KR20050103201A - 플라즈마 발생 전극 조립체 - Google Patents

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KR20050103201A
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Abstract

실질적으로 동등거리로 이격 배치된 적어도 한 쌍의 전극들(2)과, 공정 가스(process gas)의 도입에 따라 플라즈마 존(8)을 형성하도록 채택되고, 필요시에 기체, 액체 및/또는 고체 전구체(precursor)(들)을 통과하게 하는 상기 전극들 사이의 이격 배치를 포함하는 플라즈마 글로우 방전(plasma glow discharge) 및/또는 유전체 배리어(dielectric barrier) 방전 발생 조립체(1)는 상기 적어도 하나의 전극(2)은 내부(5) 및 외부(6) 벽을 구비하는 하우징(20)을 포함하며, 상기 내부 벽(5, 6)은 비-다공성 유전체 재료로 형성되고, 상기 하우징(20)은 적어도 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료로 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 발생 전극 조립체{PLASMA GENERATING ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 적어도 하나가 실질적으로 비-금속인(non-metallic) 적어도 한 쌍의 이격 배치된 전극들을 포함하는 플라즈마 발생 조립체에 관한 것이다.
물체가 지속적으로 에너지를 공급받게 될때에, 그 온도는 상승하고, 통상적으로 고체에서 액체, 그리고 이어서 기체 상태로 변형된다. 에너지 공급을 지속하면 가스의 중성 원자나 분자가 음으로 대전된 전자와, 양이나 음으로 대전된 이온 및 다른 종(species)을 생성하기 위한 활발한 충돌(energetic collisions)에 의해서 분해되는 상태에서 상기 시스템이 추가의 변화를 받게한다. 집합 작용(collective behaviour)을 나타내는 대전된 입자의 이러한 혼합은 "플라즈마(plasma)"로 지칭된다. 그것의 전하 때문에, 플라즈마는 그것들을 쉽게 제어가능하게 만드는 외부의 전자기장에 의해서 많은 영향을 받는다. 또한, 그것의 높은 에너지 함량은 액체나 가스 상태(processing)와 같은 물체의 다른 상태를 통해서 불가능하거나 어려운 처리를 달성하게 한다.
용어 "플라즈마"는 밀도나 온도가 많은 오더(order)의 크기에 의해서 변화하는 시스템의 거대한 범위를 커버한다. 몇몇 플라즈마는 매우 고온이고, 그것의 모든 미세한 종(이온, 전자 등)은 대략 열 평형(equilibrium)에서 존재하고, 상기 시스템내로의 에너지 입력은 원자/분자 레벨 충돌을 통해서 넓게 분포된다. 그러나, 다른 플라즈마, 특히 충돌이 상대적으로 적게 나타나는 낮은 압력(예를 들면, 100Pa)에서의 플라즈마는, 넓게 서로 다른 온도에서 그것의 일정한 종을 가지며, "비-열 평형" 플라즈마로 지칭된다. 이러한 비-열 플라즈마에서, 자유 전자들은 수천도(켈빈(Kelvin))의 온도로 매우 고온이지만, 중성 및 이온 종은 차갑게 남아있다. 상기 자유 전자들이 거의 무시할만한 질량을 갖기 때문에, 전체 시스템의 열 함량은 낮으며, 상기 플라즈마는 실온에 가깝게 작동하며, 그래서 샘플상으로 손상 열 부담(burden)을 부과하지 않고 플라스틱이나 폴리머(polymer)와 같은 온도에 민감한 재료의 처리를 허용한다. 그러나, 높은 에너지 충돌을 통해서 고온의 전자들은 래디컬(radicals)의 리치 소스(rich source)와 깊은 화학적 및 물리적 반응성일 수 있는 높은 화학적 잠재 에너지(potential energy)를 갖는 여기된 종을 생성한다. 비-열 플라즈마를 기술적으로 중요하고 제조와 재료 처리를 위한 매우 강한 공구로 만드는 낮은 온도에 높은 반응성을 더한 이러한 조합은 적어도 플라즈마없이 달성할 수 있다면, 매우 높은 온도나 유해하고(noxious) 공격적인(aggressive) 화학 물질을 요구할 수 있는 처리를 달성할 수 있다.
플라즈마 기술의 산업상의 적용을 위해서, 종래의 방법은 처리될 작업 피스( work pieces)/샘플들이 그곳을 통해서 잠기게 되거나 통과하게 되는 가스 및 증기의 혼합물일 수 있는 공정 가스의 체적내로 전자기 동력을 연결하는 것이다. 이것은 그곳을 지나는 큰 전위차가 적용되는 인접한 전극들 사이의 갭(gap)을 통해서 공정 가스(예를 들면, 헬륨)을 통과시킴으로써 달성된다. 플라즈마는 상기 전극들 사이의 전위차 효과에 의해서 발생되는 가스 원자 및 분자의 여기(excitement)에 의해서 상기 갭(본원에서 플라즈마 존(zone)으로 참조됨)내에서 형성된다. 상기 가스는 상기 샘플의 표면과 반응하는 화학적 래디컬, UV-방사(radiation), 여기된 중성자 및 이온을 발생시키는 상기 플라즈마에서 이온화된다. 일반적으로 플라즈마 발생과 연관된 글로우(glow)는 보다 낮은 여기된 상태로 복귀할때에, 빛을 방출하는 여기된 종에 의해서 발생된다. 공정 가스의 조성, 구동 동력 주파수, 동력 연결 모드, 압력 및 다른 제어 파라미터들을 바르게 선택함으로써, 상기 플라즈마 공정은 제조업자에 의해서 요구되는 특정 적용에 맞추어 질 수 있다.
플라즈마의 거대한 화학적 및 열적 범위 때문에, 그것들은 지속적으로 확장되는 많은 기술 적용에 적합하다. 특히, 비-열 평형 플라즈마는 표면 활성화, 표면 세척, 재료 에칭(etching) 및 표면 코팅에 효과적이다.
폴리머 재료의 표면 활성화는 자동화 산업에 의해서 개척되어 널리 사용되는 산업 플라즈마 기술이다. 따라서, 예를 들면, 그것의 재활용 목적에 유리한 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀(polyolefins)은 비-극성 표면과 코팅부나 접착부에 대한 결과적인 낮은 증착(deposition)을 갖는다. 그러나, 산소 플라즈마에 의한 처리는 높은 습윤성(wettability)을 제공하는 표면 극성 그룹들의 형성을 발생시키며, 결과적으로 금속, 페인트, 접착제 및 다른 코팅부에 우수한 적용 범위(coverage)와 접착을 발생시킨다. 따라서, 예를 들면, 플라즈마 표면 설계(engineering)는 차량의 계기판(fascias), 대시보드(dashboards), 범퍼 등의 제조와 장난감 등의 산업에서 부품 조립체에 대해서 가장 중요하다. 많은 다른 적용들은 인쇄, 페인팅, 접착, 적층(laminating) 및 폴리머, 플라스틱, 세라믹/무기 화학 제품(inorganic), 금속 및 다른 재료에서 모든 구조의 부품의 일반적인 코팅부에서 이용 가능하다.
전세계적인 환경 법률의 증가하는 보급(pervasiveness)과 강화가 제조에서, 특히 부품/표면 세척에 대해서 솔벤트와 다른 습식 화학 물질(wet chemicals)의 사용을 감소시키거나 제거하도록 산업에 대해서 실질적으로 강요하고 있다. 특히, CFC-기초 그리스 제거 작업(degreasing operations)은 산소, 공기 및 다른 유해하지 않은 가스를 사용하는 플라즈마 세척 기술 작업에 의해서 널리 대체되고 있다. 플라즈마를 이용한 사전-세척(pre-cleaning)에 기초하여 워터를 결합시키는 것은 몹시 오염된 부품을 세척시키는 것을 허용하고, 얻어진 표면 질은 통상적으로 종래의 방법으로부터 발생한 표면보다 통상적으로 우수하다. 임의의 유기 표면 오염은 실온의 플라즈마에 의해서 빠르게 세척되고 안전하게 배출될 수 있는 가스(CO2) 및 워터로 변환된다.
또한, 플라즈마는 다량의 재료(bulk material)를 에칭하는데, 즉 그로부터 원하지 않는 재료의 제거에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 산소 기초 플라즈마는 폴리머, 회로 기판의 생산에 사용되는 공정 등을 에칭할 것이다. 금속, 세라믹 및 무기 화학 제품과 같은 다른 재료들은 전구체 가스(precursor gas)의 주의깊은 선택과, 플라즈마 화학에 대한 처리(attention)에 의해서 에칭된다. 나노미터의 임계 크기 이하의 구조체는 현재 플라즈마 에칭 기술에 의해서 생산되고 있다.
주 산업에서 빠르게 나타나고 있는 플라즈마 기술은 플라즈마 코팅/박막 증착(thin film deposition)이다. 통상적으로, 높은 레벨의 중합(polymerisation)은 모노머(monomeric) 가스 및 증기에 대한 플라즈마의 적용에 의해서 달성된다. 따라서, 고밀도(dense)이고, 조밀하게 결합하며 3차원으로 연결된 막은 열적으로 안정하고, 화학적으로 매우 저항력이 있으며 기계적으로 튼튼하게 형성될 수 있다. 이러한 막은 심지어 가장 복잡한 표면상에서 상기 기판에 대한 낮은 열 부담을 보증하는 온도로 등각으로 증착된다. 그러므로, 플라즈마는 정밀하고 열에 민감하며, 뿐만 아니라 튼튼한 재료의 코팅부에 대해서 이상적이다. 플라즈마 코팅은 박막에서 조차 미세공(micropore)가 없다. 광학 특성, 예를 들면 코팅부의 색상은 종종 주문 제작되며, 플라즈마 코팅부는 비-극성 재료, 예를 들면 폴리에틸렌, 뿐만 아니라 스틸(예를 들면, 금속 반사경(reflector)상의 부식 방지막), 세라믹, 반도체, 직물(textiles)에 잘 접착한다.
이러한 모든 공정에서, 플라즈마 설계는 원하는 적용에 대하여 주문 제작된 표면 효과나 어떠한 방법으로도 재료 크기(bulk)에 영향을 주지 않는 생산품을 생산한다. 따라서, 플라즈마 공정은 매우 다른 설정의 요구를 충족시키기 위해서 독립적으로 설계하기 위한 자유를 제공하면서, 그 크기 기술 및 상업 특성에 대한 재료의 선택을 허용하는 다목적이며 강한 공구를 제조자에게 제공한다. 따라서, 플라즈마 기술은 상당히 향상된 생산 기능성, 성능, 수명 및 질을 제공하고, 그 생산 능력에 대한 상당히 추가된 잇점을 제조사에 제공한다.
이러한 특성은 플라즈마 기초 처리를 채택하는 산업에 강한 원동력(motivation)을 제공하며, 이러한 이동은 1960년대부터 최고 기술과 반도체, 금속 및 유전체(dielectric) 공정을 위한 높은 자본 비용의 설계 공구로 저압 글로우 방전 플라즈마를 발전시켜온 마이크로전자공학(microelectronics) 사회에 의해서 이끌어져 왔다. 동일한 저압 글로우 방전 타입의 플라즈마는 보다 저렴한 비용으로 증가된 접착/접합 강도, 높은 질의 그리스 제거(degreasing)/세척 및 고성능 코팅부의 증착을 위한 폴리머 표면 활성화와 같은 공정을 제공하여, 1980년대부터 다른 산업 분야로 점차적으로 침투하여 왔다. 따라서, 플라즈마 기술의 실질적인 채택(take-up)이 존재하여 왔다. 글로우 방전은 진공 및 대기압 모두에서 달성될 수 있다. 대기압 글로우 방전의 경우에, 헬륨이나 아르곤과 같은 가스들은 희석제(diluent)(공정 가스)로서 이용되며, 고 주파수(예를 들면, >1kHz) 동력 공급은 페닝 이온화 메카니즘(Penning Ionisation mechanism)을 통해서 대기압에서 균일한 글로우 방전을 발생시키는데 사용된다(예를 들면, 카나카와(Kanazawa) 등, J.Phys. D:Appl. Phys. 1988, 21, 838, 오카자키(okazaki) 등, Proc. Jpn. Symp. Plasma Chem. 1989, 2, 95, 카나자와 등, 및 물리적 연구에서의 핵 기구 및 방법(Nuclear Instruments and Methods in Physical Research) 1989, B37/38, 842, 및 요코야마(Yokoyama) 등, J. Phys. D: Appl. Phys. 1990, 23, 374 참조).
