KR100386526B1 - 다공성 전극을 이용하는 상압 플라즈마 장치 - Google Patents

다공성 전극을 이용하는 상압 플라즈마 장치 Download PDF

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Abstract

반응 챔버 내를 상압으로 유지하고, 마주보고 있는 두 전극 중 하나에 다수의 구멍이 뚫려 있는 유전체막을 형성한다. 유전체막에 형성되어 있는 구멍을 통해 산소 가스를 공급하고, 전극 주위를 둘러싸는 고리 형태의 가스 공급관을 통해 헬륨 가스를 공급하면서 전극에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 유전체막에 형성되어 있는 구멍의 종횡비는 1/10 내지 1/15인 것이 바람직하며, 유전체막의 두께, 전극간 거리, 산소 및 헬륨의 유량 등을 적절히 조절한다.
유전체막에 형성된 구멍을 통해 모세관 방전을 얻을 수 있어, 상압에서 안정적인 플라즈마를 발생 및 유지할 수 있으며, 구멍을 통해 가스를 주입하거나 고리 모양의 가스 공급관을 사용함으로써, 규소(Si)나 전도성 물질로 된 시편을 사용하는 경우에도 표면에서의 전자들의 충전을 효과적으로 줄일 수 있어 안정적인 플라즈마를 얻을 수 있다.

Description

다공성 전극을 이용하는 상압 플라즈마 장치{Atmospheric plasma apparatus using capillary electrode}
본 발명은, 대기압 하에서 안정적인 플라즈마를 발생시켜 유기물 제거 등에 응용할 수 있는 다공성 전극을 이용한 상압 플라즈마 장치에 관한 것이다.
일반적으로 박막 증착, 건식 식각, 표면 처리 등의 반도체 공정을 비롯한 여러 공정에서 저압 플라즈마 장치가 널리 사용되고 있다. 그러나, 저진공에서 플라즈마를 발생시키기 위해서는 진공 장비의 사용이 필요하고, 진공 장비의 가격이 비싸기 때문에 플라즈마 장치의 가격이 상승하게 된다. 또한, 저진공 상태에서는 플라즈마의 균일도가 높지 않아 대면적으로 플라즈마를 발생시키기가 어렵고, 플라즈마의 밀도 또한 높지 않아 식각이나 제거 속도가 느리다는 단점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시키기 위한 여러 종류의 장치들이 개발되고 있는데, 예를 들면, 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge), 상압 마이크로파 방전(atmospheric microwave discharge), 펄스 코로나 플라즈마(pulsed corona discharge) 등을 유기물 제거, 유기박막 성장, 건식 식각 등에 적용하는 연구가 있다.
이밖에도 전극에 다수의 구멍을 갖는 유전체를 부착하여 그 구멍을 이용하여 자체 안정화(self-stabilization)를 위한 음극 강하(cathode fall)를 발생시킴으로써 글로우-아크 방전 전이의 불안정성을 줄이는 다공성 전극 방전을 이용하는 연구가 있다. 이에 관한 종래 기술은 미국특허 제6,005,349호에 개시되어 있으며, 도 1은 미국특허 제6,005,349호에 개시된 다공성 전극 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 작은 구멍이 많이 뚫린 유전체 판(30)이 음극(20) 위에 제공된다. 유전체(30)에 뚫린 구멍이 각각 전류의 흐름을 제한하는 마이크로채널의 역할을 하며 따라서 전체 전류가 증가하는 것을 막아 글로우-아크 전이(glow-to-arc transition)을 제한하는 역할을 한다.
따라서, 이와 같은 다공성 전극을 사용하는 모세관 방전을 이용하면 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명에서는 대기압 하에서 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있고 유기물 제거 속도가 높은 다공성 전극을 이용한 상압 플라즈마 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 다공성 전극을 사용하는 플라즈마 장치의 전극 구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 장치의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 장치에서 가스 주입부와 다공성 전극 부위를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4a와 도 4b는 각각 본 발명의 플라즈마 장치에서 각각 입력 전력과 He 유량의 변화에 따른 방전 전압과 방전 전류를 나타내는 그래프이다.
