KR20180117680A - 표면파 플라즈마 장치 - Google Patents

Abstract

표면파 플라즈마 장치는, 차례로 연결된 마이크로파 발생 장치, 마이크로파 전송 매칭 구조 및 진공 챔버(19)를 포함하고, 상기 마이크로파 전송 매칭 구조는 상기 마이크로파 발생 장치에 의해 발생된 마이크로파를 전송하기 위한 직사각형 도파관(8)을 포함하며, 상기 표면파 플라즈마 장치는 공진 캐비티(22)를 더 포함하고, 상기 공진 캐비티는 상기 직사각형 도파관(8)과 진공 챔버(19) 사이에 설치되어, 상기 직사각형 도파관(8)과 밀폐 연통되고 상기 진공 챔버(19)와 밀봉 연결되며, 또한 상기 공진 캐비티(22)의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있고, 각각 마이크로파 에너지를 상기 진공 챔버(19)에 결합 진입시키도록, 상기 복수의 유전체창의 상기 진공 챔버(19)의 저면이 위치한 평면에서의 정투영은 상기 진공 챔버(19)의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함된다. 상기 표면파 플라즈마 장치는 진공 챔버(19) 내에서 대면적의 균일한 플라즈마를 얻을 수 있어, 대형 칩의 가공 요구를 만족시킬 수 있다.

Description

표면파 플라즈마 장치

본 발명은 반도체 장치 제조 분야에 관한 것으로, 구체적으로 표면파 플라즈마 장치에 관한 것이다.

최근, 전자 기술이 고속도로 발전함에 따라 집적회로에 대한 요구도 고도의 직접화 및 대면적화 경향을 보이고 있으며, 이로 인해 집적회로(IC)를 제조하는 기업들은 반도체 칩 가공 능력을 끊임 없이 향상시켜야 한다. 플라즈마 장치는 집적회로 또는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 부재의 제조 공정에서 대체할 수 없는 것이다. 따라서, 고성능의 플라즈마 발생 장치의 개발은 반도체 제조 공정의 발전에 있어서 매우 중요하다. 플라즈마 장치가 반도체 제조 공정에 사용될 때, 가장 주요한 고찰 요소는 일정한 기압 범위 내에서 대면적의 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는지 여부다. 구체적으로, 공정의 세부 사항에 있어서, 주목할 점은 공정 기체, 기압, 플라즈마의 균일 정도 및 플라즈마 내의 입자 조성인 플라즈마의 제어성이다. 이에 따라, 플라즈마 소스의 경우, 저기압에서 대면적, 고밀도의 균일한 플라즈마를 여기시킬 수 있는 플라즈마 소스가 현재 주요한 연구 방향이다.

종래의 반도체 제조업에서, 다양한 유형의 플라즈마 장치가 각종 공정에 광범위하게 응용되어 왔으며, 예를 들면 용량 결합 플라즈마(CCP), 유도 결합 플라즈마(ICP) 및 표면파(SWP) 또는 전자 맴돌이 공명 플라즈마(ECR) 등이 있다. 표면파 플라즈마는 최근에 발전하기 시작한 새로운 플라즈마 발생 기술이며, 유도 결합 플라즈마에 비해, 구조가 간단하며, 또한 대면적의 균일한 플라즈마를 얻는 측면에서 무시할 수 없는 장점이 있다. 표면파 가열의 원리로 인해, 마이크로파 에너지는 플라즈마와 유전체의 경계에 국한되며, 실제 사용되는 플라즈마는 여기원의 영향을 받지 않는 원격 플라즈마이므로, 용량 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마에 비해 전자 온도가 더 낮아서, 고에너지 전자로 인해 플라즈마가 부재 표면에 입히는 손상을 줄일 수 있다. 표면파란 마이크로파를 이용하여 유전체 표면 근처에서 표면파의 임계 밀도 이상의 플라즈마를 여기시키고, 마이크로파가 유전체의 표면에서 플라즈마 영역의 법선 방향을 따라 신속하게 감쇠되며, 유전체와 플라즈마의 경계에서 표면을 따라 전송되는 파이다. 표면파는 그 전송 범위 내에서 주기적인 강한 전기장을 형성하여, 고밀도의 플라즈마를 유지할 수 있으며, 이것이 바로 표면파 플라즈마의 형성 원리이다.

도 1a는 종래의 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이며, 도 1b는 도 1a의 표면파 플라즈마 장치의 표면파 안테나 슬롯판의 구조 개략도이다. 도 1a 및 도 1b를 참고하면, 상기 표면파 플라즈마 장치는, 마이크로파 소스 및 마이크로파 전송 매칭 구조, 표면파 안테나 구조와 챔버의 세 부분을 포함하며, 마이크로파 소스 및 마이크로파 전송 매칭 구조는, 마이크로파 소스 전원(1), 마이크로파 소스(2), 레저네이터(3), 서큘레이터(4), 반사 파워를 흡수하기 위한 부하(5), 입사 파워 및 반사 파워를 측정하기 위한 방향성 결합기(6), 임피던스 조절부(7) 및 직사각형 도파관(8)을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 표면파 안테나 구조는, 위에서 아래로 적층 설치된 안테나 본체(11), 파장지연판(12), 슬롯판(15) 및 유전체판(16)을 포함한다. 안테나 본체(11)는 원통형을 이루며, 일반적으로 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 재료로 제조된다. 슬롯판(15)은 안테나판이며, 대부분 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 재료로 제조되고 형상은 원반형이며, 그 위에는 여러 바퀴의 슬롯 구조가 안에서 밖으로 균일하게 분포되어 있고, 한 바퀴의 슬롯 구조마다 모두 복수의 T형 구조의 슬롯을 포함하고, 이들 T형 구조의 슬롯은 원주 방향을 따라 균일하게 분포된다. 파장지연판(12)은 원반 형상을 이루고 손실이 낮은 유전체판이며, 유전체는 A1203, Si02 또는 SiN(질화규소)일 수 있으며, 마이크로파 에너지는 파장지연판(12)을 통과한 후 파장이 압축되면서, 마이크로파가 슬롯판(15) 상에서 원편파를 발생시킬 수 있도록 하고, 원편파는 유전체판(16)을 통과하여 진공 챔버(19) 내에서 플라즈마를 발생시키며, 유전체판(16)은 일반적으로 석영으로 만들어진다. 챔버는, 챔버 본체(18), 챔버 본체(18)와 안테나 본체(11)를 밀봉하기 위한 밀봉링(17) 및 칩(20)을 올려놓기 위한 지지대(21)를 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 통상의 표면파 플라즈마 장치를 도시하였으나, 실제 응용에 있어서 대면적의 균일한 플라즈마를 얻기 어렵다. 구체적 원인은 상기 표면파 플라즈마 장치 중의 표면파 안테나 구조는 슬롯 안테나 방식으로 마이크로파의 피딩을 실현하며, 이는 하나의 플라즈마 소스와 동등하고, 또한 피딩 시 마이크로파는 동축 방식으로 피딩을 실현하며, 즉 직사각형 도파관(8)으로부터의 마이크로파는 파장지연판(12)의 중심 영역으로부터 파장지연판(12)으로 진입하여, 파장지연판(12) 내에서 반경 방향을 따라 방사상으로 전송되며, 전송 과정에서 반경 방향을 따라 점차적으로 감쇠되어, 에너지가 반경 방향에서 불균일하게 분포되므로, 발생된 플라즈마 중 분포 밀도가 균일한 상태를 이루는 부분의 플라즈마(이하 균일한 플라즈마라고 함)의 면적 크기가 제한되기 때문이다. 따라서, 슬롯 안테나를 이용한 마이크로파 피딩 방식의 표면파 플라즈마 장치에 의해 발생되는 균일한 플라즈마의 면적은 현재 최대로 직경이 8인치인 칩에만 적용되며, 직경이 더 큰 12인치 등의 산업 레벨의 칩에 대한 가공을 실현할 수 없다.

종래 기술에 존재하는 적어도 하나의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 표면파 플라즈마 장치를 제공한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 차례로 연결된 마이크로파 발생 장치, 마이크로파 전송 매칭 구조 및 진공 챔버를 포함하고, 상기 마이크로파 전송 매칭 구조는 상기 마이크로파 발생 장치에 의해 발생된 마이크로파를 전송하기 위한 직사각형 도파관을 포함하는 표면파 플라즈마 장치를 제공한다. 또한, 상기 표면파 플라즈마 장치는 공진 캐비티를 더 포함하고, 상기 공진 캐비티는 상기 직사각형 도파관과 상기 진공 챔버 사이에 설치되어, 상기 직사각형 도파관과 밀폐 연통되고 상기 진공 챔버와 밀봉 연결되며, 또한 상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있고, 각각 마이크로파 에너지를 상기 진공 챔버에 결합 진입시키도록, 상기 복수의 유전체창의 상기 진공 챔버의 저면(底面)이 위치한 평면에서의 정투영은 상기 진공 챔버의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함된다.

상기 직사각형 도파관의 말단이 상기 공진 캐비티와 밀폐 연통된다.

상기 직사각형 도파관의 중간 영역이 상기 공진 캐비티와 밀폐 연통된다.

상기 복수의 유전체창은 상기 진공 챔버의 원주 방향을 따라 균일하게 분포된다.

상기 복수의 유전체창은 상기 공진 캐비티의 저벽(底壁)에 복수의 유전체 부재 설치홀을 개설하여, 각각의 상기 유전체 부재 설치홀에 이와 매칭되는 형상의 유전체 부재를 삽입하는 방식으로 설치된다.

각각의 상기 유전체 부재의 형상은 기둥체, 추대(錐臺), 복수의 기둥체의 조합, 복수의 추대의 조합, 기둥체와 추대의 조합 중 하나이다.

상기 유전체 부재의 형상이 복수의 기둥체의 조합일 경우, 상기 복수의 기둥체는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 하위단 기둥체의 직경은 상위단 기둥체의 직경보다 크지 않으며; 또는 상기 유전체 부재의 형상이 복수의 추대의 조합일 경우, 상기 복수의 추대는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 하위단 추대의 상면의 직경은 상위단 추대의 저면의 직경보다 크지 않으며; 또는 상기 유전체 부재의 형상이 기둥체와 추대의 조합일 경우, 상기 기둥체와 추대는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 하위단 기둥체/추대의 상면의 직경은 상위단 기둥체/추대의 저면의 직경보다 크지 않다.

