KR101761257B1 - 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 상압 플라즈마 헤드에 고주파 매칭부 및 분석센서를 포함한 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 플라즈마를 생성하는 기존의 고주파 상압 플라즈마 헤드를 내장한 하우징과, 상기 하우징에 내장된 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드의 상부를 차폐하는 상판 상에 고주파 입력단을 설치하고 고주파 입력단으로 입력된 고주파와 임피던스를 정합시키는 매칭부를 포함한다.
상기 매칭부 출력인 정합된 고주파출력이 분석센서를 통과하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드에 공급되는 고주파의 전기적 특성을 검출되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

Description

매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치{Atmospheric pressure plasma generating apparatus having integrated RF matching and analysis sensor unit}
본 발명은 고주파 상압 플라즈마 헤드에 고주파 매칭부 및 분석센서를 포함한 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 플라즈마를 생성하는 기존의 고주파 상압 플라즈마 헤드를 내장한 하우징과, 상기 하우징에 내장된 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드의 상부를 차폐하는 상판 상에 고주파 입력단을 설치하고 고주파 입력단으로 입력된 고주파와 임피던스를 정합시키는 매칭부를 포함한다.
상기 매칭부 출력인 정합된 고주파출력이 분석센서를 통과하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드에 공급되는 고주파의 전기적 특성을 검출되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체나 액정표시장치(LCD)에 구현되는 구조물을 증착하거나 패터닝(patterning)하는데 플라즈마 발생장치가 이용된다.
플라즈마(plasma)란 이온이나 전자, 라디칼(radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 가리키는데, 이러한 플라즈마는 고온 상태, 강한 전계 또는 고주파 전자계(RF electromagnetic fields)에 의하여 생성된다.
특히, 글로우 방전 현상(glow discharge)에 의한 플라즈마 생성은 직류나 고주파 전자계에 의하여 여기된 자유전자에 의하여 이루어지는데, 여기된 자유전자는 가스 분자와 충돌하여 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성족을 생성한다.
이와 같은 활성족은 물리 또는 화학적으로 물질의 표면에 작용하여 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성족에 의하여 의도적으로 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 표면처리라 부르며, 통상적으로 플라즈마에 의한 표면처리란 플라즈마 상태의 반응물질을 이용하여 물질의 표면을 세정하거나 에칭 하는 것을 가리킨다.
이러한 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 상태가 이루어지는 영역이 챔버 내에 어떠한 기압 하에 있는지도 분류될 수 있는데, 이중 대기압(Atmospheric Pressure, 상압(常壓)) 근방의 압력 하에서 방전 플라즈마를 발생시키면 챔버 내부의 두 전극 상태에서 안정적인 플라즈마 특성을 얻을 수 있어 플라즈마에 의한 표면처리에 널리 활용되고 있으며, 이렇게 대기압 근방의 압력 하에서 플라즈마를 발생시켜 표면처리를 하는 장치를 상압 플라즈마 발생장치 또는 상압 플라즈마 처리장치라 부른다.
또한, 상기와 같은 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 고주파를 인가하는 플레이트의 위치에 따라서 다이렉트(direct) 방식의 플라즈마 발생장치와 리모트(remote) 방식의 플라즈마 발생장치로 대분되는데, 이중 리모트 방식은 고주파를 인가하는 플레이트들이 표면처리를 요하는 기판 면에 대하여 수직한 방향으로 배치되는 방식으로서, 플라즈마 상태의 가스에 의한 금속 배선의 손상이 적은 장점을 가지므로 산업계에서 널리 이용되고 있다.
도 1 은 종래의 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 사시도로서, 장치의 외관을 이루는 외형물(4)에 설치된 고주파연결단자(2')에 고주파 입력케이블(2)이 연결되고, 가스연결단자(3')에 가스유입관(3)이 연결되고, 고주파 입력케이블(2)로 고주파 출력기의 고주파가 입력되고 가스유입관(3)으로 플라즈마를 발생시키기 위한 아르곤(Ar) 등의 가스를 주입시키면 외형물(4)에 내장된 헤드(미도시)를 통하여 가스가 외형물(4)의 하부로 유동되고, 하부로 유동되는 가스는 헤드 내부에 설치되어 고주파가 인가되는 2 개의 플레이트 사이에서 플라즈마 상태가 되고 발생된 플라즈마를 표면처리가 요구되는 대상물에 작용시켜 대상물의 표면처리를 수행하게 되며, 이러한 상압 플라즈마 발생장치는 대한민국 특허공개 제 10-2005-54606 호의 상압 플라즈마 처리장치가 기 공지되어 있다.
이러한 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 고주파 출력기로부터 고주파를 전달받되 고주파 출력기와 고주파 상압 플라즈마 발생장치와의 중간에 정합기(matcher)가 연결되며, 정합기는 고주파 출력기에서 출력되는 고주파가 부하 측에서 역귀환 되어 진행파 전력을 감소시켜 효율성이 감소되거나 역귀환 된 반사파 전력에 의하여 고주파 출력기가 손상될 가능성을 해소하기 위하여 고주파 출력기와 상압 플라즈마 발생장치 사이에서 이들 상호간의 임피던스(impedance) 값을 정합(matching)시키는 기능을 수행함으로써 반사파 전력의 역귀환을 해소한 최적 품질의 고주파를 부하에 공급할 수 있게 된다.
그런데, 대형 고주파 상압 플라즈마 헤드의 경우에는 임피던스가 현저히 낮아 임피던스 정합기의 출력단자와 고주파 상압 플라즈마 헤드의 입력 단자 사이를 연결하는 고주파 동축케이블에서 고열이 극도로 발생되면서 연결되는 콘넥터와 케이블이 소손되고 그기에 많은 고주파 전력이 손실되어 왔다.
상기의 고주파 동축케이블의 연결이 문제가 되어 상기 임피던스 정합기의 출력을 고주파 상압플라즈마 헤드의 입력단자와 직결하기 위해서는 임피던스 정합기를 고주파 상압 플라즈마 헤드의 상단부에 올릴 수밖에 없는데, 그러면 고주파 상압 플라즈마 헤드는 폭이 좁고 길이가 긴 특성상 폭이 넓은 임피던스 정합기와 결합하는데 구조상 상이해서 그동안 문제가 많았다.
본 발명은 대형 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서,
플라즈마를 생성하는 상압 플라즈마 헤드의 상단에는 그 중심부에 부설한 가스 주입구를 제외한 나머지 공간을 확보 하고, 그 공간에 임피던스 매칭부를 설치할 수 있도록 상단에 돌출되어 있는 가스 분배 배관 등 모두를 상기 상압 플라즈마 헤드 내부로 매립하여 준비된 고주파 상압 플라즈마 헤드를 가지고, 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드의 상단에 상기 임피던스 매칭부를 설치하고,
상기 임피던스 매칭부 출력과 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드의 전극사이에 분석센스를 장착하여, 플라즈마 헤드에 흐르는 전압, 전류, 위상 및 파형 등의 전기적 특성을 분석 및 그 데이터를 수집하도록 하는,
고주파 상압 플라즈마헤드에 정합기 및 분석센스를 장착, 일체화하여 상압플라즈마 발생장치의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 플라즈마를 생성하는 고주파 상압 플라즈마 헤드 상단에 외부의 고주파 발생기로부터 출력되는 고주파와 상압 플라즈마 헤드 사이에 임피던스를 정합시키는 매칭부를 일체화시킨 것과, 여기에 상압 플라즈마의 질을 가늠할 수 있는 분석센스를 장착하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 분석센서를 옵션으로 하는 매칭부 일체형 상압플라즈마 발생장치의 매칭부 입력임피던스를 50[Ω]으로 만들면, 출력임피던스가 50[Ω]인 외부의 고주파 발생기의 출력과 상기의 본 발명품의 입력 사이를 특성임피던스가 50[Ω]인 고주파 동축케이블로 연결하여 먼 거리를 최소의 고주파 손실로 공급할 수 있다.
또한 본 발명품은 매칭부와 헤드가 같이 내장된 일체형으로 기존의 외부에 장착된 정합기의 출력단자와 헤드의 고주파 입력단자 사이를 연결하여 주는 고주파 입력케이블로 인한 발열현상이 제거되어 고주파 케이블에서 발생하는 고주파전력손실을 막아서 이로 인한 고장 발생 율을 현저하게 낮출 수 있어 플라즈마 발생장치의 안정적인 운용을 가능하게 한 효과가 있다.
