KR20240025894A - Large area plasma generator and matching method - Google Patents

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Abstract

대면적 플라즈마 발생장치 및 정합방법이 개시된다.
개시된 본 발명의 특징적 구성은, 내부에 진공챔버가 마련된 반응기; 상기 진공챔버의 하측에 배치되며, 기판이 안착되는 안착면이 마련된 기판홀더부와; 상기 기판홀더부에 접속되게 마련되어, 초고주파 발진부재로부터 제공되는 초고주파를 도입하여 상기 기판홀더부로 송출함으로써 기판홀더부 상에 안착면의 넓이에 상응하는 대면적의 플라즈마가 생성되도록 하는 안테나부;로 구성된 기판홀더겸 안테나; 상기 진공챔버의 상측에 제1 승강부재에 의해 승강 가능하게 설치되며, 하부가 개구된 형상으로 되어 하강시 상기 기판홀더부의 상측공간을 차폐하여 플라즈마가 생성되는 공진챔버가 형성되도록 하는 승강 캐비티; 제2 승강부재에 의해 상기 승강 캐비티의 내부 영역 범위내에서 승강 가능하게 설치되어 정합을 수행하는 승강 플런저; 및 상기 승강 플런저를 반사파가 최소화되는 지점에 위치토록 제어하는 ;을 포함하는 것이다.
A large-area plasma generator and matching method are disclosed.
The characteristic configuration of the disclosed invention includes a reactor provided with a vacuum chamber therein; a substrate holder portion disposed below the vacuum chamber and provided with a seating surface on which a substrate is mounted; An antenna unit provided to be connected to the substrate holder unit, which introduces ultra-high frequencies provided from the ultra-high frequency oscillation member and transmits them to the substrate holder unit, thereby generating a large-area plasma corresponding to the area of the seating surface on the substrate holder unit. Board holder and antenna; A lifting cavity is installed on the upper side of the vacuum chamber to be able to be lifted by a first lifting member, and has an open lower part to shield the upper space of the substrate holder part when lowered, thereby forming a resonance chamber in which plasma is generated; a lifting plunger that is installed to be capable of being raised and lowered within the inner area of the lifting cavity by a second lifting member and performs matching; and controlling the lifting plunger to be positioned at a point where reflected waves are minimized.

Description

대면적 플라즈마 발생장치 및 정합방법{Large area plasma generator and matching method}Large area plasma generator and matching method}

본 발명은 플라즈마 발생장치 및 정합방법에 관련한 것이다.The present invention relates to a plasma generator and matching method.

특히, 반응기 내부에 승강 가능한 캐비티를 설치하여 기판홀더와의 사이에 공명공간이 형성되도록 함과 아울러 기판홀더를 안테나로 활용함으로써 고밀도이면서 피처리체보다 큰 대면적 플라즈마를 발현시킬 수 있도록 한 점; 캐비티의 내부 영역 범위 내에서 승강 가능한 플런저를 설치하여, 초고주파에 대한 반사파의 크기가 최저인 지점을 포착하여 임피던스의 정합(튜닝)을 정밀 제어할 수 있도록 한 점; 기판홀더겸 안테나를 승강 가능하게 구성하여, 피처리체와 플라즈마와의 최적의 접촉거리를 제어할 수 있도록 한 점; 주파수 가변에 의하여 공진 주파수를 미세 정합할 수 있도록 한 점; 등에 특징을 갖는 대면적 플라즈마 발생장치 및 정합방법에 관한 것이다.In particular, by installing a cavity that can be raised and lowered inside the reactor, a resonance space is formed between the substrate holder and by using the substrate holder as an antenna, it is possible to generate a high-density plasma with a large area larger than the object to be processed; By installing a plunger that can be raised and lowered within the inner area of the cavity, the point where the size of the reflected wave for ultra-high frequencies is lowest can be captured and the impedance matching (tuning) can be precisely controlled; The substrate holder and antenna are configured to be raised and lowered so that the optimal contact distance between the object to be processed and the plasma can be controlled; The point is that the resonance frequency can be finely matched by changing the frequency; It relates to a large-area plasma generator and matching method having features such as the like.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.

반도체 디바이스나 액정 표시 장치의 제조공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 피처리체에 에칭 처리나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하기 위해서, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD성막 장치 등의 플라즈마 발생장치가 이용된다.In the manufacturing process of semiconductor devices and liquid crystal displays, plasma generators such as plasma etching devices and plasma CVD film forming devices are used to perform plasma processing such as etching or film forming on objects such as semiconductor wafers or glass substrates. It is used.

플라즈마 발생장치에 있어서의 플라즈마의 발생 방법으로서는, 평행 평판 전극이 배치된 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 이 평행 평판 전극에 소정의 전력을 공급하고, 전극간의 용량 결합에 의해 플라즈마를 발생시키는 방법이나, 마이크로파에 의해 발생하는 전장(電場)과 챔버 외에 배치된 자장(磁場)발생 장치에 의해 발생한 자장에 의해 전자를 가속하고, 이 전자가 처리 가스의 중성분자와 충돌해서 중성분자를 전리 시킴으로써 플라즈마를 발생시키는 방법 등이 알려져 있다.A method of generating plasma in a plasma generator includes supplying a processing gas into a chamber in which parallel plate electrodes are arranged, supplying a predetermined power to the parallel plate electrodes, and generating plasma by capacitive coupling between the electrodes. Electrons are accelerated by an electric field generated by microwaves and a magnetic field generated by a magnetic field generator placed outside the chamber, and these electrons collide with neutral molecules in the processing gas to ionize the neutral molecules, creating plasma. Methods for generating it are known.

후자의 마이크로파에 의한 전장과 자장 발생 장치에 의한 자장의 마그네트론(magnetron) 효과를 이용하는 방법의 경우에는, 소정 전력의 마이크로파를 도파관/동축관을 통과시켜서 챔버 내에 배치된 안테나에 공급하고, 안테나로부터 마이크로파를 챔버 내의 처리공간에 방사시키고 있다.In the case of the latter method using the magnetron effect of the electric field generated by the microwave and the magnetic field generated by the magnetic field generator, microwaves of a certain power are supplied to the antenna placed in the chamber by passing through the waveguide/coaxial tube, and the microwave is transmitted from the antenna. is being radiated into the processing space within the chamber.

일반적인 마이크로파 도입장치는, 소정 전력으로 조정된 마이크로파를 출력하는 마그네트론 및 마그네트론에 직류의 애노드 전류를 공급하는 마이크로파 발생 전원을 가지는 마이크로파 발진기를 구비하고, 이 마이크로파 발진기로부터 출력된 마이크로파를, 안테나를 거쳐서 챔버 내의 처리공간에 방사하도록 구성되어 있었다.A general microwave introduction device is equipped with a microwave oscillator having a magnetron that outputs microwaves adjusted to a predetermined power and a microwave generation power supply that supplies a direct anode current to the magnetron, and sends the microwaves output from the microwave oscillator to the chamber via an antenna. It was configured to radiate into the processing space within.

피처리체인 반도체 웨이퍼 및 액정 디스플레이 유리 기판은 그 면적이 해마다 증가하고 있다. 따라서, 플라즈마 처리에는 대면적에 걸쳐 고밀도의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 발생장치가 필요하다.The area of semiconductor wafers and liquid crystal display glass substrates that are to be processed is increasing every year. Therefore, plasma processing requires a plasma generator capable of generating high-density, uniform plasma over a large area.

이러한 요구에 대하여, 사각형 도파관을 통해 도파된 마이크로파를 동축 선로를 통해 환형 공간에 도입하여, 복수의 원호형 슬릿을 통해 챔버 내에 도입하는 플라즈마 발생장치가 개시된 바 있다(특허 문헌 1).In response to this request, a plasma generator has been disclosed that introduces microwaves guided through a square waveguide into an annular space through a coaxial line and into a chamber through a plurality of arc-shaped slits (Patent Document 1).

그러나, 플라즈마 처리의 피처리체는 사이즈면에서 점점 대형화되고 있으며, 대면적에 걸쳐 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있는 플라즈마 발생장치가 요구되고 있다. However, objects to be treated with plasma are becoming increasingly larger in size, and there is a demand for a plasma generator that can stably generate uniform plasma over a large area.

또한, 실제 플라즈마 처리시에, 피처리체의 종류와 수에 따라서 플라즈마 처리의 조건을 다양하게 바꿔야할 경우도 종종 있다. 따라서 폭넓은 조건 범위에서 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성되도록 하는 것이 바람직하다.Additionally, during actual plasma processing, there are often cases where the plasma processing conditions must be changed in various ways depending on the type and number of objects to be processed. Therefore, it is desirable to stably generate uniform plasma over a wide range of conditions.

일본특허공개 제2003-124193호Japanese Patent Publication No. 2003-124193 등록특허공보 제10-0689037호Registered Patent Publication No. 10-0689037 등록특허공보 제10-1240842호Registered Patent Publication No. 10-1240842

본 발명은 상기한 문제점의 인식에 기초하여 이루어졌다. 본 발명의 목적은 대면적에 걸쳐 균일한 분포를 갖는 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 형성할 수 있는 대면적 플라즈마 발생장치를 제공함에 있다.The present invention was made based on the recognition of the above-described problems. The purpose of the present invention is to provide a large-area plasma generator that can stably form high-density plasma with uniform distribution over a large area.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 진공챔버가 마련된 반응기; 상기 진공챔버의 하측에 배치되며, 기판이 안착되는 안착면이 마련된 기판홀더부와; 상기 기판홀더부에 접속되게 마련되어, 초고주파 발진부재로부터 제공되는 초고주파를 도입하여 상기 기판홀더부로 송출함으로써 기판홀더부 상에 안착면의 넓이에 상응하는 대면적의 플라즈마가 생성되도록 하는 안테나부;로 구성된 기판홀더겸 안테나; 상기 진공챔버의 상측에 제1 승강부재에 의해 승강 가능하게 설치되며, 하부가 개구된 형상으로 되어 하강시 상기 기판홀더부의 상측공간을 차폐하여 플라즈마가 생성되는 공진챔버가 형성되도록 하는 승강 캐비티; 제2 승강부재에 의해 상기 승강 캐비티의 내부 영역 범위내에서 승강 가능하게 설치되어 정합을 수행하는 승강 플런저; 및 상기 승강 플런저를 반사파가 최소화되는 지점에 위치토록 제어하는 정합제어기;을 포함하는 대면적 플라즈마 발생장치가 제공된다.The present invention for achieving the above object includes a reactor provided with a vacuum chamber therein; a substrate holder portion disposed below the vacuum chamber and provided with a seating surface on which a substrate is mounted; An antenna unit provided to be connected to the substrate holder unit, which introduces ultra-high frequencies provided from the ultra-high frequency oscillation member and transmits them to the substrate holder unit, thereby generating a large-area plasma corresponding to the area of the seating surface on the substrate holder unit. Board holder and antenna; A lifting cavity is installed on the upper side of the vacuum chamber to be able to be lifted by a first lifting member, and has an open lower part to shield the upper space of the substrate holder part when lowered, thereby forming a resonance chamber in which plasma is generated; a lifting plunger that is installed to be capable of being raised and lowered within the inner area of the lifting cavity by a second lifting member and performs matching; And a matching controller that controls the lifting plunger to be positioned at a point where reflected waves are minimized. A large-area plasma generator including a is provided.

바람직하게, 상기 승강 캐비티의 벽면 내부에는 냉각유로를 형성하고, 상기 냉각유로로 냉매를 순환시켜서 승강 캐비티가 냉각되도록 할 수 있다.Preferably, a cooling passage may be formed inside the wall of the lifting cavity, and a refrigerant may be circulated through the cooling passage to cool the lifting cavity.

바람직하게, 상기 승강 플런저와 기판홀더겸 안테나는 그 비사용부위에 냉각모듈를 각각 접촉시켜서 냉각되도록 할 수 있다.Preferably, the lifting plunger and the substrate holder/antenna can be cooled by contacting a cooling module with their unused portions, respectively.

바람직하게, 상기 제1 승강부재는, 상기 반응기의 상면에 결합되는 제1 고정 플랜지; 상기 제1 고정 플랜지의 상측에 승강 가능하게 배치되는 제1 승강 플랜지; 상부는 상기 제1 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 고정 플랜지와 반응기의 상면을 관통하여 상기 승강 캐비티의 상부와 연결되는 파이프 형태의 제1 승강봉; 하부는 상기 제1 고정 플랜지에 연결되고, 상단은 상기 제1 승강 플랜지에 마련된 암탭블록과 치합되는 제1 스크류봉; 상기 제1 스크류봉의 상단에 설치된 채, 회전 조작에 의해 제1 스크류봉을 회전시킴에 따라 상기 제1 승강 플랜지가 승강되도록 하는 제1 승강조절노브; 하단은 상기 제1 고정 플랜지에 지지되고, 상부는 상기 제1 승강 플랜지를 관통하고 있는 제1 가이드봉; 및 상기 제1 승강 플랜지에 설치된 채 상기 제1 가이드봉의 승강을 안내하는 제1 가이드 블록;을 포함할 수 있다.Preferably, the first lifting member includes: a first fixing flange coupled to the upper surface of the reactor; a first lifting flange disposed above the first fixing flange to be capable of being raised and lowered; A first lifting rod in the form of a pipe whose upper part is supported on the first lifting flange and whose lower end penetrates the first fixed flange and the upper surface of the reactor and is connected to the upper part of the lifting cavity; a first screw rod whose lower part is connected to the first fixing flange and whose upper end is engaged with an arm tab block provided on the first lifting flange; a first lifting control knob installed on the upper end of the first screw rod and allowing the first lifting flange to be raised and lowered by rotating the first screw rod through a rotational operation; a first guide rod whose lower end is supported by the first fixing flange and whose upper end penetrates the first lifting flange; and a first guide block installed on the first lifting flange and guiding the raising and lowering of the first guide rod.

바람직하게, 상기 제1 승강봉의 내부는 상기 승강 캐비티의 냉각유로와 연통되며, 일측에는 냉매가 상기 제1 승강봉의 내부로 유입되는 유입포트가 마련될 수 있다.Preferably, the inside of the first lifting rod communicates with the cooling passage of the lifting cavity, and an inflow port through which refrigerant flows into the first lifting rod may be provided on one side.

바람직하게, 상기 제1 고정 플랜지와 제1 승강 플랜지 사이 구간의 제1 승강봉 주변을 실링하기 위한 벨로우즈를 더 포함할 수 있다.Preferably, it may further include a bellows for sealing around the first lifting rod in the section between the first fixing flange and the first lifting flange.

바람직하게, 상기 제2 승강부재는, 상기 제1 승강 플랜지 상에 설치되어, 제1 승강 플랜지의 승강에 연동하여 승강되는 제2 고정 플랜지; 상기 제2 고정 플랜지의 상측에, 제2 고정 플랜지와 근접 또는 원접되는 방향으로 승강 가능하게 배치되는 제2 승강 플랜지; 상부는 상기 제2 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 승강봉의 중공부를 통하여 상기 승강 플런저의 상부와 연결되는 제2 승강봉; 하부는 상기 제2 고정 플랜지에 연결되고, 상단은 상기 제2 승강 플랜지에 마련된 암탭블록에 치합되는 제2 스크류봉; 상기 제2 스크류봉의 상단에 설치되어, 회전 조작에 의해 제2 스크류봉을 회전시킴에 따라 상기 제2 승강 플랜지가 승강되도록 하는 제2 승강조절노브; 하단은 상기 제2 고정 플랜지에 지지되고, 상부는 상기 제2 승강 플랜지를 관통하고 있는 제2 가이드봉; 및 상기 제2 승강 플랜지에 설치된 채 상기 제2 가이드봉의 승강을 안내하는 제2 가이드 블록;을 포함할 수 있다.Preferably, the second lifting member includes: a second fixed flange installed on the first lifting flange and raised and lowered in conjunction with the lifting and lowering of the first lifting flange; a second lifting flange disposed on an upper side of the second fixing flange to be capable of being raised and lowered in a direction close to or distant from the second fixing flange; a second lifting bar whose upper part is supported on the second lifting flange and whose lower end is connected to the upper part of the lifting plunger through a hollow part of the first lifting bar; a second screw rod whose lower part is connected to the second fixing flange and whose upper end is engaged with an arm tab block provided on the second lifting flange; a second lifting control knob installed on the upper end of the second screw rod and allowing the second lifting flange to be raised and lowered as the second screw rod is rotated through a rotation operation; a second guide rod whose lower end is supported by the second fixing flange and whose upper end penetrates the second lifting flange; and a second guide block installed on the second lifting flange and guiding the raising and lowering of the second guide rod.

바람직하게, 상기 제2 고정 플랜지와 제2 승강 플랜지 사이 구간의 제2 승강봉 주변을 실링하기 위한 벨로우즈를 더 포함할 수 있다.Preferably, it may further include a bellows for sealing around the second lifting rod in the section between the second fixing flange and the second lifting flange.

바람직하게, 상기 기판홀더겸 안테나는 제3 승강부재에 의해 승강되되, 상기 제3 승강부재는, 상기 반응기의 저면에 결합되는 제3 고정 플랜지; 상기 제3 고정플랜지의 하측에 승강 가능하게 배치되는 제3 승강 플랜지; 하부는 상기 제3 승강 플랜지에 지지되고, 상단은 상기 제3 고정 플랜지와 반응기의 저면을 관통하여 상기 기판홀더겸 안테나와 연결되는 파이프 형태의 제3 승강봉; 상부는 상기 제3 고정 플랜지에 연결되고, 하단은 상기 제3 승강 플랜지에 마련된 암탭블록과 치합되는 제3 스크류봉; 상기 제3 스크류봉의 상단에 설치된 채, 회전 조작에 의해 제3 스크류봉을 회전시킴에 따라 상기 제3 승강 플랜지가 승강되도록 하는 제3 승강조절노브; 상단은 상기 제3 고정 플랜지에 지지되고, 하부는 상기 제3 승강 플랜지를 관통하고 있는 제3 가이드봉; 및 상기 제3 승강 플랜지에 설치된 채 상기 제3 가이드봉의 승강을 안내하는 제3 가이드 블록;을 포함할 수 있다.Preferably, the substrate holder and antenna are lifted and lowered by a third lifting member, wherein the third lifting member includes: a third fixing flange coupled to the bottom of the reactor; a third lifting flange disposed on the lower side of the third fixing flange to be capable of being raised and lowered; a third lifting rod in the form of a pipe whose lower part is supported on the third lifting flange and whose upper end penetrates the third fixed flange and the bottom of the reactor and is connected to the substrate holder and antenna; a third screw rod whose upper part is connected to the third fixing flange and whose lower end is engaged with an arm tab block provided on the third lifting flange; a third lifting control knob installed on the upper end of the third screw rod and allowing the third lifting flange to be raised and lowered by rotating the third screw rod through a rotational operation; a third guide rod whose upper end is supported by the third fixing flange and whose lower end penetrates the third lifting flange; and a third guide block installed on the third lifting flange and guiding the raising and lowering of the third guide rod.

바람직하게, 상기 제1 승강부재는, 상기 반응기의 상면에 결합되는 제1 고정 플랜지; 상기 제1 고정 플랜지의 상측에 승강 가능하게 배치되는 제1 승강 플랜지; 상부는 상기 제1 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 고정 플랜지와 반응기의 상면을 관통하여 상기 승강 캐비티의 상부와 연결되는 제1 승강봉; 하부는 상기 제1 고정 플랜지의 지지블록에 연결되고, 상단은 상기 제1 승강 플랜지에 마련된 암탭블록에 치합되는 복수의 제1 스크류봉; 상기 지지블록 중 어느 한 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 제1 구동 체인기어; 상기 지지블록 중 상기 제1 구동 체인기어가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제1 종동 체인기어; 상기 제1 구동 체인기어와 제1 종동 체인기어가 연동하도록 연결하는 제1 체인; 상기 제1 구동 체인기어가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제1 구동 체인기어 및 지지블록과 함께 일체로 고정되는 제1 윔휠; 상기 제1 웜휠과 치합되는 제1 윔기어; 및 상기 제1 웜기어를 회전 조작하는 제1 로터리 핸들;을 포함할 수 있다.Preferably, the first lifting member includes: a first fixing flange coupled to the upper surface of the reactor; a first lifting flange disposed above the first fixing flange to be capable of being raised and lowered; a first lifting rod whose upper part is supported on the first lifting flange and whose lower end penetrates the first fixed flange and the upper surface of the reactor and is connected to the upper part of the lifting cavity; a plurality of first screw rods, the lower part of which is connected to a support block of the first fixed flange, and the upper part of which is engaged with an arm tab block provided on the first lifting flange; a first drive chain gear rotatably installed at a lower portion of one of the support blocks; a plurality of first driven chain gears rotatably installed at lower portions of the remaining support blocks among the support blocks on which the first driving chain gear is not installed; a first chain connecting the first drive chain gear and the first driven chain gear to interlock with each other; a first whim wheel installed on a support block on which the first drive chain gear is installed and integrally fixed with the first drive chain gear and the support block; A first whim gear engaged with the first worm wheel; and a first rotary handle for rotating the first worm gear.

바람직하게, 상기 제2 승강부재는, 상기 제1 승강 플랜지 상에 설치되어, 제1 승강 플랜지의 승강에 연동하여 승강되는 제2 고정 플랜지; 상기 제2 고정 플랜지의 상측에, 제2 고정 플랜지와 근접 또는 원접되는 방향으로 승강 가능하게 배치되는 제2 승강 플랜지; 상부는 상기 제2 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 승강봉의 중공부를 통하여 상기 승강 플런저의 상부와 연결되는 제2 승강봉; 하부는 상기 제2 고정 플랜지의 지지블록에 연결되고, 상단은 상기 제2 승강 플랜지에 마련된 암탭블록에 치합되는 복수의 제2 스크류봉; 상기 지지블록 중 어느 한 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 제2 구동 체인기어; 상기 지지블록 중 상기 제1 구동 체인기어가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제2 종동 체인기어; 상기 제2 구동 체인기어와 제2 종동 체인기어가 연동하도록 연결하는 제2 체인; 상기 제2 구동 체인기어가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제2 구동 체인기어 및 지지블록과 함께 일체로 고정되는 제2 윔휠; 상기 제2 웜휠과 치합되는 제2 윔기어; 및 상기 제2 웜기어를 회전 조작하는 제2 로터리 핸들;을 포함할 수 있다.Preferably, the second lifting member includes: a second fixed flange installed on the first lifting flange and raised and lowered in conjunction with the lifting and lowering of the first lifting flange; a second lifting flange disposed on an upper side of the second fixing flange to be capable of being raised and lowered in a direction close to or distant from the second fixing flange; a second lifting bar whose upper part is supported on the second lifting flange and whose lower end is connected to the upper part of the lifting plunger through a hollow part of the first lifting bar; a plurality of second screw rods, the lower part of which is connected to a support block of the second fixing flange, and the upper part of which is engaged with an arm tab block provided on the second lifting flange; a second drive chain gear rotatably installed below one of the support blocks; a plurality of second driven chain gears rotatably installed at lower portions of the remaining support blocks among the support blocks on which the first driving chain gear is not installed; a second chain connecting the second drive chain gear and the second driven chain gear to interlock with each other; a second whim wheel installed on the support block on which the second drive chain gear is installed and integrally fixed with the second drive chain gear and the support block; a second whim gear engaged with the second worm wheel; and a second rotary handle for rotating the second worm gear.

바람직하게, 상기 정합제어기는, 상기 승강 플런저에 작용되는 반사파 또는 임피던스를 측정하는 방향성 결합기; 상기 방향성 결합기로부터 피드백된 반사파 또는 임피던스 측정값을 저장하는 저장부; 및 상기 저장부에 저장된 측정값과 설정값을 비교하여 측정값이 설정값을 초과한 경우, 측정값이 설정값 이하가 될 때까지 상기 승강 플런저의 승강 위치를 조절하는 승강제어부;를 포함할 수 있다.Preferably, the matching controller includes a directional coupler that measures a reflected wave or impedance acting on the lifting plunger; a storage unit that stores reflected waves or impedance measurements fed back from the directional coupler; and a lifting control unit that compares the measured value stored in the storage unit with the set value and, when the measured value exceeds the set value, adjusts the lifting position of the lifting plunger until the measured value falls below the set value. there is.

본 발명의 다른 관점은 초고주파 발진부재의 주파수가 2,450 MHz로 고정된 상태에서, 정합제어기의 측정부에서 반사파를 측정하고, 상기 측정부에서 측정된 실시간 측정값을 저장부에 저장하고, 상기 저장부에 저장된 실시간 측정값과 미리 설정된 설정값을 비교하여, 측정값이 설정값을 초과하는 경우 승강제어부에 의해 승강 플런저의 위치를 재조정하여 반사파가 최소화되는 최적점으로 가변시켜주는 정합방법이 제공된다.Another aspect of the present invention is to measure the reflected wave in the measurement unit of the matching controller while the frequency of the ultra-high frequency oscillation member is fixed at 2,450 MHz, and store the real-time measured value measured in the measurement unit in a storage unit, and store the measured value in real time in the storage unit. A matching method is provided that compares the real-time measured value stored in and the preset setting value, and if the measured value exceeds the set value, the lifting control unit readjusts the position of the lifting plunger to the optimal point where reflected waves are minimized.

