KR20160000709A - Wide atmospheric pressure plasma discharge device - Google Patents

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KR20160000709A
KR20160000709A KR1020140078232A KR20140078232A KR20160000709A KR 20160000709 A KR20160000709 A KR 20160000709A KR 1020140078232 A KR1020140078232 A KR 1020140078232A KR 20140078232 A KR20140078232 A KR 20140078232A KR 20160000709 A KR20160000709 A KR 20160000709A
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서순교
이상문
정홍근
박병진
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(주)트리비스
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Abstract

The present invention relates to a wide atmospheric pressure plasma discharge device which can discharge plasma over a wide range by using a dielectric electrode under atmospheric pressure. The wide atmospheric pressure plasma discharge device includes: a grounded metallic head having a cylindrical mounting space, a gas inlet through which a process gas at atmospheric pressure is injected into the mounting space, and a plasma outlet through which the plasma is discharged from the mounting space; and a dielectric electrode embedded in the mounting space and generating plasma in a gap with the head as a high-voltage current is supplied. The plasma outlet has a slit shape formed long in an axial direction of the mounting space, and the dielectric electrode has a cylindrical shape elongated in the axial direction and located inside the mounting space.

Description

광폭 대기압 플라즈마 방전장치 {Wide atmospheric pressure plasma discharge device}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a wide atmospheric pressure plasma discharge device,

본 발명은 대기압 하에서 유전체 전극을 사용하여 넓은 범위에 걸쳐 플라즈마를 방전시킬 수 있는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus capable of discharging a plasma over a wide range by using a dielectric electrode under atmospheric pressure.

플라즈마는 제4의 물질상태로 외부에서 가해진 전기장 등에 의해 생성된 이온, 전자, 래디칼 등과 중성입자로 구성된 것으로써, 거시적으로 전기적 중성을 이루고 있는 물질상태이다. 따라서, 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.Plasma is a state of matter that is macroscopically electrically neutral, consisting of ions, electrons, radicals, and neutral particles generated by an electric field externally applied in the fourth state of matter. Therefore, it is widely used in the fields of surface modification, etching, coating or sterilization, disinfection, ozone generation, dyeing, wastewater and tap water purification, air purification, and high luminance lamp using ions, electrons and radicals in plasma.

최근, 무안경 3D 디스플레이를 구현하는 방법 중 하나인 렌티큘러(lenticular) 방식에서 평면디스플레이 면 위에 렌티큘러 레이어를 접합하는 공정이 요구되는데, 넓은 평면 디스플레이의 표면처리를 정밀하고 균일하며 손상이 없도록 수행하기 위하여 접착제를 입히기 전에 친환경적인 플라즈마 표면처리를 시행하고 있다. In recent years, a lenticular method, which is one of the methods of implementing a spectacles 3D display, requires a process of bonding a lenticular layer on a flat display surface. In order to perform a surface treatment of a large flat display precisely, uniformly, Environmentally friendly plasma surface treatment is carried out before applying the adhesive.

그 외에도, 플라즈마 표면처리는 LCD, TSP, Film, FPCB, 전극 제조 분야에서 표면의 세정력, 접착력, 코팅력을 향상시키기 위해 사용되고 있으며, 디스플레이 평판의 세척/PR rework/PR ashing 등과 TSP 등의 표면 처리에도 사용되고 있다.In addition, the plasma surface treatment is used to improve the cleaning power, adhesive force, and coating power of the surface in LCD, TSP, film, FPCB and electrode manufacturing fields. It is used for cleaning / PR rework / PR ashing of display plate, .

이와 같이, 다양한 분야에서 사용되고 있는 플라즈마는 수mmTorr 내지 수십Torr에서 발생되는 저압 플라즈마와 수십Torr 내지 760Torr에서 발생되는 대기압 플라즈마로 구분할 수 있다. As described above, the plasma used in various fields can be classified into a low-pressure plasma generated at a few milli-torr to tens of torr and an atmospheric-pressure plasma generated at a few tens to 760 torr.

이때, 저압 플라즈마는 플라즈마의 생성이 용이하나 저압의 상태를 유지하기 위한 고가의 진공 챔버, 배기 장치 등이 요구되며, 배치 타입(batch type)의 제품 투입 방식으로 인해 대량 처리에 한계가 있다. At this time, the low-pressure plasma requires a high-priced vacuum chamber and an exhaust device to maintain the low-pressure state while generating the plasma easily, but there is a limit in mass processing due to the batch type product input method.

반면, 대기압 플라즈마는 대기압(760 Torr) 상태에서 플라즈마를 생성시키므로 고비용의 진공 시스템이 필요하지 않고, 연속 공정이 가능하여 대량 생산이 가능하다.On the other hand, since the atmospheric pressure plasma generates plasma at the atmospheric pressure (760 Torr), a high-cost vacuum system is not required, and a continuous process is possible and mass production is possible.

