KR20090007721A - 대기압 플라스마 발생장치 및 발생방법 - Google Patents

Abstract

기판(2, 22)과, 기판상에 배치된 안테나(3, 17, 26, 38)와, 안테나의 근방에 배치된 방전관(4, 18, 28, 37)과, VHF대의 고주파전력을 안테나에 공급하는 고주파전원(8)과, 고주파전원으로부터의 고주파를 입력하여 반사파를 조정하는 정합 회로(7)를 구비한 대기압 플라스마 발생장치에서, 정합 회로(7)와 안테나(3, 17, 26, 38) 사이에 위상회로(6)를 접속하고, 위상회로(6)의 회로정수를 정재파의 전류 진폭의 최대치의 위치, 혹은 정재파의 전압 진폭의 최소치의 위치가 안테나 근방이 되도록 설정함으로써, 효율 좋게 플라스마를 발생시키면서도 소형화가 가능하게 하였다.

플라스마, 발생장치, 위상회로, 회로정수, 정재파, 전류, 진폭, 최대치, 근방,

Description

대기압 플라스마 발생장치 및 발생방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING ATMOSPHERIC-PRESSURE PLASMA}

본 발명은 기판상에 배치된 안테나에 고주파전력을 공급하고, 안테나 금방에 배치된 방전관에 가스를 도입해서, 대기압 하에서 유도결합형 플라스마를 생성하는 대기압 플라스마 발생장치 및 발생방법에 관한 것이다.

종래, 진공 플라스마 발생장치나 대기압 플라스마 발생장치는 장치가 대형이므로 로봇에 탑재하여 가동시키는 장치에 적용하기는 불가능하였으나, 근년, 대기압 하에서 유도결합형 플라스마를 생성해서 플라스마 제트(plasma jet)로 불어내는 소형의 대기압 플라스마 발생장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

이 대기압 플라스마 발생장치는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 기판(41)과, 기판(41)상에 배치된 파형(波形) 형태의 마이크로 안테나(42)와, 마이크로 안테나(42)의 근방에 배치된 방전관(43)을 구비한 플라스마 칩(40)을 이용하여, 방전관(43)의 일단에서 가스공급수단(44)에 의해 가스를 공급하고, 고주파전원(45)(도 21 참조)에서 마이크로 안테나(42)에 대해 VHF대(30~500㎒)의 고주파전력을 공급함으로써 대기압에서 소 전력으로 방전관(43) 내의 미소공간에 양호하게 안정된 플라스마(P)를 발생시켜서, 마이크로 플라스마 제트에 의해 불어내는 것이다.

또, 도 21에 도시하는 바와 같이, 마이크로 안테나(42)와 고주파전원(45) 사이에는, 마이크로 안테나(42)로부터의 반사파를 조정하여, 반사파에 의해 마이크로 안테나(42)에 투입되는 투입전력이 저하하는 것을 방지하여 플라스마를 안정되게 효율적으로 발생하기 위한 정합 회로(46)가 접속된다. 정합 회로(46)는, 도 21의 예에서는 고주파전원(45)에 대해서 병렬로 접속된 LOAD 측의 리액턴스 소자(47)와, 그 일단이 마이크로 안테나(42)와의 사이에 접속되는 TUNE 측의 리액턴스 소자(48)에 의해 구성되어 있다. 도 21의 예에서는 리액턴스 소자(47, 48)는 모두 가변 콘덴서로 구성되어 있으나, 고정 혹은 가변 콘덴서나, 또는 인덕턴스를 이용하는 구성으로 할 수도 있다. 또, 도 21 중 L은 마이크로 안테나(42)의 인덕턴스 성분, R은 회로의 저항성분이다.

또, 진공처리실 내에 가스를 도입하고, 대향 배치한 한 쌍의 전극 사이에 고주파를 인가해서 플라스마를 발생하여, 일방의 전극 상에 배치한 피 처리물을 에칭처리를 하는 플라스마 발생장치에서의 에칭처리의 선택성을 확보하기 위해서, 구체적으로는, 이온이 주체가 되어 에칭처리가 진행되는 산화 막으로 이루어지는 절연막에 대해서 래디컬과 이온의 양방에 의해 에칭이 진행되는 폴리 실리콘의 에칭처리가 선택적으로 이루어지게 하기 위해, 절연막의 에칭에 크게 기여하는 이온에너지를 작게 하도록, 전극 상에서의 고주파 바이어스가 작아지도록 고주파 공급경로 내에서 발생하는 정재파(定在波, stationary wave)의 최소진폭위치를 전극위치에 맞추는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

또, 특허문헌 2에는, 사용하고 있는 주파수는 RF 주파수대의 13.56㎒이며, 정재파의 최소진폭위치를 전극위치에 맞추는 방법으로는 고주파 정합기와 전극 사이의 케이블 길이를 조정하는 방법이 기재되어 있다. 이 경우, 정재파의 진폭을 조정하기 위해 케이블 길이가 수 m가 된다는 문제가 있다.

또, 상기 특허문헌 2에는 고주파 급전경로에 위상조정기를 삽입한 구성도 기재되어 있으나, 고주파전원과 고주파 정합기 사이에 개재하여 위상조정기의 위상 양을 조정하는 것으로 되어 있어서, 조정이 곤란하다는 문제가 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특허 제3616088호 명세서

특허문헌 2 : 일본국 특개 2002-373883호 공보

그러나 상기 특허문헌 1에서는 대기압에서 소 전력으로 미소공간에 안정된 플라스마를 생성하기 위해, 미소한 방전관 중에서 이온 및 전자의 일부를 포착할 수 있는 VHF대를 이용하고, 또한, 안테나에 흐르는 전류에 의해 발생하는 전자계를 이용하는 유도결합방식으로 효율 좋게 전력을 공급함으로써 고주파 플라스마로 이루어지는 플라스마 제트를 소 전력으로 안정되게 생성한다고 하는 원리 및 실험내용에 대해서는 개시되어 있으나, 저소비전력으로 효율 좋게 플라스마를 발생시키면서도 소형화하는 기술에 대해서는 여전히 불충분하다고 하는 문제점을 가지고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는 50W 이하에서 실험을 한 내용을 개시하고 있으나, 가공이나 표면 개질 등으로 응용 발전을 하는 경우에는, 동일한 전력을 사용하면서 발생하는 마이크로 플라스마 제트의 플라스마 밀도를 충분히 높게 할 필요가 있다고 하는 문제가 있다.

한편, 상기 특허문헌 2에 개시된 기술은, 기본적으로는 평행평판방식의 플라스마 처리에 관한 것이고, 사용하는 주파수도 RF 주파수대이며, 목적도 처리의 선택성을 높이기 위해서 전극 상에서의 고주파 바이어스가 작아지도록 하는 것으로, 상기 문제의 해결수단을 시사하는 것은 아니다. 또, 케이블 길이의 조정에 의해 정재파의 최소진폭위치를 조정하는 방법이 개시되어 있으나, 이 방법으로는 VHF대의 주파수를 이용하는 경우에서도 케이블 길이는 수십 ㎝나 되며, 예를 들어, 한 변이 10㎝ 정도의 박스 내에 장치를 수용하는 소형화를 달성할 수 없다는 문제도 있다. 또, 위상조정기를 이용한 구성에서도, 고주파전원과 고주파 정합기 사이에 개재되어 있으므로 상기와 같은 조정이 곤란하다고 하는 문제가 있다.

