KR102093251B1 - 유전체 장벽 방전용 전극 조립체 및 이를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

유전체 장벽 방전용 전극 조립체 및 이를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 장벽 방전용 전극 조립체를 이용하는 대기압 플라즈마 발생 장치는, 하부가 개구된 하우징, 상기 하우징 내에 배치되며, 고전압이 인가되는 원통형 제1 전극 및 상기 제1 전극을 감싸는 절연체를 포함하는 제1 전극물, 상기 제1 전극물이 안착되며, 상기 제1 전극물의 길이 방향으로 일정 간격 평행하게 배치되는 복수 개의 판형 제2 전극 및 상기 제1 전극물 및 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이 공간으로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 분배기를 포함한다.

Description

유전체 장벽 방전용 전극 조립체 및 이를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치{ELECTRODE ASSEMBLY FOR DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE AND PLASMA GENERATOR USING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는 전극 구조를 변형시킨 유전체 장벽 방전용 전극 조립체 및 이를 포함하는 대기압 플라즈마 장치에 관한 것이다.
플라즈마(Plasma) 발생 장치는 금속 및 비금속물질의 표면 개질, 전자부품과 반도체 웨이퍼(wafer)의 세정공정 등 다양한 분야에 응용된다.
최근에는 진공 배기 공정이 필요하지 않은 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생 장치가 진공 플라즈마 발생 장치를 대체하고 있다. 대기압 플라즈마 발생 장치는 일부 고부가 제품에만 적용되던 플라즈마 표면 처리의 수행이 가능할 뿐만 아니라, 일반 제품의 대량 생산에도 확대 적용되고 있다. 또한, 대기압 플라즈마 장치는 산화물 증착을 할 수 있는 가스를 활용하여 피처리물 표면에 실리콘 산화물(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 산화막을 형성하는 등 대기압 플라즈마를 이용한 표면 처리 공정도 수행하고 있으며, 대표적인 대기압 플라즈마 발생 방식으로 유전체 장벽 방전 방식(Dielectric barrier Discharge, DBD)이 이용된다.
이와 같이, 대기압 플라즈마 발생 장치가 고부가 제품의 생산 및 일반 제품의 대량 생산에 적용됨에 따라, DBD 방식의 플라즈마 중에서도 넓은 면적의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 Volume DBD 방식의 플라즈마 발생 장치가 주로 사용되었다.
그러나, Volume DBD 방식의 플라즈마 발생 장치의 경우, 한 쌍의 전극 사이의 이격 간격을 일정하게 유지해야 하고, 플라즈마의 밀도를 높이는 과정에서 표면 처리의 균일성이 떨어져 에너지 대비 효율이 감소하는 문제점이 발생하며, 피처리물이 금속인 경우 플라즈마의 밀도를 높이기 위해 인접하게 전극을 배치시키는 과정에서 금속 표면에 스파크가 발생하여 피처리물의 표면이 손상된다는 문제점이 있다.