그런데, 대기압 플라즈마는 길이가 짧고 약한 플라즈마 빔의 특성을 보이기 때문에 효율적이지 못하며, 이를 개선하기 위하여 스팟 형식의 플라즈마 장비를 로봇에 장착하여 고속 스윙으로 표면처리하거나, 여러 개를 동시에 사용하고 있지만, 표면 처리의 균일성 및 정밀성 등을 확보하기 어려운 문제점가 있다.However, since the atmospheric plasma has a short length and exhibits a weak plasma beam characteristic, it is not efficient. To improve this, a spot type plasma apparatus is mounted on a robot and subjected to a surface treatment with a high speed swing, It is difficult to secure uniformity and precision of the processing.

따라서, 대기압에서도 길이가 길고 강한 플라즈마 빔을 발생시킴으로써, 표면 처리의 균일성과 정밀성을 확보할 수 있고, 효율적인 일괄 처리가 가능한 대기압 플라즈마 방전장치가 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for an atmospheric pressure plasma discharge apparatus which can ensure uniformity and precision of surface treatment by generating a long and strong plasma beam even at atmospheric pressure, and is capable of efficient batch processing.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 대기압에서도 길이가 길고 강한 플라즈마 빔을 발생시킬 수 있는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus capable of generating a long and strong plasma beam even at atmospheric pressure.

본 발명은 원통형상의 장착공간과, 상기 장착공간으로 대기압의 공정가스가 투입되는 가스 흡입구와, 상기 장착공간에서 플라즈마가 토출되는 플라즈마 토출구가 구비되고, 접지된 금속 재질의 헤드; 및 상기 장착공간에 내장되고, 고압 전류가 공급됨에 따라 상기 헤드와 사이에 플라즈마를 발생시키는 유전체 전극;을 포함하고, 상기 플라즈마 토출구는 상기 장착공간의 축방향으로 길게 형성된 슬릿 형상이고, 상기 유전체 전극은 상기 장착공간 내측에 축방향으로 길게 위치한 원통형상인 것을 특징으로 하는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치를 제공한다. 따라서, 대기압에서도 유전체 전극을 이용하여 광폭의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The present invention relates to a head comprising a cylindrical mounting space, a gas inlet through which the process gas of atmospheric pressure is introduced into the mounting space, and a plasma discharge port through which the plasma is discharged in the mounting space, And a dielectric electrode embedded in the mounting space and generating a plasma between the head and the head as a high voltage current is supplied, wherein the plasma discharge port is slit-shaped in the axial direction of the mounting space, Is a cylindrical shape long in the axial direction on the inside of the mounting space. Therefore, it is possible to generate a wide plasma using a dielectric electrode even at atmospheric pressure.

또한, 본 발명에서, 상기 유전체 전극은, 원통형상의 금속관과, 상기 금속관 외주면을 감싸도록 구비된 유전체막으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 유전체 전극 외주면 전체에 걸쳐 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.Further, in the present invention, the dielectric electrode is composed of a cylindrical metal tube and a dielectric film provided to surround the outer circumferential surface of the metal tube. Therefore, a uniform plasma can be generated over the entire outer surface of the dielectric electrode.

또한, 본 발명에서, 상기 유전체 전극은, 상기 금속관 내장된 비자성 재질의 스크럽을 더 포함하고, 상기 금속관의 입구는 찬 공기를 투입하는 에어재킷 모듈과 연결되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 고압의 전류가 공급되는 유전체 전극을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.Further, in the present invention, the dielectric electrode may further include a non-magnetic scrub in which the metal tube is embedded, and the inlet of the metal tube is connected to an air jacket module for inputting cold air. Therefore, the dielectric electrode to which the high-voltage current is supplied can be effectively cooled.

또한, 본 발명에서, 상기 유전체 전극은, 상기 금속관 내측에 구비된 비자성 절연 재질의 절연 커버와, 상기 절연 커버 내측에 축방향으로 일렬로 구비되어 자성에 의해 플라즈마의 이온 농도를 높이는 복수개의 영구자석을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 강한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.Further, in the present invention, it is preferable that the dielectric electrode comprises: an insulating cover made of a non-magnetic insulating material provided inside the metal tube; and a plurality of permanent magnets provided in a line in the axial direction inside the insulating cover to increase the ion concentration of plasma by magnetism And further comprises a magnet. Therefore, a strong plasma can be generated.

또한, 본 발명에서, 상기 유전체막은 세라믹 또는 석영 중 하나로 만들어진 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, the dielectric film is made of one of ceramic or quartz.

또한, 본 발명에서, 상기 헤드에 공급되는 공정 가스는 질소 또는 아르곤인 것을 특징으로 한다. 따라서, 순도가 높은 공정 가스를 사용하여 발생되는 플라즈마 빔의 길이를 늘릴 수 있다.Further, in the present invention, the process gas supplied to the head is characterized by being nitrogen or argon. Therefore, the length of the plasma beam generated by using the process gas having high purity can be increased.

