KR102002907B1 - 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태의 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생에 필요한 가스가 공급되는 제1 유리관 및 제2 유리관; 제1 유리관에 접하는 전원전극; 제2 유리관의 외부에 접하는 접지전극; 상호 이격 배치되도록 제1 및 제2 유리관을 지지하고, 제1 및 제2 유리관과 연통되는 요홈이 형성된 프레임; 및 프레임의 하측에 배치되는 가이드 플레이트;를 포함하며, 프레임의 요홈과 가이드 플레이트는 충돌공간을 형성하고, 충돌공간 내에 있는 플라즈마를 선형으로 분사하는 분사구를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 발생 장치{PLASMA GENERATOR}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피처리대상 표면의 대면적 처리가 가능하도록 플라즈마를 선형으로 발생시키는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 발생 장치는 양측 전극에 고주파 또는 고전압을 공급하면 양측 전극 사이에 가스 원자나 분자가 양이온과 전자로 분리되도록 하는 장치로써, 이러한 양측 전극은 진공 상태에 설치되거나, 대기 중에 설치되기도 한다. 이러한 플라즈마 발생 장치는 반도체, PCB, 신소재 합성, 고분자의 표면처리, 금속의 표면처리, 환경 정화, 의료기기, 식료품의 살균 및 소독 기술 등에 적용되고 있으며, 그 적용 분야도 점점 확대되고 있다.
특히 대기압에서의 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 상압 플라즈마 발생 장치는 인체 피부의 치료, 각종 물체의 살균 및 멸균, 유리 표면의 세정, 금속 또는 비금속 표면의 처리 등에 사용된다. 이때 플라즈마에 의한 작용은 활성 산소에 의한 표면의 산화, 라디칼의 활성화 작용, 전자 및 이온의 작용, 자외선 작용 및 오존의 작용 등이 있다.
그러나 상압에서는 진공과는 달리 대기에 의한 영향으로 플라즈마가 넓은 면적으로 퍼지지 못하는 점대면의 처리 형태를 나타내고, 일반적으로 플라즈마 발생 장치는 직경이 수mm이기 때문에, 플라즈마의 방사 면적도 수mm로 작다. 이로 인해 플라즈마로 처리할 수 있는 면적이 작기 때문에 대면적에 대한 플라즈마 처리가 요구되는 경우에는 치료나 작업에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 종래에는 복수 개의 플라즈마 장치를 간격을 두고 직렬로 배치하여 피처리대상을 향해 플라즈마를 방사함으로써 대면적 처리하였으나, 이 경우 플라즈마가 점형으로 방사됨에 따라 각 플라즈마 장치 사이에 플라즈마 미처리 구간이 발생되므로 복수 개의 플라즈마 장치를 사용함에도 불구하고 플라즈마 처리 효율이 낮을 뿐만 아니라 고비용의 문제가 발행하였다.
본 발명의 일 실시 형태의 목적은 적어도 한 쌍의 유리관에서 방사된 플라즈마를 가이드하여 하나의 선형 플라즈마를 형성함으로써 피처리대상에 대한 대면적 플라즈마 처리가 가능한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생에 필요한 가스가 공급되는 제1 유리관 및 제2 유리관; 상기 제1 유리관에 접하는 전원전극; 상기 제2 유리관의 외부에 접하는 접지전극; 상호 이격 배치되도록 상기 제1 및 제2 유리관을 지지하고, 상기 제1 및 제2 유리관과 연통되는 요홈이 형성된 프레임; 및 상기 프레임의 하측에 배치되는 가이드 플레이트;를 포함하며, 상기 프레임의 요홈과 상기 가이드 플레이트는 충돌공간을 형성하고, 상기 충돌공간 내에 있는 플라즈마를 선형으로 분사하는 분사구를 형성하는, 플라즈마 발생 장치를 제공한다.
상기 가이드 플레이트는 상기 제1 및 제2 유리관으로부터 발생된 각각의 플라즈마를 상기 충돌공간의 중앙으로 가이드하여 결합시킬 수 있다.
상기 가이드 플레이트는 상기 제1 및 제2 유리관으로부터 발생된 플라즈마를 상기 프레임의 전면을 향해 가이드 하도록 경사 배치될 수 있다.
상기 프레임은, 상기 제1 유리관의 일부가 삽입되는 제1 지지홈; 및 상기 제1 지지홈과 이격 형성되며 상기 제2 유리관의 일부가 삽입되는 제2 지지홈;을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 지지홈은 상기 요홈과 연통될 수 있다.