또한, 상압플라즈마헤드 길이 방향의 측면으로 필요수량에 따라 한 개 또는 한개 이상 여러 개의 상압플라즈마헤드를 길이 방향으로 포개어 붙이고 그 위에 매칭부를 장착하여 고주파 전력을 상압플라즈마헤드에 공급하면 효과적이므로 대형 상압플라즈마 설비를 제작하는데 매우 용이할 뿐 아니라, 고주파 발생기 및 가스 공급 시스템을 하나로 단일화하고 기타 부가적인 설비의 조립공수를 줄여 상당한 원가를 절감할 수 있다. 분석센서는 매칭부출력과 상압 플라즈마 헤드 입력 사이에 연결되어 공급되는 고주파의 특성 즉 전압, 전류 및 위상을 감지하는 것으로 이것들은 헤드에서 발생하는 플라즈마 질과 집적 적으로 관련된다. 이를 분석하여 공정조건에 이용하면 공정상 생길 수 있는 문제점들 및 공정개발에 빠르게 대처할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 사시도,
도 2 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마발생장치의 외형 사시도,
도 3 은 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마발생장치에 있어서 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10) 사시도,
도 4 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 내부사시도,
도 5 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마발생장치에 있어서 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20) 사시도,
도 6 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 내부사시도,
도 7 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 제 1 가변콘덴서 VVC를 AVC로 대체한 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 내부사시도,
도 8 은 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30) 사시도,
도 9a 및 도 9b 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)의 내부사시도 및 회로도,
도 10 은 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 제 1 가변콘덴서 및 제 2 가변콘덴서의 VVC를 180도 돌려서 배치한 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)의 내부사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 구성 및 작동을 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 2 의 도면을 참조하면서 설명하면, 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치는, 하부에 고주파 상압 플라즈마헤드를 구비하는데, 상기 고주파 상압 플라즈마헤드는 육면체 형상을 가지는 긴 막대기 형상이며, 상기 고주파 상압플라즈마헤드의 하부에는 플라즈마 반응기(미도시)가 부착되어 플라즈마 반응기에 가스와 고주파 전력이 가해지면 플라즈마가 형성되고, 형성된 플라즈마에 의하여 전술한 바와 같은 다양한 공정을 시행할 수 있게 된다.
여기서, 상기 고주파 상압 플라즈마헤드는 전극 및 가스 공급의 계통에 따라 구조적으로 여러 종류로 나누어질 수 있으며, 상기 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 상기 고주파 상압 플라즈마헤드의 종류에 관계없다.
즉, 본 발명의 상압 플라즈마 발생장치는 그 상부에 매칭기하부판을 장착하고, 그 위에 매칭기의 부품들을 부착한 매칭부(60)로 고주파의 반사파전력 없이 상기 고주파 상압 플라즈마헤드에 고주파 전력을 공급하도록 할 수 있다.
본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치는, 상기 고주파 상압 플라즈마헤드의 종류에 따라 매칭부(60) 내부에 부착된 매칭소자의 구성 및 배치가 달라지며 그 구성에 따라 다음과 같이 대별되는데, 도 3 에 도시된 바와 같은 싱글 매칭부의 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10), 도 5 에 도시된 바와 같은 싱글 매칭부의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20) 및 도 8 에 도시된 바와 같은 듀얼 매칭부의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)로 대별될 수 있다.
먼저, 도 3 및 도 4 를 참조하여, 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 싱글 매칭부의 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)부에 대하여 설명한다.
도 3 은 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 사시도이고, 도 4 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 내부사시도이다.
먼저, 도 3 의 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)를 참조하면서 설명하면, 하나의 헤드몸통(11)의 왼쪽단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 왼쪽단면블럭(15)을 부착하고, 오른쪽단면에는 고주파 전력을 전극인입도전체바(17)를 통하여 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 하부에 형성된 플라즈마 반응기(미도시)에 공급하고 또한 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 오른쪽단면블럭(16)을 부착하고, 상기 헤드몸통(11)의 중앙에는 헤드몸통(11)의 내부로 가스를 유동하기 위한 상기 가스매니폴드(13) 및 가스매니폴드유입구(12)를 부착하고, 상기 헤드몸통(11)의 오른쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 냉각매체유입구(18a) 및 냉각매체유출구(18b)가 각각 부착하고, 상기 헤드몸통(11)의 상단 및 측면에 일정하게 배치된 나사선구멍(14)들은 매칭회로를 구성하기위한 매칭기하부판(640) 고정 및 육면체의 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 하우징을 만드는데 사용된다.
상기와 같은 구조의 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)를 가지고 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s) 장착하는 것을 도 3 및 도 4 를 참조하면서 상세히 설명한다.
상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 상부를 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 매칭기하부판(640)에 부착한 뒤, 그 위에 매칭소자들을 장착하고 고주파전력 및 가스 등을 공급할 수 있는 공급패널(70)을 부착하여 금속판의 육면체로 장치의 외형을 이루는 하우징이 만들어진다.
상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 하우징은 고주파전력 및 가스 등을 공급할 수 있는 공급패널(70)을 부착하고, 정면(645), 좌측면(643), 우측면(미도시), 커버(미도시), 배면(642)으로 이루어진 육면체 형상을 가지며, 양측면(643, 미도시)에 싱글헤드싱글매칭부(60s)로부터 발생하는 열을 방열하는 방열구(647)들이 다수개 형성된다.
상기 공급패널(70)에 부착된 가스유입구(702)로 유입된 가스가 가스매니폴드(23)의 상부에 부착된 가스매니폴드유입구(12)를 통하여 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 내부에 형성되어 있는 유동로(미도시)를 통하여 플라즈마를 발생하게 하는 플라즈마 반응기(미도시)로 공급하기 위한 상기 가스매니폴드(13)에 유입시킨다.
상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 내부 구성품인 매칭소자들의 배치는, 상기 공급패널(70)의 고주파입력콘넥터(701)에 고주파 동축케이블(601)이 연결되고, 상기 동축케이블(601) 종단에 상기 동축케이블(601)의 외피는 접지바(603)로 상기 매칭기하부판(640)에 접지시키고, 심선은 제 1 가변콘덴서(606)의 후면에 부착된 제 1 후면냉각판(605)에 연결한다.
상기 제 1 가변콘덴서(606)의 후면에 부착된 제 1 후면냉각판(605)을 제 2 가변콘덴서(609)의 후면에 부착된 제 2 후면냉각판(608)을 마주보게 배치하고 도전체로 서로 연결한다.
한편, 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 전면에 부착된 제 1 전면냉각판(607)에 연결된 U자형의 로드코일(618)을 통하여 상기 매칭기하부판(640)에 접지되고, 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 전면에 부착된 제 2 전면냉각판(610)을 통하여 도전체홀더(611)에 연결되어진다.
상기 코일도전체홀더(611)에는 코일(612)이 연결되고, 그 코일(612)의 반대쪽 끝 부분은 제 1 분석센서(616)를 통과하여 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 출력은 전극인입도전체바(17)를 통하여 매칭기하부판(640) 아래에 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 하부에 형성된 플라즈마 반응기(미도시)에 고주파 전력을 최종 공급한다.
상기와 같이 연결되어진 싱글헤드싱글매칭부(60s)는 제 1 가변콘덴서(606), 제 2 가변콘덴서(609) 및 코일(612)(인덕턴스)로 이루어진 통상의 LC 회로망으로, 상기 고주파입력콘넥터(701)와 제 1 가변콘덴서(606)는 병렬로 연결되고 여기에 제 2 가변콘덴서(609)는 코일(612)과 함께 직렬로 연결되어 출력되어지고, 그 동작으로는 상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)의 상호 관련된 용량의 값들로 조절하여 LC 회로망을 통한 임피던스를 변동시켜 상기 고주파입력콘넥터(701)로부터 입력된 고주파의 임피던스를 부하인 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 임피던스와 매칭시키게 된다.
임피던스 매칭된 고주파는 부하 측에서 역귀환 되는 반사파 전력을 최소화시킴으로써 상압플라즈마 발생장치로 인가되는 고주파 전력을 최대한 이용할 수 있게 되어 플라즈마의 생성 효율성을 극대화시키게 된다.
그러므로, 본 발명 실시예의 상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)의 적용 소자는 모두 VVC(Vacuum Variable Capacitor)를 채용하고 이들(606, 609)의 용량을 변동시키기 위하여 상기 매칭기하부판(640)에 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 용량을 변동시키기 위하여 제 1 가변콘덴서(606)의 조절축에 제 1 모터(624)를 결속하고, 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 용량을 변동시키기 위하여 제 2 가변콘덴서(609)의 조절축에 제 2 모터(625)를 결속하고, 상기 제 1 모터(624)와 제 2 모터(625)를 상기 좌측면(643)에 취부된 제어보드(620)에 의하여 모터(624, 625)들의 회전량을 제어함으로써 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)의 용량을 조절한다.