따라서, 플라즈마를 발생시키는 전극 간의 거리를 일정하게 유지시켜 균일한 플라즈마를 발생시키고, 안정적인 대기압 플라즈마 발생 장치의 개발이 요구되며, 본 발명은 이와 관련된 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0760551호(2007.09.14.) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0081935호(2017.07.13.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전극과 전극 간의 간격을 일정하게 유지시켜 대기압 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 발생 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 대면적 피처리물에 적용하는 리니어 소스(Linear Source) 방식의 가스 공급부를 이용하여 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있는 유전체 장벽 방전 방식의 대기압 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 유전체 장벽 방전형 대기압 플라즈마 발생 장치는, 하부가 개구된 하우징, 상기 하우징 내에 배치되며, 고전압이 인가되는 원통형 제1 전극 및 상기 제1 전극을 감싸는 절연체를 포함하는 제1 전극물, 상기 제1 전극물이 안착되며, 상기 제1 전극물의 길이 방향으로 일정 간격 평행하게 배치되는 복수 개의 판형 제2 전극 및 상기 제1 전극물 및 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이 공간으로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 분배기를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 공정 가스 분배기는, 상기 제1 전극물의 길이 방향으로, 상기 제1 전극물과 평행하게 배치되며, 상기 제1 전극물 및 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이로 공정 가스를 균일하게 분배할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 공정 가스 분배기에 공정 가스를 제공하는 복수 개의 가스 노즐을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 가스 노즐은, 상기 제1 전극물 및 상기 제2 전극과 함께 상기 공정 가스의 이동 유로를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 공정 가스의 이동 유로 폭은, 상기 하우징 내 상부에서 하부로 하강할수록 좁아질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 공정 가스의 이동 유로 폭은, 상기 제1 전극물과 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이 공간이 형성되는 영역에서부터 좁아질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 가스 노즐은, 상기 복수 개의 판형 제2 전극과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극물과 상기 복수 개의 판형 제2 전극을 일정한 거리만큼 이격시키는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연체는, 상기 원통형 제1 전극의 외측면 전체를 감싸는 관형일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 판형 제2 전극은, 상기 제1 전극물이 안착되는 일측에서 상기 제1 전극물의 곡률 반경보다 크거나 같은 곡률 반경을 가지는 오목 홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극물은, 상기 원통형 제1 전극의 내측면에 상기 제1 전극물의 길이방향으로 흐르는 냉매를 수용하는 관통홀을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 절연체를 포함하는 한 쌍의 전극물이 접촉하는 영역에서 높은 전계가 형성됨에 따라 플라즈마 방전 효율이 증가하는 효과가 있다.
또한, 전극을 지지하는 별도의 구조물 없이 한 쌍의 전극이 일정한 거리를 유지하여, 전 영역에서 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 공정 가스를 균일하게 방전시키기 위한, 고전압이 필요하지 않은 바, 플라즈마 발생 장치의 에너지 효율이 증가하는 효과가 있다.
또한, 전극을 동일한 형상으로 일괄 제작하는 바, 다양한 길이의 플라즈마 발생 장치를 용이하게 제작할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 공정 가스를 공급하는 방전 가스 노즐을 전극과 함께 제작할 수 있어, 플라즈마 발생 장치를 용이하게 제작할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 표면적이 큰 복수 개의 판형 전극을 이용하는 바, 냉각효과를 제공하는 표면적이 증가하여, 플라즈마 발생 장치의 냉각 성능을 향상키는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물을 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 구조물의 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
플라즈마(plasma)는 중성 상태를 이루는 서로 다른 극성의 이온이나 활성 상태의 라디칼(radical)과 같은 다량의 반응성 핵종(reactive species)의 플럭스(flux)를 발생한다. 이러한 플라즈마의 특성에 따라, 플라즈마는 산업용으로 물체의 표면처리를 위해 많이 이용되고 있다.
본 발명에서 설명하는 플라즈마는 발생 장치(100)는, 전극 표면에서 플라즈마를 발생시키는 Surface DBD(표면 장벽 방전) 방식의 플라즈마 발생 장치로서, 방전 개시 전압이 낮고 오존 생성량이 적으며, 방전 부위의 전계가 높아 방전 효율이 높다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 유전체 장벽 방전형 대기압 플라즈마 발생 장치(이하, 플라즈마 발생 장치, 100)의 표면 플라즈마 발생을 위한 전극의 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물의 상면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물을 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조물의 사시도이다.
도 1를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마를 발생시키는 제1 전극(21) 및 절연체(23)를 포함하는 제1 전극물(20)과 제2 전극(30)이 직접 접촉하고 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 1의 (a)와 같이, 제1 전극(21)의 단면은 원형으로 이루어지고, 제1 전극(21)을 감싸기 위한 절연체(23)의 단면은 환형으로 이루어질 수 있다. 다만, 제1 전극(21)과 절연체(23)의 단면은 이에 한정되지 않는 다양한 형상이 가능할 수 있다.