도 5a 와 도 5b는 본 발명의 플라즈마 장치에서 모세관 방전에 따른 이온화 및 분리 정도를 조사하기 위해서 OES를 사용하여 관찰한 플라즈마의 종, 이온, 원자의 종류 및 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 장치에서 전극간 거리에 따른 방전 전압, 방전 전류 및 광학 방출 강도(플라즈마의 세기)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 장치에서 산소 유량의 변화에 따른 방전 전압,방전 전류 및 광학 방출 강도(플라즈마의 세기)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 장치를 이용하여 실제로 유기물 제거를 한 결과를 나타내는 도면이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상압 플라즈마 장치의 한쪽 전극에 구멍의 종횡비가 1/10 내지 1/15인 다수의 구멍을 갖는 유전체막을 배치하고, 유전체막에 형성된 구멍을 통해 산소 가스를, 전극 주위에 고리 모양으로 형성된 공급관을 통해 헬륨 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시킴으로써 상압에서 안정적인 플라즈마를 얻을 수 있으며, 이를 이용해 빠른 속도로 유기물 제거를 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 장치는, 상압 상태로 유지되는 반응 챔버, 반응 챔버 내에 형성되어 있으며, 일정한 간격을 두고 서로 마주보고 있는 두 개의 금속 전극, 두 개의 금속 전극 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있는 전원 공급부, 두 개의 금속 전극 중 하나의 마주보고 있는 면 상에 형성되어 있으며 다수의 구멍을 갖고 있는 유전체막, 반응 챔버로 공급하기 위한 산소 및 헬륨 가스를 각각 보관하고 있는 산소 및 헬륨 보관소, 유전체막에 형성되어 있는 구멍을 통해 산소 및 헬륨 가스를 공급하기 위하여 산소 및 헬륨 보관소로부터 유전체막이 형성되어 있는 상기 전극에 이르도록 형성되어 있는 가스 공급관을 포함한다.
본 발명에 따른 다른 상압 플라즈마 장치는, 상압 상태로 유지되는 반응 챔버, 반응 챔버 내에 형성되어 있으며, 일정한 간격을 두고 서로 마주보고 있는 두 개의 금속 전극, 두 개의 금속 전극 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있는 전원 공급부, 두 개의 금속 전극 중 하나의 마주보고 있는 면 상에 형성되어 있으며 다수의 구멍을 갖고 있는 유전체막, 반응 챔버로 공급하기 위한 산소 및 헬륨 가스를 각각 보관하고 있는 산소 및 헬륨 보관소, 유전체막에 형성되어 있는 구멍을 통해 산소 가스를 공급하기 위하여 산소 보관소로부터 유전체막이 형성되어 있는 전극에 이르도록 형성되어 있는 산소 가스 공급관, 유전체막에 인접하여 헬륨 가스를 공급하기 위하여 헬륨 보관소와 연결되어 있으며, 유전체막이 형성되어 있는 전극을 둘러싸는 고리 모양으로 형성되어 있는 헬륨 가스 공급관을 포함한다.
여기에서, 유전체막에 형성되어 있는 구멍의 종횡비는 1/10 내지 1/15이고, 유전체막의 두께는 5-8mm이며, 구멍 사이의 간격은 3-10mm, 유전체막은 테프론 또는 세라믹으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 유전체막이 형성되어 있는 전극과 마주보고 있는 다른 하나의 전극은 시편을 지지하기 위한 시편 지지대로서 기능할 수 있으며, 시편 지지대로 기능하는 다른 하나의 전극 아래쪽에 형성되어 시편을 가열할 수 있는 적외선 램프를 더 포함할 수도 있다.