그러나, 플라즈마 기술의 채택은 대부분의 산업상의 플라즈마 시스템에 대한 주요 제한(constraint), 즉 저압에서 작동하는 필요성에 의해서 제한된다. 부분적인 진공 작동은 오프-라인(off-line)으로만 분리된 작업 피스(pieces)의 배치(batch) 처리를 제공하는 폐쇄된 주변(perimeter)의 밀봉된 반응기 시스템을 의미한다. 작업 처리량(throughput)은 낮거나 중간이며, 진공에 대한 요구는 자본과 지속적인 비용을 추가한다.
그러나, 대기압 플라즈마는 웨브(webs)에 의해서 상기 플라즈마 존으로부터 나오고 들어가는 자유를 제공하는 산업상의 개방 포트나 주변 시스템을 제공하므로, 온-라인으로 크거나 작은 구역의 웨브나 운송 장치-수반(conveyor-carried) 분리된 웨브의 지속적인 처리를 제공한다. 작업 처리량은 높으며, 고압 작동으로부터 얻어지는 높은 종 용매제(species flux)에 의해서 강화된다. 직물, 포장, 제지, 의학, 자동차, 우주 과학(aerospace) 등과 같은 많은 산업상의 분야는 대기압에서의 개방 포트/주변 구성(configuration) 플라즈마가 신규한 산업상의 처리 능력을 제공하도록 지속적인 온-라인 처리에 대해서 거의 전체적으로 의존한다.
코로나(corona) 및 화염(flame)(또한, 플라즈마) 처리 시스템은 대략 30년 동안 대기압 플라즈마 처리 능력의 제한된 형태를 갖고 산업에 제공되어 왔다. 그러나, 그 쉬운 제조에도 불구하고, 이러한 시스템은 산업상의 레벨에서 큰 스케일에 사용되는 것이 실패하였다. 이는 코로나/화염 시스템이 상당한 제한을 갖기 때문이다. 그것들은 단일 표면 활성화 공정을 제공하는 대기에서 작동하며, 많은 재료들에 대한 하찮은 효과와 대부분에 대한 약한 효과를 갖는다. 상기 공정은 종종 균일하지 않으며, 상기 코로나 공정은 두꺼운 웨브나 3D 웨브에 맞지 않으며, 상기 화염 공정은 열에 민감한 기판과 맞지 않는다. 대기압 플라즈마 기술이 산업상의 요구를 충족하는 향상된 시스템으로 발전하기 위해서 대기압 플라즈마 스펙트럼(spectrum)으로 훨씬 더 깊게 이동해야만 하는 것이 명백하게 된다.
대기압에서 상당한 향상이 플라즈마 증착으로 만들어진다. 중요한 작업이 사티코 오카자키(Satiko Okazaki), 마스히로 코고마(Masuhiro Kogoma), 마코토 우에하라(Makoto Uehara)및 요시히사 키무라(Yoshihisa Kimura)에게 허여된, J. Phys. D: Appl. Phys. 26(1993) 889-892.의 "50 Hz 소스를 사용하는 대기압에서 공기, 아르곤, 산소 및 질소에서 안정한 글로우 방전의 출현"에 설명된, 대기압 글로우 방전의 안정화(stabilisation)로서 수행되어 왔다. 또한, 미국 특허 명세서 제 5414324호(로스(Roth) 등)의 "5 cm까지 이격 배치되고 절연된 한 쌍의 금속판 전극들 사이에 대기압에서의 정상 상태 글로우 방전 플라즈마와 1 내지 100 kHz에서 1 내지 5 kV의 평균 제곱근(rms) 전위를 갖고 여기된 무선 주파수(R. F.)의 발생"에 설명되어 있다. 미국 특허 제 5414324호는 전기적으로 절연된 금속판 전극들의 사용과 전극판을 사용할때의 문제점 뿐만 아니라 전극들의 팁(tip)에서 전기의 브레이크다운(breakdown)을 방해하기 위한 필요성을 개시한다. 또한, 상기 특허는 구리판 형태의 전극들의 사용과, 상기 전극들에 접합된 용액 유동 도관을 통해서 공급되는 워터 냉각 시스템을 개시하며, 상기 워터는 임의의 전극 표면과 직접 접촉하여 나오지 않는다.
미국 특허 명세서 제 5185132호에서, 금속판 전극들이 수직 형상으로 사용되는 대기 플라즈마 반응 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 플라즈마를 준비하기 위해서 상기 수직 형상으로만 사용되며, 이후에 상기 플라즈마는 상기 판으로부터 수직으로 배치된 전극들 아래의 수평 표면상으로 도입된다.
EP 0431951에서, 대기 플라즈마 조립체는 노블(noble) 가스/반응 가스 혼합물을 처리하는 플라즈마에 의해서 생산된 종들을 갖는 기판을 처리하기 위해서 제공된다. 유전체에서 적어도 부분적으로 코팅된 금속 전극들은 서로 각각 평행하게 배치되며, 전극들 사이의 슬릿(slit) 아래로 통과하는 기판에 수직하도록 수직으로 정렬된다. 상기 조립체는 상기 시스템을 방해하는 것과 같은 표면 처리 유닛의 너비에 의해서 처리될 임의의 기판의 너비를 효과적으로 제한하는 통합형 표면 처리 유닛을 필요로한다.
유전체 재료에 접합되거나 상기 재료로 코팅된 금속판 및/또는 메쉬(mesh) 타입 전극들을 사용할때에 당면하게 되는 한가지 주요한 문제점은 전극 표면과 유전체 사이의 적합성(conformity)의 문제이다. 작은 금속판과 유전체 사이의 완전한 적합성을 보증하는 것은 한 표면 또는 다른 표면, 특히 금속 표면상의 표면 결함(blemishes) 때문에 거의 불가능하다. 그러므로, 산업상의 스케일에 대한 대기 플라즈마 공정의 발전에서 주요 문제가 되는 산업상의 적용에 적합한 이러한 타입의 전극들을 구성하는 것은 특별히 어렵다.
WO 02/35576호는 수직한 유전체 판의 후방면에 접착된 금속 전극들의 사용을 개시하며, 제한된 전도성의 액체는 열 처리(management)와 전극 패시베이션(passivation)의 이중 기능을 제공하기 위해서 그 위에 스프레이된다. 워터와 같은 부분적인 전도성 액체의 사용은 금속 표면상에 거친 "하이 스팟(high spot)"을 발생시킬 수 있고, 또한 적합성이 부족한 전극과 유전체 사이의 갭을 지나는 부분적인 전도성의 경로를 제공함으로써 유전체 표면에 대한 금속 전극의 적합성을 향상시킬 수 있는 마이크로-방전(micro-discharge)을 완화하는 것을 돕는다. 부분적인 전도성 워터는 유전체에서 전기 표면으로부터 매끄러운 효과를 가지므로, 거의 균일한 표면 전위를 생성한다. 이러한 기술은 적합한 스프레이 분배를 구성하는 적합성과 각 전극 조립체로부터 워터의 충분함과 배수(drainage)를 보증하는 어려움을 받는다.
금속 전극들에 직접 접촉하는 냉각수의 사용이 불균등성(inhomogeneity)을 감소시키지만, 이를 제거하지 못하며, 요구되는 플라즈마 장비의 복잡성과 비용을 상당히 증가시킬 수 있다. 엔지니어에게 잔여 표면 거칠기나 에지 버링(edge burring)을 갖지 않고 큰 유전체 표면에 확실히 그리고 밀접하게 접착될 수 있는 완전한 금속 전극은 어렵다. 워터와 같은 부분적인 전도성 액체의 사용은 금속 표면상에 거친 "하이 스팟"을 발생시킬 수 있고, 또한 적합성이 부족한 전극과 유전체 사이의 갭을 지나는 부분적인 전도성의 경로를 제공함으로써 유전체 표면에 대한 금속 전극의 적합성을 향상시킬 수 있는 마이크로-방전을 완화하는 것을 도울 수 있다. 부분적인 전도성 워터는 유전체에서 전기 표면으로부터 매끄러운 효과를 가지므로, 거의 균일한 표면 전위를 생성한다.
워터 전극은 전극과 워터 표면 또는 칼럼(column) 사이에 직류(D. C.) 아크 플라즈마를 생성하기 위한 소스로서 논문(literature)에 이미 개시되어 있다. 예를 들면, 피. 안드레(P. Andre) 등의 (J. of Physics D: Applied Physics(2001) 34(24), 3456-3456)은 러닝 워터(running water)의 2개의 칼럼 사이에서 직류 방전의 발생을 설명한다.
또한, A. B. 사벨리브(Saveliev)와 G. J. 피에취(Pietsch)의 (고압, 저온 플라즈마 화학에 대한 행콘 VIII 협회 진행-세계 심포지움(hakone VIII conference Proceedings-International Symposium))은 표면 방전을 발생시키는 워터 전극의 적용을 개시한다. 표면 방전은 유전체 재료의 면과 직접 접촉하는 로드형 표면 전극을 갖는 유전체에 접착된 평평한 전극으로 구성되는 장치와 같은 상술된 평행판 글로우 방전을 제공하며, 이어서 상기 방전은 유전체 표면을 따르는 포인트 방전으로서 존재한다. 사벨리브에 의해서 개시된 예시에서, 상기 워터 전극은 주로 투명 전극을 제공하는데 사용된다.
T. 체르파비(Cserfavi) 등의(J. phys. D: Appl. Phys. 26, 1993, 2184-2188)은 금속 양극과 음극으로 작용하는 워터의 개방 컨테이너 표면 사이의 글로우 방전으로서 설명하는 방전 발생을 설명한다. 그러나, 이것은 유전체가 상기 전극들 사이에 배치되지 않을때에 상술된 바와 같은 글로우 방전이 아니며, 이러한 시스템에서 볼 수 있는 것은 금속 전극과 워터 표면 사이에서 "점프"하는 방전이다. 워터 표면과 양극 사이의 에어 갭에서의 방전은 워터내에 용해된 염의 특성을 판단하기 위해서 광학 방출 분광학(optical emission spectroscopy)으로 분석된다.
미국 특허 제 6232723호에서, 다공성의 비-금속 전극들은 상기 비-금속 전극들의 구멍(pore) 전체에 전도성 유체를 분산시킴으로써 플라즈마를 생산하는데 사용된다. 그러나, 유전체 재료가 상기 전극들 사이에 외관상으로 배치되지 않는다는 사실은 상기 전극들 사이에 단락(shorting)에 기인하여 발생할 수 있는 문제점을 제안한다.
전도성 용액이 통과하는 유전체 재료로 만들어진 전극들을 이용하는 시스템을 통한 유동은 미국 4130490호와 일본 07-220895에 설명되어 있다. 미국 4130490호는 워터와 같은 냉매(coolant)가 전극으로부터 떨어진 냉매 저장소(reservoir)로 흐르는 내부 금속 관형 전극을 포함하는 공기나 산소 대기로부터 오염 물질의 산화에 의한 제거를 위한 수단을 설명한다. 외부 전극은 전기 전도성 용액 냉매가 저장소로 통과하게 되는 입구 및 출구를 갖는 유전체 재료의 하우징을 포함한다. 상기 전극들 사이의 갭은 오염 물질이 산화되는 가스 챔버를 형성한다.
도 1은 2개의 비-금속 전극들을 포함하는 대기압 플라즈마 시스템의 도면.
도 2, 3, 4, 5a 및 5b는 도 1에 도시된 바와 같은 조립체의 다른 실시예의 단면도.
도 6은 전극들이 동심 파이프의 형태인 대기압 플라즈마 시스템의 단면도.
도 7은 분말이나 액체를 플라즈마 처리하기 위하여 채택된 도 6의 대기압 플라즈마 조립체의 단면도.
도 8은 다른 대기압 플라즈마 조립체의 단면도.
도 9a는 또 다른 대기압 플라즈마 조립체의 단면도.
도 9b는 도 9a에 도시된 타입의 대기압 플라즈마 조립체에 사용하기 위한 한 쌍의 유전체 튜브 전극들의 평면도.
도 10은 플랫 시트(flat sheets)로 형성되고, 형성된(contoured) 표면에 맞추기 위해서 가요성이 되는 평행한 대향 전압 쌍들에 함께 결합된 가요성 튜브의 도면.
