KR101121056B1 - An interferometor using gaussian beam antenna for plasma density diagnostics - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계에 관한 것으로, 플라즈마 밀도를 측정하는 간섭계에 있어서, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원, 상기 마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 전달하는 도파관, 상기 도파관으로부터 전달받은 마이크로파를 방출시키는 안테나, 상기 안테나에서 방출된 마이크로파를 반사시키는 반사경, 진공용기의 진공플렌지에 일체로 고정되어 상기 반사경을 통해 전달받은 마이크로파를 플라즈마 용기 내부에 전달하는 빔 렌즈 및 상기 플라즈마를 통과한 마이크로파의 위상차를 검출하는 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 진공플렌지 일체형 가우시안 빔 렌즈를 이용하여 마이크로파를 진공용기 내부에 방출시킴에 따라 빔 출력의 손실을 줄이고, 시스템의 단가를 절감시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to an interferometer for measuring plasma density using a Gaussian beam antenna, the interferometer for measuring plasma density, the microwave source for generating microwaves, the waveguide for transmitting the microwaves generated from the microwave source, received from the waveguide An antenna for emitting microwaves, a reflector for reflecting the microwaves emitted from the antenna, a beam lens that is integrally fixed to the vacuum flange of the vacuum vessel and delivers the microwaves received through the reflector into the plasma vessel, and the microwaves that have passed through the plasma. Characterized in that it comprises a processing unit for detecting the phase difference of. The present invention configured as described above has an advantage of reducing the loss of the beam output and the unit cost of the system by emitting the microwaves into the vacuum vessel using the vacuum flange integrated Gaussian beam lens.

플라즈마 밀도, 가우시안, 간섭계, 안테나, 마이크로파 Plasma Density, Gaussian, Interferometer, Antenna, Microwave

Description

가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계{An interferometor using gaussian beam antenna for plasma density diagnostics}An interferometor using gaussian beam antenna for plasma density diagnostics

본 발명은 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 가우시안 빔 렌즈와 안테나를 이용하여 플라즈마가 형성되는 진공용기 내부로 마이크로파를 방출하여 플라즈마의 밀도를 측정하기 위한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계에 관한 것이다.The present invention relates to an interferometer for plasma density measurement using a Gaussian beam antenna, and more particularly, a plasma for measuring plasma density by emitting microwaves into a vacuum vessel in which plasma is formed using a Gaussian beam lens and an antenna. An interferometer for measuring density.

플라즈마 내의 전자 밀도, 이온 밀도를 측정할 수 있는 도구로서, 랑뮈어 프로브(langmuir probe), 플라즈마 오실레이션 프로브, 플라즈마 흡수 프로브, OES(optical Emission Spectroscopy), 레이저 톰슨 분산(laser thomson scattering) 방법 그리고 간섭계(interferometry) 등이 있다.Tools for measuring electron density and ion density in plasma include langmuir probes, plasma oscillation probes, plasma absorption probes, optical emission spectroscopy (OES), laser thomson scattering methods, and interferometers (interferometry).

이중 간섭계 방법은 측정의 신뢰성이 높아 고밀도 플라즈마 실험에서 전자 밀도를 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 방법이다. 이 방법은 발진기나 레이저 등에서 발생한 전자기파를 플라즈마 내로 입사시켜 플라즈마 내에서의 위상 지연 효과를 이용해 전자 밀도의 선적분 값을 측정한다. 위상 지연 효과를 측정하는 방법은 주파수가 동일한 두 신호를 마련하고 이 중 하나만을 플라즈마에 입사시켜 기준이 되는 신호와 플라즈마를 지난 신호의 위상 값을 서로 비교하여 플라즈마에 의해 지연되는 위상을 계산하게 된다.The dual interferometer method is the most widely used method for measuring electron density in high density plasma experiments because of its high reliability. In this method, electromagnetic waves generated by an oscillator, a laser, or the like are incident into a plasma to measure the loading value of electron density using a phase delay effect in the plasma. In the method of measuring the phase delay effect, two signals having the same frequency are prepared and only one of them is incident on the plasma to compare the phase values of the reference signal and the signal past the plasma to calculate the phase delayed by the plasma. .

