KR101789613B1 - 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플라즈마를 생성하는 헤드 상단에 코일과 콘덴서로 이루어진 임피던스 변환기를 구비함으로써, 정합기의 출력 콘넥터와 상압플라즈마 헤드의 고주파 입력단자 사이를 연결하여 주는 동축케이블의 발열을 억제하여 고주파 입력케이블의 소손을 미연에 방지하여 상압 플라즈마 발생장치의 안정적인 운용을 가능하게 하며, 고주파 입력케이블을 유연성이 양호한 자재로 이용가능하게 함으로써 상압 플라즈마 발생장치의 작동 동선을 확대할 수 있도록 한 임피던스 변화기를 구비한 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

Description

임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치{Atmospheric pressure plasma generating apparatus having impedance converter}

본 발명은 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플라즈마를 생성하는 헤드 상단에 코일과 콘덴서로 이루어진 승압용 임피던스 변환기를 구비함으로써, 기존 외부에 장착된 정합기의 출력단자와 헤드의 고주파 입력단자 사이를 연결하여 주는 동축케이블의 발열을 억제하여 고주파 입력케이블의 소손을 미연에 방지하여 상압 플라즈마 발생장치의 안정적인 운용을 가능하게 하며, 고주파 입력케이블을 유연성이 양호한 자재로 이용가능하게 함으로써 상압 플라즈마 발생장치의 작동 동선을 확대할 수 있도록 한 임피던스 변환기를 구비한 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. 그리고 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 진공 또는 대기로 분류될 수 있는데, 이중 대기압(Atmospheric Pressure, 상압(常壓)) 근방의 압력 하에서 방전 플라즈마를 발생시키면 설비의 구조가 간단해서 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 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 기판면에 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 고주파 입력케이블(2)과 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 기공지 되어 있다.

이러한 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 고주파 출력기로부터 고주파를 전달받되 고주파 출력기와 상압 플라즈마 발생장치와의 중간에 정합기(matcher)가 연결되며, 정합기는 고주파 출력기에서 출력되는 고주파가 부하측에서 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, 종래의 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 임피던스가 지나치게 낮아서 정합기의 출력단자와 상압 플라즈마 발생장치의 입력 단자 사이를 연결하는 고주파 입력케이블에서 고열이 발생되면서 케이블이 소손될 우려가 있었다.

또한, 고열로 인한 소손을 방지하기 위하여 고주파 입력케이블을 내열성이 있는 동축케이블을 이용하였는데, 이러한 동축케이블은 내열성은 양호하나 유연성이 부족해서 공정에 따라 고주파 상압 플라즈마 발생장치가 움직여야하는 공정설비를 제작할 경우 많은 문제점이 제기되어 왔다. 또한 케이블의 길이가 길수록 고주파 출력의 효율성이 급격하게 저하될 수 있고, 더욱이 공정설비의 구조가 협소하여 정합기와 고주파 상압 플라즈마 발생장치와의 거리를 멀리 이격시켜야 할 경우에는 임피던스 정합이 불안정해지고 동축케이블 발열 때문에 상기 공정설비 안에 상기 정합기 및 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 장착이 거의 불가능 하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 대단히 낮은 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 입력 임피던스를 동축 케이블의 특성 임피던스에 근접하도록 증가시켜 고주파 입력케이블에서 발생하는 고열을 해소하도록 하고, 더불어 듀얼 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 있어서 주파수 간섭을 제거하도록 하는 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 구성을 제공한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고주파 상압 플라즈마 발생장치는, 플라즈마를 생성하는 헤드 상단에 코일과 콘덴서로 이루어진 임피던스 변환기를 구비한 구성을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 고주파 상압 플라즈마 발생장치는 입력 임피던스가 동축케이블의 특성임피던스인 50[Ω]에 근접하므로 종래의 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 비해 전압은 증가하고 전류는 감소하므로 케이블에 발생하는 많은 열의 감소로 효율이 증가하고, 동축케이블에 연결된 콘넥터들이 과전류에 소손되는 것을 방지하고, 동축케이블을 상대적으로 소 전류의 가는 동축케이블의 사용으로 유연성을 확보하여 고주파 상압 플라즈마 발생장치를 움직여야하는 공정에 대처가 가능하다. 또한 정합기와 상압 플라즈마 발생장치와의 거리를 어느 정도 길게 할 수 있고, 사용되는 정합기의 용량을 적게 할 수 있으므로 상기 정합기를 경제적으로 제작이 가능해진다.

도 1 은 종래의 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 사시도,
도 2 는 본 발명 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 외관사시도,
도 3 은 본 발명 임피던스 변환기를 장착할 싱글 고주파 상압 플라즈마 헤드의 사시도,
도 4 는 본 발명 싱글 임피던스 변환기의 싱글 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 관한 분해사시도 및 회로도,
도 5 는 본 발명 임피던스 변환기를 장착할 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드의 사시도,
도 6 은 본 발명 싱글 임피던스 변환기의 듀얼 고주파 상압플라즈마 발생장치에 관한 분해사시도 및 회로도,
도 7 은 본 발명 위상 제어용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치에 관한 분해사시도 및 회로도,
도 8 은 본 발명 주파수 편이용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치에 관한 분해사시도 및 회로도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 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 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 외관사시도이다.

본 발명 상압 플라즈마 발생장치는 정면에 공급패널(900)을 가지는 긴 막대모양의 육면체 형상의 하우징(1)의 내부의 하부 공간에 싱글형 또는 듀얼형 고주파 상압 플라즈마 헤드가 장착되고, 상기 하우징(1)의 내부의 상부 공간에 임피던스 변환기가 내장된다.

상기 하우징(1)의 정면에 부착된 공급패널(900)에 고주파 전력을 공급하는 콘넥터, 가스유입구, 냉각매체연결구 및 센스전압출력콘넥터가 설치되고, 상기 하우징(1)의 좌우측면에 통풍구멍(100)이 형성된다.

도 3 은 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 싱글형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 헤드의 사시도이고, 도 4 는 도 1 에 도시된 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 싱글형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 분해사시도 및 회로도이다.

먼저, 도 3 을 참조하면, 긴 막대모양의 형상을 한 싱글형 고주파 플라즈마 헤드(10)는 헤드몸통(11)에 플라즈마 반응기(미도시)를 내장하고 있으며, 상기 헤드몸통(11) 중앙에 가스매니폴드(15) 상부에 가스매니폴드유입구(14)가 형성되어 유입된 가스가 가스매니폴드(15)에서 분배되어 상기 플라즈마 반응기(미도시)로 반응가스를 유입시키고, 상기 헤드 몸통(11)의 상부 오른편에는 냉각매체유출구(16) 및 냉각매체유입구(17)가 부착되어 있어서 상기 싱글 고주파 플라즈마 헤드(10)의 헤드몸통(11)에 형성된 냉각라인(미도시)에 냉각매체를 유동시켜 상기 플라즈마 반응기(미도시)에서 플라즈마 발생시 열의 지나친 발생을 억제할 수 있도록 설계되었으며, 또한, 상기 헤드 몸통(11)의 상부 말단 부분에 전극인입도전체바(13)가 플라즈마 반응기 전극(미도시)에 연결되어 고주파 전력을 공급한다. 또한, 헤드몸통(11) 상부에 형성된 일련의 나사선구멍(12)들은 임피던스 변환기 및 주변 부품들을 장착할 하부판(도4 의 참조부호 541)을 고정시키는 용도이다.