본 발명이 또 다른 관점에 따르면, 초고주파 발진부재의 주파수가 2,400 ~ 2,500MHz 범위내에서 가변되는 상태에서, 주파수전체영역(bandwidth)을 주파수 영역1로 나누고 스캔하여 반사파를 측정하되, 주파수 전체 영역 100MH를 상기 주파수 영역1인 10MHz로 스캔하고 그룹 1의 각 주파수 영역별로 반사파를 측정하여 반사파가 최소화되는 지점을 탐색하고, 상기 그룹 1의 반사파가 최소화되는 영역폭 1이 검지되면, 주파수 영역폭2를 상기 주파수 영역1의 1/n 으로 축소하여 2차 탐색하므로써 반사파가 최소화 되는 그룹 2를 형성하며, 상기 2차 탐색 후, 주파수 영역폭 2를 1/m으로 축소하여 주파수 영역3을 탐색하므로써 반사파가 최소화 되는 그룹 3을 형성하여 최적의 주파수를 탐지하는 주파수 그룹핑 탐색에 의한 정합방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, with the frequency of the ultra-high frequency oscillating member varying within the range of 2,400 to 2,500 MHz, the entire frequency range (bandwidth) is divided into frequency range 1 and scanned to measure the reflected wave, but the entire frequency range is 100 MHz. is scanned at 10 MHz, which is the frequency domain 1, and the reflected wave is measured for each frequency domain of group 1 to find the point where the reflected wave is minimized. When the region width 1 where the reflected wave of the group 1 is minimized is detected, the frequency domain width 2 is detected. Group 2, in which reflected waves are minimized, is formed by reducing the frequency domain width 1 to 1/n and conducting a secondary search. After the secondary search, frequency domain width 2 is reduced to 1/m and frequency domain 3 is searched to minimize reflected waves. A matching method is provided through frequency grouping search to detect the optimal frequency by forming a minimized group 3.

본 발명의 실시예에 따르면, 반응기 내에 캐비티를 내재하여 기판홀더의 상측에 플라즈마의 생성공간을 제한함으로써 균일하고 높은 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있고, 캐비티에 플런저를 내재하고 위치 변위를 통하여 반사파가 최소가 최저인 지점을 포착함으로써 임피던스의 정합을 정밀 제어할 수 있으며, 기판홀더겸 안테나를 승강 가능하게 구성하므로써 피처리체와 플라즈마와의 최적 접촉거리를 제어할 수 있는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, a uniform and high-density plasma can be generated by limiting the plasma generation space on the upper side of the substrate holder by embedding a cavity in the reactor, and embedding a plunger in the cavity to generate reflected waves through positional displacement. By capturing the point where the minimum is the lowest, the impedance matching can be precisely controlled, and by configuring the substrate holder and antenna to be raised and lowered, there is an advantage of controlling the optimal contact distance between the object to be processed and the plasma.

또한, 주파수의 가변방법에 의하여 공명주파수를 미세 정합할 수 있음에 따라, 최적의 고주파 에너지를 발현시킬 수 있다.In addition, as the resonance frequency can be finely matched by changing the frequency, optimal high-frequency energy can be expressed.

또한, 초기부터 미세 주파수 범위 내에서 튜닝을 하게 되면 많은 시간이 소요되므로 주파수가 큰 구간과 작은 구간으로 나누는 그룹핑 탐색(Grouping Serach)에 의해 조정함으로써 최적 주파수를 단시간 내에 추척할 수 있다.In addition, tuning within a fine frequency range from the beginning takes a lot of time, so the optimal frequency can be tracked in a short time by adjusting it through grouping search that divides the frequency into a large and small frequency section.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 종래 마이크로 응용장치인 플라즈마 발생장치를 설명하기 위한 예시도(평면도와 정면도를 병기함),
도 2는 종래 마이크로 응용장치인 플라즈마 발생장치의 실물 예시도,
도 3은 종래 마이크로 응용장치인 플라주마 발생장치에서 230~ 2,000Watt 전력범위에서의 플라즈마 발생을 보여주는 예시도,
도 4는 종래 마이크로파를 응용한 플라즈마 발생장치에서 0.5, 1, 2 torr 압력에 따라 플라즈마가 변화되는 현상을 보여주는 예시도,
도 5는 마이크로파 전달을 위한 전송선로(동축케이블)의 구성도,
도 6은 종래 마이크로파 응용장치인 플라즈마 발생장치의 구성요소 중, 마그네트론, 써큘레이터, 더미로드를 전력공급기에 내재시킨 구성을 보인 예시도,
도 7은 종래 마이크로파 응용장치인 플라즈마 발생장치의 구성요소 중, 마그네트론, 써큘레이터, 더미로드 및 스텁 정합기를 전력공급기에 내재시키고, 도파관 대신에 동축봉(동축케이블)으로 초고주파를 전달하는 구성을 보인 예시도,
도 8은 도파관을 동축케이블로 전환하기 위한 전환 어댑터의 일 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 대면적 플라즈마 발생장치의 개념도,
도 10은 승강 캐비티에 자장을 형성하기 위한 예시도,
도 11은 도파관 실링창에 대한 예시도,
도 12는 본 발명에 따른 제1 및 제2 승강부재의 제1 실시예,
도 13은 본 발명에 따른 제3 승강부재의 제1 실시예,
도 14는 본 발명에 따른 제1 및 제2 승강부재의 제2 실시예,
도 15는 도 14의 요부 구성도,
도 16은 본 발명에 따른 제3 승강부재의 제2 실시예,
도 17은 본 발명에 따른 의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 18은 반도체 발진 마이크로파에 의한 플라즈마 발생장치에 대한 예시도,
도 19는 직렬공진회로에서의 주파수 변화에 따른 [I2] 를 예시한 그래프이다.
Figure 1 is an example diagram (plan view and front view together) for explaining a plasma generator, which is a conventional micro application device.
Figure 2 is an actual illustration of a plasma generator, a conventional micro application device;
Figure 3 is an example showing plasma generation in the power range of 230 to 2,000 Watt in a plasma generator, a conventional micro application device;
Figure 4 is an example showing the phenomenon in which plasma changes according to pressures of 0.5, 1, and 2 torr in a conventional plasma generator using microwaves;
Figure 5 is a configuration diagram of a transmission line (coaxial cable) for microwave transmission;
Figure 6 is an example showing a configuration in which a magnetron, a circulator, and a dummy load are embedded in a power supply among the components of a plasma generator, which is a conventional microwave application device.
Figure 7 shows a configuration in which, among the components of a plasma generator, which is a conventional microwave application device, a magnetron, circulator, dummy load, and stub matcher are built into the power supply, and ultra-high frequencies are transmitted through a coaxial rod (coaxial cable) instead of a waveguide. Example too,
Figure 8 is an example of a conversion adapter for converting a waveguide to a coaxial cable;
9 is a conceptual diagram of a large-area plasma generator according to the present invention;
Figure 10 is an example diagram for forming a magnetic field in the lifting cavity,
Figure 11 is an example of a waveguide sealing window;
12 is a first embodiment of the first and second lifting members according to the present invention;
13 is a first embodiment of the third lifting member according to the present invention;
14 shows a second embodiment of the first and second lifting members according to the present invention;
Figure 15 is a schematic diagram of the main part of Figure 14;
16 is a second embodiment of the third lifting member according to the present invention;
17 is a block diagram for explaining the configuration of according to the present invention,
18 is an exemplary diagram of a plasma generating device using semiconductor oscillation microwaves,
Figure 19 is a graph illustrating [I 2 ] according to frequency change in a series resonance circuit.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.The present invention may be implemented in many different forms and is therefore not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도 1 내지 18을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached FIGS. 1 to 18.

첨부된 도 1은 마이크로파 응용장치의 평면도 및 정면도이다. The attached Figure 1 is a plan view and a front view of a microwave application device.

위 도면에서 보듯이, 마이크로파 응용장치의 전체 구성은 마그네트론(Magnetron:111), 도파관(Waveguie:112), 서큘레이터(Circulator:113), 3-스텁튜너 (3stub-tuner:115), 애플리케이터 (Applicator:117), 슬라이딩 숏써킷(sling short circuit:119), 마르네트론에 전원을 조절하여 공급하는 전력공급기 혹은 파워(Power:121)로 구성된다. 즉 파워에서 마그네트론(Magnetron:111)의 필라멘트와 양극에 전원을 공급하면 마그네트론에서 생성된 마이크로파는 도파관을 통하여, 서큘레이터(Circulator:113), 3-스텁튜너(3 stub-tuner:115)를 거쳐 애플리케이터(Applicator, 응용기:117)에 전달된다.As shown in the drawing above, the overall configuration of the microwave application device consists of a magnetron (Magnetron: 111), a waveguide (112), a circulator (Circulator: 113), a 3-stub tuner (3stub-tuner: 115), and an applicator (Applicator). :117), a sliding short circuit (119), and a power supply or power (Power:121) that controls and supplies power to the magnetron. In other words, when power is supplied to the filament and anode of the magnetron (Magnetron: 111), the microwaves generated by the magnetron travel through the waveguide, circulator (113), and 3-stub tuner (3 stub-tuner: 115). It is delivered to the applicator (Applicator: 117).

여기서, 3-스텁튜너란 도파관 또는 공동(空胴) 공진기 내의 3개의 금속봉이 있는 장치로서 마이크로파가 반사되지 않고 최대한 전달되도록 하는 정합(matching,整合)장치이다. 플런저(Plunger) 혹은 슬라이딩 숏써킷(Sliding Short Circuit:SSC) 역시 반사파를 최소화하기 위하여 정합을 위하여 부가적으로 장착하는 장치이다. 때로는 3-스텁대신에 4-스텁을 사용하기도 한다. 또한, 수동으로 각 스텁을 수동으로 조절하여 정합하기도(Manual Tuning) 하나, 정합 알고리즘에 의한 자동정합(Automatic Tuning)을 하기도 한다. Here, a 3-stub tuner is a device with three metal rods in a waveguide or cavity resonator, and is a matching device that ensures that microwaves are transmitted as much as possible without being reflected. A plunger or sliding short circuit (SSC) is also an additional device installed for matching to minimize reflected waves. Sometimes 4-stub is used instead of 3-stub. In addition, each stub can be manually adjusted and matched (manual tuning), or automatic tuning using a matching algorithm can be performed.

자동정합기는 스텁과, 다이오드, 통합자동제어보드, 모토 드라이브 유니트로 구성되어 있으며 이로서 부하 임피던스를 주어 정합한다. The automatic matcher consists of a stub, a diode, an integrated automatic control board, and a motor drive unit, which matches the load impedance.

정합에 대하여 좀 더 자세하게 설명하면 다음과 같다. A more detailed explanation of matching is as follows.

일반적으로 두 회로를 결합할 경우 제1 회로의 출력 단자에서 같은 회로의 입력 단자를 본 임피던스를 Z1=R1+jX1, 제2 회로의 입력 임피던스를 Z2 = R2 + jX2로 했을 경우 두 임피던스 사이에 공역(共役)의 관계, 즉 R1 = R2, X1 = -X2가 있으면 손실 최소, 출력 최대인 조건이 얻어진다. 여기서 제1 회로는 전력공급기이고, 제2 회로는 로드(플라즈마 애플리케이터장치)이며, 상기 회로들의 임피던스를 맞춰 주는 역할을 하는 것이 정합기이다. 즉 정합이란 신호 전송로에서 최대 출력을 전송하기 위한 방법이다. 정합의 원리는 신호원이 내부 저항을 가지고 있고 최대 출력 전송을 위해서 부하는 신호원의 임피던스와 동일해야 한다. 능동 소자가 포함되어 있는 곳에서는 입력 임피던스와 출력 임피던스가 상당히 다르다. 그러나 입력 임피던스는 신호원에 정합될 필요가 있고, 출력 부하는 출력 임피던스에 정합되어야 한다. 전력 증폭기와 많은 능동 소자는 내부 전력 손실과 직선성의 요구 조건에 의해 부과된 제한 때문에 기본적 원리에서 벗어난다. 출력 부하 임피던스는 이러한 제한 조건에서 최대 출력 전송이 이루어지도록 임피던스가 정합되어 최적으로 선택되어야 한다. In general, when two circuits are combined, the impedance seen from the output terminal of the first circuit to the input terminal of the same circuit is Z1 = R1 + jX1, and the input impedance of the second circuit is Z2 = R2 + jX2. The air space between the two impedances is If there is a dual relationship, that is, R1 = R2, X1 = -X2, the condition of minimum loss and maximum output is obtained. Here, the first circuit is a power supply, the second circuit is a load (plasma applicator device), and the matcher serves to match the impedance of the circuits. In other words, matching is a method for transmitting maximum output from a signal transmission path. The principle of matching is that the signal source has internal resistance, and for maximum output transmission, the load must be equal to the impedance of the signal source. Where active devices are included, the input impedance and output impedance are significantly different. However, the input impedance needs to be matched to the signal source, and the output load needs to be matched to the output impedance. Power amplifiers and many active devices deviate from this fundamental principle because of limitations imposed by internal power losses and linearity requirements. The output load impedance must be optimally selected so that the impedance is matched to achieve maximum output transmission under these constraints.

정합을 하는 방식에는 도체봉에 의한 정합, 도파관내 도체판 창에 의한 정합, 무반사 종단회로에 의한 정합, 테이퍼 도파관에 의한 정합, 변성기(λ/4 임피던스 변환기)에 의한 정합 등 여러 종류의 정합방법이 있다. There are several types of matching methods, including matching using a conductor rod, matching using a conductor plate window in a waveguide, matching using an anti-reflective termination circuit, matching using a tapered waveguide, and matching using a transformer (λ/4 impedance converter). There is.

도 2에 예시한 바와 같이 3-스텁튜너의 경우는 도파관의 넓은 면에서 도파관내로 도체봉을 삽입하여 정합을 시키는 데, 도파관에 반사파가 존재하는 경우 도체봉에 의한 전자계에 의해 반사파를 상쇄시킨다.As illustrated in Figure 2, in the case of a 3-stub tuner, a conductor rod is inserted into the waveguide from the wide side of the waveguide for matching, and if a reflected wave exists in the waveguide, the reflected wave is canceled by the electromagnetic field caused by the conductor rod.

한편, 플런저(plunger)(또는 슬라이딩 숏서킷:Sliding Short Circuit) 정합방식은 도파관내 도체판 창에 의한 정합방식으로서 도파관내에서 관측에 직각으로 도체판과 같은 판형태의 물체를 간격을 떼어서 삽입하고 부하까지의 거리를 적당히 선정하여 정합을 시키는 방식이다. On the other hand, the plunger (or sliding short circuit) matching method is a matching method using a conductor plate window in the waveguide, and inserts a plate-shaped object such as a conductor plate at intervals at a right angle to the observation within the waveguide. This is a method of matching by appropriately selecting the distance to the load.

도 1과 도 2의 경우는 3-스텁튜너(115) 정합방식과 플런저(121) 정합방식을 혼용한 경우이다. 상기한 경우와 같이 스텁튜너와 플런저를 혼용해서 사용하기도 하고, 스텁튜너 혹은 플런저를 각 한가지만 사용하여 개별적으로 사용하는 것도 가능하다.1 and 2 are cases where the 3-stub tuner 115 matching method and the plunger 121 matching method are used together. As in the above case, the stub tuner and plunger can be used interchangeably, or it is also possible to use only one stub tuner or plunger individually.

본 발명에서는 이러한 플런저를 공진캐비티 내부에 설치하는 구조를 개시하고 있다(도 10 참조).The present invention discloses a structure for installing such a plunger inside a resonance cavity (see FIG. 10).

마이크로파가 애플리케이터에서 흡수되지 않고 반사되어 돌아오는 경우, 이 반사되는 마이크로파는 마그네트론에 치명적인 피해를 줄 수 있는 데, 이 경우에 반사파의 방향을 전환시켜 마그네트론을 보호하며, 방향전환이 된 반사판은 더미로드 (Dummy Load ; 123)에서 그 에너지가 보호된다. 더미로드에는 냉매가 공급되어 흡수된 열을 외부로 방출한다. 마그네트론에서 발진되는 마이크로파의 진행방향으로 전파되는 전력을 순방향 전력 (Forward Power:順方向電力 혹은 입사파전력 혹은 진행파전력) 이라 하며, 애플리케이터에서 흡수되지 않고 돌아가는 전력을 반사파 전력(Reflected Power:反射電力 ) 혹은 역류파 전력 이라 한다. 정합이 안 되어 마이크로파가 돌아오는 반사파는 그대로 전달되는 경우 고가품인 마그네트론(111)을 손상시키기 때문에 이러한 반사파를 서큘레이터(113)에 내제된 자석에 의하여 별도로 반사파의 방향을 전환시킨 후 더미로드(123)에 있는 흡수체에 흡수하여 소멸하도록 한다. 열을 흡수하는 더미로드(123), 열이 발생되는 마그네트론(111)과 파워공급모듈 혹은 전력공급기(121)의 온도가 상승되지 않도록 냉매를 공급하여 냉각하며 이 냉매에 흡수된 반사파에너지는 외부로 방출된다. If the microwaves are not absorbed by the applicator and are reflected back, these reflected microwaves can cause fatal damage to the magnetron. In this case, the direction of the reflected waves is changed to protect the magnetron, and the changed reflector is used as a dummy load. The energy is protected at (Dummy Load; 123). Refrigerant is supplied to the dummy load and the absorbed heat is released to the outside. The power propagated in the direction of movement of the microwave oscillated from the magnetron is called forward power (forward power: incident wave power, or traveling wave power), and the power that is not absorbed by the applicator and returns is called reflected wave power (reflected power: anti-wave power). Or it is called countercurrent wave power. If the reflected wave, which returns the microwave due to lack of alignment, is transmitted as is, it will damage the magnetron 111, which is an expensive product. Therefore, the direction of the reflected wave is changed separately by the magnet built in the circulator 113, and then the dummy load 123 ) to be absorbed into the absorber and disappear. Refrigerant is supplied to cool the heat-absorbing dummy load 123, the heat-generating magnetron 111, and the power supply module or power supply 121 so that their temperature does not rise, and the reflected wave energy absorbed by this refrigerant is transmitted to the outside. It is released.

이러한 순방향전력과 반사파전력을 측정하기 위하여 써큘레이터와 3-스텁튜너 사이에 방향성 결합기(Directional Coupler)를 설치하고 파워미터를 사용하여 측정한다. 도파관에 2개의 마이크로파를 측정할 수 있는 포트를 만들어서 하나는 포트의 방향이 응용기로 향하게 하여 순방향전력을 측정하고, 다른 한 개는 반대방향 즉, 마그네트론쪽으로 위치하여 반사파 전력을 측정하는데 사용한다. To measure this forward power and reflected wave power, a directional coupler is installed between the circulator and the 3-stub tuner and measured using a power meter. By creating two ports that can measure microwaves in the waveguide, one port is directed toward the application device to measure forward power, and the other port is located in the opposite direction, i.e. toward the magnetron, and is used to measure reflected wave power.

도 3은 이러한 마이크로파를 이용하여 여러 전력 즉, 230 ~ 2000 Watt 범위에서 전력을 변화시키는 경우에서의 플라즈마가 발생되는 사진을 보여 주고 있다.Figure 3 shows a photograph of plasma generated when the power is varied in the range of 230 to 2000 Watt using these microwaves.

도 4는 고정된 전력공급에서 여러 압력, 즉, 0.5, 1, 2 torr 에서 압력을 변화시키며, 플라즈마가 발생되는 사진을 보여 주고 있다. 압력이 증가하면서 돔 안에서 발생하는 플라즈마 밝기(intensity)와 영역(zone)이 감소되는 것을 볼 수 있다.Figure 4 shows a photograph of plasma being generated by changing the pressure at various pressures, that is, 0.5, 1, and 2 torr, at a fixed power supply. It can be seen that as the pressure increases, the intensity and area of the plasma occurring within the dome decrease.

마이크로파가 전달되는 관로인 도파관(waveguide)은 파(波)를 가두어 유도시켜 전파하는 임의의 구조체로서. 주로, 전자파가 진행하도록 만든 속이 비어있는(hollow) 도체금속관을 지칭한다. A waveguide, a conduit through which microwaves are transmitted, is an arbitrary structure that traps waves and guides them to propagate. Mainly, it refers to a hollow conductive metal tube through which electromagnetic waves travel.

도파관은 고 출력(high-power), 낮은 손실(low-loss),밀리미터파 시스템 등에 응용되며, 사용 예로는 전술한 바와 같이 레이더, 위성중계기, 방송용 전파 송출 혹은 가열용, 플라즈마발생 등 전자기파의 전달을 위하여 사용된다. 도파관의 구조 형태는 전자기파 도파 공간을 둘러싸는 금속도체(구리, 황동, 알루미늄등)로서 기계적 강도를 위해 도체두께를 1 ~ 3mm 정도로 충분히 확보되어야 하며, 또한, 응용 주파수범위에서 표피 침투 깊이의 수 배가 되도록 한다.Waveguides are applied to high-power, low-loss, millimeter wave systems, etc. Examples of use include radar, satellite repeaters, transmission of radio waves for broadcasting, or transmission of electromagnetic waves for heating and plasma generation, as mentioned above. It is used for. The structural form of the waveguide is a metal conductor (copper, brass, aluminum, etc.) that surrounds the electromagnetic wave waveguide space. The conductor thickness must be sufficiently secured to about 1 to 3 mm for mechanical strength, and the skin penetration depth must be several times greater in the application frequency range. Make it possible.

통상적으로 도파관의 크기는 마이크로파의 주파수에 따라 결정된다. 국제전파협회에서 통신용으로 주로 사용하는 통신주파수 이외의 산업분야, 과학분야, 의료분야를(Idustrial, Scitific, Medical:ISM) 위하여 허용한 마이크로파의 주파수는 2,450 MHz (2.45GHz), 915MHz, 433MHz 등이 있다. 2.45GHz 마이크로파의 경우에 사용되는 도파관의 규격은 WR-284, WR- 340, WR-430을 주로 사용하며, 915MHz의 경우에는 WR-975 도파관을 사용한다. 최근에는 기존 주파수보다 낮은 주파수인 433MHz 대역이 사용되고 있으며 이경우에는 도파관 보다는 케이블 형태로 전력을 전달한다. 또한 최근에는 실리콘 기반의 횡확산금속산화물반도체 [Laterally Diffused Metal Oxide Semiconducotor LDMOS] 혹은 GaN, SiC 반도체의 개발로 반도체에 의한 초고주파 발진이 가능하며, 이러한 반도체 발진 초고주파 발생방식은 경박 단소화, 사용의 용이함 및 주파수 변조등 많은 장점이 있기 때문에 기존의 마그네트론 발진 방식에서 반도체 방식으로 획기적인 전환이 이루어지고 있다. Typically, the size of the waveguide is determined according to the frequency of the microwave. Microwave frequencies permitted by the International Radio Association for industrial, scientific, and medical fields (Idustrial, Scitific, Medical: ISM) other than the communication frequencies mainly used for communication purposes are 2,450 MHz (2.45 GHz), 915 MHz, and 433 MHz. there is. For 2.45GHz microwaves, the waveguide standards used are mainly WR-284, WR-340, and WR-430, and for 915MHz, the WR-975 waveguide is used. Recently, the 433MHz band, which is a lower frequency than the existing frequency, is being used, and in this case, power is transmitted in the form of a cable rather than a waveguide. In addition, with the recent development of silicon-based Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor LDMOS or GaN or SiC semiconductors, ultra-high frequency oscillation by semiconductors is possible, and this semiconductor oscillation ultra-high frequency generation method is lightweight, simple, and easy to use. Because there are many advantages, such as frequency modulation, there is a groundbreaking transition from the existing magnetron oscillation method to the semiconductor method.

마이크로파 발진기에서 조사부인 마이크로파 에너지의 전송으로, 전선은 마이크로파를 외부로 방사하기 때문에 사용할 수 없으며, 통상 도파관으로 불리는 금속 중공형 파이프가 사용된다. 도파관은 단면형상에 따라 사각형 또는 원형 도파관, 복잡한 형상의 릿지형 도파관이 있다. 일반적으로 이용 되는 것은 사각형 도파관이며, 원형, 릿지형 도파관은 특수한 목적으로 사용한다.For the transmission of microwave energy, which is the irradiation part of the microwave oscillator, wires cannot be used because they radiate microwaves to the outside, and a hollow metal pipe called a waveguide is usually used. Depending on the cross-sectional shape, waveguides include square or circular waveguides and complex-shaped ridge-type waveguides. Square waveguides are generally used, and circular and ridge-type waveguides are used for special purposes.

도파관은 통상적으로 퍼지는 특성을 지닌 마이크로파를 사각관에 가두어 전달하며, 보통 전도도가 좋은 황동이나 구리로 제작된다. 따라서 이러한 사각 도파관은 마이크로파를 이용한 공정이나 장치의 설치시 장비가 무거워지고 커지며, 조립이 어려워진다. 특히 저전력의 경우에도 장치가 중후장대 하여서 설치의 어려움과 응용이 제한되어 진다. 이러한 마이크로파 전달장치를(도 1, 2 참조) 이용한 플라즈마 발생장치의 예를 도 6에 예시하였다.Waveguides typically transmit microwaves with spreading characteristics by confining them in a square tube, and are usually made of brass or copper, which have good conductivity. Therefore, these square waveguides become heavy and large when installing a process or device using microwaves, and assembly becomes difficult. In particular, even in the case of low power, the device is heavy and large, making installation difficult and application limited. An example of a plasma generator using such a microwave delivery device (see FIGS. 1 and 2) is shown in FIG. 6.

마이크로파 전송에는 도파관 이외에 동축케이블(동축관)도 있다. In addition to waveguides, microwave transmission also includes coaxial cables (coaxial tubes).