상기 복수의 유전체창은 하기와 같은 방식으로 설치된다: 상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀이 개설되어 있고, 상기 공진 캐비티의 저벽과 상기 진공 챔버 사이에 유전체 부재가 설치되어 있으며, 상기 유전체 부재는 판상 구조로 설치되어 상기 복수의 유전체 부재 설치홀을 커버할 수 있거나; 또는 상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀이 개설되어 있고, 상기 공진 캐비티의 저벽과 상기 진공 챔버 사이에 유전체 부재가 설치되어 있으며, 상기 유전체 부재는 장착판 및 상기 장착판에 내장된 복수의 유전체 블록을 포함하고, 각각의 상기 유전체 블록은 모두 상기 장착판의 두께 방향을 따라 상기 장착판을 관통하며, 상기 복수의 유전체 블록의 수량 및 설치 위치는 상기 복수의 유전체 부재 설치홀의 수량 및 위치와 일대일로 대응된다.

상기 유전체 부재의 두께는 5~80mm 범위이다.

상기 유전체 부재의 최소 직경은 40mm-120mm 범위이다.

상기 표면파 플라즈마 장치는 제1 프로브를 더 포함하고, 상기 제1 프로브는 상기 직사각형 도파관의 중간 영역에 설치되고, 상기 제1 프로브의 일단은 상기 공진 캐비티 내까지 연신되고, 상기 제1 프로브는 상기 직사각형 도파관 내의 마이크로파를 상기 공진 캐비티 내로 도입한다.

상기 제1 프로브의 타단은 상기 공진 캐비티를 등지는 방향을 따라 상기 직사각형 도파관의 외부까지 연신된다.

상기 제1 프로브는 나사 결합 또는 걸림 결합 또는 핀 결합의 방식으로 고정된다.

상기 표면파 플라즈마 장치는 연결 캐비티를 더 포함하고, 상기 연결 캐비티는 상기 직사각형 도파관의 마이크로파 출구와 상기 공진 캐비티의 마이크로파 입구 사이에 설치되어 양자와 밀봉 연결되며, 상기 제1 프로브의 일단은 상기 연결 캐비티를 관통하여 상기 공진 캐비티 내까지 연신된다.

상기 표면파 플라즈마 장치는 단락 피스톤을 더 포함하고, 상기 단락 피스톤은 상기 직사각형 도파관의 후방 영역에 설치되고, 상기 직사각형 도파관의 축선을 따라 이와 상대 운동하여, 상기 직사각형 도파관의 유효 통로의 길이를 조절한다.

상기 표면파 플라즈마 장치는 공진 캐비티의 축방향을 따라 연신된 제2 프로브를 더 포함하고, 상기 제2 프로브의 상단은 상기 공진 캐비티의 상벽에 고정되거나 또는 상기 공진 캐비티의 상벽을 관통하여 상기 공진 캐비티의 상부까지 연신되고, 상기 제2 프로브의 하단은 상기 공진 캐비티의 내부에 위치한다.

상기 제2 프로브는 상기 공진 캐비티의 축방향을 따라 상기 공진 캐비티의 저벽에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 설치된다.

상기 제2 프로브의 설치 위치는 상기 유전체창과 대응된다.

상기 제2 프로브의 수량 및 위치는 상기 유전체창의 수량 및 위치와 대응되고, 또한 상기 제2 프로브의 대응되는 상기 유전체창 상에서의 정투영은 상기 유전체창과 동축이다.

상기 제2 프로브의 대응되는 유전체창 상에서의 정투영의 가장자리와 상기 유전체창의 가장자리 사이의 거리는 2cm 이상이다.

상기 제2 프로브가 복수인 경우, 상기 복수의 제2 프로브의 상기 진공 챔버의 저면에서의 투영은 상기 진공 챔버의 저면의 중심을 원심으로 하고 반경이 다른 복수의 동심원의 원주 상에 분포되거나; 또는 상기 제2 프로브가 복수인 경우, 상기 복수의 제2 프로브의 상기 진공 챔버의 저면에서의 투영은 상기 진공 챔버의 저면의 중심을 원심으로 하는 하나의 원주 상에 분포된다.

상기 공진 캐비티는 승강 기구를 더 포함하고, 상기 승강 기구의 수량은 상기 원주의 수량과 대응되며, 각각의 상기 승강 기구는 동일한 원주 상에 위치하는 모든 제2 프로브가 동기 상승 또는 동기 하강하도록 대응되게 구동하며; 또는 상기 승강 기구의 수량은 상기 제2 프로브의 수량과 대응되며, 각각의 상기 승강 기구는 하나의 상기 제2 프로브에 대응되어 상기 제2 프로브가 상승 또는 하강하도록 구동한다.

적어도 각각의 상기 제2 프로브의 상부 영역에 수나사산이 설치되어 있고, 상기 공진 캐비티의 상벽 상의 상기 제2 프로브를 설치하는 위치에 상기 수나사산과 매칭되는 나사홀이 개설되어 있고, 상기 나사홀은 관통홀 또는 블란인드홀이며, 상기 제2 프로브는 상기 나사홀에 일대일로 대응되게 장착되고, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 상기 제2 프로브를 회전시켜, 상기 제2 프로브의 상기 공진 캐비티의 저벽에 대한 승강을 실현한다.

상기 제2 프로브의 하단과 상기 공진 캐비티의 저벽 사이의 수직 간격은 10mm 이상이다.

상기 공진 캐비티의 높이는 10mm~200mm이다.

본 발명에 따른 표면파 플라즈마 장치는, 마이크로파 전송 매칭 구조와 진공 챔버 사이에 공진 캐비티가 설치되어 있고, 상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있어, 마이크로파가 공진 캐비티 내에서 형성한 정재파의 전기장은 복수의 유전체창을 통해 진공 챔버에 결합 진입하며, 각각의 유전체창은 하나의 플라즈마 소스와 동등하므로, 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 장치는 복수의 플라즈마 소스가 동시에 플라즈마를 여기시키는 것에 해당하기 때문에, 진공 챔버 내에서 대면적의 균일한 플라즈마를 얻을 수 있어, 대형 칩의 가공 요구를 만족시킬 수 있다.

도 1a는 종래의 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이다.
도 1b는 종래의 표면파 안테나 슬롯판의 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이다.
도 3은 공진 캐비티의 저벽의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선에 따라 공진 캐비티의 저벽을 절단하여 얻은 단면도이다.
도 5는 분리 상태에 있는 유전체 부재와 유전체 부재 설치홀의 단면도이다.
도 6a는 2개의 기둥체 조합 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 6b는 2단 추대 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 6c는 다른 2단 추대 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 6d는 기둥체와 추대 조합 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 6e는 다른 기둥체와 추대 조합 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 6f는 또 다른 기둥체와 추대 조합 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 6g는 또 다른 기둥체와 추대 조합 구조의 유전체 부재의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이다.
도 8a는 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 첫 번째 공진 기구의 평면 단면도이다.
도 8b는 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 첫 번째 공진 기구가 첫 번째 조절 방식을 사용한 정면 단면도이다.
도 8c는 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 첫 번째 공진 기구가 두 번째 조절 방식을 사용한 정면 단면도이다.
도 8d는 첫 번째 조절 방식을 이용하여 얻은 플라즈마 분포도이다.
도 8e는 두 번째 조절 방식을 이용하여 얻은 플라즈마 분포도이다.
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 두 번째 공진 기구의 평면 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 두 번째 공진 기구가 첫 번째 조절 방식을 사용한 정면 단면도이다.
도 9c는 본 발명의 제2 실시예에서 사용한 두 번째 공진 기구가 두 번째 조절 방식을 사용한 정면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이다.

이하, 본 발명의 도면을 결합하여, 본 발명의 기술 방안을 명백하고 완전하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 전체 실시예가 아니라 일부 실시예임은 자명하다. 본 발명의 실시예에 기반하여, 해당 분야의 통상 지식을 가진 자가 창조적인 노동 없이 얻은 다른 실시예도 모두 본 발명의 보호 범위에 포함된다.

본 발명은，차례로 연결된 마이크로파 발생 장치, 마이크로파 전송 매칭 구조, 진공 챔버 및 공진 캐비티를 포함하는 표면파 플라즈마 장치를 제공하며, 마이크로파 발생 장치는 마이크로파를 발생시키고, 마이크로파 전송 매칭 구조는 마이크로파 발생 장치에 의해 발생된 마이크로파를 전송하는 직사각형 도파관을 포함하고, 진공 챔버는 플라즈마 환경이 필요하고 소정의 진공도를 갖는 공정 챔버(예를 들어 플라즈마 반응 챔버 등)이며, 공진 캐비티는 그 내부의 마이크로파에 대해 공진 모드를 발생시켜 진공 챔버(19) 내로 피딩될 수 있도록 하고, 공진 캐비티는 직사각형 도파관과 진공 챔버 사이에 설치되며, 직사각형 도파관과 밀폐 연통되고 진공 챔버와 밀봉 연결되고, 또한 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있으며, 각각 마이크로파 에너지를 상기 진공 챔버에 결합 진입시키도록, 상기 복수의 유전체창의 진공 챔버의 저면이 위치한 평면에서의 정투영은 상기 진공 챔버의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함된다. 설명해야 할 것은, "공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있다"는 것에 관하여, "복수"는 공진 캐비티의 저벽에 설치된 유전체창의 전체 수량을 말하는 것이 아니라, 유효한 유전체창의 수량을 말하며, 소위 유효한 유전체창이란 공정 과정에서 확실히 플라즈마 소스의 작용을 할 수 있는 유전체창, 즉 마이크로파 에너지를 진공 챔버에 결합 진입시킬 수 있는 유전체창을 말하며, 위치 관계에서 보면 유효한 유전체창의 진공 챔버의 저면이 위치한 평면에서의 정투영은 상기 진공 챔버의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함되며, 여기서 "포함"은 완전 포함 및 일부 포함을 내포하는 것으로 이해해야 된다. 추가적으로 설명해야 할 것은, 소위 밀폐 연통이란 공진 캐비티와 직사각형 도파관 양자의 내부 공간이 서로 연통되며 양자의 연결부가 외부 환경과 격리되어 양자의 내부 공간이 밀폐되게 한 것을 말한다. 소위 밀봉 연결이란 공진 캐비티와 진공 챔버 양자의 내부 공간이 서로 연통되지 않으며 양자의 연결부를 밀봉하여 진공 챔버의 내부 공간이 외부 환경과 격리되게 한 것을 말한다.

