KR20040023877A - 상압 플라즈마 발생장치 - Google Patents

상압 플라즈마 발생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20040023877A
KR20040023877A KR1020020055316A KR20020055316A KR20040023877A KR 20040023877 A KR20040023877 A KR 20040023877A KR 1020020055316 A KR1020020055316 A KR 1020020055316A KR 20020055316 A KR20020055316 A KR 20020055316A KR 20040023877 A KR20040023877 A KR 20040023877A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
plasma
counter
electrodes
mesh
Prior art date
Application number
KR1020020055316A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100530735B1 (ko
Inventor
송석균
이수재
노주현
Original Assignee
송석균
이수재
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 송석균, 이수재 filed Critical 송석균
Priority to KR10-2002-0055316A priority Critical patent/KR100530735B1/ko
Publication of KR20040023877A publication Critical patent/KR20040023877A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100530735B1 publication Critical patent/KR100530735B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid

Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로서, 선 형태의 전극 구조에 적절한 전류 제한 전원을 가하고 가스의 유량을 조절하여 다양한 플라즈마를 발생시키는 것으로, 구조가 간단하면서, 대면적 플라즈마 발생이 가능하다. 간단히 작업가스 유속량을 조절함으로서 다양한 플라즈마(노말 글로우, 어브노말 글로우, 코로나 플라즈마)를 활용할 수 있어 다양한 기판 처리 조건을 만족시킬 수 있다. 전류 조절에 의해 발생되는 플라즈마의 길이를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 발생되는 플라즈마 길이가 길어 복잡한 3 차원 시편은 물론 시편 종류에 상관없이 금속, 반도체, 플라스틱, 세라믹 등 어떠한 재료도 손쉽게 세정 및 표면개질이 가능하다.

Description

상압 플라즈마 발생장치{HIGH PRESSURE PLASMA SHOWER DISCHARGE DEVICE}
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 특히 선 형태의 전극 구조에 적절한 전류 제한 전원을 연결하고 가스의 유량을 조절하여 다양한 크기 및 종류의 플라즈마를 발생시키도록 구성되는 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마란 제4의 물질상태로 외부에서 가해진 전기장 등에 의해 생성된 이온, 전자, 라디칼 등과 중성입자로 구성되어 거시적으로 전기적 중성을 이루고 있는 물질상태이며, 이러한 플라즈마 내의 이온, 전자, 라디칼 등을 이용하여 재료의 표면 개질, 에칭, 코팅 또는 살균, 소독, 오존 생성, 염색, 폐수 및 수돗물 정화, 공기 정화, 고 휘도 램프 등의 분야에 널리 쓰이고 있다.
이러한 플라즈마는 발생 압력에 따라 저압(수 mmTorr ∼ 수십 Torr) 플라즈마와 상압(수 십 Torr ∼ 760 Torr) 플라즈마로 구분할 수 있다.
이중 저압 플라즈마는 플라즈마의 생성이 용이하나 저압의 상태를 유지하기 위한 진공 챔버, 배기 장치 등의 비용이 고가이며, 배치 타입(batch type)의 제품 투입 방식으로 인해 대량 처리에 한계가 있다. 반면에 대기압 플라즈마는 대기압 (760 Torr) 상태에서 플라즈마를 생성시키므로 고비용의 진공 시스템이 필요하지 않고, 연속 공정이 가능하여 대량 생산에 많은 이점이 있다.
대기압에서 아크 방전을 억제시키면서 플라즈마를 발생시키는 방법으로 유전체 배리어(barrier) 타입 (T, Yokoyama, M. Kogoma, T. Moriwaki, and S. Okazaki, J. Phys. D : Appl. Phys. V23, p1125 (1990)), (John R. Roth, Peter P. Tsai, Chaoyu Lin, Mouuir Laroussi, Paul D. Spence, "Steady-state, Glow discharge plasma", US patent 5,387,842 (Feb. 7, 1995), "One Atmosphere, Uniform Glowdischarge plasma", US patent 5,414,324 (May 9, 1995)),이 가장 일반적으로 사용되고 있다.
