pressure of the low-pressure atmosphere is maintained constant inside the sealing unit. It can be discharged at.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 진공 펌프를 지속적으로 동작시켜 상기 밀폐부의 내부 압력을 일정하게 유지하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit includes a vacuum pump that exhausts the atmosphere inside the sealing unit, and the control unit continuously operates the vacuum pump to maintain the internal pressure of the sealing unit at a constant state and maintain the low pressure state. Discharge may occur inside the sealed portion where the atmospheric pressure is maintained constant.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프 및 상기 밀폐부와 상기 진공 펌프를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 일정하게 유지하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit includes a vacuum pump that exhausts the atmosphere inside the sealing unit and a valve that opens and closes a flow path connecting the sealing unit and the vacuum pump, and the control unit opens and closes the valve to open and close the valve. The internal pressure of the sealed part can be kept constant, and discharge can be performed inside the sealed part where the pressure of the low-pressure atmosphere is kept constant.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프; 상기 밀폐부의 내부에 외부 대기를 주입하는 벤팅부; 및 상기 진공 펌프 또는 상기 벤팅부와 상기 밀폐부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 일정하게 유지하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit includes a vacuum pump that exhausts the atmosphere inside the sealing unit; a venting unit that injects external atmosphere into the sealed unit; and a valve that opens and closes a flow path connecting the vacuum pump or the venting portion and the sealing portion, wherein the control unit opens and closes the valve to maintain the internal pressure of the sealing portion at a constant level and adjusts the pressure of the low-pressure atmosphere. Discharge may occur inside the sealed portion that is kept constant.
예시적인 실시예 따르면, 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위는 2 Torr 이상 30 Torr 미만의 범위에서 설정될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the preset process pressure range may be set in a range of 2 Torr or more and less than 30 Torr.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부 압력을 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 가변하도록 상기 압력조정부를 제어하여, 상기 저압 상태인 대기의 압력이 가변되는 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit controls the pressure adjustment unit to vary the internal pressure of the sealing unit in the preset process pressure range, so that discharge can be performed inside the sealing unit where the pressure of the low-pressure atmosphere is variable. there is.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 배기부 및 상기 밀폐부와 상기 배기부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 가변하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 가변되는 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit includes an exhaust unit that exhausts the atmosphere inside the sealing unit and a valve that opens and closes a flow path connecting the sealing unit and the exhaust unit, and the control unit opens and closes the valve to close the sealing unit. The internal pressure of the unit can be varied and the discharge can be performed inside the sealed unit where the pressure of the low-pressure atmosphere is varied.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 배기부; 상기 밀폐부의 내부에 외부 대기를 주입하는 벤팅부; 및 상기 배기부 또는 상기 벤팅부와 상기 밀폐부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 가변하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 가변되는 상기 밀폐부의 내부에서 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjustment unit includes an exhaust unit that exhausts the atmosphere inside the sealing unit; a venting unit that injects external atmosphere into the sealed unit; and a valve that opens and closes a flow path connecting the exhaust unit or the venting unit and the sealing unit, wherein the control unit opens and closes the valve to vary the internal pressure of the sealing unit and changes the pressure of the low-pressure atmosphere. Discharge may occur inside the sealed portion.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부 압력을 높이고 낮추는 가변을 반복하도록 상기 압력조정부를 제어하여, 상기 밀폐부의 내부에서 반복적으로 가변되는 상기 저압 상태인 대기를 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit may control the pressure adjusting unit to repeatedly increase and decrease the internal pressure of the sealing unit, thereby discharging the atmosphere in the low-pressure state that is repeatedly varied inside the sealing unit.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부에 주입되는 외부 대기를 거르는 필터를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit may further include a filter that filters external atmosphere injected into the sealed unit.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는, 상기 밀폐부의 내부 압력을 측정하는 센서를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit may further include a sensor that measures the internal pressure of the sealing unit.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는, 사전에 설정된 시간을 기준으로 상기 압력조정부를 제어할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit may control the pressure adjustment unit based on a preset time.
예시적인 실시예 따르면, 상기 전극부는 교류전원(AC)으로 상기 밀폐부의 내부 압력이 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위에 있는 공정 시간 동안 상기 전기장을 형성하여 상기 저압 상태인 대기를 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the electrode unit may generate the electric field during a process time when the internal pressure of the sealing unit is within the preset process pressure range using alternating current power (AC) to discharge the low-pressure atmosphere.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는, 상기 공정 시간 동안 상기 교류전원의 ON을 유지하여 상기 저압 상태인 대기를 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the control unit may maintain the AC power ON during the process time to discharge the low-pressure atmosphere.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는, 상기 공정 시간 동안 상기 교류전원의 ON, OFF를 반복하여 상기 저압 상태인 대기를 방전할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the controller may discharge the low-pressure atmosphere by repeatedly turning the AC power on and off during the process time.
예시적인 실시예 따르면, 상기 교류전원의 주파수는 10 kHz 이상 200 kHz 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the frequency of the AC power may be 10 kHz or more and 200 kHz or less.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는 상기 밀폐부의 내부를 배기하는 배기부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 밀폐부의 내부에서 상기 저압 상태인 대기가 방전되어 발생한 부산물을 상기 밀폐부의 내부에서 제거하도록 상기 배기부를 제어할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjusting unit includes an exhaust unit that exhausts the inside of the sealing unit, and the control unit is configured to remove by-products generated by discharging the low-pressure atmosphere inside the sealing unit from the inside of the sealing unit. The exhaust part can be controlled.
예시적인 실시예 따르면, 상기 배기부는, 상기 부산물을 정화하는 필터를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the exhaust unit may further include a filter for purifying the by-products.
예시적인 실시예 따르면, 상기 압력조정부는 외부 대기와 노출된 벤팅부 및 상기 밀폐부와 상기 벤팅부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 밸브를 개방하여 상기 밀폐부의 내부 압력과 상기 외부 대기의 압력 차이에 따른 대기의 흐름을 형성할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pressure adjustment unit includes a venting portion exposed to the external atmosphere and a valve that opens and closes a flow path connecting the sealing portion and the venting portion, and the control unit opens the valve to pressure the internal pressure of the sealing portion. It is possible to form an atmospheric flow according to the pressure difference between the external atmosphere and the external atmosphere.
예시적인 실시예 따르면, 상기 제어부는 형성한 상기 대기의 흐름으로 상기 밀폐부의 내부 압력이 외부 압력과 평형이 이뤄지도록 하여 상기 밀폐부의 개방을 제어할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the controller may control the opening of the sealing unit by allowing the internal pressure of the sealing unit to be balanced with the external pressure by the air flow formed therein.
예시적인 실시예 따르면, 상기 밀폐부의 내부에는 피처리물이 수납되어 표면이 처리되고, 상기 피처리물은 치과 임플란트, 정형외과 임플란트, 골이식재, 피부이식재, 안과 임플란트, 심장 임플란트, 인공와우, 미용 임플란트, 신경 임플란트, 의료용 수지, 치과 보철물, 섬유, 종자, 식품을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다.According to an exemplary embodiment, an object to be treated is stored inside the sealing portion and the surface is treated, and the object to be treated is dental implant, orthopedic implant, bone graft material, skin graft material, ophthalmic implant, heart implant, cochlear implant, and cosmetics. It may be selected from the group including implants, neural implants, medical resins, dental prostheses, fibers, seeds, and foods.
본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 별도의 공정 가스를 사용하지 않고 밀폐 공간의 대기를 배기하여 형성된 저압 상태인 대기를 상대적으로 낮은 전압을 이용하여 방전하여 피처리물의 손상 없는 안정적 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The plasma processing device according to the technical concept of the present disclosure discharges the low-pressure atmosphere formed by exhausting the atmosphere in a closed space without using a separate process gas using a relatively low voltage to produce a stable plasma without damage to the object to be treated. It can occur.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 방전된 저압 상태인 대기에 의한 플라즈마 발생을 통한 피처리물 표면의 불순물 제거를 비롯한 표면 처리 성능을 압력 제어를 통해 크게 개선할 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure can significantly improve surface treatment performance, including removal of impurities from the surface of the object to be treated through plasma generation by discharged low-pressure atmosphere, through pressure control.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 전극 구조와 전압 제어를 통해 피처리물 주변에 집중적으로 방전된 저압 상태인 대기에 의한 플라즈마 발생이 이뤄져 표면 처리 성능이 향상될 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure can improve surface treatment performance by generating plasma by the low-pressure atmosphere that is intensively discharged around the object to be treated through electrode structure and voltage control.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 별도의 공정 가스를 사용하지 않고 저압 상태인 대기를 이용하여 플라즈마를 발생시킴으로써 고가의 가스 유량 조절기를 비롯한 공정 가스의 사용에 따른 운영 및 관리비용이 발생하지 않고 경제적인 펌프와 전원 구성이 가능하여 높은 경제성을 갖춘 장치 구성이 가능하며 사용성을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure generates plasma using low-pressure atmosphere without using a separate process gas, thereby increasing the operation and management costs due to the use of process gas, including an expensive gas flow controller. This does not occur, and economical pump and power configurations are possible, making it possible to configure devices with high economic efficiency and greatly improving usability.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 저압 상태인 대기를 방전하여 플라즈마 방전을 통해 발생하는 활성종 등의 부산물 발생을 줄이며 일부 발생된 부산물을 제어 가능한 유체흐름에서 정화함으로써 사용자 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure reduces the generation of by-products such as active species generated through plasma discharge by discharging the low-pressure atmosphere and purifies some of the generated by-products in a controllable fluid flow, thereby ensuring user safety. It can be greatly improved.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 포장된 용기 내부의 피처리물 주변에 플라즈마 발생이 이뤄지도록 하여 표면 처리 과정에서 피처리물의 무균성이 유지될 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure generates plasma around the object to be treated inside the packaged container, so that the sterility of the object to be treated can be maintained during the surface treatment process.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 표면 처리 과정 중 피처리물의 수납과 출납 과정에서 사용자의 개입을 줄이는 수납부 구조를 갖춰 피처리물을 비롯한 의료기기의 2차 오염을 방지하며 사용성을 향상시킬 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure is equipped with a storage structure that reduces user intervention in the storage and delivery of the object to be treated during the surface treatment process, preventing secondary contamination of medical devices including the object to be treated. Usability can be improved.
그리고, 본 개시의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 표면 처리 과정을 외부에서 시인할 수 있도록 구성되어 사용자가 단순하고 직관적으로 장치의 운영을 확인할 수 있어 안전성과 유효성뿐만 아니라 사용성이 개선될 수 있다.In addition, the plasma processing device according to the technical idea of the present disclosure is configured so that the plasma surface treatment process can be viewed from the outside, so that the user can simply and intuitively check the operation of the device, improving not only safety and effectiveness but also usability. there is.
본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들이 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be achieved by the embodiments according to the technical idea of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be obtained by those skilled in the art from the description below. can be clearly understood.
도 1은 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 밀폐부 내부 대기 변화를 나타낸 개념도이다.
