KR20230069553A - 멀티 포트 sspa 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치 - Google Patents

멀티 포트 sspa 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치에 관한 것으로서, 출력단에 패치 안테나가 형성된 단위 SSPA(Solid State Power Amplifier) 모듈과; 상측에 유전판이 형성된 챔버로서, 상기 단위 SSPA 모듈의 패치 안테나가 상기 유전판 상면에 복수 개 배열된 플라즈마 챔버; 상기 유전판에 배열된 전체 단위 SSPA 모듈을 각각 독립 제어시켜 유전판 하면에 표면파 플라즈마를 발생시키는 드라이버;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하여 유전체 공진기 내에서 타겟공정에 적합한 특정 TM mode 형성이 자유롭게 실행되고, 플라즈마 생성을 위한 최대 전자기에너지 전달 및 전계 분포 균일도(플라즈마 균일도)를 향상시키는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치가 제공되는 이점이 있다.

Description

멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치{Surface wave plasma excitation device based on multi-port SSPA source}
본 발명은 반도체 표면처리 장치 등에 사용되는 플라즈마 출력장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 SSPA를 사용하여 표면파 플라즈마 형태를 자유롭게 제어시키는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 표면 처리 기술은 기체 상태의 입자를 기판이나 물건의 표면에 쏘아 절연막 또는 전도성 막 등의 얇은 막을 형성하는 기술로 사용되고 있으며, 기존의 증착 방식에 비해 낮은 온도에서의 작업이 가능하고, 막의 두께를 균일하게 조절할 수 있는 이점이 있다.
또한, 플라즈마는 물질 표면이나 공기에 포함된 오염물질 분해 및 제거 효과가 있을 뿐만 아니라 살균 및 상처 치료에도 적용할 수 있어 환경, 식품, 바이오, 의료, 미용 등 다양한 분야로의 활용 폭이 넓어질 것으로 전망된다.
특히 대량 처리가 가능한 데다 화학 약품을 사용하지 않는 친환경 기술이어서 플라즈마를 활용하려는 산업 분야는 계속 확대되는 추세를 보이고 있다.
산업계에서도 플라즈마 기술을 반도체 고밀도 집적회로(IC) 등 정밀 제조 공정과 디스플레이, 유리창, 섬유 등 다양한 분야에 활용하고 있다.
반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 기술을 살펴보면, 종래의 non-magnetized plasma 장비는 구동 주파수 및 전자 heating mechanism 에 따라 ccp(capacitively coupled plasma, 용량 결합형), icp( inductively coupled plasma, 유도 결합형), mwp(microwave plasma, 초고주파 플라즈마)로 분류된다.
이 중에서 mwp 소스는 ccp 및 icp 소스 대비 넓은 동작 압력대에서 공정이 가능하며, 타 소스 대비 높은 주파수로 구동되므로 high electron density, temperature, high radical density 생성이 가능한 장점이 있다.
한편, 최근 반도체 집적 회로 설계 분야에서는 집적도 향상을 위한 미세 선폭 감소 기술의 물리적 한계로 인하여 planar FET 와 같은 평판형 구조에서 gate all arounded FET 와 같은 적층형 구조에 대한 수요가 증가하고 있다.
상기 적층형 구조 기반의 반도체 공정에서, 소자 구조의 복잡성 및 수직층이 높아짐에 따라 적층형 구조 증착시 타 구조에 영향을 적게 주는 low damage, damage free 증착 장비에 대한 필요성이 크게 대두되고 있다.
이에 따라 기존의 CVD (Chemical Vapor Deposition : 화학기상 증착법), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), conventional ALD(Atomic Layer Deposition), thermal ALD 대비 low process temperature(기판 온도)에서 저손상 고속공정이 가능한 PE-ALD(Plasma enhanced ALD) 장비에 관한 수요가 급증하고 있다.
이와 같은 기술적 배경에서 mwp(microwave plasma, 초고주파 플라즈마)는 높은 공정 압력 대에서 high radical 생성이 가능하므로 PE-ALD 장비에 가장 적합한 소스이다.
이하, mwp(microwave plasma, 초고주파 플라즈마) 중 SWP(surface wave plasma)의 장점 및 개념에 대하여 살펴보면, 마이크로파 플라즈마 장비에서 wave propagation은 방사 표면에 형성된 플라즈마의 유전율, 전도도에 따라 전파 특성이 propagation mode, evanescent mode, surface wave mode로 나뉜다.