또한, 본 발명에서, 상기 가스 흡입구는 원하는 온도의 공정 가스를 공급하기 위하여 에어재킷 모듈과 연결되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 공정 가스를 가열 또는 냉각시켜 그 온도를 조절하여 공급해 줄 수 있다.Further, in the present invention, the gas inlet is connected to the air jacket module to supply a process gas of a desired temperature. Thus, the process gas can be heated or cooled to regulate the temperature.

본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치는 슬릿 형상의 플라즈마 토출구가 구비된 헤드와 원통형 유전체 전극 사이에서 플라즈마를 발생시키는 동시에 유전체 전극을 냉각시킴으로써, 대기압에서도 길이가 길고 강한 플라즈마 빔을 발생시킬 수 있다.The wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention can generate a plasma beam having a long length and strong even at atmospheric pressure by generating a plasma between a head having a slit shaped plasma discharge port and a cylindrical dielectric electrode and cooling the dielectric electrode.

따라서, 대기압에서도 광폭의 강한 플라즈마를 이용하여 플라즈마 표면 처리의 균일성과 정밀성을 확보할 수 있고, 효율적인 일괄 처리가 가능한 이점이 있다.Therefore, uniformity and precision of the plasma surface treatment can be ensured by using a strong and wide plasma even at atmospheric pressure, and there is an advantage that efficient batch processing is possible.

도 1은 본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치가 간략하게 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 적용된 헤드의 내부 구조가 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 적용된 유전체 전극의 일예가 도시된 도면.
도 4는 본 발명에 적용된 유전체 전극의 다른 일예가 도시된 도면.
도 5는 본 발명에 적용된 에어재킷 모듈의 일예가 도시된 도면.
도 6은 본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치의 플라즈마 빔이 도시된 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing a wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention; FIG.
2 is a view showing an internal structure of a head applied to the present invention;
3 is a view showing an example of a dielectric electrode applied to the present invention.
4 is a view showing another example of a dielectric electrode applied to the present invention.
5 is a view showing an example of an air jacket module applied to the present invention.
6 is a view showing a plasma beam of a wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the implementation of addition, deletion, Variations.

도 1은 본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치가 간략하게 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명에 적용된 헤드의 내부 구조가 도시된 도면이다.FIG. 1 is a schematic view showing a wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an internal structure of a head applied to the present invention.

본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 헤드(110)와, 유전체 전극(130)을 포함하도록 구성된다.The wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention is configured to include a head 110 and a dielectric electrode 130 as shown in FIGS. 1 and 2.

상기 헤드(110)는 상기 유전체 전극(130)과 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 구성되는데, 상부 헤드(111)와, 하부 헤드(112)가 조립된 형태로 구성하여 내부 형상에 따른 가공이 용이하도록 구현할 수 있다. 물론, 상기 헤드(110)는 접지될 수 있도록 접지 케이블(113)과 연결된다.The head 110 is made of a metal material such as aluminum to generate plasma between the dielectric electrode 130 and the upper and lower heads 111 and 112, So that it is easy to process according to the shape. Of course, the head 110 is connected to the ground cable 113 so that it can be grounded.

상기 상부 헤드(111)는 공정가스가 투입되는 공정가스 흡입구(110in)가 일측에 구비되고, 상기 공정가스 흡입구(110in)와 연통된 가스유동공간(111h)이 내부에 구비된다. 이때, 공정가스는 질소 또는 아르곤 등과 같이 순도가 높은 가스가 적용될 수 있으며, 이는 플라즈마의 빔 길이를 길게 하는 효과를 얻을 수 있다. The upper head 111 includes a process gas inlet 110in through which a process gas is introduced and a gas flow space 111h communicated with the process gas inlet 110in. At this time, as the process gas, a gas having a high purity such as nitrogen or argon can be applied, and this can obtain an effect of lengthening the beam length of the plasma.

물론, 상기 공정가스 흡입구(110in)는 상기 헤드(110) 내에서 공정가스의 유동을 골고루 분산시키기 위하여 상기 상부 헤드(111)의 양측으로 구비될 수도 있다. Of course, the process gas inlet 110in may be provided on both sides of the upper head 111 to evenly distribute the flow of the process gas within the head 110. FIG.

또한, 상기 공정가스 흡입구(110in)에는 공정가스를 설정 온도로 냉각 또는 가열하여 공급할 수 있도록 에어재킷 모듈(120)이 구비될 수 있으며, 한정되지 아니한다.In addition, the process gas inlet 110in may be provided with an air jacket module 120 so as to cool or heat the process gas to a predetermined temperature, and is not limited thereto.

상기 하부 헤드(112)는 상기 가스유동공간(111h)과 연통된 장착공간(112h)이 내부에 구비되고, 상기 장착공간(112h)과 연통되어 플라즈마가 토출되는 플라즈마 토출구(110out)가 하측에 구비된다. The lower head 112 includes a mounting space 112h communicated with the gas flow space 111h and a plasma discharge port 110out communicating with the mounting space 112h to discharge the plasma is provided on the lower side do.