평판 유전체를 사용하는 AC 배리어 타입은 적절한 전극 간격을 가지는 상, 하 전극 양면 또는 일면에 아크 방전을 억제하는 알루미나 등의 세라믹 유전체를 삽입하고 고압 AC 또는 DC pulse 전압을 가하여 대기압 플라즈마를 발생시키는 방법이다. 하지만, 유전체로 세라믹 등을 이용하므로 열에 약한 단점을 가진다. 또한 유전체에서 벽전하로 인하여 많은 에너지가 열로 손실되어 에너지 효율이 낮은며, 스트리머 (streamer) 플라즈마가 발생되어 플라즈마의 균일도가 나빠지는 단점을 갖는다.
이와 같은 상, 하 전극의 유전체 배리어 타입은 발생되는 플라즈마의 길이가 전극간 내부로 한정되어 그 길이가 크지 않아 3 차원 구조의 시편 등의 처리에는 적합하지 않다. 플라즈마 토치, 플라즈마 등은 3 차원 구조의 시편 등을 처리하는데 적합하지만 현재까지 개발된 것들이 아크 플라즈마용이 대부분으로 플라즈마 발생 면적이 작으며 열 플라즈마로 인하여 적용되는 분야가 한정적이다. 최근 특허 등록된 유전체 베리어에 의한 플라즈마 타입 (Y. Sawada, K. Nakamura, H. Kitamura, Y. Inoue, "Plasma treatment apparatus and plasma treatment method performed by use of the same apparatus", US patent 6,424,091 (Jul. 23, 2002))은 아크의 고온 플라즈마가 아닌 코로나 또는 글로우 방전으로 대면적이 가능한 저온 플라즈마 타입이다. 그러나 유전체를 사용함으로 앞에서 언급한 단점과, 제작의 어려움과 냉각수를 사용하며, 전극간의 거리가 매우 짧아서 플라즈마의 발생 길이가 작다. 따라서 3 차원 구조의 시편을 처리하기에는 제한적인 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유전체를 사용하지 않으면서 대면적이 가능하고, 3차원 구조의 시편을 처리할 수 있도록 플라즈마의 길이가 길면서, 에너지 효율이 높고, 구조가 간단하며, 저비용의 상용성을 가지는 플라즈마 발생장치를 제공함에 있다. 더욱이 발생되는 플라즈마의 종류[(코로나(corona), 노말 글로우(normal glow), 어브노말 글로우(abnormal glow) 방전)]를 간단히 조절 가능케 함을 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 플라즈마 발생 장치 기본도로써,
도 1a는 플라즈마 발생 장치의 단면도,
도 1b는 플라즈마 발생 장치의 사시도,
도 2는 플라즈마 발생 장치의 전극 및 전원 연결 장치도,
도 3은 전원 공급 장치도,
도 4는 가스 분배기의 측단면도
도 5a 내지 도 5c는 작업 가스의 흐름 유·무에 따른 실제 아크 및 글로우 방전 플라즈마 발생 사진도로써,
도 5a는 작업 가스가 흐르지 않을 때의 아크 발생 사진도,
도 5b는 최적의 작업 가스가 흐를 때의 글로우 방전 플라즈마 발생 측면 사진도,
도 5c는 도 5b의 다른 각도에서의 사진도,
도 6은 DC 방전관에서 일반적인 전압-전류 특성 (J. Reecl Roth, Industrial Plasma Engineering, V1, Institute of Physics Publishing, pp. 353)
도 7a 내지 도 7c는 작업 가스의 흐름량 따른 실제 플라즈마 발생 사진도로써,
도 7a는 작업 가스의 양이 적을 때의 플라즈마 발생 사진도,
도 7b는 작업 가스의 양이 최적일 때의 플라즈마 발생 사진도,
도 7c는 작업 가스의 양이 많을 때의 플라즈마 발생 사진도,
도 8은 바이어스 전원이 가해진 플라즈마 발생 장치의 단면도,
도 9는 바이어스 전원이 가해진 플라즈마 발생 장치의 전극 및 전원 연결 장치도,
도 10a 내지 도 10i는 다양한 전극 구조를 나타낸 도면,
도 11a에서 도 11g는 도 10a 내지 도 10i의 다양한 전극 구조에서 발생되는 실제 플라즈마의 사진도,
도 12는 기판과 평행한 방향으로 배치된 플라즈마 발생 장치 기본도,
도 13은 도 12의 또 다른 응용도,
도 14는 도 12의 구조에서 발생된 실제 플라즈마의 사진도.