상기 요홈은 상기 제1 지지홈 및 상기 제2 지지홈과 단차를 형성하고, 상기 제1 유리관 및 상기 제2 유리관은 상기 단차 위로 배치될 수 있다.
상기 요홈은 상기 제1 및 제2 지지홈 보다 상기 프레임의 전면에 가깝게 형성될 수 있다.
상기 제1 유리관 및 상기 제2 유리관은 각각, 일단에 상기 가스가 공급되는 유입부가 형성되고, 타단에 상기 가스를 방전시켜 발생된 플라즈마를 배출하는 배출부가 형성될 수 있다.
상기 가이드 플레이트는 상기 제1 및 제2 유리관의 상기 배출부의 전부를 가리는 위치에 배치될 수 있다.
상기 가이드 플레이트는 상기 제1 및 제2 유리관의 상기 배출부와 상호 이격 배치될 수 있다.
상기 분사구는 상기 제1 및 제2 유리관 보다 상기 프레임의 전면에 인접하게 형성될 수 있다.
상기 분사구는 슬릿 형상으로 형성될 수 있다.
상기 요홈의 내벽은 평면으로 형성될 수 있다.
상기 요홈의 내벽은 상기 분사구를 향해 돌출되도록 곡면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태의 플라즈마 발생 장치는 최소한의 구성으로 대면적을 처리할 수 있는 선형 플라즈마를 형성하여 저비용으로 플라즈마 처리 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 정면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 좌측면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 정면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 기술이나 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 사시도이다.
플라즈마 발생 장치(10)는 전원 공급부(200), 가스 공급부(300) 및 플라즈마 발생부(100)를 포함한다. 전원 공급부(200)는 플라즈마 발생에 필요한 교류 전압을 플라즈마 발생부(100)로 인가한다. 가스 공급부(300)는 플라즈마 발생에 필요한 가스를 플라즈마 발생부(100)로 공급한다. 플라즈마 발생부(100)는 전원 공급부(200)로부터 인가된 교류 전압을 이용하여 가스 공급부(300)로부터 공급받은 가스를 방전시켜 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마를 결합하여 선형 플라즈마를 기판(S)에 분사한다.
전원 공급부(200)에서 출력되는 교류 전압은 전원전극(115)에 의해서 플라즈마 발생부(100)로 인가된다. 플라즈마 발생부(100)의 접지전극(125)은 접지선을 매개로 전원 공급부(200)에 연결되어 접지된다.
가스 공급부(300)는 플라즈마 발생에 사용되는 가스를 저장하고, 플라즈마 발생부(100)로 공급되는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 가스 공급부(300)는 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 가스를 저장한다. 플라즈마 발생부(100)로 공급되는 가스는 아르곤 또는 헬륨 가스와 같은 캐리어 가스와, 공기 또는 산소와 같은 반응 가스가 혼합된 혼합 가스일 수 있다. 가스 공급부(300)는 튜브(미도시)를 매개로 플라즈마 발생부(100)의 제1 및 제2 유리관(110, 120)과 연결되며, 튜브(미도시)를 통하여 가스를 플라즈마 발생부(100)에 공급할 수 있다.
플라즈마 발생부(100)는 제1 유리관(110), 제2 유리관(120), 전원전극(115), 접지전극(125), 프레임(130) 및 가이드 플레이트(140)를 포함한다.
제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)은 내부 공간을 가지는 원기둥의 형태로 형성되고, 축방향의 일단과 타단은 개방된 형태로 형성된다. 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)은 후술하는 프레임(130)의 충돌공간(150)을 사이에 두고 상호 이격 배치된다.
제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)에는 가스 공급부(300)로부터 플라즈마 발생에 필요한 가스가 공급되고, 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)을 통과한 상기 가스를 통해 발생된 플라즈마는 충돌공간(150)으로 배출된다.
제1 유리관(110)의 일단에는 가스 공급부(300)로부터 가스를 공급받는 제1 유입부(111)가 형성되고, 타단에는 제1 유리관(110)을 통과한 가스가 방전되어 발생된 플라즈마가 배출되는 제1 배출부(113)가 형성된다. 마찬가지로, 제2 유리관(120)의 일단에는 가스 공급부(300)로부터 가스를 공급받는 제2 유입부(121)가 형성되고, 타단에는 제2 유리관(120)을 통과한 가스가 방전되어 발생된 플라즈마가 배출되는 제2 배출부(123)가 형성된다.
