KR20210123646A - Atmospheric Pressure Medium Frequency Plasma Processing Equipment - Google Patents

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KR20210123646A KR1020200041058A KR20200041058A KR20210123646A KR 20210123646 A KR20210123646 A KR 20210123646A KR 1020200041058 A KR1020200041058 A KR 1020200041058A KR 20200041058 A KR20200041058 A KR 20200041058A KR 20210123646 A KR20210123646 A KR 20210123646A
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황선정
박상혁
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인제대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an atmospheric pressure medium frequency plasma processing device and provides an atmospheric pressure medium frequency plasma processing device comprising: a reactor that is independent of the outside and provides a predetermined closed space; a gas injection pipe that supplies a reaction gas to the inside of the reactor at a predetermined pressure; a medium frequency power supply that supplies medium frequency power to the reactor; two plasma generating electrodes that are separately connected to the medium frequency power supply and are installed inside the reactor; two wires that connect the medium frequency power supply and two electrodes, respectively, and use a polymer coating that withstands high temperature and high voltage inside the reactor as an insulator; and a heater that applies heat to a sample substrate for smooth plasma treatment. Therefore, a material is deposited using a medium-frequency plasma power supply and an electrode capable of generating plasma at atmospheric pressure, and a separate matching network is not required to generate plasma, which is very economical.

Description

대기압 중주파 플라즈마 처리장치{Atmospheric Pressure Medium Frequency Plasma Processing Equipment}Atmospheric Pressure Medium Frequency Plasma Processing Equipment

본 발명은 대기압 중주파 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중주파 플라즈마 전원장치와 대기압에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전극을 이용하여 물질을 증착하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치에 대한 것이다. The present invention relates to an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus, and more particularly, to an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus for depositing materials using a medium frequency plasma power supply and an electrode capable of generating plasma at atmospheric pressure.

대기압 플라즈마 처리장치는 종래의 진공 플라즈마 처리장치에 비해 경제적으로 많은 장점을 가지고 있다. 최근 10년 동안 대기압 플라즈마 처리장치는 Dielectric Barrier Discharge (DBD)방식을 기초로 많은 발전을 해왔다. 그러나 DBD 방식은 일반적으로 수천 볼트 이상의 상당히 높은 전압과 전력을 필요로 한다. 또한, 두 전극이 유전체 박판을 사이에 두고 대면하여 플라즈마를 발생시키는 그 방식의 특성상 기판에 상온이 아닌 온도를 가하면서 플라즈마를 증착시키는 경우 매우 복잡한 기계적 설계가 선행되어야 한다.The atmospheric pressure plasma processing apparatus has many advantages economically compared to the conventional vacuum plasma processing apparatus. In the last 10 years, atmospheric pressure plasma processing equipment has developed a lot based on the Dielectric Barrier Discharge (DBD) method. However, DBD schemes require significantly higher voltages and power, typically in the thousands of volts or more. In addition, in the case of depositing plasma while applying a temperature other than room temperature to the substrate due to the nature of the method in which the two electrodes face each other with a dielectric thin plate interposed therebetween, a very complex mechanical design must be preceded.

따라서, 지금까지는 대기압 플라즈마 증착 장치는 주로 상온에서 고분자 박막의 증착을 예시로 개발되어 왔다. 또 다른 방식으로는 플라즈마 건을 개발하여 그 건 내부에 플라즈마를 발생시키고 반응성 기체나 증기들을 기판에 증착하는 방식이 있다. 이 방식은 플라즈마 건과 별도로 구성되는 샘플 기판에 독립적으로 열을 가하기 쉬운 장점을 가지고 있고 흔히 볼 수 있는 방식중 하나이다. 이 플라즈마 건 방식의 문제는 기판의 크기를 증가시킬 경우 박막의 증착속도를 높이거나 증착 균일도룰 향상시키고자 하는 경우 경제적, 기술적 한계를 가져올 수 있다. Therefore, until now, atmospheric pressure plasma deposition apparatuses have been mainly developed for the deposition of a polymer thin film at room temperature as an example. Another method is to develop a plasma gun, generate plasma inside the gun, and deposit reactive gases or vapors on the substrate. This method has the advantage of easily applying heat independently to the sample substrate, which is configured separately from the plasma gun, and is one of the commonly seen methods. The problem of the plasma gun method may bring economic and technical limitations when increasing the size of the substrate to increase the deposition rate of the thin film or to improve the deposition uniformity.