본 발명의 싱글형 고주파 상압 플라즈마 헤드(10)는 플라즈마 반응기(미도시)가 하나가 있음을 의미하는 것이며, 상단에 부착된 냉각매체유출구(16) 및 냉각매체유입구(17)는 헤드몸통(11)의 상단에 장착될 임피던스 변환기의 구조에 따라서는 상기 헤드 몸통(11)의 상부 왼편에 부착되어 질수도 있다.

이어서, 도 4 를 참조하면, 전술한 싱글형 고주파 상압 플라즈마 헤드(10)의 상부에 변환기하부판(541)을 부착하고, 변환기하부판(541)의 상부에 L 형태 또는 π 형태의 임피던스 변환기가 장착되어질 수 있는데, 도시된 형태는 L 형태의 임피던스 변환기로 표현하였다.

먼저, 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901)와 연결된 입력도전체(501)의 한 측에는 상기 변환기하부판(541)에 부착된 변환기 콘덴서모듈(502)에, 또 다른 한 측에는 길이가 긴 변환기코일(505)의 입력 측에 제 1 코일동관홀더(503)와 제 2 코일동관홀더(504)에 의해 각각 고정되어지고, 도 4 의 하부에 도시된 회로도와 같은 임피던스 변환회로가 형성된다.

그래서, 고주파입력콘넥터(901)에서 공급된 임피던스가 50[Ω]을 가지는 고주파전력은 상기 L형 임피던스 변환기에서 임피던스가 변환되어져 분석센서(506)를 관통하고 제 3 코일동관홀더(507)에 고정된 상기 코일(505)의 출력 측에 출력된다. 상기 코일(505)의 출력 측에 출력된 임피던스가 변환되어진 고주파 전력은 도전체 재질의 T형냉각피팅(523) 및 전극인입도전체바(13)를 경유하여 싱글 고주파 플라즈마헤드(10) 하부 중심부에 장착된 플라즈마전극(미도시)의 임피던스에 정합된 고주파전력을 공급하게 된다.

간략히 설명하면, 상기 고주파입력콘넥터(901)에서 공급된 임피던스가 50[Ω]인 고주파 전력은 L 형태 또는 π 형태의 임피던스 변환기를 이용하여 상기 플라즈마전극(미도시)의 임피던스에 정합이 되도록 한 것이다.

상기 플라즈마전극(미도시)의 임피던스는 공정조건에 따른 가스의 종류 및 양에 따라 변할수 있기 때문에 상기 고주파입력콘넥터(901)에는 특성임피던스가 50[Ω]인 약 1M 에서 3M의 동축케이블이 연결한 뒤, 고주파 임피던스 정합기를 연결하여 50[Ω] 전후의 임피던스를 가지는 고주파 전력을 상기 고주파입력콘넥터(901)에 공급하는 것이다.

상기의 방법으로 약 수[Ω]에 불과했던 플라즈마전극(미도시)의 임피던스를 50[Ω] 전후의 임피던스를 가지는 고주파전력으로 동축케이블에 공급하기 때문에 그만큼 흐르는 전류가 줄어들어 동축케이블에 발생하는 고주파손실이 줄고, 열의 발생이 제거되어 그에 따른 피해를 줄이게 된다.

상기 코일(505)에 관통된 분석센서(506)는 공정 조건에 기인하여 방전되는 플라즈마의 특성에 따라 변하는 고주파의 전압, 전류 및 위상의 신호를 감지하고, 그 신호를 신호 동축케이블(미도시)을 사용하여 싱글승압싱글헤드부(500)의 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 사용하거나 또는 상기 신호를 오실로스코프 및 스펙트럼 애너라이저(analyzer) 등의 외부 파형분석 기기에 접속하여 쉽게 파형의 특성을 분석하는데 매우 유용하다.

상기 공급패널(900)에 부착된 가스유입구(902)에서 유입된 반응 가스는 가스인입관(511)을 경유하여 가스 매니폴드유입구(14)로 유입되고 가스매니폴드(15)에서 분배되어 상기 플라즈마 반응기(미도시)에 공급된다.

또한, 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유입연결구(903)에서 유입된 냉각매체는 제 1 냉각호스(521)를 경유하여 L형냉각피팅(522)에 연결되어 동관으로 이루어진 상기 코일(505)에 냉각매체를 흐르게 하여 상기 코일(505)에서 발생하는 열을 냉각시킨 냉각매체는 T형냉각피팅(523)에서 유출되고 제 2 냉각호스(524)로 유동되어 냉각매체유입구(17)로 들어가 상기 싱글 고주파 플라즈마 헤드(10)의 헤드몸통(11)을 냉각 순환 후 냉각매체유출구(16)로 나와서 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유출연결구(904)에서 최종 유출된다.

싱글 고주파 플라즈마 헤드(10)의 헤드몸통(11)에 플라즈마전극(미도시)의 방전에 따른 지나친 온도의 상승을 막기 위하여 냉각매체를 유동시키는데, 상기 냉각매체를 조절하기 위한 온도센서(미도시)를 가스매니폴드(15) 부근에 변환기하부판(541)에 구멍을 내고 그 하부에 있는 상기 헤드몸통(11)에 상기 온도센서(미도시)를 장착한다. 상기 온도센서(미도시)에서 생성된 온도신호를 외부에 연결된 마이컴으로 상기 온도신호를 받아서 처리하여 공급패널(900)에 부착된 냉각유입연결구에 연결된 냉각매체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 조작하여 공정에 적당한 온도로 조절할 수 있도록 한다.

도 5 는 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 듀얼형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 헤드의 사시도이고, 도 6 은 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 듀얼형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 분해사시도 및 회로도이다.

도 5 에 도시된 듀얼형 고주파 상압 플라즈마헤드(20)를 참조하면, 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 길이방향으로 나란히 붙이고, 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 왼쪽단면에는 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 왼쪽단면블럭(25)을 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 공급한다. 또한, 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 제 1 오른쪽단면블럭(26a) 및 제 2 오른쪽단면블럭(26b)을 각각 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 왼쪽 상단에는 냉각매체를 순환하기위한 헤드냉각매체연결구 a(28a) 및 헤드냉각매체연결구 b(28b)를 각각 부착하여 상기 싱글 임피던스 변환기의 듀얼헤드 고주파 상압 플라즈마 발생장치(600)에서 임피던스 변환기 소자들을 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 임피던스 변환기 회로를 구성하기위한 변환기하부판(641)의 고정 및 육면체의 상기 싱글 임피던스 변환기의 듀얼헤드 고주파 상압 플라즈마 발생장치(600)의 하우징을 부착하는데 사용된다.

상기와 같은 구조의 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)를 내장한 싱글 임피던스 변환기의 듀얼헤드 고주파 상압 플라즈마 발생장치(600)를 도 6 을 참조하면서 상세히 설명한다.