이하, 도 2 내지 도 8을 결합하여 본 발명의 기술 방안을 상세하게 설명한다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 구조 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 표면파 플라즈마 장치는 차례로 연결된 마이크로파 발생 장치, 마이크로파 전송 매칭 구조, 연결 캐비티(10), 공진 캐비티(22) 및 진공 챔버(19)를 포함한다.

구체적으로, 마이크로파 발생 장치는 마이크로파를 발생시키며, 차례로 연결된 마이크로파 소스 전원(1), 마이크로파 소스(2) 및 레저네이터(3)을 포함할 수 있다. 마이크로파 소스 전원(1)은 마이크로파 소스(2)에 전기를 공급하고, 마이크로파 소스(2)는 마그네트론을 선택할 수 있고, 마이크로파를 발생시키며, 레저네이터(3)는 마이크로파가 공진 모드를 형성하도록 한다.

마이크로파 전송 매칭 구조는 마이크로파 발생 장치에 의해 발생된 마이크로파를 전송하고, 차례로 연결된 서큘레이터(4), 방향성 결합기(6), 임피던스 조절부(7) 및 직사각형 도파관(8)을 포함할 수 있으며, 서큘레이터(4)는 또한 레저네이터(3) 및 부하(5)와 각각 연결된다. 이렇게 하면, 마이크로파 발생 장치로부터의 마이크로파 에너지는 서큘레이터(4), 방향성 결합기(6) 및 직사각형 도파관(8)을 거쳐 전송된다. 구체적으로, 서큘레이터(4)는 그 하류에서 반사되는 마이크로파를 마이크로파 발생 장치와 격리시킨다(즉 서큘레이터(4)의 하류에서 반사되는 마이크로파가 마이크로파 발생 장치로 반사되지 않도록 한다). 부하(5)는 직사각형 도파관(8)에서 반사되는 반사 파워를 흡수한다. 방향성 결합기(6)는 입사 파워 및 반사 파워를 측정한다. 임피던스 조절부(7)는 마이크로파의 공진 모드를 조절한다. 직사각형 도파관(8)은 마이크로파를 전송한다.

연결 캐비티(10)는 직사각형 도파관(8) 내의 마이크로파가 공진 캐비티(22)로 전송되도록 통로를 제공하고, 그 형상은 원통형이며, 상단 개구는 직사각형 도파관(8)과 밀봉 연결되고, 하단 개구는 공진 캐비티(22)와 밀봉 연결됨으로써, 직사각형 도파관(8)과 공진 캐비티(22)의 밀폐 연통을 실현한다. 본 실시예에서, 직사각형 도파관(8)의 중간 영역의 하면에 연결 캐비티(10)와 매칭되는 마이크로파 출구가 개설되어 있으며, 연결 캐비티(10)의 상단 개구는 상기 마이크로파 출구와 밀봉 연결된다. 공진 캐비티(22)는 그 내부의 마이크로파에 대해 공진 모드를 발생시켜 진공 챔버(19) 내로 피딩될 수 있도록 하고, 공진 캐비티(22)는 중공의 캐비티 구조이며, 연결 캐비티(10)와 진공 챔버(19) 사이에 설치되고, 공진 캐비티(22)의 상벽에 마이크로파 입구가 개설되어 있고, 연결 캐비티(10)의 하단 개구는 상기 마이크로파 입구와 밀봉 연결된다. 일반적으로, 공진 캐비티(22)는 스테인리스, 알루미늄합금과 같은 금속으로 제조되며, 또한 구체적인 상황에 따라 원통형, 장방형 또는 정방형 등의 임의의 형상의 캐비티로 설계될 수 있다.

진공 챔버(19) 내에는 칩 등의 피가공물을 올려놓기 위한 지지대(21)가 설치되어 있다. 진공 챔버(19)는 피가공물에 대해 진공 환경 및 플라즈마 환경을 제공한다. 예를 들면, 진공 챔버(19)는 플라즈마 에칭 챔버 등일 수 있다. 진공 챔버(19)는 일반적으로 알루미늄합금, 스테인리스 등의 금속 재료로 제조된다.

이하, 본 발명의 직사각형 도파관 및 공진 캐비티 등 핵심 부품에 대해 더 상세하게 설명한다.

먼저, 직사각형 도파관 및 이의 관련 부품에 대해 설명한다.

직사각형 도파관(8)은 수평으로 배치되며, 그 시작단은 임피던스 조절부(7)와 연결되고, 그 끝단은 자유단이며, 중간 영역의 하면에는 연결 캐비티(10)와 연통되기 위한 마이크로파 출구가 개설되어 있다.

직사각형 도파관(8) 내의 마이크로파 에너지가 직사각형 도파관(8)의 하부에 위치한 공진 캐비티(22)로 피딩되도록, 상기 직사각형 도파관(8)의 중간 영역에 금속 재질의 제1 프로브(23)가 설치되어 있다. 본 실시예에서, 제1 프로브(23)는 스크류 프로브이며, 상기 스크류 프로브는 나사 연결 방식으로 상기 직사각형 도파관(8) 내에 설치된다. 상기 스크류 프로브(23)는 직사각형 도파관(8)의 중간 영역의 상부로부터 공진 캐비티(22)의 축방향을 따라 차례로 직사각형 도파관(8) 및 연결 캐비티(10)를 관통하여, 공진 캐비티(22) 내로 삽입된다.

바람직하게, 직사각형 도파관(8)의 후방 영역에는 직사각형 도파관(8)에서의 위치가 조절 가능하도록 단락 피스톤(9)이 설치되어 있다. 즉, 단락 피스톤(9)의 직사각형 도파관(8)의 축선 방향에서의 위치는 변할 수 있다.

실제 응용에 있어서, 마이크로파 에너지는 직사각형 도파관(8) 내에서 축방향을 따라 끝단 방향으로 전송되어 상기 단락 피스톤(9)에 도달하면, 상기 마이크로파 에너지는 단락 피스톤(9)에 의해 반사된다. 일반적으로, 직사각형 도파관(8)의 시작단에서 단락 피스톤(9) 사이의 구간에 있는 직사각형 도파관(8)을 직사각형 도파관(8)의 유효 통로라고 한다(즉, 마이크로파 에너지가 직사각형 도파관(8)의 시작단으로부터 그 끝단으로 전송될 때의 실제 전송 경로이다). 단락 피스톤(9)의 직사각형 도파관(8)에서의 위치를 조절함으로써, 상기 유효 통로의 길이를 조절할 수 있다. 예를 들면, 하기 설치 방식 및 조절 방식을 통해 단락 피스톤(9)의 위치 조절을 실현할 수 있다: 단락 피스톤(9)을 직사각형 도파관(8)의 내부에 설치하고, 양자 사이의 결합 방식은 피스톤과 실린더의 결합 방식과 유사할 수 있으며; 또한, 단락 피스톤(9)의 구동단은 직사각형 도파관(8)의 외부에 설치되며, 상기 구동단의 작용에 의해, 단락 피스톤(9)은 직사각형 도파관(8)의 내부에서 전후로 이동함으로써, 직사각형 도파관(8)에서의 위치 조절을 실현할 수 있다.

실제 응용에 있어서, 직사각형 도파관(8)은 표준 규격품을 선택할 수 있다. 일반적인 2450MHz의 마이크로파에 대응하는 표준 직사각형 도파관의 모델은 GBBJ-22, BB-22BJ-26이며, 각 모델의 직사각형 도파관의 단면 크기가 다르며, 본 발명의 실시예에서는 GBBJ-26 모델인 직사각형 도파관을 선택할 수 있다.

이하, 마이크로파 에너지의 직사각형 도파관(8)에서의 전송 상황을 상세하게 설명한다.

마이크로파 에너지가 직사각형 도파관(8)의 시작단에서 끝단 방향으로 전송되는 과정에서, 일부 마이크로파 에너지는 직사각형 도파관(8)의 중간 영역에서 왼쪽으로부터 스크류 프로브(23)와 만나면서 전송 방향이 바뀐다. 즉, 해당 일부 마이크로파 에너지는 더 이상 직사각형 도파관(8)의 축방향을 따라 전송되지 않고, 스크류 프로브(23)의 축방향을 따라 아래로 전송되어 연결 캐비티(10)를 거쳐 바로 공진 캐비티(22) 내의 좌반측 부분으로 진입하고, 나머지 일부 마이크로파 에너지는 스크류 프로브(23)와 만나지 않고 바로 스크류 프로브(23)의 우측에 도달하고 계속하여 직사각형 도파관(8)의 끝단 방향으로 전송되며, 단락 피스톤(9)에 도달하면 단락 피스톤(9)에 의해 반사된다. 반사된 일부 마이크로파 에너지는 스크류 프로브(23)를 지나 임피던스 조절부(7), 방향성 결합기(6), 서큘레이터(4)를 거쳐 부하(5)로 전송되어 흡수되며, 반사된 나머지 일부 마이크로파 에너지는 오른쪽으로부터 스크류 프로브(23)와 만나면서 전송 방향이 바뀐다. 즉, 해당 일부 마이크로파 에너지는 더 이상 직사각형 도파관(8)의 축방향을 따라 전송되지 않고 스크류 프로브(23)의 축방향을 따라 아래로 전송되어 연결 캐비티(10)를 거쳐 바로 공진 캐비티(22) 내의 우반측 부분으로 진입한다.

상술한 바로부터 알 수 있듯이, 스크류 프로브(23)에 의해 직사각형 도파관(8) 내의 마이크로파 에너지를 공진 캐비티(22) 내로 피딩할 수 있다. 또한, 단락 피스톤(9)의 직사각형 도파관(8)에서의 위치를 조절하는 것을 통해, 공진 캐비티(22)의 좌측 부분과 우측 부분에 피딩되는 마이크로파 에너지가 균형을 이루게 하여, 마이크로파 에너지의 공진 캐비티 내부에서의 재분배를 실현하여, 공진 캐비티 내로 피딩되는 마이크로파 에너지를 균일하게 하여, 진공 챔버 내의 플라즈마의 대면적 균일화를 보장할 수 있다.