도 11은 전극들의 쌍들 사이를 통과하는 기판을 처리하기 위한 본 발명의 조립체의 도면.
도 12는 글로우 방전(glow discharge) 타입의 플라즈마가 생성되는 것을 도시하는 그래프.
본 출원은 유전체 표면에 적합한 전도성 매체를 이용하는 것을 탐구하므로, 이전에 요구되었던 금속 전극들은 제거될 수 있고, 균일하게 전기적으로 대전된(electrically charged) 유전체 표면과, 내부 벽 및 외부 벽의 인터페이스(interfaces)에 오랜 기간동안 접착/접촉을 보증하는 전도성 매체를 사용하는 플라즈마에 의해서 발생되는 가열의 열 처리를 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따라서, 실질적으로 동등 거리로 이격 배치된 적어도 한 쌍의 전극들을 포함하는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어(barrier) 방전 발생 조립체가 제공되며, 상기 전극들 사이의 이격 배치는 공정 가스의 도입에 따라 플라즈마 존을 형성하도록 채택되며, 요구되는 곳에서는 기체, 용액 및/또는 고체 전구체(precursor)(들)의 통과를 가능하게 하며, 상기 적어도 하나의 전극들은 내부 벽 및 외부 벽을 갖는 하우징을 포함하며, 적어도 내부 벽은 비-다공성 유전체 재료로 형성되며, 상기 하우징은 적어도 실질적으로 비-금속 전기 전도성 재료로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 존은 플라즈마가 상기 전극들 사이에서 전위차의 적용에 따라서 발생될 수 있는 인접한 한 쌍의 전극들의 대향 벽들(하기에서 내부 벽으로 참조) 사이의 구역인 것으로 이해될 것이다.
양호하게는, 각 전극들은 내부 벽 및 외부 벽을 갖는 하우징을 포함하며, 적어도 상기 내부 벽은 유전체 재료로 형성되며, 하우징은 "종래의" 금속판이나 메쉬(mesh) 대신에 상기 내부 벽과 직접 접촉하는 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료를 포함한다. 이러한 타입의 전극들은 발명자가 글로우 방전(Glow Discharge)을 발생시키기 위한 본 발명에 따라서 전극들을 사용하여 확인하기 때문에 바람직하고, 이렇게 발생된 균일한 글로우 방전은 전극들을 이용하는 시스템과 비교할때에 감소된 불균일함(inhomogeneities)을 발생시킬 수 있다. 금속판은 결코 본 발명에서 전극의 내부 벽에 직접 고정되지 않으며, 양호하게는 비금속 전기 전도성 재료가 상기 전극의 내부 벽과 직접 접촉한다.
본 발명에 따라서 사용되는 유전체 재료는 예를 들면 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌, 유리, 유리 적층물(laminate), 에폭시(epoxy)로 충전된 유리 적층물 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 임의의 적합한 유전체로 만들어질 수 있다. 양호하게는, 상기 유전체는 전극에서 전도성 재료에 의한 유전체의 임의의 휘어짐(bowing)이나 결함(disfigurement)을 방지하기 위해서 충분한 강도를 갖는다. 양호하게는, 사용되는 유전체는 기계 가공 가능하며(machinable), 두께에서는 50mm 이하의 두께, 보다 양호하게는 40mm 두께, 가장 양호하게는 15 내지 30mm 두께로 제공된다. 선택된 유전체가 충분히 투명하지 않은 경우에, 유리 등의 윈도우는 발생된 플라즈마의 진단 조망(diagnostic viewing)을 가능하게 하도록 이용될 수 있다.
상기 전극들은 스페이서(spacer) 등에 의해서 이격 배치될 수 있으며, 또한 양호하게는 유전체 재료로 만들어질 수 있으며, 그로 인해 전도성 용액의 에지들 사이에서 방전하기 위한 임의의 전위를 제거함으로써 상기 시스템의 전체 유전체 강도의 증가에 효과적이다.
본 발명의 조립체에 따른 전극 한쌍은 임의의 적합한 구조적 형태와 크기일 수 있다. 명백하게, 가장 간단한 구조는 크기가 1m2 표면 구역 이상일 수 있으며, 그로 인해 웨브(webs) 등을 위한 적용을 처리하는 산업상의 플라즈마에 적합한 큰 스케일의 플라즈마 존을 형성하는 능력을 갖는 평행판이지만, 대안적으로 상기 평행판들은 분말이나 용액 등의 처리를 위하여 동심 파이프나 관형 등의 형태일 수 있다.
실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료는 극성의 솔벤트(polar solvent) 예를 들면, 워터, 알콜 및/또는 글리콜(glycols) 또는 수성 염 용액(aqueous salt solutions) 및 그 혼합물과 같은 용액이 될 수 있지만, 양호하게는 수성 염 용액이다. 워터만이 사용될때에, 양호하게는 탭(tap) 워터나 미네랄 워터를 포함한다. 양호하게는, 상기 워터는 알카리(alkali) 금속 염, 예를 들면 나트륨(sodium)이나 염화 칼륨(potassium chloride) 또는 알카라인 토금속 염(alkaline earth metal salts)과 같은 워터 가요성(soluble) 염의 중량으로 최대 대략 25%까지 포함한다. 상술된 이온 염을 사용하여 용액의 전도성을 증가시키면 불균일함의 수를 상당히 감소시키고, 그로 인해 종래 기술의 금속판 전극들은 불필요하게 된다. 이는 본 발명의 전극에 전도성 재료의 존재가 실질적으로 완전한 적합성을 갖기 때문이며, 그로 인해 본 발명의 전극들에 의해서 효과적이 되는 플라즈마 때문에 사용시에 발견될 수 있는 유전체 표면에서 완벽하게 균일한 표면 전위와, 특성이 약한 플라즈마 형성을 나타내는 보다 어두운 구역이 없이 훨씬 더 많은 글로우를 제공한다. 이는 국부화된 지점 방전이 상술된 전극들 사이에서 발생되는 플라즈마에서 발견되지 않는다는 사실에 의해서 추가로 지지받게 된다. 전도성 액체에서 이온 종의 타입과 농도를 변화시키면 본 발명의 전극들의 전기 용량(capacitance)과 임피던스(impedancd)를 쉽게 제어한다. 이러한 제어는 상기 전극들 사이에 플라즈마를 발생시키기 위해서 이용되는 RF 제너레이터와 변환기에 사용되는 회로를 잇는 임의의 임피던스에 대한 요구를 감소시키기 위해서 활용될 수 있다.
본 발명의 전극에 사용되는 적어도 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료는 유전체 봉쇄(containment)내에서의 워터, 알콜 및/또는 글리콜 또는 수성 염 용액과 같은 극성 솔벤트이며, 상기 전극들은 선택된 유전체에 따라서 투명할 수 있으며, 그로 인해 광학 진단을 위한 쉬운 접근을 가능하게 하고, 실질적인 비-금속의 전기 전도성 재료 자체는 글로우 방전 기구와 같은 플라즈마 기구로부터 열 부하의 제거에 기여한다. 이것은 또한 전극 적용 범위와 본 발명을 WO02/35576에 설명된 스프레이 공정과 비교할때에 전기 패시베이션을 증가시키면서 열 제거의 문제를 상당히 간소화시킨다. 전도성 액체의 사용은 일정한 전하 분배를 보증함으로써 유전체 면에서 전위의 균일성을 추가로 향상시키지만, 상기 유전체 면에 대한 금속 전극의 적합성은 보증될 수 없다. 전도성 액체의 적합성은 전극의 내부 벽 및/또는 외부 벽 표면에 대한 일정하고 밀접한 접촉을 가능하게 한다.
또한, 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료는 통상적으로 페이스트(paste) 형태로 적용될 수 있는 하나 이상의 전도성 폴리머 합성물의 형태일 수 있다. 이러한 페이스트는 현재 마이크로프로세서 칩 세트와 같은 전기 부품의 열 처리와 접착을 위해서 전기 산업에서 사용된다. 이러한 페이스트는 통상적으로 유동하기 위한 충분한 이동성을 가지며, 표면 불규칙성에 적합하다.
본 발명에 따른 전도성 폴리머 합성물을 위한 적합한 폴리머는 실리콘, 폴리옥시폴리올레핀 엘라스토머, 및 실리콘 왁스, 수지/폴리머 혼합물, 실리콘 폴리아미드 코폴리머 또는 다른 실리콘-유기 코폴리머 등과 같은 왁스에 기초한 핫 멜트(hot melt), 또는 에폭시, 폴리이미드, 아크릴 산염(acrylate), 우레탄 또는 폴리머에 기초한 이소시아네이트(isocyanate)를 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 폴리머들은 은의 전도성 입자를 포함할 수 있지만, 사용될 수 있는 대안적인 전도성 입자들은 금, 니켈, 구리, 분류된 금속 산화물 및/또는 탄소 나노튜브(carbon nanotubes) 또는 금속화된 유리 및 세라믹 비드(beads)를 포함하는 탄소를 포함한다. 사용될 수 있는 특정 예시의 폴리머들은 EP 240648호에 설명된 전도성 폴리머 또는 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation)에 의해서 판매되는 다우 코닝 DA 6523, 다우 코닝 DA 6524, 다우 코닝 DA 6526 BD, 및 다우 코닝 DA 6533과 같은 합성물에 기초한 은 충전된 유기폴리실록산(organopolysiloxane) 또는 (Ablestik Electronic Materials & Adhesives) Epo-Tek ®H20E-PFC나 Epo-Tek ®E30(에폭시 테크놀로지 인크)로부터 Ablebond ®8175와 같은 폴리머에 기초한 은 충전된 에폭시를 포함한다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 주요 잇점은 전극의 내부 벽 및 외부 벽을 갖는 인터페이스에 대한 일정하고 밀접한(intimate) 접촉/접착을 보증하기 위해서 액체/페이스트를 사용함에 따른 적합성이다. 반면에, 접촉/접착은 액체나 페이스트와 같은 유동 가능한 매체의 사용에 의해서 얻어지며, 또한 박리(de-lamination)를 리드할 수 있는 그 표면에서 기계적 및 열적 응력을 흡수할 수 있는 전도성 매체에 의해서 전극의 내부 벽 및 외부 벽 표면들 모두에 대한 물리적 접착에 의해서 얻어질 수 있다. 이와 같이, 열 및 전기 전도성 특성을 갖는 접착 엘라스토머는 전극의 내부 벽 및 외부 벽 표면 사이의 매체로서 사용될 수 있다. 전도성 페이스트는 유전체 표면에 적용될 수 있으며, 구조적인 구속판(structural constraining plate)에 유전체의 접합을 통해서 구조적 강도를 제공하면서 기계적 및 열적으로 모두 전도할 수 있으며, 또한 보다 강성 접착의 박리를 리드할 수 있는 응력을 흡수할 수 있는 엘라스토머, 전도성 매체를 형성하기 위해서 화학적으로 접합될 수 있다. 본 발명의 적합성 측면의 한 주요한 잇점은 전극의 내부 벽 및 외부 벽을 갖는 인터페이스에 대한 일정하고 밀접한 접촉/접착을 보증하기 위해서 액체/페이스트를 사용함으로써, 큰 표면 구역을 갖는 전극들을 제조하기 위해서 제공되는 기회이다. 이것은 큰 표면 구역을 갖는 전극 시스템이 적절한 비율로 산업 스케일의 기판들을 처리하기 위해서 요구되는 산업상의 적용에 대한 주요한 잇점이다.
이러한 전극 조립체는 예를 들면, 전체의 구조적인 일체성을 제공하는 금속의 히트 싱크(heat sink)를 포함하는 합성 전극이 접합된 유전체 재료로 만들어진 내부 벽을 포함할 수 있으며, 그 사이에는 접착, 가요성의 인터페이스를 형성하는 열 및 전기 전도성 충전 엘라스토머가 제공된다.