이 문제를 극복하고 대기압 플라즈마를 기반으로 대면적 기판에 비교적 고속으로 박막을 증착시키거나 표면 개질을 할 수 있는 새로운 기술에 대한 요구가 세계적으로 커지고 있다. 이 경우 라디오 파를 이용한 플라즈마도 가능하지만 이 경우에는 플라즈마 발생시 매칭네트워크가 필요하여, 고주파 전원장치를 사용하면 근원적으로 경제적인 문제를 내포하고 있다.To overcome this problem, the demand for a new technology capable of depositing a thin film on a large-area substrate at a relatively high speed or performing surface modification on a large-area substrate based on atmospheric pressure plasma is growing worldwide. In this case, plasma using radio waves is also possible, but in this case, a matching network is required when plasma is generated.

한국등록특허 10-0746698호Korean Patent No. 10-0746698

따라서, 본 발명에서는 20~100kHz기반의 중주파 전원장치를 이용하는 것으로 플라즈마를 발생하는데 별도의 매칭 네트워크가 필요 없어 매우 경제적인 특징을 가지는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, in the present invention, there is no need for a separate matching network to generate plasma by using a medium frequency power supply based on 20 to 100 kHz, and an object of the present invention is to provide an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus having very economical characteristics.

또한, 대면적 플라즈마 증착 장치를 개발하고자 하는 경우 한 가지 지금까지의 문제점은 비교적 낮은 전압과 전력을 사용하는 안정적인 전극의 개발이었다. In addition, when developing a large-area plasma deposition apparatus, one problem so far has been the development of a stable electrode using a relatively low voltage and power.

이에 본 발명은 중주파 전원공급기와 이를 바탕으로 대기압에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키는 다양한 형태의 대기압 전극의 개발을 통해 도전성 금속 전극을 실리콘 피복재를 기반으로 하는 유전체로 감싸는 전선이나 케이블 형태의 복합 소재를 사용하여 대기압 플라즈마를 발생시키는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention uses a composite material in the form of a wire or cable that surrounds a conductive metal electrode with a dielectric based on a silicon covering material through the development of a medium frequency power supply and various types of atmospheric pressure electrodes that stably generate plasma at atmospheric pressure based on the power supply. An object of the present invention is to provide an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus for generating atmospheric pressure plasma.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응기와, 반응가스를 상기 반응기 내부에 소정의 압력으로 공급하는 가스 주입관과, 상기 반응기 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원공급기와, 상기 중주파 전원공급기와 각각 연결되며, 상기 반응기 내부에 설치되는 2개의 플라즈마 발생 전극과, 상기 중주파 전원공급기와 2개의 전극을 각각 연결하며, 반응기 내부의 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용하는 2개의 전선과, 원활한 플라즈마 처리를 위하여 샘플 기판에 열을 인가하는 히터를 포함하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, in the present invention, a reactor providing a predetermined closed space independent from the outside, a gas injection pipe for supplying a reaction gas to the inside of the reactor at a predetermined pressure, and the reactor A medium-frequency power supply for supplying medium-frequency power to the inside, each connected to the medium-frequency power supply, two plasma generating electrodes installed inside the reactor, and the medium-frequency power supply and two electrodes are connected, respectively, inside the reactor There is provided an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus including two wires using a polymer coating to withstand high temperature and high voltage as an insulator, and a heater for applying heat to a sample substrate for smooth plasma processing.

상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다. The output frequency applied to the electrode is characterized in that the plasma is generated using a frequency of 20 to 100 KHz.

또한, 상기 전극은 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용한 전선을 사용할 수 있다. 즉, 플라즈마 전극 소재는 전극용 고온내압의 전선을 사용하며, 전선 내부의 도체와 그 주변을 절연시키기위해 내열 기능을 가지는 실리콘 등의 고분자 소재를 전선피복용 절연체로 사용하는 것이다.In addition, as the electrode, a wire using a polymer coating that withstands high temperature and high voltage as an insulator may be used. That is, the plasma electrode material uses a high-temperature withstand voltage wire for the electrode, and a polymer material such as silicone having a heat-resistance function is used as an insulator for the wire covering in order to insulate the conductor inside the wire and its surroundings.