[도면의 주요 부호에 대한 설명]
1: 각 셀로 구성된 선 전극2: 공통 상대 선 전극
3: 가스 가이드4: 송풍기
5: 가스 필터6a: 가스 챔버
6b: 가스분배기7: 플라즈마
8: 송풍기 조절기
9: 전류 제어형 전원 공급기 a, b, c, d, ......
21: 각 셀로 구성된 선 전극22: 공통 상대 선 전극
23: 각 셀의 전극판 a, b, c, d, .....
24: 각 셀 전극판 23 고정을 위한 절연체
25: 전도체 판
31: 각 셀 전극에 전원 공급시 전류 제어를 위한 초크 코일 또는 콘덴서, 또는 저항, 또는 누설 자로 트랜스 a, b, c, d, .....
32: 전원 공급 장치41: 가스 분배판
42: 고정나사43: 간격자
81: 바이어스 전극
82: 각 셀로 구성된 상대 선 전극 83: 바이어스 전원 공급기
91, 92: 각 셀의 전극판 a, b, c, d, .....
93: 중간 탭이 있는 코일 a, b, c, d, .....
121: 선 전극122: 상대 전극
123: 가스공급관
124: 전류 제한 전원 공급 장치127: 플라즈마
132: 상대 선 전극135: 시편
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 발생장치는, 하나 이상의 선(wire) 전극 또는 망사 전극과, 상기 각 선 전극 또는 망사 전극과 대향되는 부분상에 하나 이상의 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극을 각각 위치시켜 소정의 전원 공급 장치에 의해 전원을 인가하고, 상기 각 전극 사이에 작업 가스를 공급하여 시편상에 플라즈마를 발생시킴을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1a는 실시예로 본 발명의 전극 구조를 사용한 플라즈마 발생장치의 단면을 나타낸 도면이며 도 1b는 도 1a의 사시도이다. 도 1a를 참조하여 설명하면 전류 제한 AC 또는 DC 전압이 가해지는 서너 개의 선 전극(1)으로 구성된 셀 전극(23)과, 맞은 편에 공통 상대 선 전극(2)를 위치하며, 선 전극(1)과 상대 선 전극(2) 사이에 균일한 작업 가스를 제공하기 위한 가스 가이드(3) 및 가스 분배기(6b)을 위치시키며 그 위에 가스 쳄버(6a)을 구성하며 여기에 작업 가스 공급을 위한 가스 송풍기(4)를 위치하며 여기에 가스 먼지 필터(5)를 부착한다. 송풍기(4)는 가스 유량을 조절하기 위하여 송풍 조절기(8)을 연결한다. 각각의 전류 제한 전원 장치(9a, 9b, 9c, ···)를 도 2에 나타낸 바와 같이 절연체(24) 위에 있는 각각의 선 전극 셀(cell)(23a, 23b, 23c, ···)에 연결하고 전류 제한 전원 장치의 다른 공통 선은 공통 전극(25)에 연결하여 선 전극(21)과 상대 선 전극(22) 사이에 방전이 일어나게 한다. 도 5b와 도 5c는 4쌍의 선 전극을 갖는 한 셀에서의 플라즈마 발생 사진이다. 폭 약 18 mm에, 두께 12 mm, 길이 20 mm의 글로우 플라즈마가 발생되었으며, 100 W의 소비 전력으로 약 4.32 cm3부피의 플라즈마를 얻었다. 전류 제한 전원 장치의 에너지 효율은 95%의 고역률이고, 유전체를 사용하지 않으므로 유전체에 의한 에너지 손실 없이, 금속 전극간의 방전이므로 95 %의 모든 전기 에너지가 플라즈마 발생에 직접 기여함을 나타내는 고에너지 효율을 의미한다.
