KR20150138781A

KR20150138781A - 고속 표면 처리를 위한 유전체 장벽 방전 반응기

Info

Publication number: KR20150138781A
Application number: KR1020140067247A
Authority: KR
Inventors: 허민; 강우석; 이재옥; 송영훈
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-12-10
Also published as: KR101615704B1

Abstract

고속 표면 처리에 유리한 유전체 장벽 방전 반응기를 제공한다. 유전체 장벽 방전 반응기는 제1 전압을 인가받는 제1 전극과, 제1 전극의 좌우 양측에 위치하며 제2 전압을 인가받는 두 개의 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극들의 하부에 위치하며 피처리 기판을 지지하는 접지 전극을 포함한다. 제1 전극과 제2 전극들은 각자의 유전체로 둘러싸이며, 제1 전압과 제2 전압은 서로 반대 극성을 가지면서 시간에 따라 변하는 전압이다. 제1 전극의 폭은 제2 전극들 각각의 폭보다 크게 형성된다.

Description

고속 표면 처리를 위한 유전체 장벽 방전 반응기 {DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE REACTOR FOR HIGH SPEED SURFACE TREATMENT}

본 발명은 표면 처리를 위한 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대기압에서 작동하는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 반응기에 관한 것이다.

폴리머는 투명성, 가요성(flexibility), 낮은 가격, 화학적인 비활성 특성 등으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 그런데 폴리머는 표면 에너지가 낮으므로 다양한 적용을 위해 표면 개질이 요구된다. 폴리머뿐만 아니라 금속과 유리 등의 재료도 적용 대상에 따라 표면 개질이 요구된다.

플라즈마는 물질의 벌크 특성에 영향을 미치지 않으면서 표면 물질을 바꿀 수 있기 때문에 표면 처리에 유용하다. 폴리머가 플라즈마에 노출되면, 노출된 표면은 잔류 이물질이 제거되면서 세정되고, 새로운 관능기가 추가되면서 기능화된다. 특히 산소와 질소 라디칼의 이용은 폴리머의 표면 에너지를 증가시켜 젖음성, 접착성, 인쇄성 등의 표면 특성을 개선하는데 효과적인 것으로 알려져 있다.

대기압에서 작동하는 유전체 장벽 방전은 고가의 진공 장비 없이 풍부한 활성종을 제공할 수 있으므로 폴리머 기판의 표면 처리에 효과적이다. 일반적으로 유전체 장벽 방전은 두 개의 전극 사이에서 발생하며, 적어도 하나의 전극은 유전체로 덮여 방전 전류를 제한하고 플라즈마 방전이 열적 아크로 전이되지 않도록 한다.

그런데 유전체 장벽 방전은 대기압에서 보통 균질한(homogeneous) 방전이 아닌 필라멘트(filamentary) 방전이 된다. 이는 공기 중에 포함된 산소가 플라즈마 방전을 필라멘트 모드로 변화시키는 특성이 매우 강하기 때문이다. 따라서 공기가 혼입되는 대기압 조건에서 대면적의 균질한 플라즈마를 생성하는데 많은 어려움이 있다.

본 발명은 필라멘트 모드로 전이됨 없이 넓은 면적에 걸쳐 균질한 플라즈마 방전을 생성함과 동시에 방전 세기를 높임으로써 피처리 기판의 표면 처리 효율을 높이고, 고속 표면 처리에 유리한 유전체 장벽 방전 반응기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 반응기는 제1 전압을 인가받는 제1 전극과, 제1 전극의 좌우 양측에 위치하며 제2 전압을 인가받는 두 개의 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극들의 하부에 위치하며 피처리 기판을 지지하는 접지 전극을 포함한다. 제1 전극과 제2 전극들은 각자의 유전체로 둘러싸이며, 제1 전압과 제2 전압은 서로 반대 극성을 가지면서 시간에 따라 변하는 전압이다. 제1 전극의 폭은 제2 전극들 각각의 폭보다 크게 형성된다.

