KR20240023359A - Subminiature and Light-Weight Microwave Plasma Applicator - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 초고주파 공진캐비티0, 안테나, 플런저튜너와 동축커넥터를 일체화 하여 소형이이면서 경량의 기체활성 플라즈마 발생장치에 대하여 개시한다.
고밀도 플라즈마를 발생하고 이에 의한 활성기체종을 생산하여 전달함으로써 공정생산성 (예를 들면 반응속도 및 균일도 향상등)을 을 위하여 새로운 형태의 소형, 경량이면서도 설치가 용이하며 동시에 사용하기 안전하도록, 도파관-공축전환어댑터, 공진캐비티, 동축커넥터 및 이에 연결된 안테나, 캐비티에 일체화된 플런저튜너, 실링이 되는 유전체관를 사용하여 상기유전체관을 흐르는 기체에 초고주파 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생하고 이에 의하여 활성 라디칼종을 발생시켜서 사용자가 원하는 반응기등 적재적소의 위치에 전달한다.
본 발명은 동축전환어댑터, 동축케이블과 커넥터, 플라즈마 발생장치몸체에 일체화된 플런저 튜너를 사용하여 통상적으로 중후장대한 도파관과 3스텁튜너등의 사용을 최소화함으로써 복수개의 플라즈마셀장치를 자유롭고 용이하게 설치할 수 있도록 하는 방치와 방법을 제안하였다.
캐피티 몸체의 내부에 암나사탭을 형성하고, 이송탭1장치를 이에 연결된 이송탭1놉를 돌림에 의하여 캐비티 몸체2 내부의 암나사산을 따라서 움직이게 되며, 이것이 플런저 (Plunger)튜너의 역할을 하며 또한, 몸체내부의 캐비티 크기를 조정한다. 상기 플런저튜너를 사용함으로써 통상적으로 사용되는 무거운 스텁튜너를 사용할 필요가 없고 튜너가 플라즈마 발생장치와 일원화할 수 있다.
본 발명에서는 상기 플라즈마장치의 유전체관의 앞뒤에 금속판을 설치하여 몸체 일부와 함께 보다 완벽한 구조의 공진캐비티를 구성하도록 한다. 바람직하게는, 주파수 변조가 가능한 반도체에 의하여 초고주파를 발진하고, 주파수를 가변하면서 상기 캐비티의 공진주파수를 탐지하여 셋팅튜닝함으로써 마이크로파의 에너지전달을 극대화하고 최고밀도의 플라즈마를 발생한다. 이 때 활성라디칼 농도를 극대화하여 공급함으로써 생산성을 극대화할 수 있으며, 본발명에서는 이러한 장치와 방법에 대하여 개시하고 제안한다.
본 발명에서는 상기 기체분해셀 플라즈마 장치를 복수개를 설치함에 의하여 활성라디칼을 반응기 적재적소의 다중 위치에에 공급하거나 여러 종류의 기체를 분해하여 각 활성라디칼를 다양한 방법으로 반응기로 공급이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 마그네트론 혹은 반도체 방식의 단일개의 전력공급기를 사용하여 스플리터등을 사용하여 전력을 분기 배분하거나 플라즈마 장치의 부분집합처리, 병렬처리등의 방법을 사용하여 단일 전력공급기로 수많은 복수개의 기체분해 플라즈마 장치의 설치, 대면적 활성라디칼의 공급장치등 다양한 활용방법을 개시한다.
또한, 본 발명에서는 크기가 큰 기체분해 플라즈마 장치가 필요한 경우, 도파관에 직접연결하는 기체분행용 플라즈마장치, 원통형캐비티 및 도파관플랜지, 경사(taperd)도파관 , 도파관 확장등에 의한 방법등을 해결방안으로 제안한다.The present invention discloses a compact and lightweight gas-activated plasma generator that integrates an ultra-high frequency resonance cavity 0, an antenna, a plunger tuner and a coaxial connector .
By generating high-density plasma and producing and delivering active gas species thereby improving process productivity (e.g., improving reaction speed and uniformity, etc.), a new type of waveguide is small, lightweight, easy to install, and safe to use at the same time. Using a coaxial conversion adapter, a resonance cavity, a coaxial connector and an antenna connected thereto, a plunger tuner integrated into the cavity, and a sealed dielectric tube, ultra-high frequency energy is transmitted to the gas flowing through the dielectric tube to generate plasma, thereby generating active radical species. It is generated and delivered to the right location, such as the user's desired reactor.
The present invention uses a coaxial conversion adapter, a coaxial cable and connector, and a plunger tuner integrated into the plasma generator body to minimize the use of the usually heavy and long waveguide and 3-stub tuner, so that multiple plasma cell devices can be freely and easily installed. We suggested neglect and methods to enable this.
A female thread tap is formed inside the cavity body, and the transfer tab 1 device is moved along the female thread inside the cavity body 2 by turning the transfer tab 1 knob connected to it. This plays the role of a plunger tuner. Adjust the cavity size inside the body. By using the plunger tuner, there is no need to use a commonly used heavy stub tuner, and the tuner can be integrated with the plasma generator.
In the present invention, metal plates are installed in front and behind the dielectric tube of the plasma device to form a resonance cavity with a more complete structure together with part of the body. Preferably, ultra-high frequencies are oscillated by a semiconductor capable of frequency modulation, and the resonance frequency of the cavity is detected and tuned while changing the frequency to maximize energy transfer of microwaves and generate the highest density plasma. At this time, productivity can be maximized by maximizing the supply of active radical concentration, and the present invention discloses and proposes such a device and method.
In the present invention, by installing a plurality of gas decomposition cell plasma devices, active radicals can be supplied to multiple locations in the reactor, or various types of gases can be decomposed and each active radical can be supplied to the reactor in various ways.

In addition, in the present invention, a single power supply of a magnetron or semiconductor type is used to branch and distribute power using a splitter, etc., or a plurality of gases are connected to a single power supply by using methods such as subset processing or parallel processing of a plasma device. Various utilization methods such as installation of decomposition plasma device and large-area active radical supply device are disclosed.
In addition, in the present invention, when a large-sized gas decomposition plasma device is required, a plasma device for gas distribution directly connected to a waveguide, a cylindrical cavity and waveguide flange, a tapered waveguide, and a method using waveguide expansion are proposed as solutions. do.

Description

소형-경량화된 초고주파 플라즈마 응용장치 {Subminiature and Light-Weight Microwave Plasma Applicator }Subminiature and Light-Weight Microwave Plasma Applicator }

본 발명은 초고주파 (마이크로파) 를 이용한 기체분해용 소형 플라즈마 응용장치 (Applicator)와 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기존에는 마이크로파를 발생하는 마그네트론과 도파관, 아이솔레이터, 정합기 (튜너), 애플리케이터등을 사용하였으나 이 경우에는 장치가 부피가 크고 무거워서 설치하기가 어렵고 활용에 제한적이어서, 이러한 난점을 제거하기 위하여 마이크로파 플라즈마 응용장치를 소형화하고 경량화하여, 즉 경박단소화 하여 기체분해를 하는 장치를 개발하여 이 분해된 가스를 유용하게 활용하고자 한다. 여기서 통상적으로 '기체분해' 라는 명칭은 기체활성을 의미하는 것으로서 다원자분자의 경우에는 기체분자가 플라즈마에 의하여 분해되어 활성도 혹은 반응도가 높은 (Reactive) 중성자 (원래분자보다 낮은 질량의 분자 및 원자 혹은 여기된 상태 중성자)의 상태가 된다. 단원자분자의 경우 기체가 분해하지 않고 여기상태 (Excited)가 되는데 상기한 '기체분해"의 명칭은 이러한 여기된 기체를 의미하는 '기체여기'도 포함한다. 따라서, '기체분해용' 명칭명칭은 기체분해 및 기체여기를 포함하는'기체활성화용' 를 의미한다. 본 출원과 관련된 분야는 에너지, 환경, 메디칼, 화학합성 분야이다.The present invention relates to a small plasma applicator and system for gas decomposition using ultra-high frequencies (microwaves). More specifically, in the past, magnetrons that generate microwaves, waveguides, isolators, matchers (tuners), applicators, etc. were used, but in this case, the devices were bulky and heavy, making installation difficult and utilization limited, so it was difficult to eliminate these difficulties. To this end, we intend to develop a device that decomposes gas by miniaturizing and lightweighting the microwave plasma application device, that is, making it light, thin, and short, and utilize the decomposed gas effectively. Here, the name 'gas decomposition' usually refers to gas activity. In the case of polyatomic molecules, gas molecules are decomposed by plasma to produce highly active or reactive neutrons (molecules and atoms of lower mass than the original molecule or It becomes a state of excited state (neutron). In the case of monoatomic molecules, the gas does not decompose but becomes excited, and the name 'gas decomposition' mentioned above also includes 'gas excitation', which refers to such excited gas. Therefore, the name 'for gas decomposition' means 'for gas activation' including gas decomposition and gas excitation. Fields related to this application are energy, environment, medical, and chemical synthesis.

