KR20020011071A - 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

Abstract

분할된 3개의 부분으로부터 조립되는 하나의 방전 튜브는, 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체가 O링으로 기밀하게 밀봉하는 상태로, 양측 방전관 요소의 연결용 플랜지 사이에 개재된 상태로, 금속 재료 제1 방전관 요소와 금속 재료 제2 방전관 요소 사이를 연결함으로써, 그리고 또한, 유사한 방식으로 금속 재료 제1 방전관 요소와 금속 재료 제3 방전관 요소 사이를 연결함으로써 구성되고, 인접 방전관 요소 사이에는 방전 갭이 형성된다. 고주파 전원이 각각의 방전관 요소에 연결된다. 각각의 방전관 요소에는 상호 개별적으로 냉매 유로가 구비되어 있다.

Description

플라즈마 발생 장치{PLASMA GENERATING APPARATUS}

본 발명은, 주로 반도체 장치, 액정 디스플레이 패널, 태양 전지 등의 제조에, 특히 에칭, 애싱(ashing), 화학적 기상 성장(CVD)에 의한 박막 형성, 스퍼터링, 표면 개질 및 챔버 세척 등의 공정에 사용되는 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 발생용 가스에 대하여 고주파 전력을 가함으로써 플라즈마를 발생하는 방식의 플라즈마 발생 장치에 관한 것이며, 특히 방전관의 열열화(熱劣化)를 억제하기 위한 기술에 관한 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 적용 대상은 반도체 장치의 제조에만 한정되는 것이 아니고,임의의 바라는 목적을 위해 널리 적용 가능하다.

(관련 기술)

도 18에 있어서, 참조부호 101은 절연 방전관, 102는 절연 냉매 유동관, 103은 상측의 방전관 지지 플랜지, 104는 하측의 방전관 지지 플랜지, 104a는 냉매 유입구, 103a는 냉매 유출구, 105는 가스 도입 플랜지, 105a는 플라즈마용 가스 도입 포트, 106은 장치 장착용 플랜지, 106a는 플라즈마 방출 포트, 107은 유도 코일, 108은 고주파 전원, 109 내지 111은 O링, 112은 플라즈마 발생 공간, 113은 냉매 유동 공간이다.

원통형으로 형성된 방전관(101)의 외주부가 냉매 유동관(102)으로 포위되고, 방전관(101) 및 냉매 유동관(102)의 상단부에 각각 O링(109, 110)을 개재하는 상태로 상측의 방전관 지지 플랜지(103)가 외적으로 고정 결합되어 있고, 방전관(101)과 냉매 유동관(102)의 하단부에 하측의 방전관 지지 플랜지(104)가 각각 진공 밀봉을 위한 O링(109, 110)을 개재하는 상태로 외적으로 고정 결합되어 있고, 이러한 결합 구조를 통해서 이중의 관구조가 구성되어 있다. 이 이중의 관구조에 있어서, 방전관(101)과 냉매 유동관(102)은 동축이며, 양자 사이에 환형의 냉매 유동 공간(113)이 형성되어 있다. 하측의 방전관 지지 플랜지(104)에는 냉매 유동 공간(113)과 소통하는 냉매 유입구(104a)가 설치되고, 상측의 방전관 지지 플랜지(103)에는 냉매 유동 공간(113)과 소통하는 냉매 유출구(103a)가 설치되어 있다. 상측의 방전관 지지 플랜지(103)에는 방전관(101)의 상단 개구부를 거의 폐색하는 가스 도입 플랜지(105)가 진공 밀봉을 위한 O링(111)을 개재하는 상태로 접촉 고정된다. 가스 도입 플랜지(105)의 중심축을 따라서는 방전관(101)의 플라즈마 발생 공간(112)과 소통하는 상태로 플라즈마용 가스 도입 포트(105a)가 설치되어 있다. 하측의 방전관 지지 플랜지(104)에는 방전관(101)의 플라즈마 발생 공간(112)과 소통하는 상태로 장치 장착용 플랜지(106)가 O링(111)을 개재하는 상태로 접촉 고정되어 있다. 이중의 관구조를 구성하고 있는 외측의 냉매 유동관(102)의 외부에 유도 코일(107)이 감겨져 있고, 이 유도 코일(107)은 고주파 전원(108)에 연결되어 있다. 또, 유도 코일(107)과 고주파 전원(108) 사이에는 양자 사이의 임피던스 정합 정합 장치(도시하지 않음)가 삽입되어 있다.

이상과 같이 구성된 플라즈마 발생 장치는, 그 장치 장착용 플랜지(106)에서, 도시하지 않은 플라즈마 처리 챔버에 증착된 상태로 사용된다. 플라즈마 처리 챔버를 탈기시킴으로써, 플라즈마 처리 챔버의 내부 공간 및 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 발생 공간(112)은 진공화된다. 다음에, 플라즈마용 가스 도입 포트(105a)로부터 플라즈마 발생 공간(112)을 향해 플라즈마 발생용 가스(방전 가스)가 공급되고, 고주파 전원(108)을 구동함으로써 유도 코일(107)에 고주파 전력이 공급되고, 플라즈마 발생 공간(112)에서 고주파 전자기장이 발생된다. 동시에, 냉매는 하측에 있는 냉매 유입구(104a)로부터 공급되고, 냉매 유동 공간(113) 내에서 상승되고, 냉매 유출구(103a)로부터 유출된다.

플라즈마 발생 공간(112) 내에서 플라즈마 발생용 가스는 유동하고, 그 플라즈마 발생용 가스에 고주파 전자기장이 작용함으로써, 유동 가스의 소영역에 고주파 방전으로 인한 플라즈마 점화가 발생된다. 소영역에서 발생한 플라즈마 점화로인해서, 플라즈마 발생은 플라즈마 발생 공간(112)에서 유동하는 가스의 거의 전체에 걸쳐서 일어난다. 이와 같이 하여 플라즈마 발생 공간(112)에서 이온화되어 플라즈마로 된 가스, 즉, 플라즈마는 장치 장착용 플랜지(106)의 플라즈마 방출 포트(106a)로부터 도시하지 않은 플라즈마 처리 챔버로 유입되며, 플라즈마 처리 챔버에서는 예컨대 반도체 웨이퍼 및 액정 기판에 대한 에칭 및 애싱(ashing)과 같은 플라즈마 처리를 행한다.

플라즈마 발생 공간(112)에서 발생한 플라즈마는 고온이 된다. 방전관(101)은, 플라즈마용 가스 도입 포트(105a)로부터 도입되는 플라즈마 발생용 가스를 이온화시켜 플라즈마화시키기 위한 공간인 플라즈마 발생 공간(112)을 형성한다. 따라서, 방전관(101)은 고온의 플라즈마에 접촉하여 온도 상승한다. 이 온도 상승을 소정의 범위 내에 제한하기 위해서, 방전관(101)의 외주를 둘러 싸는 냉매 유동 공간(113)을 통해 냉매를 유동시킴으로써 열교환이 행해진다.

상기한 바와 같이 방전관(101)이 냉각되지만, 고온의 플라즈마에 노출되어 있는 방전관(101)의 내주면과 냉매에 접촉하는 방전관(101)의 외주면 사이에는 온도차가 발생되는 것을 피할수 없다. 또한, 발생한 고온의 플라즈마가 국부화되는 경우도 있고, 따라서 관축방향 및 둘레방향으로 방전관(101)에 온도차가 생긴다. 이러한 온도차로 인하여, 방전관(101)에는 열변형이 생긴다.

그런데, 플라즈마 발생용 가스를 유동시키기 위한 방전관에 대하여 그 외주에 유도 코일이 배열되는 유도 커플링 방식의 고주파 방전의 이러한 종류의 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 다음과 같은 것이 요구된다. 즉, 방전관(101)의 외부에 배치한 유도 코일(107)이 공급하는 고주파 전력에 의해서, 방전관(101)의 플라즈마 발생 공간(112)에 고주파 전자기장을 형성해야 하기 때문에, 방전관(101)으로서는 전자기적 실드를 형성하지 않도록 도체가 아닌 재료 즉 절연체(유도체)로 제작되어야 한다. 방전관(10l)의 외주에 있는 냉매 유동관(102)도 마찬가지로 절연체이어야 한다. 이러한 절연체로서는, 예컨대 석영, 고순도 알루미나, 질화 알루미늄, 유리 및 사파이어 등이 있다. 냉매 유동 공간(113)을 유동하는 냉매는 바람직하게는 가해진 고주파 전력을 가능한 한 흡수하지 않는 것이 좋다.

상기한 바와 같이 방전관(101)에서 열변형이 발생되기 쉬운 경향이 있지만, 방전관(101)은 절연체로 제조되므로, 낮은 열전도율을 가지며, 절연 방전관(101)은 냉각에도 불구하고 그 내면의 온도가 높게 되고 열열화(熱劣化)를 유발하기 쉽다.

또한, 방전관(101)은 그 플라즈마 발생 공간(112)이 탈기되므로, 외부의 대기압과 방전관의 벽의 내부 사이에 큰 압력차를 갖는다.

또한, 플라즈마 발생 공간(112)에 도입되는 플라즈마 발생용 가스는 사용 및 조건에 따라 가변적이지만, 경우에 따라서 가스 특성에 따라 반응성이 높은 플라즈마가 발생되며, 방전관(101)이 부식될 가능성이 있다.

또한, 절연체는 일반적으로 강도가 금속 재료에 비해서 낮다.

이러한 고온, 온도차, 압력차 및 부식 때문에, 장시간 사용시, 절연체로 제조되고 상대적으로 강도가 약한 방전관(101)에는 균열이나 파괴와 같은 파손이 발생할 가능성이 있다. 절연 방전관(101)이 파손을 일으켜서, 진공 밀봉 조건이 파괴되고 플라즈마 발생 공간(112)의 진공 상태를 만들 수 없으면, 플라즈마 발생 그자체가 불가능해져 버린다. 또한, 절연 방전관(101)이 파손을 일으키면, 냉매가 누설되고 누설된 냉매가 예측할 수 없게 플라즈마 처리 챔버 내에 유입되어 반도체 웨이퍼와 같은 처리해야 할 물체를 오염시킬 가능성이 있다.

이러한 유도 커플링 방식 이외에 용량적 커플링 방식의 플라즈마 발생 장치도 있다. 이 장치는, 유리와 같은 절연체로 제조된 방전관의 외주면에 만곡 형상의 한 쌍의 전극이 대향 배치되고, 양전극에 고주파 전력이 가해지고, 방전관의 내부의 플라즈마 발생 공간에서 고주파 전자기장이 생성되고, 플라즈마 발생용 가스를 이온화시킴으로써 방전이 일어나고, 이에 의해 플라즈마를 발생되는 것이다. 이 경우에도, 방전관으로서 절연 방전관이 사용되기 때문에, 앞서에서와 동일한 문제점이 있다.

또한, 석영, 고순도 알루미나, 질화 알루미늄, 유리 및 사파이어 등으로 제조된 절연 방전관(101)은 그 초기 비용이 매우 높다.

따라서, 방전관의 열열화로 인해 균열, 파괴 및 냉매의 유출과 같은 파손을 방지하기 위해서 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이 본 발명의 주된 목적이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도.

도 2는 바람직한 제1 실시예의 플라즈마 발생 장치의 주요부인 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도.

도 3은 바람직한 제1 실시예의 플라즈마 발생 장치에 있어서 상정되는 새로운 문제점을 지적하기 위해 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도.

도 5는 바람직한 제2 실시예의 플라즈마 발생 장치의 주요부인 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도.

도 6a 내지 도 6f는 바람직한 제2 실시예의 변형예의 주요부인 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도.

도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도.

도 8은 바람직한 제3 실시예의 플라즈마 발생 장치의 주요부인 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도.

도 9는 본 발명의 바람직한 제4 실시예의 플라즈마 발생 장치에 있어서 제1 방전관 요소의 냉각 구조를 도시하는 개략적 사시도.

도 10은 바람직한 제4 실시예의 냉각 구조의 정면도.

도 11은 본 발명의 바람직한 제5 실시예의 플라즈마 발생 장치의 배열의 예의 개략도.

도 12는 본 발명의 바람직한 제5 실시예의 구조를 도시하는 수직 단면도.

도 13은 분할된 3부분으로부터 조립되는 경우의 문제점을 지적하기 위한 개략적인 단면도.

도 14는 본 발명의 바람직한 제6 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도.

도 15는 바람직한 제6 실시예의 플라즈마 발생 장치에 있어서의 플라즈마 영역의 관계의 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도.

도 16a 내지 도 16b는 바람직한 제7 실시예의 플라즈마 발생 장치에 있어서의 방전관 요소의 구성을 도시하는 개념도.

도 17a 내지 도 17h는 바람직한 변형 실시예로서의 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도.

도 18은 종래의 기술에 따라서 유도 연결 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

A : 분할된 3부분으로부터 조립되는 방전관

A2 : 분할된 5부분으로부터 조립되는 방전관

11 : 제1 금속 재료 방전관 요소

11a, 11b : 제1 방전관 요소의 연결용 플랜지

11m, 12m, 13m : 내관 부분

11n, 12n, 13n : 외관 부분

12 : 제2 금속 재료 방전관 요소

12a : 제2 방전관 요소의 연결용 플랜지

12b : 플라즈마용 가스 도입 포트

12c : 단차부

12d : 플랜지

13 : 제3 금속 재료 방전관 요소

13a : 제3 방전관 요소의 연결용 플랜지

13b : 플라즈마 방출 포트

13c : 장치 장착용 플랜지

14, 15 : 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체

14b : 노출 내주면

14a, 15A : 절연체의 본체 부분

14 B, 15 B : 절연체의 보호 부분

16, 17 : 방전 갭

16a : 수평 부분의 간극

16b : 증착 억제용 간극

18, 19, 20, 21 : O링

22a, 23a, 24a : 냉매 유입관

22b, 23b, 24b : 냉매 유로

22c, 23c, 24c : 냉매 유출관

25 : 고주파 전원

25a : 고주파 전원의 접지 터미널

25b : 고주파 전원의 고압 터미널

26 : 플라즈마 발생 공간

27 : 고착 및 증착 전도성 물질

31, 32 : 냉각 부재

34, 35 : 냉각 파이프

51 : 제1 방전관 요소

52 : 제2 방전관 요소

53 : 제3 방전관 요소

54 : 제4 방전관 요소

55 : 제5의 방전관 요소

61 내지 64 : 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체

65 : 제1 방전 갭

66 : 제2 방전 갭

67 : 제3 방전 갭

68 : 제4 방전 갭

86 : 고주파 전원

86a : 고주파 전원의 접지 터미널

86b : 고주파 전원의 고압 터미널

87 : 플라즈마 발생 공간

P1 : 제1 플라즈마 영역

P2 : 제2 플라즈마 영역

P3 : 제3 플라즈마 영역

P4 : 제4 플라즈마 영역

상기한 과제를 해결하도록 의도된 플라즈마 발생 장치에 관해서의 본 발명은, 방전관의 구성 재료로서 종래의 절연체 대신에 금속 재료를 사용한다. 그 이유는, 금속 재료가 절연체와 비교할 때, 열에 대한 내성이 높고 물리적 강도가 높기 때문이다.

