等离子体处理装置的制作方法

本公开(disclosure)的技术思想涉及一种等离子体处理装置，更具体而言，涉及一种在不使用单独的处理气体的情况下向待处理对象赋予根据等离子体处理的特性的等离子体处理装置。

背景技术：

1、等离子体是一种包括自由电子、离子化的原子和分子、自由基等的离子化的气体，当对物质状态中的气体施加大能量时，变成与通常的相变不同的由电子和离子构成的等离子体态。由于这种等离子体包括高能量的带电粒子，因此与其他物质积极反应并表现出物理、化学变化，从而用于多种工业。

2、工业中使用的传统的等离子体技术的特征在于在高真空中使用高频来产生等离子体。在这样的真空环境下使用等离子体的表面处理技术自1980年代以来已被用作半导体、显示器、太阳能电池等的主要高科技工业的核心制造工艺技术，以沉积(deposition)、蚀刻(etching)、灰化(ashing)等为目的，已对真空等离子体技术进行了活跃的研究。

3、在使用这种真空等离子体的传统的等离子体处理技术中，将待处理对象引入到真空腔室并使用高真空泵来使腔室内部的压力形成足够的真空(例如，1mtorr以下)。通过充分确保腔室内部的真空并注入工艺气体，可以实现根据等离子体放电和工艺气体的特性的表面处理。这里，足够的真空度的主要目的是通过充分去除大气气体来提高随后注入的工艺气体的纯度，根据如沉积、蚀刻、灰化的每个目的选择工艺气体，对根据表面处理的目的注入的气体的混合、注入量、排气速度等进行调整，以确保等离子体表面处理的性能。

4、大气压等离子体技术具有如下优点：可以在不使用昂贵的真空泵，因此不单独配置密封的腔室环境的情况下，进行等离子体处理。大气压等离子体技术的特征在于与真空等离子体技术相同，根据表面处理的目的选择工艺气体，从而具有期望的表面处理效果。然而，大气压等离子体技术具有难以控制高纯度工艺气体的分压的局限性，因为在大气环境中注入工艺气体，处理只能在大气分子混合的环境中进行。另外，大气压等离子体技术中，由于工艺在开放的空间进行而不是在密封的真空腔室进行，因此因工艺气体暴露于外部的问题，可以使用的气体的类型受到限制，并且由于通过等离子体放电而产生的活性物质等副产物的暴露，存在局限性。尤其，由于不能从大气环境中的等离子体产生环境中排除的大气气体(氮气和氧气)，因此在确保用户安全免受等离子体反应产生的活性氮(rns，reactive nitrogen species)和活性氧(ros，reactive oxygen species)的暴露方面存在风险。

5、大气(atmosphere)一般是指均匀地包围地球周围的气体，是通过地球引力包围地球周围的气体。这种大气的组成气体为氮气(通常为约78％)和氧气(通常为约21％)，以及氩气(通常为约0.93％)、二氧化碳、氖气、氦气等。大气是各种气体的混合物，由于空气的运动，除了二氧化碳和臭氧之外，以一定的成分分布到一定的高度(通常距地表面80km)。分压(partial pressure)是指如大气的混合气体的成分分别具有的压力。例如，1个大气压的大气中，氮气的分压为0.78个大气压，氧气的分压为0.21个大气压。

6、在传统的大气压等离子体技术中，广泛使用一种通过用惰性气体(例如，氦气或氩气等)来进行表面处理的技术，以便在最小化大气中产生的活性物质等副产物的同时提高等离子体的稳定性(stability)。如上所述，虽然在持续供给大量气体的同时进行等离子体表面处理可能会降低经济性，但与需要用于实现传统的真空等离子体技术的昂贵的真空腔室、真空泵和高纯度的精确供给控制的方法相比，具有相对较高的竞争力。因此，大气压等离子体技术用于精确度要求相对较低的应用工业(二次电池、纤维、环境等)。代表性地，在农业领域，正在进行对种子的杀菌和促进发芽的研究与开发，并且正在进行对通过使用等离子体的食品的非加热杀菌来提高食品的存储性的研究和开发。

7、近来，大气压等离子体技术在医疗行业以多种方式使用，并且有一种用于对医疗器械进行灭菌(sterilization)或用于去除(cleaning)残留在医疗器械表面上的杂质的技术。尤其，在作为用于生物插入的医疗器械的医疗植入物的情况下，对多种材料进行了开发以提高生物相容性，同时还有用于增加表面的有效表面积的表面处理技术，并且可以通过去除表面的杂质来增加生物材料的有效表面积的同时，减少杂质引起的炎症反应。另外，通过等离子体处理用于控制表面能等各种目的(交联反应、表面化学反应引起的结构变化、灭菌、润湿性、粘合性、结合性、表面强化、表面耐热性的改性等)。