그밖에도, 서로 마주보고 있는 두 전극 사이의 간격은 5-15mm인 것이 바람직하고, 공급되는 헬륨 및 산소의 유량은 각각 3-50slm과 0-300sccm인 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상압 플라즈마 장치를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 장치에서 가스 주입부와 다공성 전극 부위를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 2와 도 3에 나타난 바와 같이, 반응 챔버(200)의 내부에 두 개의 평행한 전극(210, 220)이 형성되어 있다. 반응 챔버(200)는 파이렉스 등으로 형성되며, 전극(210, 220)은 스테인레스 스틸로 만들어져 있다. 챔버 내부는 상압(760Torr)으로 유지된다. 전극 위쪽은 50μm 정도의 두께를 갖는 폴리이미드로 코팅되어 있는 것이 바람직하며, 전극의 직경은 140mm이다. 두 전극 사이의 간격은 5-15mm이며, 5-10mm인 것이 더욱 바람직하다. 두 전극 중 아래쪽의 전극(220)은 교류 전원(280)에 연결되어 있고, 위쪽의 전극(210)은 접지되어 있다. 본 발명의 실시예에서 전원으로는 20-100kHz, 1kW의 교류 전원을 사용하였다.
위쪽의 전극(210)은 다공성 방전을 유도하기 위한 다수의 구멍(231, 232)들을 갖는 유전체막(230)으로 덮여 있다. 유전체막은 테프론이나 세라믹 등으로 형성할 수 있으며, 유전체막(230)의 두께는 8mm 이고, 유전체 막(230)에 뚫린 구멍(231, 232)의 종횡비(aspect ratio) d/L(d; 구멍의 직경, L; 구멍의 길이)는 1/10 내지 1/15인 것이 바람직하다. 구멍 사이의 간격은 3-10mm이다.
상압 플라즈마를 발생시키기 위해서 헬륨 또는 헬륨과 산소의 혼합 가스를 반응 챔버 내로 도입하는데, 이를 공급하기 위한 헬륨 및 산소 저장고(260, 270)가 위쪽 전극(210)을 통해 연결되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 장치에서는 산소 가스를 위쪽 전극(210)의 도선(212) 사이로 형성된 산소 가스 공급관(261)을 통해 위쪽 전극(210)에 부착된 유전체막(230)에 형성된 구멍(231, 232) 사이로 공급되도록 하고, 헬륨 가스는 위쪽 전극(210) 가장자리를 둘러싼 연장부에 형성된 고리 형태의 헬륨 가스 공급관(240)을 통해 공급되도록 한다.
공급되는 헬륨과 산소의 유량은 각각 3-50slm과 0-300sccm인 것이 바람직하다.
종래의 다공성 전극을 이용한 플라즈마 장치에서는 가스를 전극 사이로 직접 주입하는 방식을 사용하였는데, 이 경우는 규소(Si)나 전도성 물질로 된 시편을 사용하여 플라즈마를 발생시킬 때 표면에 전자들의 충전으로 인하여 표면에서의 아크(arc) 발생이 일어나 플라즈마를 유지하는 데 어려움이 있었다. 이에 비해, 본 발명의 실시예에서와 같이 산소 가스를 유전체 막의 구멍 사이로 공급하고, 헬륨 가스는 전극 주위를 둘러싸는 고리 모양의 공급관을 통해 공급하게 되면, 규소나 전도성 물질을 사용하는 경우에도 안정적인 플라즈마를 얻을 수 있다.
도 2와 도 3에 도시한 실시예에서는 산소 가스를 절연체막(230)의 구멍(231, 232)을 통해 주입하고, 헬륨 가스는 고리 모양의 공급관(240)을 통해 주입하였지만, 산소와 헬륨의 혼합 가스를 절연체막(230)의 구멍(231, 232)을 통해 동시에 주입하는 것도 가능하다.
본 실시예에서와 같은 플라즈마 장치를 유기물 제거에 사용할 경우, 유기물 제거를 위한 시편(290)을 아래쪽 전극(220)위에 올려놓게 된다. 이 때, 유기물 제거 속도를 향상시키기 위해서 시편 아래쪽에 적외선 램프(250)를 설치하고 이를 이용하여 시편을 가열할 수도 있다.