다만, 단순히 재료를 치환하는 것만으로는 부족하다. 그 이유는, 단순히 방전관 전체를 금속 재료로 구성하여 버리면, 금속 재료 즉 도체에 의한 전자기적 실드 작용으로 인해, 방전관의 외주부에 배치된 유도 코일에 의해 발생되는 고주파 전력은 금속 재료 즉 방전관의 내부에 들어갈 수 없기 때문이다. 바꾸어 말하면, 방전관 외주부에 있는 유도 코일로부터 방전관 내부의 플라즈마 발생 공간으로 고주파 전력이 제공될 수 없다.

고주파 전력을 이용하는 플라즈마 발생 장치에는, 이러한 유도 커플링 방식 외에, 용량적 커플링 방식의 플라즈마 발생 장치가 있다. 용량적 커플링 방식에 있어서도, 방전관의 전체를 금속 재료로 구성하면, 한 쌍의 전극을 어떻게 구성하여, 어떻게 배치할 것가해지는 의 문제가 있다. 한 쌍의 전극이 금속 재료의 방전관의 내부에 배치되면, 각각의 전극은 금속 재료 방전관에 대하여 절연 및 고립된 상태로 배치되어야 한다. 방전관의 내부에 한 쌍의 전극이 배치되면, 이들 전극은 가스/플라즈마의 유동의 장애 요인이 된다. 또한, 금속 재료 방전관과는 별도로 한 쌍의 전극이 요구되므로, 이는 구조의 복잡화와 비용 증가를 초래한다.

따라서, 방전관의 구성 재료를 단순히 금속 재료로 대체하는 것뿐인 단순한 발상으로는 목적이 달성될 수 없다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 절연체에 비해서 열적 내성 및 물리적 강도가 우수한 금속 재료로부터 방전관이 구성되는 때에, 방전관이 금속 재료, 즉 도체로 이루어지고 이는 도체라고 하는 사실에서 전극과 동일한 기능을 한다는 점이 주목된다. 즉, 방전관을 그 자체로서 및 전극으로서 겸용할 수 있는가, 역으로 전극을그 자체로서 및 방전관으로서 겸용할 수 있는가에 대해 고찰한다.

고찰의 결과, 본원 발명의 제1 태양의 플라즈마 발생 장치는, 방전관을 관축방향으로 복수에 부분으로 분할하는 형태의 각각의 방전관 요소가 금속 재료로부터 제조되고, 이들의 금속 재료 방전관 요소는 절연체를 개재시켜 방전 갭을 형성하는 상태로 상호 기밀 연결되며, 상기 플라즈마 발생 장치는 고주파 전력을 가함으로써 상기 방전 갭에서 플라즈마 점화를 가능하게 하도록 구성되어 있다.

즉, 방전관을 그 관축 방향으로 한 지점 또는 복수의 지점에서 관축방향을 가로 지르는 것과 같은 상태로 분할함으로써 얻어지는 것이 방전관 요소로서 얻어진다. 방전관 요소는 둘 이상이다. 복수의 방전관 요소를 관축 방향으로 나란히 하여 조합하고, 이에 의해 방전관을 구성한다. 각각의 방전관 요소를 금속 재료로부터 제조한다. 복수의 금속 재료 방전관 요소를 관축 방향으로 나란히 하여 조합하면, 방전관 요소를 상호 직접 접촉하는 상태로 연결하는 것은 그 연결의 결과 얻어지는 방전관 전체가 단일의 도체가 되도록 하며, 이에 의해서, 방전관은 그 자체로서 및 전극으로서 겸용할 수 없다. 또한, 진공 밀봉에 있어서도 문제가 있다. 따라서, 복수의 금속 재료 방전관 요소 각각은, 방전관 요소 양자 사이에 절연체를 개재시키는 상태로 상호 연결된다. 이 절연체가 개재됨은 양자 사이에 방전 갭을 형성하기 위해서이다. 즉, 방전관 요소의 각각은 그 자체로서 및 전극으로서 겸용되며, 절연체는 전극으로서의 방전관 요소 사이에 방전 갭을 확보하는 기능을 갖는 것이다. 또한, 절연체는 방전관 요소를 상호 기밀 연결하는 기능도 갖고 있다. 또한, 절연체만으로 기밀성을 확보하는 것이 어려울 때, O링과 같은 밀봉 재료가 이용된다.

또한, 방전관 요소를 구성하는 금속 재료로서는, 원칙적으로는 어떠한 것이라도 좋지만, 반도체 장치와 같은 처리될 물체에 악영향을 덜 미치는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마에 의해서 금속 재료 방전관 요소의 내주면이 스퍼터링되고, 그 스퍼터링된 미립자가 전도성 물질로서 플라즈마 발생 공간으로부터 유출될 가능성이 없다고 할 수 없기 때문이다. 이러한 점에서, 알루미늄이 바람직하다. 또한, 플라즈마에 의한 부식을 방지하기 위해서 양극(陽極) 산화 처리를 한 알루미늄이 바람직하다. 스테인레스나 구리 등은 오염의 원인이 될 우려가 있기 때문에 피하는 것이 좋다. 다만, 조건에 따라서는 스테인레스나 구리도 사용될 수 있다.

또한, 방전 갭 형성용 절연체로서는, 원칙적으로 임의의 것이 사용되어도 좋지만, 내열성을 고려하면, 고순도 알루미나, 사파이어, 석영, 질화 알루미늄과 같은 고순도 무기질 절연체가 바람직하다. 대안적으로, 폴리이미드, 데트라플루오로에틸렌[테플론(듀퐁사의 상표)] 또는 폴리에틸렌이 사용될 수도 있다.

고주파 전력에서 고주파에 관하여, 그 주파수는 특히 한정되지 아니한다. 당해 기술 분야에서, 통상적으로, 고주파는 수백 kHz 이상이라고 여겨진다. 좁은 의미로는, 경우에 따라 10 내지 100 MHz이다. 또한, 마이크로파는 1 GHz 이상이라고 여겨지며, 좁은 의미로는 경우에 따라 대략 10³내지 10⁴MHz 정도라고 여겨진다(마그네트론으로서 2.45 GHz인 것이 널리 알려져있음). 마이크로파 방전의 경우에, 도파관을 사용하여 마이크로파를 유도하는 것이 일반적이다. 이상에서 기술한 바와 같이, 이러한 기술적 통념이 일반적으로 받아들여지지만, 본 발명의 경우에 있어서, 고주파 전력은 마이크로파 전력을 포함할 수도 있으며, 플라즈마 점화 및 플라즈마 발생이 가능하면, 반드시 특정 주파수이어야 할 필요는 없다.

이상에서 기술한 바와 같이 서로 연결된 방전관 요소의 조(組)는, 단한 쌍의 것(요소의 수는 2)이라도 좋고, 두 쌍의 것(요소의 수는 3)라도 좋고, 그 이상의 것(4개 이상)이어도 좋다.

어떠한 경우에도, 복수의 금속 재료 방전관 요소 각각을 상기한 바와 같이 상호 연결함으로써 방전관이 구성되며, 이 방전관에 있어서는, 그 거의 전체가 플라즈마 발생용 가스 및 발생된 플라즈마를 원하는 공간 내에 포함하면서 유동시키는 플라즈마 발생 공간을 형성하기 위한 관이 되며, 동시에 관축 방향으로 인접하는 방전관 요소들은 한 쌍의 전극을 겸용적으로 구성한다. 즉, 방전관 요소는 각각 서로 다른 2개의 기능을 겸비하고 있는 것이다. 따라서, 인접하는 방전관 요소에 고주파 전력을 가함으로써, 양측 방전관 요소 사이의 방전 갭에서 플라즈마 점화를 행하는 것이 가능해진다.

본원 발명의 제1 태양에 따른 작용은 다음과 같다. 복수의 금속 재료 방전관 요소의 조합으로 이루어지는 방전관은, 실질적으로 금속 재료이므로, 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 물리적 강도가 충분히 높은 것으로 된다. 열적 강도도도 절연 방전관에 비해서 충분히 높게 된다. 냉각 특성도 좋다. 따라서, 고온의 플라즈마에 노출되는 조건에서도 열열화가 적다. 또한, 방전관 요소의 내부가 탈기되므로, 외부와의 압력차로 방전관 요소의 벽에 큰 압력이 가해지더라도, 방전관 요소는 절연 방전관과 같이 파손되지 않는다. 또한, 반응성이 높은 플라즈마가 발생되는 경우에도, 금속 재료 방전관은, 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 부식의 정도가 낮아진다. 또한, 그 결과로서, 수명의 연장이 도모되고 유지 보수가 경감된다. 또한, 방전 갭과 같은 작은 간극에서 고주파 전력을 가함으로써 플라즈마 점화가 행해지기 때문에, 플라즈마 점화 성능이 좋고, 플라즈마 발생은 양호하게 실현될 수 있다. 또한, 거의 전체로서 실질적으로 금속 재료로 이루어진 방전관은 종래의 절연 방전관에 비해서 초기 비용이 저렴하게 된다.

본원 발명의 제2 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제1 태양에 있어서, 상기 복수의 금속 재료 방전관 요소로서, 중앙에 위치된 제1 방전관 요소와, 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방출 포트를 갖는 제3 방전관 요소를 구비하며, 이들 각 방전관 요소는 관축 방향으로 상호 기밀 연결되어 있다. 이는, 상기 제1 태양의 보다 구체적인 내용에 해당하는 것이다. 여기에서, 임의의 플라즈마용 가스 도입 포트 및 플라즈마 방출 포트가 사용될 수 있다.

즉, 이것은 분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식이다. 방전관은 관축 방향으로 2 지점에서 분할됨으로써 3 개의 방전관 요소가 된다. 중앙에 제1 방전관 요소가 있고, 유로의 상류측에는 플라즈마용 가스 도입 포트가 있는 제2 방전관 요소가 있고, 유로의 하류측에는 플라즈마 방출 포트가 있는 제3 방전관 요소가 있다.

분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식의 이점은 다음과 같다. 방전관은 그 기능상, 플라즈마 발생용 가스를 외부에서 도입하는 기능과, 플라즈마 발생 공간에서 가스를 점화함으로써 가스를 이온화하여 플라즈마화하는 기능과, 발생된 플라즈마를 플라즈마 처리 챔버에 공급하는 기능의 3가지의 기능으로 크게 나눌 수 있다. 이들 3가지 기능에 따라서, 3 개의 방전관 요소가 준비되고, 이에 의해 각각의 기능에 알맞은 구성을 채용할 수 있게 된다. 아울러, 분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식에서, 방전 갭은 유로의 상류측과 하류측의 두 곳에 배치될 수 있고, 양측 방전 갭에서 플라즈마 점화를 행하도록 배열될 때, 플라즈마 점화의 성능이 높아진다. 또한, 플라즈마 점화는 양측 방전 갭에서 행해질 필요는 없으며, 어느 한 쪽에서 행해질 수도 있다.

본원 발명의 제3 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기한 제2 태양에 있어서, 상기 제1 내지 제3 방전관 요소와 상기 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원의 연결에 관한 것으로서, 상기 고주파 전원의 고압 터미널은 상기 중앙의 제1 방전관 요소에 연결되고, 상기 고주파 전원의 접지 터미널은 상기 양측의 제2 및 제3 방전관 요소에 연결된다. 이는, 상기 제2 태양을 보다 구체적으로 기술한 것에 해당한다.

상류측의 제2 방전관 요소는 플라즈마용 가스 도입 포트를 통해 외부의 가스배관 및 가스 실린더에 연결된다. 또한, 하류측의 제3 방전관 요소는 플라즈마 방출 포트에서 외부 플라즈마 처리 챔버에 연결된다. 가스 배관 및 가스 실린더에 고주파 전원의 고압 터미널이 가해지는 것은 안전상 문제가 된다. 또한, 플라즈마 처리 챔버에 고주파 전원의 고압 터미널이 가해지는 것도 안전상 문제가 된다. 후자의 경우, 제품의 안전성과 인체의 안전성에 문제가 있다. 따라서, 양측에 있는 제2 및 제3 방전관 요소의 양측에 고주파 전원의 접지 터미널을 연결함으로써 안전성이보장된다. 중앙에 있는 제1 방전관 요소에 고주파 전원의 고압 터미널이 연결되면, 제1 방전관 요소는 제2 방전관 요소 및 제3 방전관 요소 양측에 대해서 유사하게 공통적으로 본래대로 기능하며, 또한 가해지는 고주파 전력(전압)의 각각의 수준은 유사하게 되어 있는 합리적인 구성이 된다.

본원 발명의 제4 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기한 제1 태양에 있어서, 상기 복수의 금속 재료 방전관 요소로서, 중앙에 위치된 제1 방전관 요소와, 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 상류측의 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방출 포트를 갖는 하류측의 제3 방전관 요소와, 상기 중앙의 제1 방전관 요소와 상기 상류측의 제2 방전관 요소 사이에 위치하는 매개 제4 방전관 요소와, 상기 중앙의 제1 방전관 요소와 상기 하류측의 제3 방전관 요소 사이에 위치하는 매개 제5 방전관 요소를 구비하며, 이들 각각의 방전관 요소는 관축 방향으로 상호 기밀 연결되어 있다.

플라즈마 발생 공간의 가스압이 높아짐에 따라서 전자의 평균 자유 행정이 짧아지므로, 플라즈마 생성은 플라즈마 발생 공간의 전체에 널리 퍼지는 것이 점점 어려워진다.

입자가 어느 한 충돌로부터 다음 충돌까지 이동하는 거리를 자유 행정이라 칭하고, 그 평균치를 평균 자유 행정이라고 한다. 평균 자유 행정은 일정한 온도에서 가스 압력에 반비례한다. 즉, 가스압이 높을수록 전자의 평균 자유 행정은 감소된다. 높은 가스 압력 조건 하에서, 전자의 평균 자유 행정이 짧아지므로, 플라즈마의 발생은 방전 갭의 부근에 제한되게 된다. 분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식에서, 중앙의 제1 방전관 요소의 관축 방향으로의 길이가 관의 내경에비해서 상당히 커지기 쉬우며, 제1 방전관 요소와 제2 방전관 요소 사이의 방전 갭을 중심으로하는 플라즈마 영역과 제1 방전관 요소와 제3 방전관 요소 사이의 방전 갭을 중심으로하는 플라즈마 영역 사이의 연결은 소실되며, 플라즈마는 방전관의 플라즈마 발생 공간의 전체에 걸쳐 널리 퍼지지 않게 된다. 플라즈마 영역이 이러한 연결이 소실된 상태에 있을 때, 고주파 전원에 의해 가해지는 전력이 증대되더라도 플라즈마의 생성량에 일정한 한계가 있어서 플라즈마 생성의 그 이상의 증가는 기대할 수 없어지므로, 플라즈마의 생성 효율은 극히 나빠진다.