제1 유리관(110)에는 전원전극(115)이 접하고, 제2 유리관(120)에는 접지전극(125)이 접한다. 전원전극(115)은 전기적 반응성이 우수한 소재로 제작되고, 제1 유리관(110)을 둘러싸도록 형성된다. 이러한 전원전극(115)은 접지전극(125)과 전기적으로 반응하여 플라즈마를 생성할 수 있을 정도의 반응 면적을 가지며, 외부의 전원 공급부(200)와 연결되어 전원을 제공받는다.
제1 및 제2 유리관(110, 120)은 각각 전원전극(115)과 접지전극(125)으로 둘러싸여 있고, 전원전극(115)에 전압이 가해지면 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)에 채워진 가스는 방전되어 플라즈마를 형성한다. 제1 및 제2 유리관(110, 120)의 재질은 유전체 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 질화붕소(BN), 알루미나 또는 석영(Quartz) 중 하나 이상으로 구성될 수 있다.
제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)은 유전체로 각 전극 사이의 절연을 확보하여 전원전극(115)과 접지전극(125) 사이의 안정적인 전기적 반응을 유도한다.
접지전극(125)은 전원전극(115)으로 공급되는 전원에 의해 전원전극(115)과 반응한다. 따라서 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)으로 가스가 공급되면, 전원전극(115)과 접지전극(125) 사이의 전기적 반응에 의해 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)을 통과하는 가스는 플라즈마 상태로 변환될 수 있다.
프레임(130)은 제1 유리관(110)의 하측 일부가 삽입되는 제1 지지홈(133)과, 제2 유리관(120)의 하측 일부가 삽입되는 제2 지지홈(135)과, 제1 유리관(110) 및 제2 유리관(120)과 연통되는 요홈(131)을 포함한다.
제1 지지홈(133)과 제2 지지홈(135)은 서로 이격되는 위치에 형성되어 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)을 상호 이격 배치되도록 지지할 수 있다. 제1 유리관(110)은 제1 지지홈(133)에 삽입하고, 제2 유리관(120)은 제2 지지홈(135)에 삽입된다.
제1 및 제2 유리관(110, 120)은 프레임(130)에 수직하게 결합한다. 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 발생된 플라즈마 각각은 요홈(131)으로 수직하게 배출된다.
요홈(131)은 제1 지지홈(133)과 제2 지지홈(135)의 하단에 형성된다. 요홈(131)은 상단이 제1 및 제2 지지홈(135)과 연통되도록 형성되고, 하단은 개방되도록 형성된다. 요홈(150)의 내벽(132, 도 2c 참조)은 평면으로 형성되며, 요홈(131)은 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.
후술하는 가이드 플레이트(140)는 프레임(130)의 하단에 결합한다. 프레임(130)의 요홈(131)은 후술하는 가이드 플레이트(140)와 결합하여 충돌공간(150)과, 상기 충돌공간(150) 내에 있는 플라즈마를 선형으로 분사하는 분사구(160)를 형성한다. 분사구(160)를 통해 분사된 선형 플라즈마(P2)는 연석된 직선형태로 분사되는 플라즈마를 의미한다.
제1 및 제2 지지홈(135)의 높이는 프레임(130) 높이의 2/3로 형성되고, 요홈(131)의 높이는 프레임(130) 높이의 1/3으로 형성될 수 있다.
가이드 플레이트(140)는 프레임(130)의 하측에 배치된다. 가이드 플레이트(140)는 프레임(130)에 형성된 요홈(131)의 일부를 막을 수 있는 위치에 배치된다.
가이드 플레이트(140)의 상단과 프레임(130)의 요홈(131)에 의해 형성하는 충돌공간(150)은 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 발생한 각각의 플라즈마가 흐르는 유로를 형성한다.
가이드 플레이트(140)에 의해 막히지 않아 개방된 요홈(131)의 일부에 형성된 개구는 분사구(160)를 이루고, 분사구(160)를 통해 충돌공간(150) 내에 있는 플라즈마가 외부로 분사되면서 선형 플라즈마를 형성한다.
가이드 플레이트(140)는 제1 유리관(110)으로부터 발생된 플라즈마와 제2 유리관(120)으로부터 발생된 플라즈마가 충돌공간(150)의 내부를 향하도록 가이드한다.
충돌공간(150)은 제1 유리관(110) 및 제2 유리관(120)과 연통되도록 형성된다. 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)에서 수직하게 배출된 플라즈마가 가이드 플레이트(140)에 충돌한 다음 방향이 바뀌어 충돌공간(150)의 내부에 차게 된다.