제1 전극은 제1 유전체로 둘러싸일 수 있고, 제2 전극들 각각은 제2 유전체로 둘러싸일 수 있다. 제1 유전체 및 제2 유전체들의 상부에 가스 분배기가 제공되어 제1 유전체와 제2 유전체의 사이 공간으로 방전 가스를 분사할 수 있다.

제1 유전체와 제2 유전체의 사이 공간에서 제1 전압과 제2 전압의 차에 의해 플라즈마 방전이 먼저 개시될 수 있고, 이후 피처리 기판의 상부 공간에서 방전이 일어나 피처리 기판을 표면 처리할 수 있다. 제2 전극들 각각은 피처리 기판과 마주하는 수평부와, 제1 전극과 마주하는 수직부를 포함할 수 있으며, 두 개의 제2 전극은 좌우 대칭으로 위치할 수 있다.

다른 한편으로, 제1 전극은 적어도 두 개의 제1 전극으로 분할될 수 있고, 분할된 제1 전극들은 각자의 제1 유전체로 둘러싸일 수 있다. 제2 전극들 각각은 제2 유전체로 둘러싸일 수 있다. 제1 유전체들 및 제2 유전체들의 상부에 가스 분배기가 제공되어 제1 유전체와 제2 유전체의 사이 공간 및 제1 유전체들의 사이 공간으로 방전 가스를 분사할 수 있다.

제1 유전체와 제2 유전체의 사이 공간에서 제1 전압과 제2 전압의 차에 의해 플라즈마 방전이 개시되고, 이후 피처리 기판의 상부 공간에서 방전이 일어나 피처리 기판을 표면 처리할 수 있다. 제1 유전체들과 피처리 기판의 사이 공간에서 제1 전압과 접지 전압의 차에 의해 플라즈마 방전이 일어나 피처리 기판을 표면 처리할 수 있고, 이후 제1 유전체들의 사이 공간으로 방전이 확대될 수 있다.

제1 유전체들 하부의 방전 세기는 제2 유전체들 하부의 방전 세기보다 강할 수 있고, 제2 유전체들 하부의 방전 균일도는 제1 유전체들 하부의 방전 균일도보다 우수할 수 있다.

제1 전극들 및 제2 전극들 각각은 피처리 기판과 마주하는 바닥면을 포함할 수 있고, 제1 전극들 및 제2 전극들의 바닥면은 같은 폭으로 형성될 수 있다. 제2 전극들 각각은 피처리 기판과 마주하는 수평부와, 제1 전극과 마주하는 수직부를 포함할 수 있으며, 두 개의 제2 전극은 좌우 대칭으로 위치할 수 있다.

제1 전압과 제2 전압은 서로 반대 극성의 바이폴라 펄스 전압일 수 있고, 1kHz 이상의 구동 주파수를 가질 수 있다.

본 실시예들에 따르면, 균질 플라즈마 발생 영역을 확장시킴과 동시에 반응기 중심 영역의 방전 세기를 높여 피처리 기판의 표면 처리 성능을 높일 수 있다. 따라서 고속 표면 처리에 매우 유리하다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 DBD 반응기의 단면도이다.
도 2는 도 1a에 도시한 DBD 반응기의 일부 구성요소를 나타낸 개략도이다.
도 3은 YY 구조와 XY 구조에서 처리 회수에 따른 피처리 기판의 접촉각을 나타낸 그래프이다.
도 4는 XY 구조에서 피처리 기판의 이동 속도에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 제1 실시예의 DBD 반응기에서 고감도 전하결합 소자(ICCD)로 얻은 방전의 정면도이다.
도 5b는 XYXY 구조를 가지는 비교예의 DBD 반응기에서 ICCD로 얻은 방전의 정면도이다.
도 6은 제1 실시예의 DBD 반응기와 XYXY 구조를 가지는 비교예의 DBD 반응기에서 피처리 기판의 이동 속도 변화에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다.
도 7은 제1 실시예의 DBD 반응기와 XYXY 구조를 가지는 비교예의 DBD 반응기에서 인가 전압 변화에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다.
도 8은 피처리 기판의 이동 속도 변화에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다.
도 9는 전극 구조 및 방전 가스(헬륨)의 유량에 따른 접촉각을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 DBD 반응기의 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 제1 전극의 변형예를 나타낸 DBD 반응기의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 반응기(이하, 'DBD 반응기'리 한다)의 단면도이고, 도 2는 도 1a에 도시한 DBD 반응기의 일부 구성요소를 나타낸 개략도이다.