열 제거는 플라즈마 조립체에서, 특히 금속판 타입의 전극을 사용하는 조립체에서 주요 문제이다. 그러나, 이러한 문제점은 액체를 통한 열 대류(convection)의 영향 때문에 상술된 전극들에서 상당히 감소된다. 또한, 전기적인 하이 스팟(high spots)은 전도성 액체의 대류를 통해서 제거된다. 상술된 바와 같은 하나 이상의 전극들을 사용할때에, 상기 전극들에 의해서 발생된 열은 냉각 코일의 이용과 그로부터 열을 제거하기 위한 수단으로서 전극들의 외벽을 이용함으로써 방산될 수 있는 것이 관찰되므로, 상기 외벽은 적합한 히트 싱크로 완벽하게 만들어진다. 양호하게는, 상기 히트 싱크는 금속 형태이며, 외향으로 돌출하는 핀을 포함할 수 있으며, 통상적으로 공기인 냉각 유체나 냉각 공정을 향상시키기 위한 외부 냉각 코일을 사용할 수 있다.
현재 금속판 전극을 이용하는 대기압 글로우 방전 시스템과 같은 플라즈마 시스템이 당면하게 되는 한가지 주요한 문제점은, 전극들을 물리적으로 재배치하지 않고 활성화된 플라즈마 존을 통해서 기판의 경로 길이를 변경시키는 방법이 없다는 것이다. 한가지 해결책은 기판이 그곳을 통해서 통과하는 기판의 속도를 변경시킴으로써 플라즈마 존에 체류하는 시간의 변경이 될 수 있으며, 상술된 타입의 전극들은 보다 간단한 해결책을 제공한다. 양호하게는, 극성 솔벤트 예를 들면 워터, 알콜 및/또는 글리콜이나 수성 염 용액 및 그 혼합물을 이용하는 각각의 전극은 입구, 보다 양호하게는 입구 및 출구를 포함한다. 상기 입구 및 출구는 극성 솔벤트 예를 들면 워터, 알콜 및/또는 글리콜이나 수성 염 용액 및 그 혼합물의 도입과 제거를 가능하게 하는 밸브들을 모두 포함할 수 있다. 상기 밸브들은 임의의 적합한 형태를 포함할 수 있으며, 특히 기판이 통과하게 되는 플라즈마 처리 존과 같은 경로 길이를 변경시키는 수단으로서 사용된다. 밸브식 입구 및 출구를 구비함에 따라서, 상기 전극 시스템의 경로 길이는 출구 밸브 및 입구 밸브를 개방하여 액체가 출구를 통해서 나오는 것을 허용하지만, 액체가 입구로 진입하는 것을 방지하고, 입구 밸브를 개방함으로써 보다 많은 액체를 도입시키고 상기 전극의 효과적인 크기를 증가시키기 위해서 이미 결정된 액체의 양을 도입시킴으로써 쉽게 변경될 수 있다. 또한, 이것은 특히, 플라즈마 존을 통한 기판의 상대적인 속도가 변경되는 것이 어려운 경우에, 본 발명의 하나 이상의 전극들을 사용하여 플라즈마 처리되는 기판에 대한 플라즈마 반응 시간을 사용자가 보다 쉽게 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
US 4130490과 JP 07-220895에 설명된 바와 같이 전극 시스템을 통해서 저장소 등으로 극성 솔벤트 예를 들면, 워터, 알콜 및/또는 글리콜이나 수성 염 용액 및 그 혼합물을 지속적으로 순환시키는 필요성의 회피는 본 발명에 따른 전극 시스템을 위하여 요구되는 장비의 복잡성이 더 이상 요구되지 않는 지속적인 유동을 위한 수단으로서 상당히 감소된다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 각 전극은 실질적으로 하우징을 2개 이상의 섹션으로 분할하도록 설계되는 지지 리브(support ribs)의 사용에 의해서 분리될 수 있다. 이러한 분리는 플라즈마 존 경로 길이의 변화성(variability)을 돕는 형태로 추가적인 잇점을 제공하며, 예를 들어 전기적인 연속성이 다른 분리부들 사이에 성립되지 않는다면, 각각의 개별적인 분리부는 플라즈마 존의 경로 길이가 요구되는 목적을 위해서 쉽게 변경되거나 최적화되도록 개별적인 전극으로서 작동할 것이다. 상기 지지 리브는 내부 벽 및 외부 벽 모두에 또는 그중 하나에 부착될 수 있으며, 전기적인 연속성을 위한 준비는 와이어형 연결에 의해서 유지되며, 사용시에 전도성 액체는 상기 섹션들 사이의 지속적인 전도성 액체 경로의 존재에 의해서 유지된다. 내부 벽 및 외부 벽을 상기 지지 리브에 고정함으로써, 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료로부터의 내부 압력에 의해서 발생되는 최대 압력 구역은 감소되며, 그로 인해 내부 벽 및/또는 외부 벽의 뒤틀림(distortion)을 잠재적으로 발생시킬 수 있는 힘을 감소시킨다. 상기 지지 리브의 도입에 의해서 발생되는 플라즈마 존의 경로 길이는 쉽게 변경되어 최적화될 수 있다.
본 발명에 따른 전극을 갖는 산업상의 스케일에 사용될 수 있는 한 예시적인 타입의 조립체는 본 발명에 따른 이격 배치된 평행한 전극들의 제 1 및 제 2 쌍을 포함하는 대기압 플라즈마 조립체가 제공되어 있으며, 각각의 쌍의 전극들의 내부판들 사이의 이격 배치는 제 1 및 제 2 플라즈마 존을 형성하며, 상기 조립체는 상기 제 1 및 제 2 플라즈마 존을 통해서 연속적으로 기판을 운송하는 수단과 상기 제 1 또는 제 2 플라즈마 존의 하나로 재료를 만드는 분무된 액체나 고체 코팅부를 도입하도록 채택된 분무기(atomiser)를 추가로 구비한다. 이러한 장비에 대한 기본 컨셉은 본원에 참조로서 통합되어 있으며 본 발명의 우선일 이후에 공개된 출원인의 공동 계류중인 출원 WO 03/086031호에 설명되어 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 전극들은 수직으로 배열된다.
본원에 상술된 바와 같이, 재료를 전도하기 위한 액체 사용의 한가지 주요한 잇점은 각 쌍의 전극들이 다른 크기의 플라즈마 존을 발생시키는 각각의 전극들에서 다른 양의 액체를 가질 수 있다는 것이므로, 다른 쌍의 전극들 사이를 통과할때에 기판을 위한 경로 길이와 잠재적으로 다른 반응 시간을 가질 수 있다는 것이다. 이것은 제 1 플라즈마 존에서 세척 공정을 위한 반응 시간의 기간이 코팅부가 상기 기판과 단지 변경에 포함된 작동상으로 적용될때에 제 2 플라즈마 존에서 경로 길이 및/또는 반응 시간이 다를 수 있다는 것이며, 이는 다른 쌍의 전극들로 다른 양의 전도 액체의 도입이다. 양호하게는, 동일한 양의 액체는 전극들 모두가 본원에 상술된 바와 같은 전극 쌍의 각각의 전극에 사용된다.
본 발명의 전극들은 예를 들면, 펄스형(pulsed) 플라즈마 시스템과 같은 임의의 적절한 플라즈마 시스템에서 사용될 수 있으며, 특히 플라즈마 글로우 방전 및/또는 임의의 적절한 압력에서 작동될 수 있는 유전체 배리어 방전 조립체에서의 사용을 위하여 관찰될 수 있다. 특히, 이는 저압이나 대기압 글로우 방전 조립체, 특히 비-열 평형(equilibrium)으로 통합될 수 있으며, 보다 양호하게는 대기압 시스템으로서의 사용에 대한 것이다.
본 발명의 전극들을 사용하는 플라즈마 처리 공정에서 사용하기 위한 공정 가스(process gas)는 임의의 적합한 가스가 될 수 있지만, 양호하게는 불활성 가스나 예를 들면, 헬륨, 헬륨과 아르곤의 혼합물, 케톤(ketones)을 추가로 포함하는 혼합물에 기초한 아르곤 및/또는 관련된 화합물과 같은 혼합물에 기초한 불활성 가스이다. 이러한 공정 가스들은 홀로 이용될 수 있거나 예를 들면, 질소, 암모니아, 오존, 산소(O2), 워터(H2O), 이산화질소(NO2), 공기나 수소와 같은 산화 및 환원 가스인 잠재적인 반응 가스들과 협력하여 이용될 수 있다. 그러나, 상기 공정 가스는 실질적으로 상기 잠재적인 반응 가스들을 포함할 수 있다. 시작될 플라즈마 공정들에 따라서 가스가 선택된다. 산화 또는 환원 공정 가스와 같은 잠재적인 반응성 가스는 헬륨이나 임의의 다른 불활성 가스 또는 혼합물에 기초한 불활성 가스와 협력하여 요구되며, 양호하게는 90 내지 99% 불활성 가스나 불활성 가스 혼합물과 1 내지 10% 산화 또는 환원 가스를 포함하는 혼합물에 이용될 수 있다.
산화 상태하에서, 본 발명의 방법은 기판상의 코팅부를 포함하는 산화를 형성하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 이산화규소(silica)-기초 코팅부는 분무된 실리콘-포함의 코팅부-형성 재료로부터 기판 표면상에 형성될 수 있다. 환원 상태하에서, 본 발명에 따른 조립체는 산화 자유 코팅부를 갖는 기판을 제공하는데 사용될 수 있으며, 예를 들면 실리콘 카바이드 기초 코팅부는 코팅부 형성 재료를 포함하는 분무된 실리콘으로부터 형성될 수 있다.
질소 포함 대기에서, 질소는 기판 표면에 결합할 수 있으며, 질소 및 산소 모두를 포함하는 대기에서, 질소는 기판 표면상에 형성 및/또는 결합할 수 있다. 또한, 이러한 가스들은 코팅부 형성 기판에 노출하기 전에 기판 표면을 사전-처리하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판의 플라즈마 처리를 포함하는 산소는 이어서 처리되는 코팅부에 향상된 접착을 제공할 수 있다. 산소 포함 플라즈마는 산소 가스나 워터와 같은 플라즈마에 산소 포함 재료를 도입함으로서 발생된다.
플라즈마 처리의 광범위한 다양성은 현재 이용 가능하며, 본 발명의 전극들에 대한 특정한 중요성은 표면 활성화, 표면 세척, 금속 에칭 및 코팅 적용을 포함한다. 기판은 직렬의 플라즈마 시스템에 의해서 활성화되는 직렬의 플라즈마 존을 통해서 통과함으로써 상기 임의의 적절한 화합물로서 활성화 및/또는 처리될 수 있으며, 요구되는 추가의 성분(ingredients) 등을 제공하는 본 발명에 따른 하나 이상의 전극들 쌍을 포함하는 적어도 하나는 각각의 플라즈마 존에서 이용 가능하다. 예를 들면, 직렬의 플라즈마 존을 통해서 통과하는 기판의 경우에, 상기 기판은 제 1 플라즈마 존에서 세척 및/또는 활성화될 수 있으며, 표면이 제 2 플라즈마 존에서 활성화될 수 있으며 제 3 플라즈마 존에서 코팅이나 에칭될 수 있다.
대안적으로는, 제 1 플라즈마 존은 헬륨 가스 플라즈마를 사용하여 플라즈마 처리함으로써 기판의 표면을 세척 및/또는 활성화하는데 이용될 수 있으며, 제 2 플라즈마 존은 예를 들면, 출원인의 공동 계류중인 특허 출원 WO 02/028548에 설명된 바와 같은 분무기나 네브라이저(nebuliser)를 통한 가스 전구체(precursor) 또는 액체나 고체 스프레이 전구체의 적용에 의한 전구체 재료의 코팅부를 적용하는데 이용된다. 또 다른 대안으로는, 상기 제 1 플라즈마 존은 산화 수단(예를 들면, 산소/헬륨 공정 가스)이나 코팅부의 적용으로서 이용될 수 있으며, 상기 제 2 플라즈마 존은 다른 전구체를 사용하는 제 2 코팅부를 적용하는데 사용된다. 사전-처리 및 후-처리 단계를 갖는 예시가 상기 기판이 기판의 헬륨 세척/활성화에 의해서 먼저 사전처리되는 태양 셀(solar cell)을 위해서 또는 자동 적용에 이용될 수 있는 소일(soil)/연료 저항성 외부 표면을 갖는 SiOx 배리어의 준비를 위해서 채택된 하기의 공정일때에, 제 1 플라즈마 존에서 폴리디메틸실록산으로부터 SiOx의 증착에 의해서 후속하게된다. 임의의 적절한 사전-처리가 취해질 수 있으며, 예를 들면 상기 기판은 세척(washed), 건조, 세척 또는 공정 가스 예로서 헬륨을 사용하여 가스 정화될 수 있다.