설명해야 할 것은, 스크류 프로브(23)의 외경 크기 및 연결 캐비티(10)의 내경 크기는 마이크로파의 전송 파워(전송 효율)와 관련성이 있다. 구체적으로, 스크류 프로브(23)의 외경 크기와 마이크로파의 전송 파워(전송 효율)는 음의 상관관계를 나타내고, 연결 캐비티(10)의 내경 크기와 마이크로파의 전송 파워(전송 효율)는 양의 상관관계를 나타낸다. 즉, 연결 캐비티(10) 내에 스크류 프로브(23)가 삽입되어 있을 경우, 스크류 프로브(23)의 외벽과 연결 캐비티(10)의 내벽 사이의 틈새가 클수록, 마이크로파의 전송 파워(전송 효율)가 높다. 실제 응용에 있어서, 스크류 프로브(23)의 외경과 연결 캐비티(10)의 내경의 비율은 최대 전송 파워를 결정하며, 해당 비율은 동축 도파관의 전송 특성에 따라 해당 구조에서의 공기의 파괴 전압을 통해 계산될 수 있다. 일반적으로, 해당 비율은 1.65~3.59 범위일 수 있으며, 그 중 하한 값 및 상한 값은 각각 최대 전송 파워 및 최소 손실에 대응된다. 이로부터 알 수 있듯이, 외경의 크기가 다른 스크류 프로브(23)를 선정 및/또는 내경의 크기가 다른 연결 캐비티(10)를 선정함으로써, 마이크로파의 전송 파워를 조절하여, 원하는 마이크로파 전송 효율 및 원하는 손실에 도달할 수 있다.

더 설명해야 할 것은, 스크류 프로브(23)의 공진 캐비티(22) 내에 삽입되는 길이와 전기장 피딩 효율 사이에 관련성이 있으며, 스크류 프로브(23)의 공진 캐비티(22) 내에 삽입되는 길이를 조절하는 것을 통해, 전기장 피딩 효율을 조절하여, 마이크로파 이용률을 향상시킬 수 있다. 실제로, 스크류 프로브(23)의 공진 캐비티(22) 내에 삽입되는 길이와 전기장 피딩 효율 사이의 상관관계는 선형 관계가 아니며, 또한 전기장 피딩 효율은 스크류 프로브(23)의 공진 캐비티(22) 내에 삽입되는 길이와 관련이 있을 뿐만 아니라, 공진 캐비티(22)의 높이, 공진 캐비티(22) 내의 유전체창의 수량 및 분포 등 요소와도 관련이 있으므로, 전체 공진 캐비티(22)의 구조를 종합해야만 최적의 마이크로파 이용 효율을 얻을 수 있다.

추가적으로 설명해야 할 것은, 본 실시예에서의 제1 프로브(23)는 스크류 프로브이며 나사 결합 방식으로 직사각형 도파관(8)에 고정되나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 프로브(23)를 나사산이 없는 기둥 형태로 설치하여, 걸림 결합 또는 핀 결합의 방식으로 직사각형 도파관(8)에 고정시킬 수도 있다. 추가적으로, 제1 프로브(23)가 스크류 프로브 형태일 경우, 나사 결합으로 고정하는 방식 외에도, 걸림 결합 또는 핀 결합의 방식으로 고정시킬 수 있다.

이어서, 공진 캐비티 및 이의 관련 부품에 대해 상세하게 설명한다.

공진 캐비티(22)는 진공 챔버(19)의 측벽의 상단에 설치되며, 공진 캐비티(22)의 저벽에 의해 진공 챔버(19)를 봉쇄하여, 진공 챔버(19)의 내부에 밀폐된 공정 환경이 형성되도록 한다. 공진 캐비티(22)의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있으며, 유전체창은 마이크로파 에너지를 진공 챔버(19)에 결합 진입시켜, 플라즈마를 발생시키고 표면파의 경계 조건을 형성하도록 한다. 즉, 진공 챔버(19)는 공진 캐비티(22)의 하부에 설치되고, 마이크로파는 공진 캐비티(22) 내에 정재파를 형성하고, 정재파의 전기장은 유전체창을 통해 진공 챔버(19)에 결합 진입하여, 진공 챔버(19) 내에서 플라즈마를 여기시키고, 플라즈마의 밀도가 표면파 플라즈마를 형성하는 임계 밀도보다 크면, 유전체창의 하면에 표면파를 형성한다.

전기장 피딩 효율은 공진 캐비티(22)의 높이와 관련이 있으므로, 공진 캐비티(22)의 높이를 조절할 수 있도록, 공진 캐비티(22)는 복수의 금속환을 적층시켜 형성하고, 각각의 금속환의 구조는 개스킷과 유사하며, 복수의 적층된 금속환은 공진 캐비티(22)의 측벽을 구성하고, 복수의 적층된 금속환의 중공 부분은 공진 캐비티(22)의 챔버를 한정하는 형태로 설치하는 것이 바람직하다. 실제 응용에 있어서, 필요에 따라 금속환의 수량을 선정하여 상응한 높이의 공진 캐비티(22)를 얻을 수 있다. 예를 들면, 공진 캐비티(22)의 높이는 10mm-200mm일 수 있으며, 장치의 부피 및 제조 원가를 고려하면, 공진 캐비티(22)의 높이는 10mm-85mm인 것이 바람직하다. 공진 캐비티(22)의 재료에 관해서는, 일반적으로 스테인리스 등의 금속 재료를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예는 연결 캐비티를 이용하여 공진 캐비티와 직사각형 도파관을 연결하고, 스크류 프로브를 직사각형 도파관과 연결 캐비티를 통과하여 공진 캐비티 내부에 삽입함으로써, 마이크로파 에너지를 연결 캐비티와 공진 캐비티로 피딩하고, 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체창을 설치하여, 마이크로파가 공진 캐비티 내에서 형성한 정재파의 전기장이 각 유전체창을 통해 진공 챔버에 결합 진입하여, 진공 챔버 내에서 플라즈마를 여기시키도록 한다. 따라서, 복수의 유전체창은 복수의 플라즈마 소스와 동등할 수 있으며, 종래의 단일 플라즈마 소스에 비해, 이러한 구조의 표면파 플라즈마 장치는 진공 챔버 내에서 대면적의 균일한 플라즈마를 얻을 수 있어, 대형 칩의 가공 요구를 만족시킬 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 5를 결합하여 공진 캐비티의 저벽에 설치된 유전체창의 구조 및 기능을 상세하게 설명한다. 도 3은 공진 캐비티의 저벽의 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A'선에 따라 공진 캐비티의 저벽을 절단하여 얻은 단면도이며, 도 5는 분리 상태에 있는 유전체 부재와 유전체 부재 설치홀의 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 유전체창은 하기와 같은 방식으로 설치될 수 있다: 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀(26)이 개설되어 있고, 각각의 유전체 부재 설치홀(26)에 이와 매칭되는 형상의 유전체 부재(24)가 삽입되고, 상기 유전체 부재(24)에 의해 각각의 유전체 부재 설치홀(26) 부위에 유전체창을 형성할 수 있다. 구체적으로, 공진 캐비티(22)의 저벽에 6개의 유전체 부재(24)가 설치되어 있고, 이들은 진공 챔버(19)의 원주 방향을 따라 한 바퀴 에워싸며, 각각의 유전체 부재(24)는 공정 시 모두 하나의 플라즈마 소스에 해당한다. 바람직하게, 6개의 유전체 부재(24)는 진공 챔버(19)의 원주 방향을 따라 균일하게 배치되며, 이와 같이 한 바퀴로 배치된 6개의 플라즈마 소스에 의해 대면적의 플라즈마를 얻을 수 있으며, 또한 6개의 유전체 부재(24)가 진공 챔버(19)의 원주 방향을 따라 균일하게 배치되므로, 플라즈마의 분포가 균일하다. 피가공물은 진공 챔버(19) 내에서 일반적으로 진공 챔버(19)와 동심으로 설치되거나 또는 진공 챔버(19)의 동심원 상에 설치되므로, 더욱 바람직하게는 6개의 유전체 부재(24)가 진공 챔버(19)의 원주 방향을 따라 진공 챔버(19)와 동심인 원에 균일하게 배치되도록 함으로써, 진공 챔버(19) 내의 플라즈마가 피가공물에 대해 더욱 균일하게 분포되도록 한다. 더욱 바람직하게는, 가장자리 영역의 플라즈마의 밀도를 향상시키기 위하여, 유전체 부재(24)를 진공 챔버(19)의 중심으로부터 가장자리를 향하여 여러 층(즉, 여러 바퀴)으로 배치하여, 진공 챔버(19)의 가장자리 영역도 원하는 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있도록 하고, 또한 각 층의 경우, 복수의 유전체 부재(24)를 진공 챔버(19)의 원주 방향에 따라 진공 챔버(19)와 동심인 원 상에 균일하게 배치하면, 여러 층의 유전체 부재(24)는 복수의 동심원을 형성하게 된다. 더욱 바람직하게는, 플라즈마를 효과적으로 여기하여 이용하기 위해, 상기 복수의 유전체 부재(24)의 진공 챔버(19)의 저면이 위치한 평면에서의 정투영이 상기 진공 챔버(19)의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함되게 한다. 즉, 공진 캐비티(22)의 내벽의 진공 챔버(19)의 저면이 위치한 평면에서의 정투영이 상기 진공 챔버(19)의 내벽의 해당 평면에서의 정투영의 외측에 있을 경우, 유전체 부재(24)를 공진 캐비티(22)의 내벽에 너무 가깝게 설치함으로 인해 유전체 부재(24)의 진공 챔버(19)의 저면이 위치한 평면에서의 정투영이 상기 진공 챔버(19)의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함되지 않으면, 상기 유전체 부재(24)에 의해 진공 챔버(19) 내에서 여기하여 이용하는 플라즈마가 적어진다.

유전체 부재(24)를 공진 캐비티(22)의 저벽에 하기와 같은 방식으로 장착할 수 있다. 예를 들면, 공진 캐비티(22)의 저벽에 유전체 부재 설치홀을 개설하지 않고, 유전체 부재(24)를 공진 캐비티(22)의 저벽에 그대로 놓아, 공진 캐비티(22)의 저벽으로부터 돌출되게 하거나, 또는 공진 캐비티(22)의 저벽에 유전체 부재(24)의 수량과 동일한 수량의 복수의 유전체 부재 설치홀(26)을 개설하고, 상기 복수의 유전체 부재 설치홀(26)의 형상은 상기 복수의 유전체 부재(24)의 형상과 일대일로 대응되고, 각각의 유전체 부재 설치홀(26)에 모두 이들과 매칭되는 형상의 유전체 부재(24)가 삽입된다.