이러한 간섭계는 전자기파원과 적용하는 시스템에 따라 다양한 구성이 가능하나, 일반적으로 플라즈마는 진공 내에서 발생시키게 되므로 필수적으로 진공을 차폐함과 동시에 전자기파를 투과시킬 수 있는 부품이 필요하다. 대부분의 경우 안테나가 대기 중에 있는 경우에는 크리스털 재질의 진공창을 사용하며 안테나가 진공 내에 위치하는 경우에는 내부에 얇은 필름을 삽입하여 진공을 차폐할 수 있도록 한 도파관 부품을 사용하는 경우도 있다.These interferometers can be configured in various ways depending on the electromagnetic wave source and the system to be applied, but in general, since plasma is generated in a vacuum, there is a need for a component that can transmit electromagnetic waves while shielding the vacuum. In most cases, when the antenna is in the air, a crystal vacuum window is used. In the case where the antenna is located in a vacuum, a waveguide component is used to shield the vacuum by inserting a thin film inside.

또한 이러한 간섭계는 안테나에서 나온 빔의 직진성을 높여 빔 출력의 손실을 줄이고 제어된 경로를 벗어난 빔의 다중반사에 의한 잡음을 줄이기 위해 빔을 집속하여 빔 반경 방향의 출력 분포가 가우시안 분포의 형태를 갖는 가우시안 빔을 사용하며 이를 위해 렌즈나 거울 등으로 안테나에서 출력된 빔의 형태를 조절하게 된다. In addition, the interferometer focuses on the beam in order to increase the straightness of the beam from the antenna and to reduce the loss of the beam output and to reduce the noise caused by the multi-reflection of the beam outside the controlled path. Gaussian beam is used, and for this purpose, the shape of the beam output from the antenna is controlled by a lens or a mirror.

이처럼 가우시안 렌즈를 사용하여 빔을 집속하는 경우에는 렌즈를 진공 내에 위치시키기 용이하지 않으므로 가우시안 렌즈와 크리스털 재질의 진공창을 이용하여 빔을 집속하고 진공 내에 입사시키게 된다.As such, when the beam is focused using a Gaussian lens, the lens is not easily positioned in a vacuum, and thus the beam is focused and incident in the vacuum using a Gaussian lens and a crystal window.

그러나 이 과정에서 가우시안 렌즈와 진공창에서 이중의 출력 손실이 발생하며 렌즈와 진공창 경계면에서의 다중반사로 인해 신호잡음 또한 증가하는 단점이 있다. However, in this process, double output loss occurs in the Gaussian lens and the vacuum window, and signal noise is also increased due to multiple reflections at the interface between the lens and the vacuum window.

또한 크리스털 재질의 진공창은 가격이 비싸고 직경 8인치 이상으로는 제조가 힘들어 간섭계 시스템의 구성을 제약하는 요인이 되고 있다.In addition, crystal vacuum windows are expensive and difficult to manufacture over 8 inches in diameter, limiting the configuration of the interferometer system.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 마이크로파를 진공용기 내부에 형성되는 플라즈마로 방출하여 플라즈마 밀도를 용이하게 측정할 수 있고, 마이크로파의 초점을 용이하게 조절할 수 있는 플라즈마 밀도 측정 간섭계를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the above problems is to provide a plasma density measurement interferometer which can easily measure the plasma density, and easily control the focus of the microwave by emitting a microwave to the plasma formed inside the vacuum vessel The purpose is.

또한, 제작 단가를 낮추고 진공용기 내부로 마이크로파를 전달하기 위한 렌즈를 진공용기 일체형으로 준비하여 빔 출력을 손실을 줄일 수 있는 밀도 측정 간섭계를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.In addition, the purpose of the present invention is to provide a density measuring interferometer that can reduce the beam output by reducing the manufacturing cost and preparing a lens for delivering microwaves into the vacuum vessel as a vacuum vessel.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플라즈마 밀도를 측정하는 간섭계에 있어서, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원, 상기 마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 전달하는 도파관, 상기 도파관으로부터 전달받은 마이크로파를 방출시키는 안테나, 상기 안테나에서 방출된 마이크로파를 반사시키는 반사경, 진공용기의 진공플렌지에 일체로 고정되어 상기 반사경을 통해 전달받은 마이크로파를 플라즈마 용기 내부에 전달하는 빔 렌즈 및 상기 플라즈마를 통과한 마이크로파의 위상차를 검출하는 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is an interferometer for measuring the plasma density, a microwave source for generating a microwave, a waveguide for transmitting a microwave generated from the microwave source, an antenna for emitting a microwave received from the waveguide, A reflector for reflecting the microwaves emitted from the antenna, a beam lens which is integrally fixed to the vacuum flange of the vacuum vessel and delivers the microwaves received through the reflector into the plasma vessel, and a processor for detecting the phase difference between the microwaves passing through the plasma Characterized in that comprises a.