기판이 다중의 직렬 플라즈마 조립체를 갖는 대신에 코팅되는 또 다른 실시예에서, 단일 플라즈마 조립체는 전극들 사이에 형성된 플라즈마 존을 통해서 통과하는 재료들을 변경시키기 위한 수단으로서 이용될 수 있다. 예를 들면, 상기 플라즈마 존을 통해서 통과하는 초기의 물질(substance)은 플라즈마 존을 형성하기 위해서 상기 전극들 사이에 전위의 적용에 의해서 여기되는 헬륨과 같은 공정 가스일 수 있다. 결과적인 헬륨 플라즈마는 상기 플라즈마 존에 대해서 또는 그것을 통해서 통과하게 되는 기판을 세척 및/또는 활성화시키는데 이용될 수 있다. 이어서, 하나 이상의 코팅부 형성 전구체 재료(들)가 도입될 수 있으며, 상기 플라즈마 존을 통해서 통과함으로써 여기되고 상기 기판을 처리할 수 있다. 상기 기판은 다중 층(layering)을 초래하기 위해서 상기 플라즈마 층에 대해서 또는 통해서 자주 이동될 수 있으며, 상기 코팅부 형성 전구체 재료(들)의 적절합 화합물은 예를 들면, 각각의 가스나 액체 및/또는 고체와 같은 하나 이상의 코팅부 형성 전구체 재료(들)을 도입하는 하나 이상의 도입을 재배치, 추가 또는 정지함으로써 변경될 수 있다.
시스템이 전구체 재료로 기판을 코팅하는데 사용되는 경우에, 코팅부-형성 전구체 재료는 임의의 종래 수단, 예를 들면 초음파 노즐을 사용하여 분무될 수 있다. 양호하게는, 상기 분무기는 10 내지 100 μm, 보다 양호하게는 10 내지 50 μm까지의 코팅부-형성 재료의 물방울(drop) 크기를 생성할 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 적합한 분무기는 미국 뉴욕 밀턴의 소노-텍 코포레이션(Sono-Tek Corporation)이나 독일 메트징겐(Metzingen)의 레츨러 게엠베하(Lechler GmbH)로부터의 초음파 노즐이다. 본 발명의 기구는 특별히 실용적일 수 있는 다수의 분무기를 포함할 수 있으며, 예를 들면 상기 기구는 2개의 다른 코팅부-형성 재료들로부터 기판상에 코포리머 코팅부를 형성하는데 사용될 수 있으며, 모노머들(monomers)은 혼합할 수 없거나, 예를 들면 제 1은 고체이고 제 2는 기체나 액체인 다른 상태이다.
기판과 플라즈마 존이 각각 서로에 대해서 이동할 수 있으며, 즉 기판은 인접한 전극 쌍들 사이에서 물리적으로 통과할 수 있으며, 이용되는 공정 가스와 협력하는 전극들 쌍에 의해서 달성되는 플라즈마 존을 통해서 통과하는 상기 기판을 제공하는 전극 쌍들에 인접하여 통과할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 후자의 예시에서, 플라즈마 존과 기판이 각각 서로에 대해서 이동할 수 있으며, 즉 상기 전극 조립체가 고정된 기판을 지나서 이동하거나 상기 기판이 고정된 전극 시스템에 대해서 이동할 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 다른 실시예에서, 전극 시스템은 기판이 플라즈마 존을 통해서 통과하는 여기된 종들에 의해서 코팅되지만 상기 플라즈마에 의해서 반드시 영향을 받지 않도록 기판으로부터 멀리 떨어질 수 있다.
일 경우에, 본 발명의 전극들이 코팅 기판에 적합한 조립체로 통합된다. 기판상에 형성된 코팅부의 타입은 사용되는 코팅부-형성 전구체 재료(들)에 의해서 결정된다. 상기 코팅부-형성 전구체 물질은 유기물이나 무기물, 고체, 액체나 기체, 또는 그 혼합물일 수 있다. 적합한 유기물의 코팅부-형성 전구체 물질들은 카르복실기(carboxylate), 메타아크릴(methacrylates), 아크릴, 스티렌(styrenes), 메타아크릴로니트릴(methacrylonitriles), 알켄 및 디엔(dienes), 예를 들면 메틸 메타아크릴, 에틸 메타아크릴, 프로필 메타아크릴, 부틸 메타아크릴, 및 다른 알킬 메타아크릴, 및 유기-무기 혼성(organofunctional) 메타아크릴을 포함하는 대응 아크릴 및 글리시딜(glycidyl) 메타아크릴, 트리메톡시시릴(trimethoxysilyl) 프로필 메타아크릴, 알릴(allyl) 메타아크릴, 하이드록시에틸(hydroxyethyl) 메타아크릴, 하이드록시프로필 메타아크릴, 디알킬라미노알킬(dialkylaminoalkyl) 메타아크릴을 포함하는 아크릴, 및 플루오르알킬(fluoroalkyl) (메타)아크릴, 메타아크릴 산, 아크릴 산, 푸마르(fumaric) 산 및 에스테르, 이타콘(itaconic) 산(및 에스테르), 말레익(maleic) 안하이드라이드, 스티렌, α-메틸스티렌, 할로겐화된 알켄, 예를 들면 염화 비닐과 플루오르화 비닐과 같은 할로겐화 비닐, 및 플루오르화 알켄, 예를 들면 페르플루오르알켄(perfluoroalkenes), 아크릴로니트릴, 메타아크릴로니트릴, 에틸렌, 프로필렌, 아릴 아민, 할로겐화 비닐리덴(vinylidene), 부타디엔(butadienes), N-아이소프로필아크릴아마이드(N-isopropylacrylamide), 메타아크릴아마이드와 같은 아크릴아마이드, 및 에폭시 화합물, 예를 들면 글리시독시프로필트리메톡시실렌(glycidoxypropyltrimethoxysilane), 글라이시돌(Glycidol), 스티렌 산화물, 부타디엔 일산화물(monoxide), 에틸렌글리콜 디글리시딜레더(diglycidylether), 글리시딜 메타아크릴, 비스페놀 A 디글리시딜레더(및 그것의 올리고머스(oligomers)), 비닐시클로헥산 산화물 및 폴리에틸렌 산화물 기초 폴리머를 포함한다. 적합한 무기물의 코팅부-형성 재료들은 금속과 콜로이드(colloidal) 금속을 포함하는 금속 산화물을 포함한다. 또한, 유기금속 화합물은 티탄산염(titanates), 주석 알콕사이드(tin alkoxide), 지르콘산염(zirconates) 및 게르마늄과 에르븀(erbium)의 알콕사이드와 같은 금속 알콕사이드를 포함하는 적합한 코팅부-형성 재료들이 될 수 있다.
또한, 기판들은 실리콘-포함 재료들을 포함하는 코팅부-형성 합성물을 사용하는 실리카- 또는 실록산(siloxane)-기초 코팅부를 구비할 수 있다. 적합한 실리콘-포함 재료들은 제한하는 것은 아니지만 시레인(silanes)(예를 들면, 시레인, 알킬시레인 알킬할로시레인, 알콕시시레인, 에폭시시레인 및/또는 아미노혼성(aminofunctional) 시레인)과 리니어(linear)(예를 들면, 폴리디메틸실록산)과 환식(cyclic) 실록산(예를 들면, 옥타메틸시클로테트라실록산)을 포함하며, 유기-무기 혼성 리니어와 실록산(예를 들면, Si-H 포함, 할로-혼성, 에폭시-혼성, 아미노-혼성 및 할로알킬-혼선 리니어 및 환식 실록산, 예를 들면 테트라메틸시클로테트라실록산 및 트리(노노플루오르부틸)트리메틸시클로트리실록산)을 포함한다. 다른 실리콘-포함 재료들의 혼합물은 예를 들면, 특정 요구에 대한 상기 기판 코팅부의 물리적 특성(예를 들면, 열적 특성, 굴절률(refractive index)과 같은 광학 특성 및 점탄성(viscoelastic) 특성)을 맞추는데 사용될 수 있다.
코팅될 기판은 상술된 바와 같은 조립체를 통해서 운송될 충분히 가요성인 임의의 물질을 포함하며, 상기 물질은 예를 들면, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄, 염화 폴리비닐, 폴리에스테르(예를 들면, 폴리알킬렌 테레프탈염산(terephthalates), 특히 폴리에틸렌 테레프탈염산), 폴리메타아크릴(예를 들면, 폴리메틸메타아크릴과 하이드록시에틸메타아크릴의 폴리머), 폴리에폭사이드, 폴리설판(polysulphones), 폴리페닐렌(polyphenylenes), 폴리에더케톤(polyetherketones), 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리디메틸실록산, 석탄산(phenolic), 에폭시 및 멜라민-포름알데히드 수지(melamine-formaldehyde resins), 및 그 혼합물과 코폴리머이다. 바람직한 유기의 폴리머 재료들은 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이다. 또한, 코팅될 기판은 예를 들면, 알루미늄, 구리, 철이나 스틸 또는 금속화된 필름으로 만들어진 얇은 금속 포일(foil)이 될 수 있다. 양호하게는, 코팅될 기판은 유리, 금속판 및 세라믹 등과 같은 강성 기판을 처리하는데 추가로 사용될 수 있는 본 발명의 상술된 시스템의 타입이다.
본 발명에 따른 조립체에 의해서 처리될 수 있는 기판들은 합성(synthetic) 및/또는 자연 섬유, 직포(woven) 또는 부직포 섬유, 분말, 실록산, 직물, 직포 또는 부직포 섬유, 자연 섬유, 합성 섬유 셀룰로직(cellulosic) 재료 및 유기 폴리머 재료의 분말이나 혼합물 및 출원인의 공동 계류중인 특허 출원 WO 01/40359에 설명된 바와 같은 유기 폴리머 재료와 섞일 수 있거나(miscible) 실질적으로 섞일 수 없는 유기 실리콘-포함 추가제의 형태일 수 있다. 상기 기판의 크기는 대기압 플라즈마 방전이 발생되는 체적의 크기, 즉 본 발명에 따른 전극들의 내부 벽 사이의 거리에 의해서 제한된다. 통상적인 플라즈마 발생 기구를 위해서, 상기 플라즈마는 3 내지 50mm, 예를 들면 5 내지 25mm의 갭내에서 발생된다. 따라서, 본 발명은 코팅부 필름, 섬유 및 분말을 위한 특별한 유용성을 갖는다.
대기압에서 정상 상태 글로우 방전 플라즈마의 발생은 양호하게는 사용되는 공정 가스에 따라서 5 cm 이하로 이격 배치될 수 있는 인접한 전극들 사이에서 얻게된다. 상기 전극들은 10 내지 100 kHz, 양호하게는 15 내지 40 kHz에서 1 내지 100 kV, 양호하게는 4 내지 30 kV의 평균 제곱근(rms) 전위를 갖는 무선 주파수로 여기된다. 상기 플라즈마를 형성하기 위해서 사용되는 전압은 통상적으로 2.5 내지 30 kVolts, 가장 바람직하게는 2.5 내지 10 kV가 될 수 있지만, 그러나 실제값은 상기 전극들 사이의 화학/가스 선택 및 플라즈마 존 크기에 의존할 수 있다.
상기 대기압 글로우 방전 조립체가 임의의 적합한 온도에서 작동할 수 있지만, 양호하게는 실온(20°C) 내지 70°C 사이의 온도에서 작동할 수 있으며, 통상적으로는 30 내지 40°C 의 구역내의 온도에서 이용된다.
본 발명에 따라서 준비된 전극들은 출원인의 공동 계류중인 PCT 출원 WO02/35576에 설명된 바와 같은 금속 전극과 냉각 시스템을 통합하는 디자인 보다 제조하기에 보다 쉽고 저렴하다. 예를 들면, WO02/35576에 설명된 바와 같은 전극의 면을 지나는 액체 유동에 대한 필요성을 제거함으로써, 본 발명의 전극에서 내부 벽 및 외부 벽 사이의 거리를 감소시킬 수 있으며, 그로 인해 요구되는 전도성 재료의 체적을 감소시키므로 상기 조립체의 중량을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 따른 전극들은 평평한 금속 전극들이 갖는 특별한 문제점인, 인접한 전극들 사이의 완벽한 동등거리(equidistance)와 평행 위치(parallelism)를 보증하는 복잡성을 감소시키며, 그러므로 플라즈마의 쉬운 발견과 진단을 허용하는 광학적으로 투명할 수 있는 유전체를 사용할 수 있다.
