KR102126948B1 - 플라즈마 발생기판 및 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 PCB 기판에 구비되는 전극구조와 플라즈마 방출 구조를 개선하여 대기압 상태에서 저전력으로 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생기판 및 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생기판은 가스 공급경로에 배치되는 플레이트, 플레이트의 일면에서 일측이 고주파 전력 공급부에 연결되고 타측이 제1 방전 전극부를 갖는 제1 라인, 그리고 제1 방전 전극부와 설정된 간격으로 이격되어 방전간극을 형성하는 제2 방전 전극부를 일측에 구비하는 제2 라인을 포함하며, 플레이트는 방전간극에서 플레이트의 일면과 타면을 관통하는 플라즈마 방출홀을 구비하며, 방전간극에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 방출홀을 통해 외부로 방출되도록 안내할 수 있다.

Description

플라즈마 발생기판 및 발생장치{PLASMA GENERATING SUBSTRATE AND PLASMA GENERATOR}
본 발명은 플라즈마 발생기판 및 발생장치에 관한 것이다.
최근 대기압 플라즈마를 이용한 살균, 지혈, 치아 미백 등 생의학 응용 분야에 대한 연구가 국내외 연구 기관에 의해 활발히 연구되고 있으며 탁월한 효과가 증명되고 있다. 다양한 대기압 플라즈마 방전 방법 중, 1,000MHz~3,000MHz의 고주파를 사용하는 마이크로웨이브 플라즈마의 경우, 그 특성에 있어서 처리 대상에 열적 손상이 없고, 낮은 방전 전압으로 인해 전기적 위험성이 낮으며 전력 효율이 높고, 높은 플라즈마 성분으로 인한 그 효과의 우수성 등 저주파 플라즈마 장비에 비해서 생의학 응용을 위한 플라즈마 장비로서 높은 가능성을 가진다.
하지만, 현재 개발된 마이크로웨이브 플라즈마 장비의 경우 효과적인 전력 전달을 위해서 사용되는 매칭 박스로 인해 장비의 크기가 크고 플라즈마 방전을 위해 높은 전력을 사용해야 한다. 또한, 지혈, 상처 치유, 피부 미용과 같은 분야에서 넓은 처리 면적이 요구되고 있으나, 고주파 전력을 사용할 경우 사용 전력의 파장이 매우 짧아 넓은 면적에 균일한 전기장을 만드는 것과 균일한 가스 공급이 어려워 보다 용이하게 저전력으로 넓은 면적의 플라즈마를 발생시키는 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 PCB 기판에 구비되는 전극구조와 플라즈마 방출 구조를 개선하여 대기압 상태에서 저전력으로 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생기판 및 발생장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생기판은 가스 공급경로에 배치되는 플레이트, 플레이트의 일면에서 일측이 고주파 전력 공급부에 연결되고 타측이 제1 방전 전극부를 갖는 제1 라인, 그리고 제1 방전 전극부와 설정된 간격으로 이격되어 방전간극을 형성하는 제2 방전 전극부를 일측에 구비하는 제2 라인을 포함하며, 플레이트는 방전간극에서 플레이트의 일면과 타면을 관통하는 플라즈마 방출홀을 구비하며, 방전간극에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 방출홀을 통해 외부로 방출되도록 안내할 수 있다.
제1 라인은 플레이트의 타면에 구비된 접지부와 연결되는 접지 비아홀이 구비되는 매칭부를 포함하며, 접지 비아홀은 방전간극으로부터 고주파 전력 동작 주파수의 λ/4 길이를 갖는 위치에 구비될 수 있다. 제2 라인은 타측이 플레이트의 타면에 구비된 접지부에 연결되는 접지라인을 포함할 수 있다. 제2 라인은 타측이 점화 전력 공급부에 연결되는 점화 전력 공급라인을 포함할 수 있다. 플레이트는 인쇄회로기판(PCB)을 포함할 수 있다. 플레이트는 굴곡이 가능한 플렉시블 형태로 형성될 수 있다. 제1 라인과 제2 라인은 플레이트의 일면에 구비될 수 있다. 플라즈마 방출홀은 복수로 구비되며, 제1 라인과 제2 라인은 각각 복수로 구비되어 해당되는 플라즈마 방출홀에 대응하는 위치에 배치되어 복수의 플라즈마 방출유닛을 형성할 수 있다. 제1 라인은 고주파 전력 분배라인을 포함하며, 고주파 전력 분배라인은 플레이트의 일면에 구비되어 고주파 전력 공급부에 연결되는 고주파 전력 입력부, 고주파 전력 입력부에 연결되어 고주파 전력의 동작 주파수에서 λ/4 길이를 갖고 고주파 전력을 병렬로 분배하도록 분배지점이 저항부로 연결되는 전력 분배부, 그리고 전력 분배부의 분배지점에 각각 공진 결합되어 병렬로 분배된 고주파 전력을 공급하는 한 쌍의 공진기를 포함할 수 있다. 공진기는 플레이트의 타면에 구비된 접지부와 연결되는 접지 비아홀이 구비되는 매칭부를 포함하며, 접지 비아홀은 방전간극으로부터 고주파 전력 동작 주파수의 λ/4 길이를 갖는 위치에 구비될 수 있다.