한편, 유전체막(230)에 형성하는 구멍(231, 232)은 모두 같은 종횡비를 갖도록 형성할 수도 있지만, 종횡비가 서로 다른 구멍들이 교대로 배치되도록 형성할 수도 있으며, 이는 플라즈마 장치를 응용하고자 하는 공정에 따라 결정될 수 있을 것이다.
이하에서는 본 발명의 플라즈마 장치를 이용하여 플라즈마의 발생상태를 실험한 결과에 대해 상세히 설명하기로 한다. 실험에서, 유전체 막에 뚫린 구멍의 종횡비는 1/1.5, 1/5, 1/10로 변화시켰으며, 구멍 간의 간격은 5mm, 두 전극 사이의 간격은 5-15mm로 하였다.
두 전극 사이의 방전 전압(V, peak-to-zero)과 방전 전류(mA, peak-to-zero)는 각각 고전압 프로브(Tektronics P6015A)와 전류 프로브(Pearson Electronics 6600)와 오실로스코프를 함께 사용하여 측정한 것이다. 전극간 거리, 종횡비, 전력, He/O2유량비 등과 같은 방전 파라미터들의 함수로 상압에서의 플라즈마의 특성을 알아보기 위하여 He, O2 +, O와 같은 플라즈마 종류를 검출하는 데에는 광학 방출 스펙트로스코피(OES; optical emission spectroscopy)(SC Tech. PCM402)를 사용하였다.
도 4a와 도 4b는 각각 입력 전력과 He 유량의 변화에 따른 방전 전압과 방전 전류를 나타낸다. 입력되는 교류 전압의 주파수는 20.7kHz이고, 전극간 거리는 10mm로 유지되었다.
도 4a에서 He의 유량은 3slm이다. 속이 막힌 점으로 표시된 것은 방전 전압을 나타내고, 속이 빈 테두리 모양의 점으로 표시된 것은 방전 전류를 나타낸다. 동그라미(●,○)로 표시한 것은 다공성 유전체를 사용하지 않은 일반 전극을 사용한 경우를 나타내고, 나머지는 다공성 유전체가 부착된 전극을 사용한 경우이며, 다공성 유전체의 구멍의 종횡비를 1/1.5(■,□), 1/5(▼,▽), 1/10(◆,◇)으로 변화시키며 방전 전압과 방전 전류를 측정하였다.
이와 같은 조건에서 플라즈마를 발생시킨 경우, 세 가지의 구별되는 방전이 관찰되었다. 하나는 아크형의 필라멘트 방전이고, 이는 전극의 몇몇 점에서의 전류의 집중으로 인해 생기는 것으로 보이며, 전극 사이에서 균일하지 않은 플라즈마가 얻어졌다. 두번째는 글로우 방전인데, 이상 글로우 방전(abnorml glow discharge)과 같이 약한 글로우 방전이 전극의 전체 영역에 걸쳐 관찰되었고, 이 경우 앞서 종래기술에서 소개한 바와 같은 유전체 장벽 방전이 얻어졌다. 세번째는 모세관(capillary) 방전인데, 강한 이온빔과 같은 플라즈마가 구멍 위치에서 관찰되었다. 이와 같은 모세관 방전은 높은 균일성을 갖는 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있게 해 주며, 여러가지 파라미터를 조절함으로써 안정적인 모세관 방전을 얻을 수 있었다.