플라즈마의 유전율 및 전도도는 플라즈마의 전자 밀도 변화에 의존하며, 각각의 전파 특성에 따라 플라즈마 생성에 사용되는 에너지 양의 크기에 차이가 발생한다.
플라즈마 장비의 효율성은 플라즈마 생성시 power transfer efficiency 에 의존하게 되는데, 마이크로파 플라즈마 장비에서 최대 에너지 전달은 surface wave mode를 구현함으로서 가능하게 된다.
surface wave mode는 도 7과 같이 음의 유전율 경계에서 발생하는 높은 축 방향 전계로 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 한다.
양의 유전율 값을 가지는 유전체와 음의 유전율 값을 가지는 플라즈마 접합 면에서 전계 세기는 최대치를 형성하며 이에 의해 고효율 고품위의 표면파 플라즈마가 생성된다.
surface wave mode의 구현을 위해서는 축 방향(z-축) 전계 형성이 요구되며, 이에 따라 dielectric표면에서 TM mode 형성이 필요하다.
이하, mwp(microwave plasma, 초고주파 플라즈마)를 형성시키는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.
planar type의 swp 소스에서 가장 일반적인 형태는 one port energy driven TE10 wave guide 에서 slot antenna를 통한 유전체 수직 입사(z축)방식으로 wave 전파하는 방식이다.
도 8의 장치는 논문 Nagatsu et al, Jpn.J.Appl.Phys. Vol.35 (1996) 341-344에서 발표된 내용으로서, 유전체 수직 입사 방식 중 도파관 형 slot antenna를 통한 여기 방식이며, slot antenna는 도파관 벽면의 가장 high impedance region 인 surface current 가 최대가 되는 지점에 slot을 만들어 wave를 전파 시키는 것을 특징으로 한다.
도 8의 장치에서 slot antenna의 설계 parameter는 slot의 두께 및 길이에 유전체를 통해 플라즈마로 여기되는 에너지 전달 효율과 rectangular type 도파관을 따라 진행하는 wave 특성 보존성을 따라 trade-off 관계를 가진다.
이는 one port driven mwp 장치에서 한계점으로 작용하며 plasma의 power coupling 효율 및 uniformity 저하를 야기한다.
도 9의 장치는 논문 Kimura et al, Jpn.J.Appl.Phys. Vol. 34 (1995) 1076-1078에 기재된 기술로서, 유전체 측면에서 wave 전달을 통한 플라즈마 여기 방식을 나타낸다. 이는 slot 안테나를 통한 유전체 수직 입사하는 도 8의 장치에서 발생하는 문제점을 개선하고자 하는 방식으로서 안테나를 사용하지 않고 유전체 및 플라즈마로 파를 직접 전달하는 형태를 가진다.
도 9의 방식으로 slot antenna 제작시 발생하는 문제점들을 회피 할 수 있지만, 유전체로 인가되는 파의 대부분이 플라즈마 접면 초입부인, 유전체 edge 영역으로 흡수됨으로서 플라즈마의 불균일도를 상승시키는 요인이 된다.
해당 문제점은 유전체 크기가 커질수록 (장비의 대면적화가 진행될수록) 두드러진다.
도 10의 장치는 논문 Terebessy et al, Appl.Phys.Lett. (2003) Vol.82.5,3에 기재된 동축-실린더 형 여기 방식의 장비로서 one port driven TM11 모드로 진행하는 파의 진행을 통하여 플라즈마를 생성 시키는것을 특징으로 한다.
도 10의 장비는 동축-실린더 형 TM11 모드(동심 축 기준 E/H-field 분포 형성)를 기반으로 전파하기 때문에 기존 도 8과 도 9의 장비 대비 플라즈마 생성시 형성되는 TM 모드에 가장 근접한 형태의 wave pattern의 형성이 용이하다.
하지만 동축 실린더 형 여기 방식의 특징상, 실린더형 유전체의 중앙점인 동심 축에서 대부분의 파의 진행 및 에너지 전달이 진행되며 이는 장비에서 형성되는 플라즈마의 불균일도를 상승시키는 요인으로 작용한다.
이상 살펴본 바와 같이 도 8 내지 도 10과 함께 유전체 공진기 내 TM 모드를 여기시키기 위한 종래기술은 원하는 모드를 선택적으로 여기시키기 어려운 문제점이 있다.