또, 상기 특허문헌 1에 개시된 플라스마 칩(40)을 이용하여 마이크로 플라스마를 발생시킨 경우에는 마이크로 안테나(42)의 온도가 상승하여, 장시간의 플라스마 발생에서는 마이크로 안테나(42)가 기판(41)으로부터 유리되어 방열상태가 나빠져서, 마이크로 안테나(42)의 패턴 부분이 소손될 우려가 있고, 또, 마이크로 안테나(42)의 온도가 상승하면 저항이 커짐에 따라서 정합 회로의 균형이 붕괴하여 마이크로 안테나(42)로부터의 반사파가 크게 변하고, 마이크로 안테나(42)에 공급되는 전력이 저하하여 플라스마의 강도가 저하한다는 문제도 있다.

또, 정합 회로(46)를 설치한 구성에서 회로를 구성하는 인덕턴스 소자 및 콘덴서 소자 등의 리액턴스 소자도 발열하며, 그 발열에 의해 정합 회로(46)의 회로정수가 변화해서 플라스마(P)를 안정되게 효율적으로 발생시킬 수 없다는 과제도 있다.

또한, 마이크로 안테나(42)와 정합 회로(46)를 접속하는 배선에서의 발열도 크므로, 배선의 저항이 변화해서 정합 회로(46)의 회로정수가 변화하여, 플라스마(P)를 안정되게 효율적으로 발생시킬 수 없다는 문제도 있다. 또, 배선에서의 발열의 영향을 방지하기 위해서는 배선에서 발생한 열을 방출시키는 방법과 배선 자체를 짧게 하는 방법을 생각할 수 있으나, 이들을 실현할 수 있는 구성은 제안되어 있지 않다.

그래서 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, VHF대의 고주파전력을 사용한 유도결합형 플라스마를 생성하는 대기압 플라스마 발생장치에서 더 좋은 효율로 플라스마를 발생시키면서도 소형화가 가능한 대기압 플라스마 발생장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 정합 회로 등의 회로를 구성하는 리액턴스 소자, 안테나 및 배선의 발열에 의해 회로정수가 변화하는 것으로 방지하여 플라스마를 안정적이고도 효율적으로 발생시킬 수 있고, 또한, 콤팩트한 구성을 실현할 수 있는 대기압 플라스마 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치는, 기판과, 기판상에 배치된 안테나와, 안테나의 근방에 배치된 방전관과, VHF대의 고주파전력을 안테나에 공급하는 고주파전원과, 고주파전원으로부터의 고주파를 입력하여 반사파를 조정하는 정합 회로와, 정합 회로와 안테나 사이에 접속된 위상회로를 구비하며, 위상회로는 그 회로정수를, 정재파(定在波)의 전류 진폭의 최대치의 위치가 안테나 근방이 되도록, 혹은 정재파의 전압 진폭의 최소치의 위치가 안테나 근방이 되도록 설정한 것이다.

또, 본 발명의 대기압 플라스마 발생방법은, 기판상에 배치된 안테나에 VHF대의 고주파를 공급하고, 안테나의 근방에 배치된 방전관에 가스를 도입하여 플라스마를 생성하는 공정과, 정합 회로에 의해 고주파전원으로의 반사파의 입력을 0 근방으로 조정하는 공정과, 정합 회로와 안테나 사이에 개재한 위상회로의 회로정수를, 정재파의 전류 진폭의 최대치의 위치가 안테나 근방에 위치시키거나, 또는, 정재파의 전압 진폭의 최소치의 위치가 안테나 근방에 위치시키도록 조정하는 공정을 갖는 것이다.

본 발명의 이상의 구성에 의하면, 플라스마의 발생에 크게 기여하는 것은 안테나에 흐르는 전류라는 점에서, 정합 회로와 안테나 사이에 위상회로를 개재시켜, 위상회로에 의해 정재파의 전류 진폭의 최대치의 위치가 안테나 근방에 위치하도록 하였으므로, 투입전력을 효율 좋게 안테나에 흐르는 전류로서 공급하여 효율 좋게 플라스마를 발생시킬 수 있다. 또, 고주파에서는 전압의 정재파와 전류의 정재파는 위상이 180도 다르므로, 정재파의 전압 진폭의 최소치의 위치가 안테나 근방에 위치시키도록 해도 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

위상회로는, 정합 회로의 일방과 안테나의 일방의 단자 사이에 배치한 제 1 리액턴스 소자와 그 사이를 접속하는 통전로의 어느 일방 또는 양방과, 정합회로의 타방과 안테나의 타방의 단자 사이에 배치한 제 2 리액턴스 소자와 그 사이를 접속하는 통전로의 어느 일방 또는 양방에서 구성할 수 있다. 즉, 이들 리액턴스 소자와 소요 길이의 통전로 중 어느 일방 또는 양방에 의해 정재파의 진폭 위치를 조정할 수 있다. 리액턴스 소자를 이용하면 더 콤팩트하게 구성할 수 있으나, 소요 길이의 통전로를 개선하여 콤팩트하게 배치해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제 1 리액턴스 소자 및 제 2 리액턴스 소자는 각각 고정 인덕턴스와 가변 인덕턴스와 고정콘덴서와 가변콘덴서 중 적어도 하나로 구성할 수 있다.

또, 위상회로의 제 1 및 제 2 리액턴스 소자와, 각각 직렬로 접속된 정합 회로의 소자를 결합하여, 이들 리액턴스 소자를 하나의 리액턴스 소자로 구성할 수 있다.

또, 정합 회로 및 위상회로를 구성하는 소자를 상기 기판상에 배치하면 대기압 플라스마 발생장치 전체의 소형화를 실현할 수 있고, 또한, 전파법이나 안전상의 문제를 해결하면 작업자가 손에 들고 작업할 수 있는 장치에도 응용 전개가 가능하다.

또, 상기 안테나는 기판상에 패턴 형성한 것에 한정되지 않으며, 상기 기판상에 입체적인 코일을 배치한 구성으로 해도 좋다.

또, 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치는, 안테나와, 안테나의 근방에 배치되며 일단에 가스가 공급되는 방전관과, 안테나에 고주파전력을 공급하는 고주파전원과, 안테나와 고주파전원 사이에 설치되며 안테나로부터의 반사파를 조정하는 정합 회로와, 안테나와 정합 회로 사이에 설치되며, 안테나 근방의 위상을 조정하는 위상회로를 구비하며, 안테나를 기판상에 배치하는 동시에, 상기 기판상에 1 또는 복수의 다른 기판을 적층하여 적층기판을 구성하고, 정합 회로 또는 위상회로를 구성하는 평면형상의 리액턴스 소자를, 적층기판상에 배치하거나, 또는 적층기판에서의 기판의 사이에 삽입하여 배치한 것이다. 또, 위상회로를 구비하지 않는 구성에서도 상기와 동일하게 구성할 수 있다.