또한, 상기 반사경은, 제 1반사경과 제 2반사경을 서로 소정각도를 가지고 이루어져 상기 안테나에서 방출되는 마이크로파를 반사시키며, 상기 반사경은 상기 진공용기에 형성된 마주하는 진공플랜지에 각각 구비되어 마이크로파를 방출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the reflector, the first reflector and the second reflector having a predetermined angle to each other reflects the microwaves emitted from the antenna, the reflector is provided on each of the facing vacuum flange formed in the vacuum container to emit microwaves It is characterized by.

또한, 상기 반사경은, 구동수단을 더 포함하여 마이크로파의 초점 조절을 위해 소정거리 유동되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reflector is characterized in that it further comprises a drive means for a predetermined distance flow for adjusting the focus of the microwave.

또한, 상기 가우시안 렌즈는, 플라즈마 진공용기와 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.In addition, the Gaussian lens is characterized in that it is integrally combined with the plasma vacuum vessel.

또한, 상기 처리부는, 수학식

Figure 112009038891563-pat00001
를 통해 선적분 전자 밀도로 변환하여 플라즈마의 밀도를 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the processing unit,
Figure 112009038891563-pat00001
It is characterized in that the density of the plasma to detect by converting the loading electron density through.

또한, 상기 빔 렌즈는, 상기 진공용기의 진공플랜지와 접하는 면으로 오링홈을 구비하며, 상기 진공플랜지와 볼트 체결될 수 있도록 볼트홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the beam lens is provided with an o-ring groove on a surface in contact with the vacuum flange of the vacuum vessel, characterized in that the bolt hole so as to be bolted to the vacuum flange.

또한, 상기 빔 렌즈는, 별도의 결합 플랜지를 구비하여 이에 접착 고정되며, 상기 결합 플랜지는 상기 진공플랜지와 볼트 체결될 수 있도록 볼트홀을 구비하고, 진공플랜지와 접하는 면으로 오링홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the beam lens is provided with a separate coupling flange and fixed thereto, the coupling flange is provided with a bolt hole to be bolted to the vacuum flange, and has an O-ring groove on the surface in contact with the vacuum flange. It features.

또한, 상기 빔 렌즈는, 별도의 결합플랜지를 구비하고, 상기 빔 렌즈에는 볼트홀이 구비되어 상기 결합플랜지에 형성된 볼트홈을 통해 볼트 체결되고, 상기 결합플랜지는 볼트홀을 구비하여 상기 진공플랜지에 볼트 결합되며, 상기 빔 렌즈는 결합플랜지와 접하는 면으로 오링을 결합 수 있는 오링홈을 구비하는 것을 특징으 로 한다.In addition, the beam lens is provided with a separate coupling flange, the beam lens is provided with a bolt through the bolt groove formed in the coupling flange, the coupling flange is provided with a bolt hole to the vacuum flange The bolt is coupled, the beam lens is characterized in that it comprises an O-ring groove for coupling the O-ring to the surface in contact with the coupling flange.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 플라즈마 발생 장치의 진공플렌지에 가우시안 빔 렌즈를 일체로 고정하고, 상기 가우시안 빔 렌즈를 통해 외부 안테나에서 방출되는 마이크로파를 플라즈마 용기 내에 전파하여 플라즈마 밀도를 용이하게 검출할 수 있는 이점이 있다.The present invention constructed and operated as described above integrally fixes the Gaussian beam lens to the vacuum flange of the plasma generating device, and easily detects the plasma density by propagating microwaves emitted from an external antenna through the Gaussian beam lens in the plasma container. There is an advantage to this.

일체로 고정되는 가우시안 빔 렌즈를 통해 그 자체로 진공경계면으로 사용함으로 진공창의 사용을 배제할 수 있어 빔 출력의 손실과 다중 반사에 의한 신호잡음을 줄일 수 있는 이점이 있다.By using the Gaussian beam lens that is fixed as one, it is possible to eliminate the use of the vacuum window by itself as a vacuum boundary surface, so there is an advantage of reducing the loss of beam output and signal noise due to multiple reflections.