도 3a는 방전 압력의 함수로 나타낸 플라즈마의 전자 온도 및 밀도의 수치 해석 결과이고, 도 3b는 방전 압력의 함수로 나타낸 에너지의 임계값별 유효 전자 밀도의 수치 해석 결과이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 플라즈마 처리 장치의 밀폐부의 다른 실시형태를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 4의 플라즈마 처리 장치의 전극부의 다른 실시형태를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 공정 운영을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9a 내지 9e는 도 8의 다른 실시형태를 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 밀폐부의 내부 압력이 시간에 따라 변화하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 11a 내지 도 11i는 도 10의 밀폐부의 내부 압력이 시간에 따라 변화하는 다른 실시형태를 나타낸 그래프이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 전극부에 인가되는 전원을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 사시도이다. 1 is a block diagram showing a plasma processing device of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing changes in the atmosphere inside the sealed portion of the plasma processing device of FIG. 1.
Figure 3a is a numerical analysis result of the electron temperature and density of the plasma shown as a function of discharge pressure, and Figure 3b is a numerical analysis result of the effective electron density for each energy threshold shown as a function of discharge pressure.
FIG. 4 is a configuration diagram for explaining the plasma processing device of FIG. 1.
FIGS. 5A to 5D are configuration diagrams for explaining another embodiment of the sealing portion of the plasma processing apparatus of FIG. 4.
FIGS. 6A to 6D are configuration diagrams for explaining another embodiment of the electrode portion of the plasma processing apparatus of FIG. 4.
7A to 7F are block diagrams showing a plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart for explaining the process operation of the plasma processing apparatus of FIG. 1.
9A to 9E are flowcharts for explaining another embodiment of FIG. 8.
FIG. 10 is a graph showing the change in internal pressure of the sealed portion of the plasma processing device of FIG. 1 over time.
FIGS. 11A to 11I are graphs showing another embodiment in which the internal pressure of the seal of FIG. 10 changes over time.
FIGS. 12A to 12C are graphs showing power applied to the electrode portion of the plasma processing device of FIG. 1.
Figure 13 is a perspective view showing a plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the following embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. When describing with reference to the drawings, identical or corresponding components will be assigned the same reference numerals and duplicate descriptions thereof will be omitted.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the technical idea of the present invention can be subject to various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the technical idea of the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.In explaining the technical idea of the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of this specification are merely identifiers to distinguish one component from another component.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in this specification, when a component is referred to as "connected" or "connected" to another component, the component may be directly connected or directly connected to the other component, but specifically Unless there is a contrary description, it should be understood that it may be connected or connected through another component in the middle.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 프로세서(Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processer), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), APU(Accelerate Processor Unit), DSP(Drive Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있으며, 적어도 하나의 기능이나 동작의 처리에 필요한 데이터를 저장하는 메모리(memory)와 결합되는 형태로 구현될 수도 있다.In addition, terms such as “unit”, “unit”, “unit”, and “module” used in this specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which refers to a processor, micro Processor (Micro Processer), Micro Controller, CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), APU (Accelerate Processor Unit), DSP (Drive Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA It may be implemented as hardware or software, such as a Field Programmable Gate Array, or a combination of hardware and software, and may also be implemented in a form combined with a memory that stores data necessary for processing at least one function or operation. .
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.In addition, it is intended to be clear that the division of components in this specification is merely a division according to the main function each component is responsible for. That is, two or more components, which will be described below, may be combined into one component, or one component may be divided into two or more components for more detailed functions. In addition to the main functions it is responsible for, each of the components described below may additionally perform some or all of the functions handled by other components, and some of the main functions handled by each component may be performed by other components. Of course, it can also be carried out exclusively by .
도 1은 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이며, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 밀폐부 내부 대기 변화를 나타낸 개념도이다.FIG. 1 is a block diagram showing the plasma processing device of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing changes in the atmosphere inside the sealed portion of the plasma processing device of FIG. 1.
도 1과 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 밀폐부(100), 압력조정부(110) 및 전극부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the plasma processing device may include a
밀폐부(100)는 내부가 외부 환경에 대해 밀폐된다. 이를 통해, 밀폐부(100)의 내부 대기는 외부 대기와 단절되고 장치에 의해 제어가능한 기체 분자(a)로 조성된다.The interior of the sealing
압력조정부(110)는 사전에 설정된 공정 압력 범위로 밀폐부(100)의 내부 압력을 조정한다. 이를 통해, 밀폐부(100)의 내부 대기는 일정량이 배기되어 사전에 설정된 공정 압력 범위의 저압 상태가 되는 낮은 밀도의 대기가 된다. 이 때, 밀폐부(100)의 내부 대기(a)는 종래의 공정 가스를 사용하여 형성된 인위적인 기체 조성비의 변경이 이뤄진 기체 환경과 구분된다.The
전극부(120)는 밀폐부(100)의 내부에 전기장을 형성한다. 이를 통해, 전극부(120)는 밀폐부(100)의 내부에 형성된 저압 상태인 대기를 방전한다. 밀폐부(100)의 내부에 형성된 전기장에 의해 밀폐부(100)의 내부 대기에 포함된 질소 또는 산소 분자는 방전되어, 질소 활성종 또는 산소 활성종이 생성된다. 전극부(120) 또는 전극부와 연결되는 부재는 밀폐부(100)의 내부에 상대적으로 높은 세기의 전기장을 공간적으로 형성하여 플라즈마 발생을 제어할 수 있고 그 영역에 피처리물을 위치시켜 피처리물의 표면 처리가 이뤄지도록 한다. 이러한 방전을 통해 질소 또는 산소와 같은 기체 분자는 자유전자(electron), 이온화된 원자 및 분자(Ion), 라디칼(Radical) 등을 포함하는 이온화된 가스가 된다.The
이 때, 밀폐부(100)의 내부 대기(a)는 대기를 구성하는 기체분자 중 질소와 산소를 낮은 저압 상태인만큼 낮은 밀도로 포함하기 때문에 안정적인 플라즈마 발생이 가능하다. 안정적인 플라즈마는 스트리머 방전(streamer discharge) 또는 필라멘트 방전(filamentary discharge)과 같이 높은 전류 밀도를 가져 피처리물의 표면을 손상시키는 플라즈마 방전과 달리 피처리물의 손상을 방지하는 방전 형태로서, 예를 들어 글로우 방전(Glow discharge)이다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 낮은 밀도의 질소와 산소를 이용하기 때문에 발생하는 방전 부산물이 적어 안전성이 향상된다.At this time, the internal atmosphere (a) of the sealed
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 발생 과정에서 공정 가스를 사용하지 않기 때문에 별도의 공정 가스 보관부 및 공정 가스 주입부가 필요하지 않으며 공정 가스를 이용하기 위한 구성이 필요하지 않음에 따라 경제적인 장치 구성이 가능하다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 공정 가스를 운영 및 관리하는 비용이 발생하지 않으며, 사용성 또한 향상된다.In addition, since the plasma processing device of the present invention does not use process gas in the plasma generation process, it does not require a separate process gas storage unit and process gas injection unit, and does not require a configuration to use process gas, making it an economical device. Configuration is possible. Additionally, the plasma processing device of the present invention does not incur costs for operating and managing process gas, and usability is also improved.
도 3a는 방전 압력의 함수로 나타낸 플라즈마의 전자 온도 및 밀도의 수치 해석 결과이고, 도 3b는 방전 압력의 함수로 나타낸 에너지의 임계값별 유효 전자 밀도의 수치 해석 결과이다.Figure 3a is a numerical analysis result of the electron temperature and density of the plasma shown as a function of discharge pressure, and Figure 3b is a numerical analysis result of the effective electron density for each energy threshold shown as a function of discharge pressure.
이를 더 참조하여 설명하면, 도 3a와 도 3b는 수치 해석을 통해 플라즈마 내 전자의 시공간 행동을 평가한 결과이다. 보다 구체적으로, 임플란트 표면의 탄화수소 오염물질을 효과적으로 제거하기 위한 최적의 압력 조건을 찾기 위해 전자 온도와 밀도에 대해 수치 해석한 것이 도 3a로 나타난다. 도 3a에 나타난 것과 같이, 압력이 증가함에 따라 전자의 가속거리가 줄어들어 전자 온도(또는 전자의 에너지)는 감소한다. 반면, 압력이 증가함에 따라 전자 밀도는 증가한다. 이러한 압력이 증가함에 따른 전자 밀도의 증가는 약 10 Torr까지의 압력범위에서 발생하며, 이후 전자 밀도의 증가는 정체한다. 탄화수소 해리를 위한 에너지의 임계값은 대략 20eV(electronvolt, 전자볼트)정도로 알려져 있으며, 그 중에서도 가장 단순한 화학적 구조를 지니는 탄화수소 종류 중 하나인 메탄은 12.63eV의 임계 에너지를 가진다. 메탄은 아래의 반응식으로 해리된다.To explain further with reference to this, Figures 3a and 3b are the results of evaluating the spatiotemporal behavior of electrons in plasma through numerical analysis. More specifically, Figure 3a shows the numerical analysis of electron temperature and density to find the optimal pressure conditions to effectively remove hydrocarbon contaminants from the implant surface. As shown in Figure 3a, as the pressure increases, the acceleration distance of electrons decreases and the electron temperature (or electron energy) decreases. On the other hand, as pressure increases, electron density increases. This increase in electron density as the pressure increases occurs in a pressure range of about 10 Torr, and then the increase in electron density plateaus. The energy threshold for hydrocarbon dissociation is known to be approximately 20 eV (electron volt), and methane, one of the hydrocarbon types with the simplest chemical structure, has a threshold energy of 12.63 eV. Methane dissociates according to the reaction equation below.
CH4 + e → CH4 + + 2eCH 4 + e → CH 4 + + 2e
이러한 수치 해석에서, 전자는 볼츠만 분포를 가진 것을 전제로 한다. 따라서, 유효 전자의 밀도는 전자 에너지 분포 함수(electron energy distribution function, EEDF)를 활용하여 특정 임계값보다 큰 에너지를 가진 전자의 밀도로 추정할 수 있다. 각각 5 eV, 10 eV 및 15 eV로 구분된 에너지의 임계값을 갖는 유효 전자의 밀도를 수치 해석한 것이 도 3b로 나타난다. 도 3b에서 화살표로 표시된 것과 같이, 5eV 이상의 에너지를 갖는 유효 전자의 밀도와 10eV 이상의 에너지를 갖는 유효 전자의 밀도는 10 Torr 수준의 방전 압력에서 최대인 반면, 15eV 이상의 에너지를 갖는 유효 전자의 밀도는 5 Torr 수준의 방전 압력에서 최대값을 가진다.In this numerical analysis, it is assumed that the electrons have a Boltzmann distribution. Therefore, the density of effective electrons can be estimated as the density of electrons with energy greater than a certain threshold using the electron energy distribution function (EEDF). Figure 3b shows the numerical analysis of the density of effective electrons with energy thresholds divided into 5 eV, 10 eV, and 15 eV, respectively. As indicated by the arrows in Figure 3b, the density of effective electrons with energy above 5 eV and the density of effective electrons with energy above 10 eV are maximum at a discharge pressure of the level of 10 Torr, while the density of effective electrons with energy above 15 eV is maximum at the discharge pressure of 10 Torr level. It has a maximum value at a discharge pressure of 5 Torr.