보통 한쌍의 전극간에 전압을 가하면 아크 플라즈마가 발생하며 여기에 가스를 불어 아크 플라즈마 토치로 사용되고 있는 것이 일반적이다. 기존의 아크 플라즈마 토치는 열 플라즈마로 인하여 전극 내부에 냉각수로 냉각이 필요하며 전극은 열 플라즈마로 인하여 부식(corrosion)됨으로서 자주 교체하여야 한다. 아크 플라즈마 토치의 경우 많은 전류가 흐르며 플라즈마 발생 면적이 한정적으로 제한된다.보통 플라즈마의 전압-전류 특성은 도 6에서 처럼 아크 플라즈마의 경우 처음에 수∼수십 kV의 고 전압으로 ignition 시키고 아크로 전이되면 구동 전압이 수 백 Volt로 떨어진다. 따라서 아크에서 역으로 글로우 방전으로 전이가 불가능한 비가역 특성을 갖는다.
본 발명으로 다중 금속 전극간임에도 불구하고 대면적 글로우 플라즈마가 발생 가능한 원리를 설명하면 다음과 같다. 도 2에서와 같은 Multi-Wire 전극에 전원을 가하면 보통 한쌍의 전극에서만 하나의 아크 전류 경로가 형성되어 적합하지 않다. 그 실제 사진이 도 5a에 나타나고 있다. 그러면 여기에 가스를 흐르게 하면 역시 기존의 아크 플라즈마 토치와 같이 작은 면적의 아크 플라즈마 토치와 같은 불꽃 형상의 플라즈마가 됨으로 대면적 플라즈마와 저온 플라즈마의 목적을 이룰 수 없게 된다. 그러나 도 2 또는 도 5b, 5c에서와 같이 만일 제한된 4∼6 쌍의 선으로 구성된 전극에 제한된 전류를 공급하고 가스를 흐르게 하면 발생되는 플라즈마의 형상이 매우 달라진다. 도 5c에서 처럼 전류를 10 mA로 제한하면서 가스를 흐르게 하면 4 쌍의 선 전극에서 모두 글로우 방전이 일어나고 있음을 관찰할 수 있다. 처음에 전극간에 한 경로에서 우선 플라즈마가 형성되지만 제한된 전류와 가스의 흐름으로 인하여 도 5c 사진에 나타난 것처럼 플라즈마는 열 아크로 전이되지 못하고 글로우 영역의 플라즈마가 형성되어 전압 강하가 크게 일어나지 않는다(도 6 참조). 즉 글로우 방전이 일어날 만큼 높은 전압이 유지됨으로서 도 5c에서 처럼 나머지 전극간에도 글로우 플라즈마가 발생될 수 있는 것이다. 또한 높은 전압이 유지됨과 동시에 가스 흐름에 의해 가장 짧은 경로에서 발생된 플라즈마로부터 공급되는 전자, 이온, 활성종 등의 가스가 도 5c, 도 7에서처럼 각 선 전극간의 먼 거리에서도 플라즈마가 발생될 수 있도록 한다. 가스 흐름과 가장 짧은 경로에서 발생된 플라즈마에서 공급되는 전자, 이온, 활성종의 가스 등이 전극간 중간 위치에서도 균일한 플라즈마가 형성되도록 제공하며, 이웃 전극의 방전에도 영향을 준다. 허용된 전류량를 증가하면 발생되는 플라즈마의 길이가 길어지며, 만일 전류 허용이 어느 임계값 이상이 되면 플라즈마는 순식간에 아크로 전이되어 글로우 방전을 얻을수 없게 된다. 즉 적절한 전류 제한 전원 장치의 역할이 중요하다.
보통 전기는 가장 짧은 경로로만 통전되는 것으로 알려져 있지만 이와같이 특수한 조건을 만들면 높은 전압을 유지하여 먼 경로로도 플라즈마를 만들 수 있다. 즉 제한된 전류와 가스의 흐름이 동시에 아크 플라즈마로의 전이를 억제하여 일정 공간에 글로우 플라즈마를 유지케 한다.