전송선로의 형상은 2개 이상의 도체로 구성되는데, 2개의 도체가 유전체에 의해 격리되어있는 구조이다. 에너지 전달 방식은 2개 도체에 흐르는 왕복 전류/전압 파동 형태로 에너지가 전달된다. 전파 형태는 전자기파 형태로 볼 때에는 TEM 파로 전달되며, 전류파, 전압파의 전달에 의한다. 차단주파수 없기 때문에, 직류부터 매우 높은 주파수까지 동작이 가능하며, 저출력, 다소 낮은 주파수에 응용하나, 초고주파 대역에서는 표피효과 및 유전체손실로 인해 비효율적이다. 동축케이블은 전송선로의 일종으로 통상적으로 2선식 평행케이블은 표피효과(Skin Effect)로 인해 높은 주파수에서는 도선의 실효 저항이 상승하는 결함이 생기는데 이를 보완하기 위해 개발된 것이 동축케이블이다 of transmission line The shape is composed of two or more conductors, and the two conductors are separated by a dielectric . The energy transfer method transfers energy in the form of round-trip current/voltage waves flowing through two conductors. When viewed in the form of electromagnetic waves, the form of radio waves is transmitted as TEM waves and is transmitted by current waves and voltage waves. Since there is no cut-off frequency, it can operate from direct current to very high frequencies, and is applied to low output and somewhat low frequencies, but is inefficient in ultra-high frequency bands due to skin effect and dielectric loss. Coaxial cable is a type of transmission line. Typically, two-wire parallel cables have a defect in which the effective resistance of the conductor increases at high frequencies due to the skin effect. Coaxial cable was developed to compensate for this problem.

주파수가 높아 질수록 파가 외부로 쉽게 빠져 나간다는 문제점이 있는데, 60Hz 이상의 주파수의 경우에 상기 문제점을 해결하기 위하여 폐쇄 도파관을 사용한다. 폐쇄 도파관 방식으로 동축케이블 (Co-Axial Cable), 금속도파관 (Metallic WaveGuide), 스트립라인 (Strip Line) 방식 등이 있다.There is a problem that the wave easily escapes to the outside as the frequency increases. In the case of frequencies above 60Hz, a closed waveguide is used to solve this problem. Closed waveguide methods include Co-Axial Cable, Metallic WaveGuide, and Strip Line.

도 5에 예시된 바와 같이 동축케이블 구조를 보면 2개의 원통형 도체 및 유전체가 중심축을 공유하고 내부 도체는, 실제적인 신호전송을 위하여 사용되며. 외부 도체는, 알루미늄/구리로 만들어진 그물 모양의 차폐용 실드(Shield)(편조 또는 박지)이며, 그 사이를, 유전체/절연체(폴리에틸렌등)로 채워서 분리하여 만들어진다. 맨바깥쪽에는 외피 피복에 케이블 자킷 (비닐,폴리에틸렌등) 으로 둘러싼다. 이는 일반 전력 송신 라인(Power Transmission Line) 혹은 와이어 (2줄의 전선을 꼬아 놓은 케이블) 보다 더 높은 주파수 신호를 보낼 수 있도록 내부도체에 절연체로 둘러싸고 외부도체로 쉴딩(shielding)하여 파가 케이블 밖으로 빠져 나가는 것을 줄이기 위해서다Looking at the coaxial cable structure as illustrated in Figure 5, Two cylindrical conductors and a dielectric share a central axis, and the inner conductor is used for actual signal transmission. The external conductor is a net-shaped shield (braided or foil) made of aluminum/copper, and is made by filling the gap between them with a dielectric/insulator (polyethylene, etc.) to separate them. On the outside, the outer shell is covered with a cable jacket (vinyl, polyethylene, etc.). In order to transmit a higher frequency signal than a regular power transmission line or wire (a cable made of two twisted wires), the inner conductor is surrounded with insulation and shielded with an outer conductor so that the waves do not escape the cable. To reduce outgoings

3GHz 이상의 초고주파를 동축케이블로 보내는 경우는 구리선의 저항이 증가하고 주위 절연물들의 유전체 손실도 증가하므로, 전송손실이 많아져서 3GHz 이상의 경우에는 전송 효율성이 저감된다. 보통 파워모니터의 출력 신호전송에 이용한다. 가연성이며, 취급이 용이하지만, 마이크로파 전송에너지의 전송 전력허용치가 300W정도(VSWR=3정도)로 작으므로 마이크로파 장치에는 300W 이상의 전력에서는 이용하지 않는다.When transmitting ultra-high frequencies above 3 GHz through a coaxial cable, the resistance of the copper wire increases and the dielectric loss of surrounding insulators also increases, resulting in increased transmission loss and reduced transmission efficiency in cases above 3 GHz. It is usually used to transmit the output signal of a power monitor. It is flammable and easy to handle, but the transmission power tolerance of microwave transmission energy is small, about 300W (VSWR=about 3), so it is not used in microwave devices with a power of more than 300W.

전송선로 및 도파관의 차이는 TEM 모드에 의해 전파하는 전송선로 (동축선로 포함)도 도파관으로 볼 수 있으나, 일반적으로 TEM 모드에 의한 전파 전달은 도파관이라고 하지 않는다. 즉, 주로 TE 모드 ( Transverse Electric Field/Wave, 횡방향 전계 ) 및 TM 모드 (Transverse Magnetic Field/Wave, 횡방향 자계)에 의한 전파 만을 도파관이라는 표현을 쓴다.The difference between a transmission line and a waveguide is that a transmission line (including coaxial lines) that propagates by TEM mode can also be viewed as a waveguide, but in general, propagation of radio waves by TEM mode is not called a waveguide. In other words, only the propagation by TE mode (Transverse Electric Field/Wave, transverse electric field) and TM mode (Transverse Magnetic Field/Wave, transverse magnetic field) is referred to as a waveguide.

저전력의 마이크로파를 사용하는 경우에는 도파관 대신에 동축케이블을 사용하여 부피, 무게등을 감소하여 설치하는 방법이 있다.When using low-power microwaves, there is a method of installing them by using coaxial cables instead of waveguides to reduce volume and weight.

도 6에 예시된 마이크로파를 이용한 플라즈마 발생장치를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 마그네트론(M), 써큘레이터(C), 더미로드(D) 등이 외부에 있으면 별도의 공간을 차지하므로 이 M-C-D를 전원공급장치에 내부에 설치하여 일체화 및 일원화를 한다. 이에 따라 상당한 공간적인 축소가 가능하며 마그네트론에 공급하는 전원을 내부에서 직접 연결하여 공급하고 냉각라인 등을 공유하는 등 동선이 짧아지고 설치가 용이한 장점이 있다. 3-스텁튜너(매처 혹은 정합기)는 수동인 경우에는 스텁을 동작시켜 매칭을 해야 하므로 외부에 위치시킨다. The plasma generator using microwaves illustrated in FIG. 6 will be described as an example as follows. If the magnetron (M), circulator (C), dummy load (D), etc. are outside, they take up separate space, so these M-C-D are installed inside the power supply device to integrate and unify them. As a result, significant space reduction is possible, and the power supply to the magnetron is directly connected and supplied internally, and cooling lines are shared, which has the advantage of shortening the moving wire and making installation easier. 3-Stub tuner (matcher or matcher) is located externally because it must operate the stub for matching in the case of manual operation.

도 6의 경우에, 동축안테나와 돔형태의 초고주파 진공윈도우(microwave vacuum window), 그리고 공진캐비티, 기판 위에 형성된 플라즈마를 예시하고 있다,In the case of Figure 6, a coaxial antenna, a dome-shaped microwave vacuum window, a resonance cavity, and a plasma formed on a substrate are illustrated.

자동튜너의 경우에는 도 7에 예시한 바와 같이 임피던스를 매칭하기 위하여 복수개의 스텁들이 자동으로 조절되므로 이 경우에는 튜너가 전력공급기 안으로 위치하는 것이 가능하다. In the case of an automatic tuner, as illustrated in FIG. 7, a plurality of stubs are automatically adjusted to match the impedance, so in this case, it is possible for the tuner to be located inside the power supply.

본 발명에서는 캐비티 내에 플런저 플레이트에 의하여 튜닝정합기능을 수행하므로 스텁튜너는 필요하지 않으며, 플런저로 정합이 되지 않는 경우에 병합하여 정합한다. In the present invention, since the tuning and matching function is performed by a plunger plate within the cavity, a stub tuner is not necessary, and if matching is not achieved with the plunger, the tuning and matching function is performed by merging.

도 6과 도 7의 경우에는 아이솔레이터(써큘레이터와 더미로드의 합을 아이솔레이터라고 함)부터 애플리케이터까지 도파관을 사용하여 연결하여야 함으로써 불편함이 있다. 이러한 부분을 해소하기 위하여 동축케이블-도파관 전환어댑터(WCCA, 도 8 참조)와 동축케이블을 사용할 수 있다. 이 경우에 추가적으로 설치공간이 감소하며 설치를 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다. 도파관과 동축케이블은 상호 변환이 가능하다. 즉, 도파관-동축 혹은 동축-도파관 형태로 전환이 가능하다. 따라서 정확히는 WCCA, 혹은 CWCA (Waveguide-CoAxial cable to Conversion Adaptor) 로 명칭을 구분하여 표기하는 것이 정확하다.In the case of Figures 6 and 7, there is an inconvenience in that a waveguide must be used to connect from the isolator (the sum of the circulator and the dummy load is called an isolator) to the applicator. To solve this problem, a coaxial cable-waveguide conversion adapter (WCCA, see FIG. 8) and a coaxial cable can be used. In this case, the additional advantage is that the installation space is reduced and installation is facilitated. Waveguides and coaxial cables can be converted to each other. In other words, it is possible to switch to a waveguide-coaxial or coaxial-waveguide form. Therefore, it is more accurate to label it as WCCA, or CWCA (Waveguide-CoAxial cable to Conversion Adaptor).

반도체 방식으로 초고주파를 발진하고 플라즈마 애플리케이터가 도파관형태인 경우, 동축케이블-도파관 전환어댑터를 사용하여 플라즈마를 발생한다. 도파관-동축케이블전환어댑터의 형태를 도 8에 예시하였다. If ultra-high frequencies are oscillated using a semiconductor method and the plasma applicator is in the form of a waveguide, plasma is generated using a coaxial cable-waveguide conversion adapter. The shape of the waveguide-coaxial cable conversion adapter is illustrated in Figure 8.

도 7은 자동튜너(정합기)를 전력공급기 내부에 설치하고 도파관-동축케이블전환어댑터를 사용하여 플라즈마 발생하는 경우를 보여주는 예시도이다. 이 경우와 같이 본 발명에서는 도파관-동축케이블전환어댑터(WCCA), 동축케이블, CWCA를 사용하여 마이크로파 장치의 전달 부분을 간소화하여 플라즈마 발생하는 방법을 포함하여 제시한다. 초고주파 전달을 위하여 도파관을 사용하는 경우, 장치가 중후장대하여 조립의 어려움이 있어 이러한 상기한 방법을 사용하면 이러한 어려운 점을 해결할 수 있다.Figure 7 is an example diagram showing a case where an automatic tuner (matcher) is installed inside a power supply and plasma is generated using a waveguide-coaxial cable conversion adapter. As in this case, the present invention presents a method of generating plasma by simplifying the transmission part of a microwave device using a waveguide-coaxial cable conversion adapter (WCCA), a coaxial cable, and a CWCA. When a waveguide is used to transmit ultra-high frequencies, the device is heavy and large, making assembly difficult. Using the above-described method can solve this difficulty.

한편, 마이크로파가 전달되는 경로에 3스텁튜너가 필요로 하지 않도록 장치를 구성하는 경우에 마이크로파 응용장치가 훨씬 간소화될 수 있다. 또한 튜너를 사용하지 않고 튜너 대용으로 주파수를 변조하거나 플런저를 사용하여 이를 애플리케터와 융합하여 임피던스 정합하여 사용하는 경우에 마이크로파 전달 장치를 훨씬 더 축소하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 주파수 변조방식과 플런저를 구비된 애플리케이터 방식을 포함한다.On the other hand, if the device is configured so that a 3-stub tuner is not required in the microwave transmission path, the microwave application device can be greatly simplified. In addition, if the frequency is modulated instead of a tuner without using a tuner, or if a plunger is used and fused with an applicator to match impedance, the microwave transmission device can be used in a much smaller size. The present invention includes such a frequency modulation method and an applicator method equipped with a plunger.

도 9는 본 발명에 따른 대면적 플라즈마 발생장치의 구성도이다.Figure 9 is a configuration diagram of a large-area plasma generator according to the present invention.

플라즈마 에처, 애셔, CVD장비등 반도체 장비를 포함한 기존의 플라즈마 장비들은 사용의 편리함과 (직류플라즈마에 비하여) 플라즈마의 효율성등으로 인하여 13.56MHz를 주로 많이 사용하여 왔다. 상기 13.56MHz RF에 비교하여 주파수가 180.67배 높은 초고주파 2450MHz 를 사용하는 것이 고밀도 플라즈마를 발생시 유리한 측면이 있어 일부 공정에서 사용되어 왔으나, 대면적화의 어려움과 도파관등 초고주파 전달장치의 중후장대 하다는 문제점 등 설치사용적인 측면에 있어서의 불편함등으로 인하여, 고밀도 플라즈마등 많은 장점에고 불구하고 활성화가 되지 못하여 왔다. 이러한 점을 개선하고 향상시키기 위하여 본 출원은 새로운 플라즈마 애플리케이터인 냉각-이동형 공명캐비티, 안테나 및 반도체 초고주파 발진을 이용한 방법과 장치등을 포함하여 개시한다. 이러한 방법과 장치에 의하여 플라즈마 대면적화와 장치 설치의 용이성, 활용도 증가등이 가능하다. Existing plasma equipment, including semiconductor equipment such as plasma etcher, asher, and CVD equipment, has mainly used 13.56MHz due to the convenience of use and the efficiency of plasma (compared to direct current plasma). Compared to the 13.56 MHz RF, the use of ultra-high frequency 2450 MHz, which has a frequency 180.67 times higher, has been used in some processes because it has an advantage in generating high-density plasma, but there are problems such as the difficulty in enlarging the area and the heavy and heavy-duty installation of ultra-high frequency transmission devices such as waveguides. Due to inconveniences in terms of use, high-density plasma has not been activated despite its many advantages. In order to improve and improve these points, the present application discloses a new plasma applicator, a cooling-movable resonance cavity, an antenna, and a method and device using semiconductor ultra-high frequency oscillation. These methods and devices allow for larger plasma areas, easier device installation, and increased utilization.

기존의 경우에는 초고주파 전달용 동축안테나가 작아서(도 4, 도 6) 또는 플라즈마 애플리케이터가 도파관 폭보다 작아야 하므로(도 3) 초고주파 플라즈마의 대면적화가 어려운 점이 있어 왔다. 이러한 측면에서 915MHz가 2450MHz 보다 상대적으로 도파관 크기가 더 커서(915MHz의 경우 도파관 WR975 내부크기 247.65*123.83 mm: 2450MHz의 경우 도파관 WR340 내부크기 86.36*43.18mm) 보다 큰 플라즈마를 발생할 수 있다. In the existing case, it has been difficult to enlarge the area of ultra-high frequency plasma because the coaxial antenna for ultra-high frequency transmission is small (FIGS. 4 and 6) or the plasma applicator must be smaller than the width of the waveguide (FIG. 3). In this respect, 915MHz has a relatively larger waveguide size than 2450MHz (for 915MHz, the internal size of the waveguide WR975 is 247.65*123.83 mm: for 2450MHz, the internal size of the waveguide WR340 is 86.36*43.18mm), so it can generate a larger plasma.

그러나, 여전히 도파관 크기에 제한되어 플라즈마 크기가 작다. 본 발명에서는 반응기 내부에 캐비티를 구성하고 기판홀더 자체를 안테나로 사용함으로써 기판보다 더 큰 대면적 플라즈마를 형성이 가능하고, 플런저 플레이트를 캐비티 내부에서 움직이게 함으로써 튜닝정합을 가능케 한다.However, the plasma size is still limited by the waveguide size. In the present invention, it is possible to form a large-area plasma larger than the substrate by forming a cavity inside the reactor and using the substrate holder itself as an antenna, and tuning and matching is possible by moving the plunger plate inside the cavity.

도 9에 의하면, 본 발명 실시예에 따른 대면적 플라즈마 발생장치(300)는 내부에 진공챔버(311)가 마련된 반응기(310)를 포함할 수 있다.According to Figure 9, the large-area plasma generator 300 according to an embodiment of the present invention may include a reactor 310 provided with a vacuum chamber 311 therein.

상기 반응기(310)는 다양한 공정에 사용할 수 있다. 대표적으로 반도체 생산장비 분야에서는 플라즈마 애셔, 플라즈마 에처, 플라즈마 증착장비 등에 활용가는 하다. 플라즈마 애셔 등의 경우에는 다운스트림 방식으로 플라즈마 존에서 라디칼을 생성해서 웨이퍼 표면에 전달해서 사용하다가, 경화 등에 의하여 제거가 어려워진 감광 고분자를 제거하기 위하여 좀 더 고밀도 플라즈마가 필요하다. 증착 혹은식각 장비의 경우에도 보다 빠른 증착속도와 식각속도를 제고하기 위하여 고밀도 대면적 플라즈마 소스가 필요한 상황이다.The reactor 310 can be used in various processes. Typically, in the semiconductor production equipment field, it is used in plasma asher, plasma etcher, and plasma deposition equipment. In the case of plasma asher, radicals are generated in the plasma zone and transferred to the wafer surface in a downstream manner, and a higher density plasma is required to remove photosensitive polymers that have become difficult to remove due to curing. In the case of deposition or etching equipment, a high-density, large-area plasma source is needed to improve faster deposition and etching rates.

상기 반응기(310)의 내부는 플라즈마를 발생하기 위하여 보통 진공을 유지하여야 하며, 반응을 위하여 기체유입관을 통하여 기체를 공급한다. The interior of the reactor 310 must usually maintain a vacuum in order to generate plasma, and gas is supplied through a gas inlet pipe for reaction.

상기 반응기(310)의 내부에는 플라즈마 발생을 위하여 초고주파를 전달하여야 한다. 보통 초고주파는 마그네트론(혹은 반도체)에서 발생되어 도파관(혹은 동축케이블)을 통하여 전달되는데, 종단에 에너지를 전달하는 곳을 캐비티라고 하며, 이 캐비티 안에 공진현상이 일어나서 이를 공진캐비티(본 발명에서는 승강 캐비티라고 명명하기로 한다)라 한다. 도파관만 사용하여 전달하기도 하고, (파워에서 동축케이블로 연결하여) 동축안테나로 구성하여 전달하기도 하며, 도파관-안테나를 구성하여 전달하기도 한다. 도파관-동축안테나를 사용하여 초고주파를 전달하는 경우 경우가 도 4, 도 6, 도 7에 예시되어 있고 동축안테나 없이 초고주파를 전달하는 경우는 도 3에 예시되어 있다. 상압 초고주파 토치의 경우에도 동축안테나 없이 플라즈마의 발생이 가능하다. Ultra-high frequency waves must be transmitted to the inside of the reactor 310 to generate plasma. Usually, ultra-high frequencies are generated in a magnetron (or semiconductor) and transmitted through a waveguide (or coaxial cable). The place where energy is transmitted to the end is called a cavity, and a resonance phenomenon occurs within this cavity, which is called a resonance cavity (in the present invention, a lifting cavity). It is decided to name it). Sometimes it is transmitted using only a waveguide, sometimes it is transmitted by configuring a coaxial antenna (by connecting the power source to a coaxial cable), and sometimes it is transmitted by configuring a waveguide-antenna. The case of transmitting ultra-high frequencies using a waveguide-coaxial antenna is illustrated in FIGS. 4, 6, and 7, and the case of transmitting ultra-high frequencies without a coaxial antenna is illustrated in FIG. 3. Even in the case of an atmospheric pressure ultra-high frequency torch, it is possible to generate plasma without a coaxial antenna.

상기한 반응기(310)의 외부 일측에는 온도 측정과 외부에서 플라즈마 발생현황 등을 모니터링하기 위하여 시창(312)이 설치될 수 있다. 상기 시창(312)을 통하여 플라즈마로부터 나오는 빛을 관측하여 온도 측정을 할 수 있다. A sight glass 312 may be installed on one external side of the reactor 310 to measure temperature and monitor the status of plasma generation from the outside. Temperature can be measured by observing light coming from the plasma through the sight glass 312.

상기 시창(312)은 온도 측정을 위하여 보통 써머커플(Thermocouple) 등을 사용하나, 플라즈마 발생시에는 플라즈마의 간섭에 의하여 온도 측정이 불가능하다. 따라서 비접촉 온도측정방식인 원적외선 온도측정기(Infrared thermometer)를 이용하여 플라즈마 온도를 측정한다. The sight glass 312 usually uses a thermocouple or the like to measure temperature, but when plasma is generated, temperature measurement is impossible due to interference from the plasma. Therefore, the plasma temperature is measured using a far-infrared thermometer, a non-contact temperature measurement method.

상기 시창(312)은 고온에 견딜 수 있도록 소재인 석영이나 사파이어 등이 적용될 수 있다. The sight glass 312 may be made of a material such as quartz or sapphire so that it can withstand high temperatures.

한편, 상기 시창(312)은 후술될 제2 승강부재에 의하여 승강 플런저가 승강되는 점을 고려하여 중심부에 튜브관형 지지대(미도시)를 설치하고, 상기 시창은 지지대의 상단 중심부에 부합되게 설치한다. 이 시창을 통하여 플라즈마로부터 나오는 빛을 관측하여 온도 측정을 한다. 이 시창은 고온에 견딜 수 있도록 석영이나 사파이어 등을 사용하며, 금속과 경접(브레이징:Brazing) 처리한 고온용 일체형 시창을 사용한다. 또는 승강 플런저에 오링홈을 형성하고, 이 오링홈에 체결되는 플랜지에 냉각관(또는 냉각튜브)이나 냉각채널을 구성하여 냉각되게 할 수 있다.Meanwhile, the sight glass 312 is installed with a tube-shaped support (not shown) at the center, considering that the lifting plunger is raised and lowered by the second lifting member, which will be described later, and the sight glass is installed to match the upper center of the support. . Through this sight glass, the temperature is measured by observing the light coming from the plasma. This sight glass uses quartz or sapphire to withstand high temperatures, and uses an integrated sight glass for high temperatures that is brazed with metal. Alternatively, an O-ring groove may be formed in the lifting plunger, and a cooling pipe (or cooling tube) or cooling channel may be formed on the flange fastened to the O-ring groove to allow cooling.

상기 냉각관이나 냉각튜브는 오일 실링이 필요없이 금속 튜브관과 이에 관련된 금속 재잘로 된 스웨이지락이나 케이준 핏팅 등을 사용할 수 있다. 이하, 냉각모듈도 이와 동일함을 전제한다.The cooling pipe or cooling tube can be made of a metal tube and related metal swage lock or Cajun fitting without the need for oil sealing. Hereinafter, it is assumed that the cooling module is the same.

대면적 플라즈마 발생장치(300)는 상기 진공챔버(311)의 하측에 배치되는 기판홀더겸 안테나(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기판홀더겸 안테나(320)는 기판(피처리물)(1)이 안착되는 안착면(321a)이 마련된 기판홀더부(321)와, 상기 기판홀더부에 접속되게 마련되어, 초고주파 발진부재로부터 제공되는 초고주파를 도입하여 상기 기판홀더부(321)로 송출함으로써 기판홀더부 상에 안착면의 넓이에 상응하는 대면적의 플라즈마(P)가 생성되도록 하는 안테나부(322)로 구성될 수 있다.The large-area plasma generator 300 may include a substrate holder and antenna 320 disposed below the vacuum chamber 311. Here, the substrate holder and antenna 320 is provided to be connected to a substrate holder portion 321 provided with a seating surface 321a on which the substrate (object to be processed) 1 is mounted, and the ultra-high frequency oscillation member. It can be composed of an antenna unit 322 that introduces ultra-high frequencies provided from and transmits them to the substrate holder unit 321, thereby generating a large-area plasma (P) corresponding to the area of the seating surface on the substrate holder unit. .

상기한 기판홀더겸 안테나(320)는 플라즈마의 대면적화를 위하여 동축봉을 대신하여 기판홀더 자체가 안테나 역할을 하도록 구성한 것이다.The above-described substrate holder and antenna 320 is configured so that the substrate holder itself acts as an antenna instead of a coaxial rod in order to increase the plasma area.

상기 기판홀더부(321)는 공정처리를 위한 기판(1)이 위치하는 부분이다. 더하여, 기판 상에서 일어나는 반응을 촉진시키기 위하여 특수성분이 필요한 경우 기판 주변에 반응촉진 플레이트(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 반응촉진 플레이트는 기판홀더부(321)의 일부분이 될 수도 있으나 기판홀더부의 소재와는 구분될 수 있다. 상기 반응촉진 플레이트는 반응촉진 이외에도 기판(1)을 보호하거나 특수한 물질로부터 기판을 보호하기 위한 중간부품으로도 사용될 수 있다.The substrate holder portion 321 is a portion where the substrate 1 for processing is located. In addition, if a special ingredient is needed to promote the reaction occurring on the substrate, a reaction promotion plate (not shown) may be installed around the substrate. The reaction accelerating plate may be a part of the substrate holder portion 321, but may be distinguished from the material of the substrate holder portion. In addition to promoting the reaction, the reaction accelerating plate can also be used as an intermediate part to protect the substrate 1 or protect the substrate from special substances.

여기서, 상기 기판(1)이나 반응촉진 플레이트는 기판홀더부(321)의 안착면(321a) 보다 더 돌출되면 아킹이 발생하여 공정불량이 발생할 수 있으므로 안착면(321a)과 정확하게 일치되게 하는 것이 바람직하다.Here, if the substrate 1 or the reaction accelerating plate protrudes further than the seating surface 321a of the substrate holder part 321, arcing may occur and process defects may occur, so it is preferable to match it exactly with the seating surface 321a. do.

참고로, 전파는 도파관(導波管, Waveguide) 이라고 하는 금속으로 된 관을 통하여 전송될 수 있다. 3GHz 이하에서는 동축선로를 사용해도 큰 문제는 없지만, 3GHz 이상이 되면 전송손실이 증가하고 전송전력이 적어지는 결점으로 인하여 마이크로파 전송선로로는 부적절하다. For reference, radio waves can be transmitted through a metal tube called a waveguide. There is no major problem using a coaxial line below 3 GHz, but above 3 GHz, transmission loss increases and transmission power decreases, making it unsuitable as a microwave transmission line.