도 1a와 도 1b 및 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 DBD 반응기(100)는 두 개의 제1 전극(10)과, 제1 전극들(10)의 좌우 양측에 위치하는 두 개의 제2 전극(20)과, 제1 전극들(10) 및 제2 전극들(20)의 하부에 위치하며 피처리 기판(30)을 지지하는 접지 전극(40)을 포함한다. 제1 전극(10)은 세 개 또는 그 이상의 개수로 구비될 수도 있다.

두 개의 제1 전극(10)은 제1 전원부에 연결되어 제1 전압을 인가받고, 두 개의 제2 전극(20)은 제2 전원부에 연결되어 제2 전압을 인가받는다. 제1 및 제2 전압은 서로 반대 극성을 가지며 시간에 따라 변하는 전압(교류 전압 또는 고주파(RF) 전압)으로서, 1kHz 이상의 주파수 특성을 가질 수 있다.

제1 전극들(10)과 제2 전극들(20)은 각자의 유전체로 둘러싸인다. 즉 제1 전극(10) 각각을 둘러싸는 두 개의 제1 유전체(51)와, 제2 전극(20) 각각을 둘러싸는 두 개의 제2 유전체(52)가 제공된다. 제1 및 제2 유전체들(51, 52)은 알루미나(Al₂O₃) 등의 유전 물질로 형성되며, 소정의 폭과 높이를 갖는 직육면체 모양일 수 있다. 이들 네 개의 유전체(51, 52)는 서로 이격 배치된다.

제1 및 제2 전극들(10, 20)은 대기 중으로 노출되는 부분이 없도록 해당 유전체(51, 52)로 완전히 둘러싸일 수 있다. 반면 접지 전극(40)은 대기 중에 노출되고, 제1 및 제2 전극들(10, 20)을 향한 일면에 피처리 기판(30)을 안착하여 이를 지지한다. 피처리 기판(30)은 폴리머 기판, 금속 기판, 및 유리 기판 중 어느 하나일 수 있다. 접지 전극(40)은 도시하지 않은 이송 스테이지에 장착되어 화살표 방향을 따라 이동할 수 있다.

피처리 기판(30)의 이송 방향을 따라 제2 전극(20)과 두 개의 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)이 차례로 위치한다. 제1 및 제2 전극들(10, 20)은 같은 높이로 설치되어 피처리 기판(30)에 대해 같은 거리를 유지한다. 제1 및 제2 유전체들(51, 52) 또한 같은 높이로 설치되어 피처리 기판(30)에 대해 같은 거리를 유지한다. 이때 제1 전극들(10)의 사이 공간을 포함하는 제1 전극들(10)의 전체 폭(A)은 제2 전극(20) 각각의 폭(B)보다 크다.

제1 전극(10)은 피처리 기판(30)을 향하는 바닥면과, 바닥면과 직교하는 두 개의 측면을 포함한다. 제2 전극(20)은 피처리 기판을 향하는 바닥면과, 제1 전극(10)과 마주하는 하나의 측면을 포함한다. 제1 전극(10)은 단면이 사각인 직육면체 모양으로 형성될 수 있고, 제2 전극(20)은 수평부(21)와 수직부(22)가 조합된 엘(L)자 모양으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(10, 20)의 바닥면은 모두 같은 폭으로 형성될 수 있다. 제1 전극들(10)을 사이에 두고 위치하는 두 개의 제2 전극(20)은 좌우 대칭으로 위치한다.