상기 제 1 모터(624) 및 제 2 모터(625)는 제 1 모터패널(646) 및 제 2 모터패널(647)에 의하여 부착되며, 상기 제 1 모터(624)의 축과 제 1 가변콘덴서(606)와의 조절축 사이를 커플링(미도시)을 이용하여 결속하며, 이러한 커플링(미도시)을 통한 결속은 상기 제 2 모터(625)의 축과 제 2 가변콘덴서(609)도 동일하게 커플링(626)을 통하여 결속한다.
상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 길이에 따라 소요되는 고주파 전력이 모두 다르므로, 상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)의 적용 소자는 경제적으로 대응하기 위해 적용 소자를 다음과 같이 채택한다.
상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)를 두개 모두 AVC(Air Variable Capacitor) 채택하는 것과, 상기 제 1 가변콘덴서(606)를 AVC(Air Variable Capacitor) 사용하고, 제 2 가변콘덴서(609)를 VVC(Vacuum Variable Capacitor)를 각각 채택하는 것과, 상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)를 두개 모두 VVC(Vacuum Variable Capacitor)를 채택하는 것이다.
일반적으로, AVC는 VVC 보다 상대적으로 원가는 적으나 고압, 대전류로 인한 아크(arc)로 인하여 쉽게 소손될 우려가 있는 반면, VVC 는 상기 AVC 소자보다 전류 및 내압에 강하나 가격이 고가이다.
한편, 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s) 내에서 코일(612)과 전극인입도전체바(17) 사이에 장착한 제 1 분석센서(616)는 공정 조건에 기인하여 방전되는 플라즈마의 특성에 따라 변하는 고주파의 전압, 전류 및 위상을 감지하고, 그 신호들을 제 1 분석센서(616) 내부에 부설된 마이크로 프로세스(미도시)를 사용하여 데이터 처리한 뒤 통신포트(704)를 통해 그 데이터를 외부에 구비된 컴퓨터로 보내 임피던스, 파형모양, 고주파 스펙트럼, 그래픽 차트 및 데이터들을 문자로 표시하게 하고, 임피던스 및 기타 신호를 이용 플라즈마의 방전 유무를 판단하여 재방전의 시도의 신호로 사용하고, 또한 공급패널(70)에 부착된 파형감시포트(705)는 오실로 스코프 및 스펙트럼 애너라이저(analyzer) 등의 외부 파형분석 기기로 쉽게 파형의 특성을 분석하는데 매우 유용하다.
상기 제어보드(620)는 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 하우징의 내측에 설치된 것으로서, 상기 제 1 모터(624) 및 제 2 모터(625)의 축 회전을 제어하기 위한 마이크로프로세서방식 또는 아날로그 방식의 공지의 조정회로가 실장된 부분이다.
상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)를 제어하는 제어보드(620)는 마이크로프로세서 방식일 경우, 센서박스(602)에서 입력된 고주파의 전압, 전류 및 위상 신호를 센싱하여 이들 신호를 디지털신호로 변환하여 마이크로프로세서보드(621)를 포함하는 제어보드(620)에서 매칭에 필요한 각종 파라메타를 생성시키고 부하와 매칭이 가능하도록 상기 제 1 모터(624) 및 제 2 모터(625)의 위치 값을 추출하여 상기 제어보드(620)에서 이들 모터(624, 625)를 가변 조절하여 부하와 매칭이 이루어지도록 하고, 매칭이 이루어지는 과정에서 각종정보와 수동 및 자동동작의 절환은 디지털 통신 수단을 통하여 컴퓨터 모니터 상에서 표시 및 실시된다.
한편 제어보드(620)가 아날로그 방식일 경우, 입력된 고주파의 전압 대 전류의 비 및 위상 신호를 센싱하여 이들 신호에 따라서 허용 가능한 임피던스를 자동으로 조정하는 자동 조정 회로를 부가하고, 수동 조정 회로와 자동 조정 회로 중의 하나를 선택할 수 있는 스위치 회로를 부설하여 고주파 발생장치의 운용자의 필요에 따라서 양쪽 조정 회로중 하나를 선택할 수 있도록 구성할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 실시예는 상기 제어보드(620)에 고주파의 전압 대 전류의 비와 위상 신호를 센싱하는 센서가 내장된 센서박스(602)가 결선되어 있다. 상술한 아날로그 방식의 자동 조정 회로에 관한 구성은 종래 매칭회로망에 관한 공지기술인 대한민국특허공개 제 1992-3621 호의 매칭회로망 자동제어가 가능한 고주파 발생장치의 구성이 참조될 수 있다.
그리고 상기의 제 1 모터(624) 및 제 2 모터(625)는 정밀한 가변을 위하여 DC 서보모터보다는 상기의 마이크로프로세서 방식을 채택하여 스테핑(stepping)모터를 채용하는 것이 바람직하다. 스테핑모터는 브러쉬리스(brushless) 타입이기 때문에 장수명이며, 감속기나 포텐셔미터(potentiometer)와 같은 부속품이 필요 없어 부품사용을 간소화하고 유지보수가 용이하다.
상기 제어보드(620)와 모터들(624, 625)에 인가되는 전원은 공급패널(70)상에 부착된 주전원콘넥터(703)의 입력전원을 공급 밭아서 제어전원모듈(623)에서 생성하며, 상기 제어전원모듈(623)로서 통상의 스위칭모드전원(switching mode power supply, SMPS)을 이용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명 매칭부 및 제 1 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치 있어서 싱글헤드싱글매칭부(60s) 내부에 부착된 매칭소자들의 냉각장치의 구성 및 배치에 대해 설명한다.
주입된 냉각매체는 공급패널(70)에 부착된 냉각유입연결구(706)에 연결된 냉각호스와 냉각피팅(650)이 순차적으로 연결되어, 상기 제 1 후면냉각판(605)에 부착된 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 후면을 냉각시킨 다음, 제 1 전후면냉각호스(630)통하여 상기 제 1 전면냉각판(607)에 부착된 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 전면을 냉각시킨다.
상기 제 1 가변콘덴서(606)의 전면을 냉각시킨 냉각매체는 상기 제 1 전면냉각판(607)에 연결된 U자형의 로드코일(616)을 냉각시킨 뒤, 상기 제 2 전면냉각판(610)에 부착된 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 전면을 냉각시킨 다음, 제 2 전후면냉각호스(631)통하여 상기 제 2 후면냉각판(608)에 부착된 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 후면을 냉각시킨다.
상기 제 2 가변콘덴서(609)의 후면을 냉각시킨 냉각매체는 동관으로 만들어진 코일(612) 내부로 흐르면서 그 코일(612)을 냉각시키고, 헤드냉각연결호스(미도시)를 통하여 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 내부에 설치된 냉각매체유동로(미도시)를 통과 하면서 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)를 냉각 시킨 다음, 공급패널(70)에 부착된 냉각유출연결구(707)로 유출된다.
이어서, 도 5 및 도 6 을 참조하여 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 싱글 매칭부의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)부에 대하여 설명한다.
도 5 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)의 사시도이고, 도 6 은 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 내부사시도이고, 도 7 은 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 제 1 가변콘덴서 VVC를 AVC로 대체한 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 내부 사시도이다.
먼저, 도 5의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)를 참조하면서 설명하면, 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 도 5 에 표시한 것처럼 길이방향으로 나란히 붙이고, 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 왼쪽단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 왼쪽단면블럭(25a) 및 제 2 왼쪽단면블럭(25b)을 각각 부착한다.
오른쪽단면에는 상기 제 1 및 제 2 전극인입도전체바(27a,27b)를 사용하여 고주파 전력을 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두개의 플라즈마 반응기(미도시)에 각각 공급하고, 또한, 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 오른쪽단면블럭(26)을 부착한다.
상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)의 중앙에는 그 헤드몸통(21a, 21b)의 내부에 형성된 총 네 개의 가스유동로를 통하여 상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)의 하부에 장착된 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)에 가스유입구(22)를 통해 유입된 가스를 가스매니폴드(23)를 이용하여 각각 분배 유동 시킨다.