상기한 소형,경량화된 플라즈마 발생장치는 진공상태는 물론 대기압에서도 플라즈마 발생이 가능하므로 그 다양한 용도로 활용될 수 있다. 또한, 여러 이유로 복수개의 기체분해용 플라즈마 응용장치가 필요한 경우에, 마이크로파를 전달하기 위한 도파관, 스텁튜너, 혹은 전력공급기을 적게 사용하는 방법을 통하여 다중의 마이크로파 기체분해장치를 용이하고 편리하게 설치하는 장치와 방법에 관련된 것이다. 여러종류의 기체를 분해하여 다른 물질로의 합성과정에도 용이하게 활용될 수 있다.The above-mentioned small and lightweight plasma generator is capable of generating plasma not only in a vacuum but also at atmospheric pressure, so it can be used for a variety of purposes. In addition, when multiple gas decomposition plasma application devices are needed for various reasons, a device that easily and conveniently installs multiple microwave gas decomposition devices through a method that uses less waveguides, stub tuners, or power supplies to transmit microwaves. It is related to and method. It can be easily used in the process of decomposing various types of gases and synthesizing them into other substances.

또한, 경박단소화를 위하여 반도체 방식으로 초고주파를 발생하는 전력공급기와 상기 전력공급의 주파수변조를 통한 공진주파수 탐지 및 셋팅정합회로장치 및 방법, 그리고 이를 이용한 최고밀도 플라즈마 발생과 최고의 '기체활성화용' 플라즈마장치에 관한 것이다. 마그네트론 발진 방식의 경우에도 동축전환장치(Co-Axial Transition)와 스플리터, 부분집합처리등을 총하여 다양한 방식으로 복수개의 고밀도 플라즈마 셀장치를 용이하게 설치할 수 있다.In addition, for light, thin and short fire extinguishing, a power supply that generates ultra-high frequencies using a semiconductor method, a resonance frequency detection and setting matching circuit device and method through frequency modulation of the power supply, and the highest density plasma generation and the best 'gas activation' using the same. It is about plasma devices. Even in the case of the magnetron oscillation method, multiple high-density plasma cell devices can be easily installed in a variety of ways by combining coaxial transition, splitter, and subset processing.

일반적으로 마이크로파란 전자기파의 일종으로 주파수 대역폭이 300MHz에서 30GHz (파장기준 : 1cm - 1m)까지의 전자파를 의미한다. 통상적으로는 전자기파는 주파수 대역에 따라 분류하는데, 본 발명과 관련된 마이크로파 (초고주파) 영역인 300~3,000MHz 주파수 대역을 UHF (Ultra-High Frequency) 라고 한다. UHF 주파수의 아래방향으로 30~300MHz를 VHF (Very HF), 3~30MMHz를 HF라고 명칭한다. 상향 방향으로는 3~30GHz를 SHF (Super HF), 30~300GHz를 EHF (Extreme HF)로 명칭한다. In general, microwaves are a type of electromagnetic wave with a frequency bandwidth of 300MHz to 30GHz (wavelength standard: 1cm - 1m). Typically, electromagnetic waves are classified according to frequency bands, and the 300 to 3,000 MHz frequency band, which is the microwave (ultra-high frequency) region related to the present invention, is called UHF (Ultra-High Frequency). Below the UHF frequency, 30~300MHz is called VHF (Very HF), and 3~30MMHz is called HF. In the upward direction, 3~30GHz is called SHF (Super HF), and 30~300GHz is called EHF (Extreme HF).

마이크로파를 이용한 장치는 작업시간과 공정비용 그리고 에너지, 인건비 등을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 산업용 기술이다. 마이크로파의 산업적 응용분야는 매우 광범한데. 비금속인 유전체에 마이크로파가 조사되면 유전체 내부로 침투하여 분자 내에 있는 극성분자들을 회전, 진동시키고 그 내부 마찰에 의해 열을 발생시키게 되며 이로 인해 가열이 된다. 식품분야의 응용으로는 가열, 건조, 해동, 가열, 살균, 조리가 있다. 중요한 산업분야의 응용으로는 기존 산업군으로는 고무가공, 제지 직물의 염색 및 건조, 목재 건조등이 있다. 신사업군으로는 에너지/환경, 군사용, 반도체 및 디스플레이 생산, 전자제품생산 공정, 의료용등 실로 광범위하에 사용되고 있다, 본 발명은 초고주파의 신산업군 영역에 관련된 것이다. Devices using microwaves are a next-generation industrial technology that can dramatically reduce work time, process costs, energy, and labor costs. The industrial applications of microwaves are very broad. When microwaves are irradiated to a non-metallic dielectric, they penetrate into the dielectric, rotate and vibrate the polar molecules within the molecule, and generate heat due to internal friction, resulting in heating. Applications in the food field include heating, drying, thawing, heating, sterilization, and cooking. Important industrial applications include rubber processing, dyeing and drying of paper fabrics, and wood drying among existing industries. New business groups include energy/environment, military use, semiconductor and display production, electronic product production processes, and medical use. The present invention is related to the ultra-high frequency new industry field.

마이크로파 에너지의 가열, 건조 이외에 가장 많이 활용되는 분야중의 하나는 플라즈마 분야이다. 플라즈마는 제 4상태의 물질로서 (the Fourth State of Matter)로서 이는 전자, 이온, 중성자, 양자 등이 섞여있는 상태를 의미한다. 마이크로파(초고주파) 혹은 고주파 플라즈마 발생정치에서는 유전체를 통과하여 들어온 마이크로파로부터 전자가 선택적으로 에너지를 얻어 고준위의 에너지 상태가 되며, 원료기체 (중성자)와 충돌하여 더욱 더 많은 전자와 음이온, 양이온, 각종 원자, 분자와 원자간에 합성화된 중성자, 그리고 각 중성자등이 활성화가 된 상태의 (분해(dissociation) 되거나 여기된(excitation) ) 활성라디칼 등이 발생된다. 플라즈마 상태에서의 어떤 종을 이용하는지에 따라서, 화학반응성 플라즈마, 이온빔 플라즈마, 전자빔 플라즈마, 반응성이온 플라즈마으로 불리운다. 이들 활성화라디칼을 이용하면 고온에서 가능한 반응들을 저온에서도 일어나도록 할 수 있기 때문에 반도체 및 디스플레이 제조, 코팅, 연소, 화학산업등 수많은 산업분야에서 응용되고 있다. One of the fields in which microwave energy is most widely used other than heating and drying is the plasma field. Plasma is the Fourth State of Matter, which means a state in which electrons, ions, neutrons, protons, etc. are mixed. In microwave (ultra-high frequency) or high-frequency plasma generation, electrons selectively gain energy from microwaves passing through the dielectric and enter a high-level energy state, colliding with the raw material gas (neutrons) to generate more electrons, negative ions, positive ions, and various atoms. , neutrons synthesized between molecules and atoms, and active radicals in which each neutron is activated (dissociated or excited) are generated. Depending on which species is used in the plasma state, it is called chemically reactive plasma, ion beam plasma, electron beam plasma, and reactive ion plasma. Using these activated radicals, reactions that are possible at high temperatures can be made to occur at low temperatures, so they are applied in numerous industrial fields such as semiconductor and display manufacturing, coating, combustion, and chemical industries.

마이크로파 응용장치의 전체 구성은 전력공급기 파워(Power), 마그네트론, 도파관 (Waveguide), 순환기 (서큘레이터, Circulator), 더미로드 (Dummy Load), 3-스텁 튜너 (3 stub-tuner), 애플리케이터 (Applicator, 응용기), 슬라이딩 숏써킷 (Sliding Short Circuit : SSC) [이는 플런저 (Plunger )으로 불리기도 함], 로 구성된다. 기존의 마이크로파 응용 장치의 각 구성 요소들을 도1 과 도2에 예시하였다. 초고주파 발생 방식은 종래방법인 "마그네트론 초고주파 발진" 방식과 최근에 개발된 반도체에 의한 "반도체 초고주파 발진" 방식이 있다. 마그네트론을 이용한 경우와 반도체소자를 이용하여 초고주파를 발생하는 경우에 각각 Magnetron Induced Microwave ("MIMW") Solid State Microwave ("SSMW") 이라 명칭한다. The overall composition of the microwave application device includes power supply, magnetron, waveguide, circulator, dummy load, 3 stub-tuner, and applicator. , Application), Sliding Short Circuit (SSC) [This is also called a plunger], and consists of. Each component of the existing microwave application device is illustrated in Figures 1 and 2. Ultra-high frequency generation methods include the conventional "magnetron ultra-high frequency oscillation" method and the recently developed "semiconductor ultra-high frequency oscillation" method using semiconductors. When using a magnetron and when generating ultra-high frequencies using semiconductor devices, they are called Magnetron Induced Microwave ("MIMW") and Solid State Microwave ("SSMW"), respectively.

