WO2018026129A1 - 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치 - Google Patents

수냉식 표면파 플라즈마 발생장치 Download PDF

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WO2018026129A1
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antenna
dielectric tube
cooling
tube
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유현종
추원일
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한국기초과학지원연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a surface wave plasma generator, and more particularly, to a water-cooled surface wave plasma generator of an indirect cooling method in which leakage of a cooling fluid for cooling a dielectric tube is solved.
  • Surface Wave Plasma is a plasma generated by surface waves propagating to the interface between plasma and dielectric and enables dense plasma.
  • surface wave plasma has a structure in which an electromagnetic wave generator or an antenna is applied outside the chamber. It is very simple, efficient and flexible. In addition, it can operate in a very wide pressure range from several tens of mTorr to atmospheric pressure, the density may have a range of about 10E8 ⁇ 10E15 cm ⁇ -3. In addition, it has a higher electron temperature, which is more efficient than the conventional DC / RF method in dissociating molecules and generating radicals. For this reason, surface wave plasma has been utilized in various fields in the semiconductor processing field, for example, remote cleaning, radical generation, decomposition / reduction of greenhouse gases (SF 6 , CF 4 , PFC, etc.), semiconductor passivation, and film removal processes.
  • SF 6 , CF 4 , PFC, etc. greenhouse gases
  • a plasma generation source using a surfaguide method uses a dielectric discharge tube because of its characteristics.
  • the discharge tube 20 is made of a dielectric through which electromagnetic waves can pass, and discharge gas is injected into the discharge tube 20.
  • electromagnetic waves transmitted through the waveguide 10 are introduced into the discharge tube 20, and the electromagnetic waves introduced into the discharge tube 20 react with discharge gas injected into the discharge tube 20 to discharge the discharge tube ( 20) to generate a plasma.
  • the surface wave plasma discharge tube has a double tube structure for cooling fluid injection, and allows the cooling fluid to flow between each of the inner tube and the outer tube.
  • Cooling of the dielectric discharge tube is usually sufficient by air cooling when the plasma density is low, but when the density is high, direct cooling by a cooling fluid is used.
  • the cooling fluid between the inner and outer tubes There is a side of low efficiency due to its presence.
  • Cooling fluids mainly use dielectric oil and D.I water.
  • the biggest disadvantage of the cooling type structure using the refrigerant is that the cooling fluid can be directly introduced into the chamber when the dielectric discharge tube is cracked.
  • the discharge tube structure of the surface wave plasma apparatus has a major limitation that the surface wave plasma can be limited in its performance, operating area, and applications such as limitation of applied electromagnetic wave power, that is, the limitation of the flow rate of gas that can be processed and the amount of radicals that can be generated. It has been the cause.
  • the problem to be solved by the present invention is that the specification is reduced, the cooling fluid does not flow into the inside of the dielectric tube when the crack of the dielectric tube, the electromagnetic wave input into the dielectric tube is not lost by the cooling fluid.
  • the present invention provides a water-cooled surface wave plasma generator capable of efficiently transmitting electromagnetic waves into a dielectric tube without losing electromagnetic waves.
  • the water-cooled surface wave plasma generator of the present invention comprises a waveguide for transmitting electromagnetic waves;
  • a dielectric tube comprising: a dielectric tube, the first end of the dielectric tube being electromagnetically coupled with the waveguide to allow the introduction of electromagnetic waves transmitted in the waveguide; It is in the form of a hollow tube, the inner surface of the tube surrounds the whole or part of the length of the portion of the dielectric tube exposed to the outside of the waveguide so as to contact the outer surface of the dielectric tube, and the cooling fluid injected from the outside of the tube
  • a cooling jacket including a first cooling channel moving along the longitudinal direction and the circumferential direction of the tube and positioned between the inner and outer surfaces of the tube;
  • a discharge gas injector connected in fluid communication with the dielectric tube to inject a discharge gas into the dielectric tube.
  • the discharge gas injection unit is connected in fluid communication with the dielectric tube at a position adjacent to the first end of the dielectric tube electromagnetically coupled with the waveguide.
  • the water-cooled surface wave plasma generator further comprises an antenna, the antenna protruding from the inner surface position of the waveguide toward the first end of the dielectric tube and facing the first end of the dielectric tube. have.
  • the first end of the dielectric tube is located inside the waveguide through a surface of the waveguide located inside the cooling jacket or opposite the antenna, and the protruding length of the antenna located within the waveguide is the first length of the dielectric tube. It may be of a length that may abut or be spaced apart from the end.
  • the protruding length of the antenna located in the waveguide is at least 1/2 the height C of the height C in the waveguide parallel to the projecting direction of the antenna, wherein the first end of the dielectric tube is the cooling jacket. As it penetrates one surface of the waveguide located inside or opposite to the antenna, it may be positioned inside the waveguide to be in contact with or spaced apart from the antenna.
  • the thickness or diameter (A) of the antenna may be smaller than the inner diameter (B) of the dielectric tube.
  • the water-cooled surface wave plasma generating apparatus further comprises a cooling fluid circulation section having a second cooling flow path through which the cooling fluid circulates, wherein the cooling fluid circulation section is formed integrally with the antenna at the rear end of the antenna and the antenna May be coupled to the waveguide so as to penetrate the waveguide and be positioned within the waveguide.
  • it may further include a cooling fluid circulation pipe connected to the second cooling channel from the first cooling channel.
  • a cover made of a dielectric coupled to at least one of the waveguide, antenna, and dielectric so as to surround the first end of the antenna and dielectric tube or to surround the antenna and contact the first end of the dielectric tube.
  • the member may further include.
  • the size is reduced, the cooling fluid does not flow into the dielectric tube when the dielectric tube is cracked, the electromagnetic wave input into the dielectric tube by the cooling fluid There is no loss, there is an advantage that can efficiently transfer the electromagnetic waves into the dielectric tube without loss of electromagnetic waves.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a conventional surface wave plasma apparatus.
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance of the water-cooled surface wave plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the water-cooled surface wave plasma generator shown in FIG. 2.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing another example of the electromagnetic wave coupling state of the dielectric tube through the antenna of the water-cooled surface-wave plasma generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the electromagnetic wave coupling state of the dielectric tube through the antenna of the water-cooled surface wave plasma generator according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a water-cooled surface wave plasma generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the water-cooled surface wave plasma generator shown in FIG. 2.