이와 관련하여, 도 1의 (b)를 참조하면, 제1 전극(21)의 단면은 관통 홀(H3)을 포함하는 환형으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 전극(21) 내부에 형성된 관통 홀(H3)에는 플라즈마 발생에 따른 제1 전극(21)의 발열을 억제시키는 냉매가 수용될 수 있다.
한편, 제2 전극(30)의 단면은 사각형으로 이루어지며, 일측에 제1 전극(21) 및 절연체(23)를 포함하는 제1 전극물(20)을 안착시키기 위한, 오목 홈(H1)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 오목 홈(H1)의 곡률 반경은 제1 전극물(20)의 곡률 반경(R) 보다 크거나 같을 수 있으며, 오목 홈(H1)의 곡률 반경에 따라, 제1 전극물(20)과 제2 전극(30)이 접촉하는 부분에서 발생하는 최대 전계 값이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(30)의 곡률 반경이 제1 전극물(20)의 곡률 반경(R)보다 큰 경우, 제1 전극물(20)과 제2 전극(30)이 접촉하는 부분에서 발생하는 최대 전계가 보다 감소할 수 있다.
아울러, 오목 홈(H1)이 제1 전극물(20)의 곡률 반경(R)과 동일한 곡률 반경을 가지는 경우, 오목 홈(H1)이 형성되는 양 끝 단을 점선과 같이 제1 전극물(20)이 안착되는 끝까지 밀착되도록 형성하지 않고, 라운드 처리하여 오목 홈(H1)의 양 끝 단에서 전계가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 전극(30)은 플라즈마 발생 효율을 높이기 위해 복수 개가 구비되는 바, 복수 개의 제2 전극(30)을 연결하기 위한 고정 홀(H2)이 제2 전극(30)의 각 모서리에 형성될 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 제1 전극(21) 및 이를 감싸는 절연체(23)는 길이가 긴 막대형으로 이루어짐을 확인할 수 있으며, 복수 개의 판형 제2 전극(30)이 제1 전극물(20)의 길이방향으로 일정 간격 평행하게 배치됨을 확인할 수 있다. 다시 말해서, 복수 개의 판형 제2 전극(30) 상에 제1 전극물(20)이 배치될 수 있으며, 고정 홀(H2)을 포함하는 복수 개의 판형 제2 전극(30)을 연결하는 길이 방향으로 긴 고정 부재(35)를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 제1 전극(21)을 감싸는 절연체(23)는 이격된 공간 없이 밀착됨을 확인할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 전극(21)의 외측면에 실버 페이스트를 도포하거나, 절연체(23)의 내측면에 금속을 도금하여 제1 전극(21)과 절연체(23)가 전기적으로 연결되도록 형성할 수 있으며, 그에 따라, 플라즈마 발생 장치(100)가 동작하는 과정에서 제1 전극(21)과 절연체(23) 사이에서 불필요한 방전 및 그에 따른 발열이 일어나지 않을 수 있다.
한편, 제1 전극(21)은 (a)에 도시된 바와 같이 막대형상을 이루거나, (b)에 도시된 바와 같이 길이방향으로 긴 관통 홀(H3)을 포함하는 파이프 형상을 이룰 수 있으며, 관통 홀(H3)에는 냉매를 흐르게 하여, 제1 전극(21)의 발열을 억제시킬 수 있다.
또한, 제1 전극(21)은 방전에 따른 발열을 최소화하기 위해, 전기 저항이 작고, 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 아울러, 절연체(23)는 방전에 따른 발열을 억제시키고, 플라즈마에 대한 내구성을 가지는 석영(Si), 알루미나(Alumina) 또는 알루미나를 포함하는 화합물 등이 가능할 수 있으며, 바람직하게는 열 전도도가 우수한 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다.
또 다른 한편, 길이방향으로 긴 막대형의 제1 전극물(20)을 안착시킬 수 있도록 복수 개의 판형 제2 전극(30)이 제1 전극물(20)과 수직하게 배치됨을 확인할 수 있다. 그에 따라, 복수 개의 판형 제2 전극(30) 사이의 공간(D)으로 공정 가스가 흐를 수 있으며, 플라즈마가 발생하는 과정에서 제2 전극(30)과 접촉하는 면적이 확대되어, 제2 전극(30)의 발열을 억제시킬 수 있다.
