KR20070088701A - 표면파 여기 플라즈마 발생 장치 및 표면파 여기 플라즈마처리 장치 - Google Patents

표면파 여기 플라즈마 발생 장치 및 표면파 여기 플라즈마처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 효율적으로 표면파 여기 플라즈마를 발생시키는 것이다. 표면파 여기 플라즈마 발생 장치(10)는 고리 형상 도파관(2)과 유전체 튜브(3)를 갖는다. 고리 형상 도파관(2)은 마이크로파(M)를 도입하는 도입구(2a), 도입되어 관내를 전파하는 마이크로파(M)가 반사되는 종단판(2b) 및 슬롯 안테나(2d)가 소정 간격으로 형성되어 있는 바닥판(2c)을 갖는다. 마이크로파(M)의 관내 파장을 λg로 하면, 바닥판(2c) 상의 위치(b)로부터 각 위치들(c, d, e)을 거쳐 위치(f)까지의 길이, 즉, 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이(π × D1)를 2λg로 설정하고, 각 위치들(b, c, d, e, f)을 λg/2의 간격으로 설정한다. 슬롯 안테나(2d)는 위치(c)와 위치(e)의 2개 위치에 배치되기 때문에, 2개의 슬롯 안테나(2d)의 간격은 관내 파장(λg)에 동일해진다.

Description

표면파 여기 플라즈마 발생 장치 및 표면파 여기 플라즈마 처리 장치{SURFACE WAVE EXCITATION PLASMA GENERATOR AND SURFACE WAVE EXCITATION PLASMA PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 도입하여 표면파 여기 플라즈마를 발생시키는 표면파 여기 플라즈마 발생 장치 및 표면파 여기 플라즈마를 이용하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)과 식각 등을 수행하는 표면파 여기 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
표면파 여기 플라즈마(Surface Wave Plasma: SWP)는, 마이크로파 도파관 내를 전파(propagation, 傳搬)하는 마이크로파를 슬롯 안테나로부터 유전체 부재로 도입하고, 마이크로파 전력에 의해 상기 유전체 부재의 표면에 생긴 표면파에 의해 플라즈마를 여기함에 따라 생성된다. 상기 마이크로파 도파관의 종류로서, 바닥판에 복수의 슬롯 안테나를 설치한 무종단(無終端)의 고리 형상 도파관이 알려져 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 평 5-345982호, 제 2페이지 도 6 및 도 9).
상기 일본특허공개공보 평 5-345982호(제2 페이지 도 6 및 도 9)의 무종단 고리 형상 도파관은 종단부를 갖지 않기 때문에 관 내부를 전파하는 마이크로파가 간섭하여 정재파(定在波, 정상파)의 형성이 불안정하고, 정재파의 위상과 슬롯 안테나의 상호 위치가 불확정적이며, 특정 슬롯 안테나에 마이크로파 전력이 집중되는 경우가 있다. 이에 따라, 표면파 여기 플라즈마의 발생 효율이 낮아지는 문제가 있다.
(1) 본 발명의 청구항 제1항에 따른 표면파 여기 플라즈마 발생 장치는, 마이크로파 발생 장치와, 상기 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 도입하는 도입부 및 고정의 종단부를 가지며, 하나 또는 소정 간격으로 배치된 복수의 슬롯 안테나가 형성된 바닥판을 내측면으로 하는 고리 형상 마이크로파 도파관과, 통 형상을 갖고, 상기 통의 외측면이 상기 고리 형상의 마이크로파 도파관의 바닥판에 접하여 설치되며, 상기 고리 형상 마이크로파 도파관 내를 전파하는 마이크로파를 슬롯 안테나를 통하여 도입하여 표면에 형성되는 표면파에 의해 표면파 여기 플라즈마를 생성하는 통 형상 유전체 부재를 구비하고, 마이크로파의 관내 파장을 λg로 하고 0.95λg로부터 λg의 범위의 값을 상수(k)로 할 때, 상기 바닥판의 내측면의 주위 길이를 상수(k)의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 한다.
(2) 청구항 제2항의 발명은, 청구항 1에 기재된 표면파 여기 플라즈마 발생 장치에 있어서, 복수의 슬롯 안테나의 소정 간격을 상수(k)의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 한다.