도파관은 동축선로의 중심도체를 제거한 것과 같고 내부에는 공기 (혹은 진공)만 존재하고 손실의 원인인 중심도체와 유전체가 없으므로 마이크로파에 대하여 동축선로보다 감쇠가 적다.A waveguide is the same as removing the central conductor of a coaxial line. There is only air (or vacuum) inside and there is no central conductor or dielectric that causes loss, so there is less attenuation of microwaves than a coaxial line.

직사각형의 도파관은 구형(矩形) 도파관(導波管) 이라 하며, 도파관에서는 중심도체가 없기 ‹š문에 전파방법이 동축선로와 다르다. 동축선로에서는 중심도체를 따라서 전파되고, 도파관에서는 관벽을 반사하면서 전파된다. 따라서, 전파의 진행거리가 길게 되어 같은 거리라 할지라도 전파시간은 도파관 외벽에서보다 내부에서가 더 걸린다. 관벽반사로 인하여 전계 또는 자계 중 어느 하나는 진행방향에 존재하게 된다. A rectangular waveguide is called a spherical waveguide, and because there is no central conductor in a waveguide, the propagation method is different from that of a coaxial line. In a coaxial line, it propagates along the central conductor, and in a waveguide, it propagates while reflecting off the tube wall. Therefore, the propagation distance of the radio wave becomes longer, so even if the distance is the same, the propagation time takes longer inside the waveguide than on the outer wall. Due to tube wall reflection, either an electric field or a magnetic field exists in the direction of travel.

모드(mode)란 것은, 어떤 구조물에서 특정 주파수의 에너지가 집중되는 형태를 의미한다. 도파관이나 전송선로의 경우 (특정 주파수대역의) 전자파가 진행하는 형태를 의미하며 이를 전파모드 (Propagation Mode)라고 한다. 공진기에서의 모드라면 공진주파수와 그 공진형태를 의미하는 것으로 공진 모드(Resonant Mode)라 한다. 특히 공진 모드는 공간적으로 한정된 영역에서 에너지가 집중된다. 이 공진모드가 고밀도 플라즈마 발생 및 유지를 위하여 매우 중요한 역할을 한다. Mode refers to the form in which energy of a specific frequency is concentrated in a certain structure. In the case of a waveguide or transmission line, it refers to the form in which electromagnetic waves (in a specific frequency band) travel, and this is called the propagation mode. In the case of a mode in a resonator, it refers to the resonance frequency and the resonance type and is called a resonant mode. In particular, in resonance mode, energy is concentrated in a spatially limited area. This resonance mode plays a very important role in generating and maintaining high-density plasma.

이것은 구조특성에 따라 에너지가 특정 주파수에 집중되는 현상과 관련있다. 여기서 중요한 것은 mode는 결국 구조물의 형태에 의해 결정되는 것이라는 점이며, 따라서 사용자가 특정 mode를 사용하기 위해서는, 그 mode에 원하는 주파수에너지가 수렴되도록 구조를 설계해야 한다. This is related to the phenomenon where energy is concentrated at a specific frequency depending on the structural characteristics. What is important here is that the mode is ultimately determined by the shape of the structure, so in order for the user to use a specific mode, the structure must be designed so that the desired frequency energy converges to that mode.

고주파의 전파모드 (propagation mode)에는 크게 TEM, TE, TM 의 3가지 정도가 사용되며, 이것은 전자기파가 진행하는 방향과 E (전기장), H(자기장) field의 수직여부에 따라 결정된다.There are three major propagation modes of high frequency: TEM, TE, and TM. This is determined by the direction in which the electromagnetic wave travels and whether the E (electric field) and H (magnetic field) fields are vertical.

TEM(Transverse ElectroMagnetic)은 진행방향과 E field, H field가 수직인 경우이며, Transmission Line의 모드로서, Microstrip, Stripline, Coaxial line, Coplanar Waveguide, Parrarel Plate 등이 이에 해당한다. 두 개의 금속이 일정한 방향으로 평행하게 진행하기 때문에 진행방향에 E field와 H field가 동시에 수직으로 존재할 수 있다.TEM (Transverse Electromagnetic) is when the direction of movement and the E field and H field are perpendicular. Transmission Line modes include Microstrip, Stripline, Coaxial line, Coplanar Waveguide, and Parrarel Plate. Because the two metals progress in parallel in a certain direction, the E field and H field can exist vertically at the same time in the direction of progress.

진행방향에 자계가 존재하면 TE파라고 하고, 전계가 존재하면 TM파라고 한다. 즉, TE (Transverse Electric)은 진행방향에 E field만 수직인 경우이고, TM (Transverse Magnetic) 은 진행방향에 H field만 수직인 경우이다. 일반적인 금속 도파관의 경우 형성되는 모드이며, transmission line과 달리 하나의 금속관 내에서 평면파의 특정 field 성분의  bounce효과가 일어나기 때문에, E field나 H field중 어느 한쪽은 진행방향에 수직일 수가 없다. 이러한 도파관의 TE, TM 모드는 구조특성에 따라 자동적으로 결정되는 것으로서, 전자기파는 E field 혹은 H field 중 한가지만 진행방향에 수직될 수밖에 없다.If a magnetic field exists in the direction of travel, it is called a TE wave, and if an electric field exists, it is called a TM wave. In other words, TE (Transverse Electric) is when only the E field is perpendicular to the traveling direction, and TM (Transverse Magnetic) is when only the H field is perpendicular to the traveling direction. This is a mode formed in the case of a general metal waveguide. Unlike a transmission line, because the bounce effect of a specific field component of a plane wave occurs within a single metal pipe, either the E field or the H field cannot be perpendicular to the direction of travel. The TE and TM modes of these waveguides are automatically determined according to the structural characteristics, and electromagnetic waves can only be perpendicular to the direction of travel of either the E field or the H field.

특정한 모드를 사용하기 위해서는 도파관의 크기를 그에 맞게 결정하게 된다. 또한, 도파관을 관통하는 전자파는 TE, TM파 두가지만 있는 것이 아니고 , 여러 종류의 모드가 있으므로 첨자를 붙여서 TEmn, TMmn 모드로 나타낸다. 하첨자 mn등은 order(차수)를 의미하는 계수로서 Wave number(파수)와 관련이 있다. 전자파는 전압이 (+)와 (-)로 교차되는 반파장 단위로 공진특성이 가장 강한데, 하나의 단위진행 경로당 몇 개의 반파장이 있는가에 대한 수치를 의미한다.To use a specific mode, the size of the waveguide is determined accordingly. In addition, there are not only two types of electromagnetic waves penetrating the waveguide: TE and TM waves, but there are several types of modes, so they are indicated by subscripts as TEmn and TMmn modes. Subscripts such as mn are coefficients meaning order and are related to wave number. Electromagnetic waves have the strongest resonance characteristics in half-wavelength units where voltage alternates between (+) and (-). This refers to the number of half-wavelengths per unit path.

본 발명에서는 도파관에서 전달된 TE모드의 초고주파를 상기 기판홀더겸 안테나(320)를 이용하여 TM모드로 전환하여 초고주파의 에너지를 전달하는 경우를 예시한다. 본 발명에서는 상기한 초고주파 모드를 전환하여 고밀도 플라즈마 발생하는 것을 포함한다. 본 발명은 TM모드로 전환되는 경우만 포함되는 것은 아니다. 원통형 캐비티 이외의 경우에는 다른 모드가 사용될 수 있으며, 이러한 모드에서도 공진캐비티를 구성할 수 있으므로 전환된 모드를 특정모드로 제한하지 않는다. 즉, 상기한 TM모드 등 특정 모드에만 국한되는 것은 아니다. 여기서 상기 주파수는 ISM에서 허용된 2450 MHz, 915MHz, 433MHz를 사용하나 이에 국한되는 것은 아니다.In the present invention, a case in which ultra-high frequency energy in TE mode transmitted from a waveguide is converted to TM mode using the substrate holder and antenna 320 to transmit ultra-high frequency energy is exemplified. The present invention includes generating high-density plasma by switching the above-described ultra-high frequency mode. The present invention does not only include the case of switching to TM mode. In cases other than the cylindrical cavity, other modes can be used, and since a resonant cavity can be formed in these modes, the converted mode is not limited to a specific mode. In other words, it is not limited to specific modes such as the TM mode mentioned above. Here, the frequencies used are 2450 MHz, 915 MHz, and 433 MHz permitted by ISM, but are not limited thereto.

한편, 상기 기판홀더겸 안테나(320)는 제3 승강부재(330)에 의해 승강 가능하게 설치될 수 있다. 즉, 기판홀더겸 안테나(320)의 승강이유는 안착된 기판(1)과 플라즈마(P)의 접촉거리를 최적화 하기 위함이다. 여기서, 최적화라 함은 균일도, 반응속도, 대미지의 최소화등 공정결과를 최고로 잘 나오도록 도출하기 위한 것으로서, 기판과 플라즈마 간격 거리는 아주 중요한 변수중의 하나이다. 반응기 내 중요한 공정변수로서는 압력, 전력파워, 기체유량, 기체 공급 형태등이 있다. 예를 들면, 플라즈마 애싱 공정의 경우에 기판 간격과 기판에 인가하는 바이어스 전압(bias voltage)은 플라즈마 대미지(damage)를 줄이기 위한 아주 중요하며, 이를 조절하여 대미지를 최소화 할 수 있다.Meanwhile, the substrate holder and antenna 320 can be installed to be lifted up and down by the third lifting member 330. In other words, the reason for raising and lowering the substrate holder and antenna 320 is to optimize the contact distance between the seated substrate 1 and the plasma (P). Here, optimization refers to deriving the best process results such as uniformity, reaction speed, and minimization of damage, and the distance between the substrate and the plasma is one of the very important variables. Important process variables within the reactor include pressure, electric power, gas flow rate, and gas supply type. For example, in the case of a plasma ashing process, the substrate spacing and the bias voltage applied to the substrate are very important to reduce plasma damage, and damage can be minimized by adjusting this.

본 실시예에서 상기 제3 승강부재(330)는 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 반응기(310)의 저면에 결합되는 제3 고정 플랜지(331)와, 상기 제3 고정 플랜지의 하측에 승강 가능하게 배치되는 제3 승강 플랜지(332)와, 하부는 상기 제3 승강 플랜지(332)에 지지되고, 상단은 상기 제3 고정 플랜지(331)와 반응기(310)의 저면을 관통하여 상기 기판홀더겸 안테나(320)와 연결되는 파이프 형태의 제3 승강봉(333)과, 상부는 상기 제3 고정 플랜지(331)에 연결되고, 하단은 상기 제3 승강 플랜지(332)에 마련된 암탭블록(332a)과 치합되는 제3 스크류봉(334)과, 상기 제3 스크류봉(334)의 상단에 설치된 채, 회전 조작에 의해 제3 스크류봉(334)을 회전시킴에 따라 상기 제3 승강 플랜지(332)가 승강되도록 하는 제3 승강조절노브(335)와, 상단은 상기 제3 고정 플랜지(331)에 지지되고, 하부는 상기 제3 승강 플랜지(332)를 관통하고 있는 제3 가이드봉(336)과, 상기 제3 승강 플랜지(332)에 설치된 채 상기 제3 가이드봉(336)의 승강을 안내하는 제3 가이드 블록(337)으로 구성될 수 있다.In this embodiment, the third lifting member 330 can be lifted up and down on the third fixed flange 331 coupled to the bottom of the reactor 310 and on the lower side of the third fixed flange, as shown in FIG. 13. A third lifting flange 332 is disposed, the lower part is supported by the third lifting flange 332, and the upper end penetrates the third fixed flange 331 and the bottom of the reactor 310 to serve as the substrate holder and A third lifting rod 333 in the form of a pipe connected to the antenna 320, the upper part is connected to the third fixed flange 331, and the lower end is an arm tab block (332a) provided on the third lifting flange 332. A third screw rod 334 engaged with the third screw rod 334 is installed on the upper end of the third screw rod 334, and the third screw rod 334 is rotated through a rotation operation to raise and lower the third lifting flange 332. A third lifting control knob 335 that allows the device to be raised and lowered, the upper end of which is supported by the third fixing flange 331, and the lower part of which penetrates the third lifting flange 332, a third guide rod 336 and , It may be composed of a third guide block 337 that is installed on the third lifting flange 332 and guides the raising and lowering of the third guide rod 336.

다른 실시예로서, 상기 제3 승강부재(340)는 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 반응기(310)의 저면에 결합되는 제3 고정 플랜지(341)와, 상기 제3 고정 플랜지의 직하방에 승강 가능하게 배치되는 제3 승강 플랜지(342)와, 하부는 상기 제3 승강 플랜지(342)에 지지되고 상단은 상기 상기 제3 고정 플랜지와 반응기(310)의 저면을 관통하여 상기 기판홀더겸 안테나(320)와 연결되는 파이프 형태의 제3 승강봉(343)과, 상부는 상기 제3 고정 플랜지(342)의 지지블록(342a)에 연결되고, 하단은 상기 제3 승강 플랜지에 마련된 암탭블록(342a)과 치합되는 복수의 제3 스크류봉(344)과, 상기 지지블록(342a) 중 어느 한 지지블록의 상부에 회전 가능하게 설치되는 제3 구동 체인기어(345)와, 상기 지지블록(342a) 중 상기 제3 구동 체인기어(345)가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 상부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제3 종동 체인기어(346)와, 상기 제3 구동 체인기어(345)와 제3 종동 체인기어(346)가 연동하도록 연결하는 제3 체인(347)과, 상기 제3 구동 체인기어(345)가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제3 구동 체인기어(345) 및 지지블록(342a)과 함께 일체로 고정되는 제3 윔휠(348)과, 상기 제3 웜휠과 치합되는 제3 윔기어(349)와, 상기 제3 웜기어를 회전 조작하는 제3 로터리 핸들(349a)로 구성될 수도 있다.As another embodiment, the third lifting member 340 includes a third fixing flange 341 coupled to the bottom of the reactor 310, and directly below the third fixing flange, as shown in FIG. 16. A third lifting flange 342 is arranged to be able to lift, the lower part is supported by the third lifting flange 342, and the upper end penetrates the third fixed flange and the bottom of the reactor 310 to serve as the substrate holder and antenna. A third lifting rod 343 in the form of a pipe connected to (320), the upper part is connected to the support block 342a of the third fixed flange 342, and the lower end is an arm tab block provided on the third lifting flange ( A plurality of third screw rods 344 engaged with 342a), a third drive chain gear 345 rotatably installed on the upper part of one of the support blocks 342a, and the support block 342a ), a plurality of third driven chain gears 346 rotatably installed on the upper part of the remaining support blocks where the third driving chain gear 345 is not installed, the third driving chain gear 345 and the third The third chain 347 connecting the driven chain gear 346 to interlock, and the third drive chain gear 345 are installed on the support block, and the third drive chain gear 345 and the support block ( It will be composed of a third whim wheel 348 integrally fixed with 342a), a third whim gear 349 engaged with the third worm wheel, and a third rotary handle 349a for rotating the third worm gear. It may be possible.

상기 기판홀더겸 안테나(320)는 플라즈마(P)와 접촉되므로 온도가 상승될 수 있음을 감안하여 필요부위에 냉각부를 설치하여 냉각되도록 하는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 기판홀더겸 안테나(320)의 내부에 냉각유로를 형성하고 이 냉각유로에 냉각수를 순환시켜서 냉각하는 구성도 적용될 수 있다.Considering that the temperature of the substrate holder-antenna 320 may increase because it is in contact with the plasma P, it is desirable to install cooling units in necessary areas to cool the substrate holder and antenna 320. As another example, a configuration in which a cooling passage is formed inside the substrate holder and antenna 320 and cooling is performed by circulating coolant through this cooling passage may be applied.

한편, 안테나부(322)로 초고주파를 전달하기 위한 도파관(112)은 대기압에서 마그네트론 혹은 반도체에서 발진되어 사용되므로 진공상태에서 사용되지 않는다. 도파관(112)은 대기압에서 초고주파를 발생하여 전달하기 때문에 진공실링이나 가압실링이 필요없다. 도 3 및 도 6에서 예시된 바와 같이 반응기(310)가 진공상태에서 동작하더라도 중간에 유전체관(도 3 참조), 유전체 돔(반구:도 6 참조), 유전체판 등 유전체와 반응기의 금속부분을 실링하면 된다. Meanwhile, the waveguide 112 for transmitting ultra-high frequencies to the antenna unit 322 is used by oscillating from a magnetron or semiconductor at atmospheric pressure, so it is not used in a vacuum state. Since the waveguide 112 generates and transmits ultra-high frequencies at atmospheric pressure, there is no need for vacuum sealing or pressure sealing. As illustrated in FIGS. 3 and 6, even if the reactor 310 operates in a vacuum, the dielectric and metal parts of the reactor, such as a dielectric tube (see FIG. 3), a dielectric dome (hemisphere: see FIG. 6), and a dielectric plate, are installed in the middle. Just seal it.

그러나, 본 발명에서는 도파관(112)이 반응기(310)에 직접 연결되고, 기판홀더부(321)를 동축안테나로 사용하고, 반응기(310)로 유입되는 기체가 유해한 기체가 사용될 수 있으며, 고압상태에서 조업될 수 있음을 감안할 때, 반응기(310)의 기밀을 유지하기 위하여 실링 혹은 가압실링이 유지될 수 있도록 해야 한다. 따라서 도파관 실링창(112a)이 필요하다(도 9에 도시됨).However, in the present invention, the waveguide 112 is directly connected to the reactor 310, the substrate holder portion 321 is used as a coaxial antenna, and the gas flowing into the reactor 310 may be a harmful gas, and may be used under high pressure. Considering that it can be operated in , sealing or pressure sealing must be maintained in order to maintain the airtightness of the reactor 310. Therefore, a waveguide sealing window 112a is required (shown in FIG. 9).

상기 도파관 실링창(112a)은 고주파 전달에 따라 열이 발생할 수 있으므로 고온용 유전체인 석영, 파이렉스, 사파이어 및 알루미나 중 어느 하나가 사용될 수 있고, 오링도 고온용 고분자 재질의 오링 또는 실링용 금속오링이 사용될 수 있다. 상기 고온용 고분자 재질의 오링은 예컨대 바이톤 오링 또는 칼레즈 오링이 적용될 수 있다.Since the waveguide sealing window 112a may generate heat due to high frequency transmission, any one of quartz, Pyrex, sapphire, and alumina, which are high-temperature dielectrics, may be used, and the O-ring may also be made of a high-temperature polymer O-ring or a metal O-ring for sealing. can be used The O-ring made of the high-temperature polymer material may be, for example, a Viton O-ring or a Kalrez O-ring.

도 11에 예시된 바와 같이 도파관(112)의 중간에, 도파관 실링창용 어댑터 플랜지(112b)를 설치하여 상기한 문제의 해결이 가능하다.As illustrated in FIG. 11, the above problem can be solved by installing an adapter flange 112b for a waveguide sealing window in the middle of the waveguide 112.

기존의 도파관에는 오링이나 오링이 설치된 홈이 없었으나, 본 발명에서는 어댑터 플랜지(112b) 앞면에 오링홈(112c)을 만들고 오링(112d)이 설치될 수 있다. 어댑터 플랜지 앞면에는 유전체 창(112e)이 내재할 수 있도록 유전체 창 두께만큼 단차를 만들고 여기에 오링홈을 형성한 후 오링을 요입하고 유전체 창(112e)을 설치한다.The existing waveguide did not have an O-ring or a groove for installing an O-ring, but in the present invention, an O-ring groove (112c) can be made on the front of the adapter flange (112b) and an O-ring (112d) can be installed. On the front side of the adapter flange, a step is created as much as the thickness of the dielectric window so that the dielectric window 112e can be embedded, an O-ring groove is formed here, an O-ring is recessed, and the dielectric window 112e is installed.

그리고, 유전체 창(112e)과 오링(112d)을 고정하기 위하여, 도파관 실링창(112a)의 내부 크기만큼 구멍이 뚫린 덮개(112f)를 고정한다. 상기 덮개용 고정나사는 어댑터 플랜지에 정규 도파관 구멍 사이에 암탭을 형성하고 덮개(112f)에 수나사를 돌출되지 않도록 매립하여 압탭과 체결한다. Then, in order to fix the dielectric window 112e and the O-ring 112d, a cover 112f with a hole equal to the inner size of the waveguide sealing window 112a is fixed. The fixing screw for the cover forms a female tab between the regular waveguide holes on the adapter flange, and embeds the male screw in the cover (112f) so that it does not protrude, and fastens it with the push tab.

한편, 고분자 오링을 사용하는 경우에는 도파관 냉각이 필요할 수 있다. 이때는 도파관(112)의 테두리에 냉각 채널홈을 형성하여 냉각하거나 원형 혹은 사각형 튜브를 테두리에 용접하여 냉각할 수 있다.On the other hand, when using a polymer O-ring, waveguide cooling may be necessary. In this case, cooling can be achieved by forming a cooling channel groove on the edge of the waveguide 112, or by welding a circular or square tube to the edge.

다른 예로서, 상기 고온용 유전체판을 도파관을 금속(알루미늄, 황동, 구리, 스테인레스 스틸 중 어느 하나)에 경접(브레이징화)하여 일체화한 후 사용한다. 이는 유전체판의 두께만큼 단차를 만들고 경접용 재처리후 브레이징화하여 평탄화한 도파관 실링창의 사용이 가능하다.As another example, the high-temperature dielectric plate is used after integrating the waveguide by brazing (brazing) it with a metal (any one of aluminum, brass, copper, and stainless steel). This makes it possible to use a waveguide sealing window that is flattened by creating a step equal to the thickness of the dielectric plate, reprocessing it for joint welding, and then brazing it.

상기 도파관 실링창(112a)은 초고주파 전달을 위한 도파관(112)의 연결부위에 결합할 수 있다. 도파관(112)은 도 9에 예시된 바와 같이 옆면으로 들어갈 수도 있다. 또 다른 방법으로는 상기 안테나부(322)의 지지대와 일체로 설치하여 하단부 플랜지에 설치하는 것도 가능하다.The waveguide sealing window 112a may be coupled to a connection portion of the waveguide 112 for ultra-high frequency transmission. Waveguide 112 may enter from the side as illustrated in FIG. 9 . As another method, it is also possible to install it integrally with the support of the antenna unit 322 and install it on the lower flange.

이는(이는 마치 도6의 상단의 초고주파 전달장치 부분과 유사하다. 두 경우다 안테나 지지대는 반응기의 진공이나 기체실링을 위하여 실링하여야 하며 고온에 견디도록 냉각관이나 냉각채널등으로 냉각이 되어야 한다.This is similar to the ultra-high frequency transmission device part at the top of Figure 6. In both cases, the antenna support must be sealed to vacuum or gas seal the reactor and must be cooled with a cooling pipe or cooling channel to withstand high temperatures.

도 9에서 예시된 바와 같이 초고주파가 도파관을 통하여 전달되고 상기 초고주파는 도파관에 연결된 기판홀더안테나로 연결된 후 방사되어 캐비티 내부로 전달되는 것을 알 수 있다. 초고주파 전달방법은 상기한 도파관 방법이외에도 동 축커넥터를 통해서도 전달이 가능하며. 본 출원에서는 도파관 대신에 동축커넥터와 동축케이블을 사용하여 초고주파를 전달하는 방법과 장치도 포함한다. 이 경우에 동기판홀더안테나와 연결된 동축관봉에 동축커넥터를 통하여 연결한다, 반도체 방식에서는, 통상적으로 동축커넥터 형태로 출력되므로, 전력공급기 동축커넥터, 동축케이블등을 사용하여 연결한다. 마그네트론 방식에서는 보통 도파관 형태로 연결되므로, 도파관 형태로 연결하나, 저전력의 경우에는 편리성을 위하여 전력공급기와 안테나 사이에, CWCA (도파관-동축케이블전환어댑터)-동툭케이블-동축안테나를 사용하여 연결한다, 고전력의 경우에는 마그네트론 및 반도체 방식 모두 도파관를 사용하여 안테나에 마이크로파를 전달한다.As illustrated in FIG. 9, it can be seen that ultra-high frequencies are transmitted through a waveguide, and the ultra-high frequencies are connected to a substrate holder antenna connected to the waveguide and then radiated and transmitted into the cavity. In addition to the waveguide method described above, the ultra-high frequency transmission method can also be transmitted through a coaxial connector. This application also includes a method and device for transmitting ultra-high frequencies using a coaxial connector and a coaxial cable instead of a waveguide. In this case, it is connected to the coaxial tube rod connected to the synchronous plate holder antenna through a coaxial connector. In the semiconductor method, it is usually output in the form of a coaxial connector, so it is connected using a power supply coaxial connector, coaxial cable, etc. In the magnetron method, it is usually connected in the form of a waveguide, so it is connected in the form of a waveguide. However, in the case of low power, for convenience, a CWCA (waveguide-coaxial cable conversion adapter) - copper cable - coaxial antenna is used to connect between the power supply and the antenna. In the case of high power, both magnetron and semiconductor methods use waveguides to transmit microwaves to the antenna.

대면적 플라즈마 발생장치(300)는 진공챔버(311)의 상측에 설치되는 승강 캐비티(350)를 포함할 수 있다. 상기 승강 캐비티(350)는 하부가 개구된 형상으로 되어 하강시 상기 기판홀더부(321)의 상측 공간을 차폐하여 플라즈마가 생성되는 공진챔버가 형성되게 하는 역할을 한다. 즉, 승강 캐비티(350)에 의해 공간 크기를 제한함으로써 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있게 된다.The large-area plasma generator 300 may include an elevation cavity 350 installed on the upper side of the vacuum chamber 311. The lifting cavity 350 has a shape with an open bottom and serves to shield the upper space of the substrate holder part 321 when it is lowered to form a resonance chamber in which plasma is generated. That is, it is possible to generate high-density plasma by limiting the space size by the lifting cavity 350.