마그네트론 초고주파 발진의 핵심장치는 "마그네트론"으로서 이는 기본적으로 2극 진공관과 유사하며 음극에서 열전자가 방출되는 구조이다. 전력공급기에서 교류 전압인 220V를 4000V 이상의 고전압으로 바꾸어 마그네트론에 전류를 흘리면 마그네트론에서 2.45GHz의 높은 주파수로 진동하는 마이크로파가 만들어진다. 전력공급기에서 마그네트론의 필라멘트와 양극에 고전원을 공급하여 마그네트론에서 생성된 마이크로파는 도파관을 통하여, 서큘레이터(Circulator), 3-스텁튜너 (3 stub-tuner)를 거쳐 애플리케이터 (Applicator, 응용기)에 전달된다. 마그네트론에서 발진되는 마이크로파의 에너지가 피조사체에 흡수되는 전력을 순방향 전력 (Forward Power, 順方向電力, 입사파전력 혹은 진행파전력) 이라 하며, 흡수되지 않는 전력을 반사파 전력(Reflected Power 혹은 반사전력 反射電力 ) 이라 한다. 반사파 전력은 되돌아가서 마그네트론에 피해를 줄 수 있으므로 이를 보호하기 위하여 반사파의 방향을 전환시키는 써큘레이터(순환기)를 사용하며, 반사파의 에너지는 냉각수가 흐르는 더미로드에 흡수되어 외부로 방출된다. 반사파를 최소화하기 위하여 3-스텁튜너 혹은 플런저를 이용하여 정합(matching) 하여 사용한다. 상기한 방법이 플라즈마 응용분야에서의 통상적인 방법이다Magnetron The core device of ultra-high frequency oscillation is the "magnetron", which is basically similar to a two-pole vacuum tube and has a structure in which hot electrons are emitted from the cathode. When the power supply converts the alternating voltage of 220V to a high voltage of 4000V or more and passes current to the magnetron, microwaves that vibrate at a high frequency of 2.45GHz are created in the magnetron. The power supply supplies high power to the magnetron's filament and anode, and the microwaves generated by the magnetron are transmitted to the applicator through a waveguide, a circulator, and a 3-stub tuner. It is delivered. The power that the energy of the microwaves oscillating from the magnetron is absorbed by the irradiated object is called forward power (incident wave power or traveling wave power), and the power that is not absorbed is called reflected wave power (reflected power). ). Since the reflected wave power can return and cause damage to the magnetron, a circulator that changes the direction of the reflected wave is used to protect it, and the energy of the reflected wave is absorbed by the dummy load through which the coolant flows and is emitted to the outside. To minimize reflected waves, use a 3-stub tuner or plunger for matching. The above method is a common method in plasma applications.

초고주파를 응용한 다른 분야도 유사한 구조로 형성된다. 주파수에 맞춰서 파장을 계산하여 이를 기본으로 도파관 길이를 맞추어서 반사파를 최소화하도록 설계가 된 경우에는, 아이솔레이터, 3-스텁튜너 혹은 플런저는 생략이 가능하다. 대표적인 예가 가정에서 사용하는 전자레인지이다.Other fields that apply ultra-high frequencies also have similar structures. If the design is designed to minimize reflected waves by calculating the wavelength according to the frequency and adjusting the waveguide length based on this, the isolator, 3-stub tuner, or plunger can be omitted. A representative example is the microwave oven used at home.

2.45GHz의 마이크로파 경우에는 통상적으로 마그네트론은 0.5 ~10 Kw 전력범위 내에 있으며, 도파관은 WR340 (혹은 WR284) 를 사용한다. 냉각방식은 1Kw 미만의 저전력의 경우에는 공기냉각방식을 사용하며, 고전력의 경우에는 수냉방식으로 냉각한다. 2.45GHz, 10Kw이상의 에너지가 필요한 경우에는 복수개의 저전력 마그네트론과 파워를 다중으로 조합하거나, 1개의 고전력 파워 마그네트론 품목들로 구성하여 배치한다. 915MHz의 마이크로파경우에는 10~200 Kw의 고출력급 마그네트론이 존재하며, 도파관은 주로 WR975을 사용하며 수냉방식으로 냉각한다In the case of 2.45 GHz microwaves, the magnetron is usually in the power range of 0.5 to 10 Kw, and the waveguide uses WR340 (or WR284). The cooling method is air cooling for low power of less than 1Kw, and water cooling for high power. If energy of 2.45 GHz or more than 10 Kw is required, multiple low-power magnetrons and power can be combined or deployed with one high-power power magnetron item. In the case of 915 MHz microwaves, there is a high-output magnetron of 10 to 200 Kw, and the waveguide mainly uses WR975 and is cooled by water cooling.

도1에서 예시한 바와 같이 마이크로파를 사용하는 플라즈마 응용장치는 특히 도파관을 사용하기 ??문에 구조적으로 복잡하고 무겁고 부피가 크다. 각 개별 공정과 장치의 구조 혹은 필요성에 따라, 소형으로 적용되어야 할 응용분야가 있다. 이러한 경박단소를 필요로 하는 응용분야에 기존에 도파관을 사용하는 마이크로파 장치로는 어려움이 많다. 이런 분야로는 예를 들면, (소형) 기체분해장치, 원격플라즈마 (remote plasma 혹은 downstream plasma) 장치, 반도체장비, 분석장치, 자동차 배기가스 처리, 반도체장치 배기가스 처리장치, 의료분야등이 있다.As illustrated in Figure 1, plasma application devices using microwaves are structurally complex, heavy, and bulky, especially because they use waveguides. Depending on the structure or necessity of each individual process and device, there are applications that require small size. There are many difficulties with existing microwave devices using waveguides in applications that require such light, thin, and short structures. These fields include, for example, (small) gas decomposition devices, remote plasma (or downstream plasma) devices, semiconductor equipment, analysis devices, automobile exhaust gas treatment, semiconductor device exhaust gas treatment devices, and the medical field.

상술한 바와 같이 종래 마이크로파 응용장치 및 시스템은 공정 처리 시 장치의 부피가 크고 무게가 무거우며, 또한 장착이 어렵고 장착 및 해체시 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. As described above, conventional microwave application devices and systems have problems in that the device is bulky and heavy during processing, and installation is difficult and installation and disassembly take a long time.

플라즈마 상태에서는 기체들이 분해되거나 혹은 여기되어 반응성이 높은 원자등 활성라디칼종으로 변화되는데, 이러한 활성라디컬종을 이용하는 공정에서는 소형이면서도 설치가 간단하여 필요한 적재적소에 자유롭게 설치가 가능해야 한다. 특정 반응기등에 플라즈마의 기체분해에 의한 라디칼 공급장치를 많이 설치하는 것이 필요한 경우에는 문제가 더 심각해진다. In the plasma state, gases are decomposed or excited and changed into highly reactive atomic and other active radical species. In the process using such active radical species, the process must be compact and simple to install, allowing for free installation in the right place. The problem becomes more serious when it is necessary to install a large number of radical supply devices by gas decomposition of plasma in a specific reactor.

본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 가볍고 부피가 작은 소형의 초고주파 플라즈마 기체분해 응용장치 (애플리케이터, Applicator) 형태로서 제안된다. 상기 응용장치는 소형이고 경량이므로 복수개를 여러 위치에 다중으로 설치하는 것이 가능하다. 물론 이 경우에 각 기체분해 플라즈마장치에 각각의 전력공급기를 연결하는 경우에 전력공급기도 복수개가 공급되어야 하므로 복잡해질 수도 있는데, 스플리터 (splitter) 혹은 분배기 (divider) The present invention was created to solve these problems, and is especially proposed in the form of a lightweight and small-sized ultra-high frequency plasma gas decomposition application device (applicator). Since the application device is small and lightweight, it is possible to install multiple devices in multiple locations. Of course, in this case, when connecting each power supply to each gas decomposition plasma device, it may become complicated because multiple power supplies must be supplied, using a splitter or divider.

또는 이미 경랑이고 소형화된 반도체형 초고주파 파워 장치등을 각 플라즈마 발생장치 별로 각각 설치하는등 복수개의 반도체파워를 사용하는 방법을 통하여 가능하다. Alternatively, it is possible through a method of using a plurality of semiconductor powers, such as installing an already lightweight and miniaturized semiconductor type ultra-high frequency power device for each plasma generator.

또한, 크기기 큰 기체분해 장치가 필요한 경우 고전력을 사용하고 복수개의 다중 안테나를 사용하거나 방사성과 에너지 전달의 효율성이 우수한 형태의 안테나를 설계-제작함에 의하여 기체분해용 플라즈마 셀장치의 대형화도 가능하다. 상기 대형 기체관의 경우에는 기체관 전체를 둘러싸는 안테나를 사용하거나 복수개의 안테나를 다각도로 나누어 설치하여 각 안테나 별로 별도의 파워를 연결하거나 1개의 파워를 분기하여 각 안테나에 연결하여 플라즈마를 발생시킴으로써 균일도등 공정 효율을 높일 수 있다.In addition, when a large-sized gas decomposition device is needed, it is possible to enlarge the gas decomposition plasma cell device by using high power and multiple multiple antennas, or by designing and manufacturing an antenna with excellent radiation and energy transfer efficiency. . In the case of the large gas pipe, an antenna surrounding the entire gas pipe is used, or a plurality of antennas are divided and installed at various angles to connect separate power to each antenna, or one power is branched and connected to each antenna to generate plasma. Process efficiency, such as uniformity, can be improved.

본 발명에서는 소형화의 한 방법으로 플런저가 플라즈마 장치에 일체형으로 구성되어 정합기능을 하는 방법을 개시한다. 통상적으로 정합에 사용되는 3스텁튜너는 불필요하거나 보조적인 정합장치 역할을 한다. 반도체형 초고주파 발생의 경우에는 동축튜너장치 혹은 주파수변조 튜닝방법을 개별적 혹은 복합적으로 구성하여 사용하는 방법도 포함된다. 동축튜너는 소형-경량화 및 일체화된 플런저에 의하여 정합튜닝이 되지 않는 경우 추가로 설치하여 정합역할을 하도록 한다. The present invention discloses a method in which a plunger is integrated into a plasma device and performs a matching function as a method of miniaturization. The three-stub tuner usually used for matching is unnecessary or serves as an auxiliary matching device. In the case of semiconductor-type ultra-high frequency generation, methods of using coaxial tuner devices or frequency modulation tuning methods individually or in combination are also included. The coaxial tuner is installed additionally to play a matching role when matching tuning is not possible due to the compact, lightweight and integrated plunger.