이하, 유전체 부재(24)의 구조 및 유전체 부재 설치홀(26)과의 결합을 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예에서의 유전체 부재(24)의 형상은 두 개의 원기둥체(제1 기둥체(241) 및 제2 기둥체(242))의 조합과 유사하며, 제1 기둥체(241)와 제2 기둥체(242)는 동축으로 설치되고 서로 적층되며, 제1 기둥체(241)는 상부에 위치하고 그 직경은 제2 기둥체(242)의 직경보다 크므로, 거꾸로 놓인 "凸"자형을 이룬다. 대응되게, 유전체 부재 설치홀(26)은 유전체 부재(24)와 서로 매칭되는 거꾸로 놓인 "凸"자형으로 설치된다. 구체적으로, 상기 유전체 부재 설치홀(26)의 카운터보어(261)는 기둥형의 카운터보어이고, 비아(262)는 나사산이 없는 구멍이다. 유전체 부재(24)가 유전체 부재 설치홀(26) 내에 안착되면, 제1 기둥체(241)가 카운터보어(261) 내에 놓이고, 제2 기둥체(242)가 비아(262) 내에 놓인다. 제2 기둥체(242)의 높이는 비아(262)의 깊이보다 크거나 같아야 한다. 즉, 제2 기둥체(241)의 하면이 공진 캐비티(22)의 저벽의 하면과 가지런하거나 공진 캐비티(22)의 저벽의 하면보다 아래로 돌출되게 하여, 마이크로파가 공진 캐비티 내에서 형성한 정재파의 전기장이 진공 챔버(19)에 결합 진입하도록 한다.

본 실시예에서의 유전체 부재(24)는 2개의 기둥의 조합이며, 최소 직경은 제2 기둥체(242)의 직경이다. 유전체 부재(24)의 면적은 유전체 부재(24) 전체의 설치 수량에 영향을 미치므로, 예를 들어 동일한 동심원에 설치된 유전체 부재(24)에서 단일 유전체 부재(24)의 면적이 클수록 설치 가능한 수량이 적으므로, 유전체 부재(24)의 최소 직경을 결정할 때, 단일 유전체 부재(24)의 면적 및 유전체 부재(24) 전체의 설치 수량을 종합적으로 고려해야 하며, 실제 응용에 있어서, 유전체 부재(24)의 최소 직경은 40mm-120mm로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 실시예에서 제2 기둥체(242)의 직경은 60mm로, 제1 기둥체(241)의 직경은 90mm로 설정할 수 있다.

설명해야 할 것은, 본 발명의 상술한 실시예에 기재된 유전체 부재 및 유전체 부재 설치홀의 형상 및 장착 방식은 가공, 장착 및 고정이 용이한 바람직한 실시 형태이며, 실제 응용에 있어서, 유전체 부재 및 유전체 부재 설치홀의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 유전체 부재는 단일 기둥체 또는 단일 추대 또는 기둥체와 추대의 조합 또는 복수의 추대의 조합으로 설치될 수 있으며, 상응하게 유전체 부재 설치홀은 단일 기둥체 형상인 구멍 또는 단일 추대 형상인 구멍 또는 기둥체와 추대의 조합의 형상인 구멍 또는 복수의 추대의 조합의 형상인 구멍으로 설치될 수 있다. 소위 기둥체는 원기둥 및 각기둥을 포함하고, 소위 추대는 원추대 및 각추대를 포함하며, 소위 복수는 두 개 이상을 말한다. 실제 응용에 있어서, 공진 캐비티(22)의 저벽 상의 복수의 유전체 부재의 형상은 동일하지 않아도 된다. 추가적으로, 본 발명의 실시예에서의 유전체 부재는 석영, 세라믹, 표면에 이트리아가 코팅된 석영 또는 표면에 이트리아가 코팅된 세라믹 등의 재료로 제조될 수 있다.

더 설명해야 할 것은, 유전체 부재 및 유전체 부재 설치홀이 단일 추대 형상일 경우, 바람직하게는 상기 추대의 상면의 직경을 저면의 직경보다 크게 설치하여, 유전체 부재 자체의 무게에 의해 더 견고하게 유전체 부재 설치홀 내에 장착되게 할 수 있다. 유전체 부재가 복수의 기둥체의 조합(예를 들어 도 6a에 도시된 2개의 기둥체 조합 구조)으로 설치될 경우, 복수의 기둥체는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 또한 상기 유전체 부재의 장착 및 해체가 용이하도록, 하위단 기둥체의 직경은 상위단 기둥체의 직경보다 크지 않다. 유전체 부재가 복수의 추대의 조합(예를 들어 도 6b 및 도 6c에 도시된 2단 추대 구조)으로 설치될 경우, 복수의 추대는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고， 또한 상기 유전체 부재의 장착 및 해체가 용이하도록, 하위단 추대의 상면의 직경은 상위단 추대의 저면의 직경보다 크지 않다. 유전체 부재가 기둥체와 추대의 조합(예를 들어 도 6d 내지 도 6g에 도시된 기둥체와 추대의 조합 구조)으로 설치될 경우, 기둥체와 추대는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고， 또한 상기 유전체 부재의 장착 및 해체가 용이하도록, 하위단 기둥체/추대의 상면의 직경은 상위단 기둥체/추대의 저면의 직경보다 크지 않다. 소위 "상위단" 및 "하위단" 중의 "상위" 및 "하위"는 위치 관계에서의 "상위" 및 "하위"에 따라 결정되는 것이 아니라, 장착 시 유전체 부재 설치홀에 삽입되는 선후 순서에 따라 결정된다. 구체적으로, 유전체 부재 설치홀에 먼저 삽입되는 단을 "하위단"이라 하고, 상기 "하위단"에 이어서 유전체 부재 설치홀에 삽입되는 단을 해당 "하위단"의 상위단이라 한다. 즉, 2단일 경우, 공진 캐비티의 저벽의 상부로부터 유전체 부재를 유전체 부재 설치홀에 장착할 때, 위치 관계에서 아래에 있는 단이 먼저 유전체 부재 설치홀에 삽입됨으로 하위단이라 하고, 위치 관계에서 위에 있는 단을 상위단이라 한다. 반대로, 공진 캐비티의 저벽의 하부로부터 유전체 부재를 유전체 부재 설치홀에 장착할 때, 위치 관계에서 위에 있는 단이 먼저 유전체 부재 설치홀에 삽입되므로 하위단이라 하고, 위치 관계에서 아래에 있는 단을 상위단이라 한다. 실제 응용에 있어서, 필요에 따라 단수를 설정할 수 있으며, 또한, 유전체 부재(24)를 용이하고 견고하게 장착 및 고정하기 위하여, 공진 캐비티(22)의 저벽의 상부로부터 유전체 부재(24)를 장착하여, 유전체 부재(24) 자체의 무게에 의해 유전체 부재(24)를 공진 캐비티(22)의 저벽에 고정시키는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이의 양호한 밀봉을 실현하기 위하여, 이들 사이에 밀봉링과 같은 밀봉 부재를 설치한다. 이하, 도 2 및 도 5를 결합하여 유전체 부재(24)와 공진 캐비티(22)의 저벽 사이의 밀봉을 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 유전체 부재 설치홀(26)의 카운터보어(261)의 하면에는 그 원주 방향을 따라 환형 오목홈이 개설되어 있고, 그 내부에는 환형 밀봉링(17)이 설치되어 있으며, 상기 환형 오목홈과 환형 밀봉링(17)은 유전체 부재(24)의 원주 방향을 따라 상기 유전체 부재(24)의 축선을 에워싸는 폐쇄 환형 구조를 형성한다. 이와 같이, 유전체 부재(24)가 유전체 부재 설치홀(26) 내에 장착되면, 공진 캐비티(22) 내의 기압 및 유전체 부재(24) 자체의 무게에 의하여, 제1 기둥체(241)의 하면은 환형 밀봉링(17)을 압착 변형시켜, 제1 기둥체(241)와 카운터보어(261) 사이의 틈새를 봉쇄함으로써, 공진 캐비티의 내부와 진공 챔버(19)의 내부를 격리시킬 수 있다.

설명해야 할 것은, 실제 응용에 있어서, 각각의 유전체 부재에 대응하여, 상기 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이에 밀봉 부재가 설치되어 있으며, 상기 밀봉 부재는 유전체 부재의 원주 방향을 따라 상기 유전체 부재의 축선을 에워싸는 폐쇄 환형 구조를 형성하고, 또한 상기 밀봉 부재의 원주 방향을 따라 상기 유전체 부재 및 공진 캐비티는 일관되게 밀봉 부재와 접촉함으로써, 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이의 밀봉을 실현한다. 구체적으로, 각각의 유전체 부재에 있어서, 공진 캐비티의 저벽에 상기 유전체 부재의 원주 방향을 따라 밀봉링 장착홈을 개설하여, 환형 밀봉링을 밀봉링 장착홈에 장착함으로써, 상기 유전체 부재의 원주 방향을 따라 상기 유전체 부재를 밀봉링 안에 끼워 넣어, 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이의 틈새를 봉쇄할 수 있으며; 또는, 유전체 부재에 그 원주 방향을 따라 밀봉링 장착홈을 개설하여, 환형 밀봉링을 밀봉링 장착홈에 장착함으로써, 상기 유전체 부재의 원주 방향을 따라 상기 유전체 부재를 밀봉링 안에 끼워 넣어, 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이의 틈새를 봉쇄할 수 있으며; 또는, 동시에 공진 캐비티의 저벽에 상기 유전체 부재의 원주 방향을 밀봉링 장착홈을 개설하고, 유전체 부재에 그 원주 방향을 따라 밀봉링 장착홈을 개설하여, 각 밀봉링 장착홈에 모두 밀봉링을 장착함으로써, 상기 유전체 부재의 원주 방향을 따라 상기 유전체 부재를 밀봉링 안에 끼워 넣어, 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이의 틈새를 봉쇄할 수도 있다. 물론, 밀봉링 장착홈을 개설하지 않고, 밀봉링을 그대로 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽의 접촉면에 놓고, 유전체 부재와 공진 캐비티의 저벽 사이의 접촉과 압착에 의해 밀봉링의 위치 고정 및 밀봉을 실현할 수도 있다. 예를 들면, 환형 밀봉링을 유전체 부재에 끼우고, 상기 유전체 부재를 공진 캐비티의 저벽의 유전체 부재 설치홀에 설치하면, 마찬가지로 밀봉링의 위치 고정 및 밀봉을 실현할 수 있다. 또 예를 들면, 환형 밀봉링을 도 5에 도시된 카운터보어(261)의 상면에 놓고, 유전체 부재를 상기 유전체 부재 설치홀 내에 장착하는 경우에는, 유전체 부재 및 카운터보어(261)의 상면과 상기 환형 밀봉링의 접촉과 압착을 통해 밀봉링의 위치 고정 및 밀봉을 실현한다.