도 1에서 송풍기 조절기(8)로 송풍기(4)의 회전속도를 조절하여 가스의 흐름량을 변화시킨 상태에서 발생된 플라즈마의 상태의 사진을 도 7에 나타내었다. 도 7a는 가스의 흐름량이 적은 경우로 플라즈마 부피는 작으나 플라즈마 밀도가 높은 어브노말 글로우 플라즈마로 보이며, 양 전극 끝단에서 필라멘트리(filamentary) 플라즈마가 관찰되지 않는다. 도 7b는 가장 플라즈마 부피가 큰 상태의 가스 흐름의 경우로서 노말 플라즈마로 보이며 양 전극 끝단에서 필라멘트리 플라즈마가 관찰된다. 도 7c는 가스 흐름량이 많은 상태로 오히려 플라즈마의 부피가 줄어들고, 양 전극 끝단에서 강한 필라멘트리 플라즈마가 형성됨을 알 수 있다. 너무 빠른 가스의 흐름은 유효 범위 내에 있는 전자, 이온, 활성종 등의 가스를 빠르게 밀어내어 유효 범위 축소를 가져와 도 7c에서 처럼 플라즈마 발생 부피를 축소하고 그 여분의 전류는 양 전극 끝단에서 보다 증가된 필라멘트리 플라즈마로 나타난다. 즉, 적절한 가스의 유속량이 양 전극 사이에서 전자, 이온, 활성종 등의 최대 농도를 만들어 최대한 균일하고 최대 부피의 플라즈마를 형성한다. 고 밀도 플라즈마가 필요할 경우는 도 7a에서와 같은 플라즈마를 이용하며, 저밀도의 경우는 도 7b와 같은 플라즈마를 이용하면 좋다.
본 발명의 장점은 다음과 같다. 상술한 바와 같이 단순히 선 전극을 사용함으로서 구조가 간단하여 유지 관리에 소요되는 시간과 노동력을 저감시킬 수 있으며, 내구성 또한 높다. 대면적 플라즈마가 가능하며, 플라즈마 발생 길이가 길어 복잡한 3 차원 시편은 물론 시편 종류에 상관없이 금속, 반도체, 플라스틱, 세라믹 등 어떠한 재료도 손쉽게 세정 및 표면개질이 가능하다. 간단히 작업가스 유속량을 바꿈으로서 다양한 플라즈마 타입 노말 글로우, 어브노말 글로우 플라즈마를 얻을 수 있으며 시편 위치에 따라 코로나 플라즈마를 활용할 수도 있다.
도 3은 전원 공급 장치의 다른 실시예를 보여 준다. 하나의 전원 공급 장치(32)로부터 각각의 셀 전극에 공급되는 전류를 제한하기 위하여 초크코일 또는 콘덴서 또는 저항 또는 누설 자로 트랜스 또는 반도체 소자(31a, 31b, 31c, ····) 중 하나 이상을 장치한다. 도 4는 가스 분배기로서 균일한 작업 가스를 공급하기 위한 것으로 여러 장의 가스 분배판(41)을 적층하여 구성한다.
도 5는 상술한 바와 같이 작업 가스의 흐름 유·무에 따라 발생된 플라즈마 사진이다. 도 5a는 가스 흐름이 없을 때의 아크 발생 사진이고, 도 5b는 적절한 가스 흐름이 있을 때 발생된 플라즈마의 측면 사진으로 하나의 전원공급으로 4 쌍의 모든 선 전극에서 글로우 방전이 일어남을 보여준다. 도 5c는 도 5b를 45도 각도에서 찍은 사진으로 균일한 플라즈마를 관찰할 수 있다.
도 6은 상술한 바와 같이 DC 방전관에서 잘 알려진 전압-전류 특성을 나타낸 것으로 전류에 따라 크게 코로나 방전, 글로우 방전, 아크 방전의 3 영역으로 분류되고 세부적으로 글로우 방전 영역에 노말과 어브노말 글로우 방전으로 분류되며, 아크 영역에서는 저온 아크와 고온 아크로 분류된다.
도 7은 상술한 바와 같이 작업 가스 흐름의 양에 따라 발생되는 플라즈마 상태를 나타내고 있다. 도 7a는 적은 양의 가스 흐름이고, 도 7b는 최대 부피의 플라즈마 상태일 때의 가스 흐름이며, 도 7c는 많은 양의 가스 흐름이다. 자세한 설명은 앞에 상술되어 있다.