결과적으로, 결합을 해리하는 에너지 측면에서 15 eV 이상의 에너지를 지닌 더 많은 활성 전자를 생성하기 위해서는 5 Torr 수준의 낮은 압력에서 플라즈마 방전함이 유리하고, 전체 유효 전자의 밀도(또는 5eV 및/또는 10eV 이상의 에너지를 지닌 활성 전자의 생성)를 높이기 위해서는 10 Torr 수준의 압력에서 플라즈마 방전함이 더 유리하다.As a result, in terms of bond dissociation energy, it is advantageous to discharge the plasma at a pressure as low as 5 Torr in order to generate more active electrons with energies above 15 eV, and the density of total effective electrons (or 5 eV and/or 10 eV) is advantageous. In order to increase the generation of active electrons with energy above 10 Torr, it is more advantageous to use a plasma discharge chamber at a pressure of 10 Torr.
또한, 2 Torr 이하의 압력은 급격한 유효 전자의 밀도 감소가 나타나 탄화수소 해리에 불리하며 30 Torr이상 100 Torr 미만의 압력은 정체된 유효 전자의 밀도 변화가 나타난다.In addition, pressures below 2 Torr result in a rapid decrease in the density of effective electrons, which is unfavorable for hydrocarbon dissociation, and pressures between 30 Torr and less than 100 Torr result in changes in the density of stagnant effective electrons.
또한, 100 Torr 이상의 압력 범위에서 방전된 플라즈마는 스트리머 방전이나 필라멘트 방전과 같은 플라즈마 특성이나 성질이 변화하여 피처리물에 손상을 줄 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 파센 법칙(Paschen's law)에 따른 파센 곡선(Paschen's Curve)으로 100 Torr 이상의 압력 범위에서 플라즈마 방전을 위해서는 높은 전압의 인가가 요구되며 플라즈마 처리에 따른 피처리물의 온도 상승이 발생하는 한계가 있다.In addition, plasma discharged in a pressure range of 100 Torr or more is undesirable because plasma characteristics or properties, such as streamer discharge or filament discharge, may change and damage the object to be treated. In particular, the application of a high voltage is required for plasma discharge in a pressure range of 100 Torr or more due to the Paschen's Curve according to Paschen's law, and there is a limit to the temperature increase of the object to be treated due to plasma treatment.
이에 따라, 사전에 설정된 공정 압력 범위는 1 Torr 이상 100 Torr 미만의 범위에서 설정될 수 있다. 보다 바람직하게는, 사전에 설정된 공정 압력 범위는 2 Torr 이상 30 Torr 미만의 범위에서 설정된다. 이를 통해, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 매우 높은 진공도를 가진 펌프를 사용하여야 하는 진공 플라즈마를 이용한 장치에 비해 경제적인 펌프의 선정이 가능하여 장치 구성의 경제성이 향상된다.Accordingly, the preset process pressure range may be set in the range of 1 Torr or more and less than 100 Torr. More preferably, the preset process pressure range is set in the range of 2 Torr or more and less than 30 Torr. Through this, the plasma processing device of the present invention enables the selection of an economical pump compared to devices using vacuum plasma that must use a pump with a very high vacuum degree, thereby improving the economic feasibility of the device configuration.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 4 is a configuration diagram for explaining the plasma processing device of FIG. 1.
도 4를 더 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 상부 부재(101), 하부 부재(102), 탄성 부재(103)를 가진 밀폐부(100), 압력조정부(110) 및 전원부(121), 제1 전극(122), 제2 전극(123)을 가진 전극부(120)를 포함한다.Referring further to FIG. 4, the plasma processing device of the present invention includes an
밀폐부(100)는 분리된 상부 부재(101) 또는 하부 부재(102)가 상대 이동하여 접함으로써 밀폐부(100)의 내부를 밀폐한다. 밀폐부(100)는 상부 부재(101)와 하부 부재(102)가 상대 이동하여 분리되어 개방된 영역을 통해 피처리물(M1) 또는 피처리물이 수납된 용기(L1)를 밀폐부(100)의 내부로 수납하거나 출납할 수 있다. 또한, 밀폐부(100)는 상부 부재(101)와 하부 부재(102)가 상대 이동하여 접함으로써 내부를 밀폐한다. 이러한 밀폐부(100)의 개방과 밀폐는 사용자의 입력 또는 수납 내지 처리공정 완료에 따른 정보를 통해 동작될 수 있다. 이를 통해, 플라즈마 처리 장치의 사용자는 피처리물의 수납, 처리를 위한 밀폐 및 출납 과정에서 개입을 최소화함으로써 사용자의 편의성을 증대할 수 있다. 특히, 의료현장을 비롯한 의료산업에서 사용될 때 의료적 시술을 비롯한 환자를 다루는 피처리물을 비롯한 의료기기에 대한 2차 오염위험을 줄임으로 안전한 의료 서비스를 제공할 수 있다.The interior of the
밀폐부(100)는 내부에 피처리물(M1)이 수납되어 표면 처리된다. 수납되는 피처리물(M1)은 플라즈마 처리에 따른 특성이 부여되는 어떠한 물체든 대상이 될 수 있으며, 치과 임플란트, 정형외과 임플란트, 골이식재, 피부이식재, 안과 임플란트, 심장 임플란트, 인공와우, 미용 임플란트, 신경 임플란트, 의료용 수지, 치과 보철물, 섬유, 종자, 식품을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. 또한, 피처리물(M1)은 치과 임플란트 픽스쳐, 치과 어버트먼트, 치과 크라운, 정형외과 스템(stem), 컵(cup), 케이지(cage), 척추(spin) 등일 수 있고, 합성공, 이종골 및 동종골 중 적어도 하나의 조합물인 골이식재일 수 있으며, 생체삽입용 전자기기일 수 있다. 플라즈마 표면 처리를 통해, 플라즈마 처리 장치는 Ti로 구성된 피처리물의 표면을 TiO2와 같이 산화층을 형성할 수 있다.The sealed
밀폐부(100)는 내부에 피처리물(M1) 자체로 수납될 수 있고, 피처리물(M1)이 수납 또는 보관된 용기(L1)가 그대로 수납될 수 있다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 피처리물(M1)이 수납 또는 보관된 용기(L1)가 그대로 수납되어 피처리물(M1)을 표면 처리함으로써 표면 처리 과정에서 피처리물의 무균성을 유지할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 복수의 밀폐부(100)를 포함하며, 각 밀폐부(100)를 개별적 또는 동시적으로 운영할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 각 밀폐부(100)의 내부 압력을 개별적 또는 동시적으로 조정하는 복수의 압력조정부(110)를 포함하거나, 각 밀폐부(100)의 내부에 전기장을 개별적 또는 동시적으로 형성하는 복수의 전극부(120)를 포함할 수 있다. 이 때, 압력조정부(110)는 하나의 배기부 또는 벤팅부를 가지며 각 밀폐부(100)와 연결된 유로를 개폐하는 밸브를 제어함으로써 각 밀폐부(100)의 내부 압력을 개별적 또는 동시적으로 조정할 수 있다.The sealing
또는, 밀폐부(100)는 복수의 피처리물 또는 복수의 피처리물이 수납된 용기를 수용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 2개 이상 5개 이하의 피처리물을 동시 또는 개별로 플라즈마 표면 처리하도록 구성될 수 있다.Alternatively, the sealing
하부 부재(102)는 고정되고, 상부 부재(101)는 상하 방향으로 승하강시키는 승하강부와 연결되어 상대 이동할 수 있다. 또는, 상부 부재(101)는 고정되고, 하부 부재(102)가 승하강할 수 있다. 또는, 상부 부재(101)와 하부 부재(102)는 서로에 대해 모두 이동할 수 있다. 상대 이동은 상하 방향을 예시하였으나, 회전을 비롯한 다른 형태의 방향으로 이동함을 포함할 수 있다.The
하부 부재(102)는 피처리물(M1) 또는 피처리물(M1)이 수납된 용기(L1)의 형상에 대응하는 수납홀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 부재(102)는 내부에 중공이 형성된 컵 형상일 수 있다.The
하부 부재(102)는 피처리물(M1) 또는 수납된 용기(L1)가 안착되는 바닥부재로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상부 부재(101)는 피처리물(M1) 또는 피처리물(M1)이 수납된 용기(L1)의 형상에 대응하는 외주면을 포함할 수 있다.The
탄성 부재(103)는 밀폐부(100)의 내부와 외부의 압력차이를 이용하여 밀폐부(100)의 내부가 외부 환경에 대해 밀폐되도록 변형된다. 탄성 부재(103)는 실리콘 또는 고무와 같은 유연한 재질로 이루어질 수 있다.The
탄성 부재(103)는 상부 부재(101)와 하부 부재(102)가 접하는 면에 형성될 수 있다. 탄성 부재(103)는 상부 부재(101)와 하부 부재(102)가 결합하여 내부를 외부 환경에 대해 밀폐하는 밀폐성을 완성하거나 강화한다. 탄성 부재(103)는 상부 부재(101)의 하면 또는 하부 부재(102)의 상면에 형성될 수 있다. 탄성 부재(103)는 밀폐부(100)의 내부 압력을 조정하기 위해 내부 공기가 배기되거나 외부 공기가 주입되는 홀을 구비할 수 있다.The
밀폐부(100)는 피처리물(M1) 또는 이의 수납용기(L1)를 수용할 수 있는 형태면 어떠한 형상이든 상관없다. 예를 들면, 밀폐부(100)는 원통 형상, 직육면체 형상, 반구 형상 등일 수 있으며, 또는 비정형 형상으로 이루어질 수 있다.The sealing
또는, 수납용기(L1)가 밀폐부(100)일 수 있다. 수납용기(L1)는 내부가 외부 환경에 대해 밀폐될 수 있고 압력조정부(110)에 의해 내부 압력이 조정될 수 있다. 이 때, 수납용기(L1)는 압력조정부(110)가 내부로 진입하여 내부와 외부를 연결하는 배기경로 또는 벤팅경로가 일시적으로 생성되고, 압력조정부(110)가 다시 빠져나감에 따라 용기(L1) 내부가 다시 밀폐되는 회복이 가능한 실링 부재를 가질 수 있다.Alternatively, the storage container L1 may be the sealed
압력조정부(110)는 밀폐부(100) 내부의 대기를 배기하거나 외부 대기를 주입할 수 있으며, 수납용기(L1)의 내부 압력을 조정하기 위한 니들과 같은 형상일 수 있다. 또한, 압력조정부(110)는 전극부(120)를 구성하는 전극이 구비될 수 있다. 즉, 압력조정부(110)는 밀폐부(100) 내부에 전기장을 형성하는 전극이 구비되어 밀폐부(100) 내부에 노출되거나 밀폐부(100) 외부에 접하여 형성된 배기홀 또는 벤팅홀이 구비된 부재를 포함할 수 있다.The
전극부(120)는 교류전원(AC)인 전원부(121)로 밀폐부(100)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위에 있는 공정 시간 동안 전기장을 형성하여 밀폐부(100) 내부의 저압 상태인 대기를 방전한다.The
전원부(121)는 특정 주파수로 전압을 교류하는 교류전원이다. 이 때, 전원부(121)의 주파수는 10 kHz 이상 200 kHz 이하일 수 있다. 이러한 주파수 범위는 저주파로, 수 MHz 수준의 고주파 교류전원이 필요한 종래의 플라즈마 처리 장치에 비해 높은 경제성을 가진다. 또한, 전압은 사전에 설정된 입력 파형, 예를 들면 사인파, 삼각파, 사각파, 톱니파, 펄스파 등의 입력 파형으로 인가될 수 있다.The
전원부(121)는 제1 전극(122) 및 제1 전극(122)과 이격되어 배치되는 제2 전극(123)에 전압을 인가하여 밀폐부(100)의 내부에 전기장을 형성한다. 제2 전극(123)은 접지되어 제1 전극(122)과 전압차에 의해 전기장을 형성한다.The
제1 전극(122)은 제2 전극(123)과 부도성으로 이루어진 부재에 의해 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극(122)은 제2 전극(123)과 대향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 밀폐부(100)는 부도성 부재로 이루어지며, 제1 전극(122) 또는 제2 전극(123)은 밀폐부(100)에 이격되어 배치될 수 있다.The
또한, 전극부(120)는 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)와 이격되어 배치되는 제3 전극을 더 포할 수 있다. 제3 전극은 제1 전극 또는 제2 전극과 동일한 레벨의 전압이 인가되거나 다른 레벨의 전입이 인가될 수 있으며, 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 전극일 수 있다.Additionally, the
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 플라즈마 처리 장치의 밀폐부의 다른 실시형태를 설명하기 위한 구성도이다.FIGS. 5A to 5D are configuration diagrams for explaining another embodiment of the sealing portion of the plasma processing apparatus of FIG. 4.