  • the water-cooled surface wave plasma generator includes a waveguide 100, a dielectric tube 200, a cooling jacket 300, and a discharge gas injector 400. .
  • the waveguide 100 receives the electromagnetic wave generated from the oscillator and transfers the electromagnetic wave along the transmission path therein.
  • the waveguide 100 may be a waveguide having an impedance through which electromagnetic waves in a frequency range of 2.45 GHz may be input.
  • the dielectric tube 200 is a discharge tube for generating a plasma of high temperature by the electromagnetic wave and the discharge gas in the inner space.
  • the dielectric tube 200 is coupled to the waveguide 100 to receive electromagnetic waves into the internal space.
  • the dielectric tube 200 may have a first end 210 penetrated through one surface of the waveguide 100 as shown in FIG. 2 so that the first end 210 side may be inserted into the waveguide 100. have.
  • power of electromagnetic waves transmitted in the waveguide 100 through a portion inserted into the waveguide 100 may form an electromagnetic coupling state in which power of the electromagnetic wave may be input into the internal space of the dielectric tube 200.
  • the shape of the dielectric tube 200 is not particularly limited.
  • the dielectric tube 200 may have a cylindrical shape.
  • the cooling jacket 300 is provided to cool the dielectric tube 200.
  • the cooling jacket 300 is formed in the form of a hollow tube having an inner diameter capable of wrapping the dielectric tube 200 so that an inner surface thereof is in contact with an outer surface of the dielectric tube 200 to surround the dielectric tube 200.
  • the length of the cooling jacket 300 is not particularly limited, and may have a length that may cover the entirety or a part of the length of a portion of the dielectric tube 200 exposed to the outside of the waveguide 100.
  • the cooling jacket 300 may include the waveguide 100. It may be provided to surround the entire length of a portion of the dielectric tube 200 exposed to the outside.
  • the cooling jacket 300 includes a first cooling passage 310 for circulating the cooling fluid as to cool the dielectric tube 200.
  • the first cooling passage 310 is formed to move the cooling fluid along the longitudinal direction and the circumferential direction of the cooling jacket 300.
  • the first cooling passage 310 may have a circular ring shape when the cooling jacket 300 is viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, and may have a circular ring shape extending in the longitudinal direction of the cooling jacket 300.
  • the first cooling passage 310 is positioned between the inner surface and the outer surface of the cooling jacket 300 so as not to contact the outer surface of the dielectric tube 200. Accordingly, the cooling fluid moving along the first cooling passage 310 may move only inside the cooling jacket 300 without contacting the dielectric tube 200.
  • the first cooling passage 310 may include an inlet and an outlet to allow the cooling fluid to circulate into and out of the cooling jacket 300.
  • the cooling jacket 300 is for cooling the dielectric tube 200 by wrapping the dielectric tube 200, it is preferably provided with a high thermal conductivity metal material.
  • the cooling jacket 300 may be made of aluminum.
  • the discharge gas injector 400 is connected in fluid communication with the dielectric tube 200 to inject the discharge gas into the dielectric tube 200.
  • the discharge gas injection unit 400 penetrates the cooling jacket 300 and is connected to the dielectric pipe 200, and a gas injection hole 420 provided at an upper end of the gas injection pipe 410. It may include.
  • the gas injection pipe 410 penetrates the cooling jacket 300 so as not to pass through the first cooling passage 310 formed in the cooling jacket 300.
  • the discharge gas injection unit 400 is disposed at a position where interference does not occur in the first cooling channel 310.
  • the discharge gas is easily injected to discharge the plasma so that the discharge gas reacts with the electromagnetic waves.
  • the portion 400 is disposed at a position adjacent to the first end 210 of the dielectric tube 200.
  • the water-cooled surface wave plasma generating apparatus includes an antenna unit 500 and the cover member 600 to efficiently transmit electromagnetic waves to the dielectric tube (200).
  • the antenna unit 500 includes an antenna 510 and a cooling fluid circulation unit 520.
  • the antenna 510 protrudes in the direction of the dielectric tube 200 from the inner side of one surface of the waveguide 100 facing the longitudinal direction of the dielectric tube 200 in the waveguide 100.
  • the antenna 510 is columnar. For example, it may be cylindrical.
  • the antenna 510 radiates electromagnetic waves transmitted in the waveguide 100 toward the first end 210 of the dielectric tube 200 to input electromagnetic waves into the dielectric tube 200.
  • the protruding length of the antenna 510 may be a length that can be spaced or in contact with the first end 210 of the dielectric tube 200.
  • the protruding length of the antenna 510 may be equal to or greater than half the height C of the height C in the waveguide 100 parallel to the protruding direction of the antenna 510.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing another example of the electromagnetic wave coupling state of the dielectric tube through the antenna of the water-cooled surface-wave plasma generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a water-cooled surface-wave plasma generation according to an embodiment of the present invention
  • the protruding length of the antenna 510 has a length corresponding to the height of 1/2 of the height C in the waveguide 100 parallel to the protruding direction of the antenna 510.
  • the length inserted into the waveguide 100 of the first end 210 of the dielectric tube 200 may be a length that can be spaced apart from the antenna 510.
  • the protruding length of the antenna 510 may be a length that can penetrate one surface of the waveguide 100 adjacent to the dielectric tube 200, wherein the length of the dielectric tube 200
  • the first end 210 may be located inside the cooling jacket 300 to face the antenna 510 in close proximity.
  • the protruding length of the antenna 510 may be a length that may be inserted into the cooling jacket 300 through one surface of the waveguide 100 adjacent to the dielectric tube 200.
  • the first end 210 of the dielectric tube 200 may be located inside the cooling jacket 300 to face the antenna 510 in close proximity.
  • the thickness or diameter A of the columnar shape of the antenna 510 is larger than the inner diameter B of the dielectric tube 200. It is formed to have a small thickness or diameter. Since the thickness or diameter A of the antenna 510 is smaller than the inner diameter B of the dielectric tube 200, electromagnetic waves radiated from the antenna 510 may be evenly radiated throughout the diameter direction of the dielectric tube 200. .