제1 및 제2 유전체들(51, 52) 상부에 세 개의 가스 분배기(60)가 위치하여 제1 및 제2 유전체(51, 52)의 사이 공간을 향해 방전 가스를 분사한다. 방전 가스는 헬륨 또는 아르곤 가스일 수 있다. 방전 가스는 가스 분배기(60)로부터 분사되어 제1 및 제2 유전체(51, 52)의 사이 공간을 따라 하강한 후 피처리 기판(30) 위에서 외기와 혼합된다.

제1 유전체(51)와 제2 유전체(52) 사이의 거리(d1)는 제1 및 제2 유전체들(51, 52)과 피처리 기판(30) 사이의 거리(d2)와 같을 수 있다. 제1 유전체(51) 중 제1 전극(10)의 바닥면과 접하는 부분의 두께(t1)는 제1 전극(10)의 측면과 접하는 부분의 두께(t2)와 같을 수 있다. 제2 유전체(52) 중 제2 전극(20)의 바닥면과 접하는 부분의 두께(t3)는 제2 전극(20)의 측면과 접하는 부분의 두께(t4)와 같을 수 있다. t1 내지 t4 각각은 d1 또는 d2보다 클 수 있다.

그러나 전극들(10, 20) 사이의 거리 및 제1 및 제2 유전체(51, 52)의 두께는 전술한 예로 한정되지 않으며, 다양하게 변할 수 있다.

제1 실시예의 DBD 반응기(100)는 피처리 기판(30)의 이송 방향을 따라 제2 전극(20)-제1 전극(10)-제1 전극(10)-제2 전극(20)의 배열 구조를 가진다. 이러한 전극 배열을 편의상 XYYX 배열이라 한다. XYYX 배열은 XY 구조와 YY 구조 및 YX 구조로 구분된다. 여기서, XY(YX) 구조는 이웃한 두 전극에 반대 극성의 전압이 인가되는 경우이고, YY 구조는 이웃한 두 전극에 같은 극성의 전압이 인가되는 경우이다.

먼저, XY(YX) 구조의 방전 특성에 대해 설명한다.

제1 전극(10)과 제2 전극(20)에 서로 반대 극성의 전압이 인가되므로, 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이의 실제 전압은 제1 및 제2 전압의 2배가 된다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20)에 제1 전압과 제2 전압을 각각 인가하고, 가스 분배기(60)에서 방전 가스를 분사하면, 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이 공간에서 방전이 먼저 개시되고, 이후 피처리 기판(30) 위에서 방전이 일어난다.

제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이의 공간은 반응 가스로 차 있어 공기가 희박하므로 균질한(homogeneous) 방전에 유리한 조건이 된다. 따라서 균질한 플라즈마를 쉽게 구현할 수 있다. 반면, 피처리 기판(30)의 상부 공간은 외기 혼입으로 인해 균질한 플라즈마를 얻기 힘든 조건이 된다.

그러나 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 사이 공간에서 먼저 개시된 플라즈마 방전에 의해 피처리 기판(30)의 상부 공간으로 전자들이 뿜어져 나오며, 이러한 전자들은 방전이 턴-오프된 이후 남은 씨앗 전자들과 결합하여 플라즈마 방전이 필라멘트(filamentary) 모드로 발전하는 것을 억제한다.

즉 플라즈마 방전은 벽전하가 많이 쌓여 있는 곳에서 개시되는데, 벽전하의 불균일한 쌓임이 필라멘트 방전을 야기한다. 이때 씨앗 전자들은 벽전하가 불균일하게 쌓이는 경우에도 필라멘트 모드를 억제하는 기능을 한다. XY 구조에서는 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 사이 공간에서 뿜어져 나오는 전자들로 인해 표면 처리가 행해지는 피처리 기판(30)의 상부 공간에서 균질한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

다음으로, YY 구조의 방전 특성에 대해 설명한다.