바람직하게는, 낮은 전압에서 방전을 실현하여, 기체의 초기 이온화를 이루기 위하여, 공진 캐비티(22) 내에 제2 프로브를 설치할 수 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 결합하여 공진 캐비티 내의 제2 프로브(27)를 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공진 캐비티(22)의 내부에는 금속 재질의 제2 프로브(27)를 더 포함하고 있으며, 또한 수량 및 위치는 유전체 부재(24)의 수량 및 위치와 대응된다. 구체적으로, 제2 프로브(27)와 유전체 부재(24)의 수량은 모두 6개이고, 각각의 제2 프로브(27)는 하나의 유전체 부재(24)와 대응되고, 각 제2 프로브(27)의 대응되는 유전체 부재(24)가 위치하는 평면에서의 정투영은 상기 유전체 부재(24)의 해당 평면에서의 정투영과 동축이다. 또한, 제2 프로브(27)는 공진 캐비티(22)의 상벽에 설치되고 공진 캐비티(22)의 축방향을 따라 아래로 연신된다. 즉, 제2 프로브(27)는 공진 캐비티의 축방향을 따라 공진 캐비티의 상벽과 유전체 부재(24) 사이에 설치되고, 제2 프로브(27)의 일단은 공진 캐비티(22)의 상벽과 연결되고, 타단(하단)은 공진 캐비티(22)의 축방향을 따라 아래로 연신되며, 유전체 부재(24)의 상면과 접촉될 때까지 연신될 수 있다(단, 유전체 부재(24)를 압착해서는 안 된다). 제2 프로브(27)가 유전체 부재(24)를 압착해서는 안 되는 원인은, 플라즈마를 여기하는 과정에서, 유전체 부재(24)의 온도가 높아져 부피가 팽창되므로, 제2 프로브(27)가 처음부터 유전체 부재(24)를 압착하고 있으면, 부피가 팽창된 유전체 부재(24)와 제2 프로브(27) 사이의 압력이 너무 커져서 유전체 부재(24)가 부서지기 때문이다.

공진 캐비티(22)의 내부에 제2 프로브(27)가 설치되어 있으므로, 공정 시 전기장이 금속 표면에 수직되고, 자기장이 금속 표면에 평행되는 경계 조건이 존재하게 되며, 이는 공진 캐비티(22) 내부의 고유 필드 분포를 변화시켜, 고차 모드를 여기시키므로, 제2 프로브(27) 근처의 전기장을 증강시켜, 저기압 조건(예를 들어 밀리토르(mTorr) 레벨의 방전 기압)에서 더욱 쉽게 기체의 초기 이온화를 실현할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치는 낮은 방전 기압에서 양호하게 작동할 수 있다.

추가적으로, 하이 파워에서의 대기 파괴를 방지하기 위하여, 제2 프로브(27)의 대응되는 유전체 부재(24)가 위치한 평면에서의 정투영의 가장자리와 상기 유전체 부재(24)의 해당 평면에서의 정투영의 가장자리 사이의 거리W는 너무 작아서는 안 되며, W는 2cm 이상인 것이 바람직하다.

설명해야 할 것은, 본 발명의 실시예에서의 제2 프로브(27)의 수량 및 위치는 유전체 부재(24)의 수량 및 위치와 대응되나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 실제 응용에 있어서, 제2 프로브(27)의 수량은 유전체 부재(24)와 대응되지 않을 수도 있으며, 또한 제2 프로브(27)의 설치 위치도 유전체 부재(24)의 위치와 서로 엇갈릴 수 있다. 예를 들면, 제2 프로브(27)는 공진 캐비티의 상벽 상의 유전체 부재(24)들 사이의 간극과 마주하는 위치에 설치할 수 있으며, 및/또는 공진 캐비티(22)의 저벽 상의 유전체 부재(24)들 사이의 간극에 설치할 수도 있다. 추가적으로, 제2 프로브(27)가 복수로 설치될 경우, 구체적인 설치 수량 및 위치는 공진 캐비티의 크기, 높이 및 형상을 종합적으로 고려하여 결정할 수 있다.

상술한 바로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치는 대면적의 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 산업 응용 레벨에 도달할 수 있다. 또한, 공진 캐비티 내에 제2 프로브(27)를 적당하게 설치하면, 매우 낮은 기압에서 낮은 파워로 초기 이온화를 실현할 수 있어, 상기 표면파 플라즈마 장치의 공정 구간을 확대시킨다.

바람직하게, 제2 프로브(27)의 공진 캐비티(22) 내에서의 연신 길이는 조절 가능하다. 소위 연신 길이는 제2 프로브(27)의 하단과 공진 캐비티(22)의 상벽 사이의 거리를 말한다. 구체적인 조절 방식에 관해서는, 하기 제2 실시예에서의 조절 방식을 참고할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서의 표면파 플라즈마 장치와 상술한 제1 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 차이는 공진 캐비티의 구조이며, 마이크로파 발생 장치, 마이크로파 전송 매칭 구조, 연결 캐비티(10) 및 진공 챔버(19)의 구조 및 작용은, 상술한 제1 실시예를 결합하여 설명한 각 상응한 구조 및 작용과 동일하므로, 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 이하, 본 실시예에서의 공진 캐비티를 상세하게 설명한다.

도 7을 참고하면, 본 실시예에서, 복수의 유전체창은 하기와 같은 방식으로 설치될 수 있다: 공진 캐비티(42)의 저벽(44)에 복수의 유전체 부재 설치홀(441)이 개설되어 있고, 공진 캐비티(42)의 저벽(44)과 진공 챔버(19) 사이에 판상 구조를 이루는 유전체 부재(이하 유전체판이라 함)(45)가 설치되어 있고, 상기 유전체판(45)은 전체 유전체 부재 설치홀(441)을 커버할 수 있다. 즉, 상기 유전체판(45)에 의해 각각의 유전체 부재 설치홀(441) 부위에 유전체창을 형성할 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에서의 공진 캐비티(42)는 진공 챔버(19)의 상부에 설치되고, 캐비티 구조이며, 구리, 알루미늄, 스테인리스 또는 알루미늄합금 등의 금속으로 제조된다. 상기 공진 캐비티(42)의 상벽에 복수의 제2 프로브(43)가 설치되어 있고, 상기 제2 프로브(43)는 공진 캐비티(42)의 축방향을 따라 연신되고, 그 상단은 공진 캐비티(42)의 상벽의 상부에 연신되어 있고, 그 하단은 공진 캐비티의 상벽을 관통하여 공진 캐비티의 내부까지 연신되며, 상기 제2 프로브(43)는 공진 캐비티(42)의 축방향을 따라 공진 캐비티(42)의 저벽에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 설치된다. 즉, 제2 프로브(43)의 하단과 공진 캐비티(42)의 저벽 사이의 간격은 조절, 변화될 수 있다. 상기 공진 캐비티(42)의 저벽(44)에는 그 두께 방향을 따라 상기 저벽(44)을 관통하는 복수의 유전체 부재 설치홀(441)이 설치되어 있고, 복수의 유전체 부재 설치홀(441)의 수량 및 위치는 복수의 제2 프로브(43)의 수량 및 위치와 일대일로 대응된다. 상기 저벽(44)은 안테나판으로 사용되며, 이하 안테나판(44)이라 한다.

안테나판(44)의 하부에 판상 구조를 이루는 유전체 부재(이하 유전체판이라 함)(45)가 설치되어, 마이크로파 에너지를 진공 챔버(19) 내에 결합 진입시켜, 진공 챔버(19) 내에서 플라즈마를 여기하여 발생시킨다. 구체적으로, 유전체판(45)은 안테나판(44)과 진공 챔버(19) 사이에 설치되고, 또한 진공 챔버(19)와 밀봉 연결된다. 즉, 유전체 부재(45)는 일체형 구조를 사용하며, 안테나판(44)과 진공 챔버(19)를 서로 격리시킨다. 이렇게 하면, 마이크로파 에너지를 진공 챔버(19) 내에 결합 진입시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공진 캐비티(42)와 진공 챔버(19) 사이의 계면이 모두 유전체 재료로 이루어지게 함으로써, 금속 오염을 방지할 수 있다. 상기 유전체 부재(45)에 사용되는 재료는 석영, 세라믹, 표면에 이트리아가 코팅된 석영 또는 표면에 이트리아가 코팅된 세라믹을 포함한다. 바람직하게, 유전체 부재(45)의 두께는 5~80mm 범위이다.

공정을 수행할 때, 공진 캐비티(42) 내의 상기 제2 프로브(43)의 근처에 고주파수 전자기장이 형성되며, 상기 고주파수 전자기장의 분포는 진공 챔버(19) 내에 형성되는 플라즈마의 밀도 분포에 영향을 미친다. 각 제2 프로브(43)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격을 조절하는 것을 통하여, 고주파수 전자기장의 분포를 조절함으로써, 진공 챔버(19) 내에 형성되는 플라즈마의 밀도 분포를 실시간으로 조절할 수 있으므로, 서로 다른 공정 조건에서의 플라즈마 분포에 대한 서로 다른 요구를 만족시킬 수 있다. 또한, 상기 공진 캐비티(42) 및 유전체창에 의해 매우 낮은 기압 조건에서 낮은 파워를 사용하여 반응 기체의 초기 이온화를 이룰 수 있어, 공정 구간을 확대시켰다.

이하, 제2 프로브(43)의 배치 방식에 대해 상세하게 설명한다.