충돌공간(150)은 하단에 형성된 분사구(160)를 통해 외부와 연통되도록 형성된다. 분사구(160)는 가이드 플레이트(140)와 요홈(131) 사이의 좁은 틈으로 형성될 수 있다.
분사구(160)는 슬릿 형상으로 형성될 수 있다. 분사구(160)를 통해 방출되는 선형 플라즈마(P2)의 횡방향 균일도를 향상시키기 위해 분사구(160)의 형상을 슬릿 형상으로 형성한다. 분사구(160)를 슬릿 형상으로 형성할 경우, 플라즈마 발생 장치(10)를 이동 수단(미도시)에 의해 이동시키면서 플라즈마를 분사할 때 피처리물인 기판(S, 도 2a 참조)에 균일한 표면 처리가 가능하게 된다.
충돌공간(150)에 가득 찬 플라즈마는 유량을 증가시킬수록 분사구(160)로 점차 분사되면서 선형 플라즈마(P2)를 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(10)는 적은 수의 유리관을 이용하여 넓은 면적을 처리할 수 있는 선형 플라즈마(P2)를 형성할 수 있다.
일반적으로 플라즈마 발생부의 유리관은 직경이 수mm이기 때문에, 플라즈마의 방사 면적도 수mm로 작게 형성된다. 이로 인해 종래의 플라즈마 발생 장치는 플라즈마로 처리할 수 있는 면적이 작아 작업에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(100)는 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 발생되는 각각의 플라즈마가 충돌공간(150)에서 결합하여 하나의 선형 플라즈마(P2)를 분사하는 구조를 갖는다. 이로 인해, 플라즈마 발생부(100)가 분사하는 선형 플라즈마는 제1 및 제2 유리관(110, 120) 사이의 길이를 갖는 선형의 형태로 형성되며, 플라즈마의 방사 면적도 넓게 형성된다. 플라즈마 발생부(100)가 분사하는 선형 플라즈마(P2)는 피처리물인 기판(S, 도 2a 참조)에 대해 선대면 처리 형태를 나타낼 수 있어 플라즈마로 처리할 수 있는 면적이 큰 이점이 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 정면도, 좌측면도 및 저면도이다.
플라즈마 발생 장치(10)는 전원전극(115)에 고전압을 공급하면 전극 사이에 가스가 양이온과 전자로 분리되도록 하는 장치이다. 이러한 플라즈마 발생 장치(10)는 반도체, PCB, 신소재 합성, 고분자의 표면처리, 금속의 표면처리, 환경 정화, 의료기기, 식료품의 살균 및 소독 기술 등에 적용되고 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 의한 플라즈마 발생 장치(10)의 플라즈마 발생부(100)는 스테이지(미도시) 위에 안착된 피처리물, 즉 기판(S)의 상부에 구비된다. 플라즈마 발생부(100)는 기판(S)의 폭에 대응되는 길이로 형성될 수 있다.
한편, 기판(S)과 플라즈마 발생부(100)는 상대적으로 이동된다. 기판(S)이 플라즈마 발생부(100)에 대하여 이동하도록 설치될 수 있고, 플라즈마 발생부(100)가 기판(S)에 대하여 이동하도록 설치되는 것도 가능하다.
전원 공급부(200)에서 플라즈마 발생 장치(10)에 전원을 인가하면, 가스 공급부(300)로부터 공급되는 가스가 제1 및 제2 유리관(110, 120)을 통과하면서 플라즈마 상태로 활성화되고, 발생된 플라즈마(P1)는 결합하여 선형 플라즈마(P2)를 발생시킨다. 이와 같이 발생된 선형 플라즈마(P2)는 기판(S)의 표면과 화학적인 반응을 일으켜 표면 개질이나 세정 또는 식각에 사용된다.
제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)은 평행하게 배치되며, 기판(S)의 상면과 수직방향으로 구비되며, 소정의 간격을 이루도록 구비된다. 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)은 프레임(130)에 형성된 제1 지지홈(133) 및 제2 지지홈(135)에 끼워진다. 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)이 프레임(130)에 삽입됨으로써 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120) 사이 간격이 유지된다.
제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)에는 각각 전원전극(115)과 접지전극(125)이 면접촉을 이루며 설치되고, 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)을 가스가 통과하면서 플라즈마로 활성화된다.
제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 발생된 플라즈마(P1)가 선형플라즈마(P2)를 발생시키는 과정에 대해서 설명한다.