또한, 일반적으로 마이크로파의 수송을 위해 웨이브가이드를 사용하고, 이로 인해 완성된 시스템에서 안테나를 비롯한 각종 부품의 구동이 어려우나 본 발명에서는 반사경의 구동을 통해 마이크로파의 초점을 조절함에 따라 구조가 매우 간단한 이점이 있다.In addition, in general, the wave guide is used for transporting microwaves, which makes it difficult to drive various components including antennas in the completed system. However, in the present invention, the structure is very simple by adjusting the focus of the microwave through driving the reflector. There is this.

또한, 시스템의 제작 단가를 절감시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that can reduce the manufacturing cost of the system.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of an interferometer for measuring plasma density using a Gaussian beam antenna according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계의 개략적인 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 가우시안 빔 렌즈의 다양한 실시예를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 가우시안 빔 안테나를 나타난 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 반사경의 구동 상태를 도시한 도면이다.1 is a schematic configuration diagram of an interferometer for measuring plasma density using a Gaussian beam antenna according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing various embodiments of a Gaussian beam lens according to the present invention, and FIG. 3 is a Gaussian beam according to the present invention. 4 is a cross-sectional view illustrating an antenna, and illustrates a driving state of a reflector according to the present invention.

본 발명에 따른 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계는 플라즈마 밀도를 측정하는 간섭계에 있어서, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원(100), 상기 마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 전달하는 도파관(110), 상기 도파관으로부터 전달받은 마이크로파를 방출시키는 안테나, 상기 안테나에서 방출된 마이크로파를 반사시키는 반사경 및 진공용기의 진공플렌지에 일체로 고정되어 상기 반사경을 통해 전달받은 마이크로파를 플라즈마 용기 내부에 전달하는 빔 렌즈를 포함하여 구성된다.In the interferometer for measuring plasma density using a Gaussian beam antenna according to the present invention, an interferometer for measuring plasma density includes: a microwave generator 100 for generating microwaves, a waveguide 110 for transmitting microwaves generated from the microwave generator, and the Including an antenna for emitting microwaves received from the waveguide, a reflector for reflecting the microwaves emitted from the antenna and a beam lens that is integrally fixed to the vacuum flange of the vacuum vessel to deliver the microwaves received through the reflector into the plasma vessel; It is composed.

마이크로파 발생원(100)에서는 본 발명에 따른 플라즈마 밀도 측정에 사용되는 마이크로파를 출력하는 것으로, 다양한 크기의 주파수를 갖는 발생원을 사용할 수 있다.The microwave generator 100 outputs microwaves used for plasma density measurement according to the present invention, and a generator having various sizes of frequencies may be used.

상기 마이크로파 발생원에서 출력되는 마이크로파는 도파관(110)을 통해 전달되고 이는 안테나(500)를 통해서 방출된다.Microwaves output from the microwave source are transmitted through the waveguide 110 and are emitted through the antenna 500.

여기서 본 발명에 따른 플라즈마 밀도 측정 간섭계는 플라즈마 발생 장치의 진공용기(700) 내부에 형성되는 플라즈마 밀도를 측정하기 위한 것으로, 진공용기의 외측면으로는 내부와 연통되는 다수의 진공플랜지(710)가 형성되어 있다.Here, the plasma density measurement interferometer according to the present invention is for measuring the plasma density formed in the vacuum chamber 700 of the plasma generating apparatus, and a plurality of vacuum flanges 710 communicating with the inside are formed on the outer surface of the vacuum vessel. Formed.

따라서 본 발명에서는 서로 마주하는 진공플랜지 각각에 마이크로파 방출을 위한 안테나(500)가 설치되는데, 상기 안테나는 공지의 가우시안 빔 안테나(gaussian beam antenna)를 사용하여 마이크로 파를 방출한다.Therefore, in the present invention, an antenna 500 for microwave emission is installed in each of the vacuum flanges facing each other, and the antenna emits microwaves using a known Gaussian beam antenna.

상기 가우시안 빔 안테나(500)에서 방출되는 마이크로파는 진공용기 내로 전파하기 위하여 진공플랜지를 통해 전달되는데, 진공용기는 진공상태를 유지하기 위해서 진공플랜지가 폐쇄됨과 동시에 마이크로파를 전파할 수 있도록 빔 렌즈(200)가 구비된다.Microwaves emitted from the Gaussian beam antenna 500 are transmitted through a vacuum flange to propagate into the vacuum vessel. The vacuum vessel is closed by the vacuum flange to maintain the vacuum state and the beam lens 200 to propagate the microwave at the same time. ) Is provided.