(3) 청구항 제3항의 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 표면파 여기 플라즈마 발생 장치에 있어서, 종단부와 그 직전에 배치된 슬롯 안테나로부터의 거리를 상수(k)의 1/2의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 한다.
(4) 청구항 제4항에 따른 표면파 여기 플라즈마 발생 장치는, 마이크로파 발생 장치와, 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 도입하는 도입부 및 고정의 종단부를 가지고, 하나 또는 소정 간격으로 배치된 복수의 슬롯 안테나가 형성된 바닥판을 내측면으로 하는 고리 형상 마이크로파 도파관과, 통 형상을 가지고, 상기 통의 외측면이 상기 고리 형상의 마이크로파 도파관의 바닥판에 접하여 설치되고, 상기 고리 형상 마이크로파 도파관 내를 전파하는 마이크로파를 슬롯 안테나를 통하여 도입하고, 표면에 형성되는 표면파에 의해 표면파 여기 플라즈마를 생성하는 통 형상 유전체 부재를 구비하고, 통 형상 유전체 부재의 내주면을 전파하는 표면파의 파장을 λs로 하고, 0.95λs로부터 λs의 범위의 값을 상수(s)로 했을 때, 상기 통 형상 유전체 부재의 내측면의 주위 길이를 상수(s)의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 한다.
(5) 청구항 제5항에 따른 발명은, 청구항 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 기재된 표면파 여기 플라즈마 발생 장치에서, 통 형상 유전체 부재의 내부 공간에 방전 개시를 보조하기 위한 탄소, 탄화규소 등을 재료로 하는 방전 보조 부재를 삽탈(揷脫)하는 기구를 설치하는 것을 특징으로 한다.
(6) 청구항 제6항에 따른 표면파 여기 플라즈마 처리 장치는, 청구항 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 기재된 표면파 여기 플라즈마 발생 장치가, 통 형상 유전체 부재를 지지하여 기밀 공간을 형성하고, 표면파 여기 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 처리실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
[발명의 효과]
본 발명에 따르면, 종단부를 갖는 고리 형상 마이크로파 도파관의 구조 및 치수를 마이크로파의 관내 파장에 대하여 최적화를 도모함으로써, 효율적으로 표면파 여기 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SWP 처리 장치를 모식적으로 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 SWP 처리 장치의 주요부를 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 SWP 처리 장치의 주요부의 평면도이다.
도 4는 제 1실시예에 따른 SWP 처리 장치의 마이크로파의 입사파(M)와 반사파(R)의 간섭 상태를 모식적으로 도시한 그래프이다.
도 5는 제1 실시예의 SWP 발생 장치 및 SWP 처리 장치에 사용되는 고리 형상 도파관의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 6은 제1 및 제2 실시예들의 SWP 발생 장치의 변형예를 나타낸 종단면도이다.
<부호의 설명>
1: 마이크로파 발생 장치 2, 20: 고리 형상 도파관
2a: 도입구 2b, 20b: 종단판
2c: 바닥판 2d: 슬롯 안테나
3: 유전체 튜브 4: 플라즈마 처리실
10, 10A: SWP 발생 장치 100: SWP 처리 장치
M: 마이크로파(입사파) R: 반사파
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 표면파 여기 플라즈마를 발생 장치(이하, SWP 발생 장치라 한다) 및 표면파 여기 플라즈마 처리 장치(이하, SWP 처리 장치라 한다)에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SWP 처리 장치를 모식적으로 도시한 전체 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 SWP 처리 장치의 주요부를 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 SWP 처리 장치의 주요부의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, SWP 처리 장치(100)는 SWP 발생 장치(10) 및 플라즈마 처리실(4)을 포함한다. SWP 발생 장치(10)는 마이크로파 발생 장치(1), 마이크로파 발생 장치(1)에 접속된 고리 형상 도파관(2) 및 고리 형상 도파관(2)의 내측에 배치된 유전체 튜브(3)를 구비한다. 플라즈마 처리실(4)에는, 상면으로부터 프로세스 가스를 도입하기 위한 상면 가스 도입관(5), 측면으로부터 재료 가스 또는 프로세스 가스를 도입하기 위한 측면 가스 도입관(6), 진공 펌프(도시하지 않음)에 배관 접속되는 배기구(7) 및 피처리 기판(S)을 지지하는 기판 홀더(8)가 배설(配置)되어 있다. SWP 발생 장치(10)는 플라즈마 처리실(4) 내에서 표면파 여기 플라즈마(SWP)를 발생시킨다.