또한, 상기 하부 헤드(112)는 하기에서 설명될 유전체 전극(130)을 냉각시키기 위하여 냉각가스 흡입구(112in)와 냉각가스 토출구(112out)가 구비되는데, 상기 냉각가스 흡입구(112in)와 냉각가스 토출구(112out)는 상기 장착공간(112h)과 연통하도록 서로 반대 방향에 구비된다. The lower head 112 is provided with a cooling gas inlet port 112in and a cooling gas outlet port 112out for cooling the dielectric electrode 130 to be described later. The cooling gas inlet port 112in and the cooling gas outlet port 112in, (112out) are provided in mutually opposite directions to communicate with the mounting space (112h).

이때, 상기 냉각가스 흡입구(112in)에는 냉각가스를 냉각하여 공급할 수 있도록 에어재킷 모듈(140)이 구비되고, 상기 냉각가스 토출구(112out)는 냉각가스의 토출 소음을 저감시키기 위하여 소음기(150)가 구비될 수 있으며, 한정되지 아니한다.An air jacket module 140 is provided in the cooling gas inlet 112in to cool and supply the cooling gas. The cooling gas outlet 112out includes a muffler 150 to reduce the discharge noise of the cooling gas. And is not limited thereto.

특히, 상기 장착공간(112h)은 상기 하부 헤드(112)의 원통형 내주면으로써, 하기에서 설명될 원통형상의 유전체 전극보다 소정간격 더 큰 원통형상으로 구성되며, 상기 유전체 전극(130)과 사이에서 플라즈마가 생성되는 공간을 제공한다.In particular, the mounting space 112h is a cylindrical inner circumferential surface of the lower head 112, and is formed in a cylindrical shape larger than a cylindrical dielectric electrode, which will be described later, Provides space to be created.

또한, 상기 플라즈마 토출구(110out)는 상기 장착공간(112h)과 연통하도록 하측에 길이방향으로 긴 슬릿홀 형태로 구성된다. In addition, the plasma discharge port 110out is formed as a long slit hole in the longitudinal direction at the lower side so as to communicate with the mounting space 112h.

따라서, 상기 헤드(110)와 유전체 전극(130) 사이에서 즉, 상기 장착공간(112h)에서 발생된 플라즈마는 상기 유전체 전극(130)의 원주 방향을 따라 이동된 다음, 상기 플라즈마 토출구(110out)를 통하여 플라즈마를 광폭으로 토출시킬 수 있다.Therefore, plasma generated between the head 110 and the dielectric electrode 130, that is, the mounting space 112h is moved along the circumferential direction of the dielectric electrode 130, and then the plasma discharge port 110out So that the plasma can be ejected in a wide range.

상기 유전체 전극(130)은 원통형상의 금속관(131)과, 상기 금속관(131) 외주면을 감싸도록 구비된 유전체막(132)으로 구성되며, 상기 유전체막(132)은 세라믹 또는 석영 등으로 구성될 수 있다.The dielectric layer 130 may include a cylindrical metal tube 131 and a dielectric layer 132 surrounding the outer surface of the metal tube 131. The dielectric layer 132 may be formed of ceramic or quartz have.

물론, 상기 유전체 전극(130)은 상기 장착공간(112h)에 장착되더라도 상기 헤드(110)를 관통하여 고압 전류가 상기 금속관(131)으로 공급될 수 있도록 고압 케이블(139)과 연결되는데, 상기 고압 케이블(139)은 RF 주파수 이하의 낮은 주파수 대역에서 전원이 공급된다. The dielectric electrode 130 is connected to the high voltage cable 139 so that a high voltage current can be supplied to the metal tube 131 through the head 110 even if the dielectric electrode 130 is mounted in the mounting space 112h. The cable 139 is powered in a lower frequency band below the RF frequency.

보통, 진공압 하에서 플라즈마 방전을 위하여 RF 주파수 대역의 전원이 공급되어야 하는데, 본 발명은 대기압 하에서도 플라즈마 방전시킬 수 있어 높은 주파수 대역의 전원을 공급하지 않더라도 무방하며, 높은 주파수 대역의 전원을 공급할 경우에 요구되는 임피던스 매칭기를 생략할 수 있다. Generally, a RF frequency band power source must be supplied for plasma discharge under a vacuum pressure. The present invention can discharge the plasma even under atmospheric pressure, so that it is not necessary to supply a power source of a high frequency band. It is possible to omit the impedance matching unit required for the impedance matching.