먼저, 도 6의 공급패널(900)에 부착된 가스유입구(902)는 반응가스를 가스연결호스(621)를 통해 가스유입구(22)로 유입시키고, 상기 가스를 가스매니폴드(23)에서 분배되어 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)로 분사되도록 한다.

도 6의 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901)는 도전체 재질의 T형냉각피팅(601)에 전기적으로 한 측에 연결되고, 상기 T형냉각피팅(601)의 다른 한 측에는 변환기하부판(641)에 전기적 및 물리적으로 한쪽 단자가 부착된 변환기 콘덴서모듈(603)의 다른 반대편 단자가 코일동관홀더(602)에 전기적 및 물리적으로 고정되어 변환기코일(604)의 입력에 연결된다.

상기의 변환기 콘덴서모듈(603) 및 변환기코일(604)의 연결을 함으로서 도 6의 하부에 그려진 회로도와 같이 임피던스 변환회로가 형성된다.

상기 변환기코일(604)의 출력에는 냉각매체와 전기적 연결을 분배 위하여 장착된 고주파분배기(606)의 입력 측인 고주파 분배기 입력피팅(605)에 연결하고, 상기 고주파분배기(606)의 출력 측의 고주파분배기 출력피팅 a(607a) 및 고주파분배기 출력피팅 b(607b)에 가각 연결된 센서 도전체관 a(608a) 및 센서 도전체관 b(608b)는 분석센서 a(609a) 및 분석센서 b(609b)의 중심으로 관통되어 센서 도전체관홀더 a(610a) 및 센서 도전체관홀더 b(610b)에 각각 고정된 뒤, 도전체 재질의 T형냉각피팅 a(611a) 및 T형냉각피팅 b(611b)에 연결되고 제 1 전극인입도전체바(23a) 및 제 2 전극인입도전체바(23b)에 연결되어 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20) 하부 중심부에 장착된 두개의 플라즈마전극(미도시)에 각각 공급된다.

상기 고주파 분배기(606)에서 분배된 두개의 고주파전력은 상기 플라즈마전극(미도시)에 각각 공급되어 두개의 전극에 모두 플라즈마 방전이 되어야 하는데, 실제로는 종종 방전이 하나밖에 안 되는 경우가 있어서 분석센서 a(609a) 및 분석센서 b(609b)의 전압, 전류 및 위상의 신호들을 공급패널(900)에 부착된 센서전압출력콘넥터(905)에 연결되어진다. 상기 센서전압출력콘넥터(905)에 출력된 상기 신호들은 외부에 부설된 컴퓨터에 의해 분석되어 진다.

상기 부설된 컴퓨터는 임피던스를 분석하여 플라즈마의 발생을 확인하고 두개의 전극에 모두 플라즈마가 방전이 되지 아니하면 재방전하게 한다.

특히, 방전이 까다로운 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] 사이가 바람직하다.

상기 분석센서 a(609a) 및 분석센서 b(609b)의 용도는 플라즈마 방전 확인 외에 싱글 임피던스 변환기의 싱글 상압 플라즈마 발생장치(400)에 설명한 것과 같으며, 다만 듀얼 상압 플라즈마 발생장치이기 때문에 두개의 플라즈마의 방전을 비교하여 그 특성을 가늠할 수 있다.

한편, 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유입연결구(903)에서 유입된 냉각매체는 냉각호스를 경유하여 T형냉각피팅(601)에 연결되어 동관으로 이루어진 상기 변환기코일(604)에 냉각매체를 유동하게 하여 상기 변환기코일(604)에서 발생하는 열을 냉각시킨 냉각매체는 상기 고주파분배기(606)에서 분배되고 흐른 뒤 T형냉각피팅 a(611a) 및 T형냉각피팅 b(611b)에서 합쳐진 냉각매체는 헤드유입냉각호스(632)거쳐서 헤드냉각매체연결구 a(28a)로 들어가 변환기하부판(641)의 하부에 장착된 듀얼 고주파 상압 플라즈마헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 냉각시킨 뒤 헤드냉각매체연결구 b(28b)에 연결된 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유출연결구(903)에서 최종 유출된다.

임피던스 변환기를 장착할 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두개의 플라즈마전극(미도시)이 방전에 따른 지나친 온도의 상승을 막기 위하여 냉각매체를 유동시키는데, 상기 냉각매체를 조절하기 위한 온도센서(미도시)를 가스매니폴드(23) 부근의 변환기하부판(641)에 두개의 구멍을 내고 그 하부에 있는 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)에 상기 온도센서(미도시)를 각각 장착한다. 상기 온도센서(미도시)에서 생성된 온도신호를 외부에 연결된 마이컴으로 상기 온도신호를 받아서 처리하여 외부에 부설된 밸브로 냉각매체의 유동을 조절한 냉각매체를 공급패널(900)에 부착된 냉각유입연결구에 공급하여 공정에 적당한 온도로 조절할 수 있도록 한다.

도 7 은 본 발명의 위상 제어용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치에 관한 분해사시도 및 회로도이다.

도 7 을 참조하면, 개략적으로 상기 도 5 의 임피던스 변환기를 장착할 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드위에 변환기하부판(741)을 부착하고 고주파 간섭방지 칸막이(745)를 그 중앙에 길이방향으로 부착하여 두개의 직육면체의 공간을 만든 뒤, 도 4 에 도시된 바와 같은 본 발명의 싱글형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 싱글 임피던스 변환기 부분을 상기 두개의 직육면체의 공간에 채널 a 및 채널 b 로 나누어 독립적으로 각각 장착한 것이다.

또한, 공급패널(900)에 부착된 가스유입구(902)는 반응가스를 가스연결호스를 통해 가스유입구(22)로 유입시키고, 상기 가스를 가스매니폴드(23)에서 분배되어 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)로 분사되어지도록 한다.

분석센서 a(710a)를 포함하는 상기 채널 a 임피던스 변환기에 대해 상세히 설명하면, 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901a)와 연결된 입력도전체 a (701a)는 도전체 재질의 입력 T형냉각피팅 a(702a)에 전기적으로 한 측에 연결되고, 상기 입력 T형냉각피팅 b(702a)의 반대편 한 측에는 동관으로 제작된 코일 입력동관 a(703a)에 연결되어진다. 상기 코일 입력동관 a(703a)에 끼워져 전기적으로 연결된 제 1 입력도전체관홀더 a(705a)는 상기 변환기하부판(741)에 지지대로 고정된 연결동판에 부착되어 지고 또한 그 연결동판에는 변환기하부판(741)에 전기적 및 물리적으로 한쪽 단자가 부착된 변환기 콘덴서모듈 a(704a)의 반대편 단자가 전기적으로 부착된다.

상기 변환기하부판(741)에 지지대위에 고정된 연결동판에 부착된 제 2 입력도전체관홀더 a(706a)는 변환기코일 a(708a)를 지지하는 것으로 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 길이가 길 경우에 필요하며 길이가 짧은 경우에는 생략할 수 있다. 또한 상기 변환기코일 a(708a)에 양단에는 코일 I형입력피팅 a(707a) 및 코일 I형출력피팅 a(709a)로 각각 연결되어있는데 이것은 상기 변환기코일 a(708a)를 교환할 때 편리하도록 한 것이다.