마이크로파 발생 장치(1)는 마이크로파 전원(1a), 마이크로파 발진기(1b), 아이솔레이터(isolator)(1c), 방향성 결합기(1d), 정합기(1e) 및 연결관(1f)을 가지며, 예를 들면, 2.45GHz의 마이크로파(M)를 발생시켜, 마이크로파(M)를 연결관(1f)을 통하여 고리 형상 도파관(2)으로 송출한다.
고리 형상 도파관(2)은, 예를 들면 알루미늄 합금이나 비자성 스테인리스강으로 제작되고, 마이크로파(M)를 도입하는 도입구(2a) 및 도입되어 관내를 전파하는 마이크로파(M)가 반사되는 종단판(2b)을 가지며, 종단판(2b)에 의해 관의 일단이 폐색된 구조이다. 고리 형상 도파관(2)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 횡단면이 중공의 구(矩)형상으로서, 바닥판(2c)을 내주측으로 하는 고리 형상을 가지고 있다. 바닥판(2c)에는 한 개 또는 복수 개의 슬롯 안테나(2d)가 소정의 간격으로 형성되어 있다. 슬롯 안테나(2d)는 바닥판(2c)을 관통하여 형성되며, 예를 들면 긴 구 형상의 개구이다. 또한, 바닥판(2c)의 내면은 자계면(H면)으로 불린다.
유전체 튜브(3)는 석영이나 알루미나 등으로 제작되며, 양 단면에 O링(4a)을 개재하여 플라즈마 처리실(4)에 부착됨과 동시에, 유전체 튜브(3)의 외측면이 고리 형상 도파관(2)의 바닥판(2c)에 접하여 배치되어 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리실(4) 내에 기밀 공간이 형성된다. 본 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리실(4)은 상면에 유전체 튜브(3)가 재치되는 바닥을 갖는 통 형상의 본체(41) 및 유전체 튜브(3)의 상면을 폐쇄하는 뚜껑체(42)에 의해 구성되어 있다.
다음과 같은 방식으로 플라즈마 처리실(4)에 표면파 여기 플라즈마(P)를 발 생시킬 수 있다. 우선, 실내를 고 진공으로 배기하고, 상면 가스 도입관(5) 및 측면 가스 도입관(6)으로부터 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스 등의 프로세스 가스나 실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스, 테오스(Tetra Ethoxy Silane: TEOS) 가스 등의 재료 가스를 도입한다. 가스를 도입하면서 배기구(7)를 통하여 배기함에 따라, 플라즈마 처리실(4) 내부는 소정의 가스 압력으로 유지된다. 전술한 소정의 가스 종류 및 가스 압력 하에서, 마이크로파 전력을 고리 형상 도파관(2)으로부터 슬롯 안테나(2d)를 통하여 유전체 튜브(3)로 도입하고, 유전체 튜브(3)의 내주면을 전파하는 표면파(Surface Wave: SW)의 에너지에 의해 유전체 튜브(4)의 내부 공간에 플라즈마(P)를 생성한다. 상기 표면파 여기 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리실(4) 내부의 가스를 전리 및 해리하고, 성막, 식각 및 애싱(ashing) 등의 플라즈마 처리가 행해진다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 고리 형상 도파관(2)과 유전체 튜브(3)의 각 부분의 수치에 대하여 설명한다. 설명을 간단히 하기 위해 이하에서는, 고리 형상 도파관(2) 및 유전체 튜브(3)는 동심의 원통 형상을 갖는 것으로 하고, 원통의 중심 위치를 O로 설정한다. 참조 번호 D1은 고리 형상 도파관(2)의 바닥판(2c)의 내측면(H면) 직경을 나타내며, 이에 따라 바닥판(2c)의 내측면의 주위 길이는 π × D1이 된다. 고리 형상 도파관(2)의 내부 치수는 A × B이다. 참조 번호 D2는 유전체 튜브(3)의 내주면의 직경이며, 이에 따라 내주면의 주위 길이는 π × D2가 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위치(a)는 마이크로파 발생 장치(1)의 연결관(1f) 내의 기준점을 나타내고, 각 위치들(b, c, d, e, f)은 고리 형상 도파관(2c)상에 있으며, 위치(b)는 마이크로파(M)의 도입구(2a)에 대응하고, 위치(f)는 종단판(2b)에 대응한다. 위치(b)로부터 각 위치들(c, d, e)을 거쳐 위치(f)까지의 길이가 상술한 바닥판(2c)의 내측면의 주위 길이(π × D1)가 된다. 위치(b)는 고리 형상 도파관(2)의 코너부에 위치(f)와 등가로 형성되어 있고, 주위 길이(π × D1)를 4등분하는 간격으로 각 위치들(b, c, d, e, f)이 분포하고 있다.