자세하게는 산업계에서 요구하는 초고품위 플라즈마를 효율적으로 생성하기 위해서는 유전체 공진기 내에서 타겟공정에 적합한 특정 TM mode 형성이 요구되며, 해당 장비 설계 시 최우선 고려 대상은 플라즈마 생성을 위한 최대 전자기에너지 전달 및 전계 분포 균일도 향상(플라즈마 균일도)에 있다.
그러나, 종래기술방식의 one-port power driven 소스에서는 guiding structure를 통한 전파 모드 및 공간 전계 분포가 비교적 단일 모드로 구현되기 때문에 파워 전달 효율 및 전계 분포 균일도 상승에 어려운 문제점이 있다.
[0001] KR 1020180120522 반도체 구동 플라즈마 램프 시스템 [0002] KR 2019990003696 반도체 웨이퍼 식각공정용 플라즈마 발생장치 [0003] KR 1020170098753 고효율 무전극 광원 시스템
[0001] Ghanashev et al. Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) [0002] Ghanashev et al. Plasma.Sources.Sci.Tech (1999) 8 363 [0003] Nagatsu et al, Jpn.J.Appl.Phys. Vol.35 (1996) 341-344 [0004] Kimura et al, Jpn.J.Appl.Phys. Vol. 34 (1995) 1076-1078 [0005] Terebessy et al, Appl.Phys.Lett. (2003) Vol.82.5,3　
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 유전체 공진기 내에서 타겟공정에 적합한 특정 TM mode 형성이 자유롭게 실행되고, 플라즈마 생성을 위한 최대 전자기에너지 전달 및 전계 분포 균일도(플라즈마 균일도)를 향상시키는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 출력단에 패치 안테나가 형성된 단위 SSPA(Solid State Power Amplifier) 모듈과; 상측에 유전판이 형성된 챔버로서, 상기 단위 SSPA 모듈의 패치 안테나가 상기 유전판 상면에 복수 개 배열된 플라즈마 챔버; 상기 유전판에 배열된 전체 단위 SSPA 모듈을 각각 독립 제어시켜 유전판 하면에 표면파 플라즈마를 발생시키는 드라이버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 단위 SSPA 모듈에는 페이저시프트가 포함되어 패치 안테나 출력을 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 SSPA 모듈에는 패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하는 방향성커플러가 포함되어 각 패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하여 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 상태를 연산하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패치안테나는 동일 크기, 동일 형상으로 형성되어 상기 유전체 전체면에 균등배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패치안테나는 다른 형상으로 형성되어 상기 유전체 전체면에 조합 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 드라이버는 플라즈마의 전자밀도를 입력시키면 각 단위 SSPA 모듈을 독립제어시켜, 상기 유전판에 출력 주파수에 대한 TM모드의 유전체 표면 전계 분포를 형성시키는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 SSPA 모듈에는 패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하는 방향성커플러가 포함되어 각 패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하여 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 상태를 연산하고, 상기 드라이버는 상기 연산된 플라즈마 상태를 피드백하여 각 단위 SSPA 모듈 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치로 되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 의하여 유전체 공진기 내에서 타겟공정에 적합한 특정 TM mode 형성이 자유롭게 실행되고, 플라즈마 생성을 위한 최대 전자기에너지 전달 및 전계 분포 균일도(플라즈마 균일도)를 향상시키는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치가 제공되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 기본 구조도
도 2는 본 발명의 기본 회로도
도 3과 도 4는 본 발명의 패치 안테나 배치 예시도
도 5는 특정 크기의 cylindrical dielectric 표면에서 플라즈마의 전자 밀도에 따라 구현 가능한 TM mode의 특성 및 변화 그래프(논문 Ghanashev et al. Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997)　인용)
도 6는 특정 모드에서 본 발명의 패치 안테나 구동 예시도
도 7은 유전율 경계에서 전계와 플라즈마, 전자 밀도 상관관계 변화 그래프(논문 Ghanashev et al. Plasma.Sources.Sci.Tech (1999) 8 363 인용)
도 8 내지 도 10은 종래기술방식의 구조도
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 도 1은 본 발명의 기본 구조도이며, 도 2는 본 발명의 기본 회로도이며, 도 3과 도 4는 본 발명의 패치 안테나 배치 예시도이며, 도 5는 특정 크기의 cylindrical dielectric 표면에서 플라즈마의 전자 밀도에 따라 구현 가능한 TM mode의 특성 및 변화 그래프이며, 도 6는 특정 모드에서 본 발명의 패치 안테나 구동 예시도이며, 도 7은 유전율 경계에서 전계와 플라즈마, 전자 밀도 상관관계 변화 그래프이며, 도 8 내지 도 10은 종래기술방식의 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치에 관한 것으로서, 크게 패치 안테나(130), 페이저시프트(100), 방향성커플러(120)가 포함된 단위 SSPA(Solid State Power Amplifier) 모듈(10)과; 유전판(30)이 형성된 플라즈마 챔버(20); 드라이버(40);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 단위 SSPA(Solid State Power Amplifier) 모듈(10)(이하 'SSPA')은 SSPA 출력 기반의 회로 모듈을 의미한다.