도 4a에 나타난 바와 같이, He 유량을 3slm으로 고정한 상태에서 입력 전력을 증가시킴에 따라 방전 전압과 방전 전류는 모두 증가하였다. 또한, 구멍의 종횡비가 감소하면, 즉 구멍의 직경을 일정하게 했을 때 구멍의 길이(유전체의 두께)가 커질수록 방전 전압과 방전 전류는 모두 증가하였다. 다공성 유전체를 부착하지 않은 일반 전극의 경우와 비교할 때, 일반 전극은 낮은 방전 전압과 높은 방전 전류를 나타내었다. 또한, 다공성 유전체를 부착한 전극의 경우 안정성이 높은 밝은 이온빔과 같은 방전이 나타난 데 비해, 일반 전극을 사용한 경우에는 약한 유전체 장벽 방전이 나타났다. 입력 전압을 고정하고 종횡비를 감소시킬 때 방전 전류가 증가하는 것은 플라즈마로 인한 전력 소모가 증가하는 것을 나타내는 것으로 보인다.방전 전압의 증가는 필라멘트 방전의 가능성을 증가시키지만, 방전 전압이 높아지더라도 낮은 종횡비를 갖는 구멍을 형성하면 방전의 안정성을 증가시킬 수 있다. 그 결과가 도시되어 있지는 않지만, 안정적인 모세관 방전을 발생시키기 위해서는 20 - 30 kHz의 주파수가 요구되며, 주파수가 낮은 것이 더 유리한 것으로 나타났다.
도 4b에는 He 유량의 변화에 따른 방전 전압과 방전 전류의 변화가 나타나 있다. 입력 전력과 주파수는 각각 200W와 20.7kHz로 고정하였다. 도 4b에 나타난 바와 같이, He 유량이 0.25 에서 1.5 slm으로 증가함에 따라 방전 전압은 감소하였지만, 그 이상의 증가에 대해서는 방전 전압이 일정하게 유지되었다. 구멍의 종횡비에 따른 방전 전압과 방전 전류의 변화는 도 4a에 나타난 경우와 유사하다. 즉, 일정한 He 유량에 대해서 구멍의 종횡비가 감소함에 따라 방전 전압과 방전 전류는 증가하였다. He 유량이 증가함에 따라 방전 전압이 감소하는 것은 한쪽 전극에서 발생된 더 많은 대전된 입자들을 재결합되기 전에 가스를 통해 다른 전극 쪽으로 전달하는 것으로 인해 전극 사이에서 전기적 컨덕턴스가 증가한 것에 기인하는 것으로 보인다. 유량의 증가에 따라 방전 전압이 감소되는 것은 He 유량이 1.5 slm이 되는 부분에서 거의 중단된다. 도 4b에 나타난 조건에서 He 유량이 0.6 slm 보다 낮은 경우에는 모세관 방전으로부터 필라멘트 방전으로의 전이가 일어났으며, 안정적인 모세관 방전은 200W의 입력 전력에서 1.5 slm 이상의 He 유량일 때에 얻어졌다.
모세관 방전에 따른 이온화 및 분리 정도를 조사하기 위해서 OES를 사용하여플라즈마 내의 분자, 이온, 원자의 종류 및 세기를 관찰하였으며, 그 결과가 도 5a 와 도 5b에 나타나 있다. 도 5a는 150W의 입력 전력, 구멍의 종횡비 1/10, 전극간 거리 10mm에서 He의 유량을 3slm으로 하고 200nm부터 800nm까지의 광학 방출 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸다. 도면에서 나타난 바와 같이, 순수한 He 방전이 일어난 경우, He 원자 피크(707.6, 667.2nm 등) 외에 N2(300-500nm), O(777.5nm), O2 +(686.3nm), OH(308.6nm)의 피크가 관찰되었다. 이와 같은 N2, O, O2 +, OH 피크는 대기압 하에서의 작동 과정에 챔버 내로 새어들어온 공기와 물 때문에 발생한 것으로 생각된다. 707.7nm에서의 He 원자 피크와 O2 +(686.3nm) 및 O(777.5nm) 피크의 강도를 입력 전력의 함수로 측정한 결과가 도 5b에 나타나 있다. 다른 조건은 도 5a의 경우와 동일하다. 도면에 나타난 바와 같이, He, O, O2 +의 강도(세기)는 입력 전력이 증가함에 따라 증가하였고, 이는 여기, 이온화, 분리가 상압 방전에서 입력 전력의 증가에 따라 증가함을 나타내는 것으로 보인다.