8、有一种以使用大气压等离子体的杂质去除和提高表面能为目的的技术，其具有与工业用等离子体中使用氧气的灰化工艺技术类似的工艺机制。

9、工业用等离子体灰化工艺技术主要用于清洗和去除半导体制造工艺中工艺后残留的光刻胶或前一工艺中产生的副产物。这种灰化工艺通过使用包含含氧气体的工艺气体来产生活性氧等，来去除半导体制造工艺中产生的副产物(现有文献，韩国授权专利第10-1226297号)，已经开发了一种直接采用该技术，并使用由氧气气体转化的氧气等离子体来处理牙科植入物的表面的技术(现有文献韩国公开专利第10-2016-0065698号)。

10、使用工业用等离子体的半导体等灰化工艺和医疗行业中使用大气压等离子体的医疗植入物的表面处理技术通过等离子体处理去除如碳氢化合物(hydrocarbon，chx)的有机物质，用于灭菌和提高表面能的活性物质(oh)产生的等离子体(plasma)反应可以简单地表示如下。

11、chx+o2+(plasma)→co2+h2o+oh

12、在医疗行业中，为了提高使用的医疗植入物的性能，制造工艺包括增加表面的有效表面积的表面处理工艺、用于去除杂质的清洗工艺、用于确保无菌性的灭菌工艺。然而，即使在制造过程中完全去除杂质，在传统的灭菌工艺(环氧乙烷(ethylene oxide，eo)气体或辐射)、流通和保管过程中产生的表面污染可能是不可避免的现象。

13、医疗行业中使用的传统的等离子体技术通过使用大气压等离子体去除杂质(例如，碳氢化合物)和提高表面能(在植入物表面形成oh官能团)来制作表面处理效果。首先，为了减少由等离子体产生的副产物，使用诸如氩气和氦气的惰性气体作为工艺气体。另外，可以通过注入这种工艺气体降低用于产生等离子体的电压，并且可以在植入物表面产生稳定的等离子体，因此可以防止等离子体对表面的损坏。然而，在所述表面反应中，为了去除杂质或提高表面能使用的实际工艺气体为氧气，但注入单独的工艺气体来降低氧气的分压以减少副产物，从而具有处理性能下降的问题。

14、大气压等离子体技术的性能方面的限制不仅在工艺气体的分压方面存在限制，而且在高压力下进行放电的等离子体的能量方面也存在限制。等离子体在一定空间内形成电场，通过在电场上方加速的电子传递能量，并且加速后的电子通过与周围的工艺气体分子的碰撞发生电离反应。大气压的分子密度比真空环境高，从而平均自由程(mean freepath)变短以及加速距离变短，因此与施加的电力相比，具有低的等离子体能量。即附着在植入物表面的杂质以各种能量值附着，在使用大气压等离子体的情况下，具有只能去除以相对低的能量值附着的杂质的限制。

15、医疗行业中使用的传统的大气压等离子体处理技术虽然可以通过使用工艺气体来部分确保用户安全性，但还不够，不仅在等离子体处理性能方面存在局限性，而且为了使用工艺气体，必须设置单独的气体存储部和气体供给部，并且由于需要对其运行和管理的配置，因此存在引入和运行中产生较高的成本，并且可用性差的问题。

16、等离子体技术具有通过去除待处理对象表面的杂质并提高表面能，提高作为活骨和人工植入物之间功能连接的骨整合(osseointegration)性能，进而提高生物相容性的效果。因此，等离子体技术可以用于牙科植入物、整形外科植入物、骨移植材料、皮肤移植物、眼科植入物、心脏植入物、人工耳蜗、美容植入物、神经植入物等的表面处理。然而，医疗行业对这种植入物等植入人体的医疗器械作为对无菌性要求最高的高风险医疗器械，即高等级医疗器械来管理。因此，为了将等离子体技术应用于医疗行业，需要在保持待处理对象的无菌性的同时能够进行表面处理，并且需要不会对包括待处理对象的医疗器械造成二次污染的装置的运行。

17、另外，由于易受危毒性有害物质影响的患者暴露于操作装置的环境，因此确保用户安全免受等离子体反应产生的活性物质的暴露是非常重要的。

18、另外，由于医疗行业直接关系到人的生命的特性，需要高安全性和有效性进行系统验证，以便引入新的技术，为此，需要一种能够简单、直观且易于识别验证的效果的技术。这种技术不仅在安全性和有效性方面，而且在用户的可用性(usability)方面也可以具有提高的效果。

19、综上所述，使用真空等离子体的传统的等离子体处理技术通过形成高真空并使用功能高纯度的工艺气体来产生稳定的等离子体，并实现表面处理性能，但具有需要昂贵的装置配置的限制。

20、使用大气压等离子体的传统的等离子体处理技术通过在大气压环境使用惰性工艺气体来产生稳定的等离子体，并且可以构建具有经济性的装置，但由于有限的表面处理性能和大量放电副产物，具有安全性的限制。

