KR100335247B1 - 플라즈마를 발생시키는 장치 - Google Patents

Abstract

로드형 도체(3)를 내부에 포함하는 절연재료로 된 절연관(2)이 진공실(13) 안으로 들어가며, 여기서 절연관(2)의 내경이 로드형 도체(3)의 직경보다 크며, 절연관(2)의 한쪽 단부가 진공실(13)의 벽(1)에 고정되고 벽(1)의 맞은 편 쪽으로 절연관의 외부면이 밀폐되며, 로드형 도체(3)가 교번 전자계를 생성하는 소스(9)에 연결되는, 진공실 (13)에서 교번 전자계의 도움으로 플라즈마를 발생시키는 장치에서는, 로드형 도체 (3)와 절연관(2)에 의해 이루어지는 링 형태의 공간 속으로 관상 도체(4)가 로드형 도체(3)와 동축을 이루도록 연장되며, 여기서 로드형 도체(3)와 관상 도체(4)에 의해 이루어지는, 반경 방향으로 안쪽에 있게 되는 링형태 틈새(14)는 소스(9)의 도파관(10)과 연결되고, 절연관(2)과 관상 도체(4)에 의해 이루어지는, 반경 방향으로 바깥쪽에 있게 되는 링형태 틈새(15)는 제 2 소스(8)의 도파관(10')과 연결된다.

Description

플라즈마를 발생시키는 장치{DEVICE FOR PRODUCING PLASMA}

본 발명은 진공실에서 교번 전자계의 도움으로 플라즈마를 발생시키는 장치에 관한 것인데, 이 장치에서는 로드형 도체를 내부에 포함하는 절연재료로 된 절연관이 진공실 안으로 들어가며, 여기서 절연관의 내경이 로드형 도체의 직경보다 크며, 절연관의 한쪽 단부가 진공실의 벽에 고정되고 벽의 맞은 편 쪽으로 절연관의 외부면이 밀폐되며, 로드형 도체가 교번 전자계를 생성하는 소스에 연결된다.

공지된 플라즈마 발생 장치(DE 195 03 205)는 제한된 작업 영역(프로세스 영역, 가스압, 마이크로파 출력)에서 표면 처리 및 코팅 기술을 위한 플라즈마를 발생시킬 수 있게 해 준다. 이 공지된 장치는 크게 보아 진공처리실에 설치되는 원통형 유리관과 그 속에 들어가는 금속 전도관으로 이루어지며, 여기서 가스관의 내부 공간에는 대기압이 유지된다. 마이크로파 출력은 두 개의 공급원 및 내부 도체와 외부 도체로 이루어지는 두 개의 금속 동축선을 통해 양쪽에서 진공처리실의 벽을 통과하여 유입된다. 진공처리실 내부의 동축선에서 빠져 있는 외부 도체는 플라즈마 방전물에 의해 대체하게 되는데, 플라즈마 방전물은 충분한 여기 조건(가스압)에서 마이크로파 출력에 의해 여기되어 유지되며, 여기서 마이크로파 출력은 양쪽의 금속 동축선으로부터 유리관을 통해 진공처리실 내부로 방출될 수 있다. 플라즈마는 원통형 유리관의 외부를 에워싸며 내부 도체와 함께 감쇠 라이닝이 아주 큰 동축선을 이룬다. 마이크로파 출력이 양쪽에서 일정하게 공급될 때, 플라즈마가 진공처리실 내부의 동축선에서 외부 도체가 없는 곳에서 눈으로 볼 때 확실히 균일하게 장치를 따라서 방전하도록, 진공처리실의 가스압이 조정될 수 있다.

마이크로파 출력이 미리 정해져 있을 때 진공처리실에서 가스압이 높여지면, 경험에서도 드러나듯이 장치를 따라가면서 보이는 플라즈마의 균일성이 상실된다. 장치의 피더 점들 사이의 중간 정도의 거리에 있는 플라즈마는 시각적으로 볼 때도 약화되며 일정한 압력부터는 완전히 소멸된다. 플라즈마 라인이 '찢어지며', 이렇게 생기는 두 부분 플라즈마는 압력이 계속 높여지면 피더 쪽으로 후퇴한다. 특히 길이가 긴 장치(예컨대 1 m 이상)의 경우에는 이 효과로 인해 플라즈마의 뷸균일이 초래되어 진공 처리 결과가 균일하지 못하게 된다. 이 부분 플라즈마들은 벽 가까이에 있는 피더 단부에서는 발광력이 크고 가운데로 갈수록 약화된다.