상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 오른쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 냉각매체유입구(28a) 및 냉각매체출구(28b)를 각각 부착하여 상기 듀얼헤드싱글매칭부(60d)에서 매칭소자들을 냉각하고 유출된 냉각매체를 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)내부를 순환하게 하고, 상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)의 상단 및 측면에 일정하게 배치된 나사선구멍(24)들은 매칭회로를 구성하기위한 매칭기하부판(640)의 고정 및 육면체의 상기 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 하우징을 부착하는데 사용된다.
상기와 같은 구조의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)를 가지고 상기 듀얼헤드싱글매칭부(60d) 장착하는 것을 도 6 을 참조하면서 상세히 설명한다.
상기와 같은 구조의 듀얼헤드싱글매칭부(60d)에 장착되어진 제 1 분석센서(616) 및 제 2 분석센서(617), 상기 모터들(624, 625)의 구동 및 제어보드(620)에 의한 자동매칭의 동작과 공급패널(70)상에 부착된 모든 동작과 기능을 가지는 상기 듀얼헤드싱글매칭부(60d)는 기본적으로 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)에 싱글 매칭부에 장착되어진 싱글헤드싱글매칭부(60s) 및 제 1 분석센서(616)내부와 기능이 같으며, 다만, 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)이기 때문에 코일(612)의 후단부터 고주파 전력의 전달 회로가 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)에 싱글 매칭부와는 상이하므로 여기서부터 설명하기로 한다.
상기 코일(612)은 코일지지대(613)에 의해 고정되고, 또한 두 개의 제 1 센서관통도전체(614) 및 제 2 센서관통도전체(615)로 분리되어 제 1 분석센서(616) 및 제 2 분석센서(617)의 중심부로 각각 관통되어, 제 1 및 제 2 전극인입도전체바(27a, 27b)를 통하여 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)에 각각 고주파 전력이 공급된다.
상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)에 싱글 매칭부는 없는 제 2 분석센서(617)가 하나 더 추가되는데 상기 제 1 분석센서(616) 및 제 2 분석센서(617)의 중요한 기능이 하나 더 있는데, 바로 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)에서 동시에 방전이 되어서 플라즈마가 형성되는가를 확인하는 작업이다.
상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)에 싱글 매칭부인 경우에는 플라즈마 반응기(미도시)의 두 개의 전극을 서로 병렬로 결선하여 고주파 전력을 공급하면, 극이 짧은 시간에 플라즈마 방전이 두 개의 반응기(미도시)에서 동시에 이루어져 상기 플라즈마가 유지되어야 한다.
간혹 하나의 플라즈마 반응기(미도시)에서만 플라즈마가 유지되는 경우에는 고주파 전력의 공급을 중단하고 재 방전을 실시해야 하는데, 플라즈마 방전 상태를 제 1 분석센서(616) 및 제 2 분석센서(617)의 신호에서 각각 확인하여 재 방전의 실시 유무를 판단할 수 있도록 한 것이다.
또한, 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)의 내부 냉각부분을 제외한 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 내부에 부착된 매칭소자들의 냉각장치의 구성 및 배치에 대한 것도 동일하다.
한편, 도 7 에 표시한 것처럼, 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s) 및 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 제 1 가변콘덴서(606)의 VVC 를 AVC로 대체한 것을 예시로 첨부한 것인데, 사용용량에 따라 상기 제 1 가변콘덴서(606) 및 제 2 가변콘덴서(606) 모두를 AVC로 대체할 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 10 을 참조하여, 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30) 에 듀얼 매칭부에 대하여 설명한다.
도 8 은 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)의 사시도이고, 도 9a 및 도 9b 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)의 내부사시도 및 회로도이고, 도 10 은 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 제 1 가변콘덴서 및 제 2 가변콘덴서의 VVC를 180도 돌려서 배치한 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)의 내부사시도이다.
먼저, 도 8의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)를 참조하면서 설명하면, 헤드몸통(31a) 및 헤드몸통(31b)을 도 8에 표시한 것처럼 길이방향으로 나란히 붙여 듀얼헤드로 만든다.
상기 제 1 헤드몸통(31a)의 왼쪽단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 왼쪽단면블럭(35a)을 부착하고, 제 2 헤드몸통(31b)의 왼쪽단면에는 제 2 전극인입도전체바(37b)를 사용하여 고주파 전력을 상기 제 2 헤드몸통(31b)의 하부에 장착된 한 개의 플라즈마 반응기(미도시)에 공급하고, 또한 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 2 왼쪽단면블럭(36b)을 부착한다.
제 1 헤드몸통(31a)의 오른쪽단면에는 제 1 전극인입도전체바(37a)를 사용하여 고주파 전력을 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 하부에 장착된 한 개의 플라즈마 반응기(미도시)에 공급하고, 또한 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 오른쪽단면블럭(36a)을 부착하고, 제 2 헤드몸통(31b)의 오른쪽 단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 2 오른쪽단면블럭(35b)을 부착한다.
상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(31a, 31b)의 중앙에는 제 1 및 제 2 가스매니폴드유입구(32a, 32b)를 통해 유입된 가스를 가스매니폴드(33)를 통해 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)로 유동시키고, 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 왼쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 제 1 냉각매체유입구(38a1) 및 제 1 냉각매체출구(38a2)를 각각 부착하여 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)중의 하나인 제 1 매칭부(60a)에서 매칭소자들을 냉각하고 유출된 냉각매체를 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 내부를 순환하게 하고, 또한, 제 1 헤드몸통(31b)의 오른쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 냉각매체유입구(38b1) 및 냉각매체출구(38b2)를 각각 부착하여 상기 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)중의 나머지 하나인 제 2 매칭부(60b)에서 매칭소자들을 냉각하고 유출된 냉각매체를 상기 제 2 헤드몸통(31b)의 내부를 순환하게 하여 냉각시킨다.
상단 및 측면에 일정하게 배치된 나사선구멍(24)들은 매칭회로를 구성하기위한 매칭기하부판(640)의 고정 및 육면체의 상기 제 1 및 제 2 매칭부(60a, 60b)의 하우징을 부착하는데 사용된다.
상기와 같은 구조의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)를 가지고 상기 제 1 및 제 2 매칭부(60a, 60b)를 장착하는 것을 도 8 과 도 9a 및 9b 를 참조하면서 설명한다.
상기와 같은 구조의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)에 듀얼 매칭부는 매칭기하부판(640) 상부에 좌우중심부분에서 양쪽으로 배치되어있는 두 개의 상기 제 1 및 제 2 매칭부(60a, 60b)에서 매칭된 출력이 매칭기하부판(640) 하부에 장착되어 있는 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)의 왼쪽 과 오른쪽 상부에 각각 있는 상기 제 1 및 제 2 전극인입도전체바(37a, 37b)에 각각 연결되어 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)에 고주파를 각각 인가한다.
공급패널(70)에 부착되어 연결되어 있는 외부 공급라인들은 제 1 헤드몸통(31a)의 측면에 작은 덕트(미도시)를 장착하여 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 오른쪽 끝으로 끌어내어 연결한다.
공급패널(70)에 부착된 제 1 및 제 2 고주파입력콘넥터(701a, 701b), 제 1 및 제 2 가스유입구(702a, 702b), 제 1 및 제 2 냉각매체유입구(706a, 706b), 제 1 및 제 2 냉각매체유출구(707a, 707b), 제 1 및 제 2 통신포트(703a, 703b), 제 1 및 제 2 파형감시포트(705a, 705b) 및 제 1 및 제 2 주전원콘넥터(703a, 707b)가 좌우로 대칭적으로 배치되어 있는 것을 제외한 나머지 모두는 상기 제 1 및 제 2 매칭부(60a, 60b)의 좌우중심부분에서 180도를 회전한 대칭이며, 상기 제 1 매칭부(60a) 및 제 2 매칭부(60b)의 전기적 연결이나 냉각매체의 유동을 위한 연결방법도 모두 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)와 모두 동일하고, 또한 도면에 있어서 부착부품의 표시숫자도 모두 동일하다.
다만, 상기 제 1 매칭부(60a) 및 제 2 매칭부(60b)의 출력부분이 틀리므로 여기에 대해 제 2 매칭부(60b)의 제 2 코일(612b)단 이후의 일부 작동에 대해 설명하면, 상기 제 2 코일(612b)은 제 2 분석센서(616b)를 관통한 뒤 T자형의 제 2 출력연결피팅(641b)에 연결되는데, 그중 한 쪽은 제 2 전극인입도전체바(37b)에 연결되어 고주파 전력을 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 하부에 장착된 한 개의 플라즈마 반응기(미도시)에 공급하고, 또 다른 한 쪽인 공급패널(70)의 제 2 냉각유입연결구(706b)에 연결되어 상기 제 2 매칭부(60b)의 매칭소자들을 냉각시키고 나온 냉각매체가 제 2 냉각매체유입구(38b2)를 통하여 상기 제 2 헤드몸통헤드몸통(31b)의 내부를 순환 냉각 시킨 뒤 제 2 냉각매체유출구(38b1)로 유동되어 상기 공급패널(70)의 제 2 냉각유출연결구(707b)로 유출되고, 또 다른 상기 제 1 매칭부(60a)의 작용도 상기 제 2 매칭부(60b)와 동일하다.