상기의 콘덴서모듈 a(704a) 및 변환기코일 a(708a)의 연결을 함으로서 도 7의 하부에 그려진 회로도 와 같이 a 채널의 임피던스 변환회로가 형성된다.

상기 코일 I형출력피팅 a(709a)에 연결된 동관은 분석센서 a(710a)의 중심부를 지나 출력 T형냉각피팅 a(711a)에 연결되고 그 반대편에는 원형의 동 재질의 봉으로 연결한 뒤 제 1 전극인입도전체바(23a)에 연결되어 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20) 하부 중심부에 장착된 제 1 플라즈마전극(미도시)에 고주파전력을 공급된다.

한편 분석센서 b(710b)를 포함하는 상기 채널 b 임피던스 변환기에 대해 상세히 설명하면, 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901b)와 연결된 입력도전체 b(701b)는 도전체 재질의 입력 T형냉각피팅 b(702b)에 전기적으로 한 측에 연결되고, 상기 입력 T형냉각피팅 b(702b)의 반대편 한 측에는 동관으로 제작된 코일 입력동관 b(703b)에 연결되어진다. 상기 코일 입력동관 b(703b)에 끼워져 전기적으로 연결된 제 1 입력도전체관홀더 b(705b)는 상기 변환기하부판(741)에 지지대로 고정된 연결동판에 부착되어 지고 또한 그 연결동판에는 변환기하부판(741)에 전기적 및 물리적으로 한쪽 단자가 부착된 변환기 콘덴서모듈 b(704b)의 반대편 단자가 전기적으로 부착된다. 상기 변환기하부판(741)에 지지대위에 고정된 연결동판에 부착된 제 2 입력도전체관홀더 b(706b)는 변환기코일 b(708b)는 지지하는 것으로 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 길이가 길 경우에 필요하며 길이가 짧은 경우에는 생략할 수 있다. 또한 상기 변환기코일 b(708b)에 양단에는 코일 I형입력피팅 b(707b) 및 코일 I형출력피팅 b(709b)로 각각 연결되어있는데 이것은 상기 변환기코일 b(708b)를 교환할 때 편리하도록 한 것이다.

상기의 콘덴서모듈 b(704a) 및 변환기코일 b(708b)의 연결을 함으로서 도 7의 하부에 그려진 회로도 와 같이 b 채널의 임피던스 변환회로가 형성된다.

상기 코일 I형출력피팅 b(709b)에 연결된 동관은 분석센서 b(710b)의 중심부를 지나 출력 T형냉각피팅 b(711b)에 연결되고 그 반대편에는 원형의 동 재질의 봉으로 연결한 뒤 제 2 전극인입도전체바(23b)에 연결되어 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20) 하부 중심부에 장착된 제 2 플라즈마전극(미도시)에 고주파전력을 공급된다.

공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901a) 및 고주파 입력콘넥터(901b)에 독립적인 고주파 전력을 각각 인가하면 상기 채널 a 임피던스 변환기 및 채널 b 임피던스 변환기는 서로 간섭이 발생할 수 있으므로 반드시 고주파 간섭방지 칸막이(745) 및 뚜껑을 부착하여 격리를 하여야 하며, 또한 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20) 하부 중심부에 장착된 제1 플라즈마전극(미도시) 및 제 2 플라즈마전극(미도시)에 상기 독립적인 고주파 전력을 각각 인가하여 플라즈마 방전이 발생하게하면 주파수 간섭이 발생하여 양쪽 고주파 발생기(미도시)에서 반사파 전력이 발생하여 고주파 전력이 플라즈마 전극으로 제대로 공급되지 아니한다. 그래서 두개의 상기 고주파 발생기(미도시)중에 하나를 마스터로 설정한 뒤 특정 주파수를 발진하게 하여 고주파 전력을 출력하게 하고, 다른 고주파 발생기(미도시)는 상기 마스터 고주파 발생기(미도시)의 발진 주파수를 받아서 그 주파수의 위상조절이 가능하도록 한 뒤 고주파 전력을 출력하게 하여 상기 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20) 하부 중심부에 장착된 제1 플라즈마전극(미도시) 및 제 2 플라즈마전극(미도시)에 각각 공급하고, 상기 위상을 조절하여 두개의 고주파 전력의 위상을 동위상으로 만들어 주파수 간섭을 피할 수 있도록 하였다.

상기 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901a) 및 고주파 입력콘넥터(901b)를 통하여 공급된 독립적인 두개의 고주파전력은 상기 플라즈마전극(미도시)에 각각 공급되어 두개의 전극에 모두 플라즈마 방전이 되어야 하는데, 만약에 방전이 하나밖에 안 되는 경우와 플라즈마 방전상태가 상이할 경우 상기 공급패널(900)에 부착된 센서전압출력콘넥터(905)로부터 분석센서 a(710a) 및 분석센서 b(710b)의 전압, 전류 및 위상의 신호들은 외부에 부설된 컴퓨터에 의해 전압, 전류, 위상 및 임피던스를 분석하여 플라즈마의 발생여부를 확인하고, 또한 상기 두개의 전극에 플라즈마 발생에 따른 고주파 전력의 특성을 확인하여 상기 플라즈마 상태와 고주파 전력의 특성의 대응관계가 대등한지 확인한다. 만약 두개의 전극에 모두 플라즈마가 방전이 되지 아니하면 재 방전 하게한다.

상기 분석센서 a(710a) 및 분석센서 b(710b)의 용도는 플라즈마 방전 확인 외에 싱글 임피던스 변환기의 싱글 상압 플라즈마 발생장치(400) 및 싱글 임피던스 변환기의 듀얼헤드 고주파 상압 플라즈마 발생장치(600)에 설명한 것과 같다.

한편 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유입연결구(903)에서 유입된 냉각매체는 냉각호스를 경유하여 입력 T형냉각피팅 a(702a)에 연결되어 동관으로 이루어진 상기 변환기코일 a(708a)에 냉각매체를 유동하게 하여 상기 변환기코일 a(708a)에서 발생하는 열을 냉각시킨 냉각매체는 출력 T형냉각피팅 a(711a)에서 냉각호스를 경유하여 출력 T형냉각피팅 b(711b)로 들어간다. 상기 출력 T형냉각피팅 b(711b)로 들어온 냉각매체는 변환기코일 b(708b)에 유동하게 하여 상기 변환기코일 a(708a)에서 발생하는 열을 냉각시킨 뒤 입력 T형냉각피팅 b(702b)에서 도 2의 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a)의 좌측상단에 부착된 헤드냉각매체연결구 a(미도시)로 유동되어 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 냉각하고 헤드냉각매체연결구 b(28b)로 유출되어 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유출연결구(904)에서 최종 유출된다.