또한, 이러한 조립체는 그 인터페이스에서 상기 전극과 유전체의 적합(conformance)을 보증하는 복잡성과, 추가로 비슷한 적용을 위해서 금속판 전극들을 사용할때에 발견되는 상당한 문제점을 감소시킨다.
본 발명은 단지 참조로서 첨부된 도면에 대한 예시의 방법으로 하기에 제공되는 본 발명의 몇몇 실시예의 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 참조 번호 2로 지시된 한 쌍의 비-금속 전극을 갖는 대기압 플라즈마 조립체(plasma assembly)(1)가 제공되어 있다. 각각의 전극(2)은 하우징(20)의 형태이며, 존재시에 그것을 통해서 전도성 염 용액(salt solution)이 도입되거나 제거될 수 있는 그 일단부에서의 입구(3)와 그 다른 단부에서의 출구(4)를 갖는 챔버(chamber)(11)를 구비한다. 도 1의 경우에, 상기 전극은 염 용액으로 완전히 가득차게 된다. 상기 입구(3) 및 출구(4) 모두는 밸브를 포함하며, 이것들은 전도성 염 용액의 도입과 제거를 제어하기 위해서 사용된다. 각각의 전극(2)은 유전체(dielectric) 재료로 만들어진 내부 벽(5)과 유전체 재료나 금속으로 만들어진 외벽(6)을 구비한다. 스페이서(spacers)(7)는 사전형성된 거리로 떨어져서 상기 전극(2)의 인접 단부를 유지한다. 사용시에, 인접 전극(2)의 상기 내부 벽들(5) 사이의 갭(gap)(8)은 플라즈마 존(plasma zone)(8)을 형성한다. 전원(power source)(9)은 케이블(10)의 배선(way)에 의해서 각 입구(3)에 접속된다. 동일한 도면 번호들은 도 2 내지 도 5b에 사용될 것이다.
사용시에, 밸브들(3a, 4a)은 개방되며, 전도성 액체(conductive liquid)는 하우징(20)의 입구(3)를 통해서 챔버(11)내로 도입되며 출구(4)를 통해서 나온다. 이어서, 상기 밸브들(3a, 4a)은 상기 전극 시스템은 사용하는 동안에, 어떠한 추가적인 용액이 도입되거나 제거되는 것을 방지하기 위해서 폐쇄된다. 상기 액체는 입구 및 출구(5, 6) 모두와 인터페이스(interface)를 갖는 형태를 따르는 전극(2)의 양 전도성 부분과 각 전극(2)의 온도를 열 처리하는 수단으로서의 기능을 한다. 상기 전도성 액체는 입구(3)의 경로에 의해서 챔버(11)내로의 도입 이전에 냉각되며, 전압(voltages)이 상기 시스템에서 사용되기 때문에, 상기 액체는 내부에 존재하면서 온도가 상당히 증가할 수 있다. 출구(4)를 통해서 상기 전극을 나감에 따라서, 상기 전도성 액체는 외부 냉각 수단에 도입되며, 이어서 필요성이 발생할 수 있는 입구(3)를 통한 재도입(reintroduction)을 통해서 이후에 전극 시스템에서 재사용될 수 있다.
플라즈마 존(8)에서 플라즈마를 초기화하기 위해서, 전극 전위는 상기 전극들(2)을 지나서 적용된다. 일단 적절한 전극 전위가 상기 전극들(2)을 지나서 적용되면, 공정 가스(process gas), 통상적으로 헬륨(helium)은 플라즈마 존(8)을 통해서 통과하게 되며, 플라즈마를 형성하기 위해서 여기된다. 도 1에서 도시된 바와 같은 각각의 전극(2)은 전도성 유체와 내부 벽(5) 사이의 인터페이스에서의 액체 적합성(conformity)과 횡단 전도성 때문에, 유전체 재료로 만들어진 내부 벽(5)과의 인터페이스에서 완벽하게 균등한(homogeneous) 전위를 생성한다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 실시예와는 다른 다수의 디자인을 도시하며, 특히 이것들은 내부 압력의 충격에 기인한 벤딩(bending) 등과 같은 유전체 재료로부터 만들어진 내부 벽(5)의 뒤틀림(distortion)을 최소화하며 양호하게는 제거하고, 상기 전극 조립체들을 냉각하는 다른/추가의 수단을 제공하기 위해서 도입된다. 이러한 다른 디자인은 특히 큰 표면 구역을 갖는 내부 벽(5)을 구비한 전극, 즉 예를 들면 1m2 또는 보다 큰 횡-단면 구역을 갖는 플라즈마 존과 같은 큰 플라즈마 존(8)을 구비한 시스템을 위해서 사용한다.
도 2에서, 각각의 전극(2)은 하우징(20)을 2개의 섹션(22, 23)으로 실질적으로 분할하는 지지 리브(support ribs)(15)의 사용에 의해서 분리된다. 지지 리브(15)는 내부 벽 및 외부 벽(5, 6)에 접착되며, 전기적인 연속성(continuity)을 위한 준비는 상기 섹션들 사이의 지속적인 전도성 액체 통로(pathways)(18)의 존재에 의해서 유지된다. 상기 내부 벽 및 외부 벽(5, 6)을 지지 리브(15)에 고정함으로써, 그 위의 최대 압력이 가해지는 구역은 제거되며, 그로 인해 뒤틀림을 잠재적으로 발생시킬 수 있는 힘이 제거된다. 도 2의 상기 "분리된" 전극은 다양한 경로 길이의 추가 잇점을 제공하며, 각각의 분리부가 개별적인 전극으로서 작동하는 경우에, 상기 플라즈마 존의 경로 길이는 쉽게 변경되어 최적화될 것이다. 이러한 예시에서, 상기 전극내의 상기 전도 액체의 높이는 밸브들(3a, 4a)의 작동에 의해서 제어된다. 상기 챔버(11, 22, 23)가 도 2에 도시된 바와 같이 전도 유체로 가득찬 경우에, 상기 전도 액체는 입구(3a)를 통해서 도입되어 도 1에 관련되어 설명된 바와 같이 출구(4a)를 통해서 제거된다. 그러나, 상기 경로 길이가 변경될때에, 즉 챔버(11, 22, 23)가 전도 액체로 채워지지 않을때에, 액체는 입구(3a)를 통해서 도입 및 제거되며, 출구(4a)는 전도 액체를 포함하지 않는 챔버(11, 22, 23) 영역내의 에어 포켓(air pocket)에서 진공의 형성을 방지하는데 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 출구(4)(또는 입구(3)(도시 생략))는 입구 및 출구 모두로서 사용되며, 상기 전극이 완전히 가득차지 않는다면, 밸브(4a)는 사용시에 온도 및/또는 압력 변화에 기인한 챔버(11)로부터의 액체 해제를 가능하게 하는 개방 위치에 유지된다. 도 3에서, 평평한 냉각판(6a)은 상기 전도 액체를 포함하는 챔버(11)내의 후방 봉쇄 경계(rear containment boundary)로서 사용되므로, 상기 전도성 액체는 내부 벽(5)의 유전체 표면과 냉각판(6a) 사이에서 막히게 된다. 열은 내부의 전도성 액체에서 도 3의 경우에, 냉각 코일(25)을 통해서 통과하는 워터나 공기와 같은 냉각 유체인 챔버(11)의 섹션(22)을 위한 제 2 소스(secondary source)에 의해서 냉각되는 외부의 표면까지 이러한 판(6a)을 통해서 흐른다.
제 2 냉각 매체가 액체인 경우에, 즉 도 3에 도시된 바와 같은 냉각 코일(25)을 통해서 통과하는 액체인 경우에, 판(6a)은 상기 냉각 코일(25)내의 액체 압력이 판(6a)을 뒤틀지않고, 내부 벽(5)에서 원하지 않는 뒤틀림을 발생시키는 챔버(11)내의 전도성 액체상으로, 특히 상기 전도성 액체와 내부 벽(5) 인터페이스 사이의 인터페이스상으로 압력을 전달하지 않도록 디자인된다. 판(6a)에서의 작은 정도의 뒤틀림은 상기 전도성 액체내에서 액체를 자유롭게 하는 내부 벽(5)과 판(6a) 사이의 갭의 작은 부분(60)을 남김으로써 수용될 수 있다. 이러한 갭(60)은 예를 들면, 밀봉되고 비워질 수 있거나, 선택적으로는 가압되지 않은 불활성 가스나 공기로 채워질 수 있거나, 또는 간단히 대기 상태에서 개방되게 할 수 있다. 다음에, 판(6a)에서의 뒤틀림은 챔버(11)내의 전도성 액체의 높이를 변경할때에 수용될 수 있다.
열 제거의 추가적인 다른 공정은 도 4에 도시되며, 여기에서 냉각 판(6a)은 자연적이거나 강요된 대류(convection)를 사용하여 냉각되는 핀형(finned) 외부 표면(30)을 구비하며, 강요된 대류의 경우에, 냉각 유체, 통상적으로 공기는 상기 전극들을 냉각시키기 위해서 상기 핀(30)이나 판(6a)상으로 도입(송풍)된다.
사용시에, 전도성 액체가 유지되거나 실질적으로 각 전극내에서 유지될때에, 전기 접속부는 상기 전극(2)내에 존재해야만 하며, 시스템을 통한 유동을 위한 경우일때에 근접 배관(piping)에 존재하지 않아야한다. 이것은 챔버(11)내의 상기 전도성 액체에 전하를 전달하기 위한 우수한 수단을 제공하는 판(6a)(도 3)을 통해서 전극 전위를 적용함으로써 가장 효과적으로 달성된다. 그러므로, 도 3에서, 전극(2)이 금속 판(6a)과, 합성 전극을 형성하는 전도성 액체(11)를 갖는 합성 전극인것을 말할 수 있다. 또한, 판(6a)은 챔버(11)내의 전도성 액체를 위한 봉쇄(constraining) 표면을 형성하며, 상기 전극 조립체(2)에 구조적 완전성(integrity)을 제공하도록 디자인된다.
열이 내부 냉각 코일을 통해서가 아닌, 판(6a)을 통해서 상기 전도성 액체로부터 추출되는 디자인을 위해서, 상기 전도성 액체의 두께(거리(d))는 조립체(2)내의 중량을 추가로 감소시키기 위해서 감소될 수 있다. 판(6)과 내부 벽(5) 사이의 거리(d)(도 1), 즉 상기 전도성 액체층의 두께는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 전극들을 위해서 통상적으로 5 내지 45mm의 범위, 양호하게는 5 내지 30mm 사이이다. 그러나, 이러한 두께들은 균등한 전하가 상기 내부 벽(5)에 전달되기 위해서 상기 판(6)의 면을 지나서 외벽(6)의 표면에서 국부적인 전기적 변칙성(anomalies)을 확산시키는 액체의 능력에 의해서만 제한된다. 실행에 있어서, 그러므로 거리(d)는 챔버(11)내에서 냉각 시스템의 회피(avoidance)를 갖는 응축된(concentrated) 염 용액으로 만들어진 전도성 액체를 위하여 심지어 1mm 이하일 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 것들과 전위적으로 같은, 보다 작은 값의 d(<10mm)를 갖는 전극들에 있어서, 이용되는 전도성 액체는 상기 전도성 액체내에서 정수두(hydrostatic head)에 현저한 하강을 발생시키는 갭(60)내로 상기 액체를 이끌어내는 효과를 갖는 모세관력(capillary forces)을 받는다. 상기 전도성 액체는 1m2 이상의 표면 구역을 갖는 유전체 재료로 만들어진 내부 벽의 구조에서 잇점이 있는 자립형(self-supporting)이 효과적이다.
작은 값의 d(< 10mm)에서, 내부 벽(5)의 유전체 재료에서 판(6, 또는 6a)까지 이동하는 상기 대류부의 열은 무시할 수 있으며, 열 전도는 조절된다. 그러므로, 전기 전도성 액체의 열 전도성을 최적화하는데 잇점이 있을 수 있으며, 이는 비-유동 합성 전극 갭내의 액체 이동성(mobility)이 더 이상 중요하지 않으며, 상기 전도성 액체의 점성(viscosity)이 더 이상 일정하게 되는 것을 요구하지 않기 때문이다. 상기 전도성 액체의 이동성은 유전체와 금속 전극 표면 모두를 갖는 액체의 적합성을 보정하는데에만 필요하다.