상기 제 1 및 제 2 매칭부(60a, 60b)는 싱글 매칭부에 없는 주파수 간섭으로 인한 문제가 발생되는데, 상기 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)에 있어서 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30) 내부에 장착된 플라즈마 반응기(미도시) 두 개가 나란히 근접하여 길이 방향으로 길게 구성되어서, 판형태의 물질로 공정을 할 때 상기 플라즈마 반응기(미도시)에서 서로 주파수 간섭을 일어나 매칭이 어렵게 된다.
상기 주파수 간섭을 배제하기 위해서는 두 가지 방법이 있는데, 한 가지는 저역 주파수의 고주파 전력을 상기 제 1 매칭부(60a)의 제 1 고주파입력콘넥터(701a)에 공급하고, 상기 제 1 매칭부(60a)의 제 1 동축케이블(601a)의 끝 부분의 제 1 동축케이블심선접속부(604a)와 제 1a 가변콘덴서(606a)에 부착된 제 1a 후면냉각판(605b)측에 사이에 저역주파수통과필터(650a)를 연결하는데, 상기 제 1 저역주파수통과필터(650a)의 입력은 상기 제 1a 가변콘덴서(606a)에 부착된 제 1a 후면냉각판(605a)측에, 출력은 상기 제 1 동축케이블(601a)의 끝 부분의 제 1 동축케이블심선접속부(604a)에 연결하여, 제 1 센서박스(602a) 이후의 단에서 존재하는 저역통과주파수 이상의 고주파 전력이 상기 제 1 센서박스(602a)에 감지되어 임피던스 매칭의 교란되는 것을 막는다.
또한, 고역 주파수의 고주파 전력을 상기 제 2 매칭부(60b)의 제 2 고주파입력콘넥터(701b)에 공급하고, 상기 제 2 매칭부(60b)의 제 2 동축케이블(601b)의 끝 부분과 제 1b 가변콘덴서(606b)의 사이에 고역주파수통과필터(650b)를 연결하는데, 상기 고역주파수통과필터(650b)의 입력은 상기 제 1b 가변콘덴서(606b)에 부착된 제 1b 후면냉각판(605b)측에, 출력은 상기 제 2 동축케이블(601b)의 끝 부분의 제 2 동축케이블심선접속부(604b)와에 각각 연결하여, 제 2 센서박스(602b) 이후의 단에서 존재하는 고역주파수 이하의 고주파 전력이 상기 센서박스(602b)에 감지되어 임피던스 매칭의 교란되는 것을 막는다.
또 다른 방법은 상기 저역주파수통과필터(650a) 및 고역주파수통과필터(650b)가 없이 같은 주파수의 고주파 전력을 제 1 및 제 2 고주파입력콘넥터(701a, 701b)에 각각 공급하고, 그 두 가지 고주파 전력의 주파수를 위상편이(phase shift)시켜 각각 공급하여 해결한다. 상기 제 1 매칭부(60a)의 제 1 고주파입력콘넥터(701a)와 상기 제 2 매칭부(60b)의 제 2 고주파입력콘넥터(701b)에는 두 대의 고주파 발생기에서 출력된 고주파 전력이 각각 공급되는데 상기 제 1 고주파입력콘넥터(701a)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 발생기의 내부에 장착된 오실레이터(발진기)의 주파수를 마스터로 하고, 상기 오실레이터의 주파수를 위상편이(phase shift) 된 것을 상기 제 2 고주파입력콘넥터(701b)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 발생기의 내부에 장착된 오실레이터를 대신하여 상기 위상편이 된 오실레이터를 슬라버로 하여 작동시켜 주파수 간섭을 피한다.
즉, 상기 마스터의 주파수에 종속되어 슬라버의 주파수의 위상이 변하도록 한 것이다. 또한 상기 위상편이(phase shift)는 연속적으로 파장의 1 주기(0-360도) 까지 조정이 가능 하도록 한다.
한편, 도 10 에 표시한 것처럼, 상기 제 1 및 제 2 매칭부(60a, 60b)의 제 1a 및 제 1b 가변콘덴서(606a, 606b) 및 제 2a 및 제 2b 가변콘덴서(609a, 609b)의 방향을 매칭소자의 종류와 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)의 길이 등 상황에 따라 180도 돌려서 배치할 수 있다.
상기와 같이 설명한 싱글헤드싱글매칭부(60s), 듀얼헤드싱글매칭부(60d) 및 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)에 관하여 부가적인 성능 및 작동에 대해 설명한다.
도 4 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 내부사시도이고, 도 6 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 내부사시도이고, 도 9a 및 도 9b 는 본 발명 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)의 내부사시도이다.
한편, 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s), 듀얼헤드싱글매칭부(60d) 및 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)내에 장착된 분석센서(제 1 분석센서, 제 2 분석센서)는 공정 조건에 기인하여 방전되는 플라즈마의 특성에 따라 변하는 고주파의 전압, 전류 및 위상을 감지하고, 그 신호들을 분석센서 내부에 부설된 마이크로 프로세스(미도시)를 사용하여 데이터 처리한 뒤 공급패널(70)에 부착된 통신포트(704)를 통해 그 데이터를 외부에 구비된 컴퓨터로 보내 임피던스, 파형모양, 고주파 스펙트럼, 그래픽 차트 및 데이터들을 문자로 표시 하게하고, 임피던스 및 기타 신호를 이용 플라즈마의 방전 유무를 판단하여 재방전의 시도의 신호로 사용하고, 또한 공급패널(70)에 부착된 파형감시포트(705)의 출력신호는 센싱된 신호가 데이터 처리하지 아니한 고주파 원래의 신호이므로 오실로 스코프 및 스펙트럼 애너라이저(analyzer) 등의 외부 파형분석 기기로 쉽게 파형의 특성을 분석하는데 매우 유용하다.
상기 싱글헤드싱글매칭부(60s), 듀얼헤드싱글매칭부(60d) 및 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)의 하부에 장착된 헤드몸통(11, 21a, 21b, 31a, 31b)에 지나친 온도의 상승을 막기 위하여 냉각매체를 유동시키는데, 상기 냉각매체를 조절하기 위한 온도센서(622)의 장착은 매칭부의 제어보드 부근 매칭기하부판에 구멍을 내고 그 하부에 있는 상기 헤드몸통에 상기 온도센서(622)를 장착하여 온도에 따른 전압을 제어보드(6에서 데이터 처리한 뒤, 그 온도 값을 통신포트를 통해 외부로 송신한다.
외부에 연결된 마이컴으로 상기 온도의 데이터를 송신 받아서 처리하여 공급패널(70)에 부착된 냉각유입연결구에 연결된 냉각매체의 흐름을 조절할 수 있는 매칭부 외부에 장착된 밸브를 조작하여 공정에 적당한 온도로 조절한다.
한편, 변조주파수(1[Hz]∼10[Khz] 및 10[Khz]∼1[Mhz] 가변)는 듀티비(1∼99% 가변) 및 변조율(1∼100% 가변)을 가지는 펄스 주파수로 고주파를 변조하여 PWM로 만들어, 변조된 고주파 전력을 상기 공급패널(70)에 부착된 고주파입력콘넥터에 공급하고, 공정 대상물에 맞은 특정 변조 주파수, 듀티비 및 변조율을 조정하면 공정 대상물의 처리 속도가 빨라지고, 플라즈마 손상을 줄이고, 가스 및 고주파 전력의 소모도 줄 일수 있다.
특히 상기 변조주파수가 가청영역 일 경우에는 소음이 심하게 나고 심하면 플라즈마 반응기가 소손될 수 있으므로 견딜 수 있는 범위 내에서 상기 변조주파수를 올려야 하는데, 공정용으로는 10[Khz]이상에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한 방전이 까다로운 듀얼헤드싱글매칭부(60d)의 경우에는 펄스 변조된 고주파 전력을 공급하여 상기 변조주파수의 매 주기마다 분석센서에서 신호를 분석하여 플라즈마 방전이 유지되지 아니하면 계속 상기 펄스 변조된 고주파 전력을 공급하고, 듀얼헤드에서 상기 플라즈마 방전이 모두 유지되면 공급된 고주파 전력을 공정 주파수의 고주파전력으로 전환하여 공정을 진행시킨다.