임피던스 변환기를 장착할 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두개의 플라즈마전극(미도시)이 방전에 따른 지나친 온도의 상승을 막기 위하여 냉각매체를 유동시키는데, 상기 냉각매체를 조절하기 위한 온도센서(미도시)를 가스매니폴드(23) 부근의 변환기하부판(741)에 두개의 구멍을 내고 그 하부에 있는 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)에 상기 온도센서(미도시)를 각각 장착한다. 상기 온도센서(미도시)에서 생성된 온도신호를 외부에 연결된 마이컴으로 상기 온도신호를 받아서 처리하여 외부에 부설된 밸브로 냉각매체의 유동을 조절한 냉각매체를 공급패널(900)에 부착된 냉각유입연결구에 공급하여 공정에 적당한 온도로 조절할 수 있도록 한다.

도 8 은 본 발명의 주파수 편이용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치에 관한 분해사시도 및 회로도이다.

도 8 을 참조하면, 개략적으로, 상기 도 5 에 도시된 임피던스 변환기를 구비한 듀얼형 고주파 상압 플라즈마 헤드위에 변환기하부판(841)을 부착하고 고주파 간섭방지 칸막이(845)를 그 중앙에 길이방향으로 부착하여 두개의 직육면체의 공간을 만든 뒤, 도 4 에 도시된 바와 같은 본 발명의 싱글형 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 싱글 임피던스 변환기 부분을 주파수 특성이 서로 다른 즉 고역통과필터 및 저역통과필터의 두 가지 채널로 만들어 상기 두개의 직육면체의 공간에 채널 a 및 채널 b 로 나누어 독립적으로 각각 장착하여 주파수 간섭을 피하도록 한 것이다.

또한, 공급패널(900)에 부착된 가스유입구(902)는 반응가스를 가스연결호스를 통해 가스유입구(22)로 유입시키고, 상기 가스를 가스매니폴드(23)에서 분배되어 두 개의 플라즈마 반응기(미도시)로 분사되어지도록 한다.

제 1 분석센서(813a)를 포함하는 상기 채널 a 임피던스 변환기에 대해 상세히 설명하면, 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901a)와 연결된 HPF 입력도전체(801a)는 HPF 입력콘덴서모듈(802a)의 한쪽단자에 볼트로 체결 연결하고 그 반대편 단자에도 동판의 재질의 HPF 콘덴서모듈연결도전체(803a)에 체결 연결한다. 상기 HPF 콘덴서모듈연결도전체(803a)의 측면에서 분기된 동판위에 체결 부착한 HPF 코일홀더(804a)에 HPF 코일(805a)을 체결하고 그 HPF 코일(805a)의 반대편 단자는 상기 코일홀더(804a)와 같은 코일홀더에 체결한 뒤 변환기하부판(841)에 체결 부착한다. 또한 상기 HPF 콘덴서모듈연결도전체(803a)의 끝 부분에 기역자(ㄱ) 모양의 판상을 만들어 그 위에 HPF 출력콘덴서모듈(806a)을 볼트로 체결 연결하고 그 반대편 단자에도 동판의 재질의 변환기 입력도전체 a(808a)가 연결되어 도 8의 하부에 그려진 회로도 와 같이 고역통과필터(HPF)회로가 형성된다.

상기 고역 필터회로의 출력에 연결된 상기 변환기 입력도전체 a(808a)의 측면에 분기된 동판 면에 변환기콘덴서모듈 a(807a)의 한쪽단자가 체결 연결되고 그 반대 단자에는 상기 변환기하부판(841)에 체결 부착된다. 또한 상기 변환기 입력도전체 a(808a)의 측면에 또 다른 분기된 동판 면을 형성하여 그곳에 입력코일 도전체관 a(810a)가 체결된 제 1 입력코일홀더 a(809a)를 체결 연결하고, 상기 입력코일 도전체관 a(810a)의 반대편에 제 2 입력코일홀더 a(811a)를 끼워 체결한 뒤 변환기하부판(841)에 부착된 지지대위에 동판을 부착하고 그 위에 상기 제 2 입력코일홀더 a(811a)를 체결 부착한다.

상기 제 2 입력코일홀더 a(811a)에 고정된 입력코일 도전체관 a(810a)의 끝 부분에 동 재질의 피팅을 사용하여 변환기코일 a(812a)를 연결하고 상기 변환기코일 a(812a)의 반대편에도 동 재질의 피팅을 사용하여 고역 분석센서(813a) 관통 도전체관(미도시)과 연결한다. 상기 입력코일 도전체관 a(810a)는 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 길이가 길 경우에 필요하며 길이가 짧은 경우에는 장착을 생략할 수 있다.

고역 필터회로의 출력측인 상기 변환기 입력도전체 a(808a)의 측면에 연결된 상기 변환기콘덴서모듈 a(807a)와 상기 변환기코일 a(812a)로 L 형태의 임피던스 변환기가 형성되어 도 8의 하부에 그려진 회로도 와 같이 L 형태의 고역 임피던스 변환기의 회로도가 완성된다. 또한, 또 다른 변환기콘덴서(미도시)를 상기 변환기코일 a(812a)의 출력 측에 연결하여 π 형태의 임피던스 변환기를 만들어 제 1 플라즈마전극(미도시)의 임피던스가 너무 높을 때 대응하도록 하였다.

상기 고역 분석센서(813a)를 관통하는 도전체관(미도시)의 외경 표면에 출력도전체관홀더 b(미도시)를 끼워 체결하여 변환기하부판(841)에 고정된 지지대로 고정하는 한편 상기 도전체관(미도시)의 끝 부분을 T형냉각피팅 a(816a)에 삽입 연결한다. 상기 T형냉각피팅 a(816a)의 반대편에는 원형의 동 재질의 봉으로 연결하여 냉각매체의 누수를 막는 한편 제 1 전극인입도전체바(23a)에 연결되어 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20)의 하부 중심부에 장착된 제 1 플라즈마전극(미도시)에 고주파전력을 공급된다.

한편, 제 2 분석센서(813b)를 포함하는 상기 채널 b 임피던스 변환기에 대해 상세히 설명하면, 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901b)와 연결된 동판 형태의 LPF 입력도전체(801b)에 구멍을 내고 그 구멍에 나사선을 가지는 원형의 동 재질의 봉을 삽입한 후 너트로 체결하여 고정하고, 상기 나사선이 없는 원형의 동 재질의 봉의 반대편에는 동 재질의 LPF T형코일냉각피팅(815b)의 한쪽에 삽입 체결하여 냉각매체가 흘러내리지 않도록 한다. 상기 LPF T형코일냉각피팅(815b)의 반대편에는 동관을 삽입 연결하고, 그 동관을 동 재질의 LPF 코일홀더(804b)에 끼워 볼트로 체결 고정 및 그 동관의 반대편 끝부분은 동 재질의 LPF 코일(805b)에 체결된 동 재질의 입력피팅 측에 연결된다. 상기 LPF 코일홀더(804b)에는 동판 형태의 LPF 입력콘덴서모듈도전체(803b)가 볼트로 체결되고, 그 하부 면에는 지지대를 사용 변환기하부판(841)에 고정되어진다. 또한 상기 LPF 입력콘덴서모듈도전체(803b)의 한쪽 측면에는 한쪽단자가 변환기하부판(841)에 전기적 연결 및 물리적으로 고정된 상기 LPF 입력콘덴서모듈(802b)의 반대편 단자에 볼트로 체결하여 전기적으로 연결한다. 상기 LPF 코일(805b)에 연결된 동 재질의 출력피팅의 반대편에는 입력코일 도전체관 b(810b)를 끼워 연결하고 상기 입력코일 도전체관 b(810b)의 외경 표면에 제 1 입력코일홀더 b(809b)를 끼워 넣고 볼트로 체결하여 고정한다. 상기 제 1 입력코일홀더 b(809b)는 동판 형태의 변환기 입력도전체 b(808b)에 부착 전기적으로 체결되고, 상기 변환기 입력도전체 b(808b)의 한 측면에는 한쪽단자가 변환기하부판(841)에 전기적 연결 및 물리적으로 각각 고정된 상기 LPF 출력콘덴서모듈(806b) 및 변환기콘덴서모듈 b(807b)의 반대편 단자에 볼트로 체결하여 전기적으로 각각 연결한다.