이 구성에 의하면, 정합 회로나 위상회로를 구성하는 리액턴스 소자를 평면형상으로 하여 적층기판상에 배치하거나, 또는 적층기판에서의 기판의 사이에 삽입하여 배치함으로써, 리액턴스 소자에서 발생한 열을 기판을 통해서 원활하고도 효과적으로 외부로 방열할 수 있다. 이에 의해, 리액턴스 소자의 고온화에 의해 정합 회로나 위상회로의 회로정수가 변화하는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해 안테나에 고주파전력을 안정적으로 입력시킬 수 있어서, 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있으면서도, 평면형상의 리액턴스 소자를 적층기판의 기판 사이에 삽입한 구성이므로 콤팩트한 구성을 실현할 수 있다.

또, 안테나를 배치한 기판상에 정합 회로를 구성하거나, 또는 정합 회로와 위상회로를 구성하는 입체형상의 리액턴스 소자를 배치하고, 이 입체형상의 리액턴스 소자를 기판에 의해 접촉상태로 피복하여 적층기판 내에 내장시키면, 입체형상의 리액턴스 소자의 발열도 당해 소자를 배치한 기판과 당해 소자를 피복하는 기판을 통해서 효과적으로 방열할 수 있어서, 마찬가지로 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있다.

또, 적층기판 내에 안테나와, 방전관과, 정합 회로와 위상회로의 양자 또는 위상회로 만과, 그들을 접속하는 배선, 및 전력공급용 동축케이블을 접속하는 동축 커넥터를 내장시키면, 주요부의 외관이 블록형상의 적층기판만으로 이루어져 있는 콤팩트한 구성의 대기압 플라스마 발생장치를 제공할 수 있고, 여기에 가스를 공급하는 튜브와 고주파전력을 공급하는 동축케이블을 접속하는 것만으로 플라스마 처리를 할 수 있게 되어, 각종 플라스마 처리를 안정적이고도 효율적이면서 간단하고도 용이하게 할 수 있다.

또, 평면형상의 안테나를 적층기판에서의 기판의 사이에 삽입 배치하고, 안테나가 삽입되는 기판상에 평면형상의 리액턴스 소자를 배치하면, 안테나가 기판 사이에 삽입되어 있으므로 안테나에서 발생한 열을 효과적으로 방열할 수 있고, 안테나에 고주파전력을 효율적이고도 안정적으로 입력시킬 수 있어서, 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있는 동시에, 그 기판을 공용으로 사용하여 편평한 형상의 리액턴스 소자를 배치하고 있으므로, 기판의 면적과 수량도 줄일 수 있어서 한층 콤팩트하게 구성할 수 있다.

또, 방전관과 그 주위에 복수 감긴 안테나를 적층기판에서의 기판 사이에 삽입 배치하고, 방전관과 안테나를 삽입하는 기판상에 평면형상의 리액턴스 소자를 배치함으로써, 방전관에 감겨서 형성된 안테나를 이용하는 경우에도 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

또, 상기 리액턴스 소자가 기판상에 도체를 와권(渦卷) 형상으로 배치한 인덕턴스 소자인 경우, 인덕턴스 소자는 열을 발생하기 쉬우나, 그 인덕턴스 소자를 평면형상으로 하여 적층기판에서의 기판 사이에 삽입 배치함으로써, 발생한 열을 기판을 통해서 원활하게 효율적으로 외부로 방열할 수 있어서, 특히 큰 효과를 얻을 수 있다.

또, 기판상에 설치한 배선을 적층기판에서의 기판의 사이에 삽입해서 배치하면, 배선에서 발생한 열도 기판을 통해서 효과적으로 방열할 수 있으므로, 마찬가지로 정합 회로나 위상회로의 회로정수가 변화하는 것을 방지할 수 있어서, 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있다.

또, 적층기판에서의 기판에 형성된 상호 접속할 배선의 접속부가 상호 중첩되도록 배치하여, 기판을 상호 압접 상태로 결합해서 접속부를 접속하면, 적층기판을 구성하는 기판을 압접 상태로 결합하는 것만으로 회로의 전기적 접속이 이루어지게 되므로, 간단한 구성으로 간단하게 조립할 수 있어서, 콤팩트하게 염가의 구성을 실현할 수 있다.

또, 기판을 알루미나, 사파이어, 알루미나 이트라이드(aluminum nitride), 실리콘 나이트라이드(질화규소), 질화붕소 및 탄화규소로 이루어지는 군에서 선택된 재료로 구성하면 기판의 열 전도성이 높고, 높은 방열성능을 얻을 수 있다.

또, 이상의 대기압 플라스마 발생장치를 로봇장치의 X, Y, Z방향으로 이동 가능한 가동 헤드에 탑재하면 콤팩트하며 매우 범용성이 높은 플라스마 처리장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 실시 예 1의 요부 구성을 나타내는 사시도이다.

도 2는 실시 예 1의 개략 회로구성도이다.

도 3은 실시 예 1의 일 구체회로 구성도이다.

도 4는 정재파의 설명도이다.

도 5는 실시 예 1의 각 실험 예의 전압 진폭을 나타내는 그래프이다.

도 6은 실시 예 1의 다른 구체회로 구성도이다.

도 7은 실시 예 1의 또 다른 구체회로 구성도이다.

도 8은 실시 예 1의 변형 구성 예의 요부 구성을 나타내는 요부 사시도이다.

도 9는 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 실시 예 2의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 10은 실시 예 2의 정면도이다.

도 11은 실시 예 2의 제 1 기판의 상면도이다.

도 12 A~도 12 B는 실시 예 2의 제 2 기판을 나타내며, 도 12 A는 상면도, 도 12 B는 하면도이다.

도 13은 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 제 3 실시 예의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 14는 실시 예 3의 제 4 기판을 하방에서 본 사시도이다.

도 15는 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 제 4 실시 예의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 16은 실시 예 4의 제 1 기판의 상면도이다.

도 17은 실시 예 4의 방전관과 안테나를 나타내는 사시도이다.

도 18은 실시 예 4의 제 2 기판을 하방에서 본 사시도이다.

도 19는 플라스마의 발광강도의 측정방법을 나타내는 사시도이다.

도 20은 종래 예의 대기압 플라스마 발생장치의 요부 구성을 나타내는 사시도이다.

도 21은 정합 회로의 구성 예의 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해서 설명한다.

(실시 예 1)

먼저, 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 실시 예 1에 대해서 도 1 ~ 도 8을 참조하여 설명한다.