상기 승강 캐비티(350)는 그 외형이 원통형, 사각형, 타원형, 반구형, 타원 반구형 등 다양한 형태가 적용될 수 있으며, 해당 형태에 맞추어 하기의 승강 플런저도 동일한 형태로 제작될 수 있다. 예를 들면, 반구형의 기판에 증착작업을 하는 경우, 승강 캐비티(350)는 원통형으로 구성하고, 이에 내장되는 승강 플런저는 기판의 형태와 동일한 반구형으로 형성할 수 있다. 이에 따라 형태적 부합에 의해 증착수율을 높일 수 있게 된다.The lifting cavity 350 may have various external shapes, such as cylindrical, square, oval, hemispherical, or elliptical hemisphere, and the lifting plunger below can be manufactured in the same shape according to the corresponding shape. For example, when a deposition operation is performed on a hemispherical substrate, the lifting cavity 350 can be formed in a cylindrical shape, and the lifting plunger built into it can be formed in a hemispherical shape identical to the shape of the substrate. Accordingly, the deposition yield can be increased by conforming the morphology.

상기 승강 캐비티(350)의 벽은 금속 또는 금속성분을 포함한 복합소재로 구성될 수 있다.The wall of the lifting cavity 350 may be made of metal or a composite material containing metal components.

또한, 승강 캐비티(350)는 제1 승강부재(360)에 의해 플라즈마(P)와 기판(1)과의 상호작용을 위하여 상하로 승강이 가능하도록 해야 한다. 고밀도의 경우 각종 전하 입자 또는 라디칼 등이 기판(1) 표면 위의 막, 모재들에 영향을 미칠 수 있음을 감안할 때 승강 캐비티(350)의 승강작동은 매우 중요하다.In addition, the lifting cavity 350 must be capable of being lifted up and down by the first lifting member 360 for interaction between the plasma P and the substrate 1. In the case of high density, considering that various charged particles or radicals may affect the film and base materials on the surface of the substrate 1, the lifting operation of the lifting cavity 350 is very important.

또한, 승강 캐비티(350)는 내부에 고밀도의 플라즈마(P)에 의해 온도가 상승할 수 있으므로 냉각작용도 중요하다. 냉각을 위하여 상기 승강 캐비티(350)의 벽면 내부에 냉각유로를 형성하고, 상기 냉각유로로 냉매를 순환시켜서 냉각되도록 할 수 있다.In addition, the temperature of the lifting cavity 350 may increase due to the high density plasma (P) inside, so the cooling effect is also important. For cooling, a cooling passage may be formed inside the wall of the lifting cavity 350, and coolant may be circulated through the cooling passage.

한편, 상기 승강 캐비티(350)를 냉각시키기 위한 냉매와 하기의 승강 플런저의 냉매는 별개로 순환되도록 할 수 있다. Meanwhile, the refrigerant for cooling the lifting cavity 350 and the refrigerant for the lifting plunger below may be circulated separately.

이와는 달리 냉의 유입부를 스플리터로 분기되게 하여 일 유로를 통하는 냉매는 승강 캐비티(350)로 유입되도록 하고, 다른 유로를 통하는 냉매는 승강 플런저로 분리 공급되도록 할 수 있다. 각 부위로부터 열교환되어 배출되는 냉매는 혼합부에서 혼류되어 외부로 유출되게 구성할 수 있다.In contrast, the cold inlet can be branched to a splitter so that the refrigerant passing through one flow path flows into the lifting cavity 350, and the refrigerant passing through the other flow path can be separated and supplied to the lifting plunger. The refrigerant that is heat-exchanged and discharged from each part can be configured to mix in the mixing section and flow out to the outside.

상기 냉매는 기본적으로 물이 사용될 수 있으며, 이와는 달리 실리콘 오일 또는 저온용 냉매 등 별도의 순환용 액체가 적용될 수도 있다.The refrigerant may basically be water, but alternatively, a separate circulating liquid such as silicone oil or a low-temperature refrigerant may be used.

상기 승강 캐비티(350)의 내부로 주입되는 기체는 유독성 또는 부식성이 강한 유해한 경우가 있으므로 외부 유출을 방지하기 위하여 실링이 필수적으로 이루어져야 한다. 상압 플라즈마의 경우를 제외하고 대부분의 저온 플라즈마는 진공을 유지해야 하므로 진공실링 상태여야 한다. 여기서, 상기 승강 캐비티(350)의 내부로 주입되는 기체의 유량은 외부의 유량조절기(Mass Flow Controller:MFC)(미도시)를 이용하여 조절할 수 있다. Since the gas injected into the lifting cavity 350 may be highly toxic or corrosive, sealing must be performed to prevent external leakage. Except for atmospheric pressure plasma, most low-temperature plasmas must maintain a vacuum and therefore must be vacuum sealed. Here, the flow rate of gas injected into the lifting cavity 350 can be controlled using an external mass flow controller (MFC) (not shown).

상기 승강 캐비티(350)의 기체유입부 종단에는 기체 분배부(미도시)가 설치될 수 있다. 기체 분배부는 기체를 고르게 분배하여 공진챔버(C)로 유입되도록 함으로써 기체 유입시 균일도를 향상시킬 수 있다. 통상적으로 관형태의 기체유입구를 통해 유입되는 유체의 형태는 라미나 플로우가 되어서 중심부의 이동속도가 빠르므로 균일한 유입속도를 위해서는 상기 기체분배부가 필수적이다.A gas distribution unit (not shown) may be installed at the end of the gas inlet part of the lifting cavity 350. The gas distribution unit can improve uniformity when gas is introduced by evenly distributing the gas and allowing it to flow into the resonance chamber (C). Typically, the form of fluid flowing in through a tubular gas inlet is a lamina flow, so the moving speed of the center is fast, so the gas distribution part is essential for a uniform inflow speed.

여기서, 상기 기체분배부는 상기 기체유입구에 연결되어 있으며, 소재는 금속 또는 유전체(석영, 알루미나, 사파이어 중 어느 하나) 등이 적용될 수 있으며, 균일도를 보다 증대시키기 위하여 다양한 형태의 복합분배층(Multi-Story Gas Distributor)이 적용될 수 있다.Here, the gas distribution unit is connected to the gas inlet, and the material may be metal or dielectric (quartz, alumina, sapphire), etc., and various types of composite distribution layers (Multi- Story Gas Distributor) may be applied.

기체분배부의 일예로서 상기 기체유입부종단으로 플런저 플레이트의 판 (380)에 기체분배부를 설치하여 사용하는 것도 가능하다. 금속지지관(393)내부로 기체관을 설치하고 이 안으로 기체를 흘리면 된다. 플라즈마 온도측정을 위한 시창포트가 지지관(393)의 상단중심부에 설치되어야 하므로 상기 기체관은 상기금속지지관의 옆 부위에 체결 및 연결될 수 있다. 이 경우에 기체 분배부 구멍은 초고주파가 유출되지 않도록 충분히 작아야 한다 (예를 들면, Lamda/4 보다 작게 구성되어야 한다).As an example of a gas distribution unit, it is also possible to install a gas distribution unit on the plate 380 of the plunger plate at the end of the gas inlet. Install a gas pipe inside the metal support pipe 393 and allow gas to flow into it. Since the sight port for measuring plasma temperature must be installed at the upper center of the support pipe 393, the gas pipe can be fastened and connected to the side of the metal support pipe. In this case, the gas distribution hole must be sufficiently small (e.g., smaller than Lamda/4) to prevent ultra-high frequencies from escaping.

한편, 상기 승강 캐비티(350)의 기체유입구는 하기의 제1 승강봉이 적용될 수 있다.Meanwhile, the first lifting rod below may be applied to the gas inlet of the lifting cavity 350.

본 실시예에서, 상기 승강 캐비티(350)를 승강시키기 위한 상기 제1 승강부재(360)는 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 반응기(310)의 상면에 결합되는 제1 고정 플랜지(361)와, 상기 제1 고정 플랜지의 상측에 승강 가능하게 배치되는 제1 승강 플랜지(362)와, 상부는 상기 제1 승강 플랜지(362)에 지지되고, 하단은 상기 제1 고정 플랜지(361)와 반응기(310)의 상면을 관통하여 상기 승강 캐비티(350)의 상부와 연결되는 파이프 형태의 제1 승강봉(363)과, 하부는 상기 제1 고정 플랜지(361)에 연결되고, 상단은 상기 제1 승강 플랜지(362)에 마련된 암탭블록(364a)과 치합되는 제1 스크류봉(364)과, 상기 제1 스크류봉의 상단에 설치된 채, 회전 조작에 의해 제1 스크류봉(364)을 회전시킴에 따라 상기 제1 승강 플랜지(362)가 승강되도록 하는 제1 승강조절노브(365)와, 하단은 상기 제1 고정 플랜지(361)에 지지되고, 상부는 상기 제1 승강 플랜지(362)를 관통하고 있는 제1 가이드봉(366)과, 상기 제1 승강 플랜지(362)에 설치된 채 상기 제1 가이드봉(366)의 승강을 안내하는 제1 가이드 블록(367)으로 구성될 수 있다. 상기 제1 가이드봉은 무게를 지탱하고 안정적인 승강을 위해 복수개가 설치된 것을 도시하고 있으나, 단수개로 설치될 수도 있다.In this embodiment, the first lifting member 360 for lifting the lifting cavity 350 includes a first fixing flange 361 coupled to the upper surface of the reactor 310, as shown in FIG. , a first lifting flange 362 disposed to be able to be lifted on the upper side of the first fixed flange, the upper part is supported on the first lifting flange 362, and the lower part is connected to the first fixed flange 361 and the reactor ( A first lifting bar 363 in the form of a pipe that penetrates the upper surface of 310 and is connected to the upper part of the lifting cavity 350, the lower part is connected to the first fixed flange 361, and the upper end is connected to the first lifting cavity 350. The first screw rod 364 is engaged with the arm tab block 364a provided on the flange 362, and the first screw rod 364 is rotated by rotating the first screw rod 364 while being installed on the upper end of the first screw rod. A first lifting control knob 365 that allows the first lifting flange 362 to be raised and lowered, the lower end of which is supported on the first fixing flange 361, and the upper part of which penetrates the first lifting flange 362. 1 It may be composed of a guide rod 366 and a first guide block 367 that is installed on the first lifting flange 362 and guides the raising and lowering of the first guide rod 366. The first guide rod is shown as being installed in plural pieces to support the weight and enable stable elevation, but it may also be installed as a single guide rod.

다른 실시예로서, 상기 제1 승강부재(370)는 도 14 및 15에 도시된 바와 같이, 상기 반응기(310)의 상면에 결합되는 제1 고정 플랜지(331)와, 상기 제1 고정 플랜지의 상측에 승강 가능하게 배치되는 제1 승강 플랜지(332)와, 상부는 상기 제1 승강 플랜지(372)에 지지되고, 하단은 상기 제1 고정 플랜지(331)와 반응기(310)의 상면을 관통하여 상기 승강 캐비티(350)의 상부와 연결되는 제1 승강봉(373)과, 하부는 상기 제1 고정 플랜지(371)의 지지블록(371a)에 연결되고, 상단은 상기 제1 승강 플랜지(372)에 마련된 암탭블록(372a)에 치합되는 복수의 제1 스크류봉(374)과, 상기 지지블록(371a) 중 어느 한 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 제1 구동 체인기어(375)와, 상기 지지블록(371a) 중 상기 제1 구동 체인기어(375)가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제1 종동 체인기어(376)와, 상기 제1 구동 체인기어(375)와 제1 종동 체인기어(376)가 연동하도록 연결하는 제1 체인(377)과, 상기 제1 구동 체인기어(375)가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제1 구동 체인기어(375) 및 지지블록(371a)과 함께 일체로 고정되는 제1 윔휠(378)과, 상기 제1 웜휠과 치합되는 제1 윔기어(379)와, 상기 제1 웜기어를 회전 조작하는 제1 로터리 핸들(379a)로 구성될 수도 있다.As another embodiment, the first lifting member 370 includes a first fixing flange 331 coupled to the upper surface of the reactor 310, and an upper side of the first fixing flange, as shown in FIGS. 14 and 15. A first lifting flange 332 arranged to be capable of being raised and lowered, the upper part is supported by the first lifting flange 372, and the lower end penetrates the first fixed flange 331 and the upper surface of the reactor 310. The first lifting rod 373 is connected to the upper part of the lifting cavity 350, the lower part is connected to the support block 371a of the first fixed flange 371, and the upper end is connected to the first lifting flange 372. A plurality of first screw rods 374 engaged with the provided arm tab block 372a, a first drive chain gear 375 rotatably installed at the lower part of one of the support blocks 371a, and Among the support blocks 371a, a plurality of first driven chain gears 376 rotatably installed in the lower portion of the remaining support blocks on which the first drive chain gear 375 is not installed, and the first drive chain gear 375 ) and the first driven chain gear 376 are connected to each other to interlock, and the first driving chain gear 375 is installed on a support block on which the first driving chain gear 375 is installed. and a first whim wheel 378 integrally fixed with the support block 371a, a first whim gear 379 engaged with the first worm wheel, and a first rotary handle 379a for rotating the first worm gear. ) may also be composed of.

한편, 상기 두 실시예 모두 상기 제1 고정 플랜지(361,371)와 제1 승강 플랜지(362,372) 사이 구간의 제1 승강봉(363,373) 주변에는 실링을 위한 벨로우즈(주름관)(b)가 설치될 수 있다. 상기 벨로우즈(b)는 제1 승강 플랜지(362,372)의 승강작동에 따라 신축되면서도 실링을 유지할 수 있다.Meanwhile, in both of the above embodiments, a bellows (corrugated pipe) (b) for sealing may be installed around the first lifting rod (363,373) in the section between the first fixing flange (361,371) and the first lifting flange (362,372). . The bellows (b) can maintain the seal while expanding and contracting according to the lifting operation of the first lifting flanges (362, 372).

벨로우즈(주름관)은 성형(formed) 벨로우즈와 용접(welded) 벨로우즈가 있다. 용접 벨로우즈는 0.05∼0.2mm의 초미니 박판을 비소모 전극봉에 불활성가스를 이용하여 모재 사이에서 발생하는 아크열로 2겹 또는 용도에 따라 다층의 다이아프램을 용접하여 제작하는 것으로, 신축성, 내압성, 굽힘성 등은 우수하나 수작업으로 제작하기 때문에 고가인 단점이 있다. 성형 벨로우즈는 연신율이 우수한 박판 재료를 튜브로 만든 다음 외측에 벨로우즈 성형 금형을 넣어 튜브 내부로 고압의 유체압력을 가하여 성형하는 것으로, 신속, 대량 생산이 가능한 장점이 있으나, 용접 벨로우즈와 같이 주름부의 형상을 다양하게 구성하지 못하여 신축성, 내압성, 굽힘성 등이 떨어지는 단점이 있다. Bellows (corrugated pipe) include formed bellows and welded bellows. Welding bellows are manufactured by welding ultra-small thin plates of 0.05 to 0.2 mm into a two-layer or multi-layer diaphragm depending on the application using inert gas on a non-consumable electrode and arc heat generated between the base materials. It has elasticity, pressure resistance, and bending. Although it has excellent properties, it has the disadvantage of being expensive because it is manufactured by hand. Molded bellows is made by making a tube from a thin plate material with excellent elongation, then inserting a bellows molding mold on the outside and applying high fluid pressure to the inside of the tube to form it. It has the advantage of being able to be produced quickly and in mass quantities, but like a welded bellows, the shape of the wrinkles is different. It has the disadvantage of poor elasticity, pressure resistance, and bendability as it cannot be configured in various ways.

캐비티의 상하이동의 범위를 넓게하여 적용하는 경우, 용접벨로우즈를 사용한다. 벨로우즈는 부식성 유체가 사용되는 환경에서는 부식성에 견디는 소재의 사용이 필요하다. 본 출원발명에서는 이송장치에 부식성이 강하고 진공기밀성이 좋은 소재로 구성된 용접 혹은 성형 벨로우즈 사용하는 모두 경우를 다 포함한다. When applying a wider range of cavity movement, a welding bellows is used. Bellows require the use of materials that resist corrosion in environments where corrosive fluids are used. The invention of this application includes all cases where a welded or molded bellows made of a material with strong corrosion resistance and good vacuum tightness is used in the transfer device.

또 한편, 상기 승강 캐비티(350)는 도 10에 도시된 바와 같이, 플라즈마의 고밀화 및 온도를 향상시키기 위하여 자장 형성을 형성할 수 있다. 이를 위하여 승강 캐비티(350)의 외측에 영구자석(M)혹은 전자석을 설치하여 자장을 설치함으로써, 자장에 의한 전자의 회전운동을 통하여 플라즈마의 밀도를 높일 수 있다. 상기 자석들은 승강 캐비티의 외벽 하단부, 즉, 기판(1)의 위치와 유사한 영역에 설치하고, 간섭을 피하기 위하여 승강 플런저(380)의 이동 최하단 높이보다 아래에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, as shown in FIG. 10, the lifting cavity 350 can form a magnetic field to increase the density and temperature of the plasma. To this end, by installing a permanent magnet (M) or an electromagnet on the outside of the lifting cavity 350 to create a magnetic field, the density of plasma can be increased through the rotational movement of electrons caused by the magnetic field. The magnets are preferably installed at the bottom of the outer wall of the lifting cavity, that is, in an area similar to the position of the substrate 1, and are located below the lowest moving height of the lifting plunger 380 to avoid interference.

대면적 플라즈마 발생장치(300)는 제2 승강부재(390)에 의해 상기 승강 캐비티(350)의 내부 영역 범위내에서 승강 가능하게 설치되어 정합을 수행하는 승강 플런저(380)를 포함할 수 있다.The large-area plasma generator 300 may include a lifting plunger 380 that is installed to be lifted up and down within the inner region of the lifting cavity 350 by a second lifting member 390 and performs matching.

상기 승강 플런저(380)는 공명챔버(C) 내의 플라즈마(P)를 정합하는 작용을 하며, 플라즈마와 접촉되어 온도가 올라갈 수 있으므로 냉각이 필요하다. 냉각을 위하여 승강 플런저(380)의 필요부위에 냉각모듈를 접촉시켜 냉각되도록 한다.The lifting plunger 380 functions to match the plasma (P) in the resonance chamber (C), and its temperature may rise when it comes into contact with the plasma, so cooling is necessary. For cooling, the cooling module is brought into contact with the necessary part of the lifting plunger 380 to cool it.

상기 냉각모듈는 원형 또는 사각형 유체관을 적용할 수 있으며, 승강 플런저(380)에 용접에 의해 고정될 수 있다.The cooling module can use a circular or square fluid pipe and can be fixed to the lifting plunger 380 by welding.

상기 냉각모듈의 유체관은 고온에 견딜 수 있도록 테프론 혹은 금속(예를 들면, 구리판, 스텐304, 스텐316 재질)등 고온용 고분자 혹은 금속재료가 사용될 수 있다. 그리고, 유체관은 협소한 공간에도 용이하게 설치할 수 있도록 가요성 소재로 되는 것이 바람직하다.The fluid pipe of the cooling module may be made of a high-temperature polymer or metal material such as Teflon or metal (e.g., copper plate, stainless steel 304, or stainless steel 316 material) to withstand high temperatures. Additionally, the fluid pipe is preferably made of a flexible material so that it can be easily installed even in a narrow space.

여기서, 유체관은 필요로 하는 냉각부의에 복합적으로 복수개를 설치하여 사용할 수 있다. 여러 냉각관은 스플리터(Splitter, Divider:분배기)에 의해 분배하여 각 냉각튜브에 공급하거나 또는 냉각후 유출부를 통하여 나온 냉매는 혼합기를 통하여(Combiner) 등을 이용하여 합쳐져서 배출되며, 배출된 냉매는 칠러 냉각기(미도시)에 의해 재냉각되어 순환하여 사용할 수 있다. 칠러 냉각기를 사용하지 않는 경우에는 배출된 냉매는 폐기되고, 완전히 새로운 냉매가 유입될 수 있다. 그러나 이 방식은 적절한 냉각이 어려우므로 폐열을 회수하고 재순환되는 칠러 냉각기를 사용하는 것이 바람직하다. 외부의 칠러 냉각기는 냉매 순환펌프를 사용하며, 온조 조절기능이 있어서 원하는 온도값으로 설정하여 반응기(310) 내의 승강 캐비티(350) 및 승강 플런저(380)의 냉각관 등 원하는 곳으로 송출하기에 유리하다.Here, a plurality of fluid pipes can be installed and used in combination in the required cooling unit. Several cooling tubes are distributed by a splitter (divider) and supplied to each cooling tube, or the refrigerant that comes out through the outlet after cooling is combined and discharged through a mixer, etc., and the discharged refrigerant is sent to the chiller. It can be re-cooled by a cooler (not shown) and used in circulation. If the chiller is not used, the discharged refrigerant is discarded and completely new refrigerant can be introduced. However, since proper cooling is difficult with this method, it is desirable to use a chiller that recovers waste heat and recirculates it. The external chiller cooler uses a refrigerant circulation pump and has a temperature control function, so it is advantageous to set the desired temperature value and send it to a desired location, such as the cooling pipe of the lifting cavity 350 and the lifting plunger 380 in the reactor 310. do.

상기한 냉각튜브에 의한 냉각 구조와 달리 승강 플런저(380)의 벽면을 이중벽으로 구성하고, 이중벽 내부로 냉각수를 순환시키는 방식도 적용될 수 있다.Unlike the cooling structure using the cooling tube described above, a method in which the wall of the lifting plunger 380 is composed of a double wall and coolant is circulated inside the double wall can also be applied.

본 실시예에서 상기 승강 플런저(380)를 승강시키기 위한 상기 제2 승강부재(390)는 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 승강 플랜지(372) 상에 설치되어, 제1 승강 플랜지의 승강에 연동하여 승강되는 제2 고정 플랜지(391)와, 상기 제2 고정 플랜지의 상측에, 제2 고정 플랜지와 근접 또는 원접되는 방향으로 승강 가능하게 배치되는 제2 승강 플랜지(392)와, 상부는 상기 제2 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 승강봉(363)의 중공부를 통하여 상기 승강 플런저(380)의 상부와 연결되는 제2 승강봉(393)과, 하부는 상기 제2 고정 플랜지(391)에 연결되고, 상단은 상기 제2 승강 플랜지(392)에 마련된 암탭블록(392a)에 치합되는 제2 스크류봉(394)과, 상기 제2 스크류봉의 상단에 설치되어, 회전 조작에 의해 제2 스크류봉(394)을 회전시킴에 따라 상기 제2 승강 플랜지(392)가 승강되도록 하는 제2 승강조절노브(395)와, 하단은 상기 제2 고정 플랜지(391)에 지지되고, 상부는 상기 제2 승강 플랜지(392)를 관통하고 있는 제2 가이드봉(396)과, 상기 제2 승강 플랜지(392)에 설치된 채 상기 제2 가이드봉(396)의 승강을 안내하는 제2 가이드 블록(397)으로 구성될 수 있다.In this embodiment, the second lifting member 390 for lifting the lifting plunger 380 is installed on the first lifting flange 372, as shown in FIG. 12, to lift and lower the first lifting flange. A second fixed flange 391 that is lifted and lowered in conjunction with the second fixed flange 392, which is disposed on the upper side of the second fixed flange to be capable of being raised and lowered in a direction close to or distant from the second fixed flange, and the upper part is A second lifting bar 393 is supported on the second lifting flange, and the lower end is connected to the upper part of the lifting plunger 380 through the hollow part of the first lifting bar 363, and the lower part is connected to the second fixing flange. It is connected to (391), the upper end of which is engaged with the arm tab block (392a) provided on the second lifting flange (392), and the second screw rod (394) is installed on the upper end of the second screw rod, and is rotated by rotation. A second lifting control knob 395 that allows the second lifting flange 392 to be raised and lowered by rotating the second screw rod 394, the lower end of which is supported on the second fixed flange 391, and the upper part of A second guide rod 396 penetrating the second lifting flange 392, and a second guide block installed on the second lifting flange 392 and guiding the raising and lowering of the second guide rod 396 ( 397).

다른 실시예로서, 상기 제2 승강부재(410)는 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제1 승강 플랜지(372) 상에 설치되어, 제1 승강 플랜지의 승강에 연동하여 승강되는 제2 고정 플랜지(411)와, 상기 제2 고정 플랜지의 상측에, 제2 고정 플랜지(411)와 근접 또는 원접되는 방향으로 승강 가능하게 배치되는 제2 승강 플랜지(412)와, 상부는 상기 제2 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 승강봉(373)의 중공부를 통하여 상기 승강 플런저(380)의 상부와 연결되는 제2 승강봉(413)과, 하부는 상기 제2 고정 플랜지(411)의 지지블록(411a)에 연결되고, 상단은 상기 제2 승강 플랜지(412)에 마련된 암탭블록(412a)에 치합되는 복수의 제2 스크류봉(414)과, 상기 지지블록(411a) 중 어느 한 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 제2 구동 체인기어(415)와, 상기 지지블록(412a) 중 상기 제2 구동 체인기어(415)가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제2 종동 체인기어(416)와, 상기 제2 구동 체인기어(415)와 제2 종동 체인기어(416)가 연동하도록 연결하는 제2 체인(417)와, 상기 제2 구동 체인기어(415)가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제2 구동 체인기어(415) 및 지지블록과 함께 일체로 고정되는 제2 윔휠(418)과, 상기 제2 웜휠과 치합되는 제2 윔기어(419)와, 상기 제2 웜기어를 회전 조작하는 제2 로터리 핸들(419a)로 구성될 수 있다.In another embodiment, the second lifting member 410 is installed on the first lifting flange 372, as shown in FIG. 14, and is a second fixed flange that is raised and lowered in conjunction with the lifting and lowering of the first lifting flange. (411) and a second lifting flange 412 disposed on the upper side of the second fixing flange to be capable of being raised and lowered in a direction close to or distant from the second fixing flange 411, and the upper part is attached to the second lifting flange. It is supported, and the lower end is connected to the upper part of the lifting plunger 380 through the hollow part of the first lifting bar 373, and the lower part is a support block of the second fixing flange 411. It is connected to (411a), and the upper end is engaged with the arm tab block (412a) provided on the second lifting flange (412), a plurality of second screw rods (414), and one of the support blocks (411a) A second drive chain gear 415 rotatably installed at the bottom, and a plurality of support blocks rotatably installed at the bottom of the remaining support blocks on which the second drive chain gear 415 is not installed among the support blocks 412a. A second driven chain gear 416, a second chain 417 connecting the second driving chain gear 415 and the second driven chain gear 416 to interlock, and the second driving chain gear 415 A second whim wheel 418 is installed on a support block and is integrally fixed with the second drive chain gear 415 and the support block, and a second whim gear 419 meshed with the second worm wheel. , It may be composed of a second rotary handle 419a that rotates the second worm gear.