마이크로파의 감쇠는 동축선상의 위치와는 전혀 상관없다. 동축선의 절연체 충전(充塡)이 공기로 이루어지고 동축선의 절연체의 비유전율(比誘電率)이 장치의 길이 전체에 걸쳐 일정하기 때문에, 감쇠의 크기는 마이크로파가 전도성 표면을 투과하는 깊이에 따라서만 달라진다. 단위 길이당 감쇠가 일정할 때 단위 길이당 플라즈마에 순수하게 가해지는 마이크로파 출력이 장치를 따라 가운데로 가면서 떨어진다는 것에 주의된다. 외부 도체는 플라즈마로 이루어지기 때문에, 이것의 도전율은 정확히 규정할 수 없다. 분명한 것은 이 도전율이 플라즈마 밀도에 따라서 달라지며, 플라즈마 밀도는 다시 일정 범위에서는 방전 영역의 마이크로파 출력밀도의 함수가 된다는 것이다. 플라즈마의 도전율은 아마도 금속 표면보다 조금 높고(∼ 50 ㎛) 장치의 길이 전체에 걸쳐 일정하지 않은 것 같다.

그 밖에 또 밝혀진 것은, 공지된 장치는 8x10^-2mbar보다 낮은 압력에서는 플라즈마 방전을 거의 유지하지 못한다는 것이다. 장치의 가요성을 높이려면 낮은 압력에서도 자계의 지원 없이 플라즈마 방전을 얻을 수 있는 작동 조건을 마련하는 것이 바람직한 것 같다.

본 발명의 목적은 공지된 장치의 단점을 개선할 뿐만 아니라, 크고 평탄한 3차원 기판을 코팅하는 데 적합하고 진공실 벽에 구멍이 하나만 필요하도록 장치를 설계하는 데 있다.

도 1은 장치의 개략적인 종단면도이다.

이 목적은 본 발명에 따라 로드형 도체와 절연관에 의해 이루어지는 링 형태의 공간 속으로 관상 도체가 로드형 도체와 동축을 이루도록 연장되고, 로드형 도체와 관상 도체에 의해 이루어지는, 반경 방향으로 안쪽에 있게 되는 링형태 틈새가 소스의 도파관과 연결되고, 절연관과 관상 도체에 의해 이루어지는, 반경 방향으로 바깥쪽에 있게 되는 링형태 틈새가 제 2 소스의 도파관과 연결됨으로써 도달된다.

그 밖의 실시예, 개별 사항, 특징들은 청구항에 자세히 설명되어 있고 특징화되어 있다.

실시예

본 발명은 아주 다양한 실시예를 가능하게 해 주는데, 그 가운데 하나가 첨부된 도면을 통해 자세히 설명되는데, 이 도면은 장치의 개략적인 종단면도이다.

장치는 진공실(13)의 벽 부분(1)을 관통하는 절연관(2)(유리관), 이 절연관과 동축을 이루며 배치되고 한쪽 단부가 소스(9)의 방형 도파관(10)에 연결 고정되는 로드형 도체(3), 절연관(2)과 로드형 도체(3)에 의해 이루어지는 링 형태의 틈새 속으로 뻗어 들어가 로드형 도체(3)와 동축을 이루는 관상 도체(4), 링 형태의 틈새(14)가 유지되도록 해 주며 예컨대 합성수지로 제작되는 간격 링(5), 링 형태의 틈새들(14, 15)을 서로 연결시켜 주는 방향전환 캡(6), 절연관(2) 속으로 들어가 외부 도체를 이루는 금속 부시(7), 절연관(2)과 진공실 벽(1) 사이에 끼워지는 원형 코드 링(12), 금속 부시(7)에 연결 고정되는 소스(8)의 방형 도파관(10'), 그리고 방형 도파관(10, 10') 속에서 변위 가능하게 설치되는 튜닝부 (11, 11')로 이루어진다.

도면에 도시되어 있는 장치에서는 마이크로파 출력의 일부, 거의 절반이 종래의 방식대로 플라즈마에 동축 방향으로 공급되며(튜닝부(11')의 보조를 받아 방형 도파관(10')을 거쳐서 왼쪽에서 4와 7로 이루어지는 동축선으로 공급되며), 마이크로파 출력의 나머지, 거의 절반은 튜닝부(11)를 갖춘 방형 도파관(10)을 거쳐서 로드형 도체(3)와 관상 도체(4)로 이루어지는 동축 우회 도선, 도선파를 폐쇄하는 동축 우회장치(캡 6), 그리고 관상 도체(4)와 금속 부시(7)를 갖는 짧은 동축 도선을 지나면서 반대편으로부터 공급된다.

마이크로파 출력을 장치에 공급하는 일은 반드시 방형 도파관을 통해 이루어질 필요는 없고, 다른 적합한 마이크로파 유도 장치를 통해서도 이루어질 수 있다. 또한 두 마이크로파 유도 장치를 통해 장치에 공급되는 마이크로파는 반드시 위상 상관적일 필요는 없다.