본 발명에서, 상기 고분자 피복은 실리콘 피복으로 하는 것이 바람직하며, 내전압이 1~30 kV인 고분자 피복을 절연체로 가진 2개의 전선을 서로 다양한 형태로 교차시켜 플라즈마 발생 전극을 이루는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the polymer coating is preferably a silicone coating, and two electric wires having a polymer coating having a withstand voltage of 1 to 30 kV as an insulator are crossed in various shapes to form a plasma generating electrode.

또한, 상기 전극은 반응기 내부에서 수평적으로 평행한 형태로 설치될 수 있다. In addition, the electrodes may be installed in a horizontally parallel form inside the reactor.

한편, 상기 전극 주변에 영구자석을 배치하여 플라즈마 강도를 높일 수 있다. On the other hand, the plasma intensity can be increased by disposing a permanent magnet around the electrode.

또한, 상기 전극과 영구자석이 반응성 증기에 노출되지 않도록 반응기 중간에 설치되는 가스 분리막이 더 포함된다. In addition, a gas separation membrane installed in the middle of the reactor so that the electrode and the permanent magnet are not exposed to the reactive vapor is further included.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 20~100kHz기반의 중주파 전원장치를 이용하는 것으로 플라즈마를 발생하는데 별도의 매칭 네트워크가 필요 없어 매우 경제적인 특징을 가지는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다. According to the present invention as described above, it is possible to provide an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus having very economical characteristics because there is no need for a separate matching network to generate plasma by using a medium frequency power supply based on 20 to 100 kHz.

또한, 중주파 전원공급기와 이를 바탕으로 대기압에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키는 다양한 형태의 대기압 전극의 개발을 통해 도전성 금속 전극을 실리콘 피복재를 기반으로 하는 유전체로 감싸는 전선이나 케이블 형태의 복합 소재를 사용하여 대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있다. In addition, through the development of a mid-frequency power supply and various types of atmospheric pressure electrodes that stably generate plasma at atmospheric pressure based on the medium frequency power supply, the conductive metal electrode is wrapped with a dielectric based on a silicon cladding material using a composite material in the form of a wire or cable. Plasma can be generated.

도 1은 본 발명에서의 대기압 중주파 플라즈마 처리장치의 개념을 나타내는 구성도이다.
도 2는 실리콘 피복을 가지는 전선이나 고온고전압을 견디는 임의의 고분자 전선을 이용한 대면적 대기압 플라즈마 전극의 몇 가지 예시를 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 대기압 중주파 플라즈마 처리장치를 이용한 대기압 중주파 플라즈마 발생 사진이다. 1 is a block diagram showing the concept of an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus in the present invention.
2 is a view showing several examples of a large-area atmospheric pressure plasma electrode using a silicon-coated electric wire or an arbitrary polymer electric wire that withstands high temperature and high voltage.
3 is a photograph of atmospheric pressure medium frequency plasma generation using the atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art completely It is provided to inform you.

도 1은 본 발명에서의 대기압 중주파 플라즈마 처리장치의 개념을 나타내는 구성도이다. 1 is a block diagram showing the concept of an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus in the present invention.

본 발명의 대기압 중주파 플라즈마 처리장치는 외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응기(120)와, 상기 반응기(120) 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원공급기(100)와, 상기 중주파 전원공급기(100)와 각각 연결되는 2개의 플라즈마 발생 전극(60)과, 상기 중주파 전원공급기(100)와 2개의 전극(60)을 각각 연결하는 2개의 전선(110)과, 원활한 플라즈마 처리를 위하여 샘플 기판(30)에 열을 인가하는 히터(40)를 포함하여 구성된다. The atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus of the present invention includes a reactor 120 providing a predetermined enclosed space independent of the outside, a medium frequency power supply 100 for supplying medium frequency power to the reactor 120, and the medium frequency power source Two plasma generating electrodes 60 respectively connected to the supply 100, two wires 110 connecting the medium frequency power supply 100 and the two electrodes 60, respectively, and a sample for smooth plasma treatment It is configured to include a heater 40 that applies heat to the substrate 30 .

상기 반응기(120)에는 그 내부에 반응가스를 공급하기 위한 가스 주입관(20)이 연결되며, 상기 가스 주입관(20)을 통해 외부의 기화기(10)와 수송 가스기(15)에서 공급되는 반응가스를 상기 반응기(120) 내부에 공급할 때 소정의 압력으로 공급하기 위한 가스유량밸브(80)가 포함된다. A gas injection pipe 20 for supplying a reaction gas therein is connected to the reactor 120 , and is supplied from an external vaporizer 10 and a transport gas device 15 through the gas injection pipe 20 . A gas flow valve 80 for supplying the reaction gas to the inside of the reactor 120 at a predetermined pressure is included.