따라서, 본원 발명의 제4 태양은, 전자의 평균 자유 행정이 짧아지는 높은 가스 압력의 조건에서도 플라즈마 생성 효율을 높게 유지할 수 있도록 한다. 즉, 이 제4 태양은 분할된 5부분으로부터 방전관이 조립되는 방식이다. 상기 제2 태양에서의 분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식과 빼어 비교했을 때, 다음과같이 말할 수 있다. 분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식에 있어서, 중앙의 제1 방전관 요소를 관축 방향의 두 지점에서 더 분할함으로써 제1 방전관 요소에 추가하여 2개의 방전관 요소 즉, 제4 방전관 요소와 제5 방전관 요소가 추가적으로 제조되고, 따라서 방전관은 상류측의 제2 방전관 요소 및 하류측의 제3 방전관 요소를 포함하여 전체로서 5개의 방전관 요소가 된다. 결과적으로, 제4 태양은 제2 태양의 분할된 3부분으로부터 방전관이 조립되는 방식의 경우의 관축 방향으로서의 방전 갭 사이 간격이 3 개의 더 작은 부분으로 분할되어 있는 것에 해당한다. 한편, 3 개의 부분으로 분할 하는 것은 균등한 3 부분으로의 분할은 물론 불균일한 것으로의 분할도 포함한다. 결국, 관축 방향으로 인접하는 방전 갭 사이 간격은 충분히 짧게 되어 있다.

따라서, 플라즈마 발생용 가스가 높은 가스 압력 조건에 있으므로, 전자의 평균 자유 행정이 짧고, 제1 내지 제4 방전 갭을 각각 중심으로하는 관축 방향으로 4개의 플라즈마 영역은, 각각의 관축 방향으로의 점유 영역이 짧지만, 상기한 바와 같이 관축 방향으로 인접하는 방전 갭 사이 간격이 충분히 짧게 되어 있기 때문에, 관축 방향으로 인접하는 플라즈마 영역들은 서로 이어지게 된다. 따라서, 플라즈마 생성의 연쇄 반응이 진행하여, 플라즈마 발생 공간의 전체에 걸쳐 플라즈마 영역이 널리 퍼지고, 4개의 플라즈마 영역은 하나로 조합된다. 즉, 높은 가스 압력 조건 하에서도, 생성되는 플라즈마의 양이 증가하고, 따라서 전력 공급 효율을 상승시킬 수가 있고, 플라즈마 생성 효율을 향상시킬 수 있다.

본원 발명의 제5 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제4 태양에 있어서, 상기 제1 내지 제5 방전관 요소와 상기 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원의 연결에 관한 것으로서, 상기 고주파 전원의 접지 터미널이 상기 중앙의 제1 방전관 요소, 상기 상류측의 제2 방전관 요소 및 상기 하류측의 제3 방전관 요소에 연결되고, 상기 고주파 전원의 고압 터미널이 상기 매개 제4 방전관 요소와 상기 매개 제5 방전관 요소에 연결되어 있다.

제5 태양에 의한 작용은 다음과 같다. 플라즈마용 가스 도입 포트를 통해 외부의 가스 배관이나 가스 실린더와 소통하는 상류측 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방출 포트에서 외부의 플라즈마 처리 챔버와 소통하는 하류측 제3 방전관 요소와, 제2 및 제3 방전관 요소 각각으로부터 하나의 매개 요소에 의해 분리되는 중앙 제1방전관 요소에 고주파 전원의 접지 터미널을 연결함으로써 안전성이 확보된다. 그리고, 매개 제4 방전관 요소와 매개 제5 방전관 요소에 공통적으로 고주파 전원의 고압 터미널을 연결함으로써, 모든 방전 갭에 대하여 가해지는 고주파 전원(전압)의 수준이 유사하게 되는 방식으로 합리적으로 구성되어 있다.

본원 발명의 제6 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제1 태양에 있어서, 상기 복수의 금속 재료 방전관 요소의 개수가 홀수이다.

플라즈마 발생 공간의 가스압이 높게 됨에 따라, 전자의 평균 자유 행정이 짧아지므로, 플라즈마의 생성이 플라즈마 발생 공간의 전체에 걸쳐 널리 퍼지는 것이 점차 어려워진다. 따라서, 상기 제4 태양에서, 분할된 5부분으로부터 방전관이 조립되는 방식으로 방전관을 제조함으로써, 관축 방향으로 인접하는 방전 갭 사이 간격이 짧아지고, 플라즈마 생성 효율이 향상된다.

그러나, 분할된 5부분으로부터 방전관이 조립되는 방식이더라도 관축 방향으로 인접하는 방전 갭 사이 간격이 긴 경우에, 방전관의 분할수를 더욱 늘려 관축 방향으로 인접하는 방전 갭 사이 간격이 짧게 되어 플라즈마 생성 효율을 향상시켜도 좋다.

이 경우, 후술하는 바와 같이 안전성의 측면에서 방전관을 홀수개로 분할하여, 방전관 요소의 개수를 홀수로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제6 태양에 의한 이점은 다음과 같다. 방전 갭 사이의 간격은 미조정에 의해 설정될 수 있으므로, 이온화하여 플라즈마화하기를 바라는 가스 종류, 가스 압력, 가해지는 전력(전압), 가해지는 주파수 등과 같은 플라즈마 발생 조건에 따라서, 최적의 방전 갭 사이의 간격이 설정될 수 있다. 또한, 방전관의 분할수가 고정된 경우에는, 플라즈마 발생 장치가 대형인 경우에 방전 갭 사이의 간격이 길어지지만, 본 발명의 제6 태양에 따르면, 플라즈마 발생 장치가 대형인 경우에도 적절한 방전 갭 사이의 간격이 설정될 수 있다.

본 발명의 제7 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제6 태양에 있어서, 상기홀수개의 방전관 요소와 상기 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원의 연결에 관한 것으로서, 상기 고주파 전원의 접지 터미널이 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 상류측 제2 방전관 요소 및 플라즈마 방출 포트를 갖는 하류측의 제3 방전관 요소에 연결된다고 하는 연결 조건 하에서, 상기 고주파 전원의 접지 터미널 및 고압 터미널이 교대로 상기 홀수개의 방전관 요소에 연결되어 있다. 이는 상기 제6 태양을 보다 구체적으로 설명하는 것에 해당한다.

고주파 전원의 접지 터미널과 고압 터미널을 교대로 방전관 요소에 연결하는 경우에, 방전관 요소의 개수를 늘릴 때, 방전관 요소의 개수가 홀수인지 짝수인지에 따라서, 상류측의 제2 방전관 요소 및 하류측의 제3 방전관 요소의 가해지는 수준이 변화한다.

즉, 방전관 요소의 개수가 짝수인 경우에, 상류측 제2 방전관 요소에 가해지는 수준은 하류측 제3 방전관 요소에 가해지는 수준과 상이하다. 또한, 방전관 요소의 개수가 홀수인 경우에, 상류측 제2 방전관 요소에 가해지는 수준은 하류측 제3 방전관 요소에 가해지는 수준과 유사하다.

여기서, 상술한 바와 같이, 상류측 제2 방전관 요소 및 하류측 제3 방전관요소에, 고주파 전원의 접지 터미널을 연결하는 것이 바람직하다. 따라서, 방전관 요소의 개수가 홀수이며, 연결 관계는 상술한 바와 같이 취해진다.

본 발명의 제8 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제1 태양에 있어서, 상기플라즈마 점화 가능한 방전 갭의 개수가 짝수이다.

플라즈마 점화 가능한 방전 갭의 개수가 짝수인 것은, 기본적으로 방전관을 홀수개로 분할하여, 방전관 요소의 개수를 홀수로 하는 것이므로(방전 갭의 개수를 n이라고 하면, 방전관 요소의 개수는 n + 1이 된다), 이는 상술한 바와 같이 바람직한 형태가 된다.

그러나, 플라즈마의 생성 효율을 향상시킴으로써 플라즈마 영역을 하나로 연결하도록 하기 위해서 필요한 방전 갭 사이의 간격보다, 방전관 요소의 관축 방향의 길이가 짧은 경우에, 고주파 전원의 접지 터미널 및 고압 터미널을 교대로 복수의 방전관 요소에 연결함으로써가 아니라, 고주파 전원으로부터 가해지는 고주파 전력(전압)의 수준이 인접하는 2 이상의 방전관 요소에 대하여 동일하게 되도록 하는 방식으로 방전관 요소에 고주파 전원을 연결함으로써, 플라즈마 점화 가능한 방전 갭 사이의 간격이 실질적으로 길게 되어도 좋다.

즉, 고주파 전원의 접지 터미널 또는 고압 터미널을 인접하는 2 이상의 방전관 요소에 연속하여 연결하는 곳이 있고, 이 곳에 있는 방전 갭은 인접하는 방전관 요소에 가해지는 고주파 전력(전압)의 수준이 동일하므로, 플라즈마 점화를 행하지 않게 된다.

따라서, 이 갭은 실질적으로 방전 갭이 아니게 된다. 따라서, 실질적으로 플라즈마 점화 가능한 방전 갭 사이의 간격은 길게 될 수 있다.

한편, 상류측 제2 방전관 요소 및 하류측 제3 방전관 요소에는, 고주파 전원의 접지 터미널이 연결되는 것이 안전성의 측면에서 바람직하다.

따라서, 실질적으로 플라즈마 점화 가능한 방전 갭의 개수가 짝수인 것이 조건이 된다.

이 경우에, 고주파 전원의 접지 터미널이 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 상류측 제2 방전관 요소 및 플라즈마 방출 포트를 갖는 하류측 제3 방전관 요소에 연결되더라도, 방전관 요소의 개수는 홀수가 되어야만 하는 것은 아니고, 짝수일 수도 있다.

본 발명의 제8 태양에 의한 이점은 다음과 같다.

플라즈마의 생성 효율을 향상시킴으로써 플라즈마 영역을 하나로 연결하기 위해 요구되는 방전 갭 사이의 간격은 가스 종류, 가스 압력, 가해지는 전력(전압), 가해지는 주파수 등과 같은 플라즈마 발생 조건에 따라서 다르다. 따라서, 방전관 요소의 관축 방향으로의 길이를 플라즈마 발생 조건에 맞춰 설정해야 하므로, 방전관 요소의 공통화는 어렵다.

따라서, 플라즈마 생성 효율을 향상시킴으로써 플라즈마 영역을 하나로 연결하기 위해 요구되는 방전 갭 사이의 간격보다 관축 방향의 길이가 짧은 방전관 요소가 제조되었고, 플라즈마 발생 조건에 맞는 방전 갭 사이의 간격이 되도록, 복수의 방전관 요소 각각에 연결되는 고주파 전원의 접지 터미널 또는 고압 터미널의 연결 순서를 창안함으로써, 실질적으로 플라즈마 점화 가능한 방전 갭 사이의 간격이 설정될 수 있다. 따라서, 방전관 요소의 공통화가 가능해진다.

특히, 이 방식은 플라즈마 발생 장치가 대형인 경우에 다수의 방전관 요소가 사용될 때 효과적이다.

본 발명의 제9 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기한 제1 내지 제8 태양에 있어서, 상기 서로 연결된 방전관 요소 사이의 연결이, 각각의 방전관 요소에 일체적으로 연접된 반경방향 외향으로 배향된 플랜지들을 상호 대향시키고 그 대향 플랜지 사이에 상기 절연체가 개재되게 되어있다.

본 발명의 제9 태양에 의한 작용은 다음과 같다. 방전관은 관축 방향으로 분할되고 방전관은 이러한 분할에 의한 방전관 요소를 연결함으로써 구성되는 것이지만, 방전관은 일시적일지라도 탈기에 의해서 초저압이 된다. 따라서, 방전관을 분할하는 것은 진공 밀봉 상에 중요한 문제점이 된다. 분할할 때에도 진공 밀봉의 성능은 확실하게 보장되어야 한다. 이 목적을 위한 쉬운 방책으로서 플랜지의 구조가 있다. 각각의 방전관 요소에 있어서, 각각의 방전관 요소를 다른 방전관 요소에 연결하는 상당한 위치에 반경방향 외측으로 연장하는 플랜지가 일체적으로 연접된다. 둘레방향의 차원은 관축 방향의 차원과는 그 방향성에 있어서 다르다. 따라서, 필요에 따라서, 충분한 치수 및 면적을 갖는 플랜지를 구성하는 것이 가능하다. 요구 사항은 진공 밀봉 성능 및 연결 강도이다. 서로 대향하는 플랜지 사이에 절연체를 개재시키는 상태로 방전관 요소들이 그 플랜지에서 상호 연결된다. 필요한 면적을 갖는 플랜지 사이에서 절연체를 끼워둠으로써 절연체가 지지될 때, 진공 밀봉의 성능은 충분히 확보될 수 있다. 또한, O링과 같은 밀봉 재료의 배열도 용이해진다.또한, 연결 강도도 충분히 높아질 수 있다. 또한, 절연체를 개재시킴으로써 방전 갭은 형성되고, 그 개재된 절연체에 대해 충분한 면적을 설정함으로써 외부 응력에 의한 변형이 작아지므로 방전 갭의 치수 정밀도를 충분히 높게 할 수 있다. 이는 플라즈마 점화에 있어서 매우 중요한 것이다.

본 발명의 제10 태양 플라즈마 발생 장치는, 상기한 제1 내지 제9 태양에 있어서, 상기 각각의 방전관 요소가 서로 개별적으로 냉매 유로를 갖추고 있다.