전체 장치의 길이는 그때그때의 인가(application)에 맞게 정할 수 있다. 특히 길이가 아주 긴 실시예에서는 안정성의 이유로 마이크로파 흡수율이 아주 낮은 절연 재료로 된 디스크(5)를 부여하여 동축 도체들(3, 4, 7)을 동심적인 형태로 지지하도록 해야 한다.

전체 장치는 진공을 밀폐하지만 마이크로파를 투과시키는 내열성 재료(예컨대, 수분이 없는 수정 유리, 산화알루미늄 세라믹, 산화지르코늄 세라믹)로 된 용기 속에 들어간다. 이때 장치 내부에는 대기압이 유지되며, 절연관(2)의 바깥에는 플라즈마 방전을 일으켜 지속시키는 데 적합한 가스압이 유지된다. 절연관(2)은 그 한쪽 부위에서만 진공 용기(13)(예컨대 플라즈마 처리 반응기)의 벽(1)을 통과하여 진공이 밀폐되게 진공 용기와 연결된다.

설명한 장치는 다음과 같은 장점을 갖는다.

- 양측에서 마이크로파 공급을 받고 양측에 고정되는 장치와 동일한 효율을 보이므로 한쪽에서 마이크로파를 공급하고 한쪽에 고정되는 이점이 있다.

- 길이가 아주 긴 경우(예컨대 절연체 용기의 직경이 30 mm이고 길이가 2000 mm인 경우)에도 전체 장치의 횡단면적을 아주 적게 할 수 있다.

- 코팅 컨베이어 벨트 시설에서 이용하기에/설비보완하기에 이상적이다.

Claims (4)

1. 로드형 도체(3)를 내부에 포함하는 절연재료로 된 절연관(2)이 진공실(13) 안으로 들어가며, 여기서 절연관(2)의 내경이 로드형 도체(3)의 직경보다 크며, 절연관(2)의 한쪽 단부가 진공실(13)의 벽(1)에 고정되고 벽(1)의 맞은 편 쪽으로 절연관(2)의 외부면이 밀폐되며, 로드형 도체(3)가 교번 전자계를 생성하는 소스(9)에 연결되는, 진공실(13)에서 교번 전자계의 도움으로 플라즈마를 발생시키는 장치에 있어서,

   로드형 도체(3)와 절연관(2)에 의해 이루어지는 링 형태의 공간 속으로 관상 도체(4)가 로드형 도체(3)와 동축을 이루도록 연장되며, 여기서 로드형 도체(3)와 관상 도체(4)에 의해 이루어지는, 반경 방향으로 안쪽에 있게 되는 링형태 틈새(14)는 소스(9)의 도파관(10)과 연결되고, 절연관(2)과 관상 도체(4)에 의해 이루어지는, 반경 방향으로 바깥쪽에 있게 되는 링형태 틈새(15)는 제2 소스(8)의 도파관(10')과 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서, 절연관(2)은 소스(8, 9)의 반대편 쪽의 단부가 캡(6)에 의해 폐쇄되며, 반경 방향으로 바깥쪽에 있는, 절연관(2)의 벽에 인접한 캡 부분에는 소스(8, 9) 있는 쪽으로 연장되는 슬리브(16)가 있으며, 슬리브(16)는 외부 도체를 이루면서 치수(a)만큼 링형태 틈새(15) 속으로 연장되어 들어가며, 여기서 캡(6)의 중심부는 로드형 도체(3)에 연결 고정되거나 로드형 도체와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서, 캡(6)의 외부 형태는 직선적인 원통형 형태를 취하고 이 원통의 회전축선은 로드형 도체(3)의 종축선과 같은 방향으로 연장되며, 여기서 소스(8, 9) 있는 쪽을 향하는 캡(6)의 정면에는 반원형 횡단면을 갖는 둥근 링 형태의 통로가 있으며, 여기서 반경 방향으로 안쪽에 있는, 통로에 둘러싸인 정면 부분은 로드형 도체(3)와 연결되며, 원통형에 가까운 캡(6)의 외주면은 절연관(2)의 내측벽에 직접 닿아 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
4. 제 2 항에 있어서, 캡(6)은 구형 부분과 이와 연결되어 있는 원통형의 부분으로 이루어지는 돔형 구성을 가지며, 여기서 구형 부분의 바닥면에는 동심적인 토러스 형태의 홈이 나 있으며, 이 홈의 원은 원통형 부분의 원통형 내부면과 인접하여 있고 그 홈의 원은 로드형 도체(3)의 자유단에 인접하거나 이 자유단과 일체로 형성되어 있고, 여기서 로드형 도체(3)의 종축선은 캡의 회전축선과 같은 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.