이와 같이, 상기 유전체 전극(130)으로 낮은 주파수 대역에서 고압의 전류가 공급되면, 상기 유전체 전극(130)과 상기 헤드(110) 사이에 플라즈마가 발생되는데, 상기 유전체막(132)에 의해 상기 유전체 전극(130) 외주면 전체에 골고루 플라즈마가 발생될 수 있다.When a high-voltage current is supplied to the dielectric electrode 130 in a low frequency band, a plasma is generated between the dielectric electrode 130 and the head 110, A uniform plasma may be generated on the entire circumference of the electrode 130.

또한, 상기 유전체 전극(130)은 상기 헤드(110)와 사이에서 방전으로 인하여 플라즈마를 발생시키기 때문에 고온 상태가 되는데, 이를 냉각시키기 위하여 냉각수단이 추가로 구비될 수 있으며, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.In addition, since the dielectric electrode 130 generates a plasma due to a discharge between the head 110 and the head 110, the dielectric electrode 130 is in a high temperature state. To cool the dielectric electrode 130, a cooling means may be additionally provided. .

도 3은 본 발명에 적용된 유전체 전극의 일예가 도시된 도면이다.3 is a view showing an example of a dielectric electrode applied to the present invention.

상기 유전체 전극의 일예는 도 3에 도시된 바와 같이 금속관(131)과, 유전체막(132)과, 스크럽(133)으로 구성될 수 있다.An example of the dielectric electrode may include a metal tube 131, a dielectric film 132, and a scrub 133 as shown in FIG.

상기 금속관(131)은 내부에 냉각가스가 유동될 수 있는데, 상기에서 설명한 헤드에 구비된 냉각가스 흡입구(112in : 도 2에 도시)와 냉각가스 토출구(112out : 도 2에 도시) 사이를 연결할 수 있으며, 냉각가스는 상기에서 설명한 에어재킷 모듈(140 : 도 2에 도시)에 의해 원하는 냉각 온도로 냉각시켜 공급할 수 있다.2) and the cooling gas discharge port 112out (shown in FIG. 2), which are provided in the head described above, can be connected to the metal pipe 131 And the cooling gas can be supplied by cooling to a desired cooling temperature by the air jacket module 140 (shown in FIG. 2) described above.

상기 스크럽(133)은 상기 금속관(131) 내부 공간에 채워지는데, 플라즈마 발생에 영향을 미치지 않는 비자성 재질로 구성하며, 열전달 효율이 높은 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 스크럽(133)의 형상 또는 크기를 조절함으로써, 상기 금속관(131) 내부로 냉각가스를 유동시킬 뿐 아니라 열전달 면적을 늘려서 냉각 효과를 더욱 높일 수 있다.The scrub 133 is filled in the inner space of the metal tube 131 and is preferably made of a nonmagnetic material that does not affect plasma generation and is made of a material having high heat transfer efficiency. At this time, by controlling the shape or the size of the scrub 133, not only the cooling gas flows into the metal pipe 131 but also the heat transfer area is increased to further enhance the cooling effect.

이와 같이 구성된 유전체 전극(130)을 적용한 광폭 플라즈마 방전장치의 작동을 도 2와 도 3을 참조하여 살펴보면, 다음과 같다.The operation of the wide plasma discharge apparatus to which the dielectric electrode 130 constructed as above is applied will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

상기 공정가스 흡입구(110in)를 통하여 공정가스가 투입되면, 공정가스는 상기 가스유동공간(111h)과 장착공간(112h)을 따라 이동하게 된다.When the process gas is introduced through the process gas inlet 110in, the process gas moves along the gas flow space 111h and the mounting space 112h.

상기 금속관(131)에 고압의 전류가 공급되면, 상기 금속관(131)과 헤드(110) 사이에 방전으로 인하여 공정가스 중에서 플라즈마가 생성되는데, 상기 유전체막(132)에 의해 상기 유전체 전극(130)의 외주면 전체에 걸쳐 균일하게 플라즈마가 생성된다.When a high-voltage current is supplied to the metal tube 131, a plasma is generated in the process gas due to the discharge between the metal tube 131 and the head 110. The dielectric film 132 prevents the dielectric electrode 130, The plasma is generated uniformly over the entire outer peripheral surface of the substrate.

상기 장착공간(112h)을 기준으로 상기 공정가스 흡입구(110in)가 상측에 구비되고 상기 플라즈마 토출구(110out)가 하측에 구비됨으로써, 공정가스의 흐름에 의해 플라즈마가 상기 플라즈마 토출구(110out)를 통하여 빠져나가면서 플라즈마 빔 형태로 나타난다. The process gas inlet 110in is disposed on the upper side of the mounting space 112h and the plasma discharge port 110out is provided on the lower side of the mounting space 112h so that the plasma is discharged through the plasma discharge port 110out It appears as a plasma beam.

이때, 상기 유전체 전극(130)이 축방향으로 긴 원통형상으로 구성되고, 상기 플라즈마 토출구(110out)가 상기 유전체 전극(130)과 같이 축방향으로 긴 슬릿홀 형태로 구성되기 때문에 광폭 플라즈마 빔을 만들어낼 수 있다.At this time, since the dielectric electrode 130 is formed in a long cylindrical shape in the axial direction and the plasma discharge hole 110out is formed in the shape of a long slit hole like the dielectric electrode 130 in the axial direction, a wide plasma beam is produced You can.