도 5a를 더 참조하면, 밀폐부(100)는 베이스 부재(510)의 내측에 내화학성 코팅층(520)이 형성된다. 또는, 베이스 부재(510)는 내화학성을 가지는 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 내화학성을 가진 내면을 가진 밀폐부(100)는 내부에서 발생한 플라즈마에 의해 불순물이 용출되어 피처리물에 전리되는 오염을 방지한다. 나아가, 내화학성을 가진 내면은 후술할 투명성을 낮추는 손상을 방지하여 장치의 동작운영에 대한 사용자 신뢰성을 갖추는데 도움이 된다. Referring further to FIG. 5A, the sealing
내화학성 코팅층(520)은 칼슘을 비롯한 생체활성 물질이 포함될 수 있다. 이처럼, 코팅층(520)이 생체활성 물질을 포함하는 경우, 플라즈마 처리에 의해 칼슘의 용출이 유도되어 피처리물(M1)의 표면에 칼슘이 달라붙게 할 수 있다. 이처럼, 인위적으로 피처리물(M1)의 표면에 칼슘이 달라붙게 함으로써, 인체에 피처리물(M1)을 식립 또는 생착 시, 염증 반응을 완화시키거나, 식립 또는 생착이 견고해지게 함으로써, 높은 식립률 또는 생착률을 보장할 수 있다. The chemical
도 5b 내지 도 5d를 더 참조하면, 밀폐부(100)는 적어도 일부가 투명한 재질의 부재(530)로 이루어져 밀폐부(100)의 내부에서 발정한 저압 상태인 대기를 외부에서 육안으로 확인할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 표면 처리 과정을 외부에서 시인할 수 있도록 구성되어 사용자가 단순하고 직관적으로 장치의 운영을 확인할 수 있어 신뢰성을 갖출 수 있다.Referring further to FIGS. 5B to 5D, at least a portion of the
투명한 재질은 유리 재질일 수 있다.The transparent material may be glass.
이 때, 밀폐부의 투명한 재질로 이루어진 부분(530)의 내주면 또는 외주면에 전극(222)이 배치될 수 있다. 이 때, 전극(222)에 의한 투명성이 낮아지지 않도록 전극(222)은 투명 전극으로 이루어지거나, 메쉬(mesh)와 같은 그물망 구조를 비롯하여 내부의 시인성이 확보되는 특정 패턴을 가진 형상일 수 있다.At this time, the
또한, 밀폐부(100)는 이러한 투명한 재질로 이루어진 전극(222)이 배치되는 형태로서 이중벽 구조를 가질 수 있다. 내벽(511)과 외벽(512) 사이에 전극(222)이 배치되도록 할 수 있다. 이때, 내벽(511)과 외벽(512)은 모두 사용자의 시선방향으로 일치하는 투명한 부분을 가질 수 있다. 또한, 내벽(511)은 내화학성 코팅층이거나 유리 재질일 수 있다.Additionally, the sealing
도 6a 내지 도 6d는 도 4의 플라즈마 처리 장치의 전극부의 다른 실시형태를 설명하기 위한 구성도이다.FIGS. 6A to 6D are configuration diagrams for explaining another embodiment of the electrode portion of the plasma processing apparatus of FIG. 4.
도 6a를 더 참조하면, 전극부(120)는 적어도 일부가 밀폐부(100)의 내부로 노출되는 제1 전극(622) 또는 제2 전극(623)을 포함한다. 또한, 제1 전극(622)은 부도성인 밀폐부(100) 또는 피처리물이 수납 또는 보관된 용기에 의해 제2 전극(623)과 전압 차로 유전체 장벽 방전이 이뤄지도록 할 수 있다. 즉, 밀폐부(100)의 적어도 일부 또는 용기는 유전체 장벽층이 된다.Referring further to FIG. 6A , the
이 때, 적어도 일부가 밀폐부(100) 내부로 노출되는 제1 전극(622) 및/또는 제2 전극(623)은 밀폐부(100)의 내부 밀폐성이 유지되는 진공 바운더리를 형성하도록 밀폐부(100)와 연결된 영역의 밀폐구조를 가진다. 즉, 적어도 일부가 밀폐부(100) 내부로 노출되는 제1 전극(622) 및/또는 제2 전극(623)은 밀폐부(100)와 밀봉영역을 형성한다. 제1 전극(622) 또는 제2 전극(623)은 밀폐부(100)의 내부 압력을 조정하기 위해 내부 공기가 배기되거나 외부 공기가 주입되는 홀을 구비하여, 압력조정부(110)와 밀폐부(100)가 연결된 유로를 형성할 수 있다.At this time, the
또한, 제1 전극(622)과 제2 전극(623)은 피처리물(M1) 또는 이의 수납용기(L2)에 대해 종축 방향으로 대향하도록 배치될 수 있다.Additionally, the
피처리물(M1)이 보관 또는 수납되는 용기(L2)는 홀(H)을 가질 수 있다. 도면에서 홀(H)은 용기(L2)의 상부에 형성되는 것을 예시하였으나 홀(H)의 위치, 형상 및 개수에는 제한이 없다. 또한, 용기(L2)의 홀(H)은 제1 전극(622) 또는 제2 전극(623)에 대향한 방향에 형성될 수 있다. 용기(L2)는 홀(H)을 통해 밀폐부(100)의 내부와 평형된 내부 압력을 가질 수 있으며, 수납용기(L2)의 내부로 플라즈마가 유도될 수 있도록 전기장의 세기를 변화시킨다. 용기(L2)가 완전히 밀폐된 경우 용기(L2)에 수납된 피처리물(M1) 주변에 플라즈마 방전을 형성하는데 제약이 크기 때문에, 홀(H)을 가짐으로써 보다 간단한 구성으로 피처리물(M1)의 주변에 안정적인 플라즈마 발생이 가능하다.The container L2 in which the object to be treated (M1) is stored or received may have a hole (H). In the drawing, it is exemplified that the hole H is formed at the top of the container L2, but there are no restrictions on the location, shape, and number of the holes H. Additionally, the hole H of the container L2 may be formed in a direction opposite to the
도 6b를 참조하면, 제2 전극(623)은 밀폐부(100)의 내부로 노출된 부분으로 피처리물(M1)과 전도성 부재(L3)를 통해 전기적으로 연결된다. 이러한 전기적 연결을 통해, 피처리물(M1) 주변에 발생하는 플라즈마의 형상, 세기 등이 제어되어 보다 높은 성능을 갖추며 안정적인 플라즈마 발생이 가능하다.Referring to FIG. 6B, the
전도성 부재(L3)는 도 6a에서 설명한 용기(L2)에 구성되어 용기(L2)의 외부로 노출된 일면을 가져 장치의 제2 전극(623)과 전기적으로 연결된다. 도면에서 제2 전극(623)은 접지된 전극으로 피처리물(M1)이 접지된 전극으로 전압이 인가된 제1 전극(622)과 대향되어 전기장을 형성하는 것을 예시하였으나, 제2 전극(623)이 전압이 인가된 전극이고 제1 전극(622)이 접지된 전극일 수 있다. 또는, 제2 전극(623)은 피처리물(M1)의 일부와 직접 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 제2 전극(623)은 피처리물(M1)이 용기(L2)에 수납된 상태에서 직접 또는 피처리물(M1)과 접촉된 전도성 부재에 전기적으로 연결되기 위해 용기(L2)의 내부로 진입할 수 있는 형상을 가질 수 있다. The conductive member L3 is formed in the container L2 described in FIG. 6A and has one surface exposed to the outside of the container L2 and is electrically connected to the
또한, 피처리물(M1)에 대한 제1 전극(622) 거리는 제2 전극(623)에 대한 제1 전극(622) 거리보다 더 가까워져 피처리물(M1) 주변으로 전기장의 형상이나 세기가 집중될 수 있다. 이 때, 제2 전극(623)은 피처리물(M1) 또는 용기(L2)와 전기적으로 접촉되는 면을 이용하여 밀폐부(100) 내 노출되지 않거나 노출되는 면을 줄여 피처리물(M1)에 더 집중적인 플라즈마 방전이 발생되도록 할 수 있다.In addition, the distance of the
전도성 부재(L3)는 피처리물(M1)에 전기적으로 연결되지 않고 용기(L2)의 일부로서 구성되어 피처리물(M1)의 주변에 플라즈마 발생이 집중되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전도성 부재(L3)는 용기(L2)의 부도성 피처리물(M1)이 수납된 영역에 노출되거나 얇게 형성된 부도성 부재로 매립되어 형성될 수 있다.The conductive member L3 may not be electrically connected to the object M1 but may be configured as a part of the container L2 so that plasma generation is concentrated around the object M1. For example, the conductive member L3 may be exposed in the area where the non-conductive object M1 of the container L2 is stored, or may be formed by being embedded with a thinly formed non-conductive member.
즉, 제2 전극(623)은 밀폐부(100)의 내부로 노출된 부분을 통해 밀폐부(100)에 수납된 피처리물 또는 피처리물이 수납된 용기의 일부와 전기적으로 연결된다.That is, the
이 때, 제2 전극(623)은 자성을 가져 전도성 부재(L3)와 안정적으로 접촉하여 전기적 연결의 안정성이 확보될 수 있다. 이를 위해, 자석이 제2 전극(623)에 접촉되어 구성될 수 있다.At this time, the
또한, 전도성 부재(L3)는 용기로부터 피처리물(M1)을 독출하여 피처리물(M1)과 체결된 지그일 수 있다.Additionally, the conductive member L3 may be a jig that reads the object M1 from the container and is fastened to the object M1.