선형 플라즈마(P2)는 가이드 플레이트(140)와 요홈(131)에 의해 형성되는 충돌공간(150)을 통해 형성된다. 충돌공간(150)은 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120) 사이에, 상기 제1 유리관(110) 및 제2 유리관(120)과 연통되도록 형성된다.
제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 배출된 플라즈마(P1)는 기체의 흐름을 따라 가이드 플레이트(140)에 충돌하여 가이드 플레이트(140)의 표면에서 전하들 간의 자기적인 반발력에 의해 플라즈마가 충돌공간(150) 내부로 퍼지게 된다.
구체적으로, 제1 유리관(110)에서 발생된 플라즈마(P1)는 제1 배출부(113)를 통해 충돌공간(150)으로 수직하게 배출된 다음 가이드 플레이트(140)에 충돌하고, 충돌에 의해 플라즈마(P1)는 충돌공간(150)의 중심을 향하도록 방향이 변경된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 충돌공간(150)에 대해 수직하게 배출된 플라즈마(P1)는 X축에 대해서는 제2 유리관(120)을 향하도록 방향이 변경되고, 도 2b에 도시된 바와 같이 Y축에 대해서는 분사구(160)를 향하도록 방향이 변경된다.
이와 마찬가지로 제2 유리관(120)에서 발생된 플라즈마(P1)는 제2 배출부(123)를 통해 충돌공간(150)으로 수직하게 배출한 후, 배출된 플라즈마(P1)는 가이드 플레이트(140)에 충돌하고, 충돌에 의해 플라즈마(P1)는 충돌공간(150)의 중심을 향하도록 방향이 변경된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 충돌공간(150)에 대해 수직하게 배출된 플라즈마(P1)는 X축에 대해서는 제1 유리관(110)을 향하도록 방향이 변경되고, 도 2b에 도시된 바와 같이 Y축에 대해서는 분사구(160)를 향하도록 방향이 변경된다.
충돌공간(150)의 중심을 향하도록 방향이 변경된 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 발생된 각각의 플라즈마(P1)는 충돌공간(150)으로 유입되어 충돌공간(150)의 내부를 채운다. 충돌공간(150)에 채워진 제1 유리관(110)에서 발생된 플라즈마(P1)와 제2 유리관(120)에서 발생된 플라즈마(P1)는 결합될 수 있다. 플라즈마 생성시 발생되는 압력에 의해 충돌공간(150)에 채워진 플라즈마(P1)는 분사구(160)에서 분사된다. 분사구(160)를 통해 분사된 플라즈마(P2)는 선형 형태를 형성한다.
충돌공간(150)의 개방된 구멍인 분사구(160)에서 플라즈마 밀도는 매우 높은 상태이므로 플라즈마 자체의 반발력으로 플라즈마는 밀도가 낮은 쪽으로 확산하게 된다. 즉, 분사구(160) 밖으로 플라즈마(P2)가 퍼지게 되므로 기판(S)에서 균일한 선형 플라즈마(P2)가 형성될 수 있다.
분사구(160)는 충돌공간(150)의 하부를 길이방향으로 관통하는 슬릿형상으로 형성되기 때문에, 분사되는 플라즈마(P2)가 선형으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 유리관(110)에서 발생된 플라즈마(P1)와 제2 유리관(120)에서 발생된 플라즈마(P1)는 결합에 의해 충돌공간(150)에서 분사되는 선형 플라즈마(P2)의 흐름을 선형 플라즈마(P2) 전체 길이에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있다. 이러한 선형 플라즈마(P2)는 플라즈마 발생부(100)의 하부에 구비되는 기판(S)의 상면으로 배출되므로 대면적의 기판(S) 상면에 균일한 표면 처리를 행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(10)는 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)을 이용하여 넓은 면적을 처리할 수 있는 선형 플라즈마(P2)를 형성할 수 있다. 대면적 처리를 위해 플라즈마 발생 장치를 평행하게 나열한 종래의 경우에는 플라즈마가 점 형태로 분사되어 플라즈마 장치 사이에 플라즈마가 분사되지 않는 부분이 나타나므로 플라즈마 처리가 기판(S)에 균일하지 적용되지 못한 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 선형 플라즈마(P2)를 분사하는 것으로 종래에 비해 더 나은 대면적 처리가 가능하고, 최소한의 유리관을 이용하여 보다 적은 양의 기체를 사용하는 이점이 있다.