상기 변조주파수의 주파수 대역은 사용하는 고주파 헤드의 상항에 맞게 조정하데, 반복점화( Multi-ignition)용은 1[Hz]∼10[Khz] 사이, 공정용으로 10[Khz]∼1[Mhz] 사이가 바람직하다.
이상으로 상기와 같이 본 발명의 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 기존 고주파 상압 플라즈마 헤드의 고주파 입력 임피던스가 매우 낮아서 출력단자와 상압 플라즈마 발생장치의 입력 단자 사이를 연결하는 고주파 입력케이블에서 고열이 발생되면서 고주파 전력의 손실 및 여기에 연결되어있는 고주파 콘넥터 소손이 빈번하게 발생하는데 비해서 일체형은 고주파 입력 임피던스가 50[Ω]으로 동축케이블의 임피던스와 같으므로 고열로 인한 소손을 방지하기 위하여 내열성의 동축케이블을 반드시 이용할 필요성이 감소하였으므로 유연성이 좋은 고주파 입력케이블을 선택할 수 있을 뿐만 아니라 길이에 구애 밭지 아니하고 길게 형성할 수 있게 됨으로써 표면처리가 요구되는 대상물이 장비와 멀리 이격되어 있거나 별도의 매칭부의 설치공간이 필요치 아니하므로 플라즈마 표면처리 장비의 협소한 공간 내부에 놓이는 경우에도 상압 플라즈마 발생장치를 대상물에 작용시킬 수 있어 상압 플라즈마 발생장치의 작동 동선을 확대할 수 있게 된다.
또한, 매칭부 일체형 듀얼 헤드(dual head)는 종래의 매칭부 분리형고주파 상압 플라즈마 헤드 두 개를 사용할 때와 비교하면 분리형은 두 대의 매칭정합기를 일체형은 하나로 대치가 가능하여 생산원가를 줄일 뿐만 아니라, 분리형은 고주파 상압 플라즈마 헤드 및 매칭정합기 두 대의 설치공간이 각각 필요 하지만 일체형은 두 대의 매칭정합기의 설치공간이 필요치 아니하여 설비제작이 단순해진다.
특히, 부가적인 기능의 분석센서, 온도센서 및 변조된 고주파 전력의 공급은 본 발명품의 성능을 배가시킬 수 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 상압 플라즈마 발생장치
70; 공급패널
701; 고주파입력콘넥터 702; 가스유입구
703; 주전원콘넥터 704; 통신포트
705; 파형감시포트 706; 냉각유입연결구
707; 냉각유출연결구
701a; 제 1 고주파입력콘넥터 701b; 제 2 고주파입력콘넥터
702a; 제 1 가스유입구 702a; 제 2 가스유입구
703a; 제 1 주전원콘넥터 703b; 제 2 주전원콘넥터
704a; 제 1 통신포트 704b; 제 2 통신포트
705a; 제 1 파형감시포트 705b; 제 2 파형감시포트
706a; 제 1 냉각유입연결구 706b; 제 2 냉각유입연결구
707a; 제 1 냉각유출연결구 707b; 제 1 냉각유출연결구
10; 싱글 매칭부의 싱글 고주파 플라즈마헤드
11; 헤드몸통 12; 가스매니폴드유입구
13; 가스매니폴드 14; 나사선구멍
15; 왼쪽단면블럭 16; 오른쪽단면블럭
17; 전극인입도전체바 18a; 냉각매체유입구
18b; 냉각매체유출구
20; 싱글 매칭부의 듀얼 고주파 플라즈마헤드
21a; 제 1 헤드몸통 21b; 제 2 헤드몸통
22; 싱글가스매니폴드유입구 23; 가스매니폴드
24; 나사선구멍 25a; 제 1 왼쪽단면블럭 25b; 제 2 왼쪽단면블럭 26; 오른쪽단면블럭
27a; 제 1 전극인입도전체바 27b; 제 2 전극인입도전체바
28a; 냉각매체유입구 28b; 냉각매체유출구
30; 듀얼 매칭부의 듀얼 고주파 플라즈마헤드
31a; 제 1 헤드몸통 31b; 제 2 헤드몸통
32a; 제 1 가스매니폴드유입구 32b; 제 2 가스매니폴드유입구
33; 듀얼유입구가스매니폴드 34; 나사선구멍
35a; 제 1 왼쪽단면블럭 36a; 제 1 오른쪽단면블럭
36b; 제 2 왼쪽단면블럭 35b; 제 2 오른쪽단면블럭
37a; 제 1 전극인입도전체바 37b; 제 2 전극인입도전체바
38a1; 제 1 냉각매체유입구 38a2; 제 1 냉각매체출구
38b1; 제 2 냉각매체유출구 38b2; 제 2 냉각매유입구
60s; 싱글헤드싱글매칭부 60d; 듀얼헤드싱글매칭부 공용표기-
601; 동축케이블(601) 602; 센서박스
603; 접지바 604; 동축케이블심선접속부
605; 제 1 후면냉각판 606; 제 1 가변콘덴서 607; 제 1 전면냉각판 608; 제 2 후면냉각판
609; 제 2 가변콘덴서(609) 610; 제 2 전면냉각판
611; 도전체홀더 612; 코일 613; 코일지지대 614; 제 1 센서관통도전체 615; 제 2 센서관통도전체 616; 제 1 분석센서 617; 제2분석센서 618; 로드코일 620; 제어보드 621; 마이크로프로세서보드
622; 온도센서 623; 제어전원모듈 624; 제 1 모터 625; 제 2 모터 626; 커플링 630; 제 1 전후면냉각호스 631; 제 2 전후면냉각호스 640; 매칭기하부판 641; 출력연결피팅 642; 배면 643; 좌측면 644; 우측면(미도시) 645; 정면 646; 제 1 모터패널
647; 제 2 모터패널 648; 방열구
60dd; 듀얼헤드듀얼매칭부
60a; 제 1 매칭부 60b; 제 2 매칭부
601a; 제 1 동축케이블 601b; 제 2 동축케이블
602a; 제 1 센서박스 602b; 제 2 센서박스
603b; 제 2 접지바 604a; 제 1 동축케이블심선접속부
604b; 제 2 동축케이블심선접속부605a; 제 1a 후면냉각판
605a; 제 1a 후면냉각판 605b; 제 1b 후면냉각판 606a; 제 1a 가변콘덴서 606b; 제 1b 가변콘덴서 607b; 제 1b 전면냉각판 608b; 제 2b 후면냉각판 609b; 제 2b 가변콘덴서(609) 610b; 제 2 전면냉각판 611b; 제 2 도전체홀더
612a; 제 1 코일 612b; 제 2 코일
616a; 제 1 분석센서 616b; 제 2 분석센서 620b; 제 2 제어보드 621; 마이크로프로세서보드
622; 온도센서 623b; 제 2 제어전원모듈 626b; 제 2 튠커플링 627b; 제 2 로드커플링 630b; 제 1 전후면냉각호스 631b; 제 2 전후면냉각호스
640; 매칭기하부판 641a; 제 1 출력연결피팅 641b; 제 2 출력연결피팅 642; 배면
643; 좌측면 644; 우측면(미도시)
645; 정면 646; 제 1 모터패널
647; 제 2 모터패널 648; 방열구
650a; 저역주파수통과필터 650b; 고역주파수통과필터

Claims (21)

  1. 상압 플라즈마 발생장치에 있어서,
    플라즈마를 생성하는 고주파 상압 플라즈마 헤드를 내장한 하우징의 상부를 차폐하는 상판상에 고주파 입력단과, 상기 고주파 입력단으로 입력된 고주파와 임피던스를 정합시키는 매칭부를 설치하고,
    상기 매칭부의 출력인 정합된 고주파 출력이 상기 매칭부에 부설된 분석센서를 통과하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드에 공급되는 고주파의 전기적 특성이 검출되도록 구성하고,
    상기 매칭부는 싱글헤드싱글매칭부(60s)로서,
    상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)는,
    공급패널(70)의 고주파입력콘넥터(701)에 고주파 동축케이블(601)이 연결되고, 상기 동축케이블(601) 종단에 상기 동축케이블(601)의 외피는 접지바(603)로 매칭기하부판(640)에 접지시키고, 심선은 제 1 가변콘덴서(606)에 부착된 제 1 후면냉각판(605)에 연결하고,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)에 부착된 제 1 후면냉각판(605)을 제 2 가변콘덴서(609)에 부착된 제 2 후면냉각판(608)을 마주보게 배치하고 도전체로 서로 연결하고,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)에 부착된 제 1 전면냉각판(607)에 연결된 U자형의 로드코일(618)을 통하여 상기 매칭기하부판(640)에 접지되고, 상기 제 2 가변콘덴서(609)에 부착된 제 2 전면냉각판(610)을 통하여 도전체홀더(611)에 연결되고,
    상기 도전체홀더(611)에는 코일(612)이 연결되고, 그 코일(612)의 반대쪽 끝 부분은 제 1 분석센서(616)를 통과하여 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 출력이 전극인입도전체바(17)를 통하여 매칭기하부판(640) 아래에 형성된 플라즈마 반응기에 고주파 전력을 공급하는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드는 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)로서,
    상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)는,
    헤드몸통(11)의 왼쪽단면에 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 왼쪽단면블럭(15)을 부착하고, 헤드몸통(11)의 오른쪽단면에 고주파 전력을 전극인입도전체바(17)를 통하여 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 하부에 형성된 플라즈마 반응기에 공급하고 또한 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 오른쪽단면블럭(16)을 부착하고,