이웃한 두 개의 제1 전극(10)에는 같은 극성의 전압이 인가되므로, 제1 전극들(10)과 접지 전극(40) 사이의 전압 차에 의해 피처리 기판(30)의 상부 공간에서 방전이 먼저 개시되고, 이후 제1 전극들(10) 사이 공간으로 방전이 확대된다. YY 구조의 방전 세기는 같은 방전 가스 유량 및 인가 전압 조건에서 XY 구조의 방전 세기보다 강하며, 이에 따라 피처리 기판(30)의 표면 처리 성능을 효과적으로 높일 수 있다.

제1 실시예의 DBD 반응기(100)는 XY 구조와 YY 구조를 조합하여 XY 구조의 장점과 YY 구조의 장점 모두를 취한다. 즉, 제1 실시예의 DBD 반응기(100)는 YY 구조를 중앙에 배치하여 반응기 중심 영역의 방전 세기를 높임으로써 피처리 기판(30)의 표면 처리 성능을 높이며, XY 구조를 YY 구조의 좌우 양측에 배치하여 균질 플라즈마 발생 영역을 확장시킨다. 이러한 제1 실시예의 DBD 반응기(100)는 고속 표면 처리에 매우 유리하다.

도 3은 YY 구조와 XY 구조에서 처리 회수에 따른 피처리 기판의 접촉각을 나타낸 그래프이다.

도 3을 참고하면, 동일한 표면 처리 조건(헬륨 유량 = 9ℓ/min, 인가 전압 = 1.1kV, 피처리 기판의 이송 속도 = 2m/min)에서 표면 처리 회수에 따라 측정한 접촉각은 YY 구조가 XY 구조가 낮다. 이때 접촉각이 낮다는 것은 피처리 기판의 표면 에너지가 높아져서 접착 특성이 좋아진 것(즉 표면 처리 성능이 향상된 것)을 의미한다.

YY 구조의 경우 피처리 기판의 상부 공간에서 방전 세기가 강하며, 이는 표면 처리 성능의 향상으로 이어진다. 반면 XY 구조는 YY 구조에 비해 방전 세기는 약하지만 균질 플라즈마 발생 영역이 더 넓다.

도 4는 XY 구조에서 피처리 기판의 이동 속도에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다. 도 4의 XY(1) 구조에서 두 개의 전극은 각각 5mm 폭의 바닥면을 가지며, XY(2) 구조에서 두 개의 전극은 각각 10mm 폭의 바닥면을 가진다. 실험에 적용된 인가 전압은 1.1kV이고, 1회 표면 처리 후의 접촉각을 나타내었다.

도 4를 참고하면, 접촉각은 방전 가스의 유량과 전극 폭(바닥면 크기)의 함수인 것을 알 수 있다. XY 구조는 균질 플라즈마 발생 영역이 넓기 때문에 전극 설계와 운전 변수(전압과 방전 가스의 유량)의 변화 폭을 크게 할 수 있다.

구체적으로, 방전 가스의 유량을 감소시키면 외기가 피처리 기판의 상부 공간으로 침투하기 쉬워지고, 이는 산소 및 질소 라디칼의 증가로 이어져 접촉각이 낮아진다. 이는 그래프에서 헬륨 유량이 9ℓ/min보다 3ℓ/min인 경우 접촉각이 더 낮은 것을 보면 알 수 있다. 또한, 전극 폭이 커지면 표면 처리 영역이 증가하므로 접촉각이 낮아진다. 이는 그래프에서 XY(1) 구조의 접촉각이 XY(2) 구조의 접촉각보다 더 낮은 것을 보면 알 수 있다.

도 5a는 제1 실시예의 DBD 반응기에서 고감도 전하결합 소자(ICCD)로 얻은 방전의 정면도이고, 도 5b는 XYXY 구조를 가지는 비교예의 DBD 반응기에서 ICCD로 얻은 방전의 정면도이다. ICCD는 가시광선뿐만 아니라 적외선과 자외선까지 촬영할 수 있는 장비이다.