이때 상기 안테나에서 방출되는 마이크로파를 빔 렌즈로 집속시키기 위한 반사경(310, 320)이 각각 구비된다. 상기 반사경은 일측 진공플랜지에 구비되는 제 1반사경(310)과 이의 반대측에 구비되는 제 2반사경(320)이 구비되면 각각의 반사경은 2개의 미러로 구성된다.In this case, reflectors 310 and 320 are respectively provided to focus the microwaves emitted from the antenna to the beam lens. When the reflecting mirror is provided with the first reflecting mirror 310 provided in one vacuum flange and the second reflecting mirror 320 provided on the opposite side thereof, each reflecting mirror is composed of two mirrors.

상기 제 1반사경을 설명하면 안테나에서 방출되는 마이크로파를 우선적으로 전달받는 제 2반사미러(312)와 제 2반사미러에서 반사된 마이크로파를 전달받아 빔 렌즈로 전달하는 제 1반사미러로 구성된다. 상기 제 1반사미러와 제 2반사미러는 마이크로파를 빔 렌즈로 전달하기 위한 반사시스템을 위해 소정각도로 배치되는데, 일실시예로 두 미러는 서로 직각을 이루고 배치된다. 이에 따라 적정 반사각도를 가지고 안테나에서 방출되는 마이크로파를 진공플랜에 결합되어 있는 빔 렌즈로 전달한다.The first reflecting mirror includes a second reflecting mirror 312 that preferentially receives microwaves emitted from an antenna and a first reflecting mirror that receives microwaves reflected from the second reflecting mirror and transmits the microwaves to a beam lens. The first reflecting mirror and the second reflecting mirror are disposed at a predetermined angle for a reflection system for transmitting microwaves to the beam lens. In one embodiment, the two mirrors are disposed perpendicular to each other. Accordingly, the microwaves emitted from the antenna with the proper reflection angle are transmitted to the beam lens coupled to the vacuum plan.

또한, 마이크로파의 초점 조절을 위해서 상기 제 1반사경과 제 2반사경은 각각 구동수단(400)을 구비하여 초점 거리를 조절한다. 이것의 일실시예를 보면 2개의 반사미러가 일체로 구동될 수 있도록 프레임(미부호)에 고정되면 이 프레임을 직선운동 가능한 레일에 장착하고 모터와 같은 구동장치를 통해 반사경의 전후로 이동시키면 빔 렌즈와 반사경 간에 거리를 조절하여 최종적으로 빔 렌즈에서 방출된 마이크로파가 집속되는 초점의 위치를 조절할 수 있다.In addition, in order to adjust the focus of the microwave, the first reflecting mirror and the second reflecting mirror each have a driving means 400 to adjust the focal length. According to one embodiment of the present invention, when the two reflecting mirrors are fixed to a frame (unsigned) to be driven integrally, the frame is mounted on a rail capable of linear movement and moved back and forth of the reflector through a driving device such as a motor. By adjusting the distance between the reflector and the reflector, the position of the focal point where the microwaves finally emitted from the beam lens are focused can be adjusted.

가우시안 빔 렌즈로부터 방출되는 마이크로파의 초점 거리는 마이크로파의 주파수와 렌즈의 곡률반경에 의해 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.The focal length of the microwave emitted from the Gaussian beam lens is defined by Equation 1 below by the frequency of the microwave and the radius of curvature of the lens.

여기서, d1 :안테나와 렌즈 사이의 거리, d2 : 렌즈와 초점 사이의 거리, w01 : 안테나에서의 빔폭, λ : 마이크파의 파장, f: 렌즈의 초점 거리Where d 1 : distance between antenna and lens, d 2 : distance between lens and focus, w 01 : beam width at antenna, λ: wavelength of microphone wave, f: focal length of lens

또한, 위와 같은 평면-볼록(plano-convex)형 렌즈에서 렌즈의 초점 거리는 아래 수학식 2와 같이 정의된다.In addition, the focal length of the lens in the plano-convex type lens as described above is defined as Equation 2 below.

Figure 112009038891563-pat00003
Figure 112009038891563-pat00003

여기서, R : 볼록한 면의 곡률 반경, n : 렌즈 재질의 굴절률Where R is the radius of curvature of the convex surface and n is the refractive index of the lens material.