  • the cooling fluid circulation unit 520 is integrally formed with the antenna 510 at the rear end of the antenna 510 and includes a second cooling passage 521.
  • the cooling fluid circulation unit 520 may have a disk shape having a thickness capable of circulating the cooling fluid.
  • the second cooling channel 521 is formed inside the disk, and in this case, the second cooling channel 521 may be formed in a circular ring shape along the circumferential direction of the disk shape.
  • the second cooling channel 521 may include an inlet and an outlet to circulate the cooling fluid into and out of the cooling fluid circulation part 520.
  • the antenna unit 500 may be made of a metal having high thermal conductivity.
  • it may be made of a copper material.
  • the cover member 600 connects the antenna 510 and the dielectric tube 200.
  • the cover member 600 is coupled to the waveguide 100 to surround the first end 210 of the dielectric tube 200 inserted into the antenna 510 and the waveguide 100 as shown in FIG. 3.
  • the cover member 600 may be combined with the waveguide 100 to surround the entirety of the antenna 510 and to contact the dielectric tube 200 as illustrated in FIG. 4.
  • the cover member 600 surrounds the entirety of the antenna 510 inserted into the cooling jacket 300, as shown in FIG. 5, and the waveguide 100 contacts the dielectric tube 200. It can be combined with
  • the cover member 600 is made of a dielectric. As the cover member 600 is made of a dielectric, electromagnetic waves transmitted from the inside of the waveguide 100 may be transmitted to the antenna 510 and may not block electromagnetic waves transmitted to the dielectric tube 200 through the antenna 510. Do not.
  • the cover member 600 serves as a connecting material for contacting the antenna 510 and the dielectric tube 200, whereby the heat of the antenna 510 cooled through the second cooling passage 521 is transferred to the dielectric tube 200. It may be conducted to the first end 210 of the to cool the first end 210 of the dielectric tube 200.
  • the cooling fluid circulates independently of the first cooling channel 310 of the cooling jacket 300 and the second cooling channel 521 of the antenna unit 500 through which the cooling fluid circulates, respectively, as shown in FIG. 1.
  • the cooling fluid circulation pipe 700 is connected to the first cooling flow path 310 and the second cooling flow path 521 so that the cooling fluid flows from the first cooling flow path 310 to the second cooling flow path 521 or the first cooling flow path 310. 2 may be circulated from the cooling passage 521 to the first cooling passage 310.
  • the cooling fluid circulation pipe 700 may be connected between the outlet portion 521a of the second cooling passage 521 and the inlet portion 310a of the first cooling passage 310.
  • the cooling fluid flows into the inlet portion 521b of the second cooling passage 521 and then sequentially along the second cooling passage 521, the cooling fluid circulation pipe 700, and the first cooling passage 310.
  • the cooling fluid discharged to the outlet 310b of the first cooling channel 310 and the cooling fluid discharged to the outlet 310b of the first cooling channel 310 may store and pump the cooling fluid and supply the cooling fluid.
  • the cooling fluid After being recovered to the cooling fluid supply unit (not shown), the cooling fluid may be supplied to the inlet part 521b of the second cooling channel 521 and circulated.
  • the electromagnetic wave oscillated from the oscillator is input to the waveguide 100, and the discharge gas is injected through the discharge gas injection unit 400.
  • the electromagnetic wave transmitted from the waveguide 100 radiates the electromagnetic wave toward the first end 210 of the dielectric tube 200 by the antenna 510 positioned in the waveguide 100.
  • the antenna 510 or the antenna 510 and the first end 210 of the dielectric tube 200 are wrapped in the cover member 600, which is a dielectric, so that electromagnetic waves transmitted in the waveguide 100 are transmitted to the antenna 510.
  • the cover member 600 which is a dielectric
  • the electromagnetic wave radiated from the antenna 510 is effectively transmitted to the first end 210 of the dielectric tube 200 without loss and the electromagnetic wave is input into the dielectric tube 200.
  • Electromagnetic waves input into the dielectric tube 200 react with discharge gas injected into the dielectric tube 200 from the discharge gas injection unit 400 to generate a high temperature plasma.
  • the inlet portion 521b of the second cooling passage 521 in the cooling fluid circulation portion 520 of the antenna portion 500 is cooled. Fluid can be injected.
  • the cooling fluid injected into the second cooling channel 521 moves along the second cooling channel 521.
  • the antenna 510 integrally formed with the cooling fluid circulation unit 520 and the cooling fluid circulation unit 520 of the antenna unit 500 is cooled.
  • the cover member 600 since the antenna 510 is connected to the first end 210 of the dielectric tube 200 through the cover member 600, the heat of the antenna 510 cooled as the antenna 510 is cooled is the cover member 600. ) Is conducted to the first end 210 of the dielectric tube 200, whereby the first end 210 side of the dielectric tube 200 may be cooled.
  • the cooling fluid flows along the cooling fluid circulation pipe 700 connected to the outlet portion 521a of the second cooling passage 521 and the inlet portion 310a of the first cooling passage 310. It moves in the direction and flows into the first cooling passage 310.
  • the cooling fluid introduced into the first cooling passage 310 moves along the first cooling passage 310 along the longitudinal and circumferential directions of the cooling jacket 300, whereby the cooling jacket 300 is cooled.
  • the heat of the cooled cooling jacket 300 is conducted to the dielectric tube 200 so that the dielectric tube 200 is cooled.
  • the cooling fluid in the first cooling channel 310 is discharged to the outside of the cooling jacket 300 through the outlet portion 310b of the first cooling channel 310, and is recovered to the cooling fluid supply unit as described above, and then the second It may be supplied to the inlet portion 521b of the cooling passage 521 and circulated.
  • the water-cooled surface wave plasma generator according to the present invention has a structure in which the electromagnetic wave is transmitted toward the end of the dielectric tube 200 through the antenna 510 located inside the waveguide 100, and the discharge tube penetrates the waveguide.