본 발명의 제10 태양에 의한 작용은 다음과 같다. 방전관은 방전관을 구성하고 있는 각각의 방전관 요소가 금속 재료이므로, 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 내열성에 있어서 월등하다. 그렇지만, 발생되는 플라즈마는 고온이므로, 방전관을 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각에 관하여는 공냉도 생각될 수 있지만, 액체 냉매를 사용하여 냉각하는 것이 더 효과적이다. 방전관 요소 사이의 연결 부분에서의 누설을 고려하면, 방전관에 냉매 유로를 형성하는 경우에는, 방전관 요소마다 개별적으로 냉매 유로를 제공하는 것이 바람직하다. 방전관의 둘레 표면에서의 누설에 관하여, 절연 방전관을 이용하는 종래 기술과는 달리, 방전관이 금속 재료로 된 것으로서 열열화로 인한 균열이나 파괴 등의 파손이 발생되는 것에 대한 저항성이 있으므로, 방전관의 둘레면에서의 냉매의 누설은 원칙적으로는 발생하지 아니한다. 이에 의해, 냉매의 누설을 확실하게 방지하는 상태로 복수의 방전관 요소로 방전관을 구성하는 것이 가능해진다. 또한, 냉매의 종류에 관하여는, 종래 기술의 경우에는 고주파 전력을 가능한 한 흡수하지 않는 예컨대 탈이온화 물과 같은 고가의 것이 선호되었지만, 본 발명의 경우에는 그와 같은 제약이 없고, 비교적 저렴하고 입수가 용이한 냉매를 쉽게 이용하는 수 있고 운전 비용을 감소시킨다.

본 발명의 제11 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제1 내지 제9 태양에 있어서, 상기 복수의 방전관 요소 중의 일부의 방전관 요소가 냉매 유로를 구비하고, 나머지 방전관 요소는 공냉된다.

본 발명의 제11 태양에 의한 작용은 다음과 같다. 각각의 방전관 요소의 냉각에 관하여, 상기 제10 태양과 같이, 각각의 방전관 요소마다 개별로 냉매 유로를 제공하는 것이 바람직하지만, 각각의 방전관 요소의 전부에 냉매 유로를 설치하지 않고 일부의 방전관 요소는 공냉에서도 플라즈마의 발생열에 견딜 수 있는 방전관 요소를 제작하는 것이 가능한 경우에, 일부의 방전관 요소에만 냉매 유로를 제공하고, 나머지 방전관 요소는 공냉함으로써 대응하는 것이 가능해진다. 이와 같이 구성함으로써, 냉매 유로의 수를 감소시켜, 배관 시스템의 설비, 유동 냉매의 소모의 감소를 포함해서, 플라즈마 발생 장치의 초기 비용 및 운전 비용을 저감할 수 있고, 또 구조를 간단화할 수 있다.

본 발명의 제12 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제1 내지 제11 태양에 있어서, 상기 방전 갭과 상기 절연체 사이의 관계에 있어서, 상기 방전 갭에 연결되는 상기 양측 방전관 요소 사이의 갭이, 상기 방전관 요소의 관축 방향으로 수직한 방향을 따른 부분과 관축 방향으로 따른 부분 사이에서 연결하고 있는 상태로 형성되어 있다.

본 발명의 제12 태양에 의한 작용은 다음과 같다. 절연체를 끼워넣음으로써 절연체를 지지하는 상태로 방전관 요소를 상호 연결함으로써 방전 갭이 구성되지만, 절연체의 내주면은 방전 갭을 통해 내부의 플라즈마 발생 공간과 소통된다. 따라서, 플라즈마 중에 전도성 물질을 포함하는 조건에서, 그 전도성 물질이 방전 갭을 통해 절연체의 내주면에 고착 및 증착될 가능성이 있다. 절연체는 관축 방향으로 인접하는 한 쌍의 방전관 요소를 절연시키는 역할을 가지고, 한 쌍의 방전관 요소의 사이에 끼워넣어져 있음으로써 지지된다. 따라서, 절연체의 내주면은 물리적 기계적으로는 양측 방전관 요소에 연결되어 있으면서 전기적으로는 절연되어 있다. 따라서, 절연체의 내주면에 전도성 물질이 고착 및 증착되면, 그 고착 및 증착된 전도성 물질을 통해 양측 금속 재료 방전관 요소가 전기적인 단락 현상을 야기할 가능성이 있다. 단락이 발생되면, 플라즈마 점화 그 자체가 지장을 받으며, 플라즈마 발생 장치로서의 신뢰성이 문제가 된다.

그래서, 방전 갭에 연결된 양측 방전관 요소의 간극이 굽혀진다. 굽히는 방법은 굴절이라도 좋고 굴곡이라도 좋다. 결국, 간극이 관축 방향으로 대하여 수직한 방향을 따른 부분과 관축 방향을 따른 부분 사이를 연결시키는 형태를 취하고 있는 것이 좋다. 이들 각 부분은 상호 직각으로 연결 되어도 좋고, 어떠한 곡률을 을 갖는 곡선부나 테이퍼부 통해 연결되어도 좋다. 플라즈마 발생 공간에서의 전도성 물질이 다른 입자와의 충돌로 인해 방전 갭의 후미 간극에 뛰어들게 되는 경우가 있더라도, 그 비행 경로는 관축 방향에 대하여 수직한 방향을 따라 형성되는 경향이 있다. 방전 갭 속의 후미 간극의 후단에서 전도성 물질이 고착 및 증착되는 경우에, 절연체에 이를 때까지 아직 관축 방향을 따르는 부분이 잔존한다. 이 관축 방향을 따르는 부분에 대해서는 비행하는 전도성 물질이 충돌하기 어렵고, 그 고착및 증착은 억제된다. 따라서, 공간적으로 여유 및 충돌에 대한 저항이 존재함으로 인한 상승 효과에 의해, 전도성 물질을 통한 단락 현상을 방지할 수 있어, 플라즈마 발생 장치의 신뢰성은 향상될 수 있다.

본 발명의 제13 태양의 플라즈마 발생 장치는, 상기 제1 내지 제12 태양에 있어서, 상기 방전관 요소 사이에 개재되는 절연체가 진공 밀봉을 위한 외측의 본체 부분과 플라즈마에 노출되는 내측의 보호 부분으로 나뉘어져 있다.

본 발명의 제13 태양에 의한 작용은 다음과 같다. 방전 갭 형성용 절연체는 고온의 플라즈마에 직접에 노출되는 것이고 절연체의 부근은 직접 냉각되지 않으므로, 국부적인 과열을 받아 열변형이 생기기 쉽고, 열변형이 절연체에 균열 및 파괴와 같은 파손을 발생시켜 진공을 파괴시킬 우려가 있다. 그래서, 절연체가 내측의 보호 부분과 외측의 본체 부분으로 나뉘고, 본체 부분은 진공 밀봉의 기능을 갖게되고, 보호 부분은 보호 부분의 플라즈마에 대한 노출로 인해 균열 및 파괴가 성장되어도 보호 부분의 균열 및 파괴가 본체 부분에 전달되는 것을 방지하는 것을 가능하게 하는 부분으로 이루어진다. 즉, 보호 부분은 열열화에 대한 방파제의 역할을 하도록 제조되며, 열열화에 대한 희생양으로 되고, 후미의 본체 부분을 보호하게 되는 것이다. 또한, 본체 부분과 보호 부분은 공간적으로 분리되어도 좋고, 접촉해도 좋다. 다소 분리하여 놓은 것이 균열 및 파괴의 전달 억제에 있어서 바람직하다. 균열 및 파괴와 같은 파손의 전달을 실질적으로 방지할 수 있는 것이면, 가늘게 형성된 부분을 통해 일체적으로 본체 부분에 연결 되어 있는 것도 사용될 수 있다. 본체 부분이 열열화를 입지 아니하므로, 진공 밀봉의 성능은 장기간에 걸쳐유지되고, 플라즈마 발생 장치의 신뢰성은 향상될 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 플라즈마 발생 장치의 구체적인 실시예에 관해서, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(본 발명의 바람직한 제1 실시예)

도 1은 제1 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이고, 도 2는 주요부인 방전 갭의 부근을 확대 도시한 확대 단면도이다. 도 1 및 도 2에 있어서, 참조부호 11은 상하 방향의 중앙에 위치하는 금속 재료로 된 제1 원통형 방전관 요소를 나타내고, 12는 상하 방향의 상측에 위치하는 금속 재료로 된 제2 원통형 방전관 요소를 나타내고, 13은 상하 방향의 하측에 위치하는 제3 금속 재료로 된 원통형 방전관 요소이고, 11a 및 11b는 중앙의 제1 방전관 요소(11)의 상단 및 하단부에 일체적으로 연접되어 있는 연결용 플랜지이고, 12a는 제2 방전관 요소(12)의 하단에 일체적으로 연접되어 있는 연결용 플랜지이고, 13a는 제3 방전관 요소(13)의 상단에 일체적으로 연접되어 있는 연결용 플랜지, 14 및 15는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체이고, 16 및 17은 방전 갭이고, 12b는 플라즈마용 가스 도입 포트이고, 13b는 플라즈마 방출 포트이고, 13c는 장치 장착용 플랜지이고, 참조번호 18, 19, 20 및 21은 O링이고, 22a, 23a, 24a는 냉매 유입관이고, 22b, 23b, 24b는 워터 재킷 방식의 냉매 유로이고, 22c, 23c 및 24c는 냉매 유출관이고, 참조번호 25는 고주파 전원을 나타낸다. 또한, 방전관 요소의 구조에 관하여, 관형태 방전관 요소가 사용될 수 있으며, 원통형 형태를 고수해야할 필요는 없고, 다각형 단면을 갖는 관이 사용될 수도 있다.

제1 방전관 요소(11)에 있어서, 그 원통형 부분은 서로 동심형의 내관 부분(11m)과 외관 부문(11n) 사이에 냉매 유로(22b)가 형성되는 것과 같은 방식으로 하여 구성되며, 외관 부분(11n)의 하단부와 상단부에 각각 냉매 유입관(22a)과 냉매 유출관(22c)이 냉매 유로(22b)와 소통하는 상태로 연결되어 있다. 유사하게, 제2 방전관 요소(12)에 있어서, 그 원통형 부분은 서로 동심형의 내관 부분(12m)과 외관 부분(12n) 사이에 냉매 유로(23b)가 형성되는 것과 같은 방식으로 하여 구성되며, 외관 부분(12n)의 하단부와 상단부에 각각 냉매 유입관(23a)과 냉매 유출관(23c)이 냉매 유로(23b)와 소통하는 상태로 연결되어 있다. 또한, 제3 방전관 요소(13)에 있어서, 그 원통형 부분은 서로 동심형의 내관 부분(13m)과 외관 부분(13n) 사이에 냉매 유로(24b)가 형성되는 것과 같은 방식으로 하여 구성되며, 외관 부분(13n)의 하단부와 상단부에 각각 냉매 유입관(24a)과 냉매 유출관(24c)이 냉매 유로(24b)와 소통하는 상태로 연결되어 있다. 또한, 내관 부분(11m)과 외관 부분(11n)의 관계는, 내관 부분(11m)과 별도 제작된 외관 부분(11n)을 용접이나 납땜에 의해서 일체적으로 연접시킴으로써 구성된다. 이러한 방식으로, 열교환 면적이 큰 워터 재킷 방식의 냉매 유로(22b)가 형성될 수 있다.

제1 방전관 요소(11)의 상단부에 일체적으로 연접된 연결용 플랜지(11a)의 상측면에 환형 홈이 형성되고, 그 환형 홈에 O링(18)이 결합되어 있고, 제1 방전관 요소(11)의 하단부에 일체적으로 연접된 연결용 플랜지(11b)의 하측면에 형성된 환형 홈에 O링(20)이 결합되어 있다. 제2 방전관 요소(12)의 하단부에 일체적으로 연접된 연결용 플랜지(12a)의 하측면에 형성된 환형 홈에 O링(19)이 결합되어 있다. 제3 방전관 요소(13)의 상단부에 일체적으로 연접된 연결용 플랜지(13a)의 상측면에 형성된 환형 홈에 O링(21)이 결합되어 있다.

제1 방전관 요소(11)의 상단측의 연결용 플랜지(11a)와 제2 방전관 요소(12)의 하단부의 연결용 플랜지(12a)가 양측 연결 플랜지 사이에 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)를 끼워넣음으로써 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)를 지지하며, 또한, 각각의 O링(18, 19)이 절연체(14)에 밀착 접촉하는 상태로 그리고 내관 부분(11m)의 상단면과 내관 부분(12m)의 하단면 사이에 방전 갭(16)을 형성하는 상태로, 제1 방전관 요소(11)가 제2 방전관 요소(12)에 동축으로 연결되어 있다. 제2 방전관 요소(12)의 연결용 플랜지(12a)의 하측면에는 단차부(12c)가 형성되어 있고, 이 단차부(12c)에 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)가 결합 되어 있다. 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 두께는 단차부(12c)의 깊이보다 더 크고, 두께와 깊이 사이의 치수차를 갖는 방전 갭(16)이 보장된다.

또한, 제1 방전관 요소(11)의 하단측의 연결용 플랜지(11b)와 제3 방전관 요소(13)의 상단부의 연결용 플랜지(13a)는, 이들 두 플랜지 사이에 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(15)를 끼워넣음으로써 지지하며, 또한 각각의 O링(20, 21)이 절연체(15)에 밀착 접촉하는 상태 및 내관 부분(11m)의 하단면과 내관 부분(13m)의 상단면 사이에 방전 갭(17)이 형성되는 상태로, 제1 방전관 요소(11)는 제3 방전관 요소(13)에 동축으로 연결되어 있다. 제1 방전관 요소(11)의 연결용 플랜지(11b)의 하측면에는 단차부(11c)가 형성되어 있고, 이 단차부(11c)에는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(15)가 결합되어 있다. 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(15)의 두께는 단차부(11c)의 깊이보다 크고, 두께와 깊이 사이의 치수의 차를 갖는 방전 갭(17)이 보장된다. 그런데, 연결용 플랜지(11a, 12a) 사이의 연결 및 연결용 플랜지(11b, 13a) 사이의 연결에 관하여, 플랜지는 일반적으로 볼트(도시하지 않음)에 의해 연결된다. 볼트는 절연체(14, 15) 또한 관통한다.

제1 방전관 요소(11), 제2 방전관 요소(12) 및 제3 방전관 요소(13)는 동축으로 연접된 상태가 되며, 분할된 3부분으로부터 조립된 하나의 방전관(A)를 구성하고 있다.

O링(18 내지 21)은, 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)으로 이루어진 분할된 3부분으로부터 조립된 방전관(A)에서 고도한 진공 밀봉 조건을 보장하기 위해 사용된다. 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14, 15)는 진공 밀봉의 정도를 보장하기 위한 보조적인 기능도 가진다.

플라즈마 발생의 에너지원으로서 사용되는 고주파 전원(25)의 두 출력 터미널 중에서, 한 터미널은 접지(GND)에 연결되어 접지 터미널(25a)로서 설정되고, 다른 터미널은 고압 터미널(25b)로서 설정된다. 3 개의 방전관 요소 중에서 수직방향으로 중앙에 위치된 제1 방전관 요소(11)에 고주파 전원(25)의 고압 터미널(25b)이 연결되고, 각각 상측과 하측에 위치된 제2 방전관 요소(12)와 제3 방전관 요소(13)에는 고주파 전원(25)의 접지 터미널(25a)이 연결되어 있다.