한편, 플라즈마 발생장치는 가스 공급경로에 배치되는 플레이트, 플레이트의 일면에서 일측이 고주파 전력 공급부에 연결되고 타측이 제1 방전 전극부를 갖는 제1 라인, 그리고 제1 방전 전극부와 설정된 간격으로 이격되어 방전간극을 형성하는 제2 방전 전극부를 일측에 구비하는 제2 라인을 포함하는 플라즈마 발생기판, 그리고 가스 공급경로에 구비되어 적어도 방전간극으로 가스의 흐름을 안내하는 가스 공급 안내부를 더 포함하며, 플라즈마 발생기판은 방전간극에서 플레이트의 일면과 타면을 관통하는 플라즈마 방출홀을 구비하며, 방전간극에서 생성된 플라즈마를 플라즈마 방출홀을 통해 외부로 방출되도록 안내할 수 있다. 가스 공급 안내부는 적어도 플라즈마 방출홀이 내부에 포함되도록 플레이트의 일면을 감싸는 형상으로 형성되어 가스 저장공간을 구비하며 대기압에서 플라즈마를 생성하는 챔버를 포함할 수 있다. 챔버는 플레이트의 일면과 대면하는 위치에 가스 공급경로가 연결될 수 있다. 챔버는 플레이트의 플라즈마 방출홀과 대응하는 위치에 구비되어 챔버의 외부공간과 연통되는 플라즈마 배출홀을 포함할 수 있다. 플레이트의 타면은 챔버의 외벽 중 어느 한 면을 형성할 수 있다. 챔버는 일면이 개구되어 테두리부를 갖는 상자형상으로 형성되며, 내부에 가스 충진 공간을 갖고 일면과 대면되는 타면에 복수의 체결구멍을 구비하는 본체, 그리고 본체의 테두리부에 결합되며, 본체와의 사이에 결합되는 플레이트를 지지하는 커버부를 포함할 수 있다. 커버부는 본체의 테두리부와 서로 대응하는 접촉부를 구비하며, 적어도 서로 대면되는 한 쌍의 접촉부는 미리 설정된 곡률을 갖고 라운드 형상으로 형성될 수 있다.
PCB를 이용한 곡면형 대면적 마이크로웨이브 플라즈마 발생기판 및 발생장치를 구현하여 소형의 크기를 가지며 저전력 대기압 조건에서도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있고, 복수의 플라즈마를 생성하여 피부 처리 등 넓은 영역에 대한 플라즈마 처리를 보다 안전하고 용이하게 실시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생기판의 기본 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 적용 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 방전간극에 구비되는 방전 전극부와 플라즈마 방출홀의 배치구조를 도시한 도면이다.