  • the dielectric tube 200 is wrapped with the cooling jacket 300, the inner surface of the cooling jacket 300 is wrapped so as to contact the outer surface of the dielectric tube 200, the first cooling formed in the cooling jacket 300 Since the cooling fluid circulates through the flow path 310, the dielectric tube 200 is indirectly cooled through the heat conduction of the cooling jacket 300, so that the dielectric tube 200 is continuously in contact with the high temperature plasma for a long time. Even if it occurs, the problem that the cooling fluid flows into the dielectric tube 200 can be prevented.
  • the electromagnetic wave is transmitted toward the end of the dielectric tube 200 through the antenna 510 located inside the waveguide 100.
  • the dielectric tube since the cooling fluid does not pass into the waveguide 100, the dielectric tube There is an advantage that can prevent the problem that the power of the electromagnetic wave input to the 200 is lost by the cooling fluid.
  • the protruding length of the antenna 510 has a length corresponding to the height of 1/2 or more of the height C of the waveguide 100 parallel to the protruding direction of the antenna 510 in the waveguide 100, and the antenna
  • the thickness or diameter (A) of the 510 is formed to have a thickness or diameter smaller than the inner diameter (B) of the dielectric tube 200, so that the power of electromagnetic waves inside the dielectric tube 200 through the antenna 510 without losing power. There is an advantage that can be delivered efficiently.
  • the cover member 600 which is a dielectric, is provided to surround the antenna 510 in the waveguide 100, electromagnetic waves transmitted in the waveguide 100 are efficiently transmitted to the entire antenna 510 through the cover member 600.
  • the cover member 600 acts as a connecting material for contacting the antenna 510 and the dielectric tube 200, so that the heat of the antenna 510 cooled through the cooling fluid circulating through the second cooling channel 521 is a dielectric material.

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Abstract

수냉식 표면파 플라즈마 발생장치가 개시된다. 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 전자기파를 전송하는 도파관; 유전체관으로서, 상기 도파관 내에서 전송되는 전자기파의 유입이 가능하도록 상기 유전체관의 제1 단부가 상기 도파관과 전자파 커플링된 유전체관; 중공의 관 형태이고, 관의 내면이 상기 유전체관의 외면과 접촉하도록 상기 도파관의 외부로 노출되어 있는 상기 유전체관의 일부분의 길이 전체 또는 일부를 감싸고 있고, 관의 외부로부터 주입된 냉각유체를 관의 길이방향 및 원주방향을 따라 이동시키며 관의 내면 및 외면 사이에 위치하고 있는 제1 냉각유로를 포함하는 냉각자켓; 및 상기 유전체관과 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 유전체관의 내부로 방전가스를 주입하는 방전가스 주입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수냉식 표면파 플라즈마 발생장치
본 발명은 표면파 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유전체관을 냉각시키기 위한 냉각유체의 누출이 해결된 간접 냉각방식의 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
표면파 플라즈마는 플라즈마와 유전체의 경계면으로 전파되는 표면파에 의해 생되는 플라즈마로 과밀한 플라즈마를 가능하게 하고, 전자기파 발생장치(Applicator)나 안테나가 챔버의 외부에 적용되는 구조를 가지므로 기존 RF 플라즈마에 비해 매우 간단하고 효율적이며 유연한 구조를 가진다. 또한, 수십 mTorr에서 대기압까지 매우 넓은 압력범위에서 운전이 가능하며, 밀도는 약 10E8 ~ 10E15 ㎝^-3의 영역을 가질 수 있다. 또한, 높은 전자온도를 가져 분자의 해리와 라디칼 생성에 있어 기존 DC/RF 방식보다 효율적이다. 이로 인해 표면파 플라즈마는 반도체 공정분야, 예를 들면, 원격 세정, 라디칼 생성, 온실가스(SF6, CF4, PFC 등)의 분해/경감, 반도체 부동화 및 피막제거 공정 등에서 다양하게 활용되어 오고 있다.
표면파 플라즈마의 대표적인 예인 서파가이드(surfaguide) 방식에 의한 플라즈마 발생원은 원리적 특성상 유전체 방전관을 사용하는데, 이는 도 1과 같이 전자기파를 전송하는 도파관(10)을 방전관(20)이 전자기파 전송 방향에 수직하게 관통하고 있다. 그리고 방전관(20)은 전자기파가 통과할 수 있는 유전체로 이루어지고, 방전관(20)의 내부에는 방전가스가 주입되도록 구성된다. 이러한 구조에서 도파관(10)을 통해 전송되는 전자기파는 방전관(20)의 내측으로 도입되고, 방전관(20)의 내측으로 도입된 전자기파는 방전관(20)의 내부로 주입된 방전가스와 반응하여 방전관(20)의 내부에 플라즈마를 생성한다.
이러한 도 1과 같은 표면파 플라즈마 장치는 표면파 발생을 위해서 전자기파가 유전체를 지나 방전가스로 전달되도록 해야 하고 이때, 발생된 플라즈마가 매우 높은 열부하를 가지기 때문에, 유전체인 방전관을 효율적으로 냉각해 방전관 파열 및 손상을 방지해야 한다. 이를 위해서, 표면파 플라즈마 방전관은 냉각유체 주입을 위해 이중관 구조를 가지도록 하며, 각각의 내부관 및 외부관 사이로 냉각유체를 흐르게 한다.
유전체 방전관의 냉각은 보통 플라즈마 밀도가 낮은 경우에는 공냉에 의해서도 충분한 냉각이 되지만, 밀도가 높은 경우 냉각유체에 의한 직접 냉각방식을 이용하는데, 전자기파의 전달 측면에서는 내부관 및 외부관 사이의 냉각유체의 존재로 인해 효율이 낮은 측면이 있다.
냉각유체의 종류는 크게 유전체 기름(dielectric oil)과 비이온수(D.I water)를 사용한다.