상기 수학식 1과 2에서 볼 수 있듯이 마이크로파의 파장과 상기 빔 렌즈의 곡률 반경이 결정되면 렌즈에서부터 초점까지의 거리는 안테나와 렌즈 사이의 거리 를 바꿈으로써 조절할 수 있다.As shown in Equations 1 and 2, when the wavelength of the microwave and the radius of curvature of the beam lens are determined, the distance from the lens to the focal point can be adjusted by changing the distance between the antenna and the lens.

상기 빔 렌즈(200)는 가우시안 빔 렌즈로써 유전체 재질로 구성되어 직진성을 높이고 빔의 크기를 제안할 수 있는 것으로, 빔 렌즈가 안테나를 통해 방출되는 마이크로파를 진공용기 내부로 전파함과 동시에 진공 경계면으로써의 역할을 수행한다.The beam lens 200 is a Gaussian beam lens made of a dielectric material to improve linearity and propose a beam size. The beam lens 200 is a vacuum boundary at the same time as the beam lens propagates the microwaves emitted through the antenna into the vacuum chamber. Plays the role of.

여기서 상기 빔 렌즈는 다양한 형태로 구비될 수 있는 도 2에 나타낸 (a), (b), (c)의 형태로 구비되어 진공용기와 일체로 결합된다.Wherein the beam lens is provided in the form of (a), (b), (c) shown in Figure 2 that can be provided in various forms are integrally combined with the vacuum container.

(a)의 경우 상기 진공용기의 진공플랜지(710)와 접하는 면으로 고무재질의 오링을 삽입할 수 있는 오링홈(220)을 구비하여 기밀성을 유지할 수 있도록 하며, 빔 렌즈 자체에는 진공플랜지와 볼트 체결로 결합하기 위한 볼트홀(210)이 형성되어 있어 볼트를 통해 빔 렌즈를 용이하게 결합한다.In the case of (a), an o-ring groove 220 for inserting an O-ring made of rubber material into a surface in contact with the vacuum flange 710 of the vacuum container is provided to maintain airtightness, and the vacuum lens and the bolt are formed on the beam lens itself. A bolt hole 210 is formed to couple by fastening, so that the beam lens is easily coupled through the bolt.

(b)는 다른 실시예로 별도의 결합플랜지(230)를 구비하고 여기에 빔 렌즈를 접착 고정시킨 후 상기 결합플랜지를 진공플랜지에 결합하는 방법을 제안한다.In another embodiment (b) has a separate coupling flange 230 and proposes a method of coupling the coupling flange to the vacuum flange after fixing the beam lens thereon.

상기 결합플랜지(230)의 금속재질의 플랜지를 준비하고 빔 렌즈 직경에 따라 가공된 홈에 빔 렌즈를 접착 고정한다. 그리고 상기 결합플랜지에는 진공플랜지와 볼트 체결에 의해 고정시킬 수 있는 볼트홀(210)이 형성되어 있으며, 진공플랜지와 접하는 면으로는 가스켓홈(240)이 구비되어 있어 금속의 결합플랜지와 진공플랜지간에 기밀성을 유지한다.The flange of the metal material of the coupling flange 230 is prepared and the beam lens is adhesively fixed to the groove processed according to the beam lens diameter. And the coupling flange is formed with a bolt hole 210 that can be fixed by fastening the vacuum flange and the bolt, the gasket groove 240 is provided on the surface in contact with the vacuum flange between the metal coupling flange and the vacuum flange. Maintain confidentiality.

(c)는 (b)와 마찬가지로 별도의 결합플랜지를 구비하되, 빔 렌즈가 플랜지와 선택적으로 결합시킬 수 있도록 구비한다. 위에서 설명한 바와 동일하게 결합플랜 지는 진공플랜지와 볼트 체결을 위한 볼트홀(210)과 기밀성 유지를 위한 가스켓홈(240)이 구비되어 있다. 또한 빔 렌즈를 결합플랜지에 결합시킬 수 있도록 빔 렌즈에는 볼트홀이 구비되며 이에 대응하는 볼트홈이 결합플랜지에 형성되어 있고, 빔 렌즈와 결합플랜지간에 기밀성을 유지하기 위해서 오링홈(220)이 형성되어 있다. 따라서 빔 렌즈(200)를 결합플랜지(230)에 고정시킨 후 결합플랜지를 진공플랜지에 결합한다.(c) is provided with a separate coupling flange as in (b), so that the beam lens can be selectively coupled to the flange. As described above, the coupling flange is provided with a bolt hole 210 for fastening the vacuum flange and the bolt and a gasket groove 240 for maintaining airtightness. In addition, a bolt hole is provided in the beam lens to couple the beam lens to the coupling flange, and a bolt groove corresponding thereto is formed in the coupling flange, and an O-ring groove 220 is formed to maintain airtightness between the beam lens and the coupling flange. It is. Therefore, the beam lens 200 is fixed to the coupling flange 230, and then the coupling flange is coupled to the vacuum flange.