도 8은 바이어스 전원이 가해지는 구조로 플라즈마 발생 장치에서 바이어스 전극(81)에 바이어스 전원(83)이 공급되어 발생되는 플라즈마(7)을 길게 뽑아 낼 수 있다. 이 경우 전극 및 전원 연결 장치도를 도 9에 나타내었다. 선 전극 및 상대 선 전극 모두 서너 개의 선 전극을 갖는 셀(91a, 91b, 91c, ···, 92a, 92b, 92c, ···) 구조로 만들며, 전원 공급 장치(93a, 93b, 93c, ···)의 중심 탭에 바이어스 전원 장치(83)의 한 전원 단자를 연결하고 다른 전원 단자는 바이어스 전극(81)에 연결한다.
도 10은 다양한 선 전극 형태를 나타낸 도면이다. 선 전극 구조에 따라 발생되는 플라즈마의 형태도 다양해진다. 선 전극 구조에 따른 플라즈마 발생 사진을도 11에 나타내었다. 도 10a 구조에서 발생된 플라즈마 사진이 도 11a에 나타내었다. 균일하고 넓은 플라즈마를 얻었음을 알 수 있다. 도 10b와 유사한 구조에서 발생되는 플라즈마 사진은 도 11b에 나타냈다. 플라즈마 부피가 축소되고 양 전극 끝에서 강한 플라즈마가 발생됨을 알 수 있다. 도 10c와 도 10d 구조에서 발생된 플라즈마 사진이 도 11c와 도11d에 나타내었다. 양 끝에서 매우 강한 플라즈마가 형성되고 플라즈마 부피 또한 더욱 작아짐을 알 수 있다. 도 10e 구조에서 발생된 플라즈마 사진이 도 11e에 나타내었다. 다소 플라즈마 부피가 증가되었음을 알 수 있다. 도 10f 구조에서 발생된 플라즈마 사진이 도 11f에 나타내었다. 가장 큰 부피의 플라즈마를 얻을 수 있다. 도 10h 구조는 쌍 선 구조로 총 11 쌍의 선 전극에 의해 발생된 플라즈마를 45도 각도에서 사진 찍은 것을 도 11g에 나타내었다. 안쪽에서 발생된 플라즈마에 바깥쪽 선에서 플라즈마가 유도되어 가장 큰 부피의 플라즈마와 균일한 플라즈마를 얻을 수 있음을 나타내고 있다. 사용 용도에 맞게 선 전극 구조를 선택해서 사용할 수 있음을 나타낸다.
도 12는 기판과 평행한 방향으로 가스를 흘렸을 때의 플라즈마 발생 장치 기본도로서, 상대 전극(122) 판에 일정 각도를 갖는 선 전극(121)을 위치하며, 작업 가스 공급관(123)으로부터 작업 가스를 상대 전극(122)과 수평 방향으로 흐르게 하며, 작업 가스 유입 방향쪽에서 선 전극(121)과 상대 전극(122) 사이의 간격을 다른 부분보다 적게 만든다. 선 전극(121)과 상대 전극(122)에 전류 제한 전원 공급 장치를 연결하면, 플라즈마(127)가 선 전극(121)을 따라 발생한다. 플라즈마 발생 원리는 앞에서 설명한 바와 같다. 실제 플라즈마 발생 사진이 도 14에 도시되었다.선 전극의 길이는 150mm이고, 선 전극과 상대 전극의 짧은 간격은 2mm, 긴 간격은 6.6mm이다. 전력은 약 100W이다. 도 14의 사진에서 보듯이 균일한 글로우 방전이 나타나고 있다.
도 13은 도 12의 또 다른 실시예로써, 선 전극(121)과 상대 선 전극(132)로 구성되어 있으며, 그 사이에 시편(135)를 위치시키고, 전류 제한 전원 공급 장치를 선 전극(121)과 상대 선 전극(132)에 각각 연결한다.
상기 설명된 플라즈마는 시편을 연속적으로 처리하는 대기압 플라즈마 처리 시스템으로 시편의 종류에 상관없이 전도성 비전도성 등의 모든 물질을 처리할 수 있다.