뿐만 아니라, 반도체방식의 초고주파 발진의 경우, 주파수를 변화시킬 수 있는 특징을 이용하여, 플라즈마 발생장치를 캐비티 형태로 구성하여 이 캐비티 내에서 공진하는 주파수를 추적 및 탐지하여 셋팅 튜닝 (setting tuning) 함으로써 초고주파의 에너지를 기체로 전달하는 것을 극대화하여 최고밀도의 플라즈마를 형성하고 , 따라서 최고 농도의 라디칼 발생이 가능하다. In addition, in the case of ultra-high frequency oscillation of the semiconductor method, the plasma generator is configured in the form of a cavity, using the characteristic of changing the frequency, and the frequency resonating within this cavity is tracked and detected for setting tuning. By maximizing the transfer of ultra-high frequency energy to the gas, the highest density plasma is formed, and thus the highest concentration of radicals is generated.

즉, 플런저를 사용하여 반사파를 어느 정도 감소 시킨 이후에 주파수를 가변하는 방법으로 미세 튜닝하여 공진주파수에 셋팅하여 최고밀도 플라즈마 발생이 가능하며, 본 발명에서는 이러한 장치 및 방법 모두 포함한다. 또한, 플런저 튜닝정합법과 주파수가변튜닝정합법 (혹은 공진주파수 탐지 및 정합법)의 개별적으로 혹은 복합적으로 사용하는 방법 모두 포함한다.In other words, it is possible to generate the highest density plasma by reducing the reflected wave to a certain extent using a plunger and then fine-tuning it by varying the frequency and setting it to the resonant frequency. The present invention includes all of these devices and methods. In addition, it includes both the plunger tuning and matching method and the variable frequency tuning and matching method (or resonant frequency detection and matching method) that are used individually or in combination.

상기한 초소형, 경량 응용장치는 필요한 다양한 분야등에 초고주파 (마이크로파) 플라즈마 기체분해장치를 간단하게 설치하여 공정을 수행할 수 있는 것은 물론이고 이러한 장치의 설치가 용이하기 때문에 작업효율을 현저히 개선할 수 있다. 따라서 본 발명은 이러한 초고주파 (마이크로파) 플라즈마 기체분해장치를 제공함에 그 목적이 있다.The above-mentioned ultra-small and lightweight application device not only allows the process to be performed by simply installing an ultra-high frequency (microwave) plasma gas decomposition device in various fields where it is needed, but also can significantly improve work efficiency because the installation of such a device is easy. . Therefore, the purpose of the present invention is to provide such an ultra-high frequency (microwave) plasma gas decomposition device.

본 발명에 따른 마이크로파 시스템은, The microwave system according to the present invention,

마이크로파를 발진시키는 마그네트론 모듈 ; 입력된 교류전원을 직류로 변환하여 마그네트론에 전원을 공급하는 교류-직류전환 인버터 ; 전력을 조절하여 공급하고 반사파 발생 시에 전원을 감소하거나 혹은 차단하는 자동제어보드 ; 외부와 신호를 주고받는 통신 게이트웨이가 구비된 전력공급장치 ; 상기 전력공급장치에서 발진된 초고주파를 전달하는 도파관 ; 반사파가 발생하는 경우에 반사파를 회절시켜 고주파반도체 모듈을 보호하는 아이솔레이터 ; Magnetron module that oscillates microwaves; An AC-DC conversion inverter that converts input AC power into direct current and supplies power to the magnetron; Automatic control board that regulates and supplies power and reduces or blocks power when reflected waves occur; A power supply device equipped with a communication gateway that exchanges signals with the outside world; A waveguide that transmits ultra-high frequencies oscillated from the power supply device; An isolator that protects the high-frequency semiconductor module by diffracting the reflected waves when they occur;

상기 도파관을 통하여 전달된 마이크로파를 기체분해용 플라즈마 장치에 전달하는 도파관-동축전환어댑터, 동축케이블과 동축커넥터 ; A waveguide-coaxial conversion adapter, coaxial cable, and coaxial connector for transmitting microwaves transmitted through the waveguide to a plasma device for gas decomposition;

상기 플라즈마 장치는 상기 동축커넥터와 연결된 동축봉에 연결되어 상기 마이크로파를 방사하는 안테나 ; The plasma device includes an antenna connected to a coaxial rod connected to the coaxial connector and radiating the microwaves;

상기 플라즈마 장치 내를 관통하고 양끝이 실링되어 있는 유전체관 ; 상기 장치에 일체화되어 한쪽 끝에서 금속을 움직여서 정합하는 플런저 ; 상기 안테나에 의하여 상기 유전체관 내에 흐르는 기체에게 초고주파의 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생하는 장치를 포함한다.A dielectric tube that penetrates the plasma device and is sealed at both ends; A plunger integrated into the device and moving metal at one end to align it; It includes a device that generates plasma by transmitting ultra-high frequency energy to the gas flowing in the dielectric tube by the antenna.

바람직하게는, 본 발명에서는 상기 기체분해셀 플라즈마 장치를 복수개를 설치함에 의하여 활성라디칼을 반응기 적재적소의 다중 위치에에 공급하거나 여러 종류의 기체를 분해하여 각 활성라디칼를 다양한 방법으로 반응기로 공급이 가능하다.Preferably, in the present invention, by installing a plurality of gas decomposition cell plasma devices, active radicals can be supplied to multiple locations in the reactor, or various types of gases can be decomposed and each active radical can be supplied to the reactor in various ways. do.

바람직하게는, 본 발명에서는 상기 플라즈마장치의 몸체 일부와 유전체관의 앞뒤에 금속판을 설치하여 공진캐비티를 구성하고 공진주파수에서 공진이 일어나도록 한다. Preferably, in the present invention, metal plates are installed in front and behind a part of the body of the plasma device and the dielectric tube to form a resonance cavity and to cause resonance at the resonance frequency.

바람직하게는, 반도체에 의하여 마이크로파를 발진하는 경우 주파수를 가변하여 상기 캐비티의 공진주파수를 탐지하여 셋팅튜닝함으로서 마이크로파의 에너지전달을 극대화하고 최고밀도의 플라즈마를 발생한다. 이때 활성라디칼 농도를 극대화하여 공급함으로써 생산성을 극대화할 수 있다.Preferably, when microwaves are oscillated by a semiconductor, the frequency is varied, the resonance frequency of the cavity is detected, and the setting is tuned to maximize energy transfer of the microwaves and generate the highest density plasma. At this time, productivity can be maximized by maximizing the concentration of active radicals and supplying them.

본 출원에서는 (도파관을 발진 초기부위에 일부만 사용하거나 초고주파 반도체 발진 방식을 사용함으로써) 경량화되고 소형화된 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치를 간단하고 용이하게 설치함으로써 다양한 목적으로 다방면으로 활용될 수 있다. 반도체 방식의 마이크로파 경우, 공진주파수 탐지 및 튜닝에 의하여 에너지 전달(Q팩터)를 극대화함으로써 최고밀도의 플라즈마와 최고 농도의 반응성 라디칼의 형성이 가능하다.In this application, a lightweight and miniaturized ultra-high frequency plasma cell device for gas decomposition can be installed simply and easily (by using only a part of the waveguide at the initial part of oscillation or using an ultra-high frequency semiconductor oscillation method), so that it can be utilized in a variety of ways for various purposes. In the case of semiconductor-type microwaves, it is possible to form the highest density plasma and the highest concentration of reactive radicals by maximizing energy transfer (Q factor) by detecting and tuning the resonant frequency.

복수개의 플라즈마셀장치의 설치가 가능하기 ??문에, 이 역시 공정의 균일화나 반응율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 커다란 반응기에 설치가능한 면적만 있으면, 복수개 (수개 ~ 수만개 이상) 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치를 설치하는 것이 가능하다. 설치 면적이 부족한 경우에도 수많은 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치에서 기체를 분해한 후 각 분해된 활성라디칼을 모은 후 이 집합된 활성종을 필요한 공정 반응장치에 연결하여 공급한다. Since it is possible to install multiple plasma cell devices, this can also improve process uniformity or reaction rate. For example, as long as there is enough space for installation in a large reactor, it is possible to install multiple (several to tens of thousands or more) ultra-high frequency plasma cell devices for gas decomposition. For numerous gas decomposition applications even when the installation area is insufficient After decomposing gas in an ultra-high frequency plasma cell device, each decomposed active radical is collected, and the collected activated species are connected to and supplied to the necessary process reaction device.

또한 복수개의 (다양한) 기체 종류를 한 반응기의 복수의 다른 위치에 혹은 복수개의 반응기의 적절한 위치에 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치가 용이하게 설치가 가능하기 때문에, 매우 다양한 분야에 광범위하게 활용할 수 있는 효과가 있다. In addition, it is possible to decompose multiple (various) gas types at multiple different locations in one reactor or at appropriate locations in multiple reactors. Because ultra-high frequency plasma cell devices can be easily installed, they can be widely used in a wide variety of fields.