본 실시 예의 대기압 플라스마 발생장치(1)에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 알루미나 제의 기판(2) 상에 복수 감긴 파형(波形) 형상의 안테나(3)를 형성하고, 이 안테나(3) 근방에 방전관(4)을 배치하고 있다. 기판(2)은, 도시한 예에서는 상면에 안테나(3)를 배치하고 하면에 방전관(4)을 형성하는 홈을 형성한 상부기판(2u)과, 상부기판(2u)의 하면에 접합된 하부기판(2d)으로 구성되어 있다. 또, 본 발명에서의 방전관(4)이란, 이와 같이 통 형상의 방전공간을 형성하는 구성요소를 의미하고 있으며, 반드시 외주 면과 내주 면을 갖는 파이프나 튜브에 한정되는 것은 아니다. 또, 안테나(3)는 플라스마가 분출하는 방전관(4)의 일단 개구가 면하는 기판(2)의 일 측 변(2a)에 근접해서 배치되어 있다.

안테나(3)에 고주파전력을 투입하기 위해, 안테나(3)의 한 쌍의 단자(5a, 5b)에는 도 2에 도시한 것과 같이 위상회로(6)와 정합 회로(7)를 개재하여 고주파전원(8)이 접속되어 있다. 고주파전원(8)은 예를 들어 30 ~ 500㎒ 정도의 주파수의 VHF대의 고주파를 출력하는 것이며, 출력은 20 ~ 100W 정도이다. 또, 안테나(3)의 리액턴스 성분(L)은 본 구체 예에서는 30nh이며, 회로의 내부저항(R)이 400mΩ이다.

정합 회로(7)는 고주파전력을 안테나(3)에 입력한 때에 발생하는 반사파의 고주파전원(8)으로의 입력을 0 근방으로 조정하는 것이며, 구체적으로는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 고주파전원(8)에 병렬로 접속되는 LOAD소자로서의 가변콘덴서(9)와, 고주파전원(8)과 안테나(3) 사이에 직렬로 접속되는 TUNE소자로서의 가변콘덴서(10)에 의해 조정 가능하게 구성되어 있다. 물론, 정합 회로(7)를 콘덴서와 인덕턴스의 조합에 의해 구성해도 좋다.

위상회로(6)는 도 4에 도시하는 바와 같이 고주파전원(8)으로부터 안테나(3)를 향해서 입력되는 진행파와 안테나(3)로부터의 반사파가 복합해서 고주파공급경로에 형성되는 정재파의 배(진폭이 최대인 부분)와 마디(진폭이 최소인 부분)의 위치를 조정하는 것이다. 본 실시 예의 구체 예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 정합 회로(7)의 LOAD 측 단자와 안테나(3)의 일단 사이에 접속되는 제 1 리액턴스 소자(A 소자)를 고정콘덴서(11)에 의해서, 정합 회로(7)의 TUNE 측 단자와 안테나(3)의 타단 사이에 접속되는 제 2 리액턴스 소자(B 소자)를 고정 인덕턴스(12)에 의해서 각각 구성하고 있다. 이들 제 1 리액턴스 소자(A 소자)와 제 2 리액턴스 소자(B 소자)는 각각 고정 인덕턴스, 가변 인덕턴스, 고정 콘덴서, 가변 콘덴서 중 적어도 하나에 의해 임의로 구성할 수 있다.

또, 실제의 회로구성에 있어서는 정합 회로(7)의 LOAD 소자(9)와 TUNE 소 자(10)를 가변소자로 구성하고, 위상회로(6)의 제 1 리액턴스 소자(A 소자)와 제 2 리액턴스 소자(B 소자)를 고정 리액턴스 소자로 구성하여, 정합 회로(7)의 LOAD 소자(9)와 TUNE 소자(10)를 적당한 조정 값으로 가 설정한 상태에서, 정재파의 전류진폭의 배가 안테나(3)의 근방에 위치하도록 위상회로(6)의 제 1 리액턴스 소자(A 소자)와 제 2 리액턴스 소자(B 소자)를 선택하고, 그 후 정합 회로(7)의 LOAD 소자(9)와 TUNE 소자(10)를 가변하여 미세조정을 하도록 하면 조정이 용이하므로 바람직하다.

본 실시 예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(2) 상에 정합 회로(7)의 LOAD 소자(9)와 TUNE 소자(10) 및 위상회로(6)의 제 1 리액턴스 소자(A 소자)와 제 2 리액턴스 소자(B 소자)를 탑재하고, 기판(2) 상에 형성한 회로패턴 13a, 13b, 13c에 의해 회로 접속이 되어 있다.

이상의 구성에서, 방전관(4) 내에 기판(2)의 일 변 측 2a와는 반대 측의 타단 개구로부터 가스를 도입하고, 고주파전원(8)으로부터 기판(2) 상의 회로패턴 13a, 13b 사이에 VHF대의 고주파전력을 공급하면, 위상회로(6)에서 정재파의 전류의 진폭의 최대치가 안테나(3) 근방에 위치하도록 조정되어 있으므로, 고주파전원(8)으로부터의 투입전력이 안테나(3)에 흐르는 전류로서 효율 좋게 공급되며, 그 결과 효율 좋게 플라스마를 발생시킬 수 있다. 게다가 기판(2) 상에 안테나(3)와 위상회로(6) 및 정합 회로(7)가 배치되어 있으므로, 장치를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 예를 들어 한 변이 10㎝ 정도의 박스 내에 장치를 수용하는 소형화를 달성할 수도 있게 된다.

여기서, 위상회로(6)의 실험 예에 대해서 도 5와 표 1을 참조하여 설명한다.

실험 예	A 소자	B 소자	c점에서의 전압 진폭 (V)	발광강도 (arb.unit)
E	10㎊	100nH	100V	55000
F	22㎊	54nH	380V	착화하지 않음
G	120㎊	9.9nH	110V	60000

A 소자인 콘덴서와 B 소자인 인덕턴스의 조합으로 하여, 표 1에 나타낸 것과 같이, 10㎊와 100nH(실험 예 E), 22㎊와 54nH(실험 예 F), 120㎊와 9.9nH(실험 예 G)로 설정하고, 각각에 대해서 도 1 및 도 3에서의 a점(기준점)으로부터 각종 거리의 위치에서의 전압 진폭을 측정하였다. 도 5의 그래프 E, F, G가 각각의 실험 예 E, F, G 각각에 있어서의 전압 진폭을 나타내고 있다. 또, a점, b점, c점, d점은 도 1 및 도 3에 표시한 위치이며, c점이 안테나(3)의 근방 위치이다. 표 1에 나타내는 바와 같이, c점에서의 전압 진폭은 실험 예 E가 100V, 실험 예 G가 110V인데 대해, 실험 예 F는 380V로 높았다.

또, 상기 각 실험 예 E, F, G에 대해서 100㎒, 50W의 고주파전력을 공급하고, 방전관에 아르곤가스를 0.7slm 도입한 상태에서의 플라스마의 발생강도를 측정하였다. 그 결과, 실험 예 E, G에 대해서는 각각 55000, 60000arb.unit의 높은 발광강도가 측정되었으나, 실험 예 F에 대해서는 착화하지 않았다. 이렇게 하여, 안테나(3)의 근방의 위치에서의 정재파의 전압 진폭을 최소치로 조정함으로써 소 전력에서도 높은 플라스마 밀도의 플라스마 제트를 발생시킬 수 있음을 알았다.