도 6c를 참조하면, 전극부(120)를 구성하는 제2 전극(623)은 밀폐부(100)의 내주면 또는 외주면에 배치될 수 있다. 이 때, 밀폐부(100)는 피처리물(M1) 또는 용기(L2)의 형상에 대응하는 수납홀을 포함하고, 제2 전극(623)은 수납홀의 내주면 또는 외주면에 배치된다. 이를 통해, 피처리물(M1)에 인접하여 전기장이 형성되고 피처리물(M1) 주변에 집중된 플라즈마가 발생한다. 도 4를 함께 참조하여 설명하면, 하부 부재(102)는 피처리물 또는 피처리물이 수납된 용기의 형상에 대응하는 수납홀을 포함하고, 전극부(120)를 구성하는 제1 전극(622) 및/또는 제2 전극(623)은 수납홀의 내주면 또는 외주면에 배치된다.Referring to FIG. 6C, the
도 6d를 참조하면, 전극부(120)를 구성하는 전극(624)은 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP) 방식을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 코일 형태의 전극(624)은 밀폐부(100)를 감싸고, 교류전원(221)을 통해 전원이 인가되어 밀폐부(100) 내부에 유도 전기장을 형성한다. 플라즈마 발생 방식은 도 6a 내지 6c와 같은 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD)을 포함하여 도면으로 표현된 것에 제한되지 않으며, 축전결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP), 플라즈마 제트(plasma jet), 모세관 방전(capillary discharge), 마이크로 방전(Micro-discharge), 전자 싸이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance, ECR), 표면파 플라즈마(Surface Wave Plasma, SWP), 헬리콘(Helicon) 플라즈마, 전자빔(e-beam) 플라즈마, 펄스 직류(Pulsed DC) 방전, 이중 주파수(Dual Frequency) 플라즈마, 중성입자 빔(Hyper-Thermal Neutral Beam) 플라즈마 등의 방식을 응용할 수 있다.Referring to FIG. 6D, the
이러한 피처리물과 인접하거나 형상과 대응하도록 배치된 전극을 통해, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 피처리물 주변에 집중적으로 방전된 저압 상태인 대기에 의한 플라즈마 발생을 통해 높은 표면 처리 성능을 가질 수 있다.Through electrodes disposed adjacent to or corresponding to the shape of the object to be treated, the plasma processing device according to an embodiment of the present invention produces high surface treatment by generating plasma by the low-pressure atmosphere discharged intensively around the object to be treated. performance can be achieved.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 도 7a 내지 도 7f에 도시된 것과 같이, 플라즈마 처리 장치는 밀폐부(200), 압력조정부(210), 전극부(220) 및 제어부(230)를 포함한다. 이 때, 밀폐부(200), 압력조정부(210) 및 전극부(220)는 앞서 설명한 밀폐부(100), 압력조정부(110) 및 전극부(120)일 수 있다.7A to 7F are block diagrams showing a plasma processing device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 7A to 7F, the plasma processing device includes a
도 7a를 참조하면, 제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부 대기를 배기하여 밀폐부(200)의 내부에 사전에 설정된 공정 압력 범위의 저압 상태인 대기를 형성하도록 압력조정부(210)를 제어하고, 이를 통해 형성한 밀폐부(200) 내부의 저압 상태인 대기를 방전하도록 전극부(220)를 제어한다.Referring to FIG. 7A, the
도 7b를 참조하면, 밀폐부(200)는 탄성부재(203)를 포함하고, 압력조정부(210)는 배기부(211)를 포함하며, 제어부(230)는 센서(231)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to Figure 7b, the sealing
탄성 부재(203)는 앞서 설명한 탄성 부재(103)일 수 있다.The
배기부(211)는 밀폐부(200)의 내부를 배기한다.The
제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부 압력을 밀폐부(200)의 내부가 외부 환경에 대해 밀폐되도록 배기부(211)를 제어한다.The
탄성 부재(203)는 밀폐부(200)의 내부와 외부의 압력차이를 이용하여 밀폐부(200)의 내부가 외부 환경에 대해 밀폐되도록 변형된다. 탄성 부재(203)는 밀폐부(200)의 외부 대비 낮은 압력을 가진 밀폐부(200)의 내부에 의해 밀폐부(200)의 외부에서 내부방향 힘을 받아 변형됨으로써 밀폐부(200)의 내부 밀폐성을 향상시킨다.The
센서(231)는 밀폐부(200)의 내부와 외부의 압력차이를 측정한다.The
센서(231)는 밀폐부(200)의 내부 압력을 측정하기 위해, 밀폐부(200)의 내부에 배치되거나 배기부(211)와 밀폐부(200)가 연통되는 유로 상에 배치되어 유로의 압력을 측정하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 측정할 수 있다. 또는, 센서(231)는 배기부(211)와 밀폐부(200)가 연통되는 유로 상에 유입 또는 유출되는 유량을 측정하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 측정할 수 있다.The
도 7c를 참조하면, 압력조정부(210)는 배기부(211), 벤팅부(212), 밸브(213) 및 필터(214b)를 포함하고, 제어부(230)는 센서(231)를 포함한다.Referring to FIG. 7C, the
제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부 압력을 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 일정하게 유지하도록 압력조정부(210)를 제어하여 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 밀폐부(200)의 내부에서 방전되도록 한다.The
압력조정부(210)는 밀폐부(200)의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프를 포함하고, 제어부(230)는 진공 펌프를 지속적으로 동작시켜 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지한다. 밀폐부(200)의 내부가 지속적으로 배기되면서 플라즈마 표면 처리가 이루어지게 되면, 피처리물의 표면에서 탈리된 불순물이 밀폐부(200)의 내부에서 제거됨에 따라 피처리물에 재증착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 진공 펌프는 사전에 설정된 공정 압력 범위를 만족하는 최대 진공도를 가진 펌프일 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프의 최대 진공도는 0.001 Torr 이상 100 Torr 미만일 수 있다.The
압력조정부(210)는 밀폐부(200)와 진공 펌프를 연결하는 유로를 개폐하는 배기밸브(213a)를 포함하고, 제어부(230)는 배기밸브(213a)를 개폐하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지한다.The
예를 들어, 제어부(230)는 배기부(211)의 배기동작을 지속하도록 제어하고, 밀폐부(200)의 내부 압력이 일정하게 유지되도록 밀폐부(200)의 내부 압력이 낮아지면 배기밸브(213a)를 폐쇄하고, 밀폐부(200)의 내부 압력이 높아지면 개방하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 이 때, 일정하게 유지되는 압력은 완전히 동일한 압력값을 의미하는 것이 아닌 공정 운영 과정에서 허용하도록 설정된 범위를 가진다.For example, the
일정하게 유지되는 압력은 진공 펌프의 최대 진공도와 관련하여 설정되거나, 밀폐부(200)의 내부 밀폐성을 확인하기 위한 기준 압력(후술할 Pcheck, 도 11a 내지 도 11c)일 수 있다.The pressure maintained constant may be set in relation to the maximum vacuum degree of the vacuum pump, or may be a reference pressure (P check , to be described later, FIGS. 11A to 11C) to check the internal sealing of the sealing
압력조정부(210)는 밀폐부(200)의 내부에 외부 대기를 주입하는 벤팅부(212), 벤팅부(212)와 밀폐부(200)를 연결하는 유로를 개폐하는 벤팅밸브(213b)를 포함하고, 제어부(230)는 배기밸브(213a) 또는 벤팅밸브(213b)를 개폐하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지한다.The
예를 들어, 제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부 압력이 낮아지면 배기밸브(213a)를 폐쇄하거나 벤팅밸브(213b)를 개방하고, 밀폐부(200)의 내부 압력이 높아지면 배기밸브(213a)를 개방하거나 벤팅밸브(213b)를 폐쇄하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 배기밸브(213a) 또는 벤팅밸브(213b)는 유로의 폐쇄되거나 개방되는 정도가 조절되는 밸브일 수 있다. 이 경우, 제어부(230)는 밸브의 폐쇄되는 정도 또는 개방되는 정도를 조절하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지한다.For example, when the internal pressure of the
또는, 배기부(211)는 배기되는 세기가 조절되는 펌프일 수 있다. 이 경우, 제어부(230)는 배기부(211)의 배기되는 세기를 조절하는 제어를 통해 밀폐부(200)의 내부 압력을 일정하게 유지한다.Alternatively, the
제어부(230)는 플라즈마 표면 처리 과정에서 밀폐부(200)의 내부에 외부 대기를 주입함으로써, 주입되는 외부 대기 중의 질소 및 산소가 밀폐부(200) 내부에 공급되어 활성종의 생성을 증가시킬 수 있다.The
이 때, 압력조정부(210)는 밀폐부(200)의 내부에 주입되는 외부 대기를 거르는 필터(214b)를 더 포함한다. 필터(214b)는 외부 공기에 포함되는 오염물질을 거르거나 정화하는 기능을 수행하며, 예를 들면, 헤파필터(HEPA filter, High Efficiency Particulate Air filter)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 플라즈마 처리 장치는 주입되는 외부 대기에 의한 피처리물의 2차오염을 방지할 수 있다.At this time, the
또한, 센서(231)는 벤팅부(212)와 밀폐부(200)가 연통되는 유로 상에 배치되어 유로의 압력을 측정하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 측정할 수 있다. 또는, 센서(231)는 벤팅부(212)와 밀폐부(200)가 연통되는 유로 상에 유입 또는 유출되는 유량을 측정하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 측정할 수 있다.Additionally, the
제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부 압력을 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 가변하도록 압력조정부(210)를 제어하여 저압 상태인 대기의 압력이 가변되는 밀폐부(200)의 내부에서 방전되도록 한다.The
압력조정부(210)는 밀폐부(200)의 내부 대기를 배기하는 배기부 및 밀폐부(200)와 배기부(211)를 연결하는 유로를 개폐하는 배기밸브(213a)를 포함하고, 제어부(230)는 배기밸브(213a)를 개폐하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 가변한다.The
압력조정부(210)는 밀폐부(200)의 내부에 외부 대기를 주입하는 벤팅부(212), 벤팅부(212)와 밀폐부(200)를 연결하는 유로를 개폐하는 벤팅밸브(213b)를 포함하고, 제어부(230)는 배기밸브(213a) 및/또는 벤팅밸브(213b)를 개폐하여 밀폐부(200)의 내부 압력을 가변한다.The
제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부 압력을 높이고 낮추는 가변을 반복하도록 압력조정부(210)를 제어하여 밀폐부(200)의 내부에서 반복적으로 가변되는 저압 상태인 대기를 방전한다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 이러한 압력 제어를 통해 밀폐부(200) 내부의 저압 상태인 대기에 의한 플라즈마 발생을 제어함으로써 수납된 피처리물 표면의 불순물 제거를 비롯한 표면 처리 성능을 향상시킬 수 있다.The plasma processing device according to an embodiment of the present invention controls the generation of plasma by the low-pressure atmosphere inside the sealing