기체를 분해해서 분해된 활성라디칼을 사용하는 것이본 출원이 중요한 목적이기는하나, 메디칼등 의료 분야에서는 활성라디칼 이외에도 여기종들을(Excited Species) 사용한다. 즉, 불황성 기체인 Ar, He, Xe등을 여기시켜 Ar*, He*, Xe,등 여기된 종들을 사용하기도 하며, N2를 활성화시켜 N2*, N* 혹은 N 을 사용하기도 한다. 의료분야에서도, O2 산소 분자를 분해하여, O, O*, O2* 등을 플라즈마로 용도에 맞춰서 발생하여 사용한다. 의료 분야는 통상적으로 100W 미만의 저전력에서도 사용하나, 멸균장치등에서는 보다 큰 전력을 사용하기도 한다. 본 발명은 특정 전력의 범위에 국한되어 사용하는 것은 아니며, 저전력과 고전력을 포함하여 다양한 분야에 용도에 맞게 사용가능하다. Although the important purpose of this application is to decompose gas and use decomposed active radicals, in the medical field, excited species are used in addition to active radicals. In other words, excited species such as Ar*, He*, and Even in the medical field, O2 oxygen molecules are decomposed and O, O*, O2*, etc. are generated as plasma according to the purpose and used. The medical field typically uses low power of less than 100W, but sterilization devices, etc., sometimes use higher power. The present invention is not limited to a specific power range and can be used in various fields including low power and high power.

도1.기존의 마이크로파 응용장치인 플라즈마발생장치를 설명하는 구성 예시도.
도2.기존의 마이크로파 응용장치인 플라즈마발생장치의 구성품목을 보여 주는 예시도.
도3a. 본 출원발명의 기체분해 플라즈마 셀치에서 발생하는 Ar 플라즈마발생.
도3b. 도파관에 직접 유전체관이 내재 되어 있는 플라즈마장치를 연결하여 기체를 분해하는 다운스트림 플라즈마발생 사진 ( 230~ 2,000 Watt 전력변화).
도4. 기존의 마이크로파 응용장치인 플라즈마발생장치의 구성품목중 마그네트론, 써큘레이터, 더미로드는 물론 스텁정합기도 전력공급기 안에 내재시키고, 도파관 대신에 동축봉(동축케이블)로 초고주파를 전달하는 구성방식을 보여 주는 예시도.
도5. 마이크로파 전달을 위한 전송선로 (동축케이블)의 구조에 관한 예시도.
도6. 초고주파에 의한 초소형, 경량 기체분해용 플라즈마 애플리케이터의 예시도.
도7. 초고주파에 의한 초소형, 경량 기체분해용 플라즈마 애플리케이터의 정면도 및 측면도.
도8. 초소형 마이크로파 안테나 종류 ; 안테나봉 끝부분에 달려있는 각종 안테나판의 형태에 대한 예시도.
도9. 다양한 초소형 마이크로파 안테나 형태의 예시도.
도10. 도파관을 동축케이블로 전환하는 전환 어댑터의 예시도.
도11. 마그네트론 발진 초고주파를 이용한 기체분해용 플라즈마셀 장치의 예시도.
도12. 반도체 발진 초고주파를 이용한 기체분해용 플라즈마셀 장치의 예시도.
도13. 마그네트론과 경사도파관를 이용한 기체분해용 다운스트림 플라즈마 발생장치 예시도.
도14. 기체관 실링장치의 예시도.
도15. 마그네트론, 도파관, 동축안테나를 이용한 대형 기체분해 플라즈마 발생장치 예시도.
도16. 1개의 마그네트론 발진 도파관에 1개의 크로스-스플리터를 이용하여 복수개(3개)의 기체분해용 플라즈마셀 장치 구성하는 것에 대한 예시도.
도17. 1개의 마그네트론 발진 도파관에 2단계의 스플리터를 이용하여 복수개 (9개)의 기체분해용 플라즈마셀 장치 구성하는 것에 대한 예시도.
도18. 1개의 마그네트론 발진 도파관에 1단계 스플리터를 이용하여 복수개 (9개)의 기체분해용 플라즈마셀 장치 구성하는 것에 대한 예시도.
도19. 1개의 반도체 발진 전력공급기에 1개의 동축크로스-스플리터를 이용하여 복수개(3개)의 기체분해용 플라즈마셀 장치 구성하는 것에 대한 예시도.
도20. 1개의 반도체 발진 전력공급기에 2단계의 동축크로스-스플리터를 이용하여 복수개 (9개)의 기체분해용 플라즈마셀 장치 구성하는 것에 대한 예시도.
도21. 1개의 반도체 발진 전력공급기에 1단계의 동축크로스-스플리터를 이용하여 각 3개의 기체분해용 플라즈마셀 장치 (애플리케이터)를 1개의 그룹으로 부분집합화한 후 상기 부분집합된 3개의 그룹을 1개의 전력공급기에 병렬로 구성하는 방법에 대한 예시도.
도22a. 공진캐비티 구성을 위한 기체유출부구멍이 뚤린 금속판을 경접처리하여 유전체관1과 유전체관2를 연결한 장치와 방법에 대한 예시도.
도22b. 공진캐비티 구성을 위한 기체유출부 구멍이 뚤린 금속판에 대한 예시도.
도23a. 공진캐비티 구성을 위한 기체유입부 구멍이 뚤린 (이동식) 금속판과 이송장치
도23b. 기체유입을 위하여 기체관과 금속판 연결 직전에서 기체가 나와서 복수개의 구멍이 뚤린 금속판으로 기체가 공급이 되는 것에 대한 예시도.
도23c. 기체유입을 위하여 기체관과 금속판 연결 직전에서 기체가 나와서 복수개의 구멍이 뚤린 금속판으로 기체가 공급이 되는 것에 대한 예시도.
도24. 다양한 형태의 기체분해 플라즈마셀 장치 응용예를 보여 주는 예시도. Figure 1. An example configuration diagram explaining a plasma generator, which is an existing microwave application device.
Figure 2. An example diagram showing the components of a plasma generator, an existing microwave application device.
Figure 3a. Ar plasma generation generated from the gas decomposition plasma cell of the present application.
Figure 3b. Photo of downstream plasma generation that decomposes gas by connecting a plasma device with a dielectric tube directly to the waveguide (230~2,000 Watt power change).
Figure 4. Among the components of the plasma generator, which is an existing microwave application device, the magnetron, circulator, dummy load, as well as the stub matcher are embedded in the power supply, and the ultra-high frequency is transmitted through a coaxial rod (coaxial cable) instead of a waveguide. Example too.
Figure 5. Illustration of the structure of a transmission line (coaxial cable) for microwave transmission.
Figure 6. Illustration of an ultra-small, lightweight plasma applicator for gas decomposition using ultra-high frequency.
Figure 7. Front and side views of an ultra-small, lightweight plasma applicator for gas decomposition using ultra-high frequency.
Figure 8. Types of ultra-small microwave antennas; Examples of the various types of antenna plates attached to the end of the antenna rod.
Figure 9. Illustration of various types of ultra-small microwave antennas.
Figure 10. An example of a conversion adapter that converts a waveguide to a coaxial cable.
Figure 11. An example of a plasma cell device for gas decomposition using magnetron oscillation ultra-high frequency.
Figure 12. Illustration of a plasma cell device for gas decomposition using semiconductor oscillation ultra-high frequency.
Figure 13. Illustration of a downstream plasma generator for gas decomposition using a magnetron and inclined waveguide.
Figure 14. An example of a gas pipe sealing device.
Figure 15. Illustration of a large gas decomposition plasma generator using a magnetron, waveguide, and coaxial antenna.
Figure 16. An example of configuring multiple (3) gas decomposition plasma cell devices using one cross-splitter on one magnetron oscillation waveguide.
Figure 17. An example of configuring multiple (9) plasma cell devices for gas decomposition using a two-stage splitter on one magnetron oscillation waveguide.
Figure 18. An example of configuring multiple (9) plasma cell devices for gas decomposition using a first-stage splitter in one magnetron oscillation waveguide.
Figure 19. An example of configuring multiple (3) gas decomposition plasma cell devices using one semiconductor oscillation power supply and one coaxial cross-splitter.
Figure 20. An example of configuring multiple (9) gas decomposition plasma cell devices using one semiconductor oscillation power supply and a two-stage coaxial cross-splitter.
Figure 21. Using a first-stage coaxial cross-splitter in one semiconductor oscillation power supply, each of the three plasma cell devices (applicators) for gas decomposition is subset into one group, and then the three subset groups are divided into one power group. An example of how to configure a feeder in parallel.
Figure 22a. An example of a device and method for connecting dielectric tube 1 and dielectric tube 2 by braiding a metal plate with a gas outlet hole to form a resonance cavity.
Figure 22b. An example of a metal plate with a gas outlet hole for forming a resonance cavity.
Figure 23a. A (movable) metal plate and transfer device with a gas inlet hole to form a resonance cavity.
Figure 23b. An example of gas coming out just before the connection between the gas pipe and the metal plate for gas inflow and being supplied to the metal plate with multiple holes.
Figure 23c. An example of gas coming out just before the connection between the gas pipe and the metal plate for gas inflow and being supplied to the metal plate with multiple holes.
Figure 24. Illustrative diagram showing applications of various types of gas decomposition plasma cell devices.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. Additionally, this embodiment is provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Therefore, the shapes of elements in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that identical members in each drawing may be indicated by the same reference numerals.