또, 대기압 플라스마의 발광강도의 측정은, 도 19에 도시하는 바와 같이, 발생한 플라스마(P)의 발광강도를 광파이버(14)를 통해서 분광기(미 도시)로 측정하였다.

도 1 ~ 도 5에 도시한 예에서는 제 1 리액턴스 소자(A 소자)로 고정콘덴서(11)를 사용하고 제 2 리액턴스 소자(B 소자)로 고정 인덕턴스(12)를 사용한 예를 나타내었으나, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 1 리액턴스 소자(A 소자)로 고정 인덕턴스(15)를 사용하고 제 2 리액턴스 소자(B 소자)로 고정 콘덴서(16)를 사용해도 좋다. 또한, 정합 회로(7)의 TUNE 소자가 가변콘덴서(10)로 이루어지고 제 2 리액턴스 소자(B 소자)도 콘덴서로서 동종의 소자인 경우에는, 도 7에 도시하는 바와 같이 정합 회로(7)의 TUNE 소자(10)가 제 2 리액턴스 소자(B 소자)의 기능을 갖게 하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 제 2 리액턴스 소자(B 소자)가 인덕턴스인 경우에도 정합 회로(7)의 TUNE 소자(10, 가변콘덴서)의 가변 범위가 큰 경우에는 그 기능을 TUNE 소자(10)로 대치할 수도 있다. 또한, 도시는 생략하고 있으나, 제 1 리액턴스 소자(A 소자) 및 제 2 리액턴스 소자(B 소자)를 콤팩트한 구성이 되도록 개량한 소요 길이의 통신로에 대신하여 동일한 기능을 발휘하도록 할 수도 있고, 또, 이 통신로와 리액턴스 소자를 병용할 수도 있다.

또, 도 1의 구성의 예에서는 기판(2) 상에 배치하는 안테나(3)로 기판(2)의 상면에 패턴 형성을 한 것을 예시하였으나, 도 8에 도시하는 바와 같이, 기판(2) 상에 입체적인 코일로 이루어지는 안테나(17)를 배치하고, 유리관 등으로 이루어지는 방전관(18)을 상기 입체적인 코일로 이루어지는 안테나(17) 내에 삽입한 구성으로 할 수도 있다.

이상의 실시 예 1의 대기압 플라스마 발생장치(1)에 의하면, 기판(2)상에 안테나(3)를 배치하고 있으므로 콤팩트하게 구성할 수 있고, 또, 정합 회로(7)와 안테나(3) 사이에 위상 회로(6)를 개재하여, 안테나(3) 근방에서 발생하는 정재파의 전류 진폭이 최대치 또는 전압 진폭이 최소치가 되도록 조정함으로써, 케이블의 길이를 조정하는 경우에 비해서 현저하게 콤팩트한 구성으로 안테나(3)에서 발생하는 플라스마를 거의 최대한으로 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 동일한 투입전력을 사용해서 플라스마를 발생시킨 경우에도 발생하는 플라스마의 밀도 및 발광강도를 최대한으로 강하게 할 수 있어서, 가공이나 표면 개질 등의 응용 전개를 할 수 있다. 또한, 정합 회로(7)나 위상회로(6)도 기판(2)상에 배치함으로써 대기압 플라스마 발생장치(1)의 소형화를 실현할 수 있고, 로봇에 탑재하여 가동시킬 수도 있게 되는 동시에, 전파법이나 장치의 안전상의 문제가 해결되면 작업자가 손에 들고 작업할 수 있는 장치로의 응용 전개가 가능해진다.

또, 대기압 플라스마 발생장치(1)는 화학·생화학분야에서의 각종 분석장치에 적용할 수 있는 동시에, 특히 가스 크로매트 그래피(Gas Chromatography)나 마이크로 캐피러리(Micro Capillary) 전기영동에 의한 극미량물질의 고속분리와, 레이저 유기 형광검출, 미소전극을 이용한 전기화학계측, 유도결합 플라스마 발광분광분석(ICP-OES : Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy), ICP 질량분석을 결합시킨 마이크로 화학분석시스템(μTAS : Micro Total Analysis System) 등에 적합하게 적용할 수 있다. 또, 마이크로 디바이스에 사용되는 마이크로 칩 등의 피 가공물의 국소부위의 용단(溶斷), 에칭, 박막 퇴적, 세정, 친수화 처리(親水化 處理)나 발수화 처리(撥水化 處理) 등의 가공·표면처리나, 유해물질의 고온처리 등의 다양한 분야에서 이용할 수 있다.

(실시 예 2)

다음에, 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 실시 예 2에 대해서 도 9 ~ 도 12 B를 참조하여 설명한다. 또, 이하의 실시 예의 설명에서는 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고 설명을 생략하며, 주로 다른 점에 대해서 설명한다.

본 실시 예의 대기압 플라스마 발생장치(21)는, 도 9 ~ 도 11에 도시하는 바와 같이, 알루미나 제의 제 1 기판(22)과, 제 1 기판(22) 상에 배치된 복수 회 감긴 파형 형상의 안테나(26)와, 제 1 기판(22)의 안테나(26)를 배치한 일단 측 절반 부분의 영역 상에 배치된 제 2 기판(23)과, 제 2 기판(23) 상에 배치된 제 3 기판(24)을 구비하고 있다. 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23) 및 제 3 기판(24)은 상호 압접 상태(壓接 狀態)로 나사 등의 각종 체결기구나 접착제에 의해 일체로 결합이 되어서 적층기판(25)이 구성되어 있다. 이에 의해, 안테나(26)는 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23) 사이에 삽입된 상태로 적층기판(25) 내에 내장되어 있다. 적층기판(25)을 구성하는 각 기판의 재질로는 열 전도성이 높은 알루미나, 사파이어, 알루미나 이트라이드(aluminum nitride), 실리콘 나이트라이드(질화규소), 질화붕소 및 탄화규소 등이 적합하다.

제 2 기판(23)의 하면, 즉, 제 1 기판(22)에 접하는 면의 안테나(26)의 중심축 선에 대향하는 위치에는 도 12A, 도 12B에 도시한 것과 같은 수용 홈(27)이 형성되어 있다. 수용 홈(27)에는 유전체로 이루어지는 방전관(28)이 수용 배치되며, 바람직하게는 수용 홈(27)과 방전관(28) 사이의 간극에 열 전도성이 높은 접착제나 충전제가 충전된다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 이 방전관(28)의 일단에서 가스(G)를 공급하고, 고주파전원(미 도시)으로부터 안테나(26)에 예를 들어 100㎒의 VHF대의 주파수의 고주파전력을 20~100W 정도 공급함으로써 방전관(28)의 타 단에서 플라스마(P)가 출력된다.