상기와 같은 LPF 입력콘덴서모듈(802b), LPF 코일(805b) 및 LPF 출력콘덴서모듈(806b)의 연결로 도 8의 하부에 그려진 회로도 와 같이 저역통과필터(LPF) 회로가 완성된다.

또한, 상기 입력코일 도전체관 b(810b)는 제 2 입력코일홀더 b(811b) 및 지지대로 고정되고, 그 반대편에는 변환기코일 b(812b)의 입력피팅에 삽입되어 연결된다. 상기 입력코일 도전체관 b(810b)는 상기 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 길이가 길 경우에 필요하며 길이가 짧은 경우에는 장착을 생략할 수 있다.

고역 필터회로의 출력인 상기 변환기 입력도전체 b(808b)의 측면에 연결된 상기 변환기콘덴서모듈 b(807b)와 상기 변환기코일 b(812b)로 L 형태의 임피던스 변환기가 형성되어 도 8의 하부에 그려진 회로도 와 같이 L 형태의 저역 임피던스 변환기의 회로도가 완성된다. 또한, 또 다른 변환기콘덴서(미도시)를 상기 변환기코일 b(812b)의 출력 측에 연결하여 π 형태의 임피던스 변환기를 만들어 제 1 플라즈마전극(미도시)의 임피던스가 너무 높을 때 대응하도록 하였다.

상기 변환기코일 b(812b)에 삽입 연결된 출력피팅의 반대편에는 저역 분석센서(813b)를 관통하는 동관이 삽입 연결되고, 상기 동관의 반대편에는 출력도전체관홀더 b(814b)애 끼워 체결하여 변환기하부판(841)에 고정된 지지대로 고정하는 한편 상기 동관의 끝 부분을 T형냉각피팅 b(816b)에 삽입 연결한다. 상기 T형냉각피팅 b(816b)의 반대편에는 원형의 동 재질의 봉으로 연결하여 냉각매체의 누수를 막는 한편 제 1 전극인입도전체바(23b)에 연결되어 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20)의 하부 중심부에 장착된 제 1 플라즈마전극(미도시)에 고주파전력을 공급된다.

상기 분석센서 a(813a) 및 분석센서 b(813b)의 용도는 플라즈마 방전 확인 외에 싱글 임피던스 변환기의 싱글 상압 플라즈마 발생장치(400) 및 싱글 임피던스 변환기의 듀얼헤드 고주파 상압 플라즈마 발생장치(600)에 설명한 것과 같으나, 다만 고역 및 저역으로 대별되어 주파수 특성이 틀리므로 그기에 ?Т? 상기 분석센서들의 조정이 필요하다.

한편 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유입연결구(903)에서 유입된 냉각매체는 HPF I형코일냉각피팅(815a)에 연결된 HPF 코일(805a)을 냉각하고 상기 HPF 코일(805a)에 연결된 냉각호스를 통하여 입력코일 도전체관 a(810a), 변환기코일 a( 812a) 및 T형냉각피팅 a(816a)에 유동되면서 a 채널의 부품들을 각각 냉각한다.

상기 T형냉각피팅 a(816a)의 중앙에 연결된 냉각호스는 b 채널의 T형냉각피팅 b(816b)의 중앙에 연결되어 유동되어온 냉각매체를 변환기코일 b(812b), 입력코일 도전체관 b(810b) 및 LPF 코일(805b)을 냉각시킨 뒤, LPF T형코일냉각피팅(815b)의 중앙 출구로 유동되어 냉각호스를 통하여 도 2의 듀얼 고주파 플라즈마헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a)의 좌측상단에 부착된 헤드냉각매체연결구 a(미도시)로 유동되어 상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 냉각하고 헤드냉각매체연결구 b(28b)로 유출되어 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유출연결구(904)에서 최종 유출된다.

임피던스 변환기를 장착할 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 하부에 장착된 두개의 플라즈마전극(미도시)이 방전에 따른 지나친 온도의 상승을 막기 위한 온도센서(미도시)의 장착 및 제어는 상기 도 7 의 위상 제어용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치와 같다.

앞서 설명한 상압 플라즈마 발생장치의 표면처리의 효율성을 보다 향상시키기 위하여, 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 모든 장치에는 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 만든 고주파 전력을 상기 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901)에 공급하여 공정을 할 수 있도록 하였다.

상기의 PWM로 만든 고주파 전력을 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.

이상으로 상기와 같이 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치는, 기존 고주파 상압 플라즈마 헤드의 고주파 입력 임피던스가 매우 낮아서 정합기의 출력 콘넥터와 기존 상압 플라즈마 발생장치의 입력 콘넥터 사이를 연결하는 고주파 동축케이블에서 고열이 발생되면서 고주파 전력의 손실 및 여기에 연결되어있는 고주파 콘넥터 소손이 빈번하게 발생하는데 비해서, 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치에 연결된 입력 콘넥터의 임피던스가 50[Ω]으로 동축케이블의 임피던스와 같으므로 고열로 인한 소손을 방지하기 위하여 내열성의 동축케이블을 반드시 이용할 필요성이 감소하여 유연성이 좋은 고주파 입력케이블을 선택할 수 있을 뿐만 아니라 상대적으로 가는 동축케이블을 사용이 가능하므로 움직이는 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 설계가 매우 용이하다.

또한, 본 발명의 임피던스 변환기를 구비한 고주파 상압 플라즈마 발생장치의 내부에 장착된 임피던스 변환기에 의해 승압된 고주파 전력을 내장된 상압플라즈마 헤드의 전극에 공급하므로 플라즈마 초기 방전에 우수한 장점도 가지고 있다.

더 나아가 싱글 임피던스 변환기의 듀얼 고주파 상압플라즈마 발생장치는 고주파발생기 및 정합기 한대로 부대설비의 단순화 하면서 듀얼 상압플라즈마 장치를 만들 수 있어 매우 경제적이며, 위상 제어용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치는 같은 주파수에 개별적으로 상압플라즈마 헤드에 공급되는 고주파 전력을 조절할 수 있어서 고주파 전력에 민감한 공정에 유리하며, 주파수 편이용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치는 두개의 상압플라즈마 헤드에 공급되는 고주파 전력의 주파수를 달리할 수 있어서 주파수에 예민하게 반응하는 공정에 대응할 수 있는 장점을 가지고 있다.