또한, 선형 플라즈마(P2)는 충돌공간(150)과 가이드 플레이트(140)를 이용하여 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 방사된 플라즈마(P1)의 방향을 서로 마주하는 방향으로 변경 및 결합시켜 형성하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(100)는 제조공정이 간단하고 기존의 수직형 구조의 플라즈마 발생 장치를 크게 수정하지 않고 이용할 수 있어 비용적인 면에서 유리하다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 프레임(130)의 요홈(131)은 제1 및 제2 지지홈(133, 135) 보다 프레임(130)의 전면에 가깝게 형성된다. 요홈(131)과 제1 및 제2 지지홈(133, 135) 사이에는 단차(137)가 형성된다. 제1 유리관(110) 및 제2 유리관(120)이 삽입되는 프레임(130)의 제1 지지홈(133) 및 제2 지지홈(135)의 주변부는 일정 두께만큼의 단차(137)를 형성하여, 제1 및 제2 유리관(110, 120)이 충돌공간(150)의 상부보다 낮게 형성되는 것을 방지할 수 있다.
단차(137)는 제1 및 제2 유리관(110, 120)의 일부를 가리는 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 제1 및 제2 유리관(110, 120) 면적의 1/9을 가리도록 형성될 수 있다.
가이드 플레이트(140)는 제1 및 제2 유리관(110, 120)의 제1 및 제2 배출부(113, 123)의 전부를 가리는 위치에 배치된다. 그리고 제1 및 제2 배출부(113, 123)를 가리는 단차(137)와 가이드 플레이트(140)가 배출부 전부를 가림으로 인해 기체를 충돌공간(150) 내부로 유도한다. 이로 인해 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 방출된 플라즈마(P1)는 기체경로를 따라 단차(137) 및 가이드 플레이트(140)와 충돌하여 충돌공간(150)의 내부로 가이드할 수 있다.
프레임(130)의 요홈(131)과 가이드 플레이트(140)에 의해 형성되는 분사구(160)는 제1 및 제2 유리관(110, 120) 보다 프레임(130)의 전면에 인접하게 형성된다.
가이드 플레이트(140)와 제1 및 제2 유리관(110, 120) 사이에 형성되는 충돌공간(150)에 의해 가이드 플레이트(140)와 제1 및 제2 배출부(113, 123)는 Z축 방향으로 상호 이격 배치된다.
제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 수직하게 배출된 플라즈마는 가이드 플레이트(140)에 의해 충돌공간(150)의 내부로 유입되고, 충돌공간(150)의 내부에 가득찬 플라즈마는 결합하여 분사구(160)로 배출되면서 선형 플라즈마(P2)를 형성한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 사시도이다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(100)는 충돌공간(150)을 형성하는 요홈(131)은 대략 직사각형상으로 이루어지며 그 내벽(132)이 평면으로 형성된 예를 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생부(101)는 충돌공간(150)을 형성하는 요홈(131`)의 내벽(132`)이 곡면으로 형성될 수 있다.
내벽(132`)은 제1 및 제2 유리관(110, 120) 사이의 중심부가 프레임(130)의 전면을 향하도록 볼록하게 형성된다. 이에 따라 요홈(131`)은 제1 및 제2 유리관(110, 120) 측으로부터 충돌공간(150)의 중심부로 갈수록 점차 공간이 좁아질 수 있다.
요홈(131)의 내벽(132`)이 분사구(160)를 향해 볼록한 곡선으로 형성됨에 따라 제1 및 제2 유리관(110, 120)에서 배출되는 플라즈마가 가이드 플레이트(140)에 충돌된 다음 충돌공간(150)의 중심부에 플라즈마가 집중되도록 할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마가 발생되는 제1 및 제2 유리관(110, 120) 근처의 플라즈마 유량(또는 밀도)보다 충돌공간(150)의 중심부에 플라즈마의 유량(또는 밀도)이 적은 문제를 해소할 수 있다.
따라서 분사구(160)에서 분사되는 선형 플라즈마(P2)의 유량(또는 밀도)이 균일하게 유지될 수 있으므로 기판(S)에 대한 플라즈마 처리 역시 균일하게 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 저면도이다.
도 4를 참조하면, 요홈(131`)의 내벽(132`)은 분사구(160)를 향해 돌출되도록 곡선으로 형성된다.