제 1 기판(22)의 안테나(26)를 배치하고 있지 않은 타단 측 절반 부분의 영역의 중앙에는 고주파전원(미 도시)이 접속되고, 고주파전력을 공급하는 동축케이블(29)의 선단의 케이블 측의 커넥터(30)를 접속하는 기판 측 커넥터(31)가 배치되어 있다. 이 커넥터(31)와 안테나(26)가 제 1 기판(22) 상에 형성된 배선(32)을 통해서 접속되어 있다. 배선(32)의 도중에는 도 6에 도시한 정합 회로(7)와 위상회로(6)를 구성하는 리액턴스 소자가 배치되어 있다. 안테나(26)와 배선(32)은 비 저항값이 낮은 금속, 예를 들어 동(비 저항 : 17.2nΩm(20℃), 온도계수 : 0.004/℃), 은(비 저항 : 16.2nΩm(20℃), 온도계수 : 0.004/℃), 금(비 저항 : 24.0nΩm(20℃), 온도계수 : 0.0034/℃), 알루미늄(비 저항 : 22.2nΩm(20℃), 온도계수 : 0.004/℃) 등의 금속 박판(薄板) 내지 금속 박(箔)을 타발가공 하거나 절단가공해서 구성한 것이 적합하나, 동이 가장 적합하며, 그 두께는 고주파전류가 흐르는 표면으로부터의 깊이의 2배 이상 3배 이하인 것, 예를 들어 고주파전류의 주파수가 100㎒인 경우에는 100㎛ 정도의 두께의 것이 적합하다.

본 실시 예에서는 제 2 기판(23)에 수용 홈(27)을 형성하였으나, 제 1 기판(22)에 수용 홈(27)을 형성해서 방전관(28)을 수용 배치해도 좋다.

본 실시 예에서는 정합 회로(7)는 LOAD 측의 가변콘덴서(9)와 TUNE 측의 가변콘덴서(10)로 구성되며, 이들은 모두 입체형의 리액턴스 소자이다. 또, 위상회로(6)는 LOAD 측의 가변콘덴서(9)와 안테나(26) 사이에 배치된 인덕턴스 소자(15)와 TUNE 측의 가변콘덴서(10)와 안테나(26) 사이에 배치된 고정콘덴서(16)로 구성되어 있다. 고정콘덴서(16)는 입체형상의 리액턴스 소자이나, 인덕턴스 소자(15)는 도 12 A에 도시하는 바와 같이 안테나(26)를 사이에 두고 있는 제 2 기판(23)의 상면에 와권(渦卷) 형상의 도체를 배치하여 평면형상으로 구성되고, 제 3 기판(24)과의 사이에 삽입된 상태로 적층기판(25)에 내장되어 있다.

와권 형상의 인덕턴스 소자(15)의 양단은, 도 12 B에 도시하는 바와 같이, 제 2 기판(23)을 관통하여 형성된 배선구멍(33a, 33b)을 통해서 하면 측으로 연장되어서, 하면에 설치된 접속부(34a, 34b)로 연속하고 있다. 한편, 제 1 기판(22) 상에 배치된 가변콘덴서(9)에 접속된 배선(32)의 선단의 접속부 35a와 안테나(26)의 일단에 설치된 접속부 35b가 제 1 기판(22) 상에 제 2 기판(23)을 적층하여 배치한 때에 접속부 34a, 34b와 중첩되도록 대응시키며, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23)을 압접(壓接) 상태로 적층한 때 접속부 34a와 35A, 34b와 35b가 상호 전기적으로 접속되도록 구성되어 있다.

또, 도 9에서 점선으로 나타낸 것과 같이, 대기압 플라스마 발생장치(21)는 가스(G)를 공급하는 방전관(28)의 일단과 플라스마(P)를 공급하는 방전관(28)의 타 단과 커넥터(31)의 단부만이 외면을 향하게 한 상태로 적층기판(25)을 케이스(21a) 내에 수용 배치하여 구성하고 있다.

이상의 구성의 대기압 플라스마 발생장치(21)에 의하면, 평면 형상의 안테나(26)를 적층기판(25)에서의 제 1 기판(22) 및 제 2 기판(23) 사이에 삽입하여 배치하고 있으므로, 안테나(26)에서 발생한 열을 효과적으로 방열할 수 있고, 안테나(26)에 고주파전력을 효율적이고도 안정적으로 입력시킬 수 있어서, 플라스마(P)를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있다.

또, 안테나(26)를 삽입하는 제 2 기판(23) 상에 도체를 와권 형상으로 배치하여 구성한 평면형상의 인덕턴스 소자(15)를 배치한 상태에서, 제 3 기판(24)과의 사이에 삽입 배치하고 있으므로, 다른 리액턴스 소자에 비해서 인덕턴스 소자는 열을 발생하기 쉬우나, 인덕턴스 소자(15)에서 발생한 열을 제 2 기판(23)과 제 3 기판(24)을 통해서 원활하게 효과적으로 방열할 수 있다. 따라서 인덕턴스 소자(15)의 고온화에 의해 정합 회로(7) 및 위상회로(6)의 회로정수가 변화하는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해, 한층 효율적으로 안정되게 안테나(26)에 고주파전력을 입력시킬 수 있어서, 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있다. 또한, 평면형상의 인덕턴스 소자(15)를, 안테나를 사이에 두고 있는 제 2 기판(23)을 공용으로 하여 그 위에 배치하고 있으므로, 적층기판(25)을 구성하는 기판(22~24)의 면적과 수량을 줄일 수 있고, 콤팩트한 구성을 실현할 수 있다.

또, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23)에 상호 간을 접속할 접속부(34a, 34b, 35a, 35b)를 상호 중첩되도록 배치하여, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23)을 상호 압접 상태로 결합함으로써 이들 접속부(34a, 34b, 35a, 35b)가 접속되도록 하고 있으므로, 적층기판(25)을 구성하는 기판(22~24)을 압접 상태로 결합하는 것만으로 회로의 전기적 접속이 가능해져서, 간단한 구성으로 간단하게 조립이 가능하며, 콤팩트하고도 염가인 구성을 실현할 수 있다.

또, 본 실시 예에서는 제 3 기판(24)에 의해 인덕턴스 소자(15)를 압접하였으나, 제 3 기판(24)을 사용하지 않고, 인덕턴스 소자(15)를 제 2 기판(23) 상에 배치함으로써 방열하도록 해도 좋다.

(실시 예 3)

다음에, 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 실시 예 3에 대해서 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다.

본 실시 예에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 제 1 기판(22)에서 제 2 기판(23) 및 제 3 기판(24)이 적층되어 있지 않은 영역, 즉, 제 1 기판(22) 상의 입체형상의 리액턴스 소자 등의 부품이 배치된 영역, 구체적으로는, 정합 회로(7)의 LOAD 측과 TUNE 측의 가변콘덴서(9, 10)와 위상회로(6)의 고정콘덴서(16) 및 동축케이블(29)의 커넥터(31)가 배치된 영역에 제 4 기판(36)을 적층하고 있다. 이 제 4 기판(36)은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 커넥터(31), 가변콘덴서(9), 가변콘덴서(10), 고정콘덴서(16)를 각각 수용하는 오목부(36a~36d)를 가지며, 이들 소자와 접촉한 상태에서 이들 소자를 피복을 하도록 구성되어 있다. 또, 제 1 기판(22) 상에 배치된 배선(32)도 제 1 기판(22)과 제 2 및 제 4 기판(23, 36) 사이에 삽입되어 있다.