도 5b에 나타낸 비교예의 경우 YX 전극의 중심부에서 방전 세기가 약한 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 5a에 나타낸 제1 실시예의 경우 YY 전극의 중심부에서 방전 세기가 강할 뿐만 아니라 보다 넓은 영역에 걸쳐 방전 세기가 강한 것을 확인할 수 있다. 도 5a와 도 5b에서 적색 화살표는 YX 전극의 중심부를 가리키는 임의의 표지이다.

도 6은 제1 실시예의 DBD 반응기와 XYXY 구조를 가지는 비교예의 DBD 반응기에서 피처리 기판의 이동 속도 변화에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다. 제1 실시예와 비교예 모두 인가 전압은 0.9kV로 동일하다. 도 7은 제1 실시예의 DBD 반응기와 XYXY 구조를 가지는 비교예의 DBD 반응기에서 인가 전압 변화에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이다. 제1 실시예와 비교예 모두 피처리 기판의 이동 속도는 2m/min으로 동일하다.

도 6과 도 7을 참고하면, 제1 실시예의 DBD 반응기는 피처리 기판의 이동 속도와 전극의 인가 전압이 변하는 조건 모두에서 비교예보다 낮은 접촉각을 나타낸다. 따라서 제1 실시예의 DBD 반응기가 비교예의 DBD 반응기보다 고속 표면 처리에 유리한 것을 확인할 수 있다.

도 8은 피처리 기판의 이동 속도 변화에 따른 접촉각을 나타낸 그래프이고, 도 9는 전극 구조 및 방전 가스(헬륨)의 유량에 따른 접촉각을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 8과 도 9에서 실험에 적용된 인가 전압은 1.1kV이고, 도 9에서 실험에 적용된 피처리 기판의 이동 속도는 2m/min이다. 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 및 제1 실시예의 조건을 아래 표에 나타내었다.

도 8과 도 9를 참고하면, 제1 실시예의 DBD 반응기는 비교예 1 내지 3 모두와 비교할 때 낮은 접촉각을 나타내며, 특히 피처리 기판의 이동 속도에 관계없이 낮은 접촉각을 구현하는 것을 알 수 있다. 즉 비교예 1 내지 3의 경우에는 피처리 기판의 이동 속도가 높아짐에 따라 접촉각이 높아지는 반면, 제1 실시예의 경우에는 피처리 기판의 이동 속도가 높아져도 접촉각에 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 DBD 반응기의 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시한 제1 전극의 변형예를 나타낸 DBD 반응기의 단면도이다.

도 10을 참고하면, 제2 실시예의 DBD 반응기(200)는 두 개의 제2 전극(20) 사이에 하나의 제1 전극(10)이 제공되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 유사한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용하며, 아래에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해 설명한다.

제2 실시예의 DBD 반응기(200)는 XY 구조와 YX 구조가 조합된 XYX의 전극 배열을 가지며, 피처리 기판(30)과 마주하는 제1 전극(10)의 바닥면 폭(A)은 제2 전극(20) 각각의 바닥면 폭(B)보다 크다. 제1 전극(10)은 제2 전극(20)보다 외기의 침투 경로에서 멀리 위치하므로, 제1 전극(10)의 하부 공간은 제2 전극(20)의 하부 공간보다 균질 방전에 유리하다.

제2 실시예의 DBD 반응기(200)는 YY 구조를 포함하고 있지 않으므로 제1 실시예 대비 방전 세기를 높이는데 불리하지만, 균질 방전에 유리한 제1 전극(10)의 폭을 확장시킴으로써 표면 처리 성능을 높일 수 있고, 고속 표면 처리에 유리하다.