상기한 두 실시예는 공통적으로, 상기 제2 고정 플랜지(391,411)와 제2 승강 플랜지(392,412) 사이구간의 제2 승강봉(393,413) 주변으로 실링을 위한 벨로우즈(b)가 설치될 수 있다. 상기 벨로우즈(b)는 제2 승강 플랜지(392,412)의 승강시 신축되면서도 실링을 유지할 수 있다.In common with the two above-mentioned embodiments, a bellows (b) for sealing may be installed around the second lifting rod (393,413) in the section between the second fixing flange (391,411) and the second lifting flange (392,412). The bellows (b) can maintain the seal while expanding and contracting when the second lifting flanges (392, 412) are lifted and lowered.

도 12와 도 14의 승강부재와 방식은 혼용되어 적용될 수 있다. 예를 들면, 케비티의 이동은 도 14의 승강장치를 적용하고, 플런저의 승강장치는 도 12의 승강장치를 적용할 수 있다. The lifting members and methods of FIGS. 12 and 14 can be applied interchangeably. For example, the lifting device of FIG. 14 can be applied to move the cavity, and the lifting device of FIG. 12 can be applied to the lifting device of the plunger.

또한, 도 12의 노브와 도 14의 핸들(379a)는 수동 또는 자동으로 할 수 있으며, 자동의 경우 모터에 의해 작동되게 할 수 있다.Additionally, the knob in FIG. 12 and the handle 379a in FIG. 14 can be operated manually or automatically, and in the case of automatic operation, they can be operated by a motor.

승강 플런저, 승강 캐비티, 혹은 기판홀더의 승장장치는 도 12, 도 14,도 13 에 보듯이 매우 복잡하다. 상기한 복잡한 방법 이외에 간단한 방법으로 오링실링이 되는 금속관을 이용하는 승강장치도 가능하다. 오링실링이 되는 금속관에 의한 승강장치를 사용하는 이유는, 첫 째, 간단하고 간편한 이송장치 용으로 사용하고, 둘 째, 이 금속관에 냉매 혹은 냉매를 흐르게 할 수 있는 금속관을 내재할 수 있어서이다. 다른 부위에 하기한 부분을 옮겨서 서술한다. 또 한편, 냉각관(미도시)은, 예를 들어, 외부에 탭, 내부 제일 하부의 내면이 경사지도록 하고, 그 위에 고무링을 위치시킨 후 그 위로 금속링을 설치하고, 캡내면에 탭을 내어서 이와 체결되는 상대부품의 외부에 탭이 난 부분과 체결하여 돌려서 움직이도록 하고 밑으로 움직여서 금속링을 누르고, 이 압력에 의하여 오링이 눌려서 봉을 압박하여 무는 형식으로 실링하도록 한다. 이러한 부품을 사용하는 이유는 반응기는 진공등 압력을 견뎌야 하기 때문에 실링이 필요하며 동시에 위치 이동이 가능해야 하기 때문이다.The lifting device of the lifting plunger, lifting cavity, or substrate holder is very complicated, as shown in Figures 12, 14, and 13. In addition to the complicated method described above, a lifting device using a metal pipe with O-ring sealing is also possible in a simple method. The reason for using a lifting device using a metal pipe with O-ring sealing is, firstly, that it is used as a simple and convenient transfer device, and secondly, that this metal pipe can contain a refrigerant or a metal pipe that can flow refrigerant. The following part is moved to another part and described. On the other hand, for the cooling pipe (not shown), for example, a tab is placed on the outside, the inner surface of the lowest part is inclined, a rubber ring is placed on it, a metal ring is installed on it, and a tab is installed on the inside of the cap. It is put out and connected to the tabbed part on the outside of the mating part, and is rotated to move, and then moved downward to press the metal ring. This pressure presses the O-ring and presses the rod, sealing it in a biting manner. The reason for using these parts is that the reactor must withstand pressure such as a vacuum, so sealing is required and at the same time, it must be possible to move the position.

상기 실링오링과 금속링은 기본 1개를 설치하나 실링을 좀더 긴밀하게 하기 위하여 복수개의 금속링과 오링을 설치할 수도 있다.The sealing O-ring and metal ring are installed as a single unit, but a plurality of metal rings and O-rings can be installed to tighten the sealing.

상기한 제2 승강봉(393,413)의 내부에는 절연이 된 전선을 설치하여 DC 혹은 RF 전원의 인가가 가능하도록 바이어스 인가부(미도시)가 설치될 수 있다. 상기한 바이어스 인가부는 제2 승강봉 내에 설치됨으로 초고주파의 영향을 받지 않는다. 외부에는 고진공용 플랜지에 전원공급용 피드쓰루우(feedthrough)를 이용하여 설치후 전원을 공급한다. 상기 피드쓰루우는 중간에 절연재가 사용되어 내부관통 금속에는 전원이 공급되므로 플랜지에 연결하여 전원을 공급하더라도 플랜지와 체결된 반응기에는 전류가 흐르지 않는다. DC 혹은 RF 전원을 공급하는 경우 초고주파에 간섭받지 않도록 필터를 설치하고 EMI 차폐재로 감싸도록 한다. 초고주파가 전달되는 기판홀더와 기판이 분리될 필요가 있는 경우에는 얇고(부분적으로 EMI 쉴드된) 유전체를 기판과 기판홀더겸 안테나 내에 위치시키고 기판에만 바이어스를 인가한다. A bias applicator (not shown) may be installed inside the second lifting rods 393 and 413 so that DC or RF power can be applied by installing an insulated wire. Since the bias application unit described above is installed within the second lifting rod, it is not affected by ultra-high frequencies. Externally, power is supplied after installation using a feedthrough for power supply to the high vacuum flange. The feedthrough uses an insulating material in the middle, so power is supplied to the metal penetrating the inside, so even if power is supplied by connecting to the flange, no current flows in the reactor connected to the flange. When supplying DC or RF power, install a filter and cover it with EMI shielding material to prevent interference from ultra-high frequencies. If it is necessary to separate the substrate holder through which ultra-high frequencies are transmitted, a thin (partially EMI shielded) dielectric is placed within the substrate and the substrate holder/antenna, and a bias is applied only to the substrate.

또는 초고주파 전력을 펄스하여 기판홀더겸 안테나에 초고주파를 공급할 수 있으며, 초고주파 펄스 오프 주기(pulse-off time) 동안에 기판에 바이어스를 인가하는 방식으로 초고주파에 간섭받지 않고 기판에 바이어스를 인가하여 플라즈마 내의 전하 입자인(이온 혹은 전자)의 공급을 조절하여 필요한 목적의 공정을 구현할 수 있다.Alternatively, ultra-high frequency power can be pulsed to supply ultra-high frequency to the substrate holder and antenna, and by applying a bias to the substrate during the ultra-high frequency pulse-off time, the bias is applied to the substrate without being interfered with by ultra-high frequency, thereby reducing the charge in the plasma. By controlling the supply of particles (ions or electrons), the required process can be implemented.

도 1 내지 도 8은 대부분 마그네트론에 의한 초고주파 발진 방식이다. 이 경우에는 도 1, 도 2와 같이 3-스텁(stub) 혹은 4-스텁 튜너를 수동 혹은 자동방식으로 튜닝하여 사용한다. 1 to 8 mostly show an ultra-high frequency oscillation method using a magnetron. In this case, a 3-stub or 4-stub tuner is used by tuning manually or automatically, as shown in Figures 1 and 2.

이때, 스텁 튜너가 설치되는 경우, 플런저는 추가로 설치하지 않고 사용이 가능하다. 즉, 스텁튜너와 플런저는 선택적으로 설치하여 튜닝 정합(tuning or matching)하여 사용한다.At this time, when the stub tuner is installed, the plunger can be used without additional installation. In other words, the stub tuner and plunger are installed selectively and used by tuning or matching.

본 발명의 경우 상기 승강 캐비티(350) 내에 승강 플런저(380)를 이동식으로 설치하여 사용하므로 도 1에 예시된 스텁튜너가 없이도 튜닝(정합)하여 사용하는 것이 가능하다. In the case of the present invention, since the lifting plunger 380 is movably installed in the lifting cavity 350, it is possible to tune (match) and use it without the stub tuner illustrated in FIG. 1.

한편, 복잡한 형상의 기판이나 캐비티 구조등 특이한 형태의 경우에 승강 플런저(380)에 의해 정합이 잘되지 않는 경우가 있는데, 이 경우에는 승강 플런저(380)와 스텁튜너를 병합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 경우에 상기한 다양한 정합방식을 모두 포함할 수 있다. 마그네트론 방식이 아닌 반도체 발진 방식의 경우에는 주파수 변조에 의한 정합도 가능하다.On the other hand, in the case of unusual shapes such as complex-shaped substrates or cavity structures, the alignment may not be good by the lifting plunger 380. In this case, the lifting plunger 380 and the stub tuner can be used in combination. In the case of the present invention, all of the various matching methods described above may be included. In the case of a semiconductor oscillation method rather than a magnetron method, matching by frequency modulation is also possible.

대면적 플라즈마 발생장치(300)는 상기 승강 플런저(380)를 반사파가 최소화되는 지점에 위치토록 제어하는 정합제어기(420)를 포함할 수 있다.The large-area plasma generator 300 may include a matching controller 420 that controls the lifting plunger 380 to be positioned at a point where reflected waves are minimized.

본 실시예에서 상기 정합제어기(420)는 도 17에 도시된 바와 같이, 반사전력을 측정하기 위하여 방향성 결합기와 파워미터로 이루어진 측정부(421)와, 상기 측정부에서 측정된 측정값을 저장하는 저장부(422)와, 상기 저장부에 저장된 측정값과 미리 입력되어 있던 설정값을 비교하여 측정값이 설정값을 초과할 경우, 측정값이 설정값 이하가 될 때까지 상기 슬강 플런저(380)의 승강 위치를 조절하는 승강 제어부(423)를 포함할 수 있다.In this embodiment, as shown in FIG. 17, the matching controller 420 includes a measuring unit 421 consisting of a directional coupler and a power meter to measure reflected power, and storing the measurement value measured by the measuring unit. The storage unit 422 compares the measured value stored in the storage unit with the pre-entered set value, and when the measured value exceeds the set value, the genital plunger 380 is operated until the measured value falls below the set value. It may include a lifting control unit 423 that adjusts the lifting position.

즉, 상기 승강 플런저(380)를 승강 이동시켜서 튜닝 정합하는 경우, 승강 플런저의 위치를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있고, 모터 등의 동력장치에 의해 승강 플런저(380)를 승강 위치를 자동으로 조절하는 경우에는 위치분할추적 정합법에 의해 반사파가 최소화되는 최적의 위치를 자동으로 추적할 수 있다.That is, when tuning is performed by moving the lifting plunger 380 up and down, the position of the lifting plunger can be adjusted manually or automatically, and the lifting position of the lifting plunger 380 is automatically adjusted by a power device such as a motor. In this case, the optimal position where reflected waves are minimized can be automatically tracked using the position division tracking matching method.

상기 위치분할추적 정합법(Multi-Position-Division-Search Tuning Method)은 앞서 설명한 바와 같이 방향성 결합기(421)를 통해 반사파 혹은 임피던스를 측정하고, 이를 승강 제어부(423)로 피드백하여 측정값이 미리 설정된 값을 초과하는 경우 승강 플런저(380)의 위치를 재조정하여 임피던스가 최소화되는 최적점을 추적해 들어가는 방법이다.As described above, the Multi-Position-Division-Search Tuning Method measures the reflected wave or impedance through the directional coupler 421 and feeds it back to the lifting control unit 423 so that the measured value is preset. If the value is exceeded, the position of the lifting plunger 380 is readjusted to track the optimal point where impedance is minimized.

처음부터 미세구간을 나누는 경우, 정합시간이 오래 걸릴 수 있으므로, 전체구간을 복수구간으로 세분하고, 이 구간들 중에서 최저구간을 찾아내어 1차 정합을 이룬다.If you divide a fine section from the beginning, the matching time may take a long time, so the entire section is subdivided into multiple sections, and the lowest section among these sections is found to perform the first matching.

다음, 상기 1차 정합구간을 다시 복수구간으로 세분하고, 이 구간들 중에서 최저구간을 찾아내어 2차 정합을 이룬다.Next, the first matching section is further subdivided into multiple sections, and the lowest section among these sections is found to perform the second matching.

다음, 상기 2차 정합구간을 또 다시 복수구간으로 세분하고, 이 구간들 중에서 최저구간을 찾아내어 3차 정합을 이룬다.Next, the second matching section is further subdivided into multiple sections, and the lowest section among these sections is found to achieve third matching.

이렇듯, 상기 승강 캐비티(350)의 내부 공간을 점차 좁혀가면서 n차 정합을 이루는 방법을 위치분할추적 정합법이라 하며, 본 발명은 이 방법에 의해 임피던스(또는 반사파)가 최저인 지점을 결정하게 된다. 상기한 방법은 마그네트론 발진방식에 적용될 수 있고, 마그네트론 발진방식에서의 허용 고주파 주파수는 2,450MHz이다. 상기 MPDS TM 방식은 반도체 방식의 경우에도 적용이 가능하며, 반도체 방식에서는 추가로주파수가 가변이 가능하므로 주파수를 변화시키면서 공진주파수를 탐지 및 셋팅튜닝함으로써 보다 밀도가 높은 플라즈마를 발생할 수 있다.In this way, the method of achieving n-order matching by gradually narrowing the internal space of the lifting cavity 350 is called the position division tracking matching method, and the present invention determines the point at which the impedance (or reflected wave) is lowest by this method. . The above method can be applied to the magnetron oscillation method, and the allowable high frequency in the magnetron oscillation method is 2,450 MHz. The MPDS TM method can also be applied to the semiconductor method. In the semiconductor method, the frequency is additionally variable, so a higher density plasma can be generated by detecting and tuning the resonance frequency while changing the frequency.

반도체 발진방식은 고주파 주파수가 2,400 ~ 2,500MHz로 가변된다. 가변 주파수의 경우는 상기한 주파수 변조 튜닐과정을 거치게 된다. 여기서, 상기한 주파수의 가변 범위는 더 넓을 수 있으며, 이는 초고주파를 발생하는 반도체칩에게 주파수 신호를 주는 드라이버(driver 혹은 oscillator) 칩이 가변시킬 수 있는 주파수 가변폭에 의하여 결정된다. 본 발명에서는 2,400 ~ 2,500MHz의 경우를 예시한다.In the semiconductor oscillation method, the high frequency is variable from 2,400 to 2,500 MHz. In the case of variable frequency, the above-described frequency modulation tuning process is performed. Here, the variable range of the above-mentioned frequency may be wider, and this is determined by the frequency variable range that can be varied by the driver (or oscillator) chip that provides the frequency signal to the semiconductor chip that generates ultra-high frequencies. In the present invention, the case of 2,400 ~ 2,500 MHz is exemplified.

먼저, 상기 승강 플런저(380)의 위치를 반사파가 최소인 적절한 높이에 위치시킨다.First, the lifting plunger 380 is located at an appropriate height where reflected waves are minimal.

다음, 주파수를 0.1 ~ 10 MHz 범위 내에서 미세 조정하면서 반사파를 측정하고 이를 기반으로 비교 분석하여 미세튜닝 조정 한다.Next, the reflected wave is measured while the frequency is fine-tuned within the range of 0.1 to 10 MHz, and based on this, comparative analysis is performed and fine-tuning is performed.

이 과정에서 초기부터 미세 주파수 범위 내에서 튜닝을 하게 되면 많은 시간이 소요되므로 주파수가 큰 구간과 작은 구간으로 나누는 그룹핑 탐색(Grouping Serach)에 의해 조정한다.In this process, tuning within a fine frequency range from the beginning takes a lot of time, so it is adjusted through grouping search that divides the frequency into a large and small frequency section.

상기 주파수 그룹핑 탐색 방법은 초기에는 주파수전체영역(bandwidth)을 주파수영역폭1로 나누어 스캔하여 반사파를 측정한다. The frequency grouping search method initially measures the reflected wave by scanning the entire frequency range (bandwidth) divided by the frequency range width 1.

예를 들면, 2,400 ~ 2,500MHz, bandwidth 100MH를 주파수영역1인 10MHz로 스캔하여 그룹 1의 각 주파수영역별로 반사파를 측정하여 반사파가 최소화 될 수 있는 영역 1을 탐색한다. For example, scan 2,400 ~ 2,500 MHz, bandwidth 100 MHz to 10 MHz, which is frequency range 1, measure reflected waves in each frequency range of group 1, and search for area 1 where reflected waves can be minimized.

다음, 상기 그룹 1의 반사파가 최소화 되는 영역 1이 검지되면, 이후에 주파수폭2를 이전 주파수폭1의 1/n로 축소하여 탐색한다(예를 들면 1/10인 1MHz). 이렇게 검지된 영역이 그룹 2가 된다. Next, when area 1 where the reflected wave of group 1 is minimized is detected, the frequency width 2 is searched by reducing the frequency width 2 to 1/n of the previous frequency width 1 (for example, 1/10, 1 MHz). The area detected in this way becomes group 2.

다음, 2차 탐색후 주파수영역2 범위가 검지되면, 이 주파수영역2를 1/m 축소하여 주파수폭3로 탐색하여 최적 주파수를 찾아 낸다(예를 들면 주파수영역2의 1/10인 0.1MHz). 이렇게 검지된 영역이 그룹 3이 된다.Next, if the range of frequency domain 2 is detected after the second search, this frequency domain 2 is reduced by 1/m and searched with a frequency width of 3 to find the optimal frequency (for example, 0.1 MHz, which is 1/10 of frequency domain 2). . The area detected in this way becomes group 3.

실시예로, 주파수영역1, 2, 3을 각각 10MHz, 1MHz, 0.1MHz 단위로 셋팅하여 짧은 시간에 반사파를 최소화하는 최적경로를 찾아 들어간다. 이를 주파수분할 그룹핑 추적 정합법(Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method:FDGS TM)이라 명한다.As an example, frequency areas 1, 2, and 3 are set in units of 10 MHz, 1 MHz, and 0.1 MHz, respectively, to find the optimal path that minimizes the reflected wave in a short time. This is called Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method (FDGS TM).

앞서와 같이, 이미 승강 플런저의 이동방식으로 어느 정도의 정합위치를 결정하였으므로 상기 주파수분할 그룹핑 추적 정합법으로 더욱 더 미세한 정합위치의 탐색이 가능하다. 따라서 반도체 초고주파 발진의 경우에는, 스텁 튜너나 동축튜너를 사용하지 않고도 미세 튜닝정합이 가능하다.As before, since a certain level of matching position has already been determined by the movement method of the lifting plunger, it is possible to search for a more fine matching position using the frequency division grouping tracking matching method. Therefore, in the case of semiconductor ultra-high frequency oscillation, fine tuning and matching is possible without using a stub tuner or coaxial tuner.

한편, 다른 예로서, Q-factor 를 최대화하는 공진주파수의 추적 및 공진주파수설정으로 인한 최적 고밀도 플라즈마 형성하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, as another example, a method of forming optimal high-density plasma by tracking and setting the resonant frequency that maximizes the Q-factor will be described as follows.

반응기 내에 기판홀더 안테나와 캐비티에 의해서 공진할 수 있는 캐비티 구조를 형성하였다. 초고주파가 전달되는 반응기 내벽은 금속으로 되어 있으면 이 반응기 벽내를 일종의 캐비티 구조라 할 수 있다. A cavity structure capable of resonance was formed in the reactor by the substrate holder antenna and the cavity. If the inner wall of the reactor through which ultra-high frequencies are transmitted is made of metal, the inner wall of the reactor can be considered a type of cavity structure.

그러나, 반응기 내부에 각종 부품 및 모듈이 설치되어 있고, 실링 혹은 진공을 뽑기 위하여 이에 관련된 구성품들이 설치되어 있어서 복잡하다. However, it is complicated because various parts and modules are installed inside the reactor, and related components are installed for sealing or vacuum extraction.

이러한 복잡한 형상을 피하고 간단하게 하기 위하여 도 10에 예시한 바와 같이 기판홀더겸 안테나와 캐비티 월에 의하여 초고주파를 가두는 간단한 구조의 캐비티를 형성하였다. In order to avoid such a complicated shape and simplify it, a simple structure cavity was formed to confine ultra-high frequencies by a substrate holder/antenna and a cavity wall, as illustrated in FIG. 10.

물론 도 10은 웨이퍼와 같은 평판 구조의 기판을 사용할 때의 구조이며, 기판의 형상에 따라 복잡해질 수 있다. 예를 들면 타원형 혹은 타원 원통형 형태 등이다. Of course, Figure 10 is a structure when using a flat substrate such as a wafer, and may become complicated depending on the shape of the substrate. For example, it may be oval or oval-cylindrical.

금속통 내부에 동축선이나 슬롯(slot)으로 초고주파 신호를 인가하면 캐비티의 크기에 따라 특정주파수에 공진이 발생한다.When an ultra-high frequency signal is applied through a coaxial line or slot inside a metal container, resonance occurs at a specific frequency depending on the size of the cavity.

통상적으로 초고주파는 도파관 구조에서는 TE 모드로 초고주파가 이동하다가 동축안테나를 통하여 모드가 전환된다. 캐비티 내부에서의 모드는 캐비티의 형상에 따라 결정이 된다. Typically, ultra-high frequencies move in TE mode in a waveguide structure, and then the mode is switched through a coaxial antenna. The mode inside the cavity is determined by the shape of the cavity.

이렇게 전달된 초고주파가 기판홀더겸 안테나를 둘러싼 캐비티 구조에서 갖혀 있을 때, 공진하게 되는 경우가 있다. 이렇게 공진하는 경우에 이로한 캐비티 형성을 공진하는 캐비티라 하고, 이때의 주파수를 공진주파수라 한다. When ultra-high frequencies transmitted in this way are trapped in the cavity structure surrounding the substrate holder and antenna, there are cases where resonance occurs. In the case of resonance like this, the formation of this cavity is called a resonating cavity, and the frequency at this time is called the resonance frequency.

공진은 구조물의 주기성과 신호의 주기성이 일치할 때, 그 주기에 해당되는 주파수의 에너지가 손실되지 않고 보존되는 (혹은 전달되는) 것을 말하는 물리적 현상이다. 그래서 이러한 공진현상을 이용하여 특정 주파수만을 선택하고 싶을 때, 그 대역폭만 손실없이 추출할 수 있도록 할 수 있다. Resonance is a physical phenomenon that means that when the periodicity of a structure matches the periodicity of a signal, the energy of the frequency corresponding to the period is preserved (or transmitted) without being lost. So, when you want to select only a specific frequency by using this resonance phenomenon, you can extract only that bandwidth without loss.

따라서, 도 10의 구조물의 형상이나 부피등에 따라서 공진하는 주파수가 달라지는 데, 기존의 마그네트론 방식에서는 2450MHz주파수가 고정되어 있어서 주파수를 가변하는 것은 불가능하다. 물론 2450MHz 주파수에서 전달되는 전력이 어느정도 첨예하게 (Sharp Peak) 혹은 브로드하게 나오는지는 각 제조업체별 마그네트론의 캐비티 구조나 재료등에 따라서 달라진다. Accordingly, the resonating frequency varies depending on the shape or volume of the structure in Figure 10, but in the existing magnetron method, the 2450 MHz frequency is fixed, so it is impossible to vary the frequency. Of course, how sharp or broad the power transmitted at the 2450 MHz frequency is depends on the cavity structure or material of each manufacturer's magnetron.

반면에, 반도체에 의한 초고주파 발진의 경우, 주파수의 가변이 가능하다. 예를 들면, 2400 ~ 2500 MHz 범위 즉 100MHz의 밴드위드스(and Width) 범위에서 주파수 변화가 가능하다. 이를 이용하여 공진주파수를 찾아내어서 맞추면 현재 설정된 캐비티 구조에서 캐비티를 공진하도록 할 수가 있으며 그 알고리즘을 다음과 같이 설명한다. On the other hand, in the case of ultra-high frequency oscillation by semiconductors, the frequency can be varied. For example, frequency changes are possible in the range of 2400 to 2500 MHz, that is, the bandwidth (and width) of 100 MHz. By using this to find and match the resonance frequency, it is possible to make the cavity resonate in the currently set cavity structure, and the algorithm is explained as follows.

공진캐비티의 주파수를 추적(追跡)하기 위하여 Q팩터 (Q-factor : '양호도') 개념를 사용한다. 본 발명에서는 Q팩터의 최고점을 추적하는 방법으로 공진주파수를 찾아 찾아 내는 방법을 개시한다. To track the frequency of the resonant cavity, the concept of Q-factor (Q-factor: ‘quality factor’) is used. The present invention discloses a method of finding and finding the resonance frequency by tracking the highest point of the Q factor.