도 4는 복수의 플라즈마 방출홀이 구비된 플레이트를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 곡선형 챔버 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 선 B-B에 따른 단면도이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생기판의 기본 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 적용 구조를 도시한 도면이다. 그리고 도 3은 방전간극에 구비되는 방전 전극부와 플라즈마 방출홀의 배치구조를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생기판은 가스 공급경로에 배치되어 플라즈마 방출홀(12)을 갖는 플레이트(10), 플레이트(10)에 구비되어 고주파 전력 공급이 공급되는 제1 라인(100)과 방전간극을 형성하는 제2 라인(110)을 포함한다. 여기서, 플레이트(10)는 인쇄회로기판(PCB)을 포함할 수 있다. 그리고 플레이트(10)는 비교적 높은 유전율을 가지는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 플레이트(10)의 유전체 재료는 세라믹 화합물, 테플론(TEFLON), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리머, 유리, 석영, 그리고 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그리고 가스는 헬륨 가스, 아르곤 가스, 질소 가스, 산소, 그리고 복합 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 가스 공급경로는 가스 공급부(30), 가스 공급라인을 포함할 수 있다. 그리고 가스 공급경로에 별도로 구비되어 적어도 방전간극으로 가스의 흐름을 안내하는 가스 공급 안내부(30a)를 더 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 가스 공급 안내부(30a)를 구비함으로써 방전간극에 구비되는 플라즈마 방출홀(12) 주변으로 가스의 공급 흐름을 집중적으로 안내할 수 있다. 한편, 가스 공급경로에는 방전간극에 가스를 균일하게 공급하기 위한 가스 공급 조절부가 더 포함될 수 있다. 가스 공급 조절부를 통해 방전간극으로 공급되는 가스는 적어도 하나의 공급통로를 통해서 균일하게 조절된 후, 복수의 공급 경로를 통해 각각 대응하는 방전간극으로 공급될 수도 있다.
한편, 플레이트(10)는 방전간극에서 플레이트(10)의 일면과 타면을 관통하는 플라즈마 방출홀(12)을 구비할 수 있다. 방전간극에 구비된 플라즈마 방출홀(12)로 가스를 공급하고, 제1 라인(100)과 제2 라인(110)에 해당되는 전력을 공급하면, 방전간극에 근접된 제1 라인(100)과 제2 라인(110) 사이에 전기장으로 인해 방전이 발생할 수 있다. 이러한 상태에서 방전간극에 공급된 가스의 이온화가 이루어져 플라즈마(P)가 발생할 수 있다. 이렇게 플레이트(10)의 방전간극에서 생성된 플라즈마(P)는 계속 공급되는 가스의 흐름을 따라 플라즈마 방출홀(12)을 통해 외부로 방출될 수 있다. 여기서, 플라즈마 방출홀(12)은 슬롯(slot) 또는 비아홀 형태로 구비될 수 있다.
플레이트(10)의 일면에는 제1 라인(100)과 제2 라인(110)이 구비될 수 있다. 여기서 제1 라인(100)은 일측이 고주파 전력 입력 커넥터(20a)를 통해 고주파 전력 공급부(20)에 연결되고 타측이 제1 방전 전극부(100a)로 구비될 수 있다. 제1 라인(100)은 방전간극으로부터 고주파 전력의 동작 주파수에서 λ/4 길이를 갖는 위치에서 플레이트(10)의 타면에 구비된 접지부와 연결되는 접지 비아홀(104)이 구비되는 매칭부(102)를 포함할 수 있다. 제1 라인(100)에서 매칭부(102)를 포함한 패턴의 전체 길이(l)는 ll+l2로 형성될 수 있으며, λ/4로 주파수 튜닝될 수 있다. 그리고 ll과 l2의 길이 비율을 조절하여 입력 임피던스를 50Ω에 매칭할 수 있다.
제2 라인(110)은 제1 방전 전극부(100a)와 설정된 간격으로 이격되어 방전간극을 형성하는 제2 방전 전극부(110a)를 일측에 구비할 수 있다. 제1 라인(100)과 제2 라인(110)은 금속 스트립을 포함할 수 있다. 방전간극에서 제1 방전 전극부(100a)와 제2 방전 전극부(110a)의 간격은 높은 전기장을 만들기 위하여 0.1mm~1mm를 유지할 수 있다. 제1 방전 전극부(100a)와 제2 방전 전극부(110a)에서 타단으로 갈수록 앞쪽이 뾰족하게 형성하여 전자의 집중도가 높게 구현할 수 있다. 방전간극에서 제1 방전 전극부(100a)와 제2 방전 전극부(110a)의 인접된 구조를 뾰족하고 상호 간격을 좁힐 수 있는 구조로 개선하여 전기장이 강해질 수 있도록 할 수 있다. 전기적 집중도의 증가에 따라 플라즈마의 발생이 용이하고 안정성을 증가시킬 수 있다.