이렇게 하여, 제 1 ~ 제 4 기판(22, 23, 24, 36)으로 구성되는 적층기판(25) 내에 안테나(26)와, 방전관(28)과, 정합 회로(7) 및 위상회로(6)와, 이들을 접속하는 배선(32), 및 커넥터(31)가 내장되며, 외부로 소자 및 배선이 노출되지 않는 단일 블록 형상의 적층기판(25)에 의해 대기압 플라스마 발생장치(21)가 구성되어 있다.

이 구성에 의하면, 안테나(26)를 배치한 제 1 기판(22) 상에 정합 회로(7) 및 위상회로(6)를 구성하는 입체형상의 리액턴스 소자(9, 10, 16)를 배치하고, 이들 리액턴스 소자를 제 4 기판에 의해 접촉상태로 피복하여 적층기판(25)에 내장하도록 하고 있으므로, 이들 리액턴스 소자의 발열도 제 1 기판(22)과 제 4 기판(36)을 통해서 효과적으로 방열할 수 있어서, 마찬가지로 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있다.

또, 안테나(26), 방전관(28), 정합 회로(7) 및 위상회로(6), 배선(32), 및 커넥터(31)로부터의 발열이 적층기판(25)을 구성하는 제 1 ~ 제 4 기판(22, 23, 24, 36)을 통해서 원활하게 적층기판(25)의 외면으로부터 외부로 방산(放散)되므로, 정합 회로(7) 및 위상회로(6)를 구성하는 리액턴스 소자 및 안테나(26)만이 아니라, 커넥터(31) 및 배선(32)의 고온화에 의해 회로정수가 변화하는 것도 확실하게 방지할 수 있어서, 플라스마를 안정되게 효율적으로 발생시킬 수 있다.

또, 적층기판(25) 내에 안테나(26)와, 방전관(28)과, 정합 회로(7) 및 위상회로(6)와, 이들을 접속하는 배선(32), 및 커넥터(31)가 내장되어 있으므로, 주요부의 외관이 블록형상의 적층기판(25)만으로 이루어져 있는 콤팩트한 구성의 대기압 플라스마 발생장치(21)를 제공할 수 있어서, 이들에 가스를 공급하는 튜브(미 도시)와 고주파전력을 공급하는 동축케이블(29)을 접속하는 것만으로 플라스마 처리를 할 수 있게 되어, 각종 플라스마 처리를 안정적이고도 효율적이면서 간단하고도 용이하게 할 수 있다.

(실시 예 4)

다음에, 본 발명의 대기압 플라스마 발생장치의 실시 예 4에 대해서 도 15 ~ 도 18을 참조하여 설명한다.

상기 실시 예 2에서는 제 1 기판(22)에 파형 형태의 평판 형상의 안테나(26)를 배치하고, 제 2 기판(23)과의 사이에 이 안테나(26)를 삽입한 예를 설명하였으나, 본 실시 예 4에서는, 도 15 ~ 도 18에 도시하는 바와 같이, 단면 형상이 대략 사각형인 방전관(37)의 주위에 동박(銅箔) 등의 도체로 이루어지는 얇은 띠 형상의 판을 복수 회 나선형상으로 감아서 안테나(38)를 구성하고, 이 방전관(37)과 안테나(38)를 제 1 기판(22) 상에 배치하는 동시에, 제 2 기판(23)과의 사이에 삽입하고 있다. 이 제 2 기판(23)의 제 1 기판(22)과의 대향 면과는 반대 측의 면에 평면형상의 인덕턴스 소자(15)가 배치되고, 이 인덕턴스 소자(15)가 제 3 기판(24)과의 사이에 삽입되어 있는 것은 상기 제 1 실시 예와 동일하다.

안테나(38)의 양단부분은 제 1 기판(22)에 설치된 배선(32)의 접속부(32a)와 인덕턴스 소자(15)에 대한 접속부(35b)에 중첩되도록 배치되며, 제 2 기판(23)에 의해 압접 상태로 삽입됨으로써 배선(32)과 인덕턴스 소자(15)에 전기적으로 접속된다. 제 2 기판(23)에는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 안테나(38)를 감은 방전관(37)을 밀접상태로 수용하는 단면 형상이 사각형의 수용 홈(39)이 형성되어 있다. 수용 홈(39)과 안테나(38)가 감긴 방전관(37) 사이에는 필요에 따라서 열 전도성이 높은 충전재나 접착제가 충전된다. 이와 같이 열 전도성이 높은 충전재나 접착제를 충전하는 경우에는 방전관(37) 및 수용 홈(39)은 단면 형상이 사각형일 필요는 없으며, 단면 형상이 원형이라도 좋다. 방전관(37) 및 수용 홈(39)은 본 실시 예에서는 제 2 기판(23)에 설치하였으나, 제 1 기판(22)에 수용 홈(39)을 설치하여 방전관(37)을 수용 배치해도 좋다. 방전관(37)이 원형이고, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23)에 각각 반원형의 수용 홈을 설치한 구성으로 할 수도 있다.

본 실시 예에 의하면, 방전관(37)과 그 주위에 복수 감긴 안테나(38)를 적층기판(25)에서의 제 1 기판(22)과 제 2 기판(23) 사이에 삽입하여 배치하고, 방전관(37)과 안테나(38)가 삽입되는 제 2 기판(23) 상에 평면형상의 인덕턴스 소자(15)를 배치하고 있으므로, 방전관(37)에 감겨서 형성된 안테나(38)를 이용하면서 상기 제 1 실시 예와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

또, 상기 실시 예에서는 제 1 ~ 제 3의 3매의 기판(22~24)을 적층을 하여 적층기판(25)을 구성하고, 또, 제 1 기판(22) 상에 제 4 기판(36)을 더 적층을 하여 적층기판(25)을 구성한 예를 예시하였으나, 적층기판(25)을 구성하는 기판의 매수는 안테나(26, 37), 방전관(28, 37), 정합 회로(7) 및 위상회로(6)를 구성하는 각 리액턴스 소자의 배치설계에 따라서 임의로 설계할 수 있다.

이상의 각 실시 예의 설명에서는 정합 회로(7)와 위상회로(6)를 갖는 예에 대해서 설명하였으나, 위상회로(6)가 설치되지 않고 정합 회로(7)만이 설치되어 있는 경우에도, 그 정합 회로(7)가 평판 형상의 리액턴스 소자를 갖는 경우에 본 발명을 적용함으로써 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 또, 상기 실시 예에서는 정합 회로(7)를 구성하는 리액턴스 소자로 가변콘덴서(9, 10)만을 이용한 예를 예시하였으나, 당연히 고정콘덴서나 인덕턴스 소자를 이용하는 구성으로 할 수도 있으며, 그 경우, 특히 인덕턴스 소자는 발열하기 쉬우므로, 평판 형상의 인덕턴스 소자로 하여 기판 사이에 삽입함으로써 적층기판 내에 내장시키는 것이 바람직하다.