상술한 바와 같이 구성되는 빔 렌즈는 진공용기 일체형으로 구비됨에 따라 별도의 진공창이 필요 없이 진공창이 필요 없고 마이크로파를 진공용기 내부로 적절하게 방출시킬 수 있는 이점이 있다.Since the beam lens configured as described above is provided as an integrated vacuum container, there is no need for a separate vacuum window and there is an advantage that the microwave can be properly emitted into the vacuum container.

이와 같은 방법으로 플라즈마 내에 입사된 빔은 플라즈마를 지나는 과정에서 위상 지연을 겪게 되며 플라즈마를 빠져 나온 뒤 처리부(110)에서 동일한 주파수의 기준 빔과 위상을 비교하게 된다. 이렇게 하여 검출된 위상의 차이는 다음과 같은 수학식 3을 이용하여 선적분 전자 밀도로 변환할 수 있다.In this way, the beam incident in the plasma undergoes a phase delay while passing through the plasma, and after exiting the plasma, the processing unit 110 compares the phase with the reference beam of the same frequency. In this way, the detected difference in phase can be converted to the shipping electron density using Equation 3 below.

Figure 112009038891563-pat00004
Figure 112009038891563-pat00004

여기서, φ : 위상차, λ : 마이크로파의 파장, n : 플라즈마 전자 밀도, Z : 빔 경로, e : 전자의 전하량, c : 광속, ε0 : 진공에서의 유전율, me : 전자의 질량Where φ = Phase difference, λ Is the wavelength of microwaves, n : Plasma electron density, Z: beam path, e: charge of electron, c: luminous flux, ε 0 : permittivity in vacuum, m e : mass of electron

이와 같이 구성되는 본 발명은 가우시안 빔 렌즈를 통해 외부 안테나에서 방출되는 마이크로파를 플라즈마 용기 내에 전파하여 플라즈마 밀도를 용이하게 검출할 수 있고, 렌즈를 통해 그 자체로 진공경계면으로 사용함으로 진공창의 사용을 배제할 수 있어 빔 출력의 손실과 다중 반사에 의한 신호잡음을 줄일 수 있는 이점이 있다.The present invention configured as described above can easily detect the plasma density by propagating microwaves emitted from an external antenna through a Gaussian beam lens in a plasma vessel, and using the vacuum boundary itself through the lens, thereby eliminating the use of a vacuum window. It is possible to reduce the loss of the beam output and the signal noise due to multiple reflections.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.While the invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as shown and described.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Rather, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications to the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of an interferometer for measuring plasma density using a Gaussian beam antenna according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 가우시안 빔 안테나를 나타난 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 가우시안 빔 렌즈의 다양한 실시예를 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view showing a Gaussian beam antenna according to the present invention;
3 is a cross-sectional view showing various embodiments of a Gaussian beam lens according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 반사경의 구동 상태를 도시한 도면.4 is a view showing a driving state of the reflector according to the present invention;

삭제delete

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 마이크로파 발생원 110 : 처리부100: microwave source 110: processing unit

200 : 빔 렌즈 210 : 볼트홀200: beam lens 210: bolt hole

220 : 오링홈 230 : 결합플랜지220: O-ring groove 230: coupling flange

240 : 가스켓홈 310 : 제 1반사경240: gasket groove 310: first reflecting mirror

311 : 제 1반사미러 312 : 제 2반사미러311: first reflection mirror 312: second reflection mirror

320 : 제 2반사경 321 : 제 1반사미러320: second reflecting mirror 321: first reflecting mirror

322 : 제 2반사미러 400 : 구동수단322: second reflecting mirror 400: driving means

500 : 안테나 600 : 도파관500: antenna 600: waveguide

700 : 진공용기 710 : 진공플랜지700: vacuum container 710: vacuum flange

Claims (8)