제2 라인(110)은 타측이 플레이트(10)의 타면에 구비된 접지부에 연결되는 접지라인을 포함할 수 있다. 제2 라인(110)은 제1 라인(100)과 대응하여 접지부를 대체할 수 있는 도체로 구비될 수 있다. 다만, 제2 라인(110)이 별도의 점화라인이 구비되지 않고 접지라인 또는 전기적인 연결이 가능한 도체로 구비되는 경우, 제1 라인(100)을 통해 공급되는 고주파 전력이 상대적으로 높아야 방전간극에서 플라즈마(P) 발생이 가능하게 된다. 따라서, 제2 라인(110)은 타측이 점화 전력 공급부에 연결되는 점화 전력 공급라인을 포함할 수 있다. 제2 라인(110)을 점화 전력 공급라인으로 구비하는 경우, HFSS(High Frequency Structure simulator) 결과 매칭(matching)에 영향이 거의 없으며, 제1 라인(100)으로 공급되는 고주파 전력을 높이지 않고도 플라즈마를 점화할 수 있다. 점화 전력은 고전압(~kV)을 가지는 저주파(~kHz) 신호가 사용될 수 있다. 점화 전력이 인가됨에 따라 방전간극에서 아크방전이 발생하고 이로 인해 생성된 시드 일렉트론(seed electron)이 고주파 전력에 의해 가속되면서 방전간극에 있는 가스를 이온화 하여 플라즈마가 점화된다. 점화가 된 후에는 상대적으로 낮은 고주파 전력에 의해서도 플라즈마 상태가 유지될 수 있다. 그리고 제1 라인(100)과 유사한 형태의 패턴으로 제2 라인(110)을 구비할 수 있으며, 제1 라인(100)과 제2 라인(110)을 플레이트(10)의 일면에 구비할 수 있으므로 다양한 형태의 패턴을 구현할 수 있다.
도 4는 복수의 플라즈마 방출홀이 구비된 플레이트를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 플레이트(10)는 복수의 방전간극을 구비할 수 있다. 플레이트(10)에서 복수로 구비된 방전 간극들이 서로 인접되거나 서로 동일 선상에서 연속적인 플라즈마(P)를 생성하도록 배열될 수도 있다. 그리고 각각의 방전간극에 구비되는 플라즈마 방출홀(12a)을 구비할 수 있으며, 고주파 전력 입력부(410)를 통해 고주파 전력이 공급되는 제1 라인(100)과 점화 전력 입력부(420, 420a)를 통해 점화 전력이 공급되는 제2 라인(110)은 각각 복수로 구비되어 해당되는 플라즈마 방출홀(12a)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 플레이트(10)는 점화라인, 고주파 전력 분배라인, 공진기를 포함하여 해당되는 위치에서 방전간극과 플라즈마 방전홀(12a)을 구비하는 플라즈마 발생유닛을 복수로 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 플라즈마 발생유닛은 플레이트(10)의 상하좌우를 기준으로 서로 대칭되도록 8개의 플라즈마 발생유닛을 구비할 수 있다. 예를 들어, 8개의 플라즈마 발생유닛에서 제1 플라즈마 발생유닛(P1)은 제11 점화라인(422), 제11 전력 분배부(412a1) 그리고 제11 공진기(432)를 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 발생유닛(P2)은 제12 점화라인(424), 제11 전력 분배부(412a1) 그리고 제12 공진기(434)를 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 발생유닛(P1)과 대칭되는 하부에는 제3 플라즈마 발생유닛(P3)이 구비되며, 제2 플라즈마 발생유닛(P2)과 대칭되는 하부에는 제4 플라즈마 발생유닛(P4)이 구비될 수 있다. 그리고 제1 플라즈마 발생유닛(P1) 내지 제4 플라즈마 발생유닛(P4)과 대칭되는 우측에는 제5 플라즈마 발생유닛(P5) 내지 제8 플라즈마 발생유닛(P8)이 구비될 수 있다. 이러한 경우, 플라즈마 방출홀(12a)도 8개로 구비될 수 있다. 따라서, 하나의 플레이트(10)에서 8개의 플라즈마 방출홀(12a)을 구비함으로써 대면적 플라즈마 발생장치를 구현할 수 있다.