또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.Additionally, detailed descriptions of well-known functions and configurations that are judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

도1의 상부는 마이크로파 시스템에 대한 전면도이며 하부는 측면도이다. 마이크로파응용장치의 전체 구성은 마그네트론(Magnetron ; 111), 도파관 (Waveguide ; 112), 서큘레이터(Circulator ; 113), 3-스텁튜너 (3stub-tuner ;115), 애플리케이터 (Applicator ; 117), sliding 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. 상기 애플리케이터는 용도에 따라서 다양한 형태의 플라즈마 장치, 건조장치, 해동장치, 연소장치드이 될 수 있으며, 본 발명에서는 기체활성용 플라즈마 발생장치가 된다.The upper part of Figure 1 is a front view of the microwave system, and the lower part is a side view. The overall composition of the microwave application device includes a magnetron (111), a waveguide (112), a circulator (113), a 3-stub-tuner (115), an applicator (117), and a sliding short. It consists of a circuit (119) and a power supply or power (Power; 121) that controls and supplies power to the magnetron. That is, when power is supplied to the filament and anode of the magnetron (111), the microwaves generated by the magnetron are transmitted through the waveguide, circulator (113), and 3-stub tuner (115). It is delivered to the applicator (Applicator; 117). The applicator can be of various types such as a plasma device, drying device, thawing device, or combustion device depending on the purpose, and in the present invention, it is a plasma generator for gas activation.

3-스텁튜너(115)란 도파관 또는 공동(空胴) 공진기 내의 3개의 금속봉이 있는 장치로서 마이크로파가 반사되지 않고 최대한 전달되도록 하는 정합 (matching, 整合)장치이다. 때로는 3-스텁 대신에 4-스텁을 사용하기도 한다. 플런저 (Plunger) 혹은 슬라이딩 숏써킷(Sliding Short Circuit : 이후 'SSC'이라 명칭함) (119) 역시 반사파를 최소화하는 정합기능을 하기 위하여 부가적으로 장착하는 장치이다. 스텁튜너를 SSC와 함께 사용하거나 혹은 스텁튜너없이 SSC를 단독으로 사용하기도 한다. 스텁튜너는 수동으로 각 스텁의 높이를 수동으로 조절하여 정합하기도 (Manual Tuning) 하나 정합 알고리즘에 의한 자동정합 (Automatic Tuning)을 하기도 한다. 자동정합기는 스텁과, 다이오드, 통합 자동제어보드, 모토 드라이브 유니트로 구성되어 있으며 이로서 부하임피던스를 ??추어 정합한다.The 3-stub tuner 115 is a device with three metal rods in a waveguide or hollow resonator , and is a matching device that ensures that microwaves are transmitted as much as possible without being reflected. Sometimes 4-stub is used instead of 3-stub. A plunger or sliding short circuit (hereinafter referred to as 'SSC') (119) is also an additionally installed device to perform a matching function to minimize reflected waves. A stub tuner can be used together with SSC, or SSC can be used alone without a stub tuner. The stub tuner either manually adjusts the height of each stub for matching (Manual Tuning), or it also performs automatic tuning using a matching algorithm. The automatic matcher consists of a stub, a diode, an integrated automatic control board, and a motor drive unit, which adjusts and matches the load impedance.

정합에 대하여 자세하게 설명하면 다음과 같다. 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 얻어진. 여기서 임피던스 Z는 전류의 흐름을 방해하은 정도를 나타내는 척도이고, R은 저항(Resistance)으로 에너지를 소모하는 능력을 나타내는 요소이고, X는 리액턴스(Reactance)로 에너지를 저장하는 능력을 나타내는 요소이다. A detailed explanation of matching is as follows. 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 and X1=-X2, the conditions of minimum loss and maximum output are obtained. Here, impedance Z is a measure of the degree to which the flow of current is interrupted, R is resistance, a factor representing the ability to consume energy, and X is reactance, a factor representing the ability to store energy.

본 발명에 연관된 플라즈마의 발생장치의 경우에는 제1회로는 전력공급기이고제2 회로는 로드 (플라즈마 애플리케이터장치) 이며, 상기 회로들의 임피던스를 맞춰 주는 역할을 하는 것이 정합기이다. In the case of the plasma generator related to the present invention, 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.

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. 전력증폭기와 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 최적으로 임피던스가 정합되어 선택되어야 한다. In other words, matching is a method for transmitting maximum output in 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 selected with optimal impedance matching to achieve maximum output transmission under these limiting conditions.

정합을 하는 방식에는 도체 봉에 의한 정합 , 도파관내 도체판 창에 의한 정합 , 무반사 종단회로에 의한 정합, 테이퍼 도파관에 의한 정합 , 변성기 ( Lamda /4 임피던스 변환기 ; Lamda 는 파장 )에 의한 정합 등 여러 종류의 정합방법이 있다. 도2에 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.There are several 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 (Lamda/4 impedance converter; Lamda is a wavelength). There are different types of matching methods. 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.

플런저 정합방식은 도파관내 도체판 창에 의한 정합방식으로서 도파관내에서 관측에 직각으로 도체판과 같은 장애물을 간격을 떼어서 삽입하고 부하까지의 거리를 적당히 선정하여 정합을 시키는 방식이다. 도1과 도2의 경우는 3-스텁튜너 (115) 정합방식과 플런저(119) 정합방식을 혼용한 경우이다 상기한 경우와 같이 스텁튜너와 플런저를 혼용해서 사용하기도 하고, 스텁튜너 혹은 플런저를 개별적으로 각 한가지만 사용하는 것도 가능하다. The plunger matching method is a matching method using a conductor plate window within a waveguide. It is a method of inserting obstacles such as conductor plates at right angles to the observation within the waveguide at intervals and matching by appropriately selecting the distance to the load. In the case of Figures 1 and 2, the 3-stub tuner (115) matching method and the plunger (119) matching method are used together. As in the above case, the stub tuner and plunger are sometimes used interchangeably, and the stub tuner or plunger is used interchangeably. It is also possible to use just one of each individually.

마이크로파가 애플리케이터에서 흡수되지 않고 반사되어 돌아오는 경우, 이 반사 마이크로파는 마그네트론에 치명적인 피해를 줄 수 있는 데, 이 경우에 서큘레이터(113)에 내제된 자석에 의하여 반사파의 방향을 전환시켜 마그네트론을 보호하며, 방향전환이 된 반사파는 더미로드 (Dummy Load ; 123)에서 그 에너지가 흡수된다. 더미로드에는 냉각수가 유입되고 유출되어 흡수된 열을 외부로 방출한다. 마그네트론에서 발진되는 마이크로파의 진행방향으로 전파되는 전력을 순방향 전력 (Forward Power ; 順方向電力 혹은 입사파전력) 이라 하며, 애플리케이터에서 흡수되지 않고 돌아가는 전력을 반사파 전력(Reflected Power , 反射電力 혹은 역류파 전력 ) 이라 한다. 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 by the magnet built into the circulator 113 to protect the magnetron. And the energy of the reflected wave that has changed direction is absorbed by the dummy load (123). Coolant flows in and out of the dummy load and releases the absorbed heat to the outside. The power propagated in the direction in which the microwave oscillating from the magnetron travels is called forward power, and the power that is not absorbed by the applicator and returns is called reflected wave power. ).

순방향전력과 반사파전력을 측정하기 위하여 써큘레이터와 3스텁튜너 사이에 방향성결합기 (Directional Coupler)를 설치하고 이를 파워미터 (power meter) 로 측정한다. 즉, 도파관에 2개의 마이크로파를 측정할 수 있는 포트를 만들어서 하나는 포트의 방향이 응용기로 향하게 하여 순방향전력을 측정하고, 다른 한 개는 반대방향 즉, 마그네트론 쪽으로 위치하여 반사파전력을 측정하는데 사용한다. To measure forward power and reflected wave power, a directional coupler is installed between the circulator and the 3-stub tuner and measured with a power meter. In other words, two ports that can measure microwaves are created in the waveguide, one port is directed toward the application device to measure the forward power, and the other port is located in the opposite direction, i.e. toward the magnetron, and is used to measure the reflected wave power. .

상기한 마이크로파 (초고주파) 발생장치의 각 부품들의 조립도2에 예시하였다. 도3a는 본 출원발명의 기체분해 플라즈마 셀장치에서 발생하는 Ar 플라즈마의 모습을 보여 주고 있다. 도3b는 또 다른 형태의 기체분해장치로서 도파관에 직접 유전체관이 내재 되어 있는 장치를 연결하고 초고주파의 에너지를 전달하여 기체를 분해하는 다운스트림 플라즈마장치 예이다. 도3b는 공급전력을 변화하며 (230 ~ 2,300 Watt 범위) 플라즈마 장치 (plasma applicator)에서 발생하는 플라즈마의 상태변화를 보여주고 있다. 도3b의 장치에 비하여 도3a의 장치가 훨씬 경박단소하고 설치가 간단 용이함을 알 수 있다. Each part of the above-mentioned microwave (ultra-high frequency) generator is illustrated in assembly drawing 2. Figure 3a shows Ar plasma generated in the gas decomposition plasma cell device of the present invention. Figure 3b is another type of gas decomposition device, which is an example of a downstream plasma device that connects a device with a dielectric tube directly to a waveguide and transmits ultra-high frequency energy to decompose gas. Figure 3b shows changes in the state of plasma generated in a plasma applicator while changing the supplied power (range 230 to 2,300 Watt). It can be seen that compared to the device of FIG. 3b, the device of FIG. 3a is much lighter, thinner, and simpler to install.