플라즈마 밀도를 측정하는 간섭계에 있어서,In an interferometer for measuring plasma density, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생원;A microwave generator for generating microwaves; 상기 마이크로파 발생원에서 발생된 마이크로파를 전달하는 도파관;A waveguide for transmitting microwaves generated from the microwave source; 상기 도파관으로부터 전달받은 마이크로파를 방출시키는 가우시안 빔 안테나;A Gaussian beam antenna for emitting microwaves received from the waveguide; 상기 안테나에서 방출된 마이크로파를 반사시키는 반사경;A reflector reflecting microwaves emitted from the antenna; 진공용기의 진공플렌지에 일체로 고정되어 상기 반사경을 통해 전달받은 마이크로파를 플라즈마 용기 내부에 전달하는 빔 렌즈; 및A beam lens which is integrally fixed to the vacuum flange of the vacuum vessel and delivers the microwaves received through the reflector into the plasma vessel; And 상기 플라즈마를 통과한 마이크로파의 위상차를 검출하는 처리부;를 포함하여 구성되며,And a processor configured to detect a phase difference of microwaves passing through the plasma. 상기 반사경은,The reflector, 제 1반사경과 제 2반사경을 서로 소정각도를 가지고 이루어져 상기 안테나에서 방출되는 마이크로파를 반사시키며,The first reflecting mirror and the second reflecting mirror have a predetermined angle to each other to reflect microwaves emitted from the antenna, 상기 반사경은 상기 진공용기에 형성된 마주하는 진공플랜지에 각각 구비되어 마이크로파를 방출하고,The reflecting mirrors are respectively provided in the opposite vacuum flange formed in the vacuum container to emit microwaves, 상기 반사경은, 구동수단을 더 포함하여 마이크로파의 초점 조절을 위해 소정거리 유동되며,The reflector, the drive means further comprises a flow for a predetermined distance for adjusting the focus of the microwave, 상기 가우시안 빔 안테나는, 플라즈마 진공용기와 일체로 결합되고,The Gaussian beam antenna is integrated with the plasma vacuum vessel, 상기 처리부는,The processing unit, 수학식
Figure 112011048979474-pat00005
를 통해 선적분 전자 밀도로 변환하여 플라즈마의 밀도를 검출하는 것을 특징으로 하는 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계.Equation
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Interferometer for plasma density measurement using a Gaussian beam antenna, characterized in that for detecting the density of the plasma by converting to the shipping-electron density through. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 빔 렌즈는,The method of claim 1, wherein the beam lens, 상기 진공용기의 진공플랜지와 접하는 면으로 오링홈을 구비하며,It is provided with an O-ring groove on the surface in contact with the vacuum flange of the vacuum vessel, 상기 진공플랜지와 볼트 체결될 수 있도록 볼트홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계.An interferometer for plasma density measurement using a Gaussian beam antenna, characterized in that it has a bolt hole to be bolted to the vacuum flange. 제 1항에 있어서, 상기 빔 렌즈는,The method of claim 1, wherein the beam lens, 별도의 결합 플랜지를 구비하여 이에 접착 고정되며, 상기 결합 플랜지는 상기 진공플랜지와 볼트 체결될 수 있도록 볼트홀을 구비하고, 진공플랜지와 접하는 면으로 오링홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계.It is provided with a separate coupling flange and fixed thereto, the coupling flange has a Gaussian beam antenna characterized in that it has a bolt hole to be bolted to the vacuum flange, and has an O-ring groove in contact with the vacuum flange. Interferometer for Plasma Density Measurement. 제 1항에 있어서, 상기 빔 렌즈는,The method of claim 1, wherein the beam lens, 별도의 결합플랜지를 구비하고, 상기 빔 렌즈에는 볼트홀이 구비되어 상기 결합플랜지에 형성된 볼트홈을 통해 볼트 체결되고, 상기 결합플랜지는 볼트홀을 구비하여 상기 진공플랜지에 볼트 결합되며, 상기 빔 렌즈는 결합플랜지와 접하는 면으로 오링을 결합 수 있는 오링홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 가우시안 빔 안테나를 이용한 플라즈마 밀도 측정용 간섭계.It is provided with a separate coupling flange, the beam lens is provided with a bolt through the bolt groove formed in the coupling flange, the coupling flange has a bolt hole is bolted to the vacuum flange, the beam lens The interferometer for measuring the plasma density using a Gaussian beam antenna, characterized in that it has an O-ring groove that can be coupled to the O-ring to the surface in contact with the coupling flange.
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