도 1 내지 도 4에 도시된 모든 실시예들은 종래 기술에 설명된 바와 같은 전극들을 통해서 액체를 펌핑하는 필요성으로부터 발생하여 만들어진 압력을 회피한다. 시스템으로부터 펌핑 압력의 제거는 조립체내에 포함된 액체의 높이로부터 상기 정수두만을 남기며, 이는 전극 시스템의 효율과 플라즈마 존 전체에서 일정한 플라즈마를 생성하기 위한 그 용량을 감소시킬 수 있는 전극 벽의 휘어짐(bowing)의 가능성을 감소시킨다.
도 5a는 이미 사용된 전기 전도성 액체가 균일한 전기장(electric field)과 내부 벽(5)에서 냉각 핀(30) 등을 갖는 냉각된 판(6a)까지 열 전달 효율 모두에 영향을 주는 챔버(11)내의 전기 및 열 전도성 페이스트(paste)(40)에 의해서 재배치된 전극 조립체를 도시한다. 도 5b는 유전체(67)의 바디로부터 설계된 챔버(11b)를 갖는 한 조각의 유전체(67)를 사용하는 전극 조립체를 도시한다. 이러한 실시예에서, 상기 유전체는 냉각 핀(30)을 갖는 판(6a)을 수용하고 전기 전도성 액체를 둘러 싸도록 채택된다. 통상적으로, 상기 유전체 재료는 존재시에 비어있지 않은 섹션을 남김으로써 형성되는 지지 리브(15)를 갖거나 갖지 않고 천공된다. 사용되는 상기 유전체 재료는 통상적으로 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카르보네이트 또는 PEEK와 같은 독점(proprietary) 재료) 또는 엔지니어링 세라믹의 시트(sheet)이다. 다음에, 각각의 전극(2)은 챔버(11b)내에서 전도성 액체와 조립될 수 있으며 공기나 냉각 액체에 의해서 냉각될 수 있는 핀형(30), 금속 판(6a)으로 밀봉될 수 있다. 도 5b에 도시된 실시예에서, 상기 전기 전도성 재료는 일반적으로 염 용액과 같은 전도성 액체이다.
도 5c에서, 챔버(11b)로부터 비워질 필요성은 내부 벽(5)과 판(6a) 사이의 위치인 전기 전도성 페이스트(paste)(62)의 적합한 경화되거나 경화되지 않은 층을 갖는 상기 전도성 액체를 재배치함으로써 피해질 수 있다. 상기 페이스트는 경화되지 않고 남을 수 있지만, 양호하게는 판(6a)과 유전체(61) 모두에 대한 접착을 향상시키기 위해서 경화된다. 다시, 판(6a)은 공기나 냉각 액체에 의해서 냉각된다. 도 5a, 5b 및 5c에 도시된 실시예에서, 전위는 금속 판(6a)에 적용되고, 챔버(11)내의 상기 전도성 액체와 각각의 페이스트를 통해서 내부 벽(5)의 후방 면에서 고르게 분산된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 전도성 액체는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 이중의 동심 파이프 배치의 내 외부 구역내에 둘러싸이게 되며, 여기에서 외부 파이프(32)와 내부 파이프(34) 사이의 갭은 사용시에 상기 파이프들 사이에서 발생되는 플라즈마 존(36)을 형성한다. 이러한 실시예는 플라즈마 처리를 위해서 이러한 동심 파이프 배치를 통해서 운송될 수 있는 가스, 용액 에어로졸, 분말(powders), 섬유질(fibres), 파편(flake), 거품(foams) 등과 같은 재료를 처리하는데 이용될 수 있다. 분말과 같은 고체 재료의 경우에, 상기 파이프는 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이 실질적으로 수직 위치로 이용될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 이러한 실시예에서, 냉각 액체는 입구(3a) 및 출구(4a)의 경로(way)를 통해서 내부 파이프(34)를 통해서 통과하게 될 수 있으며, 외부 냉각 코일(25a)은 상기 플라즈마 효과에 의해서 발생되는 열을 제거하기 위해서 적어도 외부 파이프(32)를 실질적으로 둘러싸기 위해서 이용될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, 컨테이너(38)의 내부 표면(40)의 플라즈마 처리가 요구될때에, 상기 컨테이너(38)는 충전된 전도성 액체(42)의 배스(bath)에 부분적으로 잠기게된다. 전극의 액체 형태는 컨테이너(38)의 복잡한 표면 토폴로지(topologies)를 갖는 외부 전극의 완전한 적합성을 보증한다. 또한, 등각 주형(conformal mould)은 가요성 유전체 멤브레인(flexible dielectric membrane) 등을 사용하여 만들어질 수 있으며, 팽창(inflating) 가스(50)의 도입에 의해서 적소에 유지될 수 있다. 대향 전위는 내부 표면상의 플라즈마 존에 영향을 미칠 수 있는 상기 컨테이너 내부의 대향 전극을 통해서 공급될 수 있으며, 상기 내부 전극은 국부화된 방전(localized discharge)을 피하기 위해서 유전체 코팅부를 갖는다. 상기 내부 전극이 고체 프로브(probe)일 수 있지만, 또한 본질적으로 등각일 수 있으므로, 그로 인해 전위 표면 사이의 국부적인 평행 위치(parallelism)는 글로우(glow) 방전 플라즈마를 위한 상태를 용이하게 하여 유지되는 것을 보증한다. 또한, 밸브들(도시 생략)의 방법에 의해서 상기 전극(51)의 내 외로 전도성 액체를 도입 및 제거하기 위한 입구(3c) 및 출구(4c)를 갖는 액체 전극(51)일 수 있다. 이러한 경우에, 상기 플라즈마 존(8)은 스페이서(7a)의 사용을 통해서 유지되는 갭을 구비한다. 처리를 위한 물품들(articles)은 위상적으로 개방되거나 부분적으로 페쇄될 수 있다(병이나 컨테이너와 같이). 부분적으로 폐쇄된 물체의 경우에, 내부 등각 표면은 사기 전도성 액체나 그 주위에서 전도성 액체의 스킨(skin)이 포획 상태로 유지되는 도입된 가스에 의해서 가압되는 확장 벌룬(expanding balloon)에 의해서 발생될 수 있다. 이러한 컨셉은 병이나 이러한 종류의 컨테이너의 플라즈마 처리에 사용될 수 있으며, 상기 병은 전도성 염 용액의 배스에 부분적으로 잠기게되거나, 상기 병 표면의 외부 형상에 맞추거나 가압하게 되는 가요성 유전체 주형내로 도입되며, 동시에 상기 내부 표면에 맞추기 위해서 내부 유전체 벌룬의 확장에 따라서, 내부 및 외부 액체 전극들은 대향하는 극성(polarity)이 된다.
도 9a에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에서, 실질적으로 원형 횡-단면을 갖는 실질적으로 실린더형 본체(117)를 구비하는 대기 플라즈마 발생 유닛(107)을 포함하는 대기의 플라즈마 조립체(100)가 제공되어 있으며, 이는 상기 플라즈마에 영향을 미치는데 사용되는 공정 가스를 도입하기 위한 공정 가스 입구(도시 생략)와, 분무된(atomized) 용액 및/또는 고체 코팅부-형성 재료를 도입하기 위한 초음파 노즐(ultrasonic nozzle) 및 유전체 재료(103)로 만들어진 하우징에 전도성 액체를 포함하는 전극들(104)을 모두 포함하는 한 쌍의 액체를 포함한다. 상기 전극들은 한 쌍의 전극 스페이서(105)에 의해서 사전결정된 거리로 떨어져서 유지된다. 상기 전극들(103, 104)은 대기 플라즈마 발생 유닛(107)으로부터 외부로 돌출한다. 상기 전극들 사이의 갭은 플라즈마 존을 형성한다. 상기 대기 플라즈마 발생 유닛(107)은 상기 유닛(107)내로 도입되는 공정 가스와 반응제(reactive agent)를 위한 출구만이 유전체 코팅된 전극들(103, 104) 사이의 상기 플라즈마 존(106)을 통해서 통과할 수 있도록 디자인될 수 있다. 상기 대기의 플라즈마 발생 유닛(107)은 적소에 고정되며, 기판(substrate)(101)은 운반 장치(conveyor)가 상기 조립체의 일부를 형성하지 않는다는 사실 때문에 처리되는 기판을 적응시키도록 변경될 수 있는 임의의 형태의 운반 수단(도시 생략)상의 상기 조립체 아래로 통과한다.
대기압 발생 유닛(107)과 같은 추출기(extractor) 유닛(108)은 실질적으로 원형 횡-단면을 갖는 일반적으로 실린더형이며, 폴리프로필렌이나 PVC와 같은 유전체 재료로 만들어진다. 유닛(107, 108)은 보다 큰 직경을 갖는 추출기 유닛(108)과 동심이다. 추출기 유닛(108)은 상기 전극들(103, 104)을 둘러싸고 그것을 통해서 잔여 공정 가스, 반응물 및 잔여물(by-product)이 추출되는 채널(109)을 그것들 사이에 형성하는 립(lip)(115)을 포함한다. 상기 립(116)의 단부는 상기 전극들(103, 104)의 베이스이지만 클로저(closer)일 수 있는 기판(1)으로부터 등거리가 되도록 디자인된다. 또한, 추출기(108)는 상기 조립체로부터 잔여 공정 가스, 반응제 및 잔여물을 추출하는데 사용되는 펌프(도시 생략)에 대한 출구를 포함한다. 조절 바(conditioning bar)는 대기로부터 상기 추출 유닛(109)내로 공기의 진입을 최소화하기 위해서 립(116)의 외부에 제공되며, 그것들은 기판(101)에 접촉하는 립 밀봉부나 상기 기판이 처리되는 것에 따라서 또한 높은 정전기(static)의 전위를 사용하는 기판 표면으로부터 정전기를 제거하고, 선택적으로 먼지 미립자(dust particulate)를 제거하기 위한 에어 제트나 정전기 방지 카본 브러쉬(carbon brushes)를 사용하는 플라스틱 필름 산업에 사용되는 것과 같은 정전기 방지 바일 수 있다.
본 발명의 전극들은 작은 높이(도 9a) 아래로 평행한 판 조립체의 유전체 면(faces)을 제거하거나, 간단히 말해서, 나란히 배치되고 그 길이(도 9a) 아래에서 동등하게 이격 배치된 2개의 비-전도성, 유전체 튜브로부터 대향된 전극 한쌍을 형성함으로써 생성되는 전극들(103, 104)내의 인접한 전도성 액체 채널들 사이에서 좁은 플라즈마 존을 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 튜브간(intertube) 구역내의 플라즈마 가스들은 추출기 유닛(108)의 방법에 의해서 제거된다. 이러한 금속 자유 전극 디자인은 상기 좁은 갭을 지나는 마이크로-방전을 리드할 수 있는 임의의 표면 거칠기(roughness)를 제거함으로써 상기 전극들 사이에서 보다 균등한 전기장을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예(도 10)는 대향하는 전압의 평행한 한쌍(130,132)에서 함께 결합될 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이 형성된(contoured) 표면을 고정하기 위해서 가요성이 될 수 있는 평평한 시트로 형성되는 가요성 튜브를 통해서 전도성 액체를 유지하는 것이다. 교류 전압 튜브들 사이의 전기장은 플라즈마 존이 산업상 공지된 바와 같은 적합한 공정 가스 혼합물의 존재시에 이러한 구역에서 형성될 수 있도록 상기 시트의 아래 위 모두에서 연장한다. 이와 같이 형성된 시트는 형성된 물체의 표면 주위에서 감겨질 수 있다. 특히, 이것은 부분적인 표면이나, 종래의 대기 플라즈마 처리 장치를 통해서 쉽게 통과될 수 없는 큰, 즉 부피가 큰(bulky) 물체들의 처리에 유용할 수 있다. 다른 배치는 넓은 직경의 튜브로 형성될 수 있는 나선형 권선부(spiral wound) 한쌍으로서 전압 튜브들을 함께 권취(wind)시키는 것이 될 수 있다. 플라즈마 존은 외부, 보다 유용하게는, 얇은 벽의 튜브나 병의 처리를 위하여 제공(cater)하는 상기 권취 튜브의 내부 표면 모두에서 발생될 수 있다.