그런데, 상기 금속관(131)은 고압 전류가 공급됨에 따라 플라즈마를 발생시키기 때문에 발열하게 되는데, 상기 금속관(131) 내부로 냉각가스가 공급되면, 상기 스크럽(133)에 의해 열전달 면적을 넓어짐에 따라 냉각 가스에 의해 상기 유전체 전극의 냉각 효과를 높일 수 있다. 따라서, 상기 유전체 전극(130)이 플라즈마를 발생시키도록 연속적으로 사용하더라도 과열되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.When the cooling gas is supplied into the metal pipe 131, the metal pipe 131 is cooled by the scrubbing 133 as the heat transfer area becomes wider. As a result, The cooling effect of the dielectric electrode can be enhanced by the gas. Therefore, even if the dielectric electrode 130 is continuously used to generate plasma, it is possible to effectively prevent the dielectric electrode 130 from being overheated.

도 4는 본 발명에 적용된 유전체 전극의 다른 일예가 도시된 도면이다.4 is a diagram showing another example of the dielectric electrode applied to the present invention.

상기 유전체 전극의 다른 일예는 도 4에 도시된 바와 같이 금속관(131)과, 유전체막(132)과, 복수개의 영구자석(135)으로 구성될 수 있다.Another example of the dielectric electrode may include a metal tube 131, a dielectric film 132, and a plurality of permanent magnets 135 as shown in FIG.

상기 영구자석들(135)은 상기 금속관(131) 내부에 축방향으로 복수개가 일정 간격을 두고 일렬로 나열되는데, 플라즈마에 포함된 이온 또는 전자를 상기 영구자석(135)의 자성에 의해 상기 유전체 전극(130) 주변에 밀집시킬 수 있다.The permanent magnets 135 are arranged in a line within the metal tube 131 at a predetermined interval in the axial direction so that ions or electrons contained in the plasma are generated by the magnetic force of the permanent magnets 135, (130).

이때, 상기 금속관(131)에 고압 전류가 공급되더라도 상기 영구자석(135)의 자성이 상기 금속관(131)에 영향을 미치지 못하도록 설치되어야 하며, 이를 위하여 상기 영구자석들(135)은 비자성 절연 재질의 절연 커버 내측에 일렬로 배열된 형태로 구성될 수 있다.The permanent magnets 135 may be made of a non-magnetic insulating material so that the magnetism of the permanent magnets 135 does not affect the metal tube 131. In this case, As shown in FIG.

추가로, 상기 금속관(131)과 영구자석들(135) 사이에도 상기에서 설명한 스크럽이 구비될 수 있으며, 상기 스크럽을 통과하도록 냉각가스가 공급되어 냉각 효과도 높일 수 있다.In addition, the above-described scrub may be provided between the metal pipe 131 and the permanent magnets 135, and the cooling gas may be supplied to pass through the scrub, thereby enhancing the cooling effect.

따라서, 상기 헤드(110 : 도 2에 도시)와 유전체 전극(130) 사이에 방전으로 인하여 플라즈마가 발생되면, 상기 영구자석들(135) 사이의 자성에 의해 플라즈마의 이온 또는 전자를 상기 유전체 전극(130)의 외주면에 머무르도록 잡아줄 수 있으며, 이와 같이 자성에 의해 플라즈마의 이온 농도를 높일 수 있어 플라즈마 빔의 길이를 길게 구현할 수 있다.Therefore, when a plasma is generated due to discharge between the head 110 (shown in FIG. 2) and the dielectric electrode 130, ions or electrons of the plasma are generated by the magnetism between the permanent magnets 135, 130, so that the ion concentration of the plasma can be increased by the magnetism, and the length of the plasma beam can be increased.

도 5는 본 발명에 적용된 에어재킷 모듈의 일예가 도시된 도면이다.5 is a view showing an example of an air jacket module applied to the present invention.

상기에서 설명한 에어재킷 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 공정가스 흡입구(110in) 측과 구비되어 공정가스를 가열 또는 냉각하거나, 상기 냉각가스 흡입구(112in) 측과 구비되어 냉각가스를 냉각하게 되는데, 도 5에 도시된 바와 같이 에어재킷(1)과, 열전소자(2)와, 열교환핀(3)과, 송풍팬(4)과, 단열재(5)를 포함하도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the air jacket module described above is provided with the process gas inlet 110in side to heat or cool the process gas, or to cool the coolant gas with the coolant gas inlet 112in side The heat exchanger 2, the heat exchanging fin 3, the blowing fan 4 and the heat insulating material 5 as shown in Fig. 5, as shown in Fig.