본 발명에서 플라즈마 발생 및 바이어스 전원장치의 주파수는 0 Hz ∼ 900 MHz의 정현파, 구형파, 톱니파 등의 AC 또는 DC 전압을 사용하며, 가능한 모든 가스를 사용할 수 있다.
본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 특허 청구 범위와 같은 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 플라즈마 처리장치는, 단순히 선 전극과 전류제한 전원 공급 장치 및 작업 가스 흐름 조절 시스템을 사용하여 구조가 간단하고, 저비용으로 상용성을 가지는 대면적의 플라즈마 발생장치를 제작할 수 있으며, 유지 관리에 소요되는 시간과 노동력을 저감시킬 수 있고, 내구성 또한 높다.전류 조절에 의해 발생되는 플라즈마의 길이를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 발생되는 플라즈마 길이가 길어 복잡한 3 차원 시편은 물론 시편 종류에 상관없이 금속, 반도체, 플라스틱, 세라믹 등 어떠한 재료도 손쉽게 세정 및 표면개질이 가능하다. 간단히 작업가스 유속량을 바꿈으로서 다양한 플라즈마 타입 노말 글로우, 어브노말 글로우 플라즈마를 얻을 수 있으며, 시편 위치에 따라 코로나 플라즈마도 활용할 수 있어 다양한 기판 처리 조건을 만족시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 하나 이상의 선 전극 또는 망사 전극과, 상기 각 선 전극 또는 망사 전극과 대향되는 부분상에 하나 이상의 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극을 각각 위치시켜 상기 선 전극 또는 망사 전극과 상기 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극에 소정의 전원 공급 장치에 의해 전원을 인가하고, 상기 각 전극 사이에 작업 가스를 공급하여 시편상에 플라즈마를 발생시킴을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 하나 이상의 선 전극 또는 망사 전극과, 상기 각 선 전극 또는 망사 전극과 대향되는 부분상에 상대 전극을 위치시켜 소정의 전원 공급 장치에 의해 전원을 인가하고, 상기 각 전극 사이에 작업 가스를 공급하여 시편상에 플라즈마를 발생시킴을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상대전극은 상대 판 전극 또는 적어도 하나 이상의 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극임을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 전류 제한 전원 장치를 사용함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 AC 또는 DC 전원을 사용함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 전류 제한 전원 장치를 위하여 쵸크 코일, 누설 자로 트랜스, 축전기, 저항, 반도체 소자 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 작업 가스는 소정의 조절기에 의해서 유량이 조절되도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 조절기로는 회전속도를 조절하여 작업 가스의 흐름량을 조절할 수 있는 송풍기를 사용함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 작업 가스의 균일한 공급을 위하여, 상기 작업 가스가 유입되는 부분과 전극 사이에는 일정 간격을 갖는 다수의 격판으로 구성된 가스 분배기를 추가로 설치함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 작업 가스로는 공기, 수증기(H2O), 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크세논(Xe), 메탄(CH4), 암모니아(NH3). CF4, 아세틸렌(C2H2), 프로판(C3H8), 금속 유기체, 불소 계열의 가스 중 하나 또는 그 이상의 혼합 가스를 사용함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    작업 압력은 1 ~ 1520 Torr의 범위에 있도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 시편은 선 전극 또는 망사 전극과 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극 앞에 위치시킴을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 제 1항 내지 제 3항에 있어서,
    상기 시편은 선 전극 또는 망사 전극과 상대 전극 또는 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극 사이에 위치시킴을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제 2항에 있어서,
    유전체를 선 전극 또는 망사 전극과 상대 전극 또는 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극 사이에 위치시킴을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 시편의 후측에는 바이어스 전극을 위치시킴을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 바이어스 전극에 전원을 공급하기 위한 장치는 모든 AC 또는 DC 전원을 사용함을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    다양한 형태의 플라즈마를 얻기 위하여, 상기 선 전극 또는 망사 전극과 상기 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극의 각 단부는 일정각을 갖거나 일정 곡률을 갖도록 상향 또는 하향으로 적어도 한번 이상 절곡됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  18. 제 3 항에 있어서,
    상기 선 전극 또는 망사 전극과 상기 상대 선 전극 또는 상대 망사 전극의 각 단부는 일정각을 갖거나 일정 곡률을 갖도록 상향 또는 하향으로 적어도 한번 이상 절곡됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