특히, 부가적인 기능의 분석센서, 온도센서 및 변조된 고주파 전력의 공급은 본 발명품의 성능을 배가시킬 수 있다.

끝으로 본 발명의 본질은 상기 긴 막대 모양의 육면체의 싱글 및 듀얼 고주파 상압 플라즈마 헤드에 있어서 임피던스 변환기를 장착하는데 있기 때문에, 고주파 상압 플라즈마 헤드 외부 및 내부에 있는 가스관의 구조 및 상기 고주파 상압 플라즈마 헤드 하부에 장착된 플라즈마 반응기의 구조(다이렉트 또는 리모트) 및 형태(평면 또는 오목한 호의 구조)에 상관없이 적용이 가능하며 본 권리의 내에 해당된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 상압 플라즈마 발생장치
10; 싱글 고주파 플라즈마헤드
11; 헤드몸통 12; 나사선구멍
13; 전극인입도전체바 14; 가스매니폴드유입구
15; 가스매니폴드 16; 냉각매체유출구
17; 냉각매체유입구
20; 듀얼 고주파 플라즈마헤드
21a; 제 1 헤드몸통 21b; 제 2 헤드몸통
22; 가스매니폴드유입구 23; 가스매니폴드
24; 나사선구멍 25; 왼쪽단면블럭
26a; 제 1 오른쪽단면블럭(26a) 26b; 제 2 오른쪽단면블럭
27a; 제 1 전극인입도전체바 27b; 제 2 전극인입도전체바
28a; 헤드냉각매체연결구 a 28b; 헤드냉각매체연결구 b
500; 싱글 임피던스 변환기의 싱글 상압플라즈마 발생장치
501; 입력도전체 502; 변환기 콘덴서모듈
503; 제 1 코일동관홀더 504; 제 2 코일동관홀더
505; 변환기코일 506; 분석센서
507; 제 3 코일동관홀더 511; 가스인입관
521; 제 1 냉각호스 522; L형냉각피팅
523; T형냉각피팅 524; 제 2 냉각호스
541; 승압기하부판 542; 정면 543; 배면 544; 좌측면
546; 우측면(미도시) 547; 탑 커버(미도시) 548; 방열구

600; 싱글 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치
601; T형냉각피팅 602; 코일동관홀더
603; 변환기 콘덴서모듈 604; 변환기코일
605; 고주파분배기 입력피팅 606; 고주파분배기
607a; 고주파분배기 출력피팅 a 607b; 고주파분배기 출력피팅 b
608a; 센서 도전체관 a 608b; 센서 도전체관 b
609a; 분석센서 a 609a; 분석센서 b
610a; 센서 도전체관홀더 a 610b; 센서 도전체관홀더 b
611a; T형냉각피팅 a 611a; T형냉각피팅 b
621; 가스연결호스 632; 헤드유입냉각호스
641; 변환기하부판 642; 정면 643; 배면 644; 좌측면
646; 우측면(미도시) 647; 탑 커버(미도시) 648; 방열구
700; 위상 제어용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치
701a; 입력도전체 a 701b; 입력도전체 b
702a; 입력 T형냉각피팅 a 702b; 입력 T형냉각피팅 b
703a; 코일 입력동관 a 703b; 코일 입력동관 b
704a; 변환기 콘덴서모듈 a 704b; 변환기 콘덴서모듈 b
705a; 제 1 입력도전체관홀더 a 705b; 제 1 입력도전체관홀더 b
706a; 제 2 입력도전체관홀더 a 706b; 제 2 입력도전체관홀더 b 707a; 코일 I형입력피팅 a 707b; 코일 I형입력피팅 b
708a; 변환기코일 a 708b; 변환기코일 b
709a; 코일 I형출력피팅 a 709b; 코일 I형출력피팅 b
710a; 분석센서 a 710b; 분석센서 b
711a; 출력 T형냉각피팅 a 711b; 출력 T형냉각피팅 b
741; 변환기하부판 742; 정면 743; 배면 744; 좌측면
745; 고주파 간섭방지 칸막이 746; 우측면(미도시) 747; 탑 커버(미도시) 748; 방열구
800; 주파수 편이용 듀얼 임피던스 변환기의 듀얼 상압플라즈마 발생장치
801a; HPF 입력도전체 801b; LPF 입력도전체
802a; HPF 입력콘덴서모듈 802b; LPF 입력콘덴서모듈
803a; HPF 콘덴서모듈연결도전체 803b; LPF 입력콘덴서모듈도전체
804a; HPF 코일홀더 804b; LPF 코일홀더
805a; HPF 코일 805b; LPF 코일
806a; HPF 출력콘덴서모듈 806b; LPF 출력콘덴서모듈
807a; 변환기콘덴서모듈 a 807b; 변환기콘덴서모듈 b
808a; 변환기 입력도전체 a 808b; 변환기 입력도전체 b
809a; 제 1 입력코일홀더 a 809b; 제 1 입력코일홀더 b
810a; 입력코일 도전체관 a 810b; 입력코일 도전체관 b
811a; 제 2 입력코일홀더 a 811b; 제 2 입력코일홀더 b
812a; 변환기코일 a 812b; 변환기코일 b
813a; 고역 분석센서 813b; 저역 분석센서
814a; 출력도전체관홀더 a 814b; 출력도전체관홀더 b
815a; HPF I형코일냉각피팅 815b; LPF T형코일냉각피팅
816a; T형냉각피팅 a 816b; T형냉각피팅 b
841; 승압기하부판 842; 정면
843; 배면 844; 좌측면
845; 간섭방지 칸막이 846; 우측면(미도시)
847; 탑 커버(미도시) 848; 방열구
900; 공급패널
901; 고주파입력콘넥터 901a; 제1고주파입력콘넥터
901b; 제2고주파입력콘넥터 902; 가스유입구
903; 냉각유입연결구 904; 냉각유출연결구
905; 센서전압출력콘넥터

Claims (18)