상기 에어재킷(1)은 내부에 가스가 통과할 수 있는 유로(1a)가 구비되며, 상기 유로(1a) 상에는 열전달 효율을 높이기 위하여 스크럽(1b)이 내장될 수 있다. 따라서, 상기 유로(1a)는 공정가스 또는 냉각가스가 통과할 수 있는 형태로 구성되며, 상기 스크럽(1c)은 열전달 면적을 넓혀 열전달 효율을 높일 수 있다.The air jacket 1 is provided with a passage 1a through which gas can pass and a scrub 1b may be installed on the passage 1a in order to increase heat transfer efficiency. Therefore, the flow path 1a is configured to allow the process gas or the cooling gas to pass therethrough, and the scrub 1c can increase the heat transfer efficiency by increasing the heat transfer area.

물론, 상기 유로의 입/출구(1in,1out)에 온도 센서가 구비됨에 따라 상기 열전소자(2)의 작동을 제어할 수 있다.Of course, the operation of the thermoelectric element 2 can be controlled by providing a temperature sensor at the inlet / outlet ports 1in and 1out of the flow path.

상기 열전소자(2)는 공급 전류의 극성을 가변시킴으로써, 양단에서 고온부와 저온부가 생성되는데, 상온을 기준으로 온도 차를 이용하여 냉각 또는 가열시킬 수 있으며, 온도조절범위에 따라 냉각 온도 또는 가열 온도를 제어할 수 있다.By varying the polarity of the supply current, the thermoelectric element 2 generates high and low temperature portions at both ends. The thermoelectric element 2 can be cooled or heated using a temperature difference based on ambient temperature. Depending on the temperature control range, Can be controlled.

이때, 상기 열전소자(2)의 일단과 다른 일단이 고온부 또는 저온부가 될 수 있으며, 상기 에어재킷(1)과 상기 열교환핀(3)과 각각 맞닿도록 장착된다.At this time, one end of the thermoelectric element 2 and one end thereof may be a high temperature portion or a low temperature portion, and they are mounted so as to abut on the air jacket 1 and the heat exchange fin 3, respectively.

상기 열교환핀(3)은 상기 열전소자(2)의 다른 일단과 접촉하여 열교환 면적을 넓혀주도록 설치된다.The heat exchange fin (3) is installed to contact the other end of the thermoelectric element (2) to widen the heat exchange area.

상기 송풍팬(4)은 상기 열교환핀(3)으로 외기가 통과하도록 송풍시켜 주도록 설치된다.The blowing fan (4) is installed to blow air so that the outside air passes through the heat exchanging pin (3).

상기 단열재(5)는 상기 열전소자(2)의 일단과 다른 일단을 구분하고, 상기 에어재킷(1)과 열교환핀(4) 사이를 단열하도록 장착된다.The heat insulating material 5 is mounted so as to separate one end of the thermoelectric element 2 from the other end and to insulate the air jacket 1 from the heat exchange fins 4.

따라서, 상기 열전소자(2)의 일단이 저온부가 되어 상기 에어재킷(1)을 통과하는 가스를 냉각시키고, 상기 열전소자(2)의 다른 일단이 고온부가 되는데, 상기 열전소자(2)의 다른 일단에서 전달된 열은 상기 열교환핀(4)을 통과하는 외기에 의해 방열되도록 작동된다.Therefore, one end of the thermoelectric element 2 becomes a low temperature portion and the gas passing through the air jacket 1 is cooled, and the other end of the thermoelectric element 2 becomes a high temperature portion. The heat transferred at one end is operated to be radiated by the outside air passing through the heat exchanging pin (4).

반면, 상기 열전소자(2)의 일단이 고온부가 되어 상기 에어재킷(1)을 통과하는 가스를 가열하고, 상기 열전소자(2)의 다른 일단이 저온부가 되는데, 상기 열전소자(2)의 다른 일단은 상기 열교환핀(4)을 통과하는 외기로부터 열을 흡열하도록 작동된다. On the other hand, one end of the thermoelectric element 2 becomes a high temperature part to heat gas passing through the air jacket 1, and the other end of the thermoelectric element 2 becomes a low temperature part. And one end is operated to absorb heat from the outside air passing through the heat exchange fins 4. [

상기와 같이 구성된 에어재킷 모듈은 상기 헤드 내부로 공급되는 공정가스를 가열 또는 냉각하여 적절하게 온도로 공급할 수 있으며, 나아가 상기 유전체 전극을 통과하는 냉각가스를 냉각하여 저온으로 공급할 수 있다.The air jacket module configured as described above can heat or cool the process gas supplied to the inside of the head and supply it to an appropriate temperature. Further, the cooling gas passing through the dielectric electrode can be cooled and supplied at a low temperature.