또한, 도 1에는 도시하지 않았지만, 통상적으로, 고주파수의 전자파가 플라즈마 발생 장치로부터 누설되지 않도록 하기 위해서, 플라즈마 발생 장치의 전체를, 또는 적어도 고주파 전원(25)의 고압 터미널(25b)에 연결된 방전관 요소의 전체를 도체로 덮음으로써 전자기적 실드가 가해진다(이후의 실시예에서도 유사함).

제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)는 각각 금속 재료로 제조되어 있고, 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14, 15)가 이들 방전관 요소 사이에 각각 개재되어 있고, 또 제1 방전관 요소(11)가 방전 갭(16, 17)을 분리하므로, 방전관 요소는 각각의 방전관 요소(11, 12, 13)가 방전 전극으로서도 역할을 하는 구성으로 되어 있다. 즉, 제1 금속 재료 방전관 요소(11)의 내관 부분(11m)의 상단과 제2 금속 재료 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)의 하단이 방전 갭(16) 부분에서 한 쌍의 방전 전극을 형성하고, 제1 금속 재료 방전관 요소(11)의 내관 부분(11m)의 하단과 제3 금속 재료 방전관 요소(13)의 내관 부분(13m)의 상단이 방전 갭(17) 부분에서 또 다른 한 쌍의 방전 전극을 형성한다. 각각의 방전 전극에서의 방전 갭(16, 17)에서, 고주파 전원(25)으로부터 가해지는 고주파 전력에 의해 고주파 전자기장이 형성되게 된다.

제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)로 구성되는 분할된 3부분으로부터 조립된 하나의 방전관(A)는 일련의 원통형 관 형태를 취하며, 그 일단에는 플라즈마용 가스 도입 포트(12b)가 제공되고, 타단에는 플라즈마 방출 포트(13b)가 제공되고, 이들 양측단 사이의 공간은 플라즈마 발생용 가스 및 플라즈마가 유동하는 곳인 플라즈마 발생 공간(26)이 된다. 이 플라즈마 발생 공간(26)은, 상측/하측의 2개의 방전 갭(16, 17)의 위치를 제외한 전체가 매끄러운 원통형 유로가 되고, 또한 방전 갭(16, 17)은 플라즈마 발생 공간(26)의 전체로부터 보았을 때 충분히 작으므로, 방전 갭(16, 17)이 플라즈마 발생용 가스 및 발생된 플라즈마의 유동을 방해하는 정도는 충분히 작고, 따라서 가스 및 플라즈마는 원활하게 유동한다. 또한, 플라즈마 발생용 가스(방전 가스)로서, 아르곤, 수소, 산소, 염소, 사불화탄소(CF₄), 실란, 삼불화질소(NF₃)등이 있다.

방전 갭(16)에서 가해지는 고주파 전압과 관련하여, V = V₀sin2πft로 하고 갭 폭을 d라고 하면, 발생되는 고주파 전기장 E는, E = E₀sinθ2πft가 되고, 여기에서 E₀= V₀/d이다. 갭 폭 d를 적당히 작은 값으로 설정함으로써, 고주파 전기장 E의 진폭 E₀를 요구되는 값으로 하는 것이 충분히 가능하다.

그런데, 수직방향 중앙의 제1 방전관 요소(11)에 고주파 전원(25)의 고압 터미널(25b)를 연결하는 것과 각각 상측 및 하측에 있는 제2 방전관 요소(12)와 제3 방전관 요소(13)에 고주파 전원(25)의 접지 터미널(25a)를 연결하는 것 대신에, 그 반대의 관계로 하여 연결함으로써 유사한 기능이 발휘된다. 그러나, 가스 배관 및 가스 실린더에 연결하는 것 및 플라즈마 처리 챔버에 증착하는 것의 관점에서 안전성을 고려하면, 도시한 바와 같이 연결하는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 방편을 통해서 안전성이 확보될 수 있는 경우에, 후자가 사용될 수도 있다.

제2 금속 재료 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)의 내주면을 순조롭게 유동해온 플라즈마 발생용 가스에서, 고주파 전자기장이 가해지는 방전 갭(16)에서 플라즈마 점화가 행해지고, 일단 플라즈마 점화가 행해지면 연쇄 반응에 의해서 고주파 방전이 플라즈마 발생 공간(26)의 전체에 널리 퍼지게 되며, 따라서 양호한 플라즈마 발생이 행해질 수 있다.

제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)를 구성하는 금속 재료에 관하여, 플라즈마 발생 장치가 반도체 제조시에 플라즈마 공정에 사용될 때에, 반도체와 같은 처리될 물체에 불순물 오염을 야기함에 대해 저항성이 있는 알루미늄이 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 스테인레스 또는 구리와 같은 중금속을 사용할 때, 불순물 오염의 우려가 있어 바람직하다고 할 수 없다.

방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14, 15)를 구성하는 절연체에 관하여, 고순도 알루미나, 사파이어, 석영, 질화 알루미늄 등과 같은 무기질 고순도 절연체가 바람직하다. 또는, 폴리이미드, 데트라플루오로에틸렌[테플론(듀퐁사의 상표)] 또는 폴리에틸렌 등도 사용될 수 있다.

그러나, 금속 재료 및 절연체에 관하여, 상기 물질에 한정될 필요는 없고, 소기의 기능을 발휘하는 것이면, 상기 예시된 것 이외의 어떠한 물질도 채용 가능하다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 바람직한 제1 실시예의 플라즈마 발생 장치의 작동을 설명한다. 여기에서, 플라즈마 발생 장치는 제3 방전관 요소(13)의 장치 장착용 플랜지(13c)에서 플라즈마 처리 챔버(도시하지 않음)에 증착되어 있는 것으로 한다.

플라즈마 처리 챔버를 탈기함으로써, 플라즈마 처리 챔버의 내부 공간과, 플라즈마 발생 장치에 있어서의 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)로 구성되는 분할된 3부분으로부터 조립되는 하나의 방전관(A)의 내부 공간인 플라즈마 발생 공간(26)은 진공 상태가 된다. 다음에, 플라즈마용 가스 도입 포트(12b)로부터 플라즈마 발생 공간(26)을 향해 플라즈마 발생용 가스가 공급되고 특정 압력으로 가압되며, 고주파 전원(25)을 구동함으로써 상측 및 하측 각각의 방전 갭(16, 17)에 고주파 전력이 공급되며, 플라즈마 발생 공간(26)과 소통하고 있는 방전 갭(16, 17)에서 고주파 전자기장이 생성된다. 동시에, 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)각각에서 하측에 있는 냉매 유입관(22a, 23a, 24a)으로부터 냉매가 공급되고, 냉매 유로(22b, 23b, 24b)에서 상방향으로 이동되고, 냉매 유출관(22c, 23c, 24c)으로부터 유출된다. 또한, 저렴한 물이 냉매로서 사용될 수 있지만, 이외에 에틸렌 글리콜, 플루오로카본 또는 탈이온화 물이 사용될 수도 있다.

플라즈마용 가스 도입 포트(12b)로부터 플라즈마 발생 공간(26)에 도입된 플라즈마 발생용 가스는 플라즈마 발생 공간(26)을 통해서 플라즈마 방출 포트(13b)를 향해 유동한다. 가스의 일부는 제2 금속 재료 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)의 내주면을 순조롭게 유동한다. 고주파 전력이 가해지는 상류측 방전 갭(16)에서는, 그 갭이 충분히 좁으므로, 고전압 및 고전기장이 발생된다. 이러한 고주파 전자기장이 형성되어 있는 방전 갭(16)에서 플라즈마 발생용 유동 가스에 플라즈마 점화가 행해진다. 일단 플라즈마 점화가 행해지면, 고주파 전원(25)이 출력하는 고주파 전력을 점진적으로 증가시킴으로써 연쇄 반응이 촉진되고, 이 연쇄반응에 의해서 플라즈마 발생 공간(26)을 흐르는 가스의 전체를 가로질러 고주파 방전이 널리 퍼지고, 따라서 양호한 플라즈마 발생이 수행될 수 있다. 그러나, 이는 고주파 전력을 점진적으로 증가시키는 것을 반드시 요구하지는 않는다. 또한, 플라즈마 점화는, 하류측 방전 갭(17)에서도 행해진다. 방전 갭(16, 17) 사이의 간극은 가능한 한 작은 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 플라즈마 발생 공간(26)에서 이온화되어 플라즈마화된 가스즉 플라즈마는, 제3 방전관 요소(13)의 플라즈마 방출 포트(13b)로부터 플라즈마 처리 챔버(도시하지 않음)에 흘러들고, 플라즈마 처리 챔버에서 반도체 웨이퍼 및 액정 기판에 대한 에칭 및 애싱과 같은 플라즈마 처리를 수행한다.

플라즈마 발생 공간(26)에서 발생된 플라즈마는 고온이 된다. 고온의 플라즈마에 노출되어 있는 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)의 내관 부분(11m, 12m, 13m)은 내관 부분의 외부의 냉매 유로(22b, 23b, 24b)를 통하여 유동하는 냉매와의 열교환에 의해서 냉각된다. 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)의 내관 부분(11m, 12m, 13m)은 금속 재료로 구성되어 있으므로, 그 열전도성이 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 높다. 따라서, 내관 부분(11m, 12m, 13m)에 대한 온도 상승 억제 효과는 커지고, 이들 부분은 소정의 온도 범위 내에 양호하게 제어된다.

또한, 내관 부분(11m, 12m, 13m)은 금속 재료로 구성되어 있으므로, 그 열적 강도 및 물리적 강도가 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 높다. 따라서, 전체적으로, 내관 부분(11m, 12m, 13m)이 받는 열적 영향은 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 충분히 작게 된다. 그 열변형은 작고, 열열화도 작다. 분할된 3부분으로부터 조립된 방전관(A)의 내부 공간인 플라즈마 발생 공간(26)은 진공화되므로 외부의 대기압과의 사이에 큰 압력차를 갖지만, 금속 재료로 제조되어 충분히 큰 물리적 강도를 갖기 때문에, 절연 방전관과는 달리 압력차로 인해 파손되지 않는다.

플라즈마 발생 공간(26)에 도입되는 플라즈마 발생용 가스는 사용 및 조건에 따라서 가변적이며, 가스 특성에 따라서 경우에 따라 반응성이 높은 플라즈마가 발생되지만, 금속 재료로 된 분할된 3부분으로부터 조립된 방전관(A)은 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 부식의 정도도 낮다.

장시간 사용의 경우에도, 분할된 3부분으로부터 조립된 방전관(A)은 열화(劣化)의 정도가 낮으므로, 방전관(A)의 부품인 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)에 대한 유지의 관점에서, 종래 기술에 비해서 유지 주기가 상대적으로 길고, 또한 제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)의 수명은 연장되며, 방전관 요소 교환 시간 간격도 상대적으로 길어지고, 유지 비용이 현저하게 경감될 수 있다.

제1 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)는 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하다고 생각되며, 종래 기술의 경우의 절연 방전관에 비해서 알루미늄은 재료비가 저렴하고, 초기 비용도 저렴하다. 본 발명의 방전관은 용량적 커플링 방식이므로, 유도 커플링 방식이고 유도 코일을 사용하는 종래 기술에 비해서, 그 구조가 보다 간단하며, 이러한 점에서 초기 비용이 감소될 수 있다.

분할된 3부분으로부터 조립된 방전관(A)은 제1 내지 제3 방전관 요소(11,12, 13)의 결합체이지만, 비교적 큰 면적을 갖는 연결용 플랜지(11a, 12a, 11b, 13a) 및 비교적 큰 면적을 가지는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14, 15)가 사용되고, 또한 O링(18 내지 21)이 사용되기 때문에, 진공 밀봉의 성능은 충분해진다.

(본 발명의 바람직한 제2 실시예)

제2 실시예는 제1 실시예의 개량에 관한 것이다. 도 3은 제1 실시예의 방전 갭(16)의 부근을 확대하여 도시한 것이다. 금속 재료로 된 제2 방전관 요소(12)의 하단부의 연결용 플랜지(12a)에 형성된 단차부(12c)에 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)가 결합되어 있다. 이 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)를 끼워넣음으로써 지지하는 상태로 금속 재료로 된 제2 방전관 요소(12)의 연결용 플랜지(12a)에 금속 재료로 된 제1 방전관 요소(11)의 상단부의 연결용 플랜지(11a)가 연결되어 있다. 제1 방전관 요소(11)의 내관 부분(11m)의 상단면과 제2 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)의 하단면 사이에 방전 갭(16)이 형성되어 있다. 이 방전 갭(16)의 갭 치수 d는 상당히 짧게 되어 있다. 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 내주면(14a)의 일부는 단차부(12c)의 둘레면에 접촉하지만, 나머지 부분은 방전 갭(16)에 노출된다. 이 노출 부분은 절연체의 노출 내주면(14b)이라 규정된다.

경우에 따라서, 플라즈마 발생 공간(26)에서 발생된 플라즈마에는 전도성 물질이 포함된다. 이러한 경우에, 장시간 사용 중에, 전도성 물질이 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 노출 내주면(14b)에 고착되고 증착될 가능성이있다. 이와 같이 고착 및 증착된 전도성 물질은 고착 및 증착 전도성 물질(27)이라 규정된다.

고착 및 증착되는 물질이 절연 물질인 경우에, 그만큼 문제가 되지 않지만, 고착 및 증착되는 물질이 전도성 물질인 경우에, 다음과 같은 문제가 발생할 가능성이 있다고 생각된다. 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는 용량적 커플링 방식의 것이고, 내관 부분(11m, 12m)을 상호 대향시키는 제1 및 제2 방전관 요소(11, 12)는 금속 재료로 되어 있다. 방전 갭(16)을 형성하는 금속 재료 내관 부분(11m, 12m) 사이에서, 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 노출 내주면(14b)에서의 고착 증착 전도성 물질(27)을 통해, 전기적 단락이 발생될 가능성이 있다. 장시간 사용시 이러한 단락이 발생하면, 고주파 방전을 야기하는 방전 갭(16) 그 자체가 작동하지 않는다. 즉, 대향하는 금속 재료 내관 부분(11m, 12m)은 이들 사이에 공간적으로 간극을 가지더라도, 전기적으로는 단락하고 있는 것이고, 따라서 고주파 방전 그 자체는 발생되지 않는다. 따라서, 플라즈마의 발생도 일어나지 않게 된다. 또한, 내관 부분(11m, 12m) 사이의 전기적 저항은 고착 증착전도성 물질(27)로 인해 크게 저하되고, 전기적 항복 현상(break down)이 야기되므로, 고주파 전원(25)으로부터 가해지는 고주파 전력에 의한 큰 전류가 고착 증착 전도성 물질(27)을 통해 흐르게 되고, 안전성의 측면에서 중요한 문제점이 된다.