상압 방전에서는 전극 사이의 간격(air gap)이 중요한 변수가 될 수 있다. 도 6은 전극간 거리를 변화시켜 방전 전압, 방전 전류 및 광학 방출 강도(플라즈마의 세기)를 측정한 결과를 나타낸다. 도 6은 150W의 입력 전력, 3slm의 He 유량, 1/10의 종횡비를 적용한 것이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 전극간 거리가 증가함에 따라 방전 전압은 선형으로 증가하였고, 방전 전류는 감소하였다. 간격이 10mm까지 증가하면 He, O, O2 +의 강도도 증가하고, 그 이상으로 전극간 거리가 증가하면 방출 강도는 감소한다. 전극간 거리가 10 mm 이상이 되면 필라멘트 방전이 얻어졌다.
도 7은 산소 유량의 변화에 따른 방전 전압, 방전 전류 및 광학 방출 강도(플라즈마의 세기)를 조사하기 위하여 일정한 He 유량(2.4slm)에서 산소를 부가하여 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서 구멍의 종횡비는 1/10이며, 입력 전력은 150W로 유지되었다.
도 7에서 나타난 바와 같이, 산소 유량이 증가함에 따라 방전 전압은 증가하고 방전 전류는 감소하였다. 산소는 음으로 대전되기 쉬우므로 산소의 부가는 플라즈마를 유지하기 위해 필요한 전자를 더 많이 소비하게 되고, 따라서 산소의 증가와 함께 방전 전압이 증가하는 것은 플라즈마 내의 대전된 입자 밀도의 감소와 방전 전류의 감소와 관련되는 것으로 보인다. 또한, 산소 유량의 증가가 일정량 이상이 되면(0.35slm이상) 플라즈마 내의 방전 전압 그래디언트의 증가에 따라 방전 형태가 모세관 방전에서 필라멘트 방전으로 바뀐다.
도 7에는 방전 전압 및 방전 전류의 변화와 함께 광학 방출 강도(플라즈마의 세기)의 측정 결과가 나타나 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 산소 유량이 증가함에 따라 O와, O2 +의 피크는 천천히 증가하였지만 He 피크는 급격히 감소하였다. O와, O2 +의 피크의 증가는 혼합 가스 내의 산소 농도가 증가됨에 따라 산소의 분리및 이온화 속도가 증가하기 때문이다. He 피크가 급격히 감소한 것은 혼합 가스 내의 산소 농도가 증가함에 따라 산소에 많은 전자를 잃어버리기 때문인 것으로 생각된다. 0.35slm 이상의 산소 유량일 때 일정한 낮은 He 방출 강도가 나타나는 것도 필라멘트 방전의 형성과 관련되어 있다.