도 6은 본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치의 플라즈마 빔이 도시된 도면이다.6 is a view showing a plasma beam of the wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 광폭 대기압 플라즈마 방전장치는 도 6에 도시된 바와 같이 60mm 이상으로 폭이 넓고 30mm 이상의 길이가 긴 플라즈마 빔(F)을 발생시킬 수 있다. The wide atmospheric pressure plasma discharge apparatus according to the present invention can generate a plasma beam F having a width of 60 mm or more and a length of 30 mm or more as shown in FIG.

대개, 대기압 플라즈마 방전에서는 플라즈마 빔을 넓은 면적으로 길게 발생시키기 어려운데, 본 발명에서는 공정가스가 유동되는 유로 구조, 공정가스의 유량 및 유압, 전원 크기, 전극 사이의 간격, 유전체 두께, 냉각 효과 등을 조절함으써, 플라즈마 이온의 농도를 높일 수 있어 폭 넓고 긴 플라즈마 빔을 발생시킬 수 있다.Generally, in the atmospheric pressure plasma discharge, it is difficult to generate the plasma beam in a long area in a long area. In the present invention, the flow path structure in which the process gas flows, the flow rate and the hydraulic pressure of the process gas, the size of the power source, By adjusting the concentration of plasma ions, it is possible to increase the concentration of plasma ions, thereby generating a wide and long plasma beam.

이와 같이, 대기압에서도 광폭의 강한 플라즈마를 이용하여 진공 챔버가 아닌 대기에서 대량으로 일괄 플라즈마 표면 처리가 가능하며, 플라즈마 표면 처리의 균일성과 정밀성을 확보할 수 있다.As described above, it is possible to perform bulk plasma surface treatment in a large amount in the atmosphere, not in a vacuum chamber, using a wide and strong plasma even at atmospheric pressure, and it is possible to secure uniformity and precision of plasma surface treatment.

110 : 헤드 130 : 유전체 전극110: head 130: dielectric electrode

Claims (7)

원통형상의 장착공간과, 상기 장착공간으로 대기압의 공정가스가 투입되는 가스 흡입구와, 상기 장착공간에서 플라즈마가 토출되는 플라즈마 토출구가 구비되고, 접지된 금속 재질의 헤드; 및
상기 장착공간에 내장되고, 고압 전류가 공급됨에 따라 상기 헤드와 사이에 플라즈마를 발생시키는 유전체 전극;을 포함하고,
상기 플라즈마 토출구는 상기 장착공간의 축방향으로 길게 형성된 슬릿 형상이고,
상기 유전체 전극은 상기 장착공간 내측에 축방향으로 길게 위치한 원통형상인 것을 특징으로 하는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.
A head of a metal material having a cylindrical mounting space, a gas inlet through which the process gas of atmospheric pressure is introduced into the mounting space, and a plasma discharge port through which the plasma is discharged in the mounting space; And
And a dielectric electrode embedded in the mounting space and generating a plasma between the head and the high voltage current supplied thereto,
Wherein the plasma discharge port is formed in a slit shape elongated in the axial direction of the mounting space,
Wherein the dielectric electrode is a cylindrical shape long in the axial direction inside the mounting space.
제1항에 있어서,
상기 유전체 전극은,
원통형상의 금속관과,
상기 금속관 외주면을 감싸도록 구비된 유전체막으로 구성되는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.
The method according to claim 1,
The dielectric electrode
A cylindrical metal tube,
And a dielectric film provided to surround the outer circumferential surface of the metal tube.
제2항에 있어서,
상기 유전체 전극은,
상기 금속관 내장된 비자성 재질의 스크럽을 더 포함하고,
상기 금속관의 입구는 찬 공기를 투입하는 에어재킷 모듈과 연결되는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.
3. The method of claim 2,
The dielectric electrode
Further comprising a scrub of a non-magnetic material,
And an inlet of the metal tube is connected to an air jacket module for inputting cold air.
제2항에 있어서,
상기 유전체 전극은,
상기 금속관 내측에 구비된 비자성 절연 재질의 절연 커버와,
상기 절연 커버 내측에 축방향으로 일렬로 구비되어 자성에 의해 플라즈마의 이온 농도를 높이는 복수개의 영구자석을 더 포함하는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.
3. The method of claim 2,
The dielectric electrode
An insulating cover made of a non-magnetic insulating material and disposed inside the metal tube,
Further comprising a plurality of permanent magnets arranged in a line in the axial direction inside the insulating cover to increase the ion concentration of the plasma by magnetism.
제2항에 있어서,
상기 유전체막은 세라믹 또는 석영 중 하나로 만들어진 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the dielectric film is made of one of ceramic and quartz.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드에 공급되는 공정 가스는 질소 또는 아르곤인 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the process gas supplied to the head is nitrogen or argon.
제6항에 있어서,
상기 가스 흡입구는 원하는 온도의 공정 가스를 공급하기 위하여 에어재킷 모듈과 연결되는 광폭 대기압 플라즈마 방전장치.

The method according to claim 6,
Wherein the gas inlet is connected to an air jacket module to supply a process gas at a desired temperature.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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