마이크로파가 전달되는 관로인 도파관(waveguide)은 파(波)를 가두어 유도시켜 전파하는 임의의 구조체로서. 주로, 전자파가 진행하도록 만든 속이 비어있는(hollow) 도체금속관을 지칭한다. 도파관은 고출력(high-power), 낮은 손실(low-loss),밀리미터파시스템등에 응용되며, 사용례로는 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 ~ 3 mm 정도로 충분히 확보되어야 하며, 또한, 응용 주파수범위에서 표피 침투 깊이의 수 배가 되도록 한다.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. Waveguides are applied to high-power, low-loss, millimeter wave systems, etc. As mentioned above, examples of use include transmission of electromagnetic waves such as radar, satellite repeaters, broadcasting radio waves, heating, and plasma generation. 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 number of skin penetration depths in the application frequency range is as follows. Let it double.

통상적으로 도파관의 크기는 마이크로파의 주파수에 따라 결정된다. 국제전파협회에서 통신용으로 주로 사용하는 통신주파수 이외의 산업분야, 과학분야, 의료분야를 (Idustrial, Scitific, Medial : ISM) 위하여 허용한 마이크로파의 주파수는 2.45GHz와 915MHZ (0.915GHz)이다. 2.45GHz 마이크로파의 경우에는 WR-284, WR-340, WR-430 규격의 도파관을 주로 사용하며, 915MHz의 경우에는 WR-975 도파관을 사용한다. 마이크로파 도파관은 단면형상에 따라 사각형 또는 원형 도파관, 복잡한 형상의 릿지형 도파관이 있는 데, 일반적으로 이용 되는 것은 사각형 도파관이다.Typically, the size of the waveguide is determined according to the frequency of the microwave. The microwave frequencies allowed by the International Radio Association for industrial, scientific, and medical fields (Idustrial, Scientific, Medial: ISM) other than the communication frequencies mainly used for communication are 2.45 GHz and 915 MHZ (0.915 GHz). For 2.45GHz microwaves, WR-284, WR-340, and WR-430 standard waveguides are mainly used, and for 915MHz, WR-975 waveguides are used. Depending on the cross-sectional shape, microwave waveguides include square or circular waveguides and complex-shaped ridge-type waveguides. The most commonly used waveguides are square waveguides.

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 상기한 도파관를 사용하는 장치등이 중후장대하여 설치의 어려움과 응용이 제한되어 진다. 이러한 마이크로파 도파관 전달장치를 (도1, 도2 참조) 이용한 플라즈마 발생장치의 예를 도4에 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, devices using the above-described waveguides are heavy and heavy, making installation difficult and application limited. An example of a plasma generator using such a microwave waveguide transmission device (see FIGS. 1 and 2) is shown in FIG. 4.

마이크로파 전송용에는 도파관 이외에 동축케이블(동축관)이 있다. 주파수가 높아 질수록 파가 외부로 쉽게 빠져 나간다는 것이 문제점이 되는데, 60Hz 이상의 주파수의 경우에 파가 외부로 빠져 나가는 것을 줄이기 위하여 폐쇄도파관을 사용한다. 폐쇄도파관 방식으로 동축케이블 (Co-Axial Cable), 금속도파관 (Metallic WaveGuide), 스트립라인 (Strip Line) 방식등이 있다. For microwave transmission, there is a coaxial cable (coaxial tube) in addition to a waveguide. The problem is that as the frequency increases, the waves easily escape to the outside. In the case of frequencies above 60Hz, a closed waveguide is used to reduce the waves from escaping to the outside. Closed waveguide methods include Co-Axial Cable, Metallic WaveGuide, and Strip Line.

도5에 예시된 바와 같이 동축케이블 구조를 보면 2개의 원통형 도체 및 유전체가 중심축을 공유하고 내부 도체는, 실제적인 신호전송을 위하여 사용된다. 외부 도체는, 알루미늄/구리로 만들어진 그물 모양의 차폐용 실드(Shield)(편조 또는 박지)이며, 그 사이를, 유전체/절연체(폴리에틸렌등)로 채워서 분리하여 만들어진다. 맨 바깥쪽에는 외피 피복에 케이블 자킷 (비닐,폴리에틸렌등) 으로 둘러 쌓인다.Looking 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. The outermost part is surrounded by an outer sheath and a cable jacket (vinyl, polyethylene, etc.).

저전력의 마이크로파를 사용하는 경우에는 도파관 대신에 동축케이블을 사용하여 부피, 무게등을 감소하여 설치하는 것이 가능하다. 고전력의 경우에는 손실율을 감소하기 위하여 도파관을 사용한다. When using low-power microwaves, it is possible to reduce volume and weight by using coaxial cables instead of waveguides. In the case of high power, a waveguide is used to reduce loss rate.

그러므로, 본 출원발명의 경우 저전력범위에서는 사용가능한 동축케이블을 통하여 초고주파 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생하여 사용한다. 동축케이블까지는 마그네트론 발진의 경우 발생된 초고주파를 도파관으로 전달하다가, 도파관-동축전환업대터를 사용하며, 반도체 발진의 경우는 출력단에 동축커네터를 통하여 연결된다. 이러한 저전력 플라즈마의 경우 주로 대전력이 사용되기 어려운 인체나 동물체의 일부를 처리하는 의료용 분야 혹은 식물체를 처리하는 바이오 분야이다. 초고주파가 유전체 관을 통하여 그 에너지가 전달되어 플라즈마가 발생되므로 DBD (Dielectric Barrier Discharge : 유전격벽 디스차지)의 일종이다. 그러나 통상적으로 DBD의 경우에는 두개의 전극사이에 유전체가 있고 전극에 보통 저주파를 인가하나, 본 출원의 경우에는 2450 혹은 915MHz 대역의 초고주파를 사용하며 전극을 사용하지 않는 무전극 형태이다. Therefore, in the case of the present invention, in the low power range, ultra-high frequency energy is transmitted through an available coaxial cable to generate plasma. In the case of magnetron oscillation, the generated ultra-high frequency is transmitted to the coaxial cable through a waveguide, and then a waveguide-coaxial converter is used, and in the case of semiconductor oscillation, it is connected to the output terminal through a coaxial connector. In the case of such low-power plasma, it is mainly used in the medical field for treating parts of the human body or animals where high power is difficult to use, or in the bio field for processing plants. Ultra-high frequency energy is transmitted through a dielectric tube to generate plasma, so it is a type of DBD (Dielectric Barrier Discharge). However, in the case of DBD, there is usually a dielectric between two electrodes and low frequencies are usually applied to the electrodes, but in the case of this application, ultra-high frequencies in the 2450 or 915 MHz band are used and it is an electrodeless type that does not use electrodes.

고전력범위에서는 도파관을 통해 전달되다가 도파관에 직접연결된 플라즈마 장치내에 관통하는 유전체관 안의 기체에 전달하여 플라즈마를 발생한다(도13). 또는, 도파관을 통하여 전달되는 초고주파를 캐비티를 형성한 후 동축안테나를 사용하여 모드를 전환후 캐비티 내의 유전체관내에 흐르는 기체에 초고주파 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생하는 것도 가능하다 (도15). In the high power range, it is transmitted through a waveguide and then transmitted to the gas in the dielectric tube that penetrates the plasma device directly connected to the waveguide to generate plasma (FIG. 13). Alternatively, it is also possible to generate plasma by forming a cavity using ultra-high frequencies transmitted through a waveguide, then switching the mode using a coaxial antenna, and then transmitting ultra-high frequency energy to the gas flowing in the dielectric tube within the cavity (FIG. 15).

반도체 발진 방식의 경우, 통상적으로 500W 정도의 단일 전력반도체가 존재하며, 복수개를 합쳐서 2,000 ~ 4,000W 정도의 전력공급기를 구성한다. 500W 이내의 전력에서는 동축커네턱로, 500 W 이상에서는 결합기 (combiner) 등을 사용하여 결합한후 동축-도파관 전환어댑터를 (CoAxial-Waveguide Converter) 사용하여 도파관 형태로 출력한다. 상기 2000 W 급을 이용하여 보다 큰 10KW 이상의 대형 전력공급기를 구성할 때는 상기 2Kw급의 전력모듈을 결합기를 통하여 합친 후 상기 전환어댑터를 사용하여 도파관 형태로 초고주파를 방출한다.통상적으로 10KW 이내에서는 2450MHz를 사용하고 10kW 이상에서는 915MHz의 주파수를 사용한다.In the case of the semiconductor oscillation method, there is usually a single power semiconductor of about 500W, and a plurality of power semiconductors are combined to form a power supply of about 2,000 to 4,000W. For power within 500W, it is combined using a coaxial connector, and for power above 500W, it is combined using a combiner, etc., and then output in the form of a waveguide using a coaxial-waveguide converter. When constructing a large power supply of 10KW or more using the 2000 W class, the 2Kw class power modules are combined through a combiner and then the conversion adapter is used to emit ultra-high frequencies in the form of a waveguide. Typically, within 10 KW, 2450 MHz and above 10kW, a frequency of 915MHz is used.