상류측에 위치하는 방전 갭(16)에서의 고착 및 증착 전도성 물질(27)로 인한 단락에 관해 앞서 기술했지만, 하류측에 위치하는, 제1 방전관 요소(11)와 제3 방전관 요소(13) 사이의 방전 갭(17)에서도 유사한 문제점이 있다.

이 문제점을 피하기 위해서, 정기적 또는 비정기적 검사에 의해서 전도성 물질의 고착 및 증착의 조건을 체크하고 관찰해야 한다. 그러면, 유지 비용이 증대된다.

또한, 플라즈마에 포함되는 전도성 물질로서, 플라즈마용 가스 도입 포트(12b)로부터 공급되는 플라즈마 발생용 가스가 수용되어 있는 가스 실린더의 내주면 및 배관의 내주면으로부터 박리된 물질 또는, 금속 재료 방전관 요소(11, 12, 13)의 내주면으로부터 박리되거나 스퍼터링된 물질이 생각될 수 있다.

제2 실시예의 플라즈마 발생 장치는, 상기와 같은 문제점을 가능한 한 경감하도록 고안된 것이다.

도 4는 제2 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이며, 도 5는 주요부인 방전 갭의 부근을 확대 도시하는 확대 단면도이다.

도 4 및 도 5에서, 제1 실시예의 도 1 및 도 2에서와 동일한 부호는 동일 구성 요소를 표시하는 것이므로, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 제1 실시예에서 설명되고 제2 실시예서 다시 설명되지 않은 사항은 그대로 제2 실시예에도 해당되는 것으로서, 자세한 설명은 생략된다. 제2 실시예에 있어서의 구성과 제1 실시예의 구성 사이의 차이점은 이하와 같다.

제1 실시예의 경우에, 제2 방전관 요소(12)의 연결용 플랜지(12a)에 형성된 단차부(12c)의 깊이는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 두께보다도 작지만, 제2 실시예의 경우에, 단차부(12c)의 깊이는 방전 갭 및 진공 밀봉을형성하기 위한 절연체(14)의 두께보다도 크다.

또한, 제1 실시예의 경우에, 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)가 접촉되도록 되어있는 제1 방전관 요소(11)의 연결용 플랜지(11a)의 상단면은 그 전체가 평탄하고, 그 평탄한 상단면의 내주 부분은 방전 갭(16)의 한 방전면이 되어 있는 데 반하여, 제2 실시예의 경우에, 연결용 플랜지(11a)의 내주측에 단차부(11d)가 형성되어 놓이고, 그 단차부(11d)의 수평 부분과 제2 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)의 하단면을 대향시킴으로써 방전 갭(16)이 형성된다. 참조부호 16a는 방전 갭(16)에 연결되어 있는 수평 부분의 간극을 나타내고, 16b는 수평 부분 간극(16a)의 후미측에 연결되는 수직 부분의 간극을 나타내는 것으로서 증착 제한용 간극이 된다. 단차부(11d)의 수평 부분의 둘레방향 치수 T1은 내관 부분(12m)의 두께 T2보다 크게 되고, T1과 T2 사이의 차인 치수 T3를 갖는 증착 억제용 간극(16b)이를 수평 부분의 간극(16a)에 연결되도록 형성된다. 수평 부분 간극(16a)은, 방전관 요소의 관축 방향으로 대하여 수직한 방향으로 따르는 부분이고, 증착 억제용 간극(16b)은 방전관 요소의 관축 방향을 따르는 부분이다.

단차부(11d)의 수직 부분 중의 범위 a는 방전 갭(16)의 유입구에 대한 수평 방향으로 직접 대응하는 영역이다. 플라즈마에 포함된 전도성 물질이 이 범위 a에 주로 고착 및 증착된다.

내관 부분(11m)과 내관 부분(12m) 사이의 전기적 단락은 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)에서 범위 c에서 문제가 된다. 이 범위 c는 증착 억제용 간극(16b)의 후단에 위치되고, 증착 억제용 간극(16b)은 방전 갭(16)에 대해서 90°굴절되므로, 그 후단에서 증착 억제용 간극(16b)에 전도성 물질이 고착 및 증착되기 어렵다. 따라서, 내관 부분(11m)과 내관 부분(12m) 사이의 전기적 단락은 효과적으로 억제될 수 있다.

제1 방전관 요소(11)와 제2 방전관 요소(12) 사이의 방전 갭(16)에서의 전기적 항복 현상을 이상에서 설명하였지만, 제1 방전관 요소(11)와 제3 방전관 요소(13) 사이의 방전 갭(17)에서의 전기적 항복 현상도 유사하다.

즉, 플라즈마에 전도성 물질이 포함되게 되는 상황에서 플라즈마 발생 장치가 장시간 사용되어도, 방전 갭(16)을 사이에 끼워넣는 내관 부분(11m)과 내관 부분(12m) 사이의 전기적 항복 현상은 발생되지 않고, 원하는 바와 같이 양호하게 플라즈마 점화를 행하여 플라즈마 발생을 하게 하는 것이 가능하며, 이에 의해서 플라즈마 발생 장치의 신뢰성이 향상된다. 또한, 유지 부담이 경감될 수 있고, 유지 비용도 저감될 수 있다.

제2 실시예의 변형의 바람직한 실시예로서, 예컨대 도 6a 내지 도 6f와 같은 구조의 실시예가 생각될 수 있다.

도 6a는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14) 중 방전 갭(16)에 향하는 부분을 테이퍼 형태로 형성하여 면적을 확대함으로써 전기적 항복 현상을 방지하는 것이다.

도 6b는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 경사부에 단면에서 의도된 사선을 더 형성하여 면적을 확대시킴으로써 전도성 물질의 고착 및 증착을 더욱 방지하는 것이다.

도 6c는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)의 일부를 제거하여 면적을 확대함으로써 전기적 항복 현상을 방지하는 것이다.

도 6d 내지 도 6f는 방전 갭 및 진공 밀봉을 형성하기 위한 절연체(14)에 있어서 도 6c의 경우보다 더 큰 부분을 제거하여 면적을 더욱 확대함으로써 전기적 항복 현상을 더욱 효과적으로 방지하는 것이다. 그런데, 도 6f와 도 5 사이의 차이는 연결용 플랜지(11a)가 단차부(11d)를 갖지 않고 전체에 걸쳐 평탄하다는 것이다.

도 6a 내지 도 6f에 도시한 것은 하류측 방전 갭(17)에 해당하는 것이다. 그러나, 구조적 차이로 인해서 상측과 하측이 거꾸로 되어 있다.

(본 발명의 바람직한 제3 실시예)

바람직한 제3 실시예는 바람직한 제1 실시예의 개량에 관한 것이다. 분할된 3부분으로부터 조립된 방전관(A) 내의 제1 방전관 요소 내지 제3 방전관 요소(11, 12, 13)에서, 각각 워터 재킷 방식의 냉매 유로(22b, 23b, 24b)를 통해 냉매를 유동시킴으로써 각각의 내관 부분(11m, 12m, 13m)의 온도 상승이 제어되지만, 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체(14, 15)는 고온의 플라즈마에 직접 노출되고 냉매 유로가 그 절연체 부근에 와 있지 않으므로 국부적으로 과열된다. 따라서, 상기 방전관 요소는 열변형이 생기기 쉽고, 이러한 열변형에 의해 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체(14, 15)에 균열이나 파괴와 같은 파손이 야기되어 진공 파괴가 야기될 가능성이 있다.

바람직한 제3 실시예의 플라즈마 발생 장치는 전술한 단점을 회피하도록 고안된 것이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예인 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 나타내는 수직 단면도이고, 도 8은 상기 플라즈마 발생 장치의 주요부인 방전 갭의 주변을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.

도 7 및 도 8에서, 상기 바람직한 제1 실시예의 도 1 및 도 2에서의 것과 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타내므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 바람직한 제1 실시예에서는 설명하였으나 바람직한 제3 실시예에서 반복적으로 설명하지 않은 사항은 바람직한 제3 실시예에 그대로 상응하는 것으로 취급하여, 상세한 설명은 생략한다. 바람직한 제3 실시예에서의 구성과 바람직한 제1 실시예에서의 구성 사이의 차이점은 다음과 같다.

방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체(14, 15)는 분할되어, 진공을 유지하기 위한 외측 본체 부분(14A, 15A)과, 플라즈마에 노출되는 내측 보호 부분(14B, 15B)으로 나뉘어진다. 도면에 나타낸 상태에서, 이들 본체 부분(14A, 15A) 및 보호 부분(14B, 15B)이 공간적으로 약간 이격되게 배치될 수도 있지만, 반드시 이렇게 해야하는 것은 아니고, 본체 부분과 보호 부분은 상호 접촉될 수도 있다. 다만, 본체 부분과 보호 부분을 약간 이격하여 유지하면 보호 부분(14B, 15B)으로부터 본체 부분(14A, 15A)으로 전달되는 열을 감소시킬 수 있고, 따라서 본체 부분(14A, 15A)의 열열화를 억제할 수 있다.

보호 부분(14B, 15B)은 플라즈마에 직접 노출되기 때문에, 균열 및 파괴가 생길 가능성이 있지만, 균열 및 파괴와 같은 파손은 보호 부분(14B, 15B)으로부터분리되어 있는 본체 부분(14A, 15A)에 전달되지 않고, 따라서 본체 부분(14A, 15A)은 열열화로부터 벗어난다. 그 결과, 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체(14, 15)를 통한 진공 밀봉의 성능은 장기간에 걸쳐 보장되고, 상기 적절한 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 공급원으로서의 신뢰성은 향상될 수 있다.

또한, 워터 재킷 방식의 냉매 유로(22b, 23b) 각각 또는 어느 하나를 연결용 플랜지(11a, 12a) 각각에 또는 어느 하나에 연장시킴으로써, 또는 워터 재킷 방식의 냉매 유로(22b, 24b) 각각 또는 어느 하나를 연결용 플랜지(11b, 13a) 각각에 또는 어느 하나에 연장시킴으로써, 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체(14, 15)의 열열화가 억제될 수도 있다. 이 경우에, 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체(14, 15) 모두는 본체 부분 및 보호 부분으로 분할되지 않을 수도 있고, 분할될 수도 있다.

또한, 전술한 바람직한 제1 실시예와 제3 실시예를 조합하여 실시하는 것도 가능하고, 따라서 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.

(본 발명의 바람직한 제4 실시예)

바람직한 제4 실시예는 제1 방전관 요소에 대한 냉각 시스템의 변형에 관한 것이다. 바람직한 제4 실시예를 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.

도 9는 제1 방전관 요소(11)에 대한 냉각 구조를 나타내는 개략적인 사시도이고(플랜지와 고주파 전원과의 연결 관계는 도시를 생략함), 도 10은 그 정면도이다.

전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예에서, 제1 방전관 요소(11)는 내관부분(11m)과 외관 부분(11n) 사이에 냉매 유로(22b)를 형성하는 이중관 구조였지만, 바람직한 제4 실시예에서는, 제1 방전관 요소(11)는 그 두꺼운 부분이 중실(中實)인 단일관 구조로 제조된다. 제1 방전관 요소(11)의 외주면은 맞대기 접합된(butt-joined) 방식의 한 쌍의 냉각 부재(31, 32)로 포위되어 있고, 냉각 부재(31, 32)는 두 부재를 관통하는 볼트(33)에 의해 고정 결합되어 있다. 냉각 부재(31, 32)는 반원통형의 내주면(31a, 32a)을 가지고, 각각의 내주면(31a, 32a)은 방전관 요소(11)의 외주면과 기밀 접촉된다. 냉각 파이프(34, 35)는 용접이나 납땜에 의해 냉각 부재(31, 32)의 외측면에 고정된다. 냉각 부재(31, 32) 및 냉각 파이프(34, 35)를 구성하는 재료로서는 구리와 같이 열전달 계수가 큰 재료가 적당하다.

플라즈마 방전이 실시되면, 냉매가 냉각 파이프(34, 35)를 통해 유동하고, 냉각 부재(31, 32)와 냉매 사이에서 열교환이 이루어진다. 다만, 방전관 요소(11) 내부의 플라즈마 발생 공간(26)에서 열이 발생하여 방전관 요소(11)는 온도가 상승된다. 방전관 요소(11)의 열은 방전관 요소(11)를 기밀 접촉 상태로 에워싸고 있는 냉각 부재(31, 32)에 흡수된다. 냉각 부재(31, 32)에 흡수된 열은 냉각 파이프(34, 35)의 냉매에 의한 열교환을 통해 제거된다. 그 결과, 방전관 요소(11)의 온도 상승은 제한되고, 그 온도는 전술한 범위 내에서 제어된다.

바람직한 제4 실시예의 냉각 시스템에서, 상기 제1 실시예 내지 제3 실시예의 이중관 구조의 냉각 시스템에 비해서 액체 누출에 대한 개략적인 대책이 사용될 수 있기 때문에, 방전관의 구조를 단순화할 수도 있다. 또한, 그 초기 비용도 줄일수 있다.

또한, 냉각 부재(31, 32) 각각에 냉각 파이프(34, 35)를 제공하는 대신에, 냉각 파이프(34 또는 35) 중 어느 하나에 냉각 부재(31, 32)가 제공될 수도 있다.

또한, 상기 냉각 부재는 방전관 요소(11)를 에워싸는 냉각 부재를 2개의 부분으로 분할하는 대신에 3개 이상의 부분으로 분할되는 구성을 취할 수도 있다.

그리고, 냉각 부재를 제거하면, 냉각 파이프는 용접 또는 납땜에 의해 방전관 요소(11)의 외주면에 직접 결합 고정될 수도 있다. 그런데, 이러한 경우에는, 열교환 면적을 가능한 한 크게 하기 위하여, 냉각 파이프는 방전관 요소의 외주면 둘레에 나선형 방식으로 감기는 것이 바람직하다.

전술한 냉각 시스템은 제1 방전관 요소(11)에 한정되지 않고, 제2 방전관 요소(12) 및 제3 방전관 요소(13)에도 적용 가능하다.

또한, 상기 제4 실시예는 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예의 플라즈마 발생 장치 중 어느 유형의 것에도 적용할 수 있다.

(본 발명의 바람직한 제5 실시예)

바람직한 제5 실시예는 플라즈마 발생 장치가 플라즈마 처리 챔버의 하류측에 연결되어 있는 방식의 장치로서 구성된 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다. 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에서 플라즈마 발생 장치는, 플라즈마 발생 장치가 주로 플라즈마 처리 챔버의 상류측에 연결되는 유형의 장치로서 구성되지만, 본 발명은 이러한 유형의 것에 한정되지 않고 하류측에 연결되는 유형의 것에도 적용 가능하다.

도 11은 상기 바람직한 제5 실시예의 플라즈마 발생 장치의 한 가지 배치예를 개략적으로 나타낸다. 도 11에서, 참조 부호 41은 플라즈마 처리 챔버로서의 에칭 챔버를 나타내고, 참조 부호 42는 상기 챔버(41)의 하류측에 연결되어 챔버(41) 내의 가스를 플라즈마 발생 장치(A1) 쪽으로 도입하는 고진공 터보 분자 펌프를 나타내며, 참조 부호 43은 터보 분자 펌프(42)와 플라즈마 발생 장치(41A) 사이가 소통되도록 연결하는 파이프를 나타내고, 43a는 파이프(43)에 합류 연결되어 첨가 가스를 도입하는 도입 포트를 나타내며, 45는 플라즈마 발생 장치(A1)에서 발생된 가스를 도입하기 위한 저진공 1차 펌프를 나타내고, 44는 플라즈마 발생 장치(A1)와 1차 펌프(45) 사이를 소통하도록 연결하는 파이프를 나타내며, 45a는 배기 포트를 나타낸다.

에칭 챔버(41)에서 생성된 가스는 유해하다. 이 유해한 가스는 터보 분자 펌프(42)에 의해 고진공으로 흡입되어 파이프(43)를 통해 플라즈마 발생 장치(A1)에 도입된다. 그 도중에, 증기 및 산소와 같은 첨가 가스가 도입 포트(43a)로부터 첨가된다. 플라즈마 발생 장치(A1)에서, 해로운 가스는 플라즈마의 존재 하에서 첨가 가스와 반응되어 처리하기 쉬운 물질로 전환된다. 상기 해로운 가스가 예컨대 CF₄이고 증기(H₂0)와 반응한다면, 이 가스는 CO₂및 HF가 된다. 제1 펌프(45)는 플라즈마 발생 장치(A1)에서 생성된 처리가 용이한 가스를 흡입하여 그 가스를 배기 포트(45a)를 통해 하류측의 처리 설비에 도입한다. 가스는 최종적으로 상기 처리 설비에서 처리된다. 예컨대 상기 예에서, HF는 물에 용해되고 알카리성 물질과 반응하여 무해하게 된다. 또는, 배기 가스는 흡착제에 의해 제거되거나 연소된다.

도 12는 바람직한 제5 실시예에서 적당한 플라즈마 발생 장치(A1)의 구조를 나타내는 수직 단면도이다. 제5 실시예의 플라즈마 발생 장치(A1)에서, 도 12의 구조와 도 1의 구조의 차이는 다음과 같다. 제2 방전관 요소(12)에는 제3 방전관 요소(13)의 장치 장착용 위한 플랜지(13c) 뿐만 아니라 연결용 플랜지(12d)도 마련되어 있다. 제2 방전관 요소(12)의 플랜지(12d)는, 상류측에 배치된 터보 분자 펌프(42)에 연결하기 위한 파이프(43)에 연결하도록 설치되어 있고, 제3 방전관 요소(13)의 장치 장착용 플랜지(13c)는 하류측에 배치된 제1 펌프(45)에 연결하기 위한 파이프(44)에 연결하도록 설치되어 있다.

그런데, 제5 실시예의 플라즈마 발생 장치(A1)에서, 제2 방전관 요소(12)는 제3 방전관 요소(13)와 동일한 구조를 갖는다. 이들은 도면에서 대칭적 관계로 되어 있다.

구체적으로 설명하면, 도 1, 도 4 및 도 7의 경우에, 상측 방전 갭(16)을 형성하는 제2 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)은 플랜지(12a) 아래로 하향 돌출되고, 하측 방전 갭(17)을 형성하는 제3 방전관 요소(13)의 내관 부분(13m)은 도 12의 경우에 플랜지(13a)와 동일면에 있는 형태이며, 하측 방전 갭(17)을 형성하는 제3 방전관 요소(13)의 내관 부분(13m)이 플랜지(13a)와 동일면에 있는 형태이며, 상측 방전 갭(16)을 형성하는 제2 방전관 요소(12)의 내관 부분(12m)은 플랜지(12a)와 동일면에 있는 형태이다.

이렇게 하는 이유는, 제2 방전관 요소(12)와 제3 방전관 요소(13) 중 어느것에 대하여 하나의 방전관 요소를 사용함으로써 제조 비용이 감소되기 때문이다. 또한, 이렇게 하는 이유는, 제2 방전관 요소(12)를 상류측의 파이프(43)에 연결해야 하고 제3 방전관 요소(13)를 하류측 파이프(44)에 연결해야 하는 제약을 없애고, 방전관 요소를 어느 쪽의 파이프에도 연결할 수 있는 유연성이 주어지기 때문이다.

도 1, 도 4 및 도 7의 경우에, 제2 방전관 요소(12) 및 제3 방전관 요소(13)는 비대칭 관계에 있는데, 이와 같이 하는 이유는, 기능을 서로 달리하는 제2 방전관 요소(12)와 제3 방전관 요소(13)가 제1 방전관 요소(11)에 어떻게 부착되는가의 위치적 관계가 각각 고정적이고 방전관 요소(12, 13)가 서로 호환성이 없기 때문에, 부적절하게 부착되는 것을 방지할 필요가 있다는 것이다.

다만, 제5 실시예에 있어서, 제2 방전관 요소(12)와 제3 방전관 요소(13)는 비대칭 관계에 있을 수도 있다. 그리고, 도 1, 도 4 및 도 7의 경우에, 방전 갭(16, 17) 부근의 형태는 대칭일 수도 있다.

또한, 제5 실시예의 변형예로서, 제2 실시예에서 설명한 방전 갭의 형태, 제3 실시예에서 설명한 절연체의 형태, 제4 실시예에서 설명한 방식이 적용될 수도 있다.

(본 발명의 바람직한 제6 실시예)

바람직한 제6 실시예는 특히, 높은 가스 압력의 조건에서도 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있게 해준다.

제1 실시예 내지 제3 실시예 및 제5 실시예의 플라즈마 발생 장치의 경우는플라즈마 발생 공간(26) 내부의 가스 압력이 비교적 낮은 조건에서는 효율적이다. 그러나, 플라즈마 발생 공간(26) 내부의 가스압이 증가함에 따라, 전자의 평균 자유 행정(mean free path)이 증가되기 때문에, 플라즈마 발생 공간(26) 전체에 걸쳐 플라즈마 발생이 널리 퍼지는 것은 점점 어려워진다.

한 충돌로부터 다음 충돌까지 입자가 이동하는 거리가 자유 행정이라고 칭해지고, 그 평균값을 평균 자유 행정이라고 한다. 평균 자유 행정은 일정한 온도에서 가스 압력에 역비례한다. 즉, 가스 압력이 높을수록, 전자의 평균 자유 행정은 짧아진다.

덧붙여 말하자면, 증기 분자의 속도 분포를 맥스웰-볼츠만 분포칙(分布則)으로 나타낼 때, 증기 분자의 평균 자유 행정(λ)(cm)은 다음과 같은 식으로 표현된다.

상기 식에서, n은 증기 분자의 밀도(분자수/cm²)이고, σ는 분자의 직경(cm)이다. 증기 분자의 압력(P)과 밀도(n)는 일정한 온도에서 정비례하기 때문에, 다음의 식으로 된다.

전술한 바와 같이, 평균 자유 행정은 증기 분자의 크기에 좌우되고, 압력의 증가(증기 분자의 밀도 증가)에 따라 감소한다. 그리고, 다양한 증기에서 전자의 평균 자유 행정은 증기 분자 자체의 평균 자유 행정의 4배의 값을 갖도록 되어 있다(여기에서,는 2의 제곱근을 의미한다).

전술한 바와 같이, 높은 가스 압력 하에서, 전자의 평균 자유 행정은 짧아지기 때문에, 플라즈마의 발생은 방전 갭의 부근에 한정된다. 도 13은 제1, 제2, 제3 및 제5 실시예에서 뿐만 아니라, 중앙의 제1 방전관 요소(11)의 축방향 길이가 관의 내경에 비해서 상당히 커지는 상태를 나타낸다. 그리고, 도 13은 플라즈마 발생 공간(26)이 높은 가스 압력으로 되기 때문에, 전자의 평균 자유 행정이 짧고 방전 갭(16)을 중심으로 하는 플라즈마 영역(P11)과 방전 갭(17)을 중심으로 하는 플라즈마 영역(P12) 사이의 연결이 소실되는 상태를 나타낸다. 즉, 플라즈마는 방전관의 플라즈마 발생 공간(26) 전체에 걸쳐 널리 퍼지지 않는다. 상기 플라즈마 영역이 이러한 연결의 소실 상태에 있고 서로 분리되어 있는 경우에, 플라즈마 발생 효율은 극히 낮은데, 왜냐하면 생성되는 플라즈마의 양에는 일정한 한계가 있고, 고주파 전원(25)으로부터 공급되는 전력이 증가한다 하더라도 그 이상의 플라즈마 발생 증가는 기대할 수 없기 때문이다.

상기 제6 실시예는 전자의 평균 자유 행정을 짧게 하는 높은 가스 압력의 상태에서도 플라즈마 발생 효율을 높게 유지할 수 있도록 해준다.

도 14는 상기 제6 실시예의 고주파 방전 방식의 플라즈마 발생 장치 구조를 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다.

제1 실시예를 나타내는 도 1에서 참조 부호 12로 나타낸 상측 금속 재료 제2 원통형 방전관 요소에 대응하는 것으로서 참조 부호 52로 나타낸 금속 재료 제2 방전관 요소가 있고, 도 1의 참조 부호 13으로 나타낸 하측의 금속 재료 제3 원통형 방전관 요소에 대응하는 것으로서, 참조 부호 53으로 나타낸 금속 재료 제3 방전관 요소도 있다. 그리고, 제1 실시예를 나타내는 도 1에서 참조 부호 11로 나타낸 중앙의 금속 재료 제1 방전관 요소에 대응하는 방전관 요소는 관축 방향으로 3부분으로 분할되고, 3개의 방전관 요소, 즉 참조 부호 51로 나타낸 중앙의 금속 재료 제1 방전관 요소, 참조 부호 54로 나타낸 중간의 금속 재료 제4 방전관 요소, 참조 부호 55로 나타낸 중간의 금속 재료 제5 방전관 요소의 결합으로 이루어진다.

참조 부호 51a 및 51b는 중앙의 제1 방전관 요소(51)의 상단 및 하단에 일체적으로 연접되는 연결용 플랜지를 나타내고, 참조 부호 52a는 제2 방전관 요소(52)의 하단에 일체적으로 연접되는 연결용 플랜지를 나타내며, 참조 부호 53a는 제3 방전관 요소(53)의 상단에 일체적으로 연접되는 연결용 플랜지를 나타내고, 참조 부호 54a 및 54b는 제4 방전관 요소(54)의 상단 및 하단에 일체적으로 연접되는 연결용 플랜지를 나타내며, 참조 부호 55a 및 55b는 제5 방전관 요소(55)의 상단 및 하단에 일체적으로 연접되는 연결용 플랜지를 나타내고, 참조 부호 51m 내지 55m은 내관 부분을 나타내며, 참조 부호 51n 내지 55n은 외관 부분을 나타내고, 참조 부호 61, 62, 63 및 64는 방전 갭 및 진공 밀봉 형성용 절연체를 나타내며, 참조 부호 65 내지 68은 방전 갭을 나타내고, 참조 부호 52b는 플라즈마용 가스 유도 포트를 나타내며, 참조 부호 53b는 플라즈마 방전 포트를 나타내고, 참조 부호 53c는장치 장착용 플랜지를 나타내고, 참조 부호 71 내지 78은 O링을 나타내며, 참조 부호 81a 내지 85a는 냉매 유입관을 나타내고, 참조 부호 81b 내지 85b는 워터 자켓 방식의 냉매 유로를 나타내고, 참조 부호 81c 내지 85c는 냉매 유출관을 나타내며, 참조 부호 86은 고주파 전원을 나타낸다. 이들 구성 요소와 관련하여, 제1 실시예 내지 제5 실시예에서 설명하였고 제6 실시예에서는 반복하여 설명하지 않은 사항들은 제6 실시예에도 상응하는 것으로 취급하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

제1 방전관 요소(51)의 상단측 연결용 플랜지(51a)와, 제4 방전관 요소(54)의 하단측 연결용 플랜지(54b)는 절연체(62)를 두 플랜지 사이에 끼워 지지하며, 각각의 O링(73, 74)이 절연체(62)와 기밀 접촉하는 상태로, 그리고 방전 갭(66)이 내관 부분(51m)의 상단면과, 내관 부분(54m)의 하단면 사이에 형성되는 상태로 제1 방전관 요소(51)가 제4 방전관 요소(54)에 동축으로 연결된다.

또한, 제1 방전관 요소(51)의 하단측 연결용 플랜지(51b)와, 제5 방전관 요소(55)의 상단부 연결용 플랜지(55a)는 절연체(63)를 두 플랜지 사이에 끼워 지지하고, 또한 각각의 O링(75, 76)이 절연체(63)와 기밀 접촉하는 상태로, 그리고 방전 갭(67)이 내관 부분(51m)의 하단면과 내관 부분(55m)의 상단면 사이에 형성되는 상태로, 제1 방전관 요소(51)가 제5 방전관 요소(55)에 동축으로 연결된다.

또한, 제4 방전관 요소(54)의 상단측 연결용 플랜지(54a)와, 제2 방전관 요소(52)의 하단측 연결용 플랜지(52a)는 절연체(61)를 두 플랜지 사이에 끼워 지지하고, 또한 각각의 O링(71, 72)이 절연체(61)와 기밀 접촉하는 상태로, 그리고 방전 갭(65)이 내관 부분(54m)의 상단면과 내관 부분(52m)의 하단면 사이에 형성되는상태로, 제4 방전관 요소(54)가 제2 방전관 요소(52)에 동축으로 연결된다.

유사하게, 제5 방전관 요소(55)의 하단측 연결용 플랜지(55b)와, 제3 방전관 요소(53)의 상단부의 연결용 플랜지(53a)는 절연체(64)를 두 플랜지 사이에 끼워 지지하고, 또한 각각의 O링(77, 78)이 절연체(64)와 기밀 접촉하는 상태로, 그리고 방전 갭(68)이 내관 부분(55m)의 하단면과 내관 부분(53m)의 상단면 사이에 형성되는 상태로, 제5 방전관 요소(53)가 제3 방전관 요소(53)에 동축으로 연결된다.