마이크로파(M)는 종단판(2b)에서 종단된 고리 형상 도파관(2)내에서 정재파를 형성하고, 전파 중에 바닥판(2c)에 배설된 슬롯 안테나(2d)를 통하여 유전체 튜브(3)로 방사된다.
도 4는 마이크로파 전계 분포의 입사파(M)와 반사파(R)의 간섭 상태를 모식적으로 도시한 그래프이다. 도 4에서, 입사파(M)는 좌에서 우로 진행하며, 종단(E)에서 반사하여 반사파(R)가 되고, 반사파(R)는 우에서 좌로 진행한다. 합성파(C)는 입사파(M)와 반사파(R)가 합성되어 생긴다.
도 4의 그래프 상에 도시된 각 위치들(b, c, d, e, f)은 도 3에 도시된 고리 형상 도파관(2)내의 각 위치들(b, c, d, e, f)에 대응한다. 고리 형상 도파관(2)내를 전파하는 마이크로파(M)의 파장(관내 파장)을 λg이라 하면, 위치(b)로부터 각 위치들(c, d, e)을 거쳐 위치(f)까지의 길이를 2λg로, 즉, 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이(π × D1)를 2λg로 설정했을 때, 각 위치들(b, c, d, e, f)은 λg/2의 간격이 된다.
실제로는, 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이(π × D1)는, 0.95λg에서 λg 의 범위의 값을 상수(k)로 정의했을 때, 상수(k)의 정수배로 설정되어 있다. 여기서, 상수(k)는 실험적으로 얻어진 수치이다. 일반적으로는, n을 정수로 정의했을 때, π × D1 = n × k로 설정함에 따라, 고리 형상 도파관(2)내에서의 정재파의 상태가 확정되어, 슬롯 안테나(2d)의 위치를 결정할 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 슬롯 안테나(2d)의 위치에 대해서 설명한다. 슬롯 안테나(2d)는 상술한 정재파의 파장과 다르게 맞추어 위치(c)와 위치(e)의 2개 부분에 배치한다. 이들 2개의 슬롯 안테나(2d)의 간격은 관내 파장(λg)으로 동일하게 된다. 일반적으로, 슬롯 안테나(2d) 끼리의 간격을 상수(k)의 정수배로 설정한다. 또한, 종단(E)과 위치(e)의 슬롯 안테나(2d)와의 거리는 λg/2로 동일하게 된다. 일반적으로, 종단판(2b)과 이에 근접하는 슬롯 안테나(2d)와의 거리를 상수(k)의 1/2의 정수배로 설정한다. 이는, 종단판(2b)에 의한 마이크로파(M)의 정재파의 형성을 고려하기 때문이다. 이와 같이, 마이크로파(M)의 정재파의 파장과 위상에 맞추어 슬롯 안테나(2d)를 배치할 수 있다.
실용상으로는, 예를 들면, 고리 형상 도파관(2)의 횡단면 내 치수(도 2의 A × B)가 109.2 × 54.6mm일 때, 관내 파장(λg)은 147.9mm가 되므로, n=2의 경우, 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이(π × D1)가 295.8mm가 된다. 따라서, D1을 94.2mm로 설정하고, 슬롯 안테나(2d)의 간격은 λg(=147.9mm)로 설정하면 된다. 관내 파장(λg)은, 아래의 식 1에 의해 산출할 수 있다.