제1 전극(10)은 단면이 사각인 직육면체 모양으로 형성되거나, 도 11에 도시한 바와 같이 하나의 수평부(11)와 두 개의 수직부(12)가 조합된 형상으로 이루어질 수 있다. 수평부(11)는 피처리 기판(30)과 마주하며, 두 개의 수직부(12)는 두 개의 제2 전극(20)과 마주한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100, 200: 유전체 장벽 방전 반응기
10: 제1 전극 20: 제2 전극
30: 피처리 기판 40: 접지 전극
51: 제1 유전체 52: 제2 유전체
60: 가스 분배기

Claims

제1 전압을 인가받는 제1 전극;
상기 제1 전극의 좌우 양측에 위치하며 제2 전압을 인가받는 두 개의 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극들의 하부에 위치하며 피처리 기판을 지지하는 접지 전극을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극들은 각자의 유전체로 둘러싸이며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 반대 극성을 가지면서 시간에 따라 변하는 전압이고, 상기 제1 전극의 폭은 상기 제2 전극들 각각의 폭보다 크게 형성되는 유전체 장벽 방전 반응기.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 제1 유전체로 둘러싸이고, 상기 제2 전극들 각각은 제2 유전체로 둘러싸이며, 제1 유전체 및 제2 유전체들의 상부에 가스 분배기가 제공되어 제1 유전체와 제2 유전체의 사이 공간으로 방전 가스를 분사하는 유전체 장벽 방전 반응기.
제2항에 있어서,
상기 제1 유전체와 상기 제2 유전체의 사이 공간에서 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차에 의해 플라즈마 방전이 먼저 개시되고, 이후 상기 피처리 기판의 상부 공간에서 방전이 일어나 상기 피처리 기판을 표면 처리하는 유전체 장벽 방전 반응기.
제2항에 있어서,
상기 제2 전극들 각각은 상기 피처리 기판과 마주하는 수평부와, 상기 제1 전극과 마주하는 수직부를 포함하며, 상기 두 개의 제2 전극은 좌우 대칭으로 위치하는 유전체 장벽 방전 반응기.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 적어도 두 개의 제1 전극으로 분할되고, 분할된 제1 전극들은 각자의 제1 유전체로 둘러싸이며, 상기 제2 전극들 각각은 제2 유전체로 둘러싸이는 유전체 장벽 방전 반응기.
제5항에 있어서,
상기 제1 유전체들 및 상기 제2 유전체들의 상부에 가스 분배기가 제공되어 상기 제1 유전체와 제2 유전체의 사이 공간 및 제1 유전체들의 사이 공간으로 방전 가스를 분사하는 유전체 장벽 방전 반응기.
제6항에 있어서,
상기 제1 유전체와 상기 제2 유전체의 사이 공간에서 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차에 의해 플라즈마 방전이 개시되고, 이후 상기 피처리 기판의 상부 공간에서 방전이 일어나 상기 피처리 기판을 표면 처리하는 유전체 장벽 방전 반응기.
제7항에 있어서,
상기 제1 유전체들과 상기 피처리 기판의 사이 공간에서 상기 제1 전압과 접지 전압의 차에 의해 플라즈마 방전이 일어나 상기 피처리 기판을 표면 처리하고, 이후 상기 제1 유전체들의 사이 공간으로 방전이 확대되는 유전체 장벽 방전 반응기.
제8항에 있어서,
상기 제1 유전체들 하부의 방전 세기는 상기 제2 유전체들 하부의 방전 세기보다 강하고, 상기 제2 유전체들 하부의 방전 균일도는 상기 제1 유전체들 하부의 방전 균일도보다 우수한 유전체 장벽 방전 반응기.
제5항에 있어서,
상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 각각은 상기 피처리 기판과 마주하는 바닥면을 포함하며, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들의 바닥면은 같은 폭으로 형성되는 유전체 장벽 방전 반응기.
제5항에 있어서,
상기 제2 전극들 각각은 상기 피처리 기판과 마주하는 수평부와, 상기 제1 전극과 마주하는 수직부를 포함하며, 상기 두 개의 제2 전극은 좌우 대칭으로 위치하는 유전체 장벽 방전 반응기.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 반대 극성의 바이폴라 펄스 전압이며, 1kHz 이상의 구동 주파수를 가지는 유전체 장벽 방전 반응기.