충돌공간(150)의 중앙부는 플라즈마가 발생되는 제1 및 제2 유리관(110, 120)과 인접한 충돌공간(150)의 양 측 부분보다 플라즈마의 밀도가 작을 수 있다. 충돌공간(150) 내부에 균일하게 플라즈마를 분포시키기 위해 요홈(131`)의 내벽(132`)을 곡선으로 형성하여, 요홈(131`)의 중앙부가 분사구(160)를 향해 볼록하도록 형성할 수 있다. 이에 따라, 충돌공간(150)의 중앙부 부피는 충돌공간(150)의 제1 및 제2 유리관(110, 120)과 연통되는 부분의 부피보다 작게 형성된다.
이러한 충돌공간(150) 중앙부의 플라즈마의 밀도는 증가하고, 충돌공간(150) 내부에는 플라즈마화된 입자들이 전반적으로 고르게 분포될 수 있다. 플라즈마가 충돌공간(150) 내부에 고르게 분포하도록 하여 분사되는 선형 플라즈마(P2)의 균일성을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 정면도이다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(100)는 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)에서 발생된 플라즈마를 가이드 플레이트(140)와 충돌공간(150)을 통해 선형 플라즈마(P2)를 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생부(102)는 제1 유리관(110), 제2 유리관(120) 및 제3 유리관(170)에서 발생된 플라즈마(P1)를 가이드 플레이트(140)와 충돌공간(150)을 통해 선형 플라즈마(P2)를 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 발생부(102)는 제1 유리관(110), 제2 유리관(120) 및 제3 유리관(170)을 포함하도록 구성된다. 제3 유리관(170)은 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120) 사이에 배치될 수 있다.
제1 내지 제3 유리관(110, 120, 170)에는 가스 공급부(300)로부터 플라즈마 발생에 필요한 가스가 공급되고, 제1 유리관(110)과 제2 유리관(120)을 통과한 상기 가스를 통해 발생된 플라즈마(P1)는 충돌공간(150)으로 배출된다. 제1 및 제2 유리관(110, 120)과 마찬가지로, 제3 유리관(170)의 일단에는 가스 공급부(300)로부터 가스를 공급받는 제3 유입부(171)가 형성되고, 타단에는 제3 유리관(170)을 통과한 가스가 방전되어 발생된 플라즈마(P1)가 배출되는 제3 배출부(173)가 형성된다.
제3 유리관(170)에는 전극(175)이 접하고, 제1 유리관(110)에 형성된 전원전극(115)과 제2 유리관에 형성된 접지전극(125)과의 전기적 반응에 의해 제3 유리관(170)을 통과하는 가스도 플라즈마 상태로 변환될 수 있다.
프레임(130)은 제3 유리관(170)의 하측 일부가 삽입되는 제3 지지홈(138)을 더 포함한다. 프레임(130)의 요홈(131)은 제1 내지 제3 지지홈(133, 135, 138)의 하부에 형성되고, 제1 내지 제3 유리관(110, 120, 170)과 연통되도록 형성된다. 요홈(131)의 내벽은 평면으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않고 분사구(160)를 향해 볼록하도록 곡면으로 형성될 수도 있다.
가이드 플레이트(140)는 프레임(130)의 하측에 배치되고, 프레임(130)에 형성된 요홈(131)의 일부를 막을 수 있는 위치에 배치된다. 가이드 플레이트(140)의 상단과 프레임(130)의 요홈(131)에 의해 형성하는 충돌공간(150)은 제1 내지 제3 유리관(110, 120, 170)에서 발생한 각각의 플라즈마(P1)가 흐르는 유로를 형성한다.
가이드 플레이트(140)에 의해 막히지 않아 개방된 요홈(131)의 일부에 형성된 개구는 분사구(160)를 이루고, 분사구(160)를 통해 충돌공간(150) 내에 있는 플라즈마가 외부로 분사되면서 선형 플라즈마(P2)를 형성한다.
가이드 플레이트(140)는 제1 유리관(110)으로부터 발생된 플라즈마(P1)와, 제2 유리관(120)으로부터 발생된 플라즈마(P1)와, 제3 유리관(170)으로부터 발생된 플라즈마(P1)가 충돌공간(150)의 내부를 향하도록 가이드한다.