21、另外，由于传统的技术都使用工艺气体，因此产生用于操作和管理的成本，从而具有可用性下降的问题。尤其，不具备应用于医疗行业所需的安全性和有效性，使用性也有限制。

22、现有技术文献

23、专利文献

24、专利文献1：日本公开专利第2002-313775号

25、专利文献2：韩国授权专利第10-2312813号

26、专利文献3：韩国授权专利第10-1226297号

27、专利文献4：韩国公开专利第10-2016-0065698号

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、本公开的技术思想所要解决的技术问题在于提供一种等离子体处理装置，其通过使用相对低的电压，使通过排出密封空间的大气而形成的低压状态的大气进行放电来产生稳定等离子体，而不使用单独的工艺气体。

3、另外，本公开的技术思想所要解决的另一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，其通过控制压力来改善表面处理性能，该表面处理性能包括通过使低压状态的大气进行放电而产生的等离子体来去除待处理对象表面的杂质。

4、另外，本公开的技术思想所要解决的另一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，其通过电极结构和电压控制，实现由在待处理对象周围集中放电的低压状态的大气产生等离子体，从而提高表面处理性能。

5、另外，本公开的技术思想所要解决的又一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，不使用单独的工艺气体，使用低压状态的大气产生等离子体，从而降低操作和管理成本且可用性高。

6、另外，本公开的技术思想所要解决的又一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，通过使低压状态的大气进行放电来减少通过等离子体放电而产生的活性物质等副产物的产生，从而提高用户安全性。

7、另外，本公开的技术思想所要解决的又一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，可以通过实现在包装容器内部的待处理对象周围产生等离子体，来在保持待处理对象的无菌性的状态下进行处理。

8、另外，本公开的技术思想所要解决的又一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，通过减少表面处理过程中用户的干预，来防止包括待处理对象的医疗器械的二次污染，从而提高可用性。

9、并且本公开的技术思想所要解决的又一技术问题在于提供一种等离子体处理装置，通过能够使用户简单且直观地看见等离子体表面处理过程，从而不仅改善安全性和有效性，还可改善可用性。

10、本公开的技术思想所要解决的技术问题不限于以上所提及到的问题，本领域技术人员可从以下记载中清楚地理解未提及的其他问题。

11、用于解决问题的技术方案

12、为了实现如上所述的目的，根据本公开的技术思想的一方面，公开一种通过使在用于执行等离子体表面处理的密封空间中形成的低压状态的大气进行放电，而不使用单独的工艺气体的等离子体处理装置。此时，由于公开的等离子体处理装置不使用单独的工艺气体，因此不包括单独的工艺气体存储部和工艺气体供给部。

13、发明的效果

14、根据本公开的技术思想的等离子体处理装置不使用单独的工艺气体，可以通过使用相对低的电压，使通过排出密封空间的大气而形成的低压状态的大气进行放电来产生稳定等离子体。

15、另外，根据本公开的技术思想的等离子体处理装置可以通过控制压力来改善表面处理性能，该表面处理性能包括通过使低压状态的大气进行放电而产生的等离子体来去除待处理对象表面的杂质。

16、另外，根据本公开的技术思想的等离子体处理装置通过电极结构和电压控制，实现由在待处理对象周围集中放电的低压状态的大气产生等离子体，从而可以提高表面处理性能。

17、另外，根据本公开的技术思想的等离子体处理装置不使用单独的工艺气体，使用低压状态的大气产生等离子体，从而不会产生与使用包括昂贵的气体流量调节器的工艺气体相关的操作和管理成本，并且可以配置经济的泵和电源，因此可以构造具有高经济性的装置，从而可以大大提高可用性。

18、另外，根据本公开的技术思想的等离子体处理装置通过使低压状态的大气进行放电来减少通过等离子体放电而产生的活性物质等副产物的产生，并且通过从可控流体流量中净化一些产生的副产物，从而可以大大提高用户安全性。

19、另外，根据本公开的技术思想的等离子体处理装置通过在包装容器内部的待处理对象周围产生等离子体，从而可以在表面处理过程中保持待处理对象的无菌性。

20、另外，根据本公开的技术思想的等离子体处理装置具备在表面处理过程中减少了用户在待处理对象的收纳和取出过程中的干预的收纳部结构，从而可以防止包括待处理对象的医疗器械二次污染并提高可用性。

21、并且根据本公开的技术思想的等离子体处理装置被配置为能够从外部识别等离子体表面处理过程，因此用户可以简单且直观的确认装置的操作，从而不仅可以改善安全性和有效性，还可以改善可用性。

22、根据本公开的技术思想的实施例可获得的效果不限于以上所提及的效果，本领域技术人员可从以下记载中清楚地理解未提及的其他效果。