아울러, 제2 전극(30)은 방전에 따른 발열을 보다 최소화하기 위해 전기 저항이 작고, 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 제2 전극(30)의 경우, 복수 개의 판형 제2 전극(30) 사이의 공간(D)에서 플라즈마가 발생되는 바, 부식에 강한 스테인레스 계열의 금속 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 제1 전극물(20)이 안착되는 복수 개의 판형 제2 전극(30)은 동일한 크기 및 형태를 가지고 고정 홀(H2)을 통해 일체형을 이룰 수 있으며, 그에 따라 제2 전극(30)은 프레스(press) 절단, 와이어 컷팅(wire cutting), NC(Numerical Control) 가공 등의 방식으로 제작될 수 있다. 또한, 제2 전극이 동일한 크기 및 형태를 가지는 바, 제2 전극(30)의 대량 제작이 가능할 수 있다. 그에 따라, 제2 전극(30)의 배치 개수를 통해, 제1 전극물(20)을 포함한 전체 전극 구조물의 크기를 조절할 수 있어, 다양한 크기의 대기압 플라즈마 발생 장치(100)를 제작할 수 있다는 장점이 있다.
마지막으로, 도 4를 참조하면, 복수 개의 판형 제2 전극(30)이 길이방향으로 일정 간격 평행하게 배치되고, 복수 개의 판형 제2 전극(30) 상에 원통형의 제1 전극물(20)이 안착됨을 확인할 수 있다. 이와 같이, 원통형의 제1 전극물(20)이 제2 전극(30) 상에서 별도의 구조물 없이도 안정적으로 배치됨에 따라, 제1 전극물(20)의 상부에서 공정 가스가 유입되어 방전이 일어나는 과정에서도 전극과 전극이 일정한 간격을 유지하여, 길이방향으로 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 플라즈마 발생 장치(100)의 표면 플라즈마 발생을 위한 전극의 구조에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 제1 실시예에 따른 전극 구조를 적용한 플라즈마 발생 장치(100)에 대하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생 장치(100)의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(100)는 하우징(10), 제1 전극물(20), 제2 전극(30), 방전 가스 분배기(40) 및 노즐(50)을 포함함을 확인할 수 있다.
먼저, 하우징(10)은 내측에 플라즈마 발생을 위한 제1 전극물(20), 제2 전극(30), 방전 가스 분배기(40) 및 노즐(50)을 배치시키기 위한 수납 공간이 형성되며, 원통형의 제1 전극물(20)과 수직방향으로 평행하게 배치되는 복수 개의 판형 제2 전극(30)을 배치시키기 위해 길이가 긴 직육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 피처리물(M)의 플라즈마 표면 처리를 위해 하부가 개구된 형상으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 길이가 긴 원통형의 제1 전극물(20)과 판형의 제2 전극(30)이 수직방향으로 배치될 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 제1 전극(21)에는 고전압이 인가될 수 있으며, 제2 전극(30)은 접지되어 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 제1 전극(21)과 제2 전극(30)이 절연체(23)과 접촉하여 표면 장벽 방전(Surface DBD)을 수행함에 따라, 플라즈마 발생 장치(100)는 낮은 방전 개시 전압을 가지게 되어, 플라즈마 발생 장치(100)의 에너지 효율이 향상될 수 있다. 아울러, 절연체(23)와 제2 전극(30)이 접촉하는 부분에서 높은 전계가 인가되어 고 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
다음으로, 방전 가스 분배기(40)는 하우징(10)의 상부에 배치되어, 제1 전극물(20)과 제2 전극(30)이 배치된 하부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 실시예에 따라, 방전 가스 분배기(40)는 제1 전극물(20)의 길이 방향으로, 제1 전극물(20)과 평행하게 배치될 수 있으며, 제1 전극물(20) 및 복수 개의 판형 제2 전극(30)이 형성한 방전 공간의 전방에서 후방까지 공정 가스를 균일하게 공급할 수 있다. 이와 같이, 공정 가스가 전방에서 후방까지 균일하게 공급됨에 따라, 플라즈마 발생 장치(100)를 이용한 피처리물(M)의 표면 처리도 균일하게 이루어질 수 있다.