제1 라인(100)은 고주파 전력 분배라인을 포함할 수 있다. 고주파 전력 분배라인은 플레이트(10)의 일면에 구비되어 고주파 전력 공급부(20)에 연결되는 고주파 전력 입력부(410), 고주파 전력 입력부(410)에 연결되어 고주파 전력의 동작 주파수에서 λ/4 길이를 갖고 고주파 전력을 병렬로 분배하도록 분배지점이 저항부(402)로 연결되는 전력 분배부, 그리고 전력 분배부의 분배지점에 각각 공진 결합되어 병렬로 분배된 고주파 전력을 공급하는 한 쌍의 공진기를 포함할 수 있다.
전력 분배부는 메인 전력 분배부(412)에서 분배구조로 분기되는 패턴을 형성할 수 있다. 참조번호 412a는 메인 전력 분배부(412)에서 분배구조로 연결되는 제1 전력 분배부이며, 제1 전력 분배부로부터 제11 전력 분배부(412a1)와 제12 전력 분배부(412a2)가 분배구조로 연결될 수 있다. 참조번호 412b는 메인 전력 분배부(412)에서 분배구조로 연결되는 제2 전력 분배부이며, 제2 전력 분배부로부터 제21 전력 분배부(412b1)와 제22 전력 분배부(412b2)가 분배구조로 연결될 수 있다. 그리고 공진기는 제11 전력 분배부(412a1)에 연결되는 제11 공진기(432)와 제12 공진기(434), 제12 전력 분배부(412a2)에 연결되는 제13 공진기(432a)와 제14 공진기(434a), 제21 전력 분배부(412b1)에 연결되는 제21 공진기(436)와 제22 공진기(438), 제22 전력 분배부(412b2)에 연결되는 제23 공진기(436a)와 제24 공진기(438a)를 포함할 수 있다.
제2 라인(110)은 필요에 따라 제1 점화 전력 입력부(420)에 연결되는 제1 점화 전력 공급라인과 제2 점화 전력 입력부(420a)에 연결되는 제2 점화 전력 공급라인을 포함할 수 있다. 제1 점화 전력 공급라인은 제11 공진기(432)에 대응되는 제11 점화라인(422), 제12 공진기(434)에 대응되는 제12 점화라인(424), 제13 공진기(432a)에 대응되는 제13 점화라인(422a), 제14 공진기(434a)에 대응되는 제14 점화라인(424a)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 점화 전력 공급라인은 제21 공진기(436)에 대응되는 제21 점화라인(426), 제22 공진기(438)에 대응되는 제22 점화라인(428), 제23 공진기(436a)에 대응되는 제23 점화라인(426a), 제24 공진기(438a)에 대응되는 제24 점화라인(428a)을 포함할 수 있다.
한편, 공진기는 접지 비아홀(404)이 구비되는 매칭부를 포함하며, 공진기는 방전간극으로부터 고주파 전력의 동작 주파수에서 λ/4 길이를 갖는 위치에서 접지부와 접지 비아홀(404)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 고주파 전력을 분배하기 위해서는 분배 회로가 별도로 필요하며, 윌킨슨 전력 분배기(Wilkinson Power Divider)로 고주파 전력 분배 회로를 형성할 수 있다. 임피던스와 선로 길이를 고려하여 λ/4인 전송 선로를 입력에서 병렬로 분배하고 고주파 전력이 분배되는 지점 사이에 저항을 연결함으로써 고주파 전력을 분배할 수 있다. 공진기는 플레이트(10) 전체에 걸쳐 복수로 구비될 수 있다. 공진기에 구비되는 매칭부와 접지 비아홀(404)은 방전간극으로부터 사용하는 주파수에 따라 입력 임피던스 50Ω을 만족시키는 곳에 위치될 수 있다. 매칭부에서 방전간극까지는 동작하는 고주파 파장의 1/4에 해당하는 길이를 가질 수 있다. 공진기의 전기적 특성상 높은 전기장이 방전간극의 끝 부분에 집중될 수 있다.