Q팩터는 공진회로의 품질(quliaty)을 나타내는 양으로 '품질계수'라고도 한다. 이 값이 클수록 공진회로의 주파수에 대한 응답곡선이 뾰족해지고 주파수 선택성이 좋아진다. Q팩터는 부하가 있는 경우와 없는 경우가 있는데, 부하가 있는 경우에는 외부회로의 (예를 들어 발생장치의 신호원의)손실을 포함해야 한다. Q factor is a quantity that represents the quality of the resonant circuit and is also called 'quality factor'. The larger this value, the sharper the response curve to the frequency of the resonance circuit and the better the frequency selectivity. The Q factor can be measured with or without a load. In the case of a load, it must include the loss of the external circuit (for example, the signal source of the generator).

반면 부하가 없는 경우에는 그렇지 않다. Q팩터는 다음식과 같다.On the other hand, this is not the case when there is no load. The Q factor is as follows:

부하가 없는 경우 : Q = ω (총저장에너지) / (평균전력손실) = When there is no load: Q = ω (total stored energy) / (average power loss) =

= ω (WE + WM ) / PL = 주기당 (저장된 에너지 / 소실된 에너지) 여기서 ω 각주파수 (=2πf) , WE 는 전기장(에 저장된) 에너지 , WM 자기장에 저장된 에너지 , PL 은 부하에 전달된 평균전력이다. = ω (W E + W M ) / P L = Per cycle (stored energy / dissipated energy) where ω is the angular frequency (=2πf), W E is the energy (stored in) the electric field, W M is the energy stored in the magnetic field, and P L is the average power delivered to the load.

부하가 있는 경우 Q팩터를 부하 Q팩터 (Loaded Q Factor) 라고 하며 이는 다음과 같다. If there is a load, the Q factor is called the Loaded Q Factor and is as follows.

부하가 있는 경우 : Q = ω (WE + WM ) / PT With load: Q = ω (W E + W M ) / P T

소모되는 전력은 P 는 PT 즉, 부하뿐만 아니라 외부회로에서 소모되는 전력까지 포함된다. 공진상태에서는 WE = WM , 즉 전기장 에너지와 자기장의 에너지가 같아지며 임피던스는 허수부가 없는 실수부만 존재한다. The power consumed is P , which means it includes not only the load but also the power consumed in external circuits. In resonance, W E = W M , in other words The electric field energy and the magnetic field energy become the same, and the impedance has only a real part without an imaginary part.

공진상태의 무부하 Q팩터 Q0 = 2 ω0 (WE ) / PL =2 ω0 (WM) / PL No-load Q factor in resonance Q 0 = 2 ω 0 (W E ) / P L =2 ω 0 (W M ) / P L

여기서 ω0 는 각주파수 2πf0, 여기서 f0는 공진주파수이다. Here, ω 0 is the angular frequency 2πf 0 , where f 0 is the resonance frequency.

상기 방식이외에 , 다른 여러가지 형태의 개념이나 정의등이 존재하는데 그중 널리 쓰이는 정의는 다음과 같다. In addition to the above methods, there are various other types of concepts and definitions, of which the most widely used definitions are as follows.

Q = f0 / ( f2 - f1 ) = 1 / BF Q = f 0 / ( f 2 - f 1 ) = 1 / B F

여기서 f1가 f2는 각각 상승시와 하락시 전력이 공진주파수 f0에서 나타나는 최대값의 절반이 되는 주파수이다. BF는 비대역폭 (非帶域幅 Fractional Bandwidth)으로서 수신기의 동조 회로에서, 통과 대역폭과 동조 회로의 공진 주파수의 비이다. Here, f 1 and f 2 are the frequencies at which the power when rising and falling, respectively, is half the maximum value at the resonance frequency f 0 . B F is the non-bandwidth (non-bandwidth), which is the ratio of the pass bandwidth and the resonance frequency of the tuning circuit in the receiver's tuning circuit.

특정 회로에서 소모되는 전력은 전류I의 크기의 제곱에 비례하며, 전력은 상기 [I2]에 비례한다. 따라서 [I2] 를 전력 P 보고 이를 주파수를 변화하며 측정한다(도 19참조). The power consumed in a specific circuit is proportional to the square of the magnitude of the current I, and the power is proportional to [I 2 ]. Therefore, [I 2 ] is measured as power P and the frequency is changed (see FIG. 19).

ISM의 목적으로 허용된 초고주파 주파수는 2450MHz 이므로, 마그네트론 발진 방식은 상기 주파수를 고정하여 사용한다. 반도체 발진 초고주파를 사용한다면 주파수를 가변할 (예를 들면 2400 ~ 2500 MHz 범위) 수 있다.Since the ultra-high frequency allowed for ISM purposes is 2450 MHz, the magnetron oscillation method is used by fixing the above frequency. If semiconductor oscillation ultra-high frequency is used, the frequency can be varied (for example, in the range of 2400 to 2500 MHz).

상기에 언급한 바 있는 위치분할추적 튜닝 정합법(Multi-Position-Division-Search Tuning Method - MPDS TM)을 사용하여 승강 플런저의 위치를 반사파를 어느 정도 감소시키는 적절한 높이에 위치시킨다. Using the Multi-Position-Division-Search Tuning Method (MPDS TM) mentioned above, the position of the lifting plunger is located at an appropriate height to reduce reflected waves to some extent.

그 후에 주파수를 Δf=10 ~ 0.01 MHz 범위 내에서 미세 조정하면서 전류 [I]를 측정한 후 전력 [I2] 를 산출한다. I 는 본 발명의 경우에 발생된 플라즈마 내의 전류이며, Langmuir Probe 등을 사용하여 측정이 가능하다.Afterwards, the frequency is finely adjusted within the range of Δf=10 to 0.01 MHz, the current [I] is measured, and the power [I 2 ] is calculated. I is the current in the plasma generated in the case of the present invention, and can be measured using a Langmuir Probe, etc.

또는, 순방향전력 (과 반사전력)은 방향성 결합기 (Bi-Directional Coupler)와 파워미터를 사용하여 측정이 가능하다. Alternatively, forward power (and reflected power) can be measured using a directional coupler and power meter.

본 발명에서는 초기부터 미세 주파수 범위내에서 튜닝하면 시간이 많이 걸리므로 주파수를 큰 구간, (큰구간을 분할하여) 작은 구간으로 나누는 그룹핑 탐색 (Grouping Serach) 알고리즘을 개시한다. 예를 들어, 2400 ~ 2500 MHz,범위에서 주파수 변조가 가능하다면, 주파수가변 범위는 밴드위드스 = 100MHz이다. 주파수변화폭은 Δf=1 ~ 0.01 MHz으로 변화시키면서 순방향전력을 측정하며, 측정된 순방향 전력을 피드백하여 공진주파수 탐색 PC에 피드백한다. In the present invention, since tuning within a fine frequency range from the beginning takes a lot of time, a grouping search algorithm is disclosed that divides the frequency into a large section and a small section (by dividing the large section). For example, if frequency modulation is possible in the range of 2400 ~ 2500 MHz, the frequency variable range is bandwidth = 100MHz. Forward power is measured while changing the frequency change width from Δf = 1 to 0.01 MHz, and the measured forward power is fed back to the resonance frequency search PC.

초기부터 Δf = 0.01MHz 로 하면, 1만번의 주파수가변과 순방향전력 측정이 필요하다. 이러한 방법으로 시간 소모가 많이 되고 그에 따른 에너지 소모를 의미하므로, 다음과 같은 방법으로 문제를 해결한다.If Δf = 0.01 MHz from the beginning, 10,000 frequency changes and forward power measurements are required. Since this method consumes a lot of time and therefore energy consumption, the problem is solved in the following way.

상기 주파수 그룹핑탐색 방법은 초기에는 주파수전체영역 (bandwidth)을 주파수폭1 (=Δf1)로 나누어 스캔하며 순방향전력을 측정한다 (예를들면 2400 ~ 2500MHz, bandwidth 100MH를 주파수폭1인 10MHz로 스캔) 그룹1의 각 주파수영역별로 순방향전력을 측정하여 이것이 최대화가 되는 최대 순방향전력 FP10의 영역1을 탐색한다. 이 그룹1의 순방향전력이 최대화 되는 주파수영역1-0 (즉 공진주파수f0i , i=1단계)_이 검지되면, 이 순방향전력이 1/2인 주파수영역1-1과 주파수영역1-2을 찾는다. 주파수1-1영역과 주파수1-2영역은 주파수영역1-0 중심으로 대칭구조에 있을 가능성이 높다. . 상기 주파수영역1-1과 주파수영역1-2 중에서 FP10/2에 보다 근접한 주파수 f11과 f21를 찾은 후 Q팩터 Q1를 산출한다 (즉, f1i , f2i , Qi = 여기서 i는 단계별로 찾아들어가는 순서의 차수이다).The frequency grouping search method initially scans the entire frequency range (bandwidth) by dividing it by frequency width 1 (=Δf 1 ) and measures forward power (for example, 2400 ~ 2500 MHz, bandwidth 100 MHz is scanned at 10 MHz with frequency width 1). ) Measure the forward power in each frequency region of Group 1 and search for region 1 of the maximum forward power FP10 where this is maximized. When frequency region 1-0 (i.e. resonance frequency f 0i , i=1 stage) where the forward power of this group 1 is maximized is detected, frequency region 1-1 and frequency region 1-2 where this forward power is 1/2 Find . Frequency 1-1 area and frequency 1-2 area are likely to have a symmetrical structure centered on frequency area 1-0. . After finding the frequencies f11 and f21 that are closer to FP10/2 among the frequency areas 1-1 and 1-2, the Q factor Q1 is calculated (i.e., f 1i , f 2i , Qi = where i is found step by step is the order of the order).

주파수폭2를 이전 주파수폭1(Δf1)의 1/n (=주파수폭2 (Δf2) )로 (예를들면 1/10인 1MHz)로 축소하여 상기 1차추적과정에서 찾아진 주파수영역1-0 범위 내에서 탐색한다. 이때 검지된 영역이 주파수영역2-0 (즉, 공진주파수 f0i , i=2단계) 가 된다. The frequency range found in the first tracking process by reducing the frequency width 2 to 1/n (= frequency width 2 (Δf 2 )) of the previous frequency width 1 (Δf 1 ) (e.g., 1/10, 1 MHz). Search within the range 1-0. At this time, the detected area becomes frequency area 2-0 (i.e., resonance frequency f 0i , i=2 steps).

주파수영역2-0 범위가 찾아지고 여기서 최대 순방향전력 FP20가 산출되면 이 전력의 1/2이 되는 값을 산출한다. 주파수영역1-1에서 1차 주파수폭의 1/n인 주파수폭2 (Δf2) 로 탐색하여 상기 최대순방향전력 FP20 의 1/2 이 되는 주파수영역2-1을 찾는다. 상기와 유사한 방법으로 주파수영역2-2를 찾는다. 상기 주파수영역2-1과 주파수영역2-2 중에서 FP20/2에 보다 근접한 값을 주는 주파수 f12과 f22를 찾은 후 Q팩터 Q2를 산출한다.When the frequency range 2-0 range is found and the maximum forward power FP 20 is calculated, a value that is 1/2 of this power is calculated. Search frequency area 1-1 with frequency width 2 (Δf 2 ), which is 1/n of the primary frequency width, to find frequency area 2-1, which is 1/2 of the maximum forward power FP 20 . Find frequency domain 2-2 using a method similar to the above. After finding the frequencies f 12 and f 22 that give a value closer to FP 20 /2 among the frequency areas 2-1 and 2-2, the Q factor Q2 is calculated.

상기 주파수영역2-0을 1/m 축소하여 주파수폭3 (Δf3)로 (예를 들면 주파수폭3 (Δf3) 0.1MHz = 주파수폭2 (Δf2)의 1/10 = 주파수폭1 (Δf1)의 1/100) 탐색하여 최대의 순방향전력 FP30를 주는 최적 주파수영역3-0 (즉, 공진주파수 f0i , i=3단계)를 찾아 낸다 (이 검지된 영역이 그룹3가 된다). 이후, FP30의 1/2이 되는 주파수 f13과 f23를 찾은 후 Q팩터 Q3를 산출한다. The frequency range 2-0 is reduced by 1/m to frequency width 3 (Δf 3 ) (for example, frequency width 3 (Δf 3 ) 0.1MHz = 1/10 of frequency width 2 (Δf 2 ) = frequency width 1 ( Search for 1/100 of Δf 1 ) to find the optimal frequency region 3-0 (i.e., resonance frequency f 0i , i=3 steps) that gives the maximum forward power FP 30 (this detected region becomes group 3) ). Afterwards, the frequencies f13 and f23, which are 1/2 of FP 30 , are found and the Q factor Q3 is calculated.

실시예로, 주파수폭1, 주파수폭2, 주파수폭3을 각각 10MHz, 1MHz, 0.1MHz 단위로 셋팅하여 짧은 시간에 순방향전력을 최대화하는 최적경로를 찾아 들어간다. 유사한 방법으로 4단계인 주파수폭4 Δf4 (예를 들면 0.01MHz) 으로 순방향전력 FP40를 주는 f04를 탐색한 후, FP41과 FP42를 결정할 수 있고 따라서 f14과 f24를 0.01MHz의 정확도로 탐색할 수 있다. 이에 의하여 Q팩터 Q4를 산출한다.As an example, frequency width 1, frequency width 2, and frequency width 3 are set in units of 10 MHz, 1 MHz, and 0.1 MHz, respectively, to find the optimal path that maximizes forward power in a short time. In a similar way, after searching for f04, which gives forward power FP40, with a four-step frequency width 4 Δf 4 (for example, 0.01 MHz), FP41 and FP42 can be determined, and thus f14 and f24 can be searched with an accuracy of 0.01 MHz. there is. This calculates the Q factor Q4.

상기 방법을 사용하면 2400 ~ 2500MHz, 100MHz 밴드위드스 영역을 주파수폭(Δf) 0.01 MHz 단위의 정확도로 추적하려면, 10,000번의 경로를 거쳐서 공진주파수 f0i (및 f1i와 f2i)를 찾아야 하지만 상기한 방법으로는 100번 이내의 방법으로 공진주파수f0i의 탐지가 가능하다. 상기 실시예에서, 최초 검색 주파수폭1 (Δf1)을 10MHz 단위로 탐색을 하였다, 이를 1MHz단위로 탐색할 수 있다. 이는 초기 1차 검색탐지 시간이 조금 더 걸릴 것으로 판단된다. Using the above method, in order to track the 2400 ~ 2500 MHz, 100 MHz bandwidth area with an accuracy of 0.01 MHz frequency width (Δf), the resonant frequency f0i (and f1i and f2i) must be found through 10,000 paths, but using the above method It is possible to detect the resonance frequency f0i using a method within 100 times. In the above example, the initial search frequency width 1 (Δf 1 ) was searched in units of 10 MHz, which can be searched in units of 1 MHz. This is expected to take a little longer in the initial search and detection time.

상기한 공진주파수 탐색의 정확도는 초고주파를 발생하는 반도체칩에게 주파수 신호를 주는 드라이버 칩의 주파수를 변조하는 주파수가변폭에 의하여 결정된다.The accuracy of the above-described resonance frequency search is determined by the frequency variable width that modulates the frequency of the driver chip that provides a frequency signal to the semiconductor chip that generates ultra-high frequencies.

상기한 바와 같이 공진주파수를 찾는 방법을 주파수분할 그룹핑 추적 정합법(Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method : FDGS TM 이라 명칭한다)이라 한다. As described above, the method of finding the resonant frequency is called the Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method (FDGS TM).

상기한 주파수 가변하면서 [I2]이나 Q팩터를 산출하여 공진주파수를 추적하는 방법에 추가하여, 주파수에 대한 [I2]와 Q팩터의 1차 미분치(derivative) (=d[I2]/df 및 dQ/df) 를 계산하여, 혹은 필요시에는 2차 미분치 (=d2[I2]/df2 및 d2Q/df2) 까지 계산하여, 공진주파수를 탐색하는 것이 가능하다. In addition to the method of tracking the resonant frequency by calculating [I 2 ] or Q factor while changing the frequency described above, the first derivative of [I 2 ] and Q factor with respect to frequency (=d[I 2 ] It is possible to search for the resonance frequency by calculating /df and dQ/df) or, if necessary, by calculating the second derivative (=d 2 [I 2 ]/df 2 and d 2 Q/df 2 ). .

즉, Q팩터의 최고점에서는 1차 미분값 (=d[I2]/df)이 0값으로서 양에서 음으로 변화하는 점이기 때문이며, 상기한 '주파수분할 그룹핑 추적 정합법'에 의하여 정확도가 높은 공진주파수 f0i 의 탐지가 가능하다. In other words, at the highest point of the Q factor, the first derivative (=d[I 2 ]/df) is a 0 value, which is the point where it changes from positive to negative. High accuracy is achieved by the ‘frequency division grouping tracking matching method’ described above. Detection of the resonant frequency f 0i is possible.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 주파수를 가변하면서 방법에 의하여 공진주파수를 추적 및 탐지 결정하여 에너지 전달을 극대화 함으로서 최고밀도의 플라즈마를 형성하는 방법을 개시하였다. 상기한 주파수 변화에 따른 [I2]와 Q팩터(= (f2-f1)/f0 ) 의 최고점을 주는 공진주파수를 결정하는 방법을 예시한 것이고 본 출원발명은 이 방법에 국한되지 않는다.The present invention discloses a method of forming the highest density plasma by maximizing energy transfer by tracking, detecting, and determining the resonant frequency while varying the frequency as described above. This illustrates a method of determining the resonance frequency that gives the highest point of [I 2 ] and Q factor (= (f 2 -f 1 )/f 0 ) according to the above-mentioned frequency change, and the invention of this application is not limited to this method. .

상기한 방법으로 공진주파수를 찾은 후 이에 주파수를 맞춰서 전력을 공급하면 모든 전력이 플라즈마의 발생으로 투입되어 Q팩터가 극대화된다. 이에 의하여 전달된 각 전력당 최고밀도의 플라즈마의 생성이 가능하다.If the resonance frequency is found using the above method and power is supplied according to the frequency, all power is input into the generation of plasma, thereby maximizing the Q factor. This makes it possible to generate the highest density plasma for each delivered power.

참고로, 상기한 반도체 발진방식은 도 18에 도시된 바와 같이, 마그네트론 대신에 반도체를 사용하여 마이크로파를 발진시키는 방식이다. 반도체 마이크로파 발생모듈은 직류전원의 공급이 필요하므로 전력공급기(121)에 공급된 교류입력 전원(231)을 직류로 변환하기 위하여 교류-직류전환 인버터(225). 인버터는 전력제어보드(Control Board:221)와 반도체 초고주파 발생모듈(223)에 전력을 공급한다. For reference, the semiconductor oscillation method described above is a method of oscillating microwaves using a semiconductor instead of a magnetron, as shown in FIG. 18. Since the semiconductor microwave generation module requires the supply of direct current power, an AC-DC conversion inverter 225 is used to convert the AC input power 231 supplied to the power supply 121 into direct current. The inverter supplies power to the power control board (Control Board: 221) and the semiconductor ultra-high frequency generation module (223).

또한, 공급해야할 마이크로파 전력을 설정 및 제어하기 위하여 전력제어보드는 통신용 게이트웨이(GateWay:233)를 통하여 외부와 신호를 주고 받는다. 주파수가 가변하는 경우에는 신호발생기 역할을 하는 오실레이터(미도시)에서 신호를 발생하여 초고주파발생 반도체에 제공한다. 즉, 반도체 초고주파 발생모듈(223) 내부에는 신호발생을 위한 오실레이터와 증폭하는 반도체(222)를 포함한다. Additionally, in order to set and control the microwave power to be supplied, the power control board exchanges signals with the outside world through a communication gateway (GateWay: 233). When the frequency is variable, an oscillator (not shown) serving as a signal generator generates a signal and provides it to the ultra-high frequency generator semiconductor. That is, the semiconductor ultra-high frequency generation module 223 includes an oscillator for signal generation and an amplifying semiconductor 222.

도 18에 예시된 것은 상대적으로 작은 파워의 경우에 전력공급기에서 동축케이블로 출력이 나오고 이를 동축케이블-도파관 전환 어댑터를 통하여 도파관 형태로 전환한 후 애플리케이터 장치에 연결되고, 도파관에서 다시 동축안테나를 통하여 모든 전화를 한 후 돔 형태에 초고주파 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생시키는 것이다. 최근에는 고전력 반도체 파워도 나오고 있는데, 전술한 바와 같이 동축케이블은 전력이 높아 지는 경우에 손실율이 높아서 반도체 전력공급기 내부에서 복수개의 파워모듈을 병합하여 총파워를 구성할 때, 결합기(combiner)등을 사용하여 도파관형태로 출력한다.As shown in Figure 18, in the case of relatively small power, the output comes from the power supply through a coaxial cable, is converted into a waveguide form through a coaxial cable-waveguide conversion adapter, and is then connected to an applicator device, and from the waveguide again through a coaxial antenna. After all conversions are made, ultra-high frequency energy is delivered to the dome shape to generate plasma. Recently, high-power semiconductor power has also been released. As mentioned above, coaxial cables have a high loss rate when power increases, so when composing total power by merging multiple power modules inside a semiconductor power supply, a combiner, etc. is used. It is output in the form of a waveguide.

이러한 반도체소자를 이용한 마이크로파 발생장치는 다음과 같은 장점이 있다. Microwave generators using these semiconductor devices have the following advantages.

1) 1 ~ 최대허용출력 (예를 들면 최대 허용전력 = 500W 정도 크기임) 1W 단위로 정확한 전력조정이 가능하다.1) 1 ~ Maximum allowable output (for example, maximum allowable power = about 500W) Accurate power adjustment is possible in 1W increments.

2) 주파수는 2,450MHz의 경우를 예를 들면 2,450MHz의 상하로 50MHz, 즉 2450MHz±50MHz(2400 ~ 2500 MHz 범위)의 주파수 변조가 가능하다. 물론 더 넒은 주파수 범위의 반도체 소자도 가능하다. 2) For example, in the case of 2,450 MHz, frequency modulation is possible up and down 50 MHz, that is, 2450 MHz ± 50 MHz (range 2400 ~ 2500 MHz). Of course, semiconductor devices with a wider frequency range are also possible.

3) 마그네트론 방식보다 수명이 길다. 3) Longer lifespan than the magnetron method.

4) 전력공급기 내부에 소형의 아이솔레이터의 내재가 가능하며 반사파 발생하는 경우, 공급되는 파워의 즉각적인 자동감소와 중단을 통하여 발생장치 회로를 보호한다. 4) A small isolator can be embedded inside the power supply, and when reflected waves are generated, the generator circuit is protected through immediate automatic reduction and interruption of the supplied power.

5) 부피가 작고 경량이다. 5) It is small in size and lightweight.

6) 입사파 전력과 반사파 전력 정확하게 측정이 가능하다. 6) It is possible to accurately measure incident wave power and reflected wave power.

7) (Ripple)이 적고 파워 전달효율성이 높다. 7) Ripple is low and power transmission efficiency is high.

8) (대면적을 카버해야할 필요성이 있는 등) 복수 개의 애플리케이터가 필요한 산업적 응용의 경우 이를 달성할 수 있다. 즉, 복수개의 반도체 전력공급기를 사용하거나 혹은 1개의 전력공급기를 분배기(divider)로 분기하여 복수개의 애플리케이터에 용이하게 설치하여 동작이 가능하다. 도파관을 사용하지 않으므로 동축케이블로 연결하여 용이하게 설치가 가능하다.8) For industrial applications that require multiple applicators (such as the need to cover a large area), this can be achieved. In other words, operation is possible by using a plurality of semiconductor power supplies or by branching one power supply into a divider and easily installing it on a plurality of applicators. Since it does not use a waveguide, it can be easily installed by connecting with a coaxial cable.

반도체방식 초고주파장치의 고전력화(컴바이너 및 동축-도파관 전환어댑터)및 이의 전달에 의한 대면적 초고밀도 플라즈마 발생에 대하여 설명한다. 현재는 보통 500Watt 정도의 출력을 구현할 수 있는 단일 전력반도체 칩을 사용하여 저전력 초고주파 전력공급기(파워)가 생산되고 있다. 출력단 커넥터에 동축케이블을 연결하여 사용하는 방식이어서 현재는 주로 500Watt 이하의 저전력 영역에서 적용된다. 통상적으로 반도체 방식의 초고주파 발생의 경우 300~500W 이하의 저전력에서는 동축케이블(도5 참조)를 사용하지만, 300~500W 이상의 고출력의 경우에는 동축케이블 적용이 어렵고 도파관 형태로 전환하여 마이크로파를 출력해야 한다. 즉, 500W 이내의 전력에서는 동축봉, 동축커네턱, 동축케이블등을 사용한다.The high-power generation of semiconductor-type ultra-high frequency devices (combiner and coaxial-waveguide conversion adapter) and the generation of large-area ultra-high-density plasma by its transmission are explained. Currently, low-power ultra-high frequency power supplies (power) are produced using a single power semiconductor chip that can typically achieve an output of about 500 Watt. Since it is a method used by connecting a coaxial cable to the output terminal connector, it is currently mainly applied in low power areas of 500 Watt or less. Typically, in the case of ultra-high frequency generation using a semiconductor method, a coaxial cable (see Figure 5) is used for low power of 300 to 500 W or less, but for high power of 300 to 500 W or more, it is difficult to apply a coaxial cable and the microwave must be output in the form of a waveguide. . In other words, for power within 500W, coaxial rods, coaxial connectors, and coaxial cables are used.