    상기 헤드몸통(11)의 중앙에 헤드몸통(11)의 내부로 가스를 유동하기 위한 가스매니폴드(13) 및 가스매니폴드유입구(12)를 부착하고, 상기 헤드몸통(11)의 오른쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 냉각매체유입구(18a) 및 냉각매체유출구(18b)가 각각 부착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)의 용량을 변동시키기 위하여 상기 매칭기하부판(640)에 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 용량을 변동시키기 위하여 제 1 가변콘덴서(606)의 조절축에 제 1 모터(624)를 결속하고, 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 용량을 변동시키기 위하여 제 2 가변콘덴서(609)의 조절축에 제 2 모터(625)를 결속하고, 상기 제 1 모터(624)와 제 2 모터(625)를 제어보드(620)에 의하여 모터(624, 625)들의 회전량을 제어함으로써 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)의 용량을 조절하는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱글헤드싱글매칭부(60s) 내에서 코일(612)과 전극인입도전체바(17) 사이에 제 1 분석센서(616)가 장착되고,
    상기 제 1 분석센서(616)는 공정 조건에 기인하여 방전되는 플라즈마의 특성에 따라 변하는 고주파의 전압, 전류 및 위상을 감지하고, 그 신호들을 제 1 분석센서(616) 내부에 부설된 마이크로 프로세스를 사용하여 데이터 처리한 뒤 통신포트(704)를 통해 그 데이터를 외부에 구비된 컴퓨터로 전달하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공급패널(70)에 파형감시포트(705)를 부착하고, 상기 파형감시포트(705)를 통하여 외부 파형분석 기기와 연동하여 파형의 특성을 분석하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제어보드(620)는 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)를 제어하고,
    상기 제어보드(620)가 마이크로프로세서 방식일 경우,
    입력된 고주파의 전압, 전류 및 위상 신호를 센싱하여 이들 신호를 디지털신호로 변환하여 마이크로프로세서보드(621)를 포함하는 제어보드(620)에서 매칭에 필요한 각종 파라메타를 생성시키고 부하와 매칭이 가능하도록 상기 제 1 모터(624) 및 제 2 모터(625)의 위치 값을 추출하여 상기 제어보드(620)에서 이들 모터(624, 625)를 가변 조절하여 부하와 매칭이 이루어지도록 하고, 매칭이 이루어지는 과정에서 각종 정보와 수동 및 자동동작의 절환은 디지털 통신 수단을 통하여 컴퓨터 모니터 상에서 표시 및 실시되도록 하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제어보드(620)는 상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)를 제어하고,
    상기 제어보드(620)가 아날로그 방식일 경우,
    입력된 고주파의 전압 대 전류의 비 및 위상 신호를 센싱하여 이들 신호에 따라서 허용 가능한 임피던스를 자동으로 조정하는 자동 조정 회로를 부가하고,
    수동 조정 회로와 자동 조정 회로 중의 하나를 선택할 수 있는 스위치 회로를 부설하여 수동 조정 회로 또는 자동 조정 회로중의 하나를 선택할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 싱글헤드싱글매칭부(60s)의 내부에 부착된 매칭소자들의 냉각은,
    공급패널(70)에 부착된 냉각유입연결구(706)로 주입된 냉각매체가 냉각호스와 냉각피팅(650)이 순차적으로 연결되어, 상기 제 1 후면냉각판(605)에 부착된 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 후면을 냉각시킨 다음, 제 1 전후면냉각호스(630)통하여 상기 제 1 전면냉각판(607)에 부착된 상기 제 1 가변콘덴서(606)의 전면을 냉각시키고,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)의 전면을 냉각시킨 냉각매체는 상기 제 1 전면냉각판(607)에 연결된 U자형의 로드코일(616)을 냉각시킨 뒤, 상기 제 2 전면냉각판(610)에 부착된 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 전면을 냉각시킨 다음, 제 2 전후면냉각호스(631)통하여 상기 제 2 후면냉각판(608)에 부착된 상기 제 2 가변콘덴서(609)의 후면을 냉각시키고,
    상기 제 2 가변콘덴서(609)의 후면을 냉각시킨 냉각매체는 동관으로 만들어진 코일(612) 내부로 흐르면서 그 코일(612)을 냉각시키고, 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)의 내부에 설치된 냉각매체유동로를 통과하면서 상기 싱글 고주파 상압 플라즈마헤드(10)를 냉각시킨 다음, 공급패널(70)에 부착된 냉각유출연결구(707)로 유출되는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  10. 상압 플라즈마 발생장치에 있어서,
    플라즈마를 생성하는 고주파 상압 플라즈마 헤드를 내장한 하우징의 상부를 차폐하는 상판상에 고주파 입력단과, 상기 고주파 입력단으로 입력된 고주파와 임피던스를 정합시키는 매칭부를 설치하고,
    상기 매칭부의 출력인 정합된 고주파 출력이 상기 매칭부에 부설된 분석센서를 통과하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드에 공급되는 고주파의 전기적 특성이 검출되도록 구성하고,
    상기 고주파 상압 플라즈마 헤드는 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)로서,
    상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)는,
    제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 길이방향으로 부착하고, 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 왼쪽단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 왼쪽단면블럭(25a) 및 제 2 왼쪽단면블럭(25b)을 각각 부착하고,
    오른쪽단면에는 상기 제 1 및 제 2 전극인입도전체바(27a,27b)를 사용하여 고주파 전력을 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두개의 플라즈마 반응기에 각각 공급하고, 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 오른쪽단면블럭(26)을 부착하고,
    상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)의 중앙에 그 헤드몸통(21a, 21b)의 내부에 형성된 총 네 개의 가스유동로를 통하여 상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)의 하부에 장착된 두 개의 플라즈마 반응기에 가스유입구(22)를 통해 유입된 가스를 가스매니폴드(23)를 이용하여 각각 분배 유동시키고,
    상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 오른쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 냉각매체유입구(28a) 및 냉각매체출구(28b)를 각각 부착하여 상기 매칭부를 냉각하고 유출된 냉각매체를 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)내부를 순환하게 하고,
    상기 매칭부는 듀얼헤드싱글매칭부(60d)로서,
    상기 듀얼헤드싱글매칭부(60d)는,
    공급패널(70)의 고주파입력콘넥터(701)에 고주파 동축케이블(601)이 연결되고, 상기 동축케이블(601) 종단에 상기 동축케이블(601)의 외피는 접지바(603)로 매칭기하부판(640)에 접지시키고, 심선은 제 1 가변콘덴서(606)에 부착된 제 1 후면냉각판(605)에 연결하고,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)에 부착된 제 1 후면냉각판(605)을 제 2 가변콘덴서(609)에 부착된 제 2 후면냉각판(608)을 마주보게 배치하고 도전체로 서로 연결하고,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)에 부착된 제 1 전면냉각판(607)에 연결된 U자형의 로드코일(618)을 통하여 상기 매칭기하부판(640)에 접지되고, 상기 제 2 가변콘덴서(609)에 부착된 제 2 전면냉각판(610)을 통하여 도전체홀더(611)에 연결되고,
    상기 도전체홀더(611)에는 코일(612)이 연결되고,
    상기 코일(612)은 코일지지대(613)에 의해 고정되고, 두 개의 제 1 센서관통도전체(614) 및 제 2 센서관통도전체(615)로 분리되어 제 1 분석센서(616) 및 제 2 분석센서(617)의 중심부로 각각 관통되어, 제 1 및 제 2 전극인입도전체바(27a, 27b)를 통하여 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두 개의 플라즈마 반응기에 각각 고주파 전력이 공급되고,
    상기 제 1 분석센서(616) 및 제 2 분석센서(617)에 의하여 두 개의 플라즈마 반응기에서 동시에 방전이 되어서 플라즈마가 형성되는가를 확인하는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  11. 삭제
  12. 상압 플라즈마 발생장치에 있어서,
    플라즈마를 생성하는 고주파 상압 플라즈마 헤드를 내장한 하우징의 상부를 차폐하는 상판상에 고주파 입력단과, 상기 고주파 입력단으로 입력된 고주파와 임피던스를 정합시키는 매칭부를 설치하고,