여기서, 상기 반응기(120) 내에서 반응이 완료된 반응가스를 배출하는 반응가스 배출부(도시안함)가 포함되며, 반응가스 배출부는 외부의 배기 시스템과 연결되어 반응가스의 유출입이 가능하게 된다. Here, a reaction gas discharge unit (not shown) for discharging the reaction gas on which the reaction has been completed in the reactor 120 is included, and the reaction gas discharge unit is connected to an external exhaust system to enable the reaction gas to flow in and out.

또한, 상기 반응기(120)의 내부에는 2개의 전극(60)이 구비되는데, 본 발명에서 상기 전극(60)은 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용한 전선을 사용할 수 있다. 즉, 플라즈마 전극 소재는 전극용 고온내압의 전선을 사용하며, 전선 내부의 도체와 그 주변을 절연시키기 위해 내열 기능을 가지는 실리콘 등의 고분자 소재를 전선피복용 절연체로 사용하는 것이다.In addition, two electrodes 60 are provided inside the reactor 120 . In the present invention, a wire using a polymer coating that withstands high temperature and high voltage as an insulator may be used as the electrode 60 . That is, the plasma electrode material uses a high-temperature withstand voltage wire for the electrode, and a polymer material such as silicon having a heat-resistance function is used as an insulator for the wire covering in order to insulate the conductor inside the wire and its surroundings.

통상 대기압 플라즈마 처리장치의 구성에는 반드시 플라즈마 발생 전원장치와 전극이 필요하다. 중주파 전원장치를 이용하여 플라즈마를 발생시키고자 할 때, 두 개의 전극의 구성과 그 사이에 절연체를 배치하는 것이 일반적이다. 전극은 전기가 잘 통하는 금속 도체이며 절연체는 일반적으로 유리, 석영, 알루미나 등의 세라믹이 주로 사용된다. In general, the configuration of an atmospheric pressure plasma processing apparatus necessarily requires a plasma generating power supply and an electrode. When generating plasma using a medium frequency power supply, it is common to have two electrodes and an insulator therebetween. The electrode is a metal conductor that conducts electricity well, and ceramics such as glass, quartz, and alumina are mainly used as the insulator.

이 경우에는 플라즈마 발생을 위해 상대적으로 많은 양의 전력과 높은 전압이 필요하다. 본 발명에서는 플라즈마 발생 전극(소스)를 실리콘을 함유하고 있는 고분자 소재 기반의 절연체로 감싸여 있는 금속 전선을 사용한다. 이런 구성을 통해 유연한 대기압 플라즈마 전극 소스를 쉽고 편하게 만들 수 있다.In this case, a relatively large amount of power and high voltage are required for plasma generation. In the present invention, a metal wire wrapped with an insulator based on a polymer material containing silicon is used for the plasma generating electrode (source). Through this configuration, a flexible atmospheric pressure plasma electrode source can be easily and conveniently made.

본 발명의 상기 전극(60)은 상기 중주파 전원공급기(100)와 각각 연결되며, 상기 반응기(120) 내부에 2개의 플라즈마 발생 전극이 수평적으로 평행한 형태로 설치된다.The electrode 60 of the present invention is respectively connected to the medium frequency power supply 100, and two plasma generating electrodes are installed in the reactor 120 in a horizontally parallel form.

이때 각각의 전극(60)은 서로 마주보도록 하여 수평적으로 평행하게 설치되는데, 상기 중주파 전원공급기(100)와 2개의 전극(60)을 각각 전선(110)으로 연결한다. At this time, each electrode 60 is installed horizontally and parallel to face each other, and the medium frequency power supply 100 and the two electrodes 60 are connected to each other by wires 110 .

상기 전선(110)은 반응기 내부의 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용하여야 한다. 즉, 전선 내부의 도체와 그 주변을 절연시키기 위해 내열 기능을 가지는 실리콘 등의 고분자 소재를 전선피복용 절연체로 사용하는 것이다.For the electric wire 110, a polymer coating that withstands high temperature and high voltage inside the reactor should be used as an insulator. That is, in order to insulate the conductor inside the electric wire and its surroundings, a polymer material such as silicone having a heat-resistant function is used as an insulator for the electric wire covering.