1. 상압 플라즈마 발생장치에 있어서,
   공급패널(900)을 가지는 하우징(1)의 내부의 하부 공간에 상압 플라즈마 헤드가 장착되고,
   상기 하우징(1)의 내부의 상부 공간에 임피던스 변환기가 내장되며,
   상기 하우징(1)의 부착된 공급패널(900)에 고주파 전력을 공급하는 콘넥터, 가스유입구가 설치되고,
   상기 공급패널(900)에 냉각매체의 연결구가 설치되고,
   상기 상압 플라즈마 헤드는 싱글형 고주파 플라즈마 헤드(10)로서, 상기 싱글형 고주파 플라즈마 헤드(10)는,
   헤드몸통(11)에 플라즈마 반응기를 내장하고,
   상기 헤드몸통(11) 중앙에 가스매니폴드유입구(14)가 형성되어 상기 플라즈마 반응기로 반응가스를 유입시키고,
   상기 헤드 몸통(11)의 상부 일측에 냉각매체유출구(16) 및 냉각매체유입구(17)가 부착되어 상기 헤드몸통(11)에 형성된 냉각라인에 냉각매체를 유동시키고,
   상기 헤드 몸통(11)의 상부에 전극인입도전체바(13)가 상기 플라즈마 반응기 의 플라즈마 전극에 연결되어 고주파 전력을 공급하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 임피던스 변환기는,
   상기 싱글형 고주파 플라즈마 헤드(10)의 상부에 부착된 변환기하부판(541)의 상부에 장착되는 L 형태 또는 π 형태의 임피던스 변환기인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 임피던스 변환기는,
   상기 공급패널(900)에 구비된 고주파입력콘넥터(901)로부터 공급되는 고주파 전력이 상기 L 형태 또는 π 형태의 임피던스 변환기에 의하여 상기 플라즈마 전극의 임피던스와 정합이 되도록 한 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 싱글형 고주파 플라즈마 헤드(10)의 상부에 변환기하부판(541)을 부착하고, 상기 변환기하부판(541)의 상부에 분석센서(506)를 설치하여,
   공정 조건에 기인하여 방전되는 플라즈마의 특성에 따라 변하는 고주파의 전압, 전류 및 위상의 신호를 감지하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유입연결구(903)에서 유입된 냉각매체는 제 1 냉각호스(521)를 경유하여 L형냉각피팅(522)에 연결되어 동관으로 이루어진 코일(505)에 냉각매체를 흐르게 하고,
   상기 코일(505)에서 발생하는 열을 냉각시킨 냉각매체는 T형냉각피팅(523)에서 유출되고 제 2 냉각호스(524)로 유동되어 냉각매체유입구(17)로 들어가 상기 싱글형 고주파 플라즈마 헤드(10)의 헤드몸통(11)을 냉각 순환후 냉각매체유출구(16)로 나와서 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유출연결구(904)에서 최종 유출되는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각매체를 조절하기 위한 온도센서를 상기 헤드몸통(11)에 장착하여,
   상기 온도센서에서 생성된 온도신호를 외부에 연결된 마이컴으로 전송하여 상기 공급패널(900)에 부착된 냉각유입연결구에 연결된 냉각매체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 조작할 수 있도록 한 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
   
9. 상압 플라즈마 발생장치에 있어서,
   공급패널(900)을 가지는 하우징(1)의 내부의 하부 공간에 상압 플라즈마 헤드가 장착되고,
   상기 하우징(1)의 내부의 상부 공간에 임피던스 변환기가 내장되며,
   상기 하우징(1)의 부착된 공급패널(900)에 고주파 전력을 공급하는 콘넥터, 가스유입구가 설치되고,
   상기 공급패널(900)에 냉각매체의 연결구가 설치되고, 상기 상압 플라즈마 헤드는 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20)로서, 상기 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20)는,
   제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)이 길이방향으로 나란히 부착되고,
   상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 일측에 가스 및 냉각매체의 누수를 방지하기 위한 왼쪽단면블럭(25)이 부착되고,
   상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 타측에 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 공급하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)에 가스유입구(22)를 설치하여,
    상기 제 1 및 제 2 헤드몸통(21a, 21b)의 하부에 장착된 두 개의 플라즈마 반응기에 가스유입구(22)를 통해 유입된 가스를 각각 분배 유동시키는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)의 상단에냉각매체를 순환하기위한 헤드냉각매체연결구 a(28a) 및 헤드냉각매체연결구 b(28b)를 각각 부착하여 상기 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20) 내부를 순환하게 하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급패널(900)에 부착된 고주파 입력콘넥터(901)에 도전체 재질의 T형냉각피팅(601)의 일측이 연결되고, 상기 T형냉각피팅(601)의 타측은 콘덴서모듈(603)의 일측에 연결되고,
    상기 콘덴서 모듈(603)의 타측은 코일동관홀더(602)에 연결되어 변환기코일(604)의 입력측에 연결되어 임피던스 변환회로가 형성되고,
    상기 변환기코일(604)의 출력측을 고주파분배기(606)의 입력 측인 고주파 분배기 입력피팅(605)에 연결하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고주파분배기(606)의 출력 측의 고주파분배기 출력피팅 a(607a) 및 고주파분배기 출력피팅 b(607b)에 각각 연결된 센서 도전체관 a(608a) 및 센서 도전체관 b(608b)이 센서 도전체관홀더 a(610a) 및 센서 도전체관홀더 b(610b)에 각각 고정되어 도전체 재질의 T형냉각피팅 a(611a) 및 T형냉각피팅 b(611b)에 연결되고,
    제 1 전극인입도전체바(23a) 및 제 2 전극인입도전체바(23b)를 통하여 상기 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20)에 장착된 두개의 플라즈마전극에 각각 공급되는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    센서 도전체관 a(608a) 및 센서 도전체관 b(608b)이 분석센서 a(609a) 및 분석센서 b(609b)의 중심으로 관통되고,
    상기 분석센서 a(609a) 및 분석센서 b(609b)가 전압, 전류 및 위상의 신호들을 센싱하여 상기 공급패널(900)에 부착된 센서전압출력콘넥터(905)을 통하여 외부의 컴퓨터로 출력하여,
    컴퓨터가 임피던스를 분석하여 플라즈마의 발생을 확인하고 두개의 전극에 모두 플라즈마가 방전이 되지 아니하면 재방전하게 하도록 제어하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유입연결구(903)에서 유입된 냉각매체는 냉각호스를 경유하여 T형냉각피팅(601)에 연결되어 동관으로 이루어진 변환기코일(604)에 냉각매체를 유동하게 하여 변환기코일(604)에서 발생하는 열을 냉각시킨 냉각매체가 고주파분배기(606)에서 분배되고,
    T형냉각피팅 a(611a) 및 T형냉각피팅 b(611b)에서 합쳐진 냉각매체는 헤드유입냉각호스(632)거쳐서 헤드냉각매체연결구 a(28a)로 들어가 변환기하부판(641)의 하부에 장착된 상기 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)을 냉각시킨 뒤 헤드냉각매체연결구 b(28b)에 연결된 공급패널(900)에 부착된 냉각매체유출연결구(903)에서 최종 유출되는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
16. 제 9 항에 있어서,
    상기 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20)의 제 1 헤드몸통(21a) 및 제 2 헤드몸통(21b)에 온도센서를 장착하여,
    상기 온도센서에서 생성된 온도신호를 외부에 연결된 마이컴으로 전송하여 상기 공급패널(900)에 부착된 냉각유입연결구에 연결된 냉각매체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 조작할 수 있도록 한 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
17. 제 9 항의 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20) 위에 변환기하부판(741)을 부착하고 고주파 간섭방지 칸막이(745)를 그 중앙에 길이방향으로 부착하여 두개의 공간부를 형성하고,
    임피던스 변환기를 상기 두 개의 공간부에 독립적으로 각각 장착한 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.
    
18. 제 9 항의 듀얼형 고주파 플라즈마 헤드(20) 위에 변환기하부판(841)을 부착하고 고주파 간섭방지 칸막이(845)를 그 중앙에 길이방향으로 부착하여 두개의 공간부를 형성하고,
    임피던스 변환기를 상기 두 개의 공간부에 독립적으로 각각 장착하되
    일측 채널의 임피던스 변환기는 고역통과필터를 형성하고,
    타측 채널의 임피던스 변환기는 저역통과필터를 형성하는 구성을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생장치.

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