위와 같은 방전 특성에 대한 실험의 결과로, 안정적인 모세관 방전 동작 조건의 범위를 찾아낼 수 있었으며, 일정한 조건 하에서 규소 웨이퍼 위에 스핀 코팅된 1.2μm 두께의 포토레지스트를 식각해 보았다. 그 결과가 도 8에 나타나 있다. 식각 조건은 He(2.5slm)/O2(0.2slm), 20.7kHz 200W의 입력 전력, 10mm 의 전극간 거리이다. 구멍의 종횡비는 1/1.5에서 1/10으로 변화시켰다. 종횡비가 줄어들수록, 즉 일정한 직경을 갖는 구멍에 대해 구멍의 길이(유전체의 두께)가 커질수록 식각속도는 빨라졌으며, 종횡비가 1/10이 될 경우 평균 200nm/min 이상의 식각속도를 얻을 수 있었다. 실제로 다른 영역에 비해 구멍이 형성된 영역과 마주보고 있는 웨이퍼의 영역에서는 훨씬 더 높은 식각속도(3000nm/min을 넘는)가 관찰되었으며, 포토레지스트가 도 8에 나타난 바와 같이 원형으로 식각되는 모양이 형성되었다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였으나, 이 실시예는 본 발명을 이해하기 위한 설명을 위해 제시된 것이며, 본 발명의 범위가 이 실시예에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 기술이 속하는 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상압 플라즈마 장치의 두 전극 중 한쪽 전극 위에 다공성 유전체를 배치하고, 다공성 유전체의 구멍을 통해 산소 가스를 주입하고 다공성 유전체가 배치된 전극의 둘레로 형성된 공급관을 통해 헬륨 가스를 공급하며, 전극간 거리와 입력 전력, 구멍의 종횡비, 소스 가스의 유량을 적절히 조절함으로써 안정적인 플라즈마 상태를 발생시키고 유지할 수 있으며, 이를 이용하여 유기물 제거를 용이하게 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 상압 상태로 유지되는 반응 챔버,
    상기 반응 챔버 내에 형성되어 있으며, 일정한 간격을 두고 서로 마주보고 있는 두 개의 금속 전극,
    상기 두 개의 금속 전극 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있는 전원 공급부,
    상기 두 개의 금속 전극 중 하나의 마주보고 있는 면 상에 형성되어 있으며 종횡비가 1/10 내지 1/15인 다수의 구멍을 갖고 있는 유전체막,
    상기 반응 챔버로 공급하기 위한 산소 및 헬륨 가스를 각각 보관하고 있는 산소 및 헬륨 보관소,
    상기 유전체막에 형성되어 있는 상기 구멍을 통해 산소 및 헬륨 가스를 공급하기 위하여 상기 산소 및 헬륨 보관소로부터 상기 유전체막이 형성되어 있는 상기 전극에 이르도록 형성되어 있는 가스 공급관을 포함하는 상압 플라즈마 장치.
  2. 상압 상태로 유지되는 반응 챔버,
    상기 반응 챔버 내에 형성되어 있으며, 일정한 간격을 두고 서로 마주보고 있는 두 개의 금속 전극,
    상기 두 개의 금속 전극 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있는 전원 공급부,
    상기 두 개의 금속 전극 중 하나의 마주보고 있는 면 상에 형성되어 있으며 종횡비가 1/10 내지 1/15인 다수의 구멍을 갖고 있는 유전체막,
    상기 반응 챔버로 공급하기 위한 산소 및 헬륨 가스를 각각 보관하고 있는 산소 및 헬륨 보관소,
    상기 유전체막에 형성되어 있는 상기 구멍을 통해 산소 가스를 공급하기 위하여 상기 산소 보관소로부터 상기 유전체막이 형성되어 있는 상기 전극에 이르도록 형성되어 있는 산소 가스 공급관,
    상기 유전체막에 인접하여 헬륨 가스를 공급하기 위하여 상기 헬륨 보관소와 연결되어 있으며, 상기 유전체막이 형성되어 있는 상기 전극을 둘러싸는 고리 모양으로 형성되어 있는 헬륨 가스 공급관을 포함하는 상압 플라즈마 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체막의 두께는 5-8mm인 상압 플라즈마 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체막에 형성되어 있는 상기 구멍 사이의 간격은 3-10mm인 상압 플라즈마 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체막은 테프론 또는 세라믹으로 형성되어 있는 상압 플라즈마 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체막이 형성되어 있는 전극과 마주보고 있는 다른 하나의 전극은 시편을 지지하기 위한 시편 지지대로서 기능할 수 있으며,
    상기 시편 지지대로 기능하는 다른 하나의 전극 아래쪽에 형성되어 시편을 가열할 수 있는 적외선 램프를 더 포함하는 상압 플라즈마 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 두 전극 사이의 간격은 5-15mm인 상압 플라즈마 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공급되는 헬륨의 유량은 3-50slm인 상압 플라즈마 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공급되는 산소의 유량은 0-300sccm인 상압 플라즈마 장치.
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