또한, 본 발명에서는 상기 전극(60)으로 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용한 전선을 사용하게 되므로, 상기 중주파 전원공급기(100)에서 연결된 2개의 전선(110)을 그대로 연결하여 상기 전극(60)으로 이용할 수도 있다. In addition, in the present invention, since a wire using a polymer coating that withstands high temperature and high voltage as an insulator is used as the electrode 60, the two wires 110 connected from the medium frequency power supply 100 are directly connected to the electrode 60 ) can also be used.

도 2의 (1) 내지 (4)는 실리콘 피복을 가지는 전선이나 고온고전압을 견디는 임의의 고분자 전선을 이용한 대면적 대기압 플라즈마 전극의 몇 가지 예시를 보인 도면이다. 2 (1) to (4) are diagrams showing several examples of large-area atmospheric pressure plasma electrodes using a silicon-coated electric wire or an arbitrary polymer electric wire that withstands high temperature and high voltage.

이와 같이, 본 발명은 실리콘을 절연체 피복으로 사용하는 내전압고온용 전선 두 가닥을 서로 다양한 방법으로 교차시켜 플라즈마 발생 전극으로 사용할 수 있으며, 특히 전선의 평면적인 몇 가지 예시적 배치를 통해 여러 형태의 대면적 대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있다.As described above, the present invention can be used as a plasma generating electrode by crossing two strands of a high-withstanding voltage and high-temperature wire using silicon as an insulator coating in various ways. An area atmospheric pressure plasma can be generated.

본 발명에서, 상기 고분자 피복은 실리콘 피복으로 하는 것이 바람직하며, 내전압이 1~30 kV인 고분자 피복을 절연체로 가진 2개의 전선을 서로 다양한 형태로 교차시켜 플라즈마 발생 전극을 이룰 수 있다. In the present invention, the polymer coating is preferably a silicone coating, and two wires having a polymer coating having a withstand voltage of 1 to 30 kV as an insulator are crossed in various shapes to form a plasma generating electrode.

본 발명에서, 상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the output frequency applied to the electrode is characterized in that the plasma is generated using a frequency of 20 to 100 KHz.

본 출원인의 실험 결과, 상기 전극(60)에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 상기 전극(60)에 인가되는 출력 주파수가 20KHz 이하 또는 100 KHz 이상으로 되면 플라즈마 발생에 안정적이지 못하거나 플라즈마 발생이 원활하지 못하므로, 상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하는 것이 가장 바람직하다.As a result of the applicant's experiment, it was found that it is most preferable to generate plasma using a frequency of 20 to 100 KHz as the output frequency applied to the electrode 60 . When the output frequency applied to the electrode 60 is 20 KHz or less or 100 KHz or more, plasma generation is not stable or plasma generation is not smooth, so the output frequency applied to the electrode uses a frequency of 20 to 100 KHz It is best to do

또한, 상기 중주파 전원공급기를 구성하는 회로는 50~60Hz, 100~220V 교류 입력 전원과 전력 전달을 위해 하프 브릿지 회로 설계를 사용하며, 중주파 전원의 크기는 입력되는 주파수 변조 후 트랜스포머를 통해 승압되어 출력 단자에서 20~100 kHz의 주파수를 발생시킬 수 있다. In addition, the circuit constituting the mid-frequency power supply uses a half-bridge circuit design to transmit 50-60 Hz, 100-220V AC input power and power, and the size of the mid-frequency power is boosted through a transformer after the input frequency is modulated and output A frequency of 20 to 100 kHz can be generated at the terminal.

한편, 상기 전극(60) 주변에 영구자석(70)을 배치하여 플라즈마 강도를 높일 수 있다. Meanwhile, the plasma intensity may be increased by disposing a permanent magnet 70 around the electrode 60 .

또한, 상기 전극(60)과 영구자석(70)이 반응성 증기에 노출되지 않도록 반응기 중간에는 가스 분리막(50)이 설치될 수 있다. In addition, a gas separation membrane 50 may be installed in the middle of the reactor so that the electrode 60 and the permanent magnet 70 are not exposed to the reactive vapor.

[실시예][Example]

<평면형 대기압 플라즈마 처리 장치 개발 및 특성 평가><Development and characteristic evaluation of flat atmospheric pressure plasma processing equipment>

도 1은 간단한 평면형 대기압 플라즈마 처리 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a simple planar atmospheric pressure plasma processing apparatus.