실시예
대기압 글로우 방출 시스템에서 본 발명의 전극들의 사용의 실시예는 하기의 도 11 및 도 12와 표 1을 참조로 하여 설명되어 있다.
도 11은 가요성 기판이 본 발명의 전극들을 통합하는 출원인의 공동 계류중인 특허 출원 WO 03/086031호에 설명되어 있는 타입의 조립체를 사용하여 플라즈마 처리되는 방법을 도시한다. 각각의 전극 한쌍은 상기 도 5b에 설명된 타입이며, 1.2m 너비와 1m 길이이고 내부 벽(67)과 후방 벽(6a)(도 5b) 사이에 대략 24mm의 두께(d)를 갖는 소금물(brine) 용액(염화 나트륩(sodium chloride) 중량 2%)을 포함한다. 상기 조립체를 통해서 기판을 운송하는 수단은 가이드 롤러(170, 171, 172)의 형태로 제공된다. 분무된 용액을 플라즈마 존내로 도입하기 위한 공정 가스 입구(175), 조립체 리드(176) 및 초음파 노즐(174)이 제공된다. 상기 공정 가스 입구(175)는 대안적으로 측면(도 11에 도시된 바와 같이) 대신에 상기 조립체 리드에서 사용될 수 있다.
사용시에, 가요성 기판은 가이드 롤러(170)를 거쳐서 운송되며, 그로 인해 소금물 전극들(120a, 126a) 사이의 플라즈마 존(125)을 통해서 가이드된다. 상기 플라즈마 존(125)내의 플라즈마는 깨끗한 헬륨 플라즈마이며, 즉 어떠한 반응제도 플라즈마 존(125)내로 도입되지 않는다. 상기 헬륨은 입구의 경로에 의해서 상기 시스템내로 도입된다. 리드(176)는 헬륨이 공기 보다 가벼울때에 헬륨의 이탈을 방지하기 위해서 상기 시스템의 상부 위에 배치된다. 플라즈마 존(125)을 떠나면, 플라즈마 세척된 기판은 가이드(171)를 거쳐서 통과하며, 롤러(172)를 거처셔 전극들(126b, 120b) 사이의 플라즈마 존(160)을 통해서 아래로 도입되며, 이어서 추가의 처리를 위해서 동일한 타입의 추가 유닛으로 지나갈 수 있다. 그러나, 플라즈마 존(160)은 반응성 전구체(precursor)의 도입에 의해서 상기 기판을 위한 코팅부를 발생시킨다. 상기 반응성 전구체는 재료를 만드는 기체, 액체 및/또는 고체 코팅부를 포함할 수 있지만, 양호하게는, 네브라이저(nebuliser)(174)를 통해서 액체나 고체 형태로 도입되는 재료를 만드는 액체 및 고체 코팅부이다. 코팅된 반응제가 액체나 고체인 사실의 중요한 측면은 상기 분무된 용액이나 고체가 플라즈마 존(160)을 통해서 중력하에 이동하며, 이러한 코팅부가 플라즈마 존(125)에서 발생하지 않을때에 플라즈마 존(125)으로부터 분리된다는 것이다. 이어서, 코팅될 기판은 플라즈마 존(160)을 통해서 지나가서 코팅되고 롤러(172)를 거쳐서 운송되며, 후속하여 예를 들면, 부가의 플라즈마 처리로서 수집되거나 추가 처리된다.
분무된 용액 전구체는 용액의 경우에 전구체 물방울의 안개(mist)를 발생시키는 네브라이저(174)로부터 플라즈마 존(160)으로 도입된다. 상기 전구체 물방울은 화학적 구조가 상기 전구체에 직접 및 밀접하게 관련된 코팅부를 발생시키기 위해서 상기 플라즈마 및 기판과 상호작용한다. 상기 네브라이저(174)는 초음파로 작동되며, 용액 흐름은 용액 질량 흐름 제어기(MFCs)를 사용하여 제어된다. 상기 플라즈마는 한 쌍의 인접한 전극들 사이의 갭을 지나는 큰 전위를 적용함으로써 발생된다. 높은 전압이 출력에 대한 높은 전압의 변압기(transformer)를 갖는 다양한 주파수의 제너레이터(generator)로부터 상기 전극들에 적용되었다. 이러한 제너레이터로부터의 최대 동력은 4kV RMS(평균 제곱근(root mean square))의 최대 전압과 10 내지 100kHz 범위의 주파수를 갖는 10kW이다. 처리중에 기록된 전기 측정은 제너레이터 그 자체로부터, 및 상기 전극들상에 장착된 전압 및 전류 프로브들로부터 얻어졌다. 각각의 전극들은 1.2m 너비와 1m 길이였다. 고압 공기 에어 나이프들(air knives)은 전극 온도들이 80°C 이하로 유지되는 것을 보증하기 위해서 상기 냉각 핀에 관련된 상기 전극의 후방 벽을 냉각시키기 위해서 사용되었다.
글로우 방전 작용
유전체 배리어 방전은 필라멘트(filamentary)나 글로우 방전으로 존재한다. 필라멘트 방전은 전기장 전위나 전하 밀도에서 국부적인 비-균일성(non-uniformities)이 매우 짧은 시간 기간(대략 2 내지 5 나노세컨드(nanoseconds) 기간) 에 걸쳐서 높게 집중된 전류 방전을 국부화시키거나 리드하기 위해서 상기 가스의 이온화(ionization)를 발생시킬때에 발생한다. 이러한 타입의 방전은 필라멘트 방전의 국부적으로 강한 특성에 기인하여 균일하지 않은 코팅부를 생성하거나 상기 기판을 손상시킬 수 있다. 적합한 전극 구조, 가스 조성 및 동력/주파수 상태를 조합하는 본 발명에 따른 전극들의 선택은 대기압 유전체 배리어 방전이 상기 플라즈마가 상기 전극들의 너비를 지나서 균일하게 형성되는 글로우 방전 모드에서 발생할 수 있다는 것을 보증한다. 이것은 상당히 많은 균일한 코팅부의 형성을 발생시키는 2 내지 10 마이트로세컨드 기간동안 상기 필라멘트 방전 보다 훨씬 더 긴 전류 방전을 리드한다.
본 실시예에서, 대기압 조립체에서의 상기 전류 방전은 트래킹(tracking)과 측정이 후속하게 된다. 고속 포토다이오드(photodiode)를 사용하는 상기 플라즈마로부터 빛이 발산되었다. 도 12는 1000W, 분당 10 리터 헬륨의 상태하에서 상기 플라즈마가 발생하는 포토다이오드 출력을 도시한다. 상기 출력은 글로우 방전 모드 작동을 명확히 나타내는 1 내지 3 μs 사이의 기간에서 전류 피크(peaks)를 도시한다.
소수성 코팅(hydrophobic coating)
상술된 장치는 플라즈마 존(160)을 통해서 지나갈때에, 폴리에틸렌 테레프탈염산(polyethylene terephtahlate)(PET) 부직포(non-woven) 기판상으로 증착되는 테트라메틸시클로테트라실록산(tetramethylcyclotetrasiloxane)을 조합하여 사용되었다. 상기 PET는 처리전에 매우 소수성이었다.
소수성 반응은 워터에서 이소프로필(isopropyl) 알콜(IPA)이 다른 농도를 갖는 프로브 용액을 사용하는 후-처리(post-treatment)를 측정하였다. 대략 400 내지 1000 μl/min의 전체 전구체 유동률, 5 내지 9kW 사이의 동력 및 2 내지 10m/min 사이의 기판 속도, 스케일에 대한 레벨 5까지의 수소성 반응을 사용하면, 상기 기판의 어떠한 다른 물리적 특성에 대해서도 불리한 영향을 미치지 않고 달성된다.
[표 1] : PET 기판의 수소성 반응을 측정하는데 사용되는 스케일
프로브 용액 수소성 스케일
워터 1
98%H2O / 2%IPA 2
95%H2O / 5%IPA 3
90%H2O / 10%IPA 4
80%H2O / 20%IPA 5

Claims (18)

  1. 실질적으로 동등거리로 이격 배치된 적어도 한 쌍의 전극들(2)을 포함하고, 상기 전극들 사이의 이격 배치는 공정 가스(process gas)의 도입에 따라 플라즈마 존(8)을 형성하도록 채택되고, 또한 요구되는 곳에서는 기체, 액체 및/또는 고체 전구체(precursor)(들)을 통과하게 하는 플라즈마 글로우 방전(plasma glow discharge) 및/또는 유전체 배리어(dielectric barrier) 방전 발생 조립체(1)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극들(2)은 내부 벽(5) 및 외부 벽(6)을 구비하는 하우징(20)을 포함하며, 상기 내부 벽(5, 6)은 비-다공성 유전체 재료로 형성되며, 상기 하우징(20)은 적어도 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료를 실질적으로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체(1).
  2. 제 1항에 있어서, 다수 쌍의 전극들(2)이 제공되는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료는 극성 솔벤트(polar solvent)인 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 극성 솔벤트는 워터, 알콜 및/또는 글리콜(glycol)인 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 비-금속의 전기 전도성 재료는 염 용액(salt solution)인 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 적어도 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료는 전도성 폴리머 페이스트(polymer paste)와, 전도성 접착제(adhesive)로부터 선택되는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전도성 폴리머 페이스트와, 전도성 접착제는 경화 가능한(curable) 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 하우징(20)은 입구(3) 및 출구(4)를 가짐으로써, 비-금속의 전기 전도성 재료가 입구(3) 및/또는 출구(4)에 의해서 상기 전극(2)내로 도입되고 그것으로부터 제거될 수 있는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 후방벽(6)은 히트 싱크(heat sink)인 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 각 전극의 기능적인 크기는 상기 비-금속의 전기 전도성 재료의 도입과 제거에 의해서 변화되는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  11. 제 8항에 있어서, 하나 이상의 냉각 코일(25)이나 냉각 핀(30)은 상기 전도성 액체와 조립체(1)를 냉각시키기 위해서 상기 후방벽(6, 6a)에 고정되는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들(2)은 동심 실린더(32, 34)의 형태인 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 각 전극(2)은 입방형(cuboidal)이며, 상기 적어도 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료를 수용하도록 채택된 챔버(11b)를 구비하는 하우징을 포함하며,
    상기 전극(2)은 히트 싱크로서 기능을 하도록 채택된 금속 후방판(6a)으로부터 떨어진 단일 섹션의 유전체 재료(67)로부터 만들어지는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체.
  14. 제 1 및 제 2 쌍의 평행하게 이격 배치된 평면 전극들(120a, 126a 및 126b, 120b)을 포함하며,
    상기 각각의 제 1 및 제 2 쌍의 전극들 사이의 이격 배치는 제 1 및 제 2 플라즈마 존(25, 60)을 형성하는 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 대기압 플라즈마 조립체에 있어서,
    상기 조립체는 상기 제 1 및 제 2 플라즈마 존(25, 60)을 통해서 기판(70, 71, 72)을 연속적으로 운송하는 수단과, 기체 또는 분무된 액체 및/또는 고체 코팅 제조 재료들을 상기 제 1 또는 제 2 플라즈마 존으로 도입하도록 채택된 분무기(atomiser)(74)를 추가로 포함하는 대기압 플라즈마 조립체.
  15. 필름, 웨브(webs), 부직포(non-woven) 및 직포 직물 및/또는 금속 포일(foil)의 처리를 위한 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 조립체의 사용 방법.
  16. 분말 및 특정 재료들의 처리를 위한 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 조립체의 사용 방법.
  17. 실질적으로 등거리로 이격 배치된 한 쌍의 전극에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극(2)은 내부 벽(5) 및 외부 벽(6)을 구비하는 하우징(20)을 포함하며, 상기 내부 벽(5)은 비-다공성 유전체 재료로 형성되고, 상기 하우징(20)은 적어도 실질적으로 비-금속의 전기 전도성 재료를 실질적으로 유지하는 것을 특징으로 하는 실질적으로 등거리로 이격 배치된 한 쌍의 전극.
  18. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체로 기판을 플라즈마 처리하는 방법에 있어서,
    상기 전극들(2) 사이의 플라즈마에 영향을 미침으로써 형성되는 플라즈마 존(8)을 통해서 상기 기판이 통과하는 단계를 포함하는 플라즈마 글로우 방전 및/또는 유전체 배리어 방전 발생 조립체로 기판을 플라즈마 처리하는 방법
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