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 제어부(230)를 통해 밀폐부(200)의 내부 압력이 일정하게 유지하여 방전하는 제1 표면 처리 공정과 밀폐부(200)의 내부 압력을 가변하여 방전하는 제2 표면 처리 공정을 조합하여 표면 처리 공정을 운영할 수 있다. 이 때, 제1 표면 처리 공정은 2 Torr 이상 30 Torr 미만의 범위에서 공정 압력 범위가 사전에 설정되며, 제2 표면 처리 공정은 1 Torr 이상 100 Torr 미만의 범위에서 공정 압력 범위가 사전에 설정될 수 있다. 즉, 제1 표면 처리 공정은 보다 좁은 범위의 공정 압력 범위를 설정하여 일정한 형상과 세기의 반복 신뢰성을 갖춘 플라즈마 방전을 통해 표면 처리를 하며, 제2 표면 처리 공정은 보다 넓은 범위의 공정 압력 범위를 설정하여 플라즈마의 형상, 세기 또는 농도를 가변하여 성능을 높인 표면 처리를 하도록 구성될 수 있다.The plasma processing device according to an embodiment of the present invention performs a first surface treatment process in which the internal pressure of the
제어부(230)는 압력조정부(210) 또는 전극부(220)를 제어함에 있어, 센서(231)를 통해 측정된 밀폐부(200)의 내부 압력을 기준으로 하거나 사전에 설정된 시간을 기준으로 할 수 있다. 예를 들어, 제어부(230)는 사전에 설정된 프로토콜에 의해서 제어한다. 제어부(230)는 배기, 벤팅, 전원 인가 및 피처리물의 수납 중 적어도 어느 하나와 관련된 시간을 기준으로 사전에 설정된 시간을 기준으로 압력조정부(210) 또는 전극부(220)를 제어한다.When controlling the
도 7d를 참조하면, 전극부(220)는 교류전원(221)을 포함하고, 제어부(230)는 센서(231)를 포함한다.Referring to FIG. 7D, the
교류전원(221)은 밀폐부(200)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위에 있는 공정 시간 동안 밀폐부(200)의 내부에 전기장을 형성한다.The
제어부(230)는 공정 시간 동안 교류전원의 ON을 유지하도록 제어한다.The
또는, 제어부(230)는 공정 시간 동안 교류전원의 ON, OFF를 반복한다. 이를 통해, 밀폐부(200)의 내부에 형성되는 전기장의 형상, 세기가 변화되어 플라즈마가 생성되고 소멸됨에 따라 플라즈마의 형상, 세기 및 농도가 변화한다. 플라즈마의 생성만을 지속하는 경우 플라즈마 방전 상태가 안정화되어 시간이 지날수록 표면 처리 효과가 감소한다. 펄스 형태로 플라즈마의 생성과 소멸이 반복적으로 이루어지게 되면 플라즈마 방전 상태의 안정화에 의한 효율 감소를 방지할 수 있다. 또한, 플라즈마에 의한 피처리물의 손상을 줄일 수 있으며, 공정 온도가 낮아지는 효과를 가진다.Alternatively, the
도 7e를 참조하면, 압력조정부(210)는 배기부(211) 및 정화필터(214a)를 포함한다.Referring to FIG. 7E, the
제어부(230)는 밀폐부(200)의 내부에서 저압 상태인 대기가 방전되어 발생한 부산물을 밀폐부(200)의 내부에서 제거하도록 배기부(211)를 제어한다.The
정화필터(214a)는 배기부(211)를 통해 밀폐부(200)의 내부에서 제거된 부산물을 정화한다. 예를 들어, 정화필터(214a)는 오존(O3) 필터일 수 있다. 또한, 정화필터(214a)는 배기부(211)를 통해 배기되는 유로에 배치되어 부산물이 정화필터(214a)를 거쳐 장치 외부로 노출되도록 한다. 이를 통해, 플라즈마 처리 장치는 저압 상태인 대기를 방전으로 발생한 부산물의 외부 배출을 제어함으로써 사용자 안전성을 높인 효과를 보다 극대화할 수 있다.The
도 7f를 참조하면, 압력조정부(210)는 벤팅부(212), 벤팅밸브(213b) 및 필터(214b)를 포함하고, 제어부(230)는 센서(231)를 포함한다.Referring to FIG. 7F, the
벤팅부(212)는 외부 대기와 노출되는 개방영역을 가져, 외부 대기를 밀폐부(200) 내부로 주입한다. 벤팅밸브(213b)는 밀폐부(200)와 벤팅부(212)를 연결하는 유로를 개폐한다. 제어부(230)는 플라즈마 처리가 완료되면 밸브(213b)를 개방하여 밀폐부(200)의 내부 압력과 외부 대기의 압력 차이에 따른 대기의 흐름을 형성한다.The
제어부(230)는 형성한 대기의 흐름으로 밀폐부(200)의 내부 압력이 외부 대기의 압력과 평형이 이루어지도록 한 뒤, 밀폐부(200)의 개방을 제어한다.The
도 8은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 공정 운영을 설명하기 위한 순서도이며, 도 9a 내지 9e는 도 8의 다른 실시형태를 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 8 is a flowchart for explaining the process operation of the plasma processing apparatus of FIG. 1 , and FIGS. 9A to 9E are flowcharts for explaining another embodiment of FIG. 8 .
도 8을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 내부가 외부 환경에 대해 밀폐된 영역을 설정하는 단계(S310), 사전에 설정된 공정 압력 범위로 밀폐된 영역의 내부 압력을 조정하는 단계(S320) 및 밀폐된 영역의 내부에 전기장을 형성하는 단계(S330)를 포함한 공정 운영을 수행한다.Referring to FIG. 8, the plasma processing device of the present invention includes steps of setting an area sealed against the external environment (S310) and adjusting the internal pressure of the sealed area to a preset process pressure range (S320). and performing process operations including forming an electric field inside the sealed area (S330).
S310 단계는 내부가 외부 환경에 대해 밀폐된 영역을 설정하기 전 피처리물을 그 영역에 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Step S310 may further include placing the object to be treated in the area before setting the area sealed against the external environment.
도 9a를 더 참조하면, S310 단계는 공간을 배기하는 단계(S311), 공간의 내부 압력을 외부 환경에 대해 밀폐되도록 하는 단계(S312) 및 공간의 내부와 외부의 압력 차이를 측정하여 밀폐된 영역을 설정하는 단계(S313)일 수 있다.Referring further to Figure 9a, step S310 includes a step of exhausting the space (S311), a step of sealing the internal pressure of the space to the external environment (S312), and measuring the pressure difference between the inside and outside of the space to determine the sealed area. This may be a setting step (S313).
또한, S313 단계는 S320 단계를 포함하여 S313 단계 이후 S330 단계가 수행될 수 있다.Additionally, step S313 may include step S320, and step S330 may be performed after step S313.
도 9b를 더 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 S310 단계 또는 S330 단계 이후 사전에 설정된 공정 압력 범위로 밀폐된 영역의 내부 압력을 일정하게 유지되도록 제어하는 단계(S321)를 포함한 공정 운영을 수행한다.Referring further to FIG. 9B, the plasma processing apparatus of the present invention performs a process operation including a step (S321) of controlling the internal pressure of the sealed area to be kept constant in a preset process pressure range after step S310 or step S330. do.
도 9c를 더 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 S310 단계 또는 S330 단계 이후 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 밀폐된 영역의 내부 압력을 가변하도록 제어하는 단계(S322)를 포함한다.Referring further to FIG. 9C, the plasma processing apparatus of the present invention includes a step (S322) of controlling the internal pressure of the sealed area to vary within a preset process pressure range after step S310 or step S330.
도 9d를 더 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 S310 단계 또는 S320 단계 이후 교류전원으로 공정 시간 동안 전기장을 형성하는 단계(S331)를 포함한다.Referring further to FIG. 9D, the plasma processing apparatus of the present invention includes a step (S331) of forming an electric field during the process time with AC power after step S310 or step S320.
도 9e를 더 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 S330 단계 이후 방전 부산물을 제거하는 단계(S341) 및 내부와 외부의 압력 차이에 따른 대기의 흐름을 형성하는 단계(S342)를 더 포함한다.Referring further to FIG. 9E, the plasma processing apparatus of the present invention further includes a step of removing discharge by-products (S341) after step S330 and a step of forming an atmospheric flow according to the pressure difference between the inside and the outside (S342).
S342 단계는 내부와 외부의 압력이 평형을 이루게 된 후 밀폐된 영역의 밀폐성을 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, S342 단계는 외부와 평형된 내부 압력을 가진 밀폐부를 개방하여 수납된 표면 처리가 완료된 피처리물이 출납되는 단계를 더 포함할 수 있다.Step S342 may further include releasing the sealing of the sealed area after the internal and external pressures are balanced. In addition, step S342 may further include a step of opening the sealed portion having an internal pressure balanced with the external pressure and allowing the received object to be processed with completed surface treatment to be placed in and out.
도 10은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 밀폐부의 내부 압력이 시간에 따라 변화하는 것을 나타낸 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the change in internal pressure of the sealed portion of the plasma processing device of FIG. 1 over time.
도 10에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부 압력은 플라즈마 처리 공정이 운영되는 동안 밀폐부(100)의 내부가 외부 환경에 대해 밀폐되기 위해 압력이 감소하는 구간(S510), 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위에 포함되는 구간(S520) 및 내부 압력이 외부 압력과 평형이 이뤄지도록 상승하는 구간(S530)으로 구분된 변화를 나타낸다. 전극부(120)는 S520 구간에서 밀폐부(100)의 내부에 전기장을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 10, the internal pressure of the
도면에 나타난 것과 같이, S520 구간은 밀폐부(100)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 일정하게 유지될 수 있다. As shown in the figure, in section S520, the internal pressure of the
도 11a 내지 도 11i는 도 10의 밀폐부의 내부 압력이 시간에 따라 변화하는 다른 실시형태를 나타낸 그래프이다.FIGS. 11A to 11I are graphs showing another embodiment in which the internal pressure of the seal of FIG. 10 changes over time.