유전체 기름의 경우 유전체의 낮은 손실 탄젠트(Loss tangent)로 인해 전자기파 전달효율에는 큰 손실이 없지만, 기름의 낮은 냉각효율로 인해 높은 압력과 큰 유량의 냉각순환이 필요하며, 이를 위해 높은 전력소비가 필요한 추가적인 기름 냉각기(Oil chiller)가 요구된다. 무엇보다 가장 큰 단점은 청정도를 가장 중요하게 생각하는 반도체/디스플레이 공정분야에서 이 기름 냉각유체가 큰 오염원이 될 수 있기 때문에, 냉각유체로써 기름 사용을 꺼린다는 점이다. 이를 개선하기 위해 상기 비이온수를 사용하며, 이 비이온수는 냉각효율은 좋지만 유전체 기름처럼 높은 순도의 유전체 특성을 갖기는 어려워 유전체 기름을 사용하는 것 보다는 높은 에너지 손실을 겪게 된다. 따라서 방전관 설계 시 전자기파 손실이 최소화되도록 한 방전관 디자인이 필요하다.
이처럼 냉매를 사용하는 냉각 방식 구조의 가장 큰 단점은 유전체 방전관의 균열 발생 시 냉각유체가 챔버 내부로 곧바로 유입될 수 있는 것으로 이를 근본적으로 해결할 수 있는 방법이 필요하다.
이러한 표면파 플라즈마 장치의 방전관 구조는 인가 전자기파 파워의 제한, 즉 이로 인한 처리 가능한 가스 유량의 제한과 생성할 수 있는 라디칼 양의 감소 등 표면파 플라즈마가 그 성능과 운전영역, 활용분야 등에서 제한될 수 있는 주요 원인으로 작용해 왔다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 규격이 감소되며, 유전체관의 균열시 냉각유체가 유전체관의 내부로 냉각유체가 유입되지 않으며, 유전체관의 내부로 입력되는 전자기파가 냉각유체에 의해 손실되지 않으며, 전자기파의 손실 없이 유전체관 내부로 전자기파를 효율적으로 전달할 수 있도록 한 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 전자기파를 전송하는 도파관; 유전체관으로서, 상기 도파관 내에서 전송되는 전자기파의 유입이 가능하도록 상기 유전체관의 제1 단부가 상기 도파관과 전자파 커플링된 유전체관; 중공의 관 형태이고, 관의 내면이 상기 유전체관의 외면과 접촉하도록 상기 도파관의 외부로 노출되어 있는 상기 유전체관의 일부분의 길이 전체 또는 일부를 감싸고 있고, 관의 외부로부터 주입된 냉각유체를 관의 길이방향 및 원주방향을 따라 이동시키며 관의 내면 및 외면 사이에 위치하고 있는 제1 냉각유로를 포함하는 냉각자켓; 및 상기 유전체관과 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 유전체관의 내부로 방전가스를 주입하는 방전가스 주입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방전가스 주입부는 상기 도파관과 전자파 커플링된 상기 유전체관의 제1 단부에 인접한 위치에서 상기 유전체관과 유체 소통 가능하게 연결된다.
일 실시예로, 상기 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 안테나를 더 포함하고, 상기 안테나는 상기 도파관의 안쪽면 위치로부터 상기 유전체관의 제1 단부를 향해 돌출되어 상기 유전체관의 제1 단부에 대향할 수 있다.
상기 유전체관의 제1 단부는 상기 냉각자켓 내부에 위치하거나 상기 안테나에 대향하는 상기 도파관의 일면을 관통하여 도파관 내부에 위치하고, 상기 도파관 내에 위치하는 상기 안테나의 돌출된 길이는 상기 유전체관의 제1 단부와 접하거나 이격될 수 있는 길이일 수 있다.
바람직하게는, 상기 도파관 내에 위치하는 상기 안테나의 돌출된 길이는 상기 안테나의 돌출방향에 평행한 도파관 내의 높이(C)의 1/2 이상의 높이이고, 이때 상기 유전체관의 제1 단부는 상기 냉각자켓 내부에 위치하거나 상기 안테나에 대향하는 상기 도파관의 일면을 관통함에 따라 도파관 내부에 위치하여 상기 안테나와 접하거나 이격될 수 있다.
상기 안테나의 두께 또는 직경(A)은 상기 유전체관의 내경(B)보다 작을 수 있다.
일 실시예로, 상기 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 냉각유체가 순환하는 제2 냉각유로를 갖는 냉각유체 순환부를 더 포함하고, 상기 냉각유체 순환부는 상기 안테나의 후단에서 상기 안테나와 일체로 형성되어 상기 안테나가 상기 도파관을 관통하여 도파관 내에 위치하도록 상기 도파관과 결합될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 냉각유로로부터 제2 냉각유로로 연결되어 있는 냉각유체 순환관을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 안테나 및 유전체관의 제1 단부를 감싸거나 상기 안테나를 감싸고 상기 유전체관의 제1 단부와는 접하는 형태가 되도록 상기 도파관, 안테나, 유전체 중 하나 이상에 결합되는 유전체로 이루어진 덮개부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치에 의하면, 규격이 감소되며, 유전체관의 균열시 냉각유체가 유전체관의 내부로 냉각유체가 유입되지 않으며, 유전체관의 내부로 입력되는 전자기파가 냉각유체에 의해 손실되지 않으며, 전자기파의 손실 없이 유전체관 내부로 전자기파를 효율적으로 전달할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 통상적인 표면파 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 안테나를 통한 유전체관의 전자파 커플링 상태의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 안테나를 통한 유전체관의 전자파 커플링 상태의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는, 도파관(100), 유전체관(200), 냉각자켓(300) 및 방전가스 주입부(400)를 포함한다.
도파관(100)은 발진기로부터 생성된 전자기파를 인가받아 내부의 전송로를 따라 전자기파를 이송한다. 일 예로, 도파관(100)은 2.45GHz의 주파수 범위의 전자파가 입력될 수 있는 임피던스를 갖는 도파관일 수 있다.
유전체관(200)은 내부공간에서 전자기파 및 방전가스가 반응하여 고온의 플라즈마를 생성하는 방전관이다. 유전체관(200)은 내부공간으로 전자기파가 입력되기 위해 도파관(100)에 커플링된다. 일 예로, 유전체관(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 단부(210)가 도파관(100)의 일면에 관통되어 제1 단부(210)측이 도파관(100)의 내부로 삽입될 수 있다. 이러한 경우, 도파관(100)의 내부로 삽입된 부분을 통해 도파관(100) 내에서 전송되는 전자기파의 파워가 유전체관(200)의 내부공간으로 입력될 수 있는 전자파 커플링 상태를 이룰 수 있다. 유전체관(200)의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 유전체관(200)은 원통 형상일 수 있다.