상기 SSPA는 주파수 신호를 안테나를 통해 내보낼 수 있게 충분한 크기로 증폭하는 장치로서, 마그네트론 기반의 마이크로웨이브와 구분하기 위하여 정의된 반도체 기반 회로이다.
상기 SSPA 회로에 대해서는 기술이 공지되어 있으므로 상세한 회로 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 SSPA 회로의 출력단에 패치 안테나(130)가 결합되어 주파수 신호를 패치면으로 면방향 출력시키게 형성된다.
본 발명의 플라즈마 챔버(20)는 플라즈마를 생산하여 사용하기 위한 공간으로서, 상측에 유전판(30)이 커버로 형성되며, 상기 유전판(30)의 상측에는 상기 단위 SSPA 모듈(10)의 패치 안테나(130)가 상기 유전판(30) 상면에 복수 개 배열된다.
즉, 본 발명의 플라즈마 챔버의 상측 외부에는 상기 패치 안테나(130)가 복수 개 배열되며, 각 패치 안테나(130)는 단위 SSPA 모듈(10)에 포함되어 각각 독립 제어되므로 전체 단위 SSPA 모듈(10)은 멀티 입력포트와 멀티 출력포트(이하 '멀티 포트'로 약칭함.)를 가지는 장치로 정의할 수 있다.
도 1에서는 상기 플라즈마 챔버(20)의 상단으로서 유전판(200)에 의해 구분되는 공간(200)에 상기 패치 안테나(130)가 설치된 모습이 도시되었다.
본 발명의 특징은 상기 패치 안테나(130)의 배치에 있는데, 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에서 보여지는 바와 같이 동일 규격의 패치 안테나(130) 복수 개를 유전판(30) 전면에 균등 배치하는 고려할 수 있다.
이러한 실시예의 가장 가까운 형상 예시는 도 3a에서 보여지는 바와 같이 워판형 유전판(30)에 상기 패치 안테나(130)를 육각형으로 형성시키고 벌집형으로 배치하는 것을 들 수 있으며, 도 3b에서 보여지는 바와 같이 패치 안테나(130)를 원형으로 형성시켜도 균등 배치가 가능함은 물론이다.
또 다른 실시예로서는 도 4에서 보여지는 바와 같이 각 배치 위치에 따라 다른 규격의 패치 안테나(130)를 형성시카면서 유전판 전면을 커버시킬 수도 있으며, 이와 같은 실시예는 패치 안테나(130)에 의해 형성되는 플라즈마 제어효율에 따라 정해질 것이다.
이에 대한 구체적인 예로서는 상기 패치 안테나(130)를 동심원 형상으로 배치되는 n개의 원으로 형성시키거나, 도 4a와 도 4b에서 보여지는 바와 같이 배치된 n개의 동심원을 복수개의 원호 패치 분할시킨 것으로 형성시킬 수도 있다.
도 4의 경우 TM 모드의 형상에 따라 유전판 구역을 면분할시키고, 각 분할면의 형상을 패치 안테나로 형성시킨 것이다.
뿐만 아니라, 균등 배치와 비 균등 배치를 복합적으로 배치하여 유전판 전면을 커버할 수 있다.
도 3과 도 4의 도면에서 패치 안테나가 인접 배치되어 도시되어 있으나, 실제의 실시에서는 상호간 절연 배치되어야 함은 당연하다.
이하의 설명에서는 도 3a의 벌집형 균등배치를 실시예로 하여 설명하기로 한다.