상기한 바와 같이 플레이트(10)를 이용한 플라즈마 발생장치를 구동하여 대면적 플라즈마(P)를 발생시키는 과정을 설명한다. 먼저, 고주파 전력의 플레이트(10) 공급을 위해 고주파 전력 공급부(20)의 전원을 온(ON)시켜 고주파 전력을 플레이트(10)의 고주파 전력 입력단자로 공급한다. 고주파 전력 입력단자로 공급된 고주파 전력은 전력 분배부, 공진기를 통해 해당되는 제1 방전 전극부(100a)로 공급될 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생을 용이하게 하기 위하여 가스 공급경로 또는 챔버(500)의 내부에 점화용 기체인 불활성 기체(아르곤 가스)를 미리 설정된 공급조건으로 공급할 수 있다. 이러한 상태에서 점화 전력 공급부의 전원을 온(ON)시키고 승압된 점화 전력을 제2 라인(110)을 통해 해당되는 제2 방전 전극부(110a)로 공급할 수 있다. 그러면, 점화용 전극인 제2 방전 전극부(110a)와 제1 방전 전극부(100a)의 전압차에 의해서 방전간극에 아크가 발생되고, 발생된 아크는 고주파에 의해 형성된 복수의 전기장 영역에서 플라즈마 방전을 일으킬 수 있다. 따라서, 플레이트(10)를 이용한 대면적 마이크로웨이브 플라즈마 발생장치를 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 동일한 고주파 전력원을 플레이트(10)에 적용하여 좁은 영역에서 플라즈마(P)를 생성하며, 한 개의 플레이트(10)에서 복수의 플라즈마(P)를 생성하여 대면적의 플라즈마 발생장치를 구현할 수 있다. 여기서, 고주파 전력원은 마이크로파 소스를 포함할 수 있다. 그리고 대면적 플라즈마 발생장치를 구현하기 위해 별도로 구비되었던 전력 분배기와 가스 분배기를 별도로 사용할 필요가 없으므로 상대적으로 플라즈마 발생장치의 부피와 무게, 그리고 제조비용을 감소할 수 있다.
가스 공급 안내부는 적어도 플라즈마 방출홀(12)이 내부에 포함되도록 플레이트(10)의 일면을 감싸는 형상으로 형성되어 가스 저장공간을 구비하며 대기압에서 플라즈마(P)를 생성하는 챔버를 포함할 수 있다. 여기서, 챔버는 가스 충진공간을 갖는 육면체 형상으로 형성할 수 있으며, 플레이트(10)의 일면과 대면하는 위치에 해당되는 챔버의 접속 연결면에는 가스 공급 커넥터가 연결될 수 있다. 그리고 챔버의 접속 연결면에는 고주파 전력 공급부(20)와 연결되는 고주파 전력 공급 커넥터, 점화 전력 공급부와 전기적으로 연결되는 점화 전력선을 구비한 점화 전력 공급 커넥터, 가스 공급 호스가 연결되는 가스 공급 커넥터 등이 더 결합될 수 있다. 플레이트(10)를 이용하여 보다 안정된 대면적의 플라즈마(P)를 발생시키기 위해 플레이트(10)가 내장되는 챔버를 형성하여 점화 테스트하였다. 챔버를 이용하여 가스를 점화시키기 위해 챔버 내부로 공급되는 가스는 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다. 챔버를 이용하여 플라즈마(P)를 생성하는 경우, 가스의 공급을 제어할 수 있다. 예를 들어, 챔버 내부로 가스를 충진하는 제1 단계와 플라즈마(P)가 생성되는 제2 단계로 구분하여 챔버 내부로 공급되는 가스의 공급유량을 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 0.1리터 저장공간을 갖는 챔버 내부로 가스가 충진되는 제1 단계에서는 챔버의 내부로 공급되는 가스 유량을 1slm로 주입하여 약 6초간 가스를 충진할 수 있다. 그리고 2단계인 플라즈마 생성단계에서는 챔버 내부의 가스 충진이 끝난 상태이므로 챔버 내부로 공급되는 가스 유량을 0.1slm으로 낮추고 생성된 플라즈마(P)를 계속 점화상태로 유지하여 연속적으로 플라즈마(P)를 생성할 수 있다.
한편, 챔버는 플레이트(10)의 플라즈마 방출홀(12)과 대응하는 위치에 구비되어 챔버의 외부공간과 연통되는 플라즈마 배출홀을 포함할 수 있다. 챔버의 일면이 부분적으로 개구되어 플레이트(10)가 결합되는 플레이트 결합면을 구비하는 경우, 챔버의 일면을 플레이트(10)로 대체할 수도 있다. 예를 들어, 플레이트(10)의 타면은 챔버의 외벽 중 어느 한 면을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 챔버 내부에서 발생된 플라즈마(P)는 플레이트(10)의 플라즈마 방출홀(12)을 통해 챔버의 외부로 방출될 수 있다.