냉각자켓(300)은 유전체관(200)을 냉각시키기 위해 구비된다. 냉각자켓(300)은 유전체관(200)을 감쌀 수 있는 내경을 갖는 중공의 관 형태로 이루어져서 내면이 유전체관(200)의 외면과 접촉하여 유전체관(200)을 감싸도록 구비된다. 냉각자켓(300)의 길이에는 특별한 제한은 없으며, 도파관(100)의 외부로 노출되어 있는 유전체관(200)의 일부분의 길이 전체 또는 일부를 감쌀 수 있는 길이를 가질 수 있다. 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이 유전체관(200)의 제1 단부(210)가 도파관(100)의 일면을 관통하여 도파관(100) 내에 위치하는 경우 냉각자켓(300)은 도파관(100)의 외부로 노출되어 있는 유전체관(200)의 일부분의 길이 전체를 감싸도록 구비될 수 있다.
이러한 냉각자켓(300)은 앞서 언급한 바와 같이 유전체관(200)을 냉각시키기 위한 것으로서 냉각유체를 순환시키는 제1 냉각유로(310)를 포함한다. 제1 냉각유로(310)는 냉각유체를 냉각자켓(300)의 길이방향 및 원주방향을 따라 이동시키도록 형성된다. 예를 들면, 제1 냉각유로(310)는 냉각자켓(300)을 축방향에 수직한 단면으로 볼 때 원형 고리 형상이고 원형 고리 형상이 냉각자켓(300)의 길이방향으로 연장되는 형태일 수 있다. 이러한 제1 냉각유로(310)는 냉각자켓(300)의 내면 및 외면의 사이에 위치하여 유전체관(200)의 외면과 접하지 않도록 위치한다. 이에 따라, 제1 냉각유로(310)를 따라 이동하는 냉각유체는 유전체관(200)에 접하지 않고 냉각자켓(300)의 내부에서만 이동할 수 있다. 또한 제1 냉각유로(310)는 냉각유체가 냉각자켓(300)의 내외로 순환하도록 입구부 및 출구부를 포함할 수 있다.
또한 냉각자켓(300)은 유전체관(200)을 감싸서 유전체관(200)을 냉각시키기 위한 것으로서 열전도도가 높은 금속 재질로 구비되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 냉각자켓(300)은 알루미늄 재질일 수 있다.
방전가스 주입부(400)는 유전체관(200)과 유체 소통 가능하게 연결되어 유전체관(200)의 내부로 방전가스를 주입한다. 일 예로, 방전가스 주입부(400)는 냉각자켓(300)을 관통하여 유전체관(200)에 연결되는 가스주입관(410) 및 가스주입관(410)의 상단부에 구비된 가스주입구(420)를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 가스주입관(410)은 냉각자켓(300)에 형성된 제1 냉각유로(310)를 지나지 않도록 냉각자켓(300)에 관통된다. 이러한 방전가스 주입부(400)의 위치는 제1 냉각유로(310)에 간섭이 발생되지 않는 위치에 배치되며, 바람직하게는, 방전가스가 전자기파와 용이하게 반응하여 플라즈마가 발생되기 위해 방전가스 주입부(400)는 유전체관(200)의 제1 단부(210)에 인접한 위치에 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 유전체관(200)으로 전자기파를 효율적으로 전달하기 위해 안테나부(500) 및 덮개부재(600)를 포함한다.
안테나부(500)는 안테나(510) 및 냉각유체 순환부(520)를 포함한다.
안테나(510)는 도파관(100)의 내부에서 유전체관(200)의 길이방향에 대향하는 도파관(100)의 일면의 안쪽면으로부터 유전체관(200) 방향으로 돌출된다. 안테나(510)는 기둥형상이다. 예를 들면, 원기둥 형상일 수 있다. 이러한 안테나(510)는 도파관(100) 내에서 전송되는 전자기파를 유전체관(200)의 제1 단부(210)를 향해 방사하여 유전체관(200)의 내부로 전자기파를 입력한다.
이러한 안테나(510)의 돌출된 길이는 유전체관(200)의 제1 단부(210)와 이격되거나 접할 수 있는 길이일 수 있다. 바람직하게는, 안테나(510)의 돌출된 길이는 안테나(510)의 돌출방향에 평행한 도파관(100) 내의 높이(C)의 1/2의 높이 이상의 길이일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 안테나를 통한 유전체관의 전자파 커플링 상태의 다른 예를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치의 안테나를 통한 유전체관의 전자파 커플링 상태의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 3에는 안테나를 통한 유전체관의 전자파 커플링된 상태의 일 예가 도시되어 있다. 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이 안테나(510)의 돌출된 길이는 안테나(510)의 돌출방향에 평행한 도파관(100) 내의 높이(C)의 1/2의 높이에 대응하는 길이를 갖도록 배치될 수 있고, 이때, 유전체관(200)의 제1 단부(210)의 도파관(100) 내로 삽입된 길이는 안테나(510)와 이격될 수 있는 길이일 수 있다.
다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 안테나(510)의 돌출된 길이는 유전체관(200)과 인접한 도파관(100)의 일면을 관통할 수 있는 길이일 수 있고, 이때, 유전체관(200)의 제1 단부(210)는 냉각자켓(300)의 내부에 위치하여 안테나(510)와 근접하게 대향될 수 있다.
또 다른 예로, 도 5에 도시된 바와 같이 안테나(510)의 돌출된 길이는 유전체관(200)과 인접한 도파관(100)의 일면을 관통하여 냉각자켓(300)의 내부까지 삽입될 수 있는 길이일 수 있고, 이때, 유전체관(200)의 제1 단부(210)는 냉각자켓(300)의 내부에 위치하여 안테나(510)와 근접하게 대향될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5에서의 안테나를 통한 유전체관의 전자파 커플링 상태의 예시들에서, 안테나(510)의 기둥형상의 두께 또는 직경(A)은 유전체관(200)의 내경(B)보다 작은 두께 또는 직경을 갖도록 형성된다. 안테나(510)의 두께 또는 직경(A)이 유전체관(200)의 내경(B)보다 작게 형성되므로 안테나(510)로부터 방사되는 전자기파는 유전체관(200)의 직경 방향 전체에 고르게 방사될 수 있다.