    상기 매칭부의 출력인 정합된 고주파 출력이 상기 매칭부에 부설된 분석센서를 통과하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드에 공급되는 고주파의 전기적 특성이 검출되도록 구성하고,
    상기 고주파 상압 플라즈마 헤드는 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)로서,
    상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)는,
    제 1 헤드몸통(31a) 및 제 2 헤드몸통(31b)을 길이방향으로 부착하고,
    상기 제 1 헤드몸통(31a)의 왼쪽단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 왼쪽단면블럭(35a)을 부착하고, 상기 제 2 헤드몸통(31b)의 왼쪽단면에는 제 2 전극인입도전체바(37b)를 사용하여 고주파 전력을 상기 제 2 헤드몸통(31b)의 하부에 장착된 한 개의 플라즈마 반응기에 공급하고, 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 2 왼쪽단면블럭(36b)을 부착하고,
    상기 제 1 헤드몸통(31a)의 오른쪽단면에는 제 1 전극인입도전체바(37a)를 사용하여 고주파 전력을 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 하부에 장착된 한 개의 플라즈마 반응기에 공급하고, 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 오른쪽단면블럭(36a)을 부착하고, 제 2 헤드몸통(31b)의 오른쪽 단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 2 오른쪽단면블럭(35b)을 부착하고,
    상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(31a, 31b)의 중앙에는 제 1 및 제 2 가스매니폴드유입구(32a, 32b)를 통해 유입된 가스를 가스매니폴드(33)를 통해 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(30)로 유동시키고,
    상기 제 1 헤드몸통(31a)의 왼쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 제 1 냉각매체유입구(38a1) 및 제 1 냉각매체출구(38a2)를 각각 부착하여 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)중의 하나인 제 1 매칭부(60a)에서 매칭소자들을 냉각하고 유출된 냉각매체를 상기 제 1 헤드몸통(31a)의 내부를 순환하게 하고,
    상기 제 1 헤드몸통(31b)의 오른쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 냉각매체유입구(38b1) 및 냉각매체출구(38b2)를 각각 부착하여 상기 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)중의 나머지 하나인 제 2 매칭부(60b)에서 매칭소자들을 냉각하고 유출된 냉각매체를 상기 제 2 헤드몸통(31b)의 내부를 순환하게 하여 냉각시키는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  13. 상압 플라즈마 발생장치에 있어서,
    플라즈마를 생성하는 고주파 상압 플라즈마 헤드를 내장한 하우징의 상부를 차폐하는 상판상에 고주파 입력단과, 상기 고주파 입력단으로 입력된 고주파와 임피던스를 정합시키는 매칭부를 설치하고,
    상기 매칭부의 출력인 정합된 고주파 출력이 상기 매칭부에 부설된 분석센서를 통과하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드에 공급되는 고주파의 전기적 특성이 검출되도록 구성하고,
    상기 매칭부는 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)이고,
    상기 듀얼헤드듀얼매칭부(60dd)는,
    공급패널(70)에 제 1 및 제 2 고주파입력콘넥터(701a, 701b), 제 1 및 제 2 가스유입구(702a, 702b), 제 1 및 제 2 냉각매체유입구(706a, 706b), 제 1 및 제 2 냉각매체유출구(707a, 707b), 제 1 및 제 2 통신포트(703a, 703b), 제 1 및 제 2 파형감시포트(705a, 705b) 및 제 1 및 제 2 주전원콘넥터(703a, 707b)가 좌우로 대칭적으로 배치되고,
    제 2 코일(612b)이 제 2 분석센서(616b)를 관통한 뒤 T자형의 제 2 출력연결피팅(641b)에 연결되고,
    상기 제 2 출력연결피팅(641b)의 일측은 제 2 전극인입도전체바(37b)에 연결되어 고주파 전력을 플라즈마 반응기에 공급하고,
    상기 제 2 출력연결피팅(641b)의 타측은 상기 공급패널(70)의 제 2 냉각유입연결구(706b)에 연결되어 상기 매칭부를 냉각시키고 나온 냉각매체가 제 2 냉각매체유입구(38b2)를 통하여 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드의 내부를 순환 냉각시킨 뒤 제 2 냉각매체유출구(38b1)로 유동되어 상기 공급패널(70)의 제 2 냉각유출연결구(707b)로 유출되는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    주파수 간섭을 배제하기 위하여,
    저역 주파수의 고주파 전력을 상기 제 1 고주파입력콘넥터(701a)에 공급하고, 제 1 동축케이블(601a)의 끝 부분의 제 1 동축케이블심선접속부(604a)와 제 1a 가변콘덴서(606a)에 부착된 제 1a 후면냉각판(605b)측에 사이에 저역주파수통과필터(650a)를 연결하고,
    상기 저역주파수통과필터(650a)의 입력은 상기 제 1a 가변콘덴서(606a)에 부착된 제 1a 후면냉각판(605a)측에, 출력은 상기 제 1 동축케이블(601a)의 끝 부분의 제 1 동축케이블심선접속부(604a)에 연결하여, 제 1 센서박스(602a) 이후의 단에서 존재하는 저역통과주파수 이상의 고주파 전력이 상기 제 1 센서박스(602a)에 감지되어 임피던스 매칭의 교란되는 것을 방지하고,
    고역 주파수의 고주파 전력을 상기 제 2 고주파입력콘넥터(701b)에 공급하고, 제 2 동축케이블(601b)의 끝 부분과 제 1b 가변콘덴서(606b)의 사이에 고역주파수통과필터(650b)를 연결하고,
    상기 고역주파수통과필터(650b)의 입력은 상기 제 1b 가변콘덴서(606b)에 부착된 제 1b 후면냉각판(605b)측에, 출력은 상기 제 2 동축케이블(601b)의 끝 부분의 제 2 동축케이블심선접속부(604b)와에 각각 연결하여, 제 2 센서박스(602b) 이후의 단에서 존재하는 고역주파수 이하의 고주파 전력이 상기 센서박스(602b)에 감지되어 임피던스 매칭의 교란되는 것을 방지하는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    주파수 간섭을 배제하기 위하여,
    같은 주파수의 고주파 전력을 상기 제 1 및 제 2 고주파입력콘넥터(701a, 701b)에 각각 공급하고, 그 두 가지 고주파 전력의 주파수를 위상편이(phase shift)시켜 각각 공급하는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  16. 제 1 항, 제 10 항 및 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    듀티비 및 변조율을 가지는 펄스 주파수로 고주파를 펄스폭진폭변조(PWM)하여 변조된 고주파 전력을 상기 공급패널(70)에 부착된 고주파입력콘넥터에 공급하고,
    공정 대상물에 맞은 특정 변조 주파수, 듀티비 및 변조율을 조정함으로써 공정 대상물의 처리 속도를 증가시키고, 플라즈마 손상을 줄이고, 가스 및 고주파 전력의 소모를 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 변조주파수의 주파수 대역은, 반복점화(Multi-ignition)용은 1[Hz]∼10[Khz] 사이, 공정용으로 10[Khz]∼1[Mhz] 사이인 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  18. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)는 모두 AVC 소자인 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  19. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)중 어느 하나가 AVC 소자이고, 다른 하나는 VVC 소자인 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  20. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 가변콘덴서(606)와 제 2 가변콘덴서(609)는 모두 VVC 소자인 것을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
  21. 제 1 항, 제 10 항 및 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매칭부의 헤드몸통에 온도센서(622)를 장착하고,
    온도센서(622)의 센싱값을 제어보드에서 데이터 처리하여 온도값을 통신포트를 통해 외부로 송신하는 구성을 특징으로 하는 매칭부 및 분석센서를 가지는 일체형 고주파 상압 플라즈마 발생장치.
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