마지막으로, 복수 개의 가스 노즐(50)은 방전 가스 분배기(40)에 공정 가스를 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 복수 개의 가스 노즐(50)은 플라즈마 발생 장치(100)의 정면을 기준으로 복수 개의 판형 제2 전극(30) 양 측에 배치될 수 있으며, 하우징(10) 내측에서 복수 개의 판형 제2 전극(30) 사이 공간에 배치될 수 있다. 그에 따라, 복수 개의 가스 노즐(50)은 하우징(10) 내에서 제1 전극물(20) 및 제2 전극(30)과 함께 공정 가스의 이동 유로(S)를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 하우징(10) 내에서 공정 가스의 이동 유로(S) 폭은 상부에서 하부로 하강할수록 좁아질 수 있다. 다시 말해서, 제2 전극(30)의 양 단에 배치된 복수 개의 가스 노즐(50)이 상부에서 하부로 내려갈수록 두껍게 형성되어 이동 유로(S)의 폭을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 가스 노즐(50)은 방전 가스 분배기(40)가 배치된 상부 A1 영역에서부터 하부로 갈수록 점차 두께가 증가하고, 제2 전극(30)이 배치된 A2 영역에서부터 큰 폭으로 두께가 증가할 수 있으며, A1영역에서 일정한 두께를 가지고, 제2 전극(30)이 배치된 영역에서부터 두께가 급격하게 두꺼워질 수도 있다. 이와 같이, 제2 전극(30)이 배치된 영역에서 이동 유로(S)의 폭(W1)이 급격하게 감소함에 따라, 절연체(23)를 감싸며 이동하는 공정 가스의 밀도가 제2 전극(30)이 배치된 영역에서부터 증가하며, 큰 밀도를 가지는 공정 가스가 방전되어 큰 밀도의 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마가 하우징(10)의 중심부로 집중될 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 복수 개의 가스 노즐(50)은 복수 개의 판형 제2 전극(30)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 가스 노즐(50)은 부식에 강한 스테인레스 계열의 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 가스 노즐(50)이 도전성 물질로 이루어지는 경우, 제2 전극(30)과 전기적으로 연결되어, 복수 개의 판형 제2 전극(30) 사이에서 Volume DBD 방식의 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
이와 같이 복수 개의 가스 노즐(50)이 제2 전극(30)과 동일한 물질로 이루어질 수 있는 바, 제2 전극(30)을 NC 가공 방식으로 제작하는 경우, 가스 노즐(50)의 A2영역을 제2 전극(30)과 함께 일체형으로 형성하여, 플라즈마 발생 장치(100)를 보다 효율적으로 제작할 수 있다.
지금까지 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 구조를 적용한 플라즈마 발생 장치(100)에 대하여 설명하였으며, 플라즈마를 발생시키는 전극 구조를 변형하여 전극 간의 최대 전계 값을 조절할 수 있다. 이는 도 6에 대한 내용이고, 이하에서 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 구조물의 정면도이다.
도 6을 참조하면, 제1 전극물(20)과 제2 전극(30) 사이에는 제1 전극물(20)과 복수 개의 판형 제2 전극(30)을 일정한 거리(W2)만큼 이격시키는 절연부재(60)를 더 포함함을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극물(20)의 절연체(23)와 제2 전극(30)이 직접적으로 접촉하는 경우, 최대 전계 값에서 절연체(23)가 손상될 수 있다. 그에 따라, 절연체(23)와 제2 전극(30)을 이격시키는 절연부재(60)를 추가로 배치하여, 최대 전계 값을 조절할 수 있다.