중주파 플라즈마에 전원을 인가하는 중주파 전원공급기(100)의 2개의 출력 전선(110)이 별도의 실리콘 피복제, 또는 고온고전압을 견디는 임의의 고분자 절연체로 감싸여 있는 전선 두 가닥에 각각 연결되어 있다. 여기서는 내전압이 10~30kV를 가지는 실리콘 절연체 피복을 가진 상용화된 임의의 전선을 사용하였다.Two output wires 110 of the medium frequency power supply 100 for applying power to the medium frequency plasma are respectively connected to two wires wrapped in a separate silicone coating material or any polymer insulator that withstands high temperature and high voltage. Here, any commercially available wire with a silicon insulator coating having a withstand voltage of 10 to 30 kV was used.

플라즈마 처리를 위한 가스나 증기는 기화기(120)에 별도로 설치된 가스 주입관(20)을 통해서 반응기(120) 내부로 들어온다. 플라즈마 처리하고자 하는 샘플(30)은 가열되는 히터(40) 위에 위치한다. 여기서 사용하는 온도는 0~900℃ 정도이다.Gas or vapor for plasma treatment is introduced into the reactor 120 through a gas injection pipe 20 separately installed in the vaporizer 120 . The sample 30 to be plasma-treated is positioned on the heater 40 to be heated. The temperature used here is about 0 to 900°C.

실리콘 전선을 이용한 대면적 대기압 플라즈마 장치 개발에 성공한 이후 반응기 천정과 실리콘 전선 사이에 영구 자석(70)을 설치하면 중주파 전기의 전자기적인 특성을 이용하여 플라즈마 강도를 추가로 높일 수 있다는 것을 확인하고 별도 설치하여 본 발명을 완성하였다. After the successful development of a large-area atmospheric pressure plasma device using a silicon wire, it was confirmed that if a permanent magnet 70 was installed between the reactor ceiling and the silicon wire, the plasma intensity could be further increased by using the electromagnetic characteristics of mid-frequency electricity. Thus, the present invention was completed.

플라즈마 강도에 대한 영구자석(70)의 효과를 높이고자 한다면 자석의 자장이 미치는 범위내에서 실리콘 전선(110)과 자석(70)의 거리를 정해야 한다. 본 발명에서는 자석(70)은 100가우스의 자장을 가지는 외부 직경 약 70mm의 도넛 모양을 사용하였지만, 이 외에도 다양한 자장의 크기와 모양을 변형시킨 임의의 자석을 사용할 수 있다.In order to increase the effect of the permanent magnet 70 on the plasma intensity, the distance between the silicon wire 110 and the magnet 70 should be determined within the range of the magnetic field of the magnet. In the present invention, the magnet 70 uses a donut shape having an outer diameter of about 70 mm having a magnetic field of 100 Gauss, but any magnet having various sizes and shapes of the magnetic field may be used.

실리콘 전선을 사용하여 대기압 플라즈마를 발생시키고자 할 때 도 2에 도시한 예시들처럼 다양한 형태의 전극을 만들 수 있다. 중요한 것은 실리콘 피복을 가지는 두 전선의 거리가 지나치게 분리되지 않는 것이다. 두 전선의 거리가 0~50mm의 범위에 있는 것이 좋으며 여기서는 두 전선의 간격이 약 10mm로 하였다.When generating atmospheric pressure plasma using a silicon wire, various types of electrodes can be made as in the examples shown in FIG. 2 . The important thing is that the distance between the two wires with the silicone coating is not excessively separated. It is recommended that the distance between the two wires is in the range of 0-50mm, and here the distance between the two wires is set to about 10mm.

상용화된 실리콘 피복 전선의 외경은 4~10mm 정도가 일반적이며 여기서는 4mm를 사용하였다. 그러나 상용화된 전선의 경우 일반적으로 실리콘 절연체 전선 외경이 클수록 내부에 있는 도전체의 크기도 커져, 플라즈마 전극으로 실리콘 전선을 같은 길이로 사용하면 전선 외경이 큰 경우에 더 많은 소비 전력에 의해 플라즈마 강도가 더 높을 것으로 판단된다.Commercially available silicon-coated wires have an outer diameter of about 4 to 10 mm, and 4 mm is used here. However, in the case of commercialized wires, in general, the larger the outer diameter of the silicon insulated wire, the larger the size of the conductor inside. is considered to be higher.