[식 1]
λg=λ/√{1-(λ/λc)2}
단, λ는 마이크로파(M)의 자유 공간 파장, λc는 차단 파장이고, λc = 2A이다. 또한, 고리 형상 도파관(2)의 횡단면 내 수치(A × B)가 96 × 27mm일 때, 관내 파장(λg)은 158.8mm가 되므로, 상기와 같이 주위 길이(π × D1)와 슬롯 안테나(2d)의 간격을 설정하면 된다. 물론, n은 양의 정수이기만 하면 되며, n=2에 반드시 국한되지는 않는다.
제1 실시예의 SWP 발생 장치(10)는 다음과 같은 작용 및 효과를 갖는다. 종단판(2b)을 갖는 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이(π × D1)를 상수(k)의 정수배로 설정함에 따라, 정재파를 형성하며, 슬롯 안테나(2d) 끼리의 간격을 상수(k)의 정수배로 설정하고, 종단판(2b)과 이에 근접하는 슬롯 안테나(2d)와의 거리를 상수(k)의 1/2의 정수배로 설정함에 따라, 슬롯 안테나(2d)는 효율적으로 기능하고 마이크로파 전력은 유전체 튜브(3)로 방출된다. 그 결과, 안정된 표면파 여기 플라즈마(P)를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한, SWP처리 장치(100)에서 안정된 표면파 여기 플라즈마(P)에 의한 처리가 가능해진다.
도 5는 제 1 실시예의 SWP 발생 장치(10) 및 SWP 처리 장치(100)에 이용되는 고리 형상 도파관의 변형예를 도시한 평면도이다. 도 5에 도시된 고리 형상 도파관(20)은 도 3에 도시된 고리 형상 도파관(2)에 비해, 위치(f)에 있는 종단판(20b)이 고리 형상 부분의 외측에 배설되어 있는 점이 다를 뿐이고, 위치(b)로부터 각 위치들(c, d, e)을 거쳐 위치(f)까지의 길이나 슬롯 안테나(2d)의 배치 및 간격 등 은 동일하다. 고리 형상 도파관(20)은 종단판(20b)의 위치를 가변 구조로 하는 경우에는 형상적으로 적합하다.
제2 실시예
제 1 실시예는 관내 파장(λg)(또는 상수(k)에 대하여 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이 및 슬롯 안테나(2d)의 위치를 최적화한 것이었으나, 제 2 실시예는 유전체 표면을 전파하는 표면파(SW)의 파장에 대하여 유전체 튜브(3)의 내측면의 주위 길이의 최적화를 도모한 것이다. 따라서, 제 2 실시예의 SWP 발생 장치(10) 및 SWP 처리 장치(100)는 제 1 실시예의 것과 기본적인 구성은 동일하므로, 설명의 중복을 피하여 제 1 실시예와 다른 점만을 설명하도록 한다.
상술한 바와 같이, 마이크로파(M)가 고리 형상 도파관(2)으로부터 슬롯 안테나(2d)를 통하여 유전체 튜브(3)에 도입되면, 유전체 튜브(3)의 내주면에 형성되는 표면파(SW)의 에너지에 의해 유전체 튜브(4)의 내부 공간에 플라즈마(P)가 생성된다. 표면파(SW)는 유전체 튜브(3)의 내주면을 전파하여 내주면 전체에 퍼진다. 일반적으로, 유전체 표면을 전파하는 표면파(SW)의 파장(λs)은, 마이크로파(M)의 관내 파장(λg)과 유전체의 유전율(ε)을 이용하여, λs=λg/ε1/2로 나타낼 수 있다.
유전체 튜브(3)의 각 부분의 치수에 대해서는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 참조 번호 D2가 유전체 튜브(3)의 내주면의 직경이고, 내주면의 주위 길이는 π × D2가 된다. 본 실시예에서는, 주위 길이(π × D2)를 표면파(SW)의 파장(λ s)의 정수배로 설정한다. 실제로는, 유전체 튜브(3)의 내주면의 주위 길이(π × D2)는 0.95λs부터 λs의 범위의 값을 상수(s)로 하였을 때, 상수(s)의 정수배로 설정되어 있다. 여기에서, 상수(s)는 실험적으로 얻어진 수치이다. 일반적으로는, n을 양의 정수로 하였을 때, π × D2 = n × s로 설정함으로써, 유전체 튜브(3)의 내주면을 주회(周回) 전파하는 표면파(SW)가 서로 간섭하였을 때라도 감쇄하는 것이 없어진다. 그 결과, 표면파 에너지를 효율적으로 이용하여 표면파 여기 플라즈마(P)를 생성시킬 수 있고, 플라즈마(P)의 공간 균일성도 향상한다.