또, 이상의 대기압 플라스마 발생장치(21)를 로봇장치의 X, Y, Z방향으로 이동 가능한 가동 헤드에 탑재하면 콤팩트하며 매우 범용성이 높은 플라스마 처리장치를 제공할 수 있다.

또, 상기 각 실시 예에서는 VHF대(30~500㎒)의 고주파전력을 공급하는 예에 대해서만 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 마이크로파(500㎒ 이상)에서도 적용 가능하고, 또한, 실시 예 2 ~ 실시 예 4에 관해서는 RF대(13~10㎒)에서도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 정합 회로와 마이크로 안테나 사이에 위상회로를 개재하여, 마이크로 안테나의 근방 위치에서 정재파의 전류의 진폭이 최대치 혹은 정재파의 전압의 진폭이 최소치가 되도록 위상회로를 조정함으로써, 작은 전력으로 효율 좋게 마이크로 플라스마 제트를 발생할 수 있고, 동일한 투입전력에서 발생하는 플라스마 밀도 및 발광강도를 최대한 가깝게까지 강하게 할 수 있으므로, 마이크로 캐피러리 전기영동을 이용한 마이크로 화학분석방법 등에 적합하게 적용할 수 있을 뿐 아니라, 각종 가공·표면처리 등으로 응용 전개한 경우에도 높은 처리능력을 발휘할 수 있다. 또, 정합회로나 위상회로의 리액턴스 소 자를 평면형상으로 하여 적층기판에서의 기판 사이에 삽입 배치함으로써, 리액턴스 소자의 열을 효과적으로 외부로 방열할 수 있어서, 리액턴스 소자의 고온화에 의한 회로정수의 변화를 방지하여, 고주파전력을 효율적으로 안정되게 안테나에 입력시켜서, 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생시킬 수 있으면서도 콤팩트한 구성을 실현할 수 있으므로, 각종 대기압 플라스마 발생장치, 특히, 각종 장치에 탑재하는 소형의 대기압 플라스마 발생장치에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (8)

1. 기판(2, 22)과,

   기판상에 배치된 안테나(3, 17, 26, 38)와,

   안테나의 근방에 배치된 방전관(4, 18, 28, 37)과,

   VHF대의 고주파전력을 안테나에 공급하는 고주파전원(8)과,

   고주파전원으로부터의 고주파를 입력하여 반사파를 조정하는 정합 회로(7)와,

   정합 회로와 안테나 사이에 접속된 위상회로(6)를 구비하며,

   위상회로는, 정재파(定在波)의 전류 진폭의 최대치의 위치, 혹은 정재파의 전압 진폭의 최소치의 위치가 안테나 근방이 되도록 그 회로정수를 설정한 대기압 플라스마 발생장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   위상회로(6)를,

   정합 회로(7)의 일방과 안테나(3, 17, 26, 38)의 일방의 단자 사이에 배치한 제 1 리액턴스 소자(11, 15)와, 그 사이를 접속하는 통전로의 어느 일방 또는 양방과,

   정합회로의 타방과 안테나의 타방의 단자 사이에 배치한 제 2 리액턴스 소자(12, 16)와, 그 사이를 접속하는 통전로의 어느 일방 또는 양방에서 구성한 대기 압 플라스마 발생장치.
3. 안테나(3, 17, 26, 38)와,

   안테나의 근방에 배치되며, 일단에 가스가 공급되는 방전관(4, 18, 28, 37)과,

   안테나에 고주파전력을 공급하는 고주파전원(8)과,

   안테나와 고주파전원 사이에 설치되며, 안테나로부터의 반사파를 조정하는 정합 회로(7)와,

   안테나와 정합 회로 사이에 설치되며, 안테나 근방의 위상을 조정하는 위상회로(6)를 구비하며,

   안테나를 기판(2, 22)상에 배치하는 동시에, 상기 기판상에 1 또는 복수의 다른 기판(23, 24, 36)을 적층하여 적층기판(25)을 구성하고,

   정합 회로 또는 위상회로를 구성하는 평면형상의 리액턴스 소자(15)를, 적층기판상에 배치하거나, 또는 적층기판에서의 기판의 사이에 삽입하여 배치한 대기압 플라스마 발생장치.
4. 안테나(3, 17, 26, 38)와,

   안테나의 근방에 배치되며, 일단에 가스가 공급되는 방전관(4, 18, 28, 37)과,

   안테나에 고주파전력을 공급하는 고주파전원(8)과,

   안테나와 고주파전원 사이에 설치되며, 안테나로부터의 반사파를 조정하는 정합 회로(7)를 구비하며,

   안테나를 기판(2, 22)상에 배치하는 동시에, 상기 기판상에 1 또는 복수의 다른 기판(23, 24, 36)을 적층하여 적층기판(25)을 구성하고,

   정합 회로를 구성하는 평면형상의 리액턴스 소자를, 적층기판상에 배치하거나, 또는 적층기판에서의 기판의 사이에 삽입하여 배치한 대기압 플라스마 발생장치.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   안테나(3, 17, 26, 38)를 배치한 기판(2, 22)상에 정합 회로(7)를 구성하거나 또는 정합 회로와 위상회로(6)를 구성하는 입체형상의 리액턴스 소자(9, 10, 11, 12, 16)를 배치하고,

   이 입체형상의 리액턴스 소자를 기판(36)에 의해 접촉상태로 피복하여 적층기판(25) 내에 내장시킨 대기압 플라스마 발생장치.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   적층기판(25) 내에 안테나(3, 17, 26, 38)와, 방전관(4, 18, 28, 37)과, 정합 회로(7)와 위상회로(6)의 양자 또는 위상회로 만과, 그들을 접속하는 배선(32), 및 전력공급용 동축케이블(29)을 접속하는 동축 커넥터(31)를 내장시킨 대기압 플라스마 발생장치.
7. 기판(2, 22)상에 배치된 안테나(3, 17, 26, 38)에 VHF대의 고주파를 공급하고, 안테나의 근방에 배치된 방전관(4, 18, 28, 37)에 가스를 도입하여 플라스마를 생성하는 공정과,

   정합 회로(7)에 의해 고주파전원(8)으로의 반사파의 입력을 0 근방으로 조정하는 공정과,

   정합 회로와 안테나 사이에 개재한 위상회로(6)의 회로정수를, 정재파의 전류 진폭의 최대치의 위치가 안테나 근방에 위치시키도록 조정하는 공정을 갖는 대기압 플라스마 발생장치.
8. 기판(2, 22)상에 배치된 안테나(3, 17, 26, 38)에 VHF대의 고주파를 공급하고, 안테나의 근방에 배치된 방전관(4, 18, 28, 37)에 가스를 도입하여 플라스마를 생성하는 공정과,

   정합 회로(7)에 의해 고주파전원(8)으로의 반사파의 입력을 0 근방으로 조정하는 공정과,

   정합 회로와 안테나 사이에 개재한 위상회로(6)의 회로정수를, 정재파의 전압 진폭의 최소치의 위치가 안테나 근방에 위치시키도록 조정하는 공정을 갖는 대기압 플라스마 발생장치.

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