도 11a 내지 도 11c에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부 압력은 밀폐부(100)의 내부가 외부 환경에 대해 밀폐되기 위해 압력이 감소하는 구간(S510)에서 밀폐부(100)의 내부 밀폐 여부를 확인한다.As shown in FIGS. 11A to 11C, the internal pressure of the
도 11a에 도시된 것과 같이, 플라즈마 처리 장치는 밀폐부(100)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위에 포함된 기준압력(Pcheck)에 도달하였는지 여부를 확인한다. 또는, 플라즈마 처리 장치는 사전에 설정된 시간(tcheck)에 밀폐부(100)의 내부 압력을 측정하여 기준압력(Pcheck)보다 낮은지를 평가한다. 또는, 플라즈마 처리 장치는 설정된 시간(tcheck) 내지 구간 동안의 밀폐부(100)의 내부 압력 변화량을 측정하여 밀폐부(100)의 내부 밀폐 여부를 확인한다.As shown in FIG. 11A, the plasma processing device checks whether the internal pressure of the
도 11b에 도시된 것과 같이, 플라즈마 처리 장치는 밀폐부(100)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위보다 큰 기준압력(Pcheck)에 도달하였는지 여부를 확인한다. 또는, 플라즈마 처리 장치는 사전에 설정된 시간(tcheck)에 밀폐부(100)의 내부 압력을 측정하여 기준압력(Pcheck)보다 낮은지를 평가한다.As shown in FIG. 11B, the plasma processing device checks whether the internal pressure of the
도 11c에 도시된 것과 같이, 플라즈마 처리 장치는 밀폐부(100)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위보다 낮은 기준압력(Pcheck)에 도달하였는지 여부를 확인한다.As shown in FIG. 11C, the plasma processing device checks whether the internal pressure of the
도 11a 내지 도 11c에서의 기준압력(Pcheck) 또는 시간(tcheck)은 압력조정부(110)를 구성하는 진공 펌프의 최대 진공도 내지 펌프 성능과 관련하여 사전에 설정될 수 있다.The reference pressure (P check ) or time (t check ) in FIGS. 11A to 11C may be set in advance in relation to the maximum vacuum degree or pump performance of the vacuum pump constituting the
도 11a 내지 도 11c에서, 플라즈마 처리 장치는 밀폐부(100)의 내부 밀폐 여부를 확인하여 밀폐부(100)의 밀폐성과 관련한 오류 또는 압력조정부(110)의 동작 오류로 판단하고, 장치의 동작을 멈추고 이를 사용자에게 알릴 수 있다.11A to 11C, the plasma processing device checks whether the sealing
도 11d 내지 도 11h에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부 압력은 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위에 도달하는 구간(S510) 이후 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 가변할 수 있다.As shown in FIGS. 11D to 11H, the internal pressure of the
도 11d에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부 압력은 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 감소되는 구간(S621)을 가진다. 이러한 형태는, 압력조정부(110)가 밀폐부(100)의 내부를 지속적으로 배기하거나 제어된 배기를 통해 나타날 수 있다.As shown in FIG. 11D, the internal pressure of the
도 11e에 도시된 것과 같이, 밀폐부(200)의 내부 압력은 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 제어됨에 따라 변화되는 구간(S622)을 가진다. 이러한 형태는, 압력조정부(110)가 밀폐부(100)의 내부 압력이 사전에 설정된 공정 압력 범위의 상한에 도달한 시점(tvacuum)에 밀폐부(100)의 내부를 배기하여 나타날 수 있다. 이러한 경우, 밀폐부(200)의 내부 압력은 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 감소와 증가가 비정형적으로 나타난다.As shown in FIG. 11E, the internal pressure of the
도 11f에 도시된 것과 같이, 밀폐부(200)의 내부 압력은 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 증가되는 구간(S623)을 가진다. 이러한 형태는, 압력조정부(110)가 밀폐부(100)의 내부에 일정하게 외부 대기를 주입하거나 제어된 주입과 배기를 통해 나타날 수 있다. 예를 들어, 압력조정부(110)는 사전에 설정된 시간(tvent)에 밀폐부(100)의 내부에 외부 대기를 주입하여 밀폐부(100)의 내부 압력을 증가되는 구간을 가지도록 할 수 있다.As shown in FIG. 11F, the internal pressure of the
도 11g에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부 압력은 사전에 설정된 공정 압력 범위에서 일정한 주기(cycle1, cycle2)의 감소와 증가가 반복되는 구간(S624)을 가진다. 이러한 형태는, 압력조정부(110)가 밀폐부(100)의 내부에 일정한 시간 간격(tvent1, tvent2)을 가진 외부 대기의 주입 또는 밀폐부(100)의 내부를 일정한 시간 간격(tvacuum1, tvacuum2)을 가진 배기를 통해 나타날 수 있다. 밀폐부(100)의 내부에서 일정하게 반복되는 압력 변화가 이뤄지는 플라즈마 처리 과정은 보다 반복 신뢰성을 갖춘 표면 처리 효과를 가질 수 있다.As shown in FIG. 11g, the internal pressure of the
도 11h에 도시된 것과 같이, 밀폐부(200)의 내부는 외부와 배기 또는 벤팅이 이뤄지지 않는 고립되는 구간(S625)을 가진다. 다만, S625 구간은 밀폐부(200)의 내부가 외부와 완전히 단절되어 폐쇄되더라도 리크가 발생하여 밀폐부(200)의 내부 압력이 약간 상승하게 된다. 밀폐부(200)의 내부가 외부와 폐쇄된 상태로 플라즈마 표면 처리가 이루어지게 되면, 플라즈마 표면처리 과정에서 발생되는 오존(O3)이 배기되지 않게 되어 오존(O3)의 농도가 유지 또는 상승하게 된다. 이처럼, 밀폐 공간 내부에 오존(O3)의 농도가 상승함에 따라, 피처리물의 살균이 효과적으로 이루어질 수 있다. 이러한 형태는, 압력조정부(110)가 밀폐부(100)의 내부를 사전에 설정된 시간(tisolate)에 고립시킴으로 나타날 수 있다.As shown in FIG. 11h, the inside of the sealing
도 11i에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부 압력은 S520 구간 이후 내부 압력이 외부 압력과 평형이 이뤄지도록 상승하기 전 일정하게 낮은 압력 범위를 가지는 구간(S630)을 가진다. 이러한 형태는, 압력조정부(110)가 밀폐부(100)의 내부를 사전에 설정된 시간(tpurificate) 또는 사용자의 별도 입력이 있기 전까지 외부 환경에 대한 밀폐를 유지하도록 함으로써 나타날 수 있다. 또는, 압력조정부(110)는 사전에 설정된 시간(tpurificate) 동안 밀폐부(100)의 내부를 배기하여 부산물을 밀폐부(100)의 내부에서 제거한다. 이후, 압력조정부(110)는 밀폐부(100)의 내부 압력이 외부 대기의 압력과 평형이 이뤄지도록 한다.As shown in FIG. 11I, the internal pressure of the
도 12a 내지 도 12c는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 전극부에 인가되는 전원을 나타낸 그래프이다.FIGS. 12A to 12C are graphs showing power applied to the electrode portion of the plasma processing device of FIG. 1.
도 12a에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부는 사전에 설정된 공정 압력 범위에 도달하는 구간(S510) 이후 전극부(120)의 ON이 유지되어 밀폐부(100) 내부에 전기장을 형성이 지속적으로 유지되는 구간(S721)을 가진다.As shown in FIG. 12a, the
도 12b에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부는 S510 구간 이후 전극부(120)의 ON과 OFF가 반복되어 밀폐부(100) 내부에 전기장 형성이 생성과 소멸이 반복되는 구간(S722)을 가진다. As shown in FIG. 12b, the inside of the sealed
도 12c에 도시된 것과 같이, 밀폐부(100)의 내부는 S510 구간 이후 전극부(120)의 전압 인가를 시작하는 시점이 조정되는 구간(S723)을 가진다. 이를 통해, 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 표면 처리 효과와 관계된 플라즈마 형상, 세기 및 농도를 제어할 수 있다.As shown in FIG. 12C, the interior of the sealed
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 사시도이다.Figure 13 is a perspective view showing a plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 수납 용기(L1)가 안착되는 안착부(12)와, 안착부(12)와 상대 이동되어 수납 용기(L1)를 외부 환경으로부터 밀폐시키는 밀폐부(14)와, 외부 환경으로부터 밀폐된 밀폐부(14) 내부에 플라즈마를 방전시키는 전극부(미도시)와, 외부 환경으로부터 밀폐된 밀폐부(14) 내부의 공기를 배기하는 압력조정부(미도시)와, 안착부(12)의 상부에 배치되는 상부 블록(13)과, 외관을 형성하는 본체(11)를 구비할 수 있다. Referring to FIG. 13, the
안착부(12)는 본체(11)의 전방에 위치하도록 배치되며, 상부 블록(13)의 하부에 위치하도록 배치될 수 있다. 안착부(12)의 상면에는 수납 용기(L1)에 전원을 인가하는 전극이 형성될 수 있다. The seating
도시된 것과 같이, 수납 용기(L1)는 홀을 가져 밀폐부(14)의 내부와 평형된 내부 압력을 가질 수 있도록 밀폐부(14)의 내부 압력이 조정되는 과정에서 함께 조정된다. 즉, 수납 용기(L1)는 홀을 가져 수납 용기(L1)의 내부 대기가 배기되거나 외부 대기가 주입될 수 있다.As shown, the storage container L1 has a hole and is adjusted together in the process of adjusting the internal pressure of the sealing
또한, 수납 용기(L1)는 홀을 통해 플라즈마 생성과 관련한 전기장의 세기 또는 형상이 변화되며, 이를 통해 수납 용기(L1) 내부에 수납된 피처리물에 대한 표면 처리 성능이 개선될 수 있다.In addition, the intensity or shape of the electric field related to plasma generation in the storage container L1 changes through the hole, and through this, the surface treatment performance of the object to be processed stored inside the storage container L1 can be improved.
이때, 안착부(12)는 수납 용기(L1) 하부 전체를 수용하는 홀(미도시)이 형성되거나, 수납 용기(L1)의 전기 연결 부재(미도시)가 돌출된 구조일 경우, 돌출된 전기 연결 부재(미도시)를 수용하는 홀(미도시)이 형성될 수 있다. At this time, the seating
또한, 안착부(12)에는 마그넷이 구비되어, 전기 연결 부재(미도시)와의 자력으로 접촉력을 강화시킬 수 있다. 마그넷은 홀(미도시)의 바닥면에 구비될 수 잇다. In addition, the seating
밀폐부(14)는 안착부(12)와 상대 이동되어 수납 용기(L1)를 외부 환경으로부터 밀폐시킨다. 본 발명에서는 하나의 예로써, 밀폐부(14)가 승하강되어 밀폐부(14)의 하부가 안착부(12)의 상면에 접함으로써, 밀폐부(14)의 내부에 밀폐 공간이 형성되게 된다. The sealing
상부 블록(13)은 본체(11)의 전방 및 안착부(12)의 상부에 위치하도록 배치될 수 있다. 상부 블록(13)에는 밀폐부(14)를 승하강시키는 승하강부(미도시)가 구비될 수 있다. The
전극부(미도시)는 밀폐부(14)가 하강하여 안착부(12)와 밀폐부(14)가 밀폐될 때, 밀폐공간을 이루는 밀폐부(14)의 중공 내부에 플라즈마를 방전시켜 플라즈마 처리를 하는 기능을 수행할 수 있다. 전극부(미도시)는 수납 용기(L1)와 전기적으로 연결되도록 안착부(12)에 구비되는 제1 전극(미도시)과, 수납 용기(L1)를 둘러싸도록 밀폐부(14)에 구비되는 제2 전극(미도시)과, 제1 전극(미도시)과 제2 전극(미도시)에 전원을 인가하는 전원부(미도시)를 구비할 수 있다. When the sealing
압력조정부(미도시)는 외부 환경으로부터 밀폐된 밀폐부(14)의 내부의 공기를 배기하는 기능을 수행할 수 있다.The pressure adjusting unit (not shown) may perform the function of exhausting the air inside the sealing
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. As such, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but this is merely an example, and those skilled in the art will understand that various modifications and variations of the embodiment are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
100: 밀폐부
110: 압력조정부
120: 전극부
130: 제어부100: sealed part
110: Pressure adjustment unit
120: electrode part
130: control unit
Claims (35)
상기 밀폐부의 내부 대기 또는 외부 대기만을 이용하여, 사전에 설정된 공정 압력 범위로 상기 밀폐부의 내부 압력을 조정하는 압력조정부;
상기 밀폐부의 내부에 전기장을 형성하는 전극부; 및
상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하여 상기 밀폐부의 내부에 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위의 저압 상태인 대기를 형성하도록 상기 압력조정부를 제어하고, 상기 저압 상태인 대기를 방전하도록 상기 전극부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부 압력을 제1 공정 압력 범위에서 일정하게 유지하거나, 제2 공정 압력 범위에서 가변하도록 상기 압력조정부를 단계적으로 제어하여, 상기 저압 상태인 대기의 압력이 상기 제1 공정 압력 범위에서 일정하게 유지되거나 상기 제2 공정 압력 범위에서 가변되는 상기 밀폐부의 내부에서 방전하고,
상기 밀폐부는 분리된 상부 부재와 하부 부재를 포함하고,
상기 상부 부재 또는 상기 하부 부재는 상대 이동하여 접함으로써 상기 밀폐부의 내부를 밀폐하는,플라즈마 처리 장치.a sealed portion on the inside sealed against the external environment;
a pressure adjusting unit that adjusts the internal pressure of the sealing unit to a preset process pressure range using only the internal atmosphere or external atmosphere of the sealing unit;
an electrode unit forming an electric field inside the sealing unit; and
A control unit that controls the pressure adjustment unit to exhaust the atmosphere inside the sealing unit to form a low-pressure atmosphere within the preset process pressure range inside the sealing unit, and controls the electrode unit to discharge the low-pressure atmosphere; Including,
The control unit controls the pressure adjustment unit step by step to keep the internal pressure of the sealing unit constant in the first process pressure range or to vary it in the second process pressure range, so that the pressure of the low-pressure atmosphere is adjusted to the first process pressure. Discharging within the enclosure where the pressure is maintained constant in a range or varied in the second process pressure range,
The sealing portion includes a separate upper member and a lower member,
The upper member or the lower member moves relative to each other to seal the inside of the sealing unit, Plasma processing device.