실용상으로는, 예를 들면, 고리 형상 도파관(2)의 관내 파장(λg)이 147.9mm인 경우, 알루미나제의 유전체 튜브(3)의 유전율(ε)은 10이므로, 표면파(SW)의 파장(λs)은 46.6mm가 된다. 유전체 튜브(3)의 내부 직경(D2)을 59.3mm, 주위 길이(π × D2)를 186.4mm로 설정하면, n=4(정수)가 되고, 표면파(SW)의 감쇄를 방지할 수 있다. 또한, 유전체 튜브(3)가 석영제라면, 유전율 3.5를 이용하여 동일한 산출법으로 유전체 튜브(3)의 내부 직경(D2) 및 주위 길이(π × D2)를 산출할 수 있다.
제 2 실시예의 SWP 발생 장치(10)는 다음과 같은 작용 및 효과를 갖는다. 즉, 유전체 튜브(3)의 내주면의 주위 길이(π × D2)를 상수(s)의 정수배로 설정함으로써, 표면파(SW)의 감쇄를 억제할 수 있고 표면파 에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 제 1 및 제 2 실시예들의 SWP 발생 장치(10)의 변형예를 도시한 종단면도이다. 이 변형예의 SWP 발생 장치(10A)에서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 SWP 발생 장치(10)의 구성에 추가하여, 플랜지(flange)부(31)를 통하여 유전체 튜브(3)의 내부 공간에 탄소봉(40)을 X방향으로 삽탈(揷脫)하기 위한 이동 기구(33)가 형성되어 있다. 탄소봉(40)은 마이크로파를 잘 흡수하기 때문에, 방전 개시를 보조하기 위한 방전 보조 부재로서 이용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 고리 형상 도파관(2)의 좌우 양 단면에는 냉각 자켓(21)이 각각 취부되어 있다. 냉각 자켓(21)에는 냉매용 통로(22)가 형성되어 있고, 통로(22)에 냉매를 흘림으로써 고리 형상 도파관(2)을 냉각하도록 하고 있다. 냉각 자켓(21)에 장착된 O링(O-ring) 씰(seal)(23)은 유전체 튜브(3)의 단면과 냉각 자켓(21)과의 사이를 밀봉하고 있다.
탄소봉(40)의 한쪽 단부(도 6의 우단)에는 평판(41)이, 다른 쪽 단부에는 절연 부재(42)가 형성되고, 절연 부재(42)에는 봉재(43)가 고정 설치되어 있다. 탄소봉(40), 절연 부재(42) 및 봉재(43)의 외형 치수는 동일하게 제작되어 있다. 이동 기구(33)는 봉재(43)를 파지하여 X방향으로 왕복 이동함으로써 유전체 튜브(3)의 내부 공간에 탄소봉(40)을 삽탈할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 탄소봉(40)의 길이 방향을 따라 슬릿 형상의 개구(40a)가 돌설되어 있다.
좌측의 냉각 자켓(21)에 고정 설치되어 있는 플랜지부(31)에는, O링(31a, 31b)이 형성되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 탄소봉(40)이 내부 공간에 배치된 상태에서는, 봉재(43)의 외주가 O링(31a)에 밀착하고 있기 때문에, 유전체 튜브(3)의 내부 공간의 기밀이 유지된다. 또한, 탄소봉(40)이 내부 공간으로부터 -X방향으로 퇴피(退避)한 상태에서는, 탄소봉(40)의 외주가 O링(31a)에 밀착하기 때 문에, 유전체 튜브(3)의 내부 공간의 기밀이 유지된다. 이 때에는, 탄소봉(40)의 선단의 평판(41)이 O링(31b)에 밀착하여 뚜껑의 역할을 한다. 소정의 가스는 도 6의 플랜지부(31)의 하측으로부터 내부 공간으로 도입되고, 내부 공간의 우단으로부터 배기된다.
표면파 여기 플라즈마는, 5 내지 100Pa의 압력 범위에서는 비교적 용이하게 형성할 수 있으나, 상기 압력 범위보다 높은 압력 하에서는 방전을 개시하기 위하여 큰 투입 전력을 필요로 한다. 탄소봉(40)을 내부 공간에 배치함으로써, 상압 하에서도 투입 전력을 증가시키지 않고 방전을 개시시킬 수 있다. 방전을 개시시키면, 탄소봉(40)의 슬릿 형상의 개구(40a)의 주위를 도는 전류가 흐른다. 이 주회 전류가 흐름으로써 상압 하에서의 방전 개시가 보다 한층 용이해 진다. 일단, 플라즈마가 형성되었을 때에는, 이동 기구(33)에 의해 탄소봉(40)을 -X방향으로 퇴피시키더라도 방전은 유지된다. 이렇게, 방전 보조 부재를 이용함으로써, 넓은 압력 범위에서의 플라즈마 처리가 가능해진다. 방전 보조 부재의 재질로서는, 탄소 외에 탄화규소를 이용할 수도 있다.
본 발명은, 그 특징을 손상시키지 않는 한, 이상 설명한 실시예들에 한정되지 않는다. 예를 들면, SWP 발생 장치 및 SWP 처리 장치에 있어서, 제 1 및 제 2 실시예들을 조합시켜서, 관내 파장(λg)에 대한 고리 형상 도파관(2)의 주위 길이 및 슬롯 안테나(2d)의 위치의 최적화 및 표면파(SW)의 파장(λs)에 대한 유전체 튜브(3)의 내측면의 주위 길이의 최적화를 동시에 도모해도 된다.

Claims (6)

  1. 마이크로파 발생 장치;
    상기 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 도입하는 도입부 및 고정된 종단부를 가지며, 1개 또는 소정 간격으로 배치된 복수 개의 슬롯 안테나가 형성된 바닥판을 내측면으로 하는 고리 형상 마이크로파 도파관; 및
    통 형상을 갖고, 상기 통의 외측면이 상기 고리 형상의 마이크로파 도파관의 바닥판에 접하여 배설되며, 상기 고리 형상 마이크로파 도파관 내를 전파하는 마이크로파를 상기 슬롯 안테나를 통하여 도입하고, 표면에 형성되는 표면파에 의해 표면파 여기 플라즈마를 생성하는 통 형상의 유전체 부재를 구비하고,
    상기 마이크로파의 관내 파장을 λg로 하고, 0.95λg로부터 λg의 범위의 값을 상수(k)로 할 때, 상기 바닥판의 내측면의 주위 길이를 상기 상수(k)의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면파 여기 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 슬롯 안테나들의 소정 간격을 상기 상수(k)의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면파 여기 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 종단부의 직전에 배치된 슬롯 안테나와 상기 종단부 사이의 거리를 상 기 상수(k)의 1/2의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면파 여기 플라즈마 발생 장치.
  4. 마이크로파 발생 장치;
    상기 마이크로파 발생 장치로부터 마이크로파를 도입하는 도입부 및 고정의 종단부를 가지며, 1개 또는 소정 간격으로 배치된 복수 개의 슬롯 안테나가 형성된 바닥판을 내측면으로 하는 고리형상 마이크로파 도파관; 및
    통 형상을 갖고, 상기 통의 외측면이 상기 고리 형상의 마이크로파 도파관의 바닥판에 접하여 배설되며, 상기 고리 형상 마이크로파 도파관 내를 전파하는 마이크로파를 상기 슬롯 안테나를 통하여 도입하고, 표면에 형성되는 표면파에 의해 표면파 여기 플라즈마를 생성하는 통 형상의 유전체 부재를 구비하고,
    상기 통 형상 유전체 부재의 내주면을 전파하는 표면파의 파장을 λs로 하고, 0.95λs로부터 λs의 범위의 값을 상수(s)로 할 때, 상기 통 형상 유전체 부재의 내측면의 주위 길이를 상기 상수(s)의 정수배로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면파 여기 플라즈마 발생 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통 형상 유전체 부재의 내부 공간에 방전 개시를 보조하기 위한 탄소, 탄화규소 등을 재료로 하는 방전 보조 부재를 삽탈하는 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면파 여기 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통 형상 유전체 부재를 지지하여 기밀 공간을 형성하고, 상기 표면파 여기 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 처리실을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면파 여기 플라즈마 처리 장치.
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