첫 번째 배치 방식에 있어서, 도 8a 내지 도 8e를 참고하면, 안테나판(44)이 위치한 평면에서, 복수의 제2 프로브(43)의 투영은 안테나판(44)이 위치한 평면의 중심을 원심으로 하고, 반경이 다른 두 동심원주(내측 원주 및 외측 원주) 상에 분포된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 내측 원주 상에 분포된 제2 프로브(43N)는 6개 있으며, 각각 43N1~43N6이고, 외측 원주 상에 분포된 제2 프로브(43W)는 12개 있으며, 각각 43W1~43W12이다. 제2 프로브(43)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격이 클수록, 진공 챔버(19) 내의 상기 제2 프로브(43)의 위치와 대응되는 영역에 형성된 플라즈마의 밀도 분포가 작다. 반대로, 제2 프로브(43)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격이 작을수록, 진공 챔버(19) 내의 상기 제2 프로브(43)의 위치와 대응되는 영역에 형성된 플라즈마의 밀도 분포가 크다. 이에 기반하면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 내측 원주 상에 분포된 6개의 제2 프로브(43N)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H1은 동일하고, 외측 원주 상에 분포된 분포된 12개의 제2 프로브(43W)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H2는 동일하며, H1은 H2보다 작다. 예를 들면, Hl=10mm이고, H2=40mm이다. 이 경우, H1이 H2보다 작으므로, 도 8d에 도시된 바와 같이 지지대(21) 상부에 분포된 플라즈마의 내측 원주 상에 분포된 6개의 제2 프로브(43N)와 대응되는 영역의 분포 밀도는 외측 원주 상에 분포된 12개의 제2 프로브(43W)와 대응되는 영역의 분포 밀도보다 크며, 이에 의해 플라즈마의 밀도 분포 조절을 실현하였다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 내측 원주 상에 분포된 6개의 제2 프로브(43N)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H4은 동일하고, 외측 원주 상에 분포된 12개의 제2 프로브(43W)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H3은 동일하며, H3은 H4보다 작다. 예를 들면, H3=10mm이고, H4=30mm이다. 이 경우, H3이 H4보다 작으므로, 도 8e에 도시된 바와 같이 지지대(21) 상부에 분포된 플라즈마의 외측 원주 상에 분포된 12개의 제2 프로브(43W)와 대응되는 영역의 분포 밀도는 내측 원주 상에 분포된 6개의 제2 프로브(43N)와 대응되는 영역의 분포 밀도보다 크며, 이에 의해 플라즈마의 밀도 분포 조절을 실현하였다.

물론, 실제 응용에 있어서, 구체적인 상황에 따라 동일한 원주 상의 제2 프로브의 하단과 안테나판 사이의 수직 간격을 다르게 하여, 서로 다른 공정 조건에서의 플라즈마 분포에 대한 서로 다른 요구를 만족시킬 수도 있다.

설명해야 할 것은, 본 실시예에서, 안테나판(44)이 위치한 평면에서, 복수의 제2 프로브(43)의 투영은 안테나판(44)이 위치한 평면의 중심을 원심으로 하고 반경이 다른 두 동심원(내측 원주 및 외측 원주) 상에 분포되나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실제 응용에 있어서 동심원의 수량은 3개 이상일 수도 있다.

실제 응용에 있어서, 승강 기구를 사용하여 상기 제2 프로브(43)의 승강 운동에 대해 원격 자동 조절을 진행하거나, 또는 수동 방식을 사용하여 상기 제2 프로브(43)의 승강 운동을 조절할 수도 있다. 구체적으로, 원격 자동 조절 방식에서, 공진 캐비티(42)는 복수의 승강 기구(미도시)를 더 포함하고, 상기 승강 기구의 수량은 원주의 수량과 대응되며, 각 승강 기구는 각 원주 상의 모든 제2 프로브가 동기 상승 또는 동기 하강하도록 일대일로 대응되게 구동한다. 즉, 본 실시예의 동심원이 2개인 경우에 대응되게 승강 기구도 2개이며, 그 중 하나는 내측 원주 상의 모든 제2 프로브(43N)를 동기 구동시키고, 다른 하나는 외측 원주 상의 모든 제2 프로브(43W)를 동기 구동시킨다. 또는, 승강 기구의 수량은 제2 프로브의 수량과 대응될 수도 있으며, 각 승강 기구는 하나의 제2 프로브가 상승 또는 하강하도록 일대일로 대응되게 구동할 수 있다. 즉, 승강 기구의 수량은 18개이며, 각 승강 기구는 대응되는 하나의 제2 프로브가 상승 또는 하강하도록 단독으로 구동한다. 실제 응용에 있어서, 승강 기구는 승강용 모터, 승강용 공압 실린더 또는 승강용 유압 실린더 등의 승강 구동 기능을 가진 기구일 수 있다.

수동 조절 방식에서, 각각의 제2 프로브는 수나사산을 구비하며, 공진 캐비티(42)의 상벽인 벽면(421)에 그 두께를 관통하는 나사홀이 설치되어 있고, 각 제2 프로브(43)는 수나사산을 통해 각 나사홀에 일대일로 대응되게 장착된다. 시계 방향 또는 반시계 방향으로 임의의 제2 프로브(43)를 수동으로 회전시켜, 상기 제2 프로브의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격을 조절한다. 물론, 이에 기초하여, 자동 조절 방식으로 수동 조절 방식을 대체할 수도 있다. 즉, 회전 모터와 같은 구동 기구를 사용하여 임의의 제2 프로브(43)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 자동으로 구동하여, 제2 프로브(43)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격에 대한 조절을 실현할 수 있다.

두 번째 배치 방식에 있어서, 도 9a 내지 도 9c를 참고하면, 안테나판(44)이 위치한 평면에서, 복수의 제2 프로브(43)의 투영은 안테나판(44)이 위치한 평면의 중심을 원심으로 하는 하나의 원주 상에 분포된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 원주 상에 분포된 제2 프로브(43D)는 5개 있으며, 각각 43D1~43D5이다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 원주 상에 분포된 5개의 제2 프로브(43D)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H5는 동일하며, 예를 들어 H5=20mm이다.

도 9c 에 도시된 바와 같이, 상기 원주 상에 분포된 5개의 제2 프로브(43D)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H5는 다르며, 하나의 제2 프로브(43D)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H7은 나머지 제2 프로브(43D)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격H6보다 크며, 예를 들어 H6=20mm이고, H7=40mm이다. 이 경우, 지지대(21) 상부의 플라즈마의 수직 간격이 H7인 하나의 제2 프로브(43D)와 대응되는 영역의 분포 밀도는 수직 간격이 H6인 나머지 제2 프로브(43D)와 대응되는 영역의 분포 밀도보다 작으며, 이에 의해 플라즈마의 밀도 분포 조절을 실현하였다.

실제 응용에 있어서, 승강 기구를 사용하여 상기 제2 프로브(43)의 승강 운동에 대해 원격 자동 조절을 진행하거나, 또는 수동 방식을 사용하여 상기 제2 프로브(43)의 승강 운동을 조절할 수도 있다. 상기 승강 기구는 상술한 첫 번째 배치 방식의 승강 기구와 유사하며, 차이점은 모든 제2 프로브가 동기 상승 또는 하강하도록 구동하는 하나의 승강 기구일 수도 있다는 것이다. 수동 조절 방식은 상술한 첫 번째 배치 방식의 수동 조절 방식과 동일하므로, 더 이상 설명하지 않는다.

바람직하게는, 제2 프로브(43)의 하단과 안테나판(44) 사이의 수직 간격을 10mm 이상으로 하여, 하이 파워 조건에서 대기가 파괴되는 상황이 발생하지 않도록 한다.

추가적으로, 공진 캐비티(42)의 수직 방향에서의 길이를 10~200mm 범위로 하여, 제2 프로브(43)의 승강 운동에 충분한 공간을 남기는 것이 바람직하다.

실제 응용에 있어서, 안테나판(44) 상의 유전체 부재 설치홀(441)은 원형 구멍일 수 있으며, 이 원형 구멍의 직경은 20~120mm 범위이며, 바람직하게는 40~120mm이며, 또는 안테나판(44) 상의 유전체 부재 설치홀(441)은 정방형 구멍일 수도 있으며, 이 정방형 구멍의 변의 길이는 20~120mm 범위이며, 바람직하게는 40~120mm이다. 또는 안테나판(44) 상의 유전체 부재 설치홀은 다른 임의의 형상의 관통홀일 수도 있다.

설명해야 할 것은, 실제 응용에 있어서, 복수의 유전체창은 하기와 같은 방식으로 설치될 수 있다: 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀이 개설되어 있고, 공진 캐비티의 저벽과 진공 챔버 사이에 유전체 부재가 설치되어 있고, 유전체 부재는 장착판 및 상기 장착판에 내장된 복수의 유전체 블록을 포함하고, 각각의 유전체 블록은 모두 장착판의 두께 방향을 따라 상기 장착판을 관통하고, 복수의 유전체 블록의 수량 및 설치 위치는 복수의 유전체 부재 설치홀의 수량 및 위치와 일대일로 대응되며, 각각의 유전체 부재에 의해 이들과 대응하는 유전체 부재 설치홀 부위에 유전체창을 형성할 수 있다. 유전체 블록은 고정된 형상으로 가공되어 유전체 부재 설치홀에 삽입할 수 있는 독립 구조체를 포함할 수도 있고, 유전체 부재 설치홀에 충전할 수 있는 상술한 유전체 재료로 제조된 입자, 분말 또는 시트재를 포함할 수도 있다.

이하, 도 10을 결합하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치를 상세하게 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에서의 표면파 플라즈마 장치와 상술한 제1 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치의 차이점은, 본 실시예에서 직사각형 도파관(8)과 공진 캐비티(42) 사이에 연결된 연결 캐비티를 생략하고, 공진 캐비티(42)의 상면을 직사각형 도파관(8)의 하면에 직접 적층시키고, 직사각형 도파관(8)의 저벽에 개설된 마이크로파 출구를 공진 캐비티(42)의 상벽에 개설된 마이크로파 입구에 맞추고 양자의 연결부를 밀봉하여, 직사각형 도파관(8)과 공진 캐비티(42)가 밀폐 연통되게 하는 것이다. 스크류 프로브(23)는 직사각형 도파관(8)으로부터 공진 캐비티(42) 내로 직접 삽입된다. 본 실시예에서의 표면파 플라즈마 장치의 기타 구조 및 작용은, 상술한 제1 실시예를 결합하여 설명한 각 상응한 구조 및 작용과 동일하므로, 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.

이하, 도 11을 결합하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면파 플라즈마 장치를 상세하게 설명한다.