한편, 플레이트(10)는 굴곡이 가능한 박판형상의 플렉시블 형태로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 플레이트(10)의 굴곡 특성을 이용하여 챔버의 형태도 다양하게 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 곡선형 챔버 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 선 B-B에 따른 단면도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 굴곡이 가능한 플레이트(10)를 이용한 곡면형 대면적 플라즈마 발생장치를 구현할 수 있다. 여기서, 챔버(600)는 일면이 개구되어 테두리부를 갖는 상자형상으로 형성될 수 있다. 챔버(600)는 본체(610), 그리고 커버부(620)를 포함할 수 있다. 본체(610)는 내부에 가스 충진 공간을 갖고 일면과 대면되는 타면에 복수의 체결구멍(610a)을 구비할 수 있다. 복수의 체결구멍(610a)에는 고주파 전력 커넥터, 가스 공급 커넥터, 점화 전력 커넥터 등을 체결할 수 있다. 커버부(620)는 본체(610)의 테두리부에 결합되며, 본체(610)와의 사이에 구비되는 플레이트 결합부(600a)에 결합되는 플레이트(10)를 지지할 수 있다. 플레이트(10)는 곡면형 챔버(600)에 적합하도록 얇은 PCB 기판을 이용하여 곡면 결합을 용이하게 구현할 수 있다. 커버부(620)는 본체(610)의 테두리부와 서로 대응하는 접촉부(622, 622a)를 구비하며, 적어도 서로 대면되는 한 쌍의 접촉부(622, 622a)는 미리 설정된 곡률을 갖고 라운드 형상으로 형성될 수 있다. 커버부(620)가 라운드 형상으로 형성되므로 인체의 팔과 다리 부분과 같이 라운드 형상 또는 굴곡된 부분에도 용이하게 접촉이 가능하다. 따라서, 챔버(600)의 외부 형상을 개선함에 따라 원형 부분의 생물학적 처리에 용이하며, 다양한 사용환경을 제공할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 ; 플레이트 12 ; 플라즈마 방출홀
20 ; 고주파 전력 공급부 30 ; 가스 공급부
100 ; 제1 라인 110 ; 제2 라인

Claims (14)

  1. 가스 공급경로에 배치되는 플레이트,
    상기 플레이트의 일면에서 일측이 고주파 전력 공급부에 연결되고 타측이 제1 방전 전극부를 갖는 제1 라인, 그리고
    상기 제1 방전 전극부와 설정된 간격으로 이격되어 방전간극을 형성하는 제2 방전 전극부를 일측에 구비하는 제2 라인
    을 포함하며,
    상기 플레이트는 상기 방전간극에서 상기 플레이트의 일면과 타면을 관통하는 플라즈마 방출홀을 구비하며, 상기 방전간극에서 생성된 플라즈마를 상기 플라즈마 방출홀을 통해 외부로 방출되도록 안내하고,
    상기 플레이트는 곡면 굴곡이 가능한 플렉시블 형태의 인쇄회로기판(PCB)을 포함하는 플라즈마 발생기판.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 라인은 상기 플레이트의 타면에 구비된 접지부와 연결되는 접지 비아홀이 구비되는 매칭부를 포함하며, 상기 접지 비아홀은 상기 방전간극으로부터 고주파 전력 동작 주파수의 λ/4 길이를 갖는 위치에 구비되는 플라즈마 발생기판.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 라인은 타측이 상기 플레이트의 타면에 구비된 접지부에 연결되는 접지라인을 포함하는 플라즈마 발생기판.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 라인은 타측이 점화 전력 공급부에 연결되는 점화 전력 공급라인을 포함하는 플라즈마 발생기판.