KR10-2002-0055316A 2002-09-12 2002-09-12 상압 플라즈마 발생장치 KR100530735B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0055316A KR100530735B1 (ko) 2002-09-12 2002-09-12 상압 플라즈마 발생장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0055316A KR100530735B1 (ko) 2002-09-12 2002-09-12 상압 플라즈마 발생장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040023877A true KR20040023877A (ko) 2004-03-20
KR100530735B1 KR100530735B1 (ko) 2005-11-28

Family

ID=37327177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0055316A KR100530735B1 (ko) 2002-09-12 2002-09-12 상압 플라즈마 발생장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100530735B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100606451B1 (ko) * 2004-06-16 2006-08-01 송석균 상압 플라즈마 발생장치
KR100721790B1 (ko) * 2005-02-01 2007-05-28 제주대학교 산학협력단 직류 아크 프라즈마트론 장치
KR100761962B1 (ko) * 2006-06-20 2007-10-02 송석균 상압 플라즈마 발생장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100965491B1 (ko) 2009-11-02 2010-06-24 박영배 복합 플라스마 발생장치
KR102283278B1 (ko) * 2020-06-16 2021-07-29 특허법인(유한)해담 검체 채취 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3260905B2 (ja) * 1993-04-20 2002-02-25 新日本製鐵株式会社 皮膜形成装置
JPH07288260A (ja) * 1994-04-15 1995-10-31 Nippon Steel Corp 分子線エピタキシー装置
JP3317209B2 (ja) * 1997-08-12 2002-08-26 東京エレクトロンエイ・ティー株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2001028120A (ja) * 1999-05-10 2001-01-30 Fuji Electric Co Ltd 磁気記録媒体の製造装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100606451B1 (ko) * 2004-06-16 2006-08-01 송석균 상압 플라즈마 발생장치
KR100721790B1 (ko) * 2005-02-01 2007-05-28 제주대학교 산학협력단 직류 아크 프라즈마트론 장치
KR100761962B1 (ko) * 2006-06-20 2007-10-02 송석균 상압 플라즈마 발생장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR100530735B1 (ko) 2005-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2284242C (en) Glow plasma discharge device
US6147452A (en) AC glow plasma discharge device having an electrode covered with apertured dielectric
WO1998042002A9 (en) Glow plasma discharge device
US7453191B1 (en) Induction concentration remote atmospheric pressure plasma generating apparatus
KR20050054984A (ko) 플라즈마 처리 장치, 플라즈마를 발생하는 반응 용기의제조 방법 및 플라즈마 처리 방법
KR20040048272A (ko) 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리장치
CN207638962U (zh) 大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列
CA2505267A1 (en) Method and apparatus for stabilizing of the glow plasma discharges
KR100530735B1 (ko) 상압 플라즈마 발생장치
KR100606451B1 (ko) 상압 플라즈마 발생장치
CN107979907A (zh) 大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列
KR100485816B1 (ko) 상압 플라즈마 발생장치
KR100761962B1 (ko) 상압 플라즈마 발생장치
JP2011108615A (ja) プラズマ処理装置
KR20050006095A (ko) 상압 플라즈마 발생장치
WO2012036491A2 (ko) 누설 전류형 변압기를 이용한 플라즈마 처리장치
KR200427719Y1 (ko) 상압 플라즈마 발생장치
US6879103B1 (en) Glow plasma discharge device
KR100578948B1 (ko) 플라즈마 세정장치
KR20050024172A (ko) 대기압 플라즈마 표면처리장치 및 표면처리방법
TWI236865B (en) Magnetic neutral line discharge plasma processing system
JP2010177137A (ja) 高密度プラズマ源及び高密度プラズマ生成方法
KR100855705B1 (ko) 상압 플라즈마 발생장치
JP6801483B2 (ja) プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法
KR20040001189A (ko) 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee