KR200398765Y1 - 다용도 마이크로웨이브 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다용도 마이크로웨이브 발생 장치에 관한 것으로서, 전계 유도 장치는, 공진기(10)와 상기 공진기에 수직으로 설치된 프로브(25)에 마이크로웨이브를 유도하는 여진기(20)로 구성되고, 전계 방사 장치는, 전극 고정부(30)와 절연관 고정부(40)로 구성하여 전계 유도판(43) 외부로 노출된 절연관(45)과, 상기 절연관내의 방사 전극(51)으로, 가열 및 저온 플라즈마를 발생시키는 장치이다. 따라서, 본 고안에서는 방사 전극(51)에 유도된 마이크로웨이브 전계가 전계 유도판(45)사이로 방사되며 양단사이에 형성되는 근접유도 전계를 이용하여 공진 모드가 필요치 않는 가열 및 저온 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

다용도 마이크로웨이브 발생장치{MULTIPURPOSE MICROWAVE SOURCE APPARATUS}

본 고안은 다용도 마이크로웨이브 발생장치에 관한 것으로서, 특히 전계유도장치 와 전계방사 장치로 구성하여 방사 전극에 유도된 마이크로웨이브 전계가 전계 유도판과 방사 전극사이로 방사되며 형성되는 근접유도 전계를 이용하여 가열 및 저온 플라즈마를 발생시킴으로서, 공진 모드가 필요치 않는 마이크로웨이브 발생장치에 관한 것이다.

마이크로웨이브를 이용한 다양한 응용분야들, 예컨대 건조, 가열처리, 살균처리, 환경가스처리, 고분자 표면처리, 등의 장치가 있으며. 특히, 마이크로웨이브의 기체 방전을 이용한 저온 플라즈마 장치의 개발이 더욱 두드러지고 있으며, 상기 장치로는 플라즈마CVD, 금속질화 처리, 반도체 공정응용 장치 등이 상용화되어 사용 중에 있으며, 도 2a 는 종래의 장치구성 및 공진 모드의 개략도이다.

상기 종래의 가열 및 저온 플라즈마 장치들은 애플리케이터 내로 입사된 마이크로웨이브가 내부의 구조에 따라 형성되는 공진 모드에 따라 동조되어 가열 및 저온 플라즈마를 발생하므로서, 필요에 따른 공진 모드의 추출이 매우 어렵고, 또한, 동일 장치 내에서 처리조건이 다른 작업에서는 공진 모드 주변환경의 변화 예컨대, 활성가스의 양, 질, 압력 등의 변화가 마이크로웨이브 출력 전계와 혼재되여 발생되는 임피던스변화에 따라 타공진 모드로 전이하는 등의 단점이 있었다. ECR 에칭 소스의 TE113 공진 모드는 하나의 실시 예가 될 수 있다.

본 고안의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 전계 유도 장치와 전계 방사 장치를 구비하여 전계 유도판과 방사 전극의 근접유도 전계를 이용하여 공진 모드가 필요치 않는 가열 및 저온 플라즈마를 발생시키는 다용도 마이크로웨이브 발생장치를 제공하는데 있으며, 도 2b 는 본 고안에 의한 장치구성 및 근접 전계의 개략도 이다.

본 고안의 다른 목적은 마이크로웨이브를 방사 전극과 전계 유도판에 방사시키기 위한 전계 유도 장치와 전계 방사 장치를 제공하는데 있다.

본 고안에 따른 주요 구성은, 전계 유도장치와 전계 방사장치로 구성되며, 전계 유도장치는, 마이크로웨이브를 여진기(20)에 유도시키기 위한 공진기(10)와, 상기 공진기에 수직으로 설치된 프로브(27)에 마이크로웨이브를 유도하고 결합 임피던스 조절기(24)를 포함하는 여진기(20)로 구성된다.

상기 여진기와 결합되는 전계 방사 장치는, 방사 전극(51)을 고정하고 냉각 체를 이동 로를 구비한 상기 전극 고정부(30)와 결합하여 방사전극(51)을 감싸 애플리케이터 내를 밀폐 공간으로 구성하고 절연관(52)을 고정하며 활성가스 입력구(

48)를 갖춘 절연관 고정부(40)로 전계 방사 장치를 구성하여, 상기 절연관 고정부와 결합된 전계유도판(45)과 방사 전극(51)사이로 발생된 근접유도 전계에 의하여 가열 및 저온 플라즈마를 발생시키는 장치이다.

따라서, 본 고안에서는 상기 방사 전극(51)에 유도된 마이크로웨이브 전계가 상기 전계 유도판(45)으로 방사되며 형성되는 근접유도 전계를 이용하여 공진 모드가 필요치 않는 가열 및 저온 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생장치를 제공한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안에 의한 다용도 마이크로웨이브 발생장치의 바람직한 일 실시예의 단면도이다.

상기와 같이 구성된 각 부분의 금속하우징 결합은 마이크로웨이브 누설을 방지하기 위하여 결합 턱으로 끼워맞춤되여 고정되고, 내부의 걸림턱 및 전류조절봉과 방사 전극봉 등의 가공 면은 날카로운 면에 전계의 집중을 방지하기 위하여 부드러운 라운드로 처리하고, 마이크로웨이브에 대한 전도성을 높이기 위한 금 은 으로 도금처리 하며, 사용 절연부재는 마이크로웨이브에 대한 유전손실이 적고 열적 화학적으로 안정된 테프론, 알루미나, 석영 등으로 구성됨이 바람직하다.

상기 공진기(10)는, 동 황동, 알루미늄 등의 구형 파이프로 내측 비율이, 가로 세로 2:1로 형성된 구형 도파관 단부 외측 양단에, 결합 볼트공이 구비된 플랜지

(16)를 구성하여, 일 측에 단락판(17)을 결합하고, 단락판 내측으로 부터 λg/4 위치의 가로축 중심에 상기 여진기(20)를 고정하는 금속의 고정받침(12)의 하부

걸림턱(14)이 끼워맞침 되는 크기의 개구공을 형성하고, 고정받침(12)내부에 제1

전류조절봉(28)의 외경보다 큰 이동공(15)과 상부 걸림턱(13)과 여진기(20)고정 볼트 공이 형성된 상기 고정받침(12)을 상기 개구공에 끼워 맞침후 용접 등으로 고정하여 가로축의 중심전계가 가장 높은 TE10 모드(18) 공진기를 구성한다.

또한, 상기 공진기(10)는 구형 도파관에 국한되지 않으며. 필요에 따라 원형. 직사각형등 다양한 형태로 구성이 가능하며, 상술한 단락판 내측으로부터 λg/4 위치와 TE10 모드 공진기는 전계의 가장 높은 위치를 도출하기 위한 일 실시예 이다.

상기 여진기(20)는, 원형 금속 파이프 형태로 형성된 하우징(20a)의 상단부 외측에 전극고정부(30)와 결합을 위한 결합턱 (23)을 구성하고, 단부 외측 양면으로 부터 중심으로 연장된 곳에, 상기 공진기(10)와 전극 고정부(30)를 결합하는 볼트 결합턱을 형성하고, 내부 중심부에 절연재(26)가 고정될 수 있도록 내경보다 조금 작은 걸림턱(25)을 구성하며, 걸림턱과 상단의 중심에 금속 볼트 형태의 임피던스 미세 조절용 튜닝 스크류(24)를 구비한다.

상기 절연재(26)는, 상단부에 상기 걸림턱(25)에 고정될 수 있는 턱걸림을 구성하고 중심에는 프로브(27)가 설치되는 결합 공을 구비하며, 상기 프로브(27)는

, 동 황동 봉으로 상기 절연재(26)중심에 끼워 맞춤으로 결합 되여,세트 스크류

(21)로 상기 절연재(26)에 고정되고, 양단 부에는 임피던스 정합을 위한 제1 전류조절봉(28)과 제2 전류조절봉(22)이 결합되고 세트 스크류로 고정 되여, 임피던스조절 겸용 정전결합 여진기(20)가 구성된다.

상기 제1 전류봉(28)은 규격이 다른 공진기와 결합시 전계의 최대 점에 위치할 수 있도록 이동 조절되고, 상기 제2 전류봉(22)은 상기 전극고정(50)과의 간격을 조절하여 필요에 따른 방사 전계 양을 조절하며, 상기 전극고정(50)에 밀착 결합되면 전기적으로 연결 상태가 되여 최대 전류로 사용이 되여, 하우징 내측에 부설된 상기 튜닝 스크류(24)와의 간격에 따라 형성되는 전계변화에 의하여 결합 임피던스 조절을 하게 된다.

따라서, 상기 제1, 제2 전류봉(28,22)은 동일 규격의 공진기에 사용 시에는 최적 이동 위치와 같게 한개 이상을 프로브(27)에 직접 구성하여 사용 될 수도 있으며, 또한, 상기 전계유도 장치는 예컨대, 동축케이블 등과 결합하여 또다른 형태의 전계방사 장치에 되여 사용될 수 있다.

도 1 의 방사전극(51) A-A" 의 확대 도와, 전극고정(50)부근 "B" 의 확대 도를 참조하면, 상기 전극 고정부(30)는, 금속 파이프 형태로 하우징(30a)을 구성하여 상기 여진기(20)및 절연관 고정부(40)와 결합을 위한 볼트 공을 형성하고 내측의 하단에 여진기와 결합되는 결합턱(37)과 하부 절연재(31)가 고정되는 개구된 걸림턱(39)을 형성하고 상단 외측에는, 절연관 고정부와 결합되는 결합턱(34)과 상부 절연재(32)의 상단에는 밀착 결합되어지는 절연관(52)과 방사 전극(51)사이에 냉각 체가 입력하는 원형의 냉각 체 이 동구(33a)를 수직 하방으로 형성하고, 수평으로는 전극고정봉(50)내에 형성된 냉각 체 출구와 연결되는 순환 통로를 구성하여 상기 전극고정부(30) 하우징에 부설된 냉각 체 입, 출력 연결구(33,35)와 연결된다.

상, 하부 절연재(31,32)중심에는 상기 전극고정(50)을 둘러싸 고정을 하는 공간을 형성하며, 하부 절연재 중심에는 상기 전극고정(50)을 고정하며 상기 제2 전류조절봉(22)이 이동할 수 있는 충분한 공간의 결합공(38)을 구성한다.

상기 전극고정봉(50)에 결합되어 연장되는 상기 방사전극(51)은, 동,황동,스테인레이스 파이프로 하여 내측에는, 모리브텐, 또는 동,황동,스테인레이스 봉으로 도 1의 A 면 절개도 및 B면 확대 도와 같이 전극지지대(53)을 구성하여 중심에는 지지대 냉각공(55)을 구성하고, 측면에 냉각매체가 상기 방사전극(51)과 상기 전극지지대(53) 사이를 이동하는 냉각통로(56,58)와 상기 전극고정봉(50)상단을 거처 상기 전극고정봉(50)내에 연결된 냉각 체 출구(35)를 통하여 이동하며 냉각된다.

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따라서, 절연관 고정부(40)가 결합시 냉각 체는 상기 절연관(52)과 상기 방사전극(51)을 통하여 상기 전극지지대(53) 상부의 이동구 내로 유입되어 일부는 상기 전극지지대(53)상부에 수평으로 관통된 냉각공으로 이동하여 상기 방사전극(51)과

상기 전극지지대(53)를 거처, 상술한 냉각 체 순환경로를 따라 냉각 되여 진다.

상기 전계유도판(45)상단부에 근접한 위치에, 상기 방사전극(51)에 삽입될 수 있는 금속 링 의 외경을 V자 형태로 하여, 방전갭(54)를 구성하여 V자의 넓은 면이 상기 전계유도판(45) 상부에 근접하여 상기 방전갭(54)의 날카로운 부분이 대칭 되여, 상기 양단에 집중된 전계의 방전에 의하여 안정적인 기체 방전을 할 수 있도록 한다.

상기 절연관 고정부(40)는, 원형 금속판재로 하우징(40a)을 구성하여 하단 부에는 플랜지(42)와 전극 고정부(30)를 결합하는 결합턱(42a)과 상기 전극 고정

부(30)가 결합되는 볼트 공을 구성하고, 상단부는 애플리케이터 내부로 삽입될 수 있도록 플랜지 보다 내경이 작은 챔버 결합턱(43)과 상기 전계 유도판(45)의 하단이 수직 하방으로 끼워 맞춤 될 수 있는, 요(凹)부의 유도판 결합공(44)를 형성하고 절연관(52)외벽과 상기 유도판 결합공(44)사이에 활성가스 출구(48a)를 형성하고 가스이동 로를 구성하여, 플랜지 중심에 부설된 활성가스 입구(48)와 연결 구성된다.

상기 절연관 고정부(40)중심에 절연관(52)이 끼워맞춤되는 결합공을 구성하고 하단 중심으로부터 상단으로 형성된 절연관 고정턱(47)에는 내열오링(41)이 삽입 되여, 상단부가 밀폐되고 90도 정도로 입구가 넓어져 걸림턱이 구비된 석영 관으로 구성된 절연관(52)이 상기 절연관 고정턱(47)내의 오링에 삽입되며, 상기 절연관

(52)의 내경과 같은 크기를 갖는 원형의 동판 링으로 구성된 밀착판(49)은, 상기 전극고정부(30)가 절연관 고정부(40)끼어 맞춤 되여 밀착 고정될 때 압력을 완충하여 방전관의 파손을 방지한다.

상기 전계유도판(45)은, 원형 금속의 파이프가 상단을 향하여 좁아지고 상단부는 날카로운 면으로 구성하여, 상기 방전갭(54)과 근거리에서 대칭 되여 양단에 집중된 전계로 안정된 방전을 할 수 있도록 구성하여, 하단 부는 유도판 결합공(44)에 끼워 맞춤 되여 세트 스크류(46)로 고정된다.

상기와 같이 구성된 각부분이 고정볼트로 결합 되여, 도 2b 와같이 다용도 마이크로웨이브 발생장치가 구성되어 애플리케이터인 챔버에 고정되면, 챔버내부로 삽입된 상기 절연관(52)에 의하여 내부는 밀폐되며 상기 마이크로웨이브 발생장치의 공진기(10)에 결합 연장된, 도파관에는 제너레이터와 전기적으로 연결된 마그네트론이 장착되어진다.

이때, 일반적인 가열의 경우에는 제너레이터에 전원이 공급되어 상기 방사전극

(51)과 상기 전계유도판(45)의 근접 유도전계 내에 놓여진 작업 물이 가열되며, 진공펌프가 가동이 되면 진공건조가 진행된다.

또한, 진동 도를 대략 1 X10^-1 Torr 정도 감압하고 필요에 따른 활성가스가 주입되면 상기 방사전극과 전계유도판의 방사전계 내는 기체 방전에 의한 플라즈마가 발생하게 되며, 진공 도를 1 X10^-3Torr 이하로 감압을 하면 플라즈마는 챔버 내부 전체로 확산되어진다.

상술한 진공변화에 따른 플라즈마 상태변화는 챔버의 크기및 형태와 마이크로웨이브 출력과 가스의 질 양 등에 따라 달라짐으로, 설명을 위한 일 실시 예이다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 등록 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 도 3 와같이 여진기(20)는, 프로브(27)를 상단으로 넓어지고 끝단이 평행된 형태로 구성하여, 평행 단부 중심에 절연체와 고정되는 세트 스크류(21)로 고정하여 프로브(27)경사면을 따라 유도되는 마이크로웨이브의 급격한 임피던스변화를 감소시키는 정전유도 결합 여진기를 구성한다.

또한, 도 4 와같이 여진기(20)는, 프로브(27)를 수직 하방으로 연장하여 공진기(10)하단 외부로 인출하고 하부 고정판(13a)을 부설하여 고정을 하고 제1, 제2 전류조절봉(28,22)은 관통되어 이동이 가능토록 하며, 연장 프로브(27)내부를 통

하여 냉각수를 방사전극(51)과 전극지지대(53)사이로 이동 시켜 방사전극(51)을 냉각시킬 수 있는 전자결합 여진기가 구성되며, 도 2c에 일 실시예를 도시하였다.

또한, 도 5 와같이 방사전극(51)과 전계유도판(45)은 필요 작업에 따라, 방사전극(51)의 길이 및 방전갭(54)위치와 전계유도판(45)의 형상과 길이를 변경하여 방사 전계의 형태 변화와 이에 따른 근접 유도전계를 변형하여 작업을 할수 있으며, 도 2c에 일 실시예를 도시 하였다.

이상, 설명한 바와 같이 본 고안에서는 공진기에서 최대 전계를 여진기의 프로브로 유도하고 결합 임피던스를 조절하여 방사전극과 전계유도판 사이의 근접 유도전계로 가열 및 플라즈마를 발생시킴으로서 공진 모드가 필요치 않는 장치를 구현할 수 있으며, 방사전극과 전계 유도판을 변경하여 근접유도 전계의 형태 변화에 따른 다양한 작업과 복수장치의 설치가 용이하며, 장치 제어만으로 도 새로운 형태의 가열및 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

도 1 은 본 고안에 의한 다용도 마이크로웨이브 발생장치의 바람직한 일 실시예의 단면도.

도 2a 는 종래의 장치구성 및 공진 모드의 개략도.

도 2b 는 본 고안에 의한 장치구성 및 근접 전계의 개략도.

도 2c 는 본 고안에 의한 다른 실시예의 장치구성 및 근접 전계의 개략도.

도 3 은 본 고안에 의한 또 다른 실시예의 정전유도 결합 여진기 단면도.

도 4 는 본 고안에 의한 또 다른 실시예의 전자결합 여진기 단면도.

도 5 는 본 고안에 의한 또 다른 실시예의 전계 유도판과 방사전극의 변형 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 공진기 12: 고정받침

16: 플랜지 17: 단락판

20: 여진기 22: 제1 전류 조절봉

24: 튜닝 스크류 27: 프로브

28: 제2 전류 조절봉

30: 전극 고정부 31,32: 하, 상부 절연재

33,35: 냉각체 입 출구

40: 절연관 고정부 41: 내열오링

42: 플랜지 43: 챔버 결합턱 45: 전계 유도판 48: 활성가스 입구

49: 밀착판 50: 전극고정봉

51: 방사전극

52: 절연관 53: 전극지지대

54: 방전갭

Claims (8)

1. 애플리케이터의 일축에 결합되어 마그네트론에서 입사된 마이크로웨이브를 이용하여 가열 및 플라즈마를 발생시키는 장치에 있어서,

   공진기 상단에 결합된 고정받침과 상기 고정받침 상단에 결합되는 여진기 하우징과 상기 하우징에 부설된 튜닝 스크류와, 절연부재 중심에 수직하방으로 결합된 프로브로 구성된 전계유도 장치와,

   상기 전계유도 장치의 하우징에 결합되는 전극 고정부 하우징과 상기 하우징에 부설된 냉각체 입 출구와, 상 하부 절연부재로 고정된 전극고정과, 상기 전극고정봉에 연장된 내부에 전극지지대를 포함한 방사전극으로 구성되고, 절연관 고정부는, 상기 전극 고정부의 상단에 결합되는 플랜지와 챔버 결합턱과 활성가스 입 출구를 구비한 하우징과 상기 하우징에 결합되는 전계유도판과 상기 하우징 중심 하단부 절연관 결합턱에 오링이 삽입된 절연관과 밀착판으로 구성된 전계방사 장치 로 구성하여,

   상기 방사전극과 상기 전계 유도판 사이의 근접 유도전계를 이용하여 가열 및 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서 상기 각 하우징과 절연부재는, 고정 받침을 포함하여 결합턱으로 상기 각 부분이 끼워맞춤 되여 결합되는 것을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 여진기 프로브는 제1 전류봉과 제2 전류봉을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생장치용 여진기 프로브.
4. 제 1 항에 있어서, 절연관 고정부는, 하우징 중심 하단에서 상단을 향한 절연관 결합턱에 오링이 삽입된 절연관이 하우징 내벽에 밀착 삽입되고 밀착판에 의하여 절연관이 고정되여 파손이 방지되고 챔버 내부가 밀폐됨을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생장치용 절연관 고정부.
5. 제 1항에 있어서, 방사전극은, 내부에 전극지지대를 구비하여 방사 전극봉에 결합되고 절연관과 방사전극과 전극지지대 사이로 냉각체 이동로를 구성하며, 방전갭을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생장치용 방사전극.
6. 제 3 항에 있어서, 여진기 프로브는, 상단으로 넓어지고 끝단이 평행되고 평행단부 중심에 절연체와 고정되는 세트 스크류를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브용 발생장치용 여진기 프로브.
7. 제 1 항에 있어서, 여진기는, 프로브를 수직 하방으로 연장하여 공진기의 외부로 인출하고, 내부에 냉각체 이동구를 구비하여 하부 고정판으로 고정되고, 제1,제2 전류 조절봉은 관통되여 이동됨을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생장치용 전자 결합 여진기.
8. 제 1 항에 있어서, 전계 유도판과 방사 전극은, 하나 이상의 판재 형태로 전계유도판을 구성하여 비례적으로 방사전극의 길이가 구성됨을 특징으로 하는 다용도 마이크로웨이브 발생장치용 전계유도판과 방사전극.