  5. 삭제
  6. 제4항에서,
    상기 플라즈마 방출홀은 복수로 구비되며, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인은 각각 복수로 구비되어 해당되는 플라즈마 방출홀에 대응하는 위치에 배치되어 복수의 플라즈마 방출유닛을 형성하는 플라즈마 발생기판.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 라인은 고주파 전력 분배라인을 포함하며,
    상기 고주파 전력 분배라인은
    상기 플레이트의 일면에 구비되어 상기 고주파 전력 공급부에 연결되는 고주파 전력 입력부,
    상기 고주파 전력 입력부에 연결되어 상기 고주파 전력의 동작 주파수에서 λ/4 길이를 갖고 상기 고주파 전력을 병렬로 분배하도록 분배지점이 저항부로 연결되는 전력 분배부, 그리고
    상기 전력 분배부의 분배지점에 각각 공진 결합되어 병렬로 분배된 상기 고주파 전력을 공급하는 한 쌍의 공진기를 포함하며,
    상기 공진기는 상기 플레이트의 타면에 구비된 접지부와 연결되는 접지 비아홀이 구비되는 매칭부를 포함하며, 상기 접지 비아홀은 상기 방전간극으로부터 상기 고주파 전력 동작 주파수의 λ/4 길이를 갖는 위치에 구비되는 플라즈마 발생기판.
  8. 가스 공급경로에 배치되는 플레이트의 일면에서 일측이 고주파 전력 공급부에 연결되고 타측이 제1 방전 전극부를 갖는 제1 라인, 그리고 상기 제1 방전 전극부와 설정된 간격으로 이격되어 방전간극을 형성하는 제2 방전 전극부를 일측에 구비하는 제2 라인을 포함하는 플라즈마 발생기판, 그리고
    상기 가스 공급경로에 구비되어 적어도 상기 방전간극으로 상기 가스의 흐름을 안내하는 가스 공급 안내부
    를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생기판은 상기 방전간극에서 상기 플레이트의 일면과 타면을 관통하는 플라즈마 방출홀을 구비하며, 상기 방전간극에서 생성된 플라즈마를 상기 플라즈마 방출홀을 통해 외부로 방출되도록 안내하고,
    상기 플레이트는 곡면 굴곡이 가능한 플렉시블 형태의 인쇄회로기판(PCB)을 포함하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제8항에서,
    상기 가스 공급 안내부는 적어도 상기 플라즈마 방출홀이 내부에 포함되도록 상기 플레이트의 일면을 감싸는 형상으로 형성되어 가스 저장공간을 구비하며 대기압에서 플라즈마를 생성하는 챔버를 포함하며,
    상기 챔버는 상기 플레이트의 일면과 대면하는 위치에 상기 가스 공급경로가 연결되는 플라즈마 발생장치.
  10. 제9항에서,
    상기 챔버는
    일면이 개구되어 테두리부를 갖는 상자형상으로 형성되며, 내부에 가스 충진 공간을 갖고 상기 일면과 대면되는 타면에 복수의 체결구멍을 구비하는 본체, 그리고
    상기 본체의 테두리부에 결합되며, 상기 본체와의 사이에 결합되는 상기 플레이트를 지지하는 커버부를 포함하며,
    상기 커버부는 상기 본체의 테두리부와 서로 대응하는 접촉부를 구비하며, 적어도 서로 대면되는 한 쌍의 접촉부는 미리 설정된 곡률을 갖고 라운드 형상으로 형성되는 플라즈마 발생장치.
  11. 제8항에서,
    상기 제2 라인은 타측이 점화 전력 공급부에 연결되는 점화 전력 공급라인을 포함하는 플라즈마 발생장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에서,
    상기 플라즈마 방출홀은 복수로 구비되며, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인은 각각 복수로 구비되어 해당되는 플라즈마 방출홀에 대응하는 위치에 배치되어 복수의 플라즈마 방출유닛을 형성하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 라인은 고주파 전력 분배라인을 포함하며,
    상기 고주파 전력 분배라인은
    상기 플레이트의 일면에 구비되어 상기 고주파 전력 공급부에 연결되는 고주파 전력 입력부,
    상기 고주파 전력 입력부에 연결되어 상기 고주파 전력의 동작 주파수에서 λ/4 길이를 갖고 상기 고주파 전력을 병렬로 분배하도록 분배지점이 저항부로 연결되는 전력 분배부, 그리고
    상기 전력 분배부의 분배지점에 각각 공진 결합되어 병렬로 분배된 상기 고주파 전력을 공급하는 한 쌍의 공진기를 포함하며,
    상기 공진기는 상기 플레이트의 타면에 구비된 접지부와 연결되는 접지 비아홀이 구비되는 매칭부를 포함하며, 상기 접지 비아홀은 상기 방전간극으로부터 상기 고주파 전력 동작 주파수의 λ/4 길이를 갖는 위치에 구비되는 플라즈마 발생장치.
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