냉각유체 순환부(520)는 안테나(510)의 후단에서 안테나(510)와 일체로 형성되며, 제2 냉각유로(521)를 포함한다. 일 예로, 냉각유체 순환부(520)는 냉각유체의 순환이 가능한 두께를 갖는 원판 형상일 수 있다. 원판의 내부에는 상기 제2 냉각유로(521)가 형성되며, 이러한 경우 제2 냉각유로(521)는 원판 형상의 내부에 원판 형상의 원주 방향을 따라 원형 고리 형상으로 형성될 수 있다. 제2 냉각유로(521)는 냉각유체 순환부(520)의 내외로 냉각유체가 순환하도록 입구부 및 출구부를 포함할 수 있다.
이러한 안테나부(500)는 열전도성이 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 구리 재질로 이루어질 수 있다.
덮개부재(600)는 안테나(510) 및 유전체관(200)을 연결한다. 일 예로, 덮개부재(600)는 도 3에 도시된 바와 같이 안테나(510) 및 도파관(100) 내로 삽입되어 있는 유전체관(200)의 제1 단부(210)를 감싸도록 도파관(100)과 결합될 수 있다. 다른 예로, 덮개부재(600)는 도 4에 도시된 바와 같이 안테나(510)의 전부를 감싸고 유전체관(200)과는 접촉되도록 도파관(100)과 결합될 수 있다. 또 다른 예로, 덮개부재(600)는 도 5에 도시된 바와 같이 일부분이 냉각자켓(300)의 내부로 삽입된 안테나(510)의 전부를 감싸고 유전체관(200)과는 접촉되도록 도파관(100)과 결합될 수 있다.
이러한 덮개부재(600)는 유전체로 이루어진다. 덮개부재(600)가 유전체로 이루어짐에 따라 도파관(100)의 내부에서 전송되는 전자기파가 안테나(510)에 전달될 수 있고, 안테나(510)를 통해 유전체관(200)에 전달되는 전자기파를 차단하지 않는다. 또한 덮개부재(600)는 안테나(510) 및 유전체관(200)을 접촉시키는 연결재로서 작용하며, 이에 의해 제2 냉각유로(521)를 통해 냉각된 안테나(510)의 열이 유전체관(200)의 제1 단부(210)로 전도되어 유전체관(200)의 제1 단부(210)를 냉각시킬 수 있다.
한편, 냉각유체가 순환하는 냉각자켓(300)의 제1 냉각유로(310) 및 안테나부(500)의 제2 냉각유로(521)는 각각 독립적으로 냉각유체가 순환할 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 냉각유로(310) 및 제2 냉각유로(521)에 냉각유체 순환관(700)이 연결되어 냉각유체가 제1 냉각유로(310)로부터 제2 냉각유로(521)로 또는 제2 냉각유로(521)로부터 제1 냉각유로(310)로 순환할 수도 있다.
일 예로, 냉각유체 순환관(700)은 제2 냉각유로(521)의 출구부(521a) 및 제1 냉각유로(310)의 입구부(310a)의 사이에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 냉각유체는 제2 냉각유로(521)의 입구부(521b)로 유입된 후 순차적으로 제2 냉각유로(521), 냉각유체 순환관(700) 및 제1 냉각유로(310)를 따라 이동한 후 제1 냉각유로(310)의 출구부(310b)로 배출될 수 있고, 제1 냉각유로(310)의 출구부(310b)로 배출된 냉각유체는 냉각유체를 저장 및 펌핑하여 공급하는 냉각유체 공급부(미도시)로 회수된 후 다시 제2 냉각유로(521)의 입구부(521b)로 공급되어 순환될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치에서 플라즈마가 생성되는 과정을 설명한다.
먼저, 발진기로부터 발진된 전자기파를 도파관(100)에 입력하고, 방전가스 주입부(400)를 통해 방전가스를 주입한다.
도파관(100)에서 전송되는 전자기파는 도파관(100) 내에 위치하는 안테나(510)는 전자기파를 유전체관(200)의 제1 단부(210)를 향해 방사한다. 이때, 안테나(510) 또는 안테나(510) 및 유전체관(200)의 제1 단부(210)는 유전체인 덮개부재(600)가 감싸고 있으므로 도파관(100) 내에서 전송되는 전자기파가 안테나(510)에 효율적으로 전달되며, 이에 의해 안테나(510)로부터 방사되는 전자기파는 손실 없이 효과적으로 유전체관(200)의 제1 단부(210)로 전달되어 유전체관(200)의 내부로 전자기파가 입력된다.
유전체관(200)의 내부로 입력된 전자기파는 방전가스 주입부(400)로부터 유전체관(200)의 내부로 주입되는 방전가스와 반응하여 고온의 플라즈마를 생성한다.
생성된 고온의 플라즈마를 통해 온도가 상승된 유전체관(200)을 냉각시키기 위해, 안테나부(500)의 냉각유체 순환부(520) 내의 제2 냉각유로(521)의 입구부(521b)로 냉각유체를 주입할 수 있다. 이러한 경우, 제2 냉각유로(521)로 주입된 냉각유체는 제2 냉각유로(521)를 따라 이동한다. 제2 냉각유로(521)를 따라 냉각유체가 이동하는 것에 의해 안테나부(500)의 냉각유체 순환부(520) 및 냉각유체 순환부(520)와 일체로 형성된 안테나(510)는 냉각된다. 이때, 안테나(510)가 덮개부재(600)를 통해 유전체관(200)의 제1 단부(210)와 연결되므로 안테나(510)가 냉각됨에 따라 냉각된 안테나(510)의 열은 덮개부재(600)를 통해 유전체관(200)의 제1 단부(210)로 전도되며, 이에 의해 유전체관(200)의 제1 단부(210)측이 냉각될 수 있다.