제3 유리관(170)에서 발생된 플라즈마(P1)는 제3 배출부(173)를 통해 충돌공간(150)으로 수직하게 배출한다. 수직하게 배출된 플라즈마(P1)는 가이드 플레이트(140)에 충돌하고, 충돌된 플라즈마(P1)의 일부는 제1 유리관(110)을 향하도록 방향이 변경되고, 충돌된 플라즈마(P1)의 나머지 일부는 제2 유리관(120)을 향하도록 방향이 변경된다. 즉, 제3 유리관(170)에서 발생된 플라즈마(P1)의 일부는 제1 유리관(110)에서 발생된 플라즈마(P1)와 결합하여 선형 플라즈마(P2)를 형성하고, 제3 유리관(170)에서 발생된 플라즈마(P1)의 나머지 일부는 제2 유리관(120)에서 발생된 플라즈마(P1)와 결합하여 선형 플라즈마(P2)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(102)는 제3 유리관(170)을 추가하여 보다 넓은 면적을 갖는 기판을 처리할 수 있는 선형 플라즈마(P2)를 분사할 수 있다. 유리관을 추가적으로 포함하는 간단한 구조로 더 넓은 영역의 기판에 대해 플라즈마 처리 할 수 있는 이점이 있다.
충돌공간(150)은 제1 유리관(110), 제2 유리관(120) 및 제3 유리관(170)과 연통되도록 형성된다. 제1 유리관(110), 제2 유리관(120) 및 제3 유리관(170)에서 수직하게 배출된 플라즈마(P1)가 가이드 플레이트(140)에 충돌한 다음 방향이 바뀌어 충돌공간(150)의 내부에 차게 된다.
외부와 연통되는 분사구(160)를 통해 충돌공간(150)에 가득 찬 플라즈마가 분사되며 선형 플라즈마(P2)를 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(102)는 제3 유리관(170)을 더 포함하여 보다 넓은 면적을 갖는 기판에 대해 플라즈마 처리할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
10: 플라즈마 발생 장치
100: 플라즈마 발생부
110: 제1 유리관
120: 제2 유리관
130: 프레임
131: 요홈
140: 가이드 플레이트
150: 충돌공간
160: 분사구

Claims (13)

  1. 플라즈마 발생에 필요한 가스가 공급되는 제1 유리관 및 제2 유리관;
    상기 제1 유리관 또는 상기 제2 유리관에 일정한 간격을 두고 상기 제1 및 제2 유리관이 배치된 가상의 직선으로부터 연장된 가상의 연장 직선 상에 배치되는 적어도 하나의 추가 유리관;
    상기 제1 유리관에 접하는 전원전극;
    상기 제2 유리관의 외부에 접하는 접지전극;
    상호 이격 배치되도록 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관을 지지하고, 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관과 각각 연통되는 요홈이 형성된 프레임; 및
    상기 프레임의 하측에 배치되는 가이드 플레이트;를 포함하며,
    상기 프레임의 요홈과 상기 가이드 플레이트는 충돌공간을 형성하고, 상기 충돌공간 내에 있는 플라즈마를 선형으로 분사하는 분사구를 형성하는, 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관으로부터 발생된 각각의 플라즈마를 상기 충돌공간의 중앙으로 가이드하여 결합시키는, 플라즈마 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관으로부터 발생된 플라즈마를 상기 프레임의 전면을 향해 가이드 하도록 경사 배치된, 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은,
    상기 제1 유리관의 일부가 삽입되는 제1 지지홈;
    상기 제1 지지홈과 이격 형성되며 상기 제2 유리관의 일부가 삽입되는 제2 지지홈; 및
    상기 제1 지지홈 또는 상기 제2 지지홈과 이격 형성되며 상기 적어도 하나의 추가 유리관의 일부가 삽입되는 제3 지지홈;을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 지지홈은 상기 요홈과 연통되는, 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요홈은 상기 제1 내지 제3 지지홈과 단차를 형성하고,
    상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관은 상기 단차 위로 배치되는, 플라즈마 발생 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 요홈은 상기 제1 내지 제3 지지홈 보다 상기 프레임의 전면에 가깝게 형성된, 플라즈마 발생 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관은 각각,
    일단에 상기 가스가 공급되는 유입부가 형성되고, 타단에 상기 가스를 방전시켜 발생된 플라즈마를 배출하는 배출부가 형성되는, 플라즈마 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관의 상기 배출부 전부를 가리는 위치에 배치되는, 플라즈마 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관의 상기 배출부와 상호 이격 배치되는, 플라즈마 발생 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분사구는 상기 제1 유리관, 상기 제2 유리관 및 상기 적어도 하나의 추가 유리관 보다 상기 프레임의 전면에 인접하게 형성된, 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분사구는 슬릿 형상인, 플라즈마 발생 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 요홈의 내벽은 평면으로 형성된, 플라즈마 발생 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 요홈의 내벽은 상기 분사구를 향해 돌출되도록 곡면으로 형성된, 플라즈마 발생 장치.
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