고전력의 경우에 사용할 수 없는 동축케이블의 문제는 각 반도체에서 나오는 초고주파를 동축봉과 1차결합기 (Mixer 혹은 Combiner )등을 사용하여 합쳐서 모듈화하고, 최종단에서는 상기 모듈에서 나오는 초고주파를 2차결합기에서 합쳐서 결합한 후 동축-도파관 전환어댑터를(CoAxial-Waveguide Converter) 사용하여 종단에서는 고출력 초고주파를 도파관 형태로 발진하도록 한다.The problem with coaxial cables that cannot be used in the case of high power is that the ultra-high frequencies coming from each semiconductor are combined and modularized using a coaxial rod and a primary combiner (mixer or combiner), and at the final stage, the ultra-high frequencies coming from the modules are combined in a secondary combiner. After combining, a coaxial-waveguide conversion adapter (CoAxial-Waveguide Converter) is used to oscillate high-output ultra-high frequency waves in the form of a waveguide at the end.

상세히 설명하면, 반도체 방식의 초고주파용 고전력 파워를 만드는 방법으로 상기한 단일 저전력 초고주파 파워를 복수개를 사용하여 모듈화하고 이렇게 구성된 모듈을 복수개 합쳐서 냉각기능과 함께 1~2Kw 고전력 파워를 구성한다. 이 모듈을 합쳐서 (예를 들면, 2셋트정도) 냉각이 되는 박스에 배치하여 더 큰 파워를 구성한 후, 이를 정규 규격크기의 랙(Rack) 에 넣어서 사용자가 원하는 반도체 방식의 고초주파 고전력장치을 공급한다. To explain in detail, as a method of making a semiconductor-type high-power power for ultra-high frequency, the above-mentioned single low-power ultra-high frequency power is modularized using a plurality of modules, and a plurality of modules configured in this way are combined to form a 1-2Kw high-power power with a cooling function. These modules are combined (for example, about 2 sets) and placed in a cooled box to create greater power, and then placed in a standard-sized rack to supply the semiconductor-type high-frequency high-power device desired by the user. .

현재 반도체 방식의 초고주파 파워 (전력공급기)는 2450MHz 영역에서는 10Kw 까지 생산이 가능하고, 915MHz의 경우에는 60~90KW급 생산이 가능하다. 추후에는 상기한 방법들을 더 결합하고 개선하여 더 큰 용량의 전력공급기의 생산도 가능하다. Currently, semiconductor-type ultra-high frequency power (power supply) can be produced up to 10Kw in the 2450MHz range, and in the case of 915MHz, 60~90KW can be produced. In the future, it is possible to further combine and improve the above-mentioned methods to produce a power supply with a larger capacity.

반도체 방식의 경우, 마그네트론 방식보다 상대적으로 수명이 길고 안정적이어서 매우 오랜시간 사용할 수 있고 주파수를 가변할 수 있는 큰 장점이 있다. 통상적으로 10KW 이내에서는 2450MHz를 사용하고 10kW 이상에서는 915MHz의 주파수를 사용한다. In the case of the semiconductor method, it has a relatively long lifespan and is more stable than the magnetron method, so it can be used for a very long time and has the great advantage of being able to vary the frequency. Typically, within 10kW, 2450MHz is used, and above 10kW, 915MHz is used.

본 출원발명에서는 상기한 방법에 의하여 1KW급 이하의 저전력의 경우는 물론 100KW 이상의 고전력의 경우에도, 주파수를 가변하여 공진주파수를 탐지 및 셋팅 튜닝함으로써 ISM에서 허용된 2,450MHz 및 915MHz 주파수 대역에서 대면적 초고밀도 플라즈마를 발생할 수 있으며, 이 모든 장치와 방법를 포함한다.In the present invention, by changing the frequency, detecting and setting tuning the resonant frequency by changing the frequency, not only in the case of low power of 1KW or less, but also in the case of high power of 100KW or more, by using the above-described method, Ultra-high-density plasma can be generated, and this includes all devices and methods.

도 18에 예시된 바와 같은 도파관 형태의 플라즈마 애플리케이터의 경우에는 동축케이블-도파관 전환어댑터(153)을 사용하여 적용한다. In the case of a waveguide-type plasma applicator as illustrated in FIG. 18, it is applied using a coaxial cable-waveguide conversion adapter 153.

반도체 발진 초고주파 발생장치의 동작 시 반도체 마이크로파 모듈에서 정합이 제대로 이루어지지 않는 경우 반사파등이 발생하여 이를 냉각하기 위하여 냉각라인(131)을 설치한다. 냉각방식은 공랭의 경우에 냉각수를 공급할 필요없이 팬만 설치하고 팬에서 공급된는 공기가 열을 품고 전력공급기 외부로 방출되면 되므로 상대적으로 설치등이 간편하다. 그러나 반사파 전력이 큰 경우, 열 발생이 많고 마이크로파 반도체소자에게 치명적일 수 있으므로 소자방식의 아이솔레이터와 냉각수 라인을 설치하는 것이 안전하다. 큰 전력의 경우에 반도체소자방식의 아이솔레이터가 용량이 부족하여 사용할 수 없는 경우, 외부에 수냉으로 냉각되는 도파관 방식의 아이솔레이터를 설치하여 반사파의 전달을 방지하며 사용할 수 있다.When the semiconductor oscillation ultra-high frequency generator is operated, if the semiconductor microwave module is not properly matched, reflected waves are generated, and a cooling line 131 is installed to cool them. In the case of air cooling, installation is relatively simple because only a fan is installed without the need to supply cooling water, and the air supplied from the fan contains heat and is discharged to the outside of the power supply. However, when the reflected wave power is large, it generates a lot of heat and can be fatal to microwave semiconductor devices, so it is safer to install a device-type isolator and coolant line. In the case of large power, if a semiconductor device-type isolator cannot be used due to insufficient capacity, a waveguide-type isolator cooled by water cooling can be installed externally to prevent transmission of reflected waves.

상기한 각종 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. The various embodiments described above are merely illustrative, and those skilled in the art will recognize that various modifications and other equivalent embodiments are possible.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the detailed description above. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims. In addition, the present invention should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

1 : 기판
111 : 마그네트론(Magnetron)
112 : 도파관 (Waveguie)
113 : 서큘레이터(Circulator)
115 : 3-스텁튜너 (3stub-tuner)
117 : 애플리케이터 (Applicator)
119 : 플런저 (Plunger) 혹은 슬라이딩숏써킷 (Sliding Short Circuit)
121 : 마이크로파 전력공급기 (Microwave Power)
131 : 냉각라인 (Cooling Line)
151 : 동축케이블 (Co-Axial Cable)
153 : 커넥터 (Connector)
155 : 동축케이블-웨이브가이드 변환어댑터 (Co-Axial Cable-Waveguide Conversion Adaptor)
171 : 플라즈마 (Plasma)
173 : 안테나 (Antenna)
161 : [ 웨이퍼 (Wafer) 등] 기판 [서브스트레이트 (Substrate)]
165 : 냉각라인이 구비된 홀더 (Wafer Holder with Cooling Line)
219 :오실레이터 신호발생장치
221 : 자동제어보드 (Control Board)
223 : 반도체 마이크로파 발생모듈
225 : 교류 -직류 전환 인버터
231 : 전원공급부
233 : 외부통신 게이트웨이(Gateway for External Communication)
300 : 대면적 플라즈마 발생장치
310 : 반응기
311 : 진공챔버
312 : 시창
320 : 기판홀더겸 안테나
321 : 기판홀더부
322 : 안테나부
330, 340 : 제3 승강부재
350 : 승강 캐비티
360, 370 : 제1 승강부재
380 : 승강 플런저
390, 410 : 제2 승강부재
420 : 정합제어기
P : 플라즈마
1: substrate
111: Magnetron
112: Waveguide
113: Circulator
115: 3-stub tuner (3stub-tuner)
117: Applicator
119: Plunger or Sliding Short Circuit
121: Microwave Power Supply
131: Cooling Line
151: Co-Axial Cable
153: Connector
155: Co-Axial Cable-Waveguide Conversion Adaptor
171: Plasma
173: Antenna
161: [Wafer, etc.] Substrate [Substrate]
165: Holder with cooling line (Wafer Holder with Cooling Line)
219: Oscillator signal generator
221: Automatic control board (Control Board)
223: Semiconductor microwave generation module
225: AC-DC conversion inverter
231: Power supply unit
233: Gateway for External Communication
300: Large-area plasma generator
310: reactor
311: Vacuum chamber
312: sight reading
320: Substrate holder and antenna
321: Substrate holder part
322: antenna unit
330, 340: Third lifting member
350: lifting cavity
360, 370: First lifting member
380: lifting plunger
390, 410: Second lifting member
420: Matching controller
P: plasma

Claims (14)

내부에 진공챔버가 마련된 반응기;
상기 진공챔버의 하측에 배치되며, 기판이 안착되는 안착면이 마련된 기판홀더부와; 상기 기판홀더부에 접속되게 마련되어, 초고주파 발진부재로부터 제공되는 초고주파를 도입하여 상기 기판홀더부로 송출함으로써 기판홀더부 상에 안착면의 넓이에 상응하는 대면적의 플라즈마가 생성되도록 하는 안테나부;로 구성된 기판홀더겸 안테나;
상기 진공챔버의 상측에 제1 승강부재에 의해 승강 가능하게 설치되며, 하부가 개구된 형상으로 되어 하강시 상기 기판홀더부의 상측공간을 차폐하여 플라즈마가 생성되는 공진챔버가 형성되도록 하는 승강 캐비티;
제2 승강부재에 의해 상기 승강 캐비티의 내부 영역 범위내에서 승강 가능하게 설치되어 정합을 수행하는 승강 플런저; 및
상기 승강 플런저를 반사파가 최소화되는 지점에 위치토록 제어하는 정합제어기;
을 포함하는 대면적 플라즈마 발생장치.
A reactor equipped with a vacuum chamber inside;
a substrate holder portion disposed below the vacuum chamber and provided with a seating surface on which a substrate is mounted; An antenna unit provided to be connected to the substrate holder unit, which introduces ultra-high frequencies provided from the ultra-high frequency oscillation member and transmits them to the substrate holder unit, thereby generating a large-area plasma corresponding to the area of the seating surface on the substrate holder unit. Board holder and antenna;
A lifting cavity is installed on the upper side of the vacuum chamber to be able to be lifted by a first lifting member, and has an open lower part to shield the upper space of the substrate holder part when lowered, thereby forming a resonance chamber in which plasma is generated;
a lifting plunger that is installed to be capable of being raised and lowered within the inner area of the lifting cavity by a second lifting member and performs matching; and
a matching controller that controls the lifting plunger to be positioned at a point where reflected waves are minimized;
A large-area plasma generator comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 승강 캐비티의 벽면 내부에는 냉각유로를 형성하고, 상기 냉각유로로 냉매를 순환시켜서 승강 캐비티가 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 1,
A large-area plasma generator, characterized in that a cooling passage is formed inside the wall of the lifting cavity, and a refrigerant is circulated through the cooling passage to cool the lifting cavity.
청구항 1에 있어서,
상기 승강 플런저와 기판홀더겸 안테나는 그 비사용부위에 냉각모듈를 각각 접촉시켜서 냉각되도록 한 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 1,
A large-area plasma generator, characterized in that the lifting plunger and the substrate holder and antenna are cooled by contacting a cooling module with each unused portion.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 승강부재는,
상기 반응기의 상면에 결합되는 제1 고정 플랜지;
상기 제1 고정 플랜지의 상측에 승강 가능하게 배치되는 제1 승강 플랜지;
상부는 상기 제1 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 고정 플랜지와 반응기의 상면을 관통하여 상기 승강 캐비티의 상부와 연결되는 파이프 형태의 제1 승강봉;
하부는 상기 제1 고정 플랜지에 연결되고, 상단은 상기 제1 승강 플랜지에 마련된 암탭블록과 치합되는 제1 스크류봉;
상기 제1 스크류봉의 상단에 설치된 채, 회전 조작에 의해 제1 스크류봉을 회전시킴에 따라 상기 제1 승강 플랜지가 승강되도록 하는 제1 승강조절노브;
하단은 상기 제1 고정 플랜지에 지지되고, 상부는 상기 제1 승강 플랜지를 관통하고 있는 제1 가이드봉; 및
상기 제1 승강 플랜지에 설치된 채 상기 제1 가이드봉의 승강을 안내하는 제1 가이드 블록;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 1,
The first lifting member,
A first fixed flange coupled to the upper surface of the reactor;
a first lifting flange disposed above the first fixing flange to be capable of being raised and lowered;
A first lifting rod in the form of a pipe whose upper part is supported on the first lifting flange and whose lower end penetrates the first fixed flange and the upper surface of the reactor and is connected to the upper part of the lifting cavity;
a first screw rod whose lower part is connected to the first fixing flange and whose upper end is engaged with an arm tab block provided on the first lifting flange;
a first lifting control knob installed on the upper end of the first screw rod and allowing the first lifting flange to be raised and lowered by rotating the first screw rod through a rotational operation;
a first guide rod whose lower end is supported by the first fixing flange and whose upper end penetrates the first lifting flange; and
a first guide block installed on the first lifting flange and guiding the raising and lowering of the first guide rod;
A large-area plasma generator comprising a.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 승강봉의 내부는 상기 승강 캐비티의 냉각유로와 연통되며, 일측에는 냉매가 상기 제1 승강봉의 내부로 유입되는 유입포트가 마련된 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 4,
The interior of the first lifting rod is in communication with the cooling passage of the lifting cavity, and an inflow port is provided on one side through which refrigerant flows into the interior of the first lifting rod.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 고정 플랜지와 제1 승강 플랜지 사이 구간의 제1 승강봉 주변을 실링하기 위한 벨로우즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 4,
A large-area plasma generator, characterized in that it further comprises a bellows for sealing around the first lifting rod in the section between the first fixing flange and the first lifting flange.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 승강부재는,
상기 제1 승강 플랜지 상에 설치되어, 제1 승강 플랜지의 승강에 연동하여 승강되는 제2 고정 플랜지;
상기 제2 고정 플랜지의 상측에, 제2 고정 플랜지와 근접 또는 원접되는 방향으로 승강 가능하게 배치되는 제2 승강 플랜지;
상부는 상기 제2 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 승강봉의 중공부를 통하여 상기 승강 플런저의 상부와 연결되는 제2 승강봉;
하부는 상기 제2 고정 플랜지에 연결되고, 상단은 상기 제2 승강 플랜지에 마련된 암탭블록에 치합되는 제2 스크류봉;
상기 제2 스크류봉의 상단에 설치되어, 회전 조작에 의해 제2 스크류봉을 회전시킴에 따라 상기 제2 승강 플랜지가 승강되도록 하는 제2 승강조절노브;
하단은 상기 제2 고정 플랜지에 지지되고, 상부는 상기 제2 승강 플랜지를 관통하고 있는 제2 가이드봉; 및
상기 제2 승강 플랜지에 설치된 채 상기 제2 가이드봉의 승강을 안내하는 제2 가이드 블록;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 4,
The second lifting member,
a second fixed flange installed on the first lifting flange and raised and lowered in conjunction with the raising and lowering of the first lifting flange;
a second lifting flange disposed on an upper side of the second fixing flange to be capable of being raised and lowered in a direction close to or distant from the second fixing flange;
a second lifting bar whose upper part is supported on the second lifting flange and whose lower end is connected to the upper part of the lifting plunger through a hollow part of the first lifting bar;
a second screw rod whose lower part is connected to the second fixing flange and whose upper end is engaged with an arm tab block provided on the second lifting flange;
a second lifting control knob installed on the upper end of the second screw rod and allowing the second lifting flange to be raised and lowered as the second screw rod is rotated through a rotation operation;
a second guide rod whose lower end is supported by the second fixing flange and whose upper end penetrates the second lifting flange; and
a second guide block installed on the second lifting flange and guiding the raising and lowering of the second guide rod;
A large-area plasma generator comprising a.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 고정 플랜지와 제2 승강 플랜지 사이 구간의 제2 승강봉 주변을 실링하기 위한 벨로우즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 7,
A large-area plasma generator, further comprising a bellows for sealing the area around the second lifting rod in the section between the second fixing flange and the second lifting flange.
청구항 1에 있어서,
상기 기판홀더겸 안테나는 제3 승강부재에 의해 승강되되,
상기 제3 승강부재는,
상기 반응기의 저면에 결합되는 제3 고정 플랜지;
상기 제3 고정플랜지의 하측에 승강 가능하게 배치되는 제3 승강 플랜지;
하부는 상기 제3 승강 플랜지에 지지되고, 상단은 상기 제3 고정 플랜지와 반응기의 저면을 관통하여 상기 기판홀더겸 안테나와 연결되는 파이프 형태의 제3 승강봉;
상부는 상기 제3 고정 플랜지에 연결되고, 하단은 상기 제3 승강 플랜지에 마련된 암탭블록과 치합되는 제3 스크류봉;
상기 제3 스크류봉의 상단에 설치된 채, 회전 조작에 의해 제3 스크류봉을 회전시킴에 따라 상기 제3 승강 플랜지가 승강되도록 하는 제3 승강조절노브;
상단은 상기 제3 고정 플랜지에 지지되고, 하부는 상기 제3 승강 플랜지를 관통하고 있는 제3 가이드봉; 및
상기 제3 승강 플랜지에 설치된 채 상기 제3 가이드봉의 승강을 안내하는 제3 가이드 블록;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 1,
The substrate holder and antenna are raised and lowered by a third lifting member,
The third lifting member,
A third fixed flange coupled to the bottom of the reactor;
a third lifting flange disposed on the lower side of the third fixing flange to be capable of being raised and lowered;
a third lifting rod in the form of a pipe whose lower part is supported on the third lifting flange and whose upper end penetrates the third fixed flange and the bottom of the reactor and is connected to the substrate holder and antenna;
a third screw rod whose upper part is connected to the third fixing flange and whose lower end is engaged with an arm tab block provided on the third lifting flange;
a third lifting control knob installed on the upper end of the third screw rod and allowing the third lifting flange to be raised and lowered by rotating the third screw rod through a rotational operation;
a third guide rod whose upper end is supported by the third fixing flange and whose lower end penetrates the third lifting flange; and
a third guide block installed on the third lifting flange and guiding the raising and lowering of the third guide rod;
A large-area plasma generator comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 승강부재는,
상기 반응기의 상면에 결합되는 제1 고정 플랜지;
상기 제1 고정 플랜지의 상측에 승강 가능하게 배치되는 제1 승강 플랜지;
상부는 상기 제1 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 고정 플랜지와 반응기의 상면을 관통하여 상기 승강 캐비티의 상부와 연결되는 제1 승강봉;
하부는 상기 제1 고정 플랜지의 지지블록에 연결되고, 상단은 상기 제1 승강 플랜지에 마련된 암탭블록에 치합되는 복수의 제1 스크류봉;
상기 지지블록 중 어느 한 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 제1 구동 체인기어;
상기 지지블록 중 상기 제1 구동 체인기어가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제1 종동 체인기어;
상기 제1 구동 체인기어와 제1 종동 체인기어가 연동하도록 연결하는 제1 체인;
상기 제1 구동 체인기어가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제1 구동 체인기어 및 지지블록과 함께 일체로 고정되는 제1 윔휠;
상기 제1 웜휠과 치합되는 제1 윔기어; 및
상기 제1 웜기어를 회전 조작하는 제1 로터리 핸들;
을 포함하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 1,
The first lifting member,
A first fixed flange coupled to the upper surface of the reactor;
a first lifting flange disposed above the first fixing flange to be capable of being raised and lowered;
a first lifting rod whose upper part is supported on the first lifting flange and whose lower end penetrates the first fixed flange and the upper surface of the reactor and is connected to the upper part of the lifting cavity;
a plurality of first screw rods, the lower part of which is connected to a support block of the first fixed flange, and the upper part of which is engaged with an arm tab block provided on the first lifting flange;
a first drive chain gear rotatably installed at a lower portion of one of the support blocks;
a plurality of first driven chain gears rotatably installed at lower portions of the remaining support blocks among the support blocks on which the first driving chain gear is not installed;
a first chain connecting the first drive chain gear and the first driven chain gear to interlock with each other;
a first whim wheel installed on a support block on which the first drive chain gear is installed and integrally fixed with the first drive chain gear and the support block;
A first whim gear engaged with the first worm wheel; and
a first rotary handle for rotating the first worm gear;
A large-area plasma generator comprising a.
청구항 10에 있어서,
상기 제2 승강부재는,
상기 제1 승강 플랜지 상에 설치되어, 제1 승강 플랜지의 승강에 연동하여 승강되는 제2 고정 플랜지;
상기 제2 고정 플랜지의 상측에, 제2 고정 플랜지와 근접 또는 원접되는 방향으로 승강 가능하게 배치되는 제2 승강 플랜지;
상부는 상기 제2 승강 플랜지에 지지되고, 하단은 상기 제1 승강봉의 중공부를 통하여 상기 승강 플런저의 상부와 연결되는 제2 승강봉;
하부는 상기 제2 고정 플랜지의 지지블록에 연결되고, 상단은 상기 제2 승강 플랜지에 마련된 암탭블록에 치합되는 복수의 제2 스크류봉;
상기 지지블록 중 어느 한 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 제2 구동 체인기어;
상기 지지블록 중 상기 제1 구동 체인기어가 설치되지 않은 나머지 지지블록의 하부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 제2 종동 체인기어;
상기 제2 구동 체인기어와 제2 종동 체인기어가 연동하도록 연결하는 제2 체인;
상기 제2 구동 체인기어가 설치된 지지블록 상에 설치된 채, 상기 제2 구동 체인기어 및 지지블록과 함께 일체로 고정되는 제2 윔휠;
상기 제2 웜휠과 치합되는 제2 윔기어; 및
상기 제2 웜기어를 회전 조작하는 제2 로터리 핸들;
을 포함하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 10,
The second lifting member,
a second fixed flange installed on the first lifting flange and raised and lowered in conjunction with the raising and lowering of the first lifting flange;
a second lifting flange disposed on an upper side of the second fixing flange to be capable of being raised and lowered in a direction close to or distant from the second fixing flange;
a second lifting bar whose upper part is supported on the second lifting flange and whose lower end is connected to the upper part of the lifting plunger through a hollow part of the first lifting bar;
a plurality of second screw rods, the lower part of which is connected to a support block of the second fixing flange, and the upper part of which is engaged with an arm tab block provided on the second lifting flange;
a second drive chain gear rotatably installed below one of the support blocks;
a plurality of second driven chain gears rotatably installed at lower portions of the remaining support blocks among the support blocks on which the first driving chain gear is not installed;
a second chain connecting the second drive chain gear and the second driven chain gear to interlock with each other;
a second whim wheel installed on the support block on which the second drive chain gear is installed and integrally fixed with the second drive chain gear and the support block;
a second whim gear engaged with the second worm wheel; and
a second rotary handle for rotating the second worm gear;
A large-area plasma generator comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 정합제어기는,
반사파 또는 임피던스를 측정하는 측정부;
상기 측정부로부터 피드백 된 실시간 측정값을 저장하는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 실시간 측정값과 설정값을 비교하여 측정값이 설정값을 초과한 경우, 측정값이 설정값 이하가 될 때까지 상기 승강 플런저의 승강 위치를 조절하는 승강제어부;
를 포함하는 대면적 플라즈마 발생장치.
In claim 1,
The matching controller,
A measuring unit that measures reflected waves or impedance;
a storage unit that stores real-time measurement values fed back from the measurement unit; and
A lifting control unit that compares the real-time measured value stored in the storage unit with the set value and, when the measured value exceeds the set value, adjusts the lifting position of the lifting plunger until the measured value falls below the set value;
A large-area plasma generator comprising a.
초고주파 발진부재의 주파수가 2,450 MHz로 고정된 상태에서,
정합제어기의 측정부에서 반사파를 측정하고,
상기 측정부에서 측정된 실시간 측정값을 저장부에 저장하고,
상기 저장부에 저장된 실시간 측정값과 미리 설정된 설정값을 비교하여, 측정값이 설정값을 초과하는 경우 승강제어부에 의해 승강 플런저의 위치를 재조정하여 반사파가 최소화되는 최적점으로 가변시켜주는 정합방법.
With the frequency of the ultra-high frequency oscillating member fixed at 2,450 MHz,
Measure the reflected wave in the measurement unit of the matching controller,
Store the real-time measurement values measured by the measurement unit in the storage unit,
A matching method that compares the real-time measured value stored in the storage unit with a preset setting value, and if the measured value exceeds the set value, the position of the lifting plunger is readjusted by the lifting control unit to change it to the optimal point where reflected waves are minimized.
초고주파 발진부재의 주파수가 소정 범위내에서 가변되는 상태에서,
주파수 밴드위드쓰영역을 주파수 영역1로 나누고 스캔하여 반사파를 측정하되, 주파수 밴드위드쓰영역을 상기 주파수 영역1인 10MHz로 스캔하고 각 주파수 영역별로 반사파를 측정하여 반사파가 최소화되는 그룹 1을 형성하며,
상기 그룹 1의 반사파가 최소화되는 영역폭 1이 검지되면, 주파수 영역폭2를 상기 주파수 영역1의 1/n 으로 축소하여 2차 탐색하므로써 반사파가 최소화 되는 그룹 2를 형성하고,
상기 2차 탐색 후, 주파수 영역폭 2를 1/m으로 축소하여 주파수 영역3을 탐색하므로써 반사파가 최소화 되는 그룹 3을 형성하여 최적의 주파수를 탐지하는 주파수 그룹핑 탐색에 의한 정합방법.
In a state where the frequency of the ultra-high frequency oscillation member is varied within a predetermined range,
The frequency bandwidth area is divided into frequency area 1 and scanned to measure the reflected wave. The frequency bandwidth area is scanned to 10MHz, which is the frequency area 1, and the reflected wave is measured for each frequency area to form group 1 in which the reflected wave is minimized. ,
When the region width 1 in which the reflected wave of group 1 is minimized is detected, the frequency domain width 2 is reduced to 1/n of the frequency region 1 and performs a secondary search to form group 2 in which the reflected wave is minimized,
After the secondary search, the frequency domain width 2 is reduced to 1/m and the frequency domain 3 is searched, thereby forming group 3 that minimizes the reflected wave and detecting the optimal frequency. A matching method by frequency grouping search.
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