이어서, 냉각유체는 제2 냉각유로(521)의 출구부(521a) 및 제1 냉각유로(310)의 입구부(310a)에 연결된 냉각유체 순환관(700)을 따라 제1 냉각유로(310) 방향으로 이동하여 제1 냉각유로(310)의 내부로 유입된다. 제1 냉각유로(310)의 내부로 유입된 냉각유체는 제1 냉각유로(310)를 따라 냉각자켓(300)의 길이방향 및 원주방향을 따라 이동하며, 이에 의해 냉각자켓(300)은 냉각되고, 냉각된 냉각자켓(300)의 열은 유전체관(200)으로 전도되어 유전체관(200)이 냉각된다. 제1 냉각유로(310) 내의 냉각유체는 제1 냉각유로(310)의 출구부(310b)를 통해 냉각자켓(300)의 외부로 배출되며, 앞서 예시한 냉각유체 공급부로 회수된 후 다시 제2 냉각유로(521)의 입구부(521b)로 공급되어 순환될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 도파관(100)의 내부에 위치한 안테나(510)를 통해 유전체관(200)의 끝을 향해 전자기파가 전달되는 구조를 가짐에 따라 방전관이 도파관을 관통하는 형태의 종래의 표면파 플라즈마 발생장치보다 규격이 감소되는 이점이 있다.
또한, 유전체관(200)은 냉각자켓(300)으로 감싸지되 냉각자켓(300)의 내면이 유전체관(200)의 외면과 접촉하도록 감싸여 있고, 냉각자켓(300)의 내부에 형성된 제1 냉각유로(310)를 냉각유체가 순환하도록 하여 냉각자켓(300)의 열전도를 통해 유전체관(200)을 간접 냉각하는 구조를 가지므로 유전체관(200)이 장기간 고온의 플라즈마와 지속적으로 접촉하여 균열이 발생하더라도 유전체관(200)의 내부로 냉각유체가 유입되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 도파관(100)의 내부에 위치한 안테나(510)를 통해 유전체관(200)의 끝을 향해 전자기파가 전달되는 구조를 가지며, 이러한 구조에서 도파관(100) 내부로는 냉각유체가 지나지 않으므로 유전체관(200)으로 입력되는 전자기파의 파워가 냉각유체에 의해 손실되는 문제를 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 안테나(510)의 돌출된 길이는 도파관(100) 내에서 안테나(510)의 돌출방향에 평행한 도파관(100)의 높이(C)의 1/2 이상의 높이에 대응하는 길이를 갖고, 안테나(510)의 두께 또는 직경(A)은 유전체관(200)의 내경(B)보다 작은 두께 또는 직경을 갖도록 형성되므로 안테나(510)를 통해 유전체관(200)의 내부에 전자기파의 파워를 손실 없이 효율적으로 전달할 수 있는 이점이 있다.
또한, 유전체인 덮개부재(600)가 도파관(100) 내에서 안테나(510)를 감싸도록 구비되므로 도파관(100) 내에서 전송되는 전자기파가 덮개부재(600)를 통해 안테나(510) 전체에 효율적으로 전달되며, 덮개부재(600)는 안테나(510) 및 유전체관(200)을 접촉시키는 연결재로서 작용하므로 제2 냉각유로(521)를 순환하는 냉각유체를 통해 냉각된 안테나(510)의 열이 유전체관(200)의 도파관(100) 내로 삽입된 부분에 전도되어 상기 유전체관(200)의 삽입된 부분을 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 전자기파를 전송하는 도파관;
    유전체관으로서, 상기 도파관 내에서 전송되는 전자기파의 유입이 가능하도록 상기 유전체관의 제1 단부가 상기 도파관과 전자파 커플링된 유전체관;
    중공의 관 형태이고, 관의 내면이 상기 유전체관의 외면과 접촉하도록 상기 유전체관의 길이 전체 또는 일부를 감싸고 있고, 관의 외부로부터 주입된 냉각유체를 관의 길이방향 및 원주방향을 따라 이동시키며 관의 내면 및 외면 사이에 위치하고 있는 제1 냉각유로를 포함하는 냉각자켓; 및
    상기 유전체관과 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 유전체관의 내부로 방전가스를 주입하는 방전가스 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전가스 주입부는 상기 도파관과 전자파 커플링된 상기 유전체관의 제1 단부에 인접한 위치에서 상기 유전체관과 유체 소통 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 안테나를 더 포함하고,
    상기 안테나는 상기 도파관의 안쪽면 위치로부터 상기 유전체관의 제1 단부를 향해 돌출되어 상기 유전체관의 제1 단부에 대향하는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체관의 제1 단부는 상기 냉각자켓 내부에 위치하거나 상기 안테나에 대향하는 상기 도파관의 일면을 관통하여 도파관 내부에 위치하고,
    상기 도파관 내에 위치하는 상기 안테나의 돌출된 길이는 상기 유전체관의 제1 단부와 접하거나 이격될 수 있는 길이인 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 도파관 내에 위치하는 상기 안테나의 돌출된 길이는 상기 안테나의 돌출방향에 평행한 도파관 내의 높이(C)의 1/2 이상의 높이이고,
    상기 유전체관의 제1 단부는 상기 냉각자켓 내부에 위치하거나 상기 안테나에 대향하는 상기 도파관의 일면을 관통함에 따라 도파관 내부에 위치하여 상기 안테나와 접하거나 이격되는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 안테나의 두께 또는 직경(A)은 상기 유전체관의 내경(B)보다 작은 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 냉각유체가 순환하는 제2 냉각유로를 갖는 냉각유체 순환부를 더 포함하고,
    상기 냉각유체 순환부는 상기 안테나의 후단에서 상기 안테나와 일체로 형성되어 상기 안테나가 상기 도파관을 관통하여 도파관 내에 위치하도록 상기 도파관과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는 상기 제1 냉각유로로부터 제2 냉각유로로 연결되어 있는 냉각유체 순환관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 수냉식 표면파 플라즈마 발생장치는,
    상기 안테나 및 유전체관의 제1 단부를 감싸거나 상기 안테나를 감싸고 상기 유전체관의 제1 단부와는 접하는 형태가 되도록 상기 도파관, 안테나, 유전체 중 하나 이상에 결합되는 유전체로 이루어진 덮개부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수냉식 표면파 플라즈마 발생장치.
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