실시예에 따라, 절연부재(60)는 제1 전극물(20)과 동일하게 길이방향으로 긴 원통형상으로 이루어져 복수 개의 판형 제2 전극(30)의 오목 홈(H1) 상에 안착될 수 있으며, 구 형상으로 이루어져 각각의 제2 전극(30) 의 오목 홈(H1) 상에 안착될 수도 있다. 다만, 절연부재(60)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 길이방향 및 제1 전극물(20)의 중심을 기준으로 하는 외측 방향에서 절연체(23)와 제2 전극(30)을 일정한 간격으로 이격 시킬 수 있는 등 다양한 형상이 가능할 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따르면, 플라즈마 발생 장치(100)는 공정 가스의 이동 유로를 고려하여 수직방향으로 배치되는 바, 하우징(10) 내 발생된 플라즈마를 피처리물(M)의 표면으로 용이하게 제공할 수 있다.
또한, 길이가 긴 원통형상의 제1 전극물(20) 및 제1 전극물(20)과 전기적으로 반응하여 플라즈마를 발생시키는 제2 전극(30)이 별도의 구조물 없이도 안정적으로 고정되어, 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있으며, 복수 개의 판형 제2 전극(30) 구조물을 통해 플라즈마 발생 장치(100)의 냉각 성능을 개선시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 플라즈마 발생 장치
10: 하우징
20: 제1 전극물
21: 제1 전극
23: 절연체
30: 제2 전극
40: 방전 가스 분배기
50: 노즐
60: 절연부재

Claims (11)

  1. 유전체 장벽 방전용 전극 조립체를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치로서,
    하부가 개구된 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되며, 고전압이 인가되는 원통형 제1 전극 및 상기 제1 전극을 감싸는 절연체를 포함하는 제1 전극물;
    상기 제1 전극물의 하부에서 길이 방향으로 일정 간격을 두며 평행하게 배치되고, 중앙부에 오목홈이 형성되어 상기 오목홈에 상기 제1전극물이 안착되는 복수 개의 판형 제2 전극; 및
    상기 제1 전극물 및 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이 공간으로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 분배기;
    를 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정 가스 분배기는,
    상기 제1 전극물의 길이 방향으로, 상기 제1 전극물과 평행하게 배치되며,
    상기 제1 전극물 및 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이로 공정 가스를 균일하게 분배하는,
    대기압 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이에 배치되며,
    상기 공정 가스 분배기에 공정 가스를 제공하는 복수 개의 가스 노즐;
    을 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 가스 노즐은,
    상기 제1 전극물 및 상기 제2 전극과 함께 상기 공정 가스의 이동 유로를 형성하는,
    대기압 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공정 가스의 이동 유로 폭은,
    상기 하우징 내 상부에서 하부로 하강할수록 좁아지는,
    대기압 플라즈마 발생 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공정 가스의 이동 유로 폭은,
    상기 제1 전극물과 상기 복수 개의 판형 제2 전극 사이 공간이 형성되는 영역에서부터 좁아지는,
    대기압 플라즈마 발생 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 가스 노즐은,
    상기 복수 개의 판형 제2 전극과 동일한 물질로 구성되는,
    대기압 플라즈마 발생 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극물과 상기 복수 개의 판형 제2 전극을 일정한 거리만큼 이격시키는 절연부재;
    를 더 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는,
    상기 원통형 제1 전극의 외측면 전체를 감싸는 관형인,
    대기압 플라즈마 발생 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 오목홈은 상기 제1 전극물의 곡률 반경보다 크거나 같은 곡률 반경을 갖고, 상기 오목홈에 상기 제1전극물이 안착된 상태에서 상기 각 제2전극의 최상부가 상기 제1전극물의 중심보다 높지 않은 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극물은,
    상기 원통형 제1 전극의 내측면에 상기 제1 전극물의 길이방향으로 흐르는 냉매를 수용하는 관통 홀; 을 포함하는 대기압 플라즈마 발생 장치.
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