따라서, 제1 방전관 요소 내지 제5 방전관 요소(51 내지 55)는 동축으로 연접되는 상태가 되고, 분할된 5부분으로부터 조립되는 하나의 방전관(A2)을 구성한다.

플라즈마 발생 에너지 공급원으로서 사용되는 고주파 전원(86)의 두 출력 터미널 중, 하나는 접지(GND)에 연결되어 접지 터미널(86a)로서 설정되고, 다른 하나는 고전압 터미널(86b)로서 설정된다. 고주파 전원(86)의 접지 터미널(86a)은 5개의 방전관 요소 중 상류측 단부, 하류측 단부, 중앙에 각각 배치되어 있는 제2 방전관 요소(52), 제3 방전관 요소(53) 및 제1 방전관 요소(51)에 연결되고, 고주파 전원(86)의 고전압 터미널(86b)은 나머지 제4 방전관 요소(54) 및 제5 방전관 요소(55)에 연결된다.

제1 방전관 요소 내지 제5 방전관 요소(51 내지 55)로 이루어지는 분할된 5부분으로부터 조립되는 하나의 방전관(A2)은 일련의 원통형 관 형태를 취하고, 그 일단에 플라즈마용 가스 도입 포트(52b)가 마련되고, 타단에 플라즈마 방전 포트(53b)가 마련되며, 양측단 사이의 공간은 플라즈마 발생용 가스 및 플라즈마가유동하는 플라즈마 발생 공간(87)이 된다.

플라즈마 발생용 가스는 플라즈마용 가스 도입 포트(52b)로부터 플라즈마 발생 공간(87)으로 공급되고, 고주파 전원(86)을 작동시킴으로써 수직 방향으로 복수의 단계인 제1 방전 갭 내지 제4 방전 갭(65 내지 68)에 고주파 전력이 공급되어, 플라즈마 발생 공간(87)과 소통되는 방전 갭(65 내지 68)에서 고주파 전자기장이 발생된다. 동시에, 제1 방전관 요소 내지 제5 방전관 요소(51 내지 55)의 하측에 위치한 냉매 유입관(81a 내지 85a)으로부터 냉매가 공급되어, 냉매 유로(81b 내지 85b)에서 상방향으로 이동되고, 냉매 유출관(81c 내지 85c)으로부터 유출된다.

플라즈마용 가스 도입 포트(52b)로부터 플라즈마 발생 공간(87) 내로 도입된 플라즈마 발생용 가스는 고주파 전자기장이 형성되는 방전 갭(65 내지 68)에서 점화된다. 일단 플라즈마 점화가 이루어지면, 고주파 전원(86)이 출력하는 고주파 전력을 점차적으로 증가시킴으로써 연쇄 반응이 촉진된다.

도 15에 도시한 바와 같이, 플라즈마 발생용 가스는 높은 가스 압력의 상태에 있기 때문에, 전자의 평균 자유 행정은 짧고, 제1 방전 갭(65)을 중심으로 하는 제1 플라즈마 영역(P1), 제2 방전 갭(66)을 중심으로 하는 제2 플라즈마 영역(P2), 제3 방전 갭(67)을 중심으로 하는 제3 플라즈마 영역(P3), 제4 방전 갭(68)을 중심으로 하는 제4 플라즈마 영역(P4) 각각의 관축 방향의 점유 범위(holding ranges)는 짧지만, 관축 방향으로 인접하여 있는 제1 플라즈마 영역(P1)과 제2 플라즈마 영역(P2)은 상호 연결되고, 제2 플라즈마 영역(P2)과 제3 플라즈마 영역(P3)도 상호 연결되며, 또한 제3 플라즈마 영역(P3)과 제4 플라즈마 영역(P4)도 상호 연결되므로, 연쇄 반응은 더욱 진행되어, 플라즈마 영역은 플라즈마 발생 공간(87) 전체에 걸쳐 널리 퍼지며, 4개의 플라즈마 영역(P1 내지 P4)은 하나로 연결되게 된다. 즉, 높은 가스 압력의 상태에서도, 발생되는 플라즈마의 양은 증가하고, 따라서 전원의 효율을 증대시키고 플라즈마 발생 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 방전 갭 사이의 거리는 이온화하여 플라즈마화하려 하는 가스의 종류, 가스의 압력, 가해지는 전력(전압), 가해지는 주파수와 같은 플라즈마 발생 조건에 따라 가변적이지만, 방전시키려 하는 가스 영역에서 생성된 플라즈마가 서로 연결되도록 하는 방식으로 설정된다.

경우에 따라서, 방전관의 분할수를 더욱 증가시켜 방전 갭 사이의 거리를 설정할 수도 있다. 이러한 경우에, 방전관 요소의 수는 방전관을 홀수 개로 분할하여 홀수로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 방전관 요소의 수는 7, 9, 11 등일 수 있다.

이와 같이 하는 이유는, 제1, 제2, 제3, 제5 및 제6 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 고주파 전원의 접지 터미널과 고전압 터미널을 교대로 방전관 요소에 연결할 때 홀수 개의 방전관 요소를 사용하는 경우, 고주파 전원의 접지 터미널은 플라즈마용 가스 도입 포트가 있는 상류측 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방전 포트가 있는 하류측 제3 방전관 요소에 연결할 수 있고, 따라서 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 바람직한 제1 실시예의 변형으로서 제6 실시예를 설명하였지만, 이는 바람직한 제2, 제3, 제5 실시예의 플라즈마 발생 장치 중 어느 유형의 장치에도 적용될 수 있다. 그리고, 바람직한 제4 실시예는 제6 실시예에도 적용할 수 있다.

(본 발명의 바람직한 제7 실시예)

바람직한 제7 실시예는 방전관 요소와 고주파 전원 사이의 연결에 관한 것이다.

전술한 바람직한 실시예에 있어서, 예컨대 고주파 전원의 접지 터미널과 고압 터미널은 도 1에 도시한 바와 같이, 교대로 방전관 요소에 연결된다.

그러나, 본 발명은 고주파 전원의 접지 터미널과 고전압 터미널을 교대로 방전관 요소에 연결하는 것에 한정되지 않는다.

즉, 고주파 전원의 접지 터미널은 2 이상의 인접한 방전관 요소에 연결될 수도 있다.

이러한 연결의 한 예를 도 16a 및 도 16b를 참조하여 설명한다.

도 16a 및 도 16b는 방전관 요소와 고주파 전원 사이의 연결의 한 예를 보여주는 도면이고, 방전관 요소의 냉매 유로, 연결용 플랜지, 절연체 등은 도시를 생략하였으며, 방전관 요소 및 고주파 전원과의 연결 관계만을 도시하였다. 또한, 빗금친 부분은 고주파 전원의 접지 터미널에 연결된 방전관 요소를 나타내고, (빗금이 없는) 다른 부분은 고주파 전원의 고전압 터미널에 연결된 방전관 요소를 나타낸다. 참조 부호 G는 플라즈마를 점화할 수 있는 실질적인 방전 갭을 나타낸다. 양방향 화살표 X1의 범위는 방전 갭 사이의 거리를 나타내고, 양방향 화살표 X2의 범위는 플라즈마 생성 효율을 향상시켜 플라즈마 영역을 하나로 잇는 데 필요한 방전 갭 사이의 거리를 나타낸다.

도 16a 및 도 16b는 방전관이 10개의 부분으로 분할되어 있고, 플라즈마용 가스 도입 포트가 있는 상류측 제2 방전관 요소(E1)와 플라즈마 방전 포트가 있는 하류측 제3 방전관 요소(E10)가 안정성의 측면에서 고주파 전원의 접지 터미널에 연결되어 있는 연결예이다.

따라서, 고주파 전원의 접지 터미널 또는 고압 터미널은 인접한 2개 이상의 방전관 요소에 순차적으로 연결될 수도 있다.

이러한 경우에, 고주파 전원으로부터 가해지는 고주파 전력(전압)의 수준은 인접한 방전관 요소에서 동일하게 된다. 따라서, 이 위치에 있는 방전 갭에서는 플라즈마 점화가 발생되지 않는다. 따라서, 상기 갭이 실질적으로 방전 갭이 되지 않기 때문에, 플라즈마를 점화할 수 있는 방전 갭 사이의 거리(X1)는 실질적으로 늘어나게 된다.

그러나, 관축 방향으로의 방전관 요소의 길이는 플라즈마 발생 효율을 증대시킴으로써 플라즈마 영역을 하나로 잇는 데 필요한 방전 갭 사이의 거리(X2)보다 짧고, 플라즈마를 점화할 수 있는 방전 갭 사이의 거리(X1)는 도 16에 도시한 것과 같이 연결함으로써 실질적으로 길어질 수도 있다.

도 16a 및 도 16b로부터 명백한 바와 같이, 고주파 전원의 접지 터미널이 제2 방전관 요소(E1) 및 제3 방전관 요소(E10)에 연결되어 있는 경우, 플라즈마를 점화할 수 있는 방전 갭의 수는 고주파 전원의 접지 터미널 또는 고전압 터미널이 인접한 2 이상의 방전관 요소에 순차적으로 연결되어 있어도 짝수가 된다.

또한, 제7 실시예에 있어서, 방전관 요소의 냉매 유로, 연결용 플랜지, 절연체 등에 대한 도시는 생략하였고, 도 16a 및 도 16b를 이용하여 단지 방전관 요소와 고주파 전원 사이의 연결 관계만을 도시하였지만, 각각의 상세한 예는 제1 실시예 내지 제6 실시예에서 설명한 형태를 사용할 수도 있다.

그런데, 전술한 바람직한 실시예에 있어서, 내열성이 큰 코팅을 내관 부분(11m, 12m, 13m 또는 51m 내지 55m)의 내주면에 도포할 수도 있다. 코팅 재료로서, 반도체 장치와 같은 기재에 유해한 영향을 덜 미치는 수지를 사용할 수 있다.

또한, 방전 갭의 형상으로서, 도 17a 내지 도 17h에 도시한 것과 같은 여러 변형이 가능하다. 날카로운 부분 또는 돌출부가 있는 방전 갭, 더 많은 날카로운 부분 또는 돌출부가 있는 방전 갭은 플라즈마 점화 성능이 더 크다. 그리고, 폭이 좁은 방전 갭의 경우가 플라즈마 점화 성능이 더 크다.

더욱이, 전술한 바람직한 실시예에 있어서, 방전관 요소의 일부는 냉매를 유동시켜 모든 방전관 요소를 냉각하는 것 대신에 공기를 이용하여 냉각할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예라고 생각되는 것을 설명하였지만, 여러 변형이 가능하다는 것을 이해하여야 하며, 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 이러한 모든 변형예는 첨부된 청구의 범위에 의해 포괄되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 따르면, 방전관의 열열화로 인한 균열, 파괴및 냉매의 유출과 같은 파손을 효과적으로 방지하면서 효율이 우수한 플라즈마 발생 장치를 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 플라즈마 발생 장치로서,

   방전관을 관축 방향으로 복수개로 분할한 형태를 갖는 각각의 방전관 요소가 금속 재료로 제조되고,

   이들 금속 재료 방전관 요소는, 이들 방전관 요소 사이에 절연체를 개재시켜 방전 갭이 형성되어 있는 상태로 상호 기밀하게 연결되고,

   상기 플라즈마 발생 장치는 고주파 전력을 가함으로써 상기 방전 갭에서 플라즈마 점화를 가능하도록 구성되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 금속 재료 방전관 요소로서 중앙에 위치하는 제1 방전관 요소와, 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방출 포트를 갖는 제3 방전관 요소를 구비하고,

   이들 각각의 방전관 요소는 관축 방향으로 상호 기밀 연결되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 방전관 요소와 상기 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 사이의 연결 관계로서, 상기 고주파 전원의 고압 터미널은 상기 중앙의 제1 방전관 요소에 연결되고, 상기 고주파 전원의 접지 터미널은 상기 양측의 제2 및 제3 방전관 요소에 연결되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 금속 재료 방전관 요소로서, 중앙에 위치하는 제1 방전관 요소와, 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 상류측 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방출 포트를 갖는 하류측 제3 방전관 요소와, 상기 중앙의 제1 방전관 요소와 상기상류측의 제2 방전관 요소 사이에 위치하는 매개 제4 방전관 요소와, 상기 중앙의 제1 방전관 요소와 상기 하류측 제3 방전관 요소 사이에 위치하는 매개 제5 방전관 요소를 구비하며,

   이들 각 방전관 요소는 관축 방향으로 상호 기밀 연결되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 내지 제5 방전관 요소와 상기 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 사이의 연결 관계로서, 상기 고주파 전원의 접지 터미널은 상기 중앙의 제1 방전관 요소와, 상기 상류측 제2 방전관 요소와, 상기 하류측 제3 방전관 요소에 연결되며, 상기 고주파 전원의 고압 터미널은 상기 매개 제4 방전관 요소와, 상기 매개 제5 방전관 요소에 연결되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 금속 재료 방전관 요소의 개수가 홀수인 것인 플라즈마 발생 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 홀수개의 방전관 요소와 상기 고주파 전력을 공급하는고주파 전원 사이의 연결 관계로서, 상기 고주파 전원의 접지 터미널이 플라즈마용 가스 도입 포트를 갖는 상류측 제2 방전관 요소와, 플라즈마 방출 포트를 갖는 하류측 제3 방전관 요소에 연결되는 조건 하에서, 상기 고주파 전원의 접지 터미널과 고압 터미널은 교대로 상기 홀수개의 방전관 요소에 연결되는 것인 플라즈마 발생 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 점화 가능한 방전 갭의 개수는 짝수인 것인 플라즈마 발생 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상호 연결되는 방전관 요소 사이의 연결은, 각각의 방전관 요소에 일체적으로 연접되어 있는 반경방향으로 외향으로 배향된 플랜지가 상호 대향하도록 하며, 상기 절연체는 이들 대향 플랜지 사이에 개재되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 방전관 요소는 상호 개별적으로 냉매 유로를 갖추고 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 상기 방전관 요소 중의 일부는 냉매 유로를 가지며, 나머지 방전관 요소는 공기에 의해 냉각되는 것인 플라즈마 발생 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 갭과 상기 절연체 사이의 관계에 있어서, 상기 방전 갭에 연결되는 상기 양측 방전관 요소 사이의 갭은, 상기 방전관 요소의 관축 방향으로 대하여 수직한 방향을 따르는 부분과 관축 방향을 따르는 부분 사이를 연결시키는 상태로 형성되어 있는 것인 플라즈마 발생 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전관 요소 사이에 개재된 절연체는 진공 밀봉을 위한 외측 본체 부분과, 플라즈마에 노출되는 내측 보호부분으로 나뉘어진 것인 플라즈마 발생 장치.