상기 제1 공정 압력 범위는 2 Torr 이상 30 Torr 미만의 범위에서 설정되는, 플라즈마 처리장치.According to claim 1,
The first process pressure range is set in a range of 2 Torr or more and less than 30 Torr.
상기 제2 공정 압력 범위는 1 Torr 이상 100 Torr 미만의 범위에서 설정되는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The second process pressure range is set in a range of 1 Torr to 100 Torr.
상기 하부 부재는 피처리물 또는 상기 피처리물이 수납된 용기의 형상에 대응하는 수납홀을 포함하고,
상기 전극부는 상기 수납홀의 내주면에 배치된 전극을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The lower member includes a storage hole corresponding to the shape of the object to be treated or the container in which the object to be treated is stored,
The electrode unit includes an electrode disposed on an inner peripheral surface of the storage hole.
상기 밀폐부의 내측은 내화학성을 가지는 소재로 이루어지거나 내화학성 코팅층이 형성된, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The inside of the sealing portion is made of a chemical-resistant material or a chemical-resistant coating layer is formed on the plasma processing device.
상기 밀폐부의 적어도 일부는 투명한 재질로 이루어져 상기 밀폐부의 내부에서 방전한 상기 저압 상태인 대기를 외부에서 육안으로 확인할 수 있는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
A plasma processing device wherein at least a portion of the sealed portion is made of a transparent material so that the low-pressure atmosphere discharged inside the sealed portion can be visually confirmed from the outside.
상기 투명한 재질은 유리 재질인, 플라즈마 처리 장치.According to clause 7,
A plasma processing device wherein the transparent material is glass.
상기 전극부는 전극을 포함하고,
상기 전극의 적어도 일부는 상기 밀폐부의 내부로 노출되는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The electrode portion includes an electrode,
At least a portion of the electrode is exposed to the inside of the sealed portion.
적어도 일부가 상기 밀폐부의 내부로 노출되는 상기 전극은 상기 밀폐부에 수납된 피처리물 또는 상기 피처리물이 수납된 용기의 일부와 전기적으로 연결되는, 플라즈마 처리 장치.According to clause 9,
The electrode, at least partially exposed to the inside of the sealed portion, is electrically connected to the object to be treated accommodated in the sealed portion or a portion of a container containing the object to be treated.
상기 전극은 자성을 가지는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 10,
A plasma processing device, wherein the electrode has magnetism.
상기 압력조정부는 상기 밀폐부의 내부를 배기하는 배기부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 밀폐부의 내부 압력을 상기 밀폐부의 내부가 상기 외부 환경에 대해 밀폐되도록 상기 배기부를 제어하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjusting unit includes an exhaust unit that exhausts the interior of the sealing unit,
The control unit controls the internal pressure of the sealing unit and the exhaust unit to seal the interior of the sealing unit from the external environment.
상기 밀폐부는, 상기 밀폐부의 내부와 외부의 압력차이를 이용하여 상기 밀폐부의 내부가 상기 외부 환경에 대해 밀폐되도록 변형되는 탄성부재를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 12,
The sealing unit includes an elastic member that is deformed so that the inside of the sealing unit is sealed against the external environment using a pressure difference between the inside and the outside of the sealing unit.
상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부와 외부의 압력차이를 측정하는 센서를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 12,
The control unit includes a sensor that measures a pressure difference between the inside and outside of the sealing unit.
상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 진공 펌프를 지속적으로 동작시켜 상기 밀폐부의 내부 압력을 일정하게 유지하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjusting unit includes a vacuum pump that exhausts the atmosphere inside the sealing unit,
The control unit continuously operates the vacuum pump to maintain the internal pressure of the sealed unit constant and discharges discharge inside the sealed unit where the atmospheric pressure in the low pressure state is maintained constant.
상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프 및 상기 밀폐부와 상기 진공 펌프를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고,
상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 일정하게 유지하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjusting unit includes a vacuum pump that exhausts the atmosphere inside the sealing unit and a valve that opens and closes a flow path connecting the sealing unit and the vacuum pump,
The control unit opens and closes the valve to keep the internal pressure of the sealing unit constant and discharges electricity inside the sealing unit where the pressure of the low-pressure atmosphere is kept constant.
상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 진공 펌프; 상기 밀폐부의 내부에 외부 대기를 주입하는 벤팅부; 및 상기 진공 펌프 또는 상기 벤팅부와 상기 밀폐부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 일정하게 유지하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 일정하게 유지된 상기 밀폐부의 내부에서 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjusting unit includes a vacuum pump that exhausts the atmosphere inside the sealing unit; a venting unit that injects external atmosphere into the sealed unit; And a valve that opens and closes a flow path connecting the vacuum pump or the venting portion and the sealing portion,
The control unit opens and closes the valve to keep the internal pressure of the sealing unit constant and discharges electricity inside the sealing unit where the pressure of the low-pressure atmosphere is kept constant.
상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 배기부 및 상기 밀폐부와 상기 배기부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고,
상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 가변하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 가변되는 상기 밀폐부의 내부에서 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjusting unit includes an exhaust unit that exhausts the atmosphere inside the sealing unit, and a valve that opens and closes a flow path connecting the sealing unit and the exhaust unit,
The control unit opens and closes the valve to vary the internal pressure of the sealed unit and discharges a discharge inside the sealed unit where the pressure of the low-pressure atmosphere is varied.
상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부 대기를 배기하는 배기부; 상기 밀폐부의 내부에 외부 대기를 주입하는 벤팅부; 및 상기 배기부 또는 상기 벤팅부와 상기 밀폐부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 밸브를 개폐하여 상기 밀폐부의 내부 압력을 가변하고 상기 저압 상태인 대기의 압력이 가변되는 상기 밀폐부의 내부에서 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjustment unit includes an exhaust unit that exhausts the atmosphere inside the sealing unit; a venting unit that injects external atmosphere into the sealed unit; And a valve that opens and closes a flow path connecting the exhaust unit or the venting unit and the sealing unit.
The control unit opens and closes the valve to vary the internal pressure of the sealed unit and discharges a discharge inside the sealed unit where the pressure of the low-pressure atmosphere is varied.
상기 제어부는 상기 밀폐부의 내부 압력을 높이고 낮추는 가변을 반복하도록 상기 압력조정부를 제어하여,
상기 밀폐부의 내부에서 반복적으로 가변되는 상기 저압 상태인 대기를 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The control unit controls the pressure adjustment unit to repeatedly increase and lower the internal pressure of the sealing unit,
A plasma processing device that discharges the low-pressure atmosphere that is repeatedly varied inside the sealing unit.
상기 압력조정부는, 상기 밀폐부의 내부에 주입되는 외부 대기를 거르는 필터를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.According to any one of claims 18, 22 and 23,
The pressure adjusting unit further includes a filter that filters external atmosphere injected into the sealed unit.
상기 제어부는, 상기 밀폐부의 내부 압력을 측정하는 센서를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.According to any one of claims 17, 18, and 21 to 23,
The control unit further includes a sensor that measures the internal pressure of the sealing unit.
상기 제어부는, 사전에 설정된 시간을 기준으로 상기 압력조정부를 제어하는, 플라즈마 처리 장치.According to any one of claims 17, 18, and 21 to 23,
The control unit controls the pressure adjustment unit based on a preset time.
상기 전극부는 교류전원(AC)으로 상기 밀폐부의 내부 압력이 상기 사전에 설정된 공정 압력 범위에 있는 공정 시간 동안 상기 전기장을 형성하여 상기 저압 상태인 대기를 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The electrode unit generates the electric field using alternating current (AC) power during a process time when the internal pressure of the sealing unit is within the preset process pressure range, thereby discharging the low-pressure atmosphere.
상기 제어부는, 상기 공정 시간 동안 상기 교류전원의 ON을 유지하여 상기 저압 상태인 대기를 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to clause 27,
The control unit maintains the AC power ON during the process time to discharge the low-pressure atmosphere.
상기 제어부는, 상기 공정 시간 동안 상기 교류전원의 ON, OFF를 반복하여 상기 저압 상태인 대기를 방전하는, 플라즈마 처리 장치.According to clause 27,
The control unit is configured to discharge the low-pressure atmosphere by repeatedly turning the AC power on and off during the process time.
상기 교류전원의 주파수는 10 kHz 이상 200 kHz 이하인, 플라즈마 처리 장치.According to clause 27,
A plasma processing device wherein the frequency of the AC power is 10 kHz or more and 200 kHz or less.
상기 압력조정부는 상기 밀폐부의 내부를 배기하는 배기부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 밀폐부의 내부에서 상기 저압 상태인 대기가 방전되어 발생한 부산물을 상기 밀폐부의 내부에서 제거하도록 상기 배기부를 제어하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjusting unit includes an exhaust unit that exhausts the interior of the sealing unit,
The control unit is configured to control the exhaust unit to remove by-products generated by discharging the low-pressure atmosphere inside the sealing unit from the inside of the sealing unit.
상기 배기부는, 상기 부산물을 정화하는 필터를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 31,
The exhaust unit further includes a filter for purifying the by-products.
상기 압력조정부는 외부 대기와 노출된 벤팅부 및 상기 밀폐부와 상기 벤팅부를 연결하는 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 밸브를 개방하여 상기 밀폐부의 내부 압력과 상기 외부 대기의 압력 차이에 따른 대기의 흐름을 형성하는, 플라즈마 처리 장치.According to claim 1,
The pressure adjustment unit includes a venting portion exposed to the outside atmosphere and a valve that opens and closes a flow path connecting the sealing portion and the venting portion,
The control unit opens the valve to form a flow of air according to a difference between the internal pressure of the sealing unit and the pressure of the external atmosphere.
상기 제어부는 형성한 상기 대기의 흐름으로 상기 밀폐부의 내부 압력이 외부 압력과 평형이 이뤄지도록 하여 상기 밀폐부의 개방을 제어하는, 플라즈마 처리 장치.According to clause 33,
The control unit controls the opening of the sealing unit by balancing the internal pressure of the sealing unit with the external pressure using the generated air flow.
상기 밀폐부의 내부에는 피처리물이 수납되어 표면이 처리되고,
상기 피처리물은 치과 임플란트, 정형외과 임플란트, 골이식재, 피부이식재, 안과 임플란트, 심장 임플란트, 인공와우, 미용 임플란트, 신경 임플란트, 의료용 수지, 치과 보철물, 섬유, 종자, 식품을 포함하는 그룹에서 선택되는, 플라즈마 처리 장치.
According to claim 1,
An object to be treated is stored inside the sealing portion and the surface is treated,
The object to be treated is selected from the group including dental implants, orthopedic implants, bone graft materials, skin graft materials, ophthalmic implants, heart implants, cochlear implants, cosmetic implants, neural implants, medical resins, dental prostheses, fibers, seeds, and foods. A plasma processing device.
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