본 발명에서 상기 플라즈마 챔버(20)에 배치된 멀티 포트의 전체 단위 SSPA 모듈(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 드라이버(40)에 의해 각각 독립 제어되어 패치 안테나(130)에 주파수 출력을 형성시킨다.
상기 패치 안테나(130)의 주파수 출력에 의해 유전판 하면에 표면파 플라즈마가 발생된다.
이에 대하여 다시 한번 설명하자면, 플라즈마 장비의 효율성은 플라즈마 생성시 power transfer efficiency 에 의존하게 되는데, 마이크로파 플라즈마 장비에서 최대 에너지 전달은 surface wave mode를 구현함으로서 가능하게 된다.
surface wave mode는 도 7과 같이 음의 유전율 경계에서 발생하는 높은 축 방향 전계로 플라즈마를 생성시키는데, 양의 유전율 값을 가지는 유전체와 음의 유전율 값을 가지는 플라즈마 접합 면에서 전계 세기는 최대치를 형성하며 이에 의해 고효율 고품위의 표면파 플라즈마가 생성된다.
즉, surface wave mode의 구현을 위해서는 축 방향(z-축) 전계 형성이 요구되며, 이에 따라 유전판(dielectric) 표면에서 TM mode 형성이 필요하다.
본 발명에서 상기 패치 안테나는 유전판(dielectric) 표면에 부착되어 면방향으로 전계를 주파수 출력시키므로, 전체 패치 안테나의 출력 조합으로 유전판(dielectric) 표면에서 TM mode를 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 상기 드라이버의 구동에 대하여 도 5와 함께 살펴보기로 한다.
도 5는 특정 크기의 cylindrical dielectric 표면에서 플라즈마의 전자 밀도에 따라 구현 가능한 TM mode의 특성 및 변화를 보인다.
이와 같은 특정 크기의 cylindrical dielectric 표면을 예시적으로 구동하는 경우, 상기 드라이버(40)에 플라즈마의 전자밀도를 입력시키면 각 단위 SSPA 모듈(10)을 독립제어시켜, 상기 유전판(30)에 출력 주파수에 대한 TM모드의 유전체 표면 전계 분포를 형성시킬 수 있다.
즉, 도 5에서 보여지는 바와 같이 플라즈마 전자밀도와 전계 주파수에 대하여 TM 모드가 정해지며, 각 TM 모드의 유전체 표면 전계 분포는 도 5의 a, b, c와 같이 얻을 수 있다.
일 실시예로서, 도 5에서 전자밀도 0.75 × 1012 cm-3 , 주파수 2.45G에서는 TM 5:3:0으로서, 도 5의 (a)와 같은 유전체 표면 전계 분포를 형성시킴을 알 수 있다.
본 발명의 드라이버(40)는 이와 같이 플라즈마의 전자밀도와 주파수를 입력시키면, 메모리에서 상기 도 5의 (a)와 같은 유전체 표면 전계 분포를 전달받아 상기 유전판에 배열된 전체 단위 SSPA 모듈(10)을 각각 독립 제어시켜 도 6에서 보여지는 바와 같이 유전판에 상기 도 5의 (a)와 같은 유전체 표면 전계 분포를 출력시킨다.
또한 도 6의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명은 패치 안테나(130)의 크기를 축소하고 갯수를 증가시켜 TM 모드로 출력되는 해상도를 증가시키는 특징이 있다.
한편, 본 발명의 상기 단위 SSPA 모듈(10)에는 도 2에서 보여지는 바와 같이 페이저시프트(100)가 포함되어 상기 패치 안테나(130) 출력을 보정할 수 있게 한다.
본 발명에 의할 경우, 인접 패치 안테나(130)간의 출력 주파수가 간섭되어 출력 왜곡이 발생될 수 있으므로, 이러한 경우 상기 페이저시프트(100)를 구동하여 인접 패치 안테나간 간섭 효과를 제거시킬 수 있다.
자세하게는 본 발명과 같은 초고주파 출력 시스템은 물리적 특성상 파장이 매우 짧은 wave가 진행을 하게 되는데, 이에 따라 개별 패치 안테나(130)에서 진행하는 wave는　구동 시스템의 형상 등에 따라 영향을 받으며 각기 다른 위상으로 송신이 이뤄지므로, 유전체 표면에서 TM 모드　구동 및 적절한 전계를 효율적을 생성시키기 위해서(보강 및 상쇄 등의 간섭을 피하여 원하는 전계 형성)는 상기 페이저시프트(100)를 이용하여 동기화 및 위상 제어시켜 전계를 매칭(matching) 시킬 수 있다.