본 발명의 제4 실시예에서의 표면파 플라즈마 장치는 상술한 제1 실시예에서의 표면파 플라즈마 장치와 유사하며, 양자의 차이점은, 본 실시예에서 스크류 프로브(23) 및 직사각형 도파관(8)과 공진 캐비티(42) 사이에 연결된 연결 캐비티를 생략하고, 또한 직사각형 도파관(8)의 마이크로파 출구가 도파관의 중간 영역에 설치되지 않고 도파관의 끝단에 설치되며(즉, 직사각형 도파관(8)의 말단은 마이크로파 출구를 구비함), 이 마이크로파 출구를 공진 캐비티의 마이크로파 입구에 맞추고 양자의 연결부를 밀봉하여, 직사각형 도파관(8)과 공진 캐비티(42)가 밀폐 연통되게 하는 것이다. 또한, 직사각형 도파관(8)의 말단의 축선과 시작단의 축선 사이는 0도보다 크고 180도보다 작은 경사각을 이루므로, 마이크로파가 직사각형 도파관을 따라 전송될 때 전송 방향을 바꾸어 그 끝단에 도달되게 하여 공진 캐비티(42) 내로 진입할 수 있도록 한다. 따라서, 마이크로파의 전송 방향을 바꾸기 위한 스크류 프로브(23)를 생략할 수 있다. 본 실시예에서의 표면파 플라즈마 장치의 기타 구조 및 작용은, 상술한 제1 실시예를 결합하여 설명한 각 상응한 구조 및 작용과 동일하므로, 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.

이해해야 할 것은, 이상의 실시 형태는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 예시적 실시 형태이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것이다. 본 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 실질적 내용을 벗어나지 않으면서 다양하게 변형 및 개량할 수 있으며, 이러한 변형 및 개량도 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (25)

1. 차례로 연결된 마이크로파 발생 장치, 마이크로파 전송 매칭 구조 및 진공 챔버를 포함하고, 상기 마이크로파 전송 매칭 구조는 상기 마이크로파 발생 장치에 의해 발생된 마이크로파를 전송하기 위한 직사각형 도파관을 포함하는 표면파 플라즈마 장치에 있어서,
   공진 캐비티를 더 포함하고, 상기 공진 캐비티는 상기 직사각형 도파관과 상기 진공 챔버 사이에 설치되어, 상기 직사각형 도파관과 밀폐 연통되고 상기 진공 챔버와 밀봉 연결되며, 또한 상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체창이 설치되어 있고, 각각 마이크로파 에너지를 상기 진공 챔버에 결합 진입시키도록, 상기 복수의 유전체창의 상기 진공 챔버의 저면이 위치한 평면에서의 정투영은 상기 진공 챔버의 내벽의 해당 평면에서의 정투영에 의해 한정된 범위 내에 포함되는,
   표면파 플라즈마 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 직사각형 도파관의 말단이 상기 공진 캐비티와 밀폐 연통되는, 표면파 플라즈마 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 직사각형 도파관의 중간 영역이 상기 공진 캐비티와 밀폐 연통되는, 표면파 플라즈마 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 유전체창은 상기 진공 챔버의 원주 방향을 따라 균일하게 분포되는, 표면파 플라즈마 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 유전체창은 상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀을 개설하여, 각각의 상기 유전체 부재 설치홀에 이와 매칭되는 형상의 유전체 부재를 삽입하는 방식으로 설치되는, 표면파 플라즈마 장치.
6. 제5항에 있어서,
   각각의 상기 유전체 부재의 형상은 기둥체, 추대, 복수의 기둥체의 조합, 복수의 추대의 조합, 기둥체와 추대의 조합 중 하나인, 표면파 플라즈마 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 유전체 부재의 형상이 복수의 기둥체의 조합일 경우, 상기 복수의 기둥체는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 하위단 기둥체의 직경은 상위단 기둥체의 직경보다 크지 않으며; 또는
   상기 유전체 부재의 형상이 복수의 추대의 조합일 경우, 상기 복수의 추대는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 하위단 추대의 상면의 직경은 상위단 추대의 저면의 직경보다 크지 않으며; 또는
   상기 유전체 부재의 형상이 기둥체와 추대의 조합일 경우, 상기 기둥체와 추대는 서로 동축으로 다단으로 적층 설치되고, 하위단 기둥체/추대의 상면의 직경은 상위단 기둥체/추대의 저면의 직경보다 크지 않은, 표면파 플라즈마 장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 유전체창은,
   상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀이 개설되어 있고, 상기 공진 캐비티의 저벽과 상기 진공 챔버 사이에 유전체 부재가 설치되어 있으며, 상기 유전체 부재는 판상 구조로 설치되어 상기 복수의 유전체 부재 설치홀을 커버할 수 있는 방식; 또는
   상기 공진 캐비티의 저벽에 복수의 유전체 부재 설치홀이 개설되어 있고, 상기 공진 캐비티의 저벽과 상기 진공 챔버 사이에 유전체 부재가 설치되어 있으며, 상기 유전체 부재는 장착판 및 상기 장착판에 내장된 복수의 유전체 블록을 포함하고, 각각의 상기 유전체 블록은 모두 상기 장착판의 두께 방향을 따라 상기 장착판을 관통하며, 상기 복수의 유전체 블록의 수량 및 설치 위치는 상기 복수의 유전체 부재 설치홀의 수량 및 위치와 일대일로 대응되는 방식
   으로 설치되는, 표면파 플라즈마 장치.
9. 제5항에 있어서,
   상기 유전체 부재의 두께는 5mm~80mm 범위인, 표면파 플라즈마 장치.
10. 제5항에 있어서,
    상기 유전체 부재의 최소 직경은 40mm~120mm 범위인, 표면파 플라즈마 장치.
11. 제3항에 있어서,
    제1 프로브를 더 포함하고, 상기 제1 프로브는 상기 직사각형 도파관의 중간 영역에 설치되고, 상기 제1 프로브의 일단은 상기 공진 캐비티 내까지 연신되고, 상기 제1 프로브는 상기 직사각형 도파관 내의 마이크로파를 상기 공진 캐비티 내로 도입하는, 표면파 플라즈마 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 프로브의 타단은 상기 공진 캐비티를 등지는 방향을 따라 상기 직사각형 도파관의 외부까지 연신되는, 표면파 플라즈마 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 프로브는 나사 결합 또는 걸림 결합 또는 핀 결합의 방식으로 고정되는, 표면파 플라즈마 장치.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    연결 캐비티를 더 포함하고, 상기 연결 캐비티는 상기 직사각형 도파관의 마이크로파 출구와 상기 공진 캐비티의 마이크로파 입구 사이에 설치되어 양자와 밀봉 연결되며, 상기 제1 프로브의 일단은 상기 연결 캐비티를 관통하여 상기 공진 캐비티 내까지 연신되는, 표면파 플라즈마 장치.
15. 제3항에 있어서,
    단락 피스톤을 더 포함하고, 상기 단락 피스톤은 상기 직사각형 도파관의 후방 영역에 설치되고, 상기 직사각형 도파관의 축선을 따라 이와 상대 운동하여, 상기 직사각형 도파관의 유효 통로의 길이를 조절하는, 표면파 플라즈마 장치.
16. 제1항에 있어서,
    공진 캐비티의 축방향을 따라 연신된 제2 프로브를 더 포함하고, 상기 제2 프로브의 상단은 상기 공진 캐비티의 상벽에 고정되거나 또는 상기 공진 캐비티의 상벽을 관통하여 상기 공진 캐비티의 상부까지 연신되고, 상기 제2 프로브의 하단은 상기 공진 캐비티의 내부에 위치하는, 표면파 플라즈마 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 프로브는 상기 공진 캐비티의 축방향을 따라 상기 공진 캐비티의 저벽에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 설치되는, 표면파 플라즈마 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 프로브의 설치 위치는 상기 유전체창과 대응되는, 표면파 플라즈마 장치.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 프로브의 수량 및 위치는 상기 유전체창의 수량 및 위치와 대응되고, 또한 상기 제2 프로브의 대응되는 상기 유전체 부재 상에서의 정투영은 상기 유전체 부재와 동축인, 표면파 플라즈마 장치.
20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 프로브의 대응되는 유전체 부재 상에서의 정투영의 가장자리와 상기 유전체 부재의 가장자리 사이의 거리는 2cm 이상인, 표면파 플라즈마 장치.
21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 프로브가 복수인 경우, 상기 복수의 제2 프로브의 상기 진공 챔버의 저면에서의 투영은 상기 진공 챔버의 저면의 중심을 원심으로 하고 반경이 다른 복수의 동심원의 원주 상에 분포되거나; 또는
    상기 제2 프로브가 복수인 경우, 상기 복수의 제2 프로브의 상기 진공 챔버의 저면에서의 투영은 상기 진공 챔버의 저면의 중심을 원심으로 하는 하나의 원주 상에 분포되는, 표면파 플라즈마 장치.
22. 제21항에 있어서,
    상기 공진 캐비티는 승강 기구를 더 포함하고, 상기 승강 기구의 수량은 상기 원주의 수량과 대응되며, 각각의 상기 승강 기구는 동일한 원주 상에 위치하는 모든 제2 프로브가 동기 상승 또는 동기 하강하도록 대응되게 구동하며; 또는
    상기 승강 기구의 수량은 상기 제2 프로브의 수량과 대응되며, 각각의 상기 승강 기구는 하나의 상기 제2 프로브에 대응되어 상기 제2 프로브가 상승 또는 하강하도록 구동하는, 표면파 플라즈마 장치.
23. 제21항에 있어서,
    적어도 각각의 상기 제2 프로브의 상부 영역에 수나사산이 설치되어 있고, 상기 공진 캐비티의 상벽 상의 상기 제2 프로브를 설치하는 위치에 상기 수나사산과 매칭되는 나사홀이 개설되어 있고, 상기 나사홀은 관통홀 또는 블란인드홀이며, 상기 제2 프로브는 상기 나사홀에 일대일로 대응되게 장착되고, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 상기 제2 프로브를 회전시켜, 상기 제2 프로브의 상기 공진 캐비티의 저벽에 대한 승강을 실현하는, 표면파 플라즈마 장치.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 제2 프로브의 하단과 상기 공진 캐비티의 저벽 사이의 수직 간격은 10mm 이상인, 표면파 플라즈마 장치.
25. 제1항에 있어서,
    상기 공진 캐비티의 높이는 10mm~200mm인, 표면파 플라즈마 장치.

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