도 2 (1) 내지 (4)에 도시한 실리콘 전선을 사용한 여러 형태의 평면형 플라즈마 전극은 어느 경우의 형태를 사용하여도 대기압 조건에서 안정적으로 플라즈마가 발생한 것을 실험을 통하여 본 출원인은 확인하였다.The present applicant confirmed through experiments that plasma was stably generated under atmospheric pressure conditions in any of the various types of planar plasma electrodes using silicon wires shown in FIGS. 2 (1) to (4).

도 3은 도 2의 (1)형태로 플라즈마 전극을 만들었을 때 플라즈마가 발생한 것을 직접 촬영한 사진으로, 대기압 조건에서 안정적으로 플라즈마가 발생한 것을 알 수 있다. 3 is a photograph taken directly when the plasma electrode was made in the form of (1) of FIG. 2, and it can be seen that the plasma was stably generated under atmospheric pressure conditions.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The right of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by what is described in the claims, and a person of ordinary skill in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. it is self-evident

10: 기화기 15: 수송 가스기
20: 가스 주입관 30: 샘플
40: 히터 50: 가스 분리막
60: 전극 70: 영구자석
100: 중주파 전원공급기 110: 전선
120: 반응기10: carburetor 15: transport gas
20: gas inlet tube 30: sample
40: heater 50: gas separation membrane
60: electrode 70: permanent magnet
100: medium frequency power supply 110: wire
120: reactor

Claims (7)

외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응기;
반응가스를 상기 반응기 내부에 소정의 압력으로 공급하는 가스 주입관;
상기 반응기 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원공급기;
상기 중주파 전원공급기와 각각 연결되며, 상기 반응기 내부에 설치되는 2개의 플라즈마 발생 전극;
상기 중주파 전원공급기와 2개의 전극을 각각 연결하며, 반응기 내부의 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용하는 2개의 전선; 및
원활한 플라즈마 처리를 위하여 샘플 기판에 열을 인가하는 히터;
를 포함하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.a reactor that is independent from the outside and provides a predetermined sealed space;
a gas injection pipe for supplying a reaction gas to the inside of the reactor at a predetermined pressure;
a medium frequency power supply for supplying medium frequency power to the reactor;
two plasma generating electrodes respectively connected to the medium frequency power supply and installed inside the reactor;
two wires connecting the medium frequency power supply and the two electrodes, respectively, and using a polymer coating to withstand high temperature and high voltage inside the reactor as an insulator; and
a heater for applying heat to the sample substrate for smooth plasma processing;
Atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.The method according to claim 1,
An output frequency applied to the electrode is an atmospheric pressure medium-frequency plasma processing apparatus, characterized in that the plasma is generated using a frequency of 20 to 100 KHz. 청구항 1에 있어서,
상기 전극은 고온고전압을 견디는 고분자 피복을 절연체로 사용한 전선을 사용하는 것을 특징으로 하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.The method according to claim 1,
The electrode is an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus, characterized in that it uses a wire using a polymer coating to withstand high temperature and high voltage as an insulator. 청구항 3에 있어서,
상기 고분자 피복은 실리콘 피복을 포함하며, 내전압이 1~30 kV인 고분자 피복을 절연체로 가진 2개의 전선을 서로 다양한 형태로 교차시켜 플라즈마 발생 전극을 이루는 것을 특징으로 하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.4. The method according to claim 3,
The polymer coating includes a silicone coating, and two wires having a polymer coating having a withstand voltage of 1 to 30 kV as an insulator are crossed in various shapes to form a plasma generating electrode. 청구항 3에 있어서,
상기 전극은 반응기 내부에서 수평적으로 평행한 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.4. The method according to claim 3,
The electrode is an atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus, characterized in that it is installed in a horizontally parallel form inside the reactor. 청구항 1에 있어서,
상기 전극 주변에 영구자석을 배치하여 플라즈마 강도를 높이는 것을 특징으로 하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.The method according to claim 1,
Atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus, characterized in that the plasma intensity is increased by arranging a permanent magnet around the electrode. 청구항 1에 있어서,
상기 전극과 영구자석이 반응성 증기에 노출되지 않도록 반응기 중간에 설치되는 가스 분리막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 중주파 플라즈마 처리장치.
The method according to claim 1,
Atmospheric pressure medium frequency plasma processing apparatus, characterized in that it further comprises a gas separation membrane installed in the middle of the reactor so that the electrode and the permanent magnet are not exposed to the reactive vapor.
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