본 발명의 상기 단위 SSPA 모듈(10)에는 또한, 도 2에서 보여지는 바와 같이 패치안테나()에서 획득되는 반사파를 수집하는 방향성커플러(120)가 포함되어 각 패치안테나()에서 획득되는 반사파를 수집하여 플라즈마 챔버(20) 내의 플라즈마 상태를 연산, 추정할 수 있게 한다.
이에 따라 본 발명은 입력 대비 출력 플라즈마 상태를 인지할 수 있으며, 이를 상기 드라이버(40)에서 피드백 제어시키면, 입력 대비 출력 오차를 보정하여 더 정밀한 플라즈마 출력을 제어시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 주파수, 위상 및 인가 파워 제어를 통한 시변, 공간 분포 제어가 가능하므로, 타겟 공정의 플라즈마 특성(plasma density)에 따라 dielectric resonator mode 선정 후 전계 분포 및 세기를 선택적으로 여기할 수 있는 이점이 있다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 단위 SSPA 모듈
100 : 페이저시프트
110 : 파워 앰프
120 : 방향성커플러
130 : 패치 안테나
20 : 플라즈마 챔버
30 : 유전판
40 : 드라이버

Claims (7)

  1. 출력단에 패치 안테나가 형성된 단위 SSPA(Solid State Power Amplifier) 모듈과;
    상측에 유전판이 형성된 챔버로서, 상기 단위 SSPA 모듈의 패치 안테나가 상기 유전판 상면에 복수 개 배열된 플라즈마 챔버;
    상기 유전판에 배열된 전체 단위 SSPA 모듈을 각각 독립 제어시켜 유전판 하면에 표면파 플라즈마를 발생시키는 드라이버;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
  2. 제1항에 있어
    상기 단위 SSPA 모듈에는
    페이저시프트가 포함되어 패치 안테나 출력을 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 단위 SSPA 모듈에는
    패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하는 방향성커플러가 포함되어
    각 패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하여 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 상태를 연산하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
  4. 제1항에 있어서
    상기 패치안테나는
    동일 크기, 동일 형상으로 형성되어 상기 유전체 전체면에 균등배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
  5. 제1항에 있어서
    상기 패치안테나는
    다른 형상으로 형성되어 상기 유전체 전체면에 조합 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
  6. 제1항에 있어서
    상기 드라이버는
    플라즈마의 전자밀도를 입력시키면 각 단위 SSPA 모듈을 독립제어시켜,
    상기 유전판에 출력 주파수에 대한 TM모드의 유전체 표면 전계 분포를 형성시키는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
  7. 제6항에 있어서 상기 단위 SSPA 모듈에는
    패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하는 방향성커플러가 포함되어
    각 패치안테나에서 획득되는 반사파를 수집하여 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 상태를 연산하고
    상기 드라이버는
    상기 연산된 플라즈마 상태를 피드백하여
    각 단위 SSPA 모듈 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 SSPA 소스 기반의 표면파 플라즈마 여기장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990003696U (ko) 1997-06-30 1999-01-25 배순훈 냉장고의 증발명수대 구조
KR20170098753A (ko) 2017-08-11 2017-08-30 권해윤 거치대 휴대폰
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990003696U (ko) 1997-06-30 1999-01-25 배순훈 냉장고의 증발명수대 구조
KR20180120522A (ko) 2017-04-27 2018-11-06 성균관대학교산학협력단 바인더를 포함하지 않는, 형광체 페이스트 조성물
KR20170098753A (ko) 2017-08-11 2017-08-30 권해윤 거치대 휴대폰

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
[0001] Ghanashev et al. Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997)
[0002] Ghanashev et al. Plasma.Sources.Sci.Tech (1999) 8 363
[0003] Nagatsu et al, Jpn.J.Appl.Phys. Vol.35 (1996) 341-344
[0004] Kimura et al, Jpn.J.Appl.Phys. Vol. 34 (1995) 1076-1078
[0005] Terebessy et al, Appl.Phys.Lett. (2003) Vol.82.5,3

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