본 발명에서 상기한 도파관은 저전력으로 동작하는 소형의 마이크로파 애플리케이터(응용장치)를 제시한다 (도6과 도7). 도6에 예시된 바와 같이, 플라즈마 발생에 필요한 전력은 전력공급기(121) 로부터 동축케이블(151)와 동축커넥터(153)을 통하여 애플리케이터로 전달된다. 동축커넥터 (153)은 내부에 안테나(173)에 연결되어 있으며 이 안테나의 위치를 조절하기 위하여 이송탭3 (187)이 위치한다. 애플리케이터(117)의 중심부에는 관통하는 유전체관 (178)을 사용하며, 이 유전체관 끝부분에 커낵터가 연결되어 유전체관(178) 내부로 기체가 흐르도록 한다. In the present invention, the above-described waveguide presents a small microwave applicator (application device) that operates at low power (FIGS. 6 and 7). As illustrated in Figure 6, the power required for plasma generation is transmitted from the power supply 121 to the applicator through the coaxial cable 151 and the coaxial connector 153. The coaxial connector (153) is internally connected to the antenna (173), and transfer tab 3 (187) is located to adjust the position of the antenna. A dielectric tube (178) penetrating the center of the applicator (117) is used, and a connector is connected to the end of this dielectric tube to allow gas to flow into the dielectric tube (178).

튜닝정합을 위하여 도파관 형태의 3스텁튜너 (도1, 도2 참조) 혹은 동축튜너 등이 사용된다. 그러나 이러한 부분들이 장치가 커지고 복잡해지므로 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 플런저를 기체분해 플라즈마 발생장치의 몸체와 일원화하여 설치함으로써 튜닝정합 장치와 방법을 간단화 및 간소화 하였다.For tuning matching, a three-stub tuner in the form of a waveguide (see Figures 1 and 2) or a coaxial tuner is used. However, as these parts become larger and more complex, in order to solve this problem, the present invention simplifies and streamlines the tuning and matching device and method by installing the plunger in a unified manner with the body of the gas decomposition plasma generator.

유전체관은 플라즈마, 고온, 혹은 라디칼 기체의 부식성에 견딜 수 있도록 석영(quzrtz) 사파이어 (Saphire), 혹은 알루니마를 사용할 수 있다. 물론 상기재료등에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 강화유리나 유리등을 사용할 수 있으며, 이러한 유리재료들은 상기열거한 유전체 재료등에 비하여 열이나 플라즈마에 약한 성질등이 내재할 수 있다.The dielectric tube can be made of quartz, sapphire, or aluminum to withstand the corrosiveness of plasma, high temperatures, or radical gases. Of course, it is not limited to the above materials. For example, tempered glass or glass can be used, and these glass materials may have inherent properties that make them less susceptible to heat or plasma than the dielectric materials listed above.

기체활성화용 초고주파 플라즈마 셀 구조 Ultra-high frequency plasma cell structure for gas activation

본 출원에서 개시하는 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치에 대한 구조에 대하여 설명한다. 동 초고주파가 반도체에서 발진하는 경우 동축선을 통하여 전달되며 , 마그네트론에 의하여 발생되는 경우, 도파관 내부를 통해서 전달된 후 도파관-동축커넥터 전환어댑터를 통하여 전환된 후, 동축케이블(151)과 동축커넥터(153)를 통하여 전달된다. 초고주파는 안쪽에서 동축커넥터(153)에 연결된 동축봉과(155) 이에 연결된 안테나 (157)를 통하여 유전체관(178)안을 흐르는 기체에 전달되어 플라즈마가 발생되며 높은 에너지의 전자에 의하여 (고온에서나 분해가 되는) 기체분자 (X₂) 혹은 중성자들이 원자(X)로 분해되거나 활성화(X^*) 되어 활성종 (Excited State Species) 등으로 상태가 변환된다. 동축봉과 결합되어 초고주파 에너지를 전달하는 안테나(157)의 형태는 도8과 도9등에 예시된 바와 같이 다양하게 존재한다. 안테나의 형태는 상기 예시한 것에 국한되지 않는다. The structure of the ultra-high frequency plasma cell device for gas decomposition disclosed in this application will be described. When the ultra-high frequency oscillates from a semiconductor, it is transmitted through a coaxial line. When it is generated by a magnetron, it is transmitted through the inside of the waveguide and then converted through the waveguide-coaxial connector conversion adapter, and then connected to the coaxial cable (151) and the coaxial connector ( 153). The ultra-high frequency is transmitted to the gas flowing inside the dielectric tube (178) through the coaxial rod (155) connected to the coaxial connector (153) on the inside and the antenna (157) connected to it, generating plasma, and generated by high energy electrons (not decomposed at high temperature) gas molecules (X ₂ ) or neutrons are decomposed into atoms (X) or ^activated ( There are various forms of the antenna 157 that is combined with a coaxial rod and transmits ultra-high frequency energy, as illustrated in FIGS. 8 and 9. The shape of the antenna is not limited to those exemplified above.

사용 실시예 Example of use

상기한 바와 같이 에너지를 얻은 원자나 활성종들은 에너지 준위가 매우 높은 상태에서 반응성이 올라간다. 이러한 기체들을 반응라디칼 (Reactive Radical) 혹은 반응종 (Reactive Species). 이러한 활성라디칼등은 저온에서도 (상대적으로 ) 높은 반응속도를 가지기 때문에, 저온공정화와 생산성 향상을 함으로써, 공정의 수율향상에 기여한다. 본 출원에서는 (도파관을 발진 초기부위에 일부만 사용하거나 초고주파 반도체발진방식을 사용함으로써) 경량화되고 소형화된 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치를 간단하고 용이하게 설치함으로써 다양한 목적으로 다방면으로 활용될 수 있다. 복수개의 플라즈마셀장치의 설치가 가능하기 ??문에, 이 역시 공정의 균일화나 반응율 제고를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 커다란 반응기에 설치가능한 면적만 있으면, 복수개 (수개 ~ 수만개등) 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치를 설치하는 것이 가능하다. 설치면적이 부족한 경우에는 공급전력를 올려서 기체분해용 초고주파 플라즈마셀 장치에서 좀 더 많은 기체를 분해한 후 각 분해된 활성라디칼을 필요한 공정 반응장치에 연결하여 공급한다. 예를 들면, 산술적으로 정확히 비례하지는 않겠지만, 200W의 전력이 공급되는 기체분해 플라즈마셀장치 300여개가 전부 설치될 공간이 부족한 경우, 400W 최대 전력을 공급할 수 있는 플라즈마셀 장치 150개를 설치하여 반응기 내부로 활성라디칼을 공급한다.As mentioned above, the reactivity of atoms or active species that have gained energy increases at a very high energy level. These gases are called reactive radicals or reactive species. Since these active radicals have a (relatively) high reaction rate even at low temperatures, they contribute to improving the yield of the process by enabling low-temperature processing and improving productivity. In this application, a lightweight and compact gas decomposition device (by using only a part of the waveguide at the initial part of oscillation or using an ultra-high frequency semiconductor oscillation method) By simply and easily installing the ultra-high frequency plasma cell device, it can be used for a variety of purposes. Since it is possible to install multiple plasma cell devices, this can also improve process uniformity or increase the reaction rate. For example, as long as there is enough space for installation in a large reactor, it is possible to install multiple (several to tens of thousands, etc.) ultra-high frequency plasma cell devices for gas decomposition . If the installation area is insufficient, increase the supply power to decompose the gas. After more gases are decomposed in the ultra-high frequency plasma cell device, each decomposed active radical is connected to the necessary process reaction device and supplied. For example, although it may not be mathematically proportional exactly, if there is not enough space to install all 300 gas decomposition plasma cell devices that supply 200W of power, 150 plasma cell devices that can supply a maximum power of 400W can be installed to install the reactor. Supply active radicals internally.

또한 복수개의 (다양한) 기체 종류를 한 반응기1의 복수개의 다른 위치에 혹은 용도별로 복수개의 반응기 Rn (n=1,2,??, N)의 적절한 위치에 각각 설치가 가능하기 때문에 이 또한 다양한 장치의 적재적소에 설치가 가능하다. 예를 들면 필요한 경우라면 반응기 측면에는 산소원자를 반응기 하단부에는 수소원자를 넣을 수가 있다. 혹은 반응기1에는 수소원자를 주입하고, 반응기2에는 산소원자를, 반응기 3에는 질소원자를 주입할 수 있다. 또 다른 예로 수많은 복수개의 반응기를 설치한 후 각 반응기에서 CH4를 분해하여 탄소를 포집하고 수소를 발생하는 데 응용이 가능하며 이러한 방법을 사용하여 단위 시간당 생산양을 증가시킬 수 있다. In addition, since multiple (various) types of gas can be installed at multiple different locations in one reactor 1 or at appropriate locations in multiple reactors Rn (n=1,2,??, N) for each purpose, this also allows for a variety of applications. The device can be installed in the right location. For example, if necessary, oxygen atoms can be placed on the side of the reactor and hydrogen atoms can be placed on the bottom of the reactor. Alternatively, hydrogen atoms can be injected into reactor 1, oxygen atoms can be injected into reactor 2, and nitrogen atoms can be injected into reactor 3. As another example, after installing a large number of reactors, it can be applied to capture carbon and generate hydrogen by decomposing CH4 in each reactor. Using this method, the amount of production per unit time can be increased.

Plunger (SSC ) 튜닝장치에 의한 플라즈마 발생Plasma generation by Plunger (SSC) tuning device

상기한 바와 같이 애플리케이터에서 흡수되지 않고 돌아가는 전력을 반사파 전력를 최소화하기 위하여 3-스텁 튜너 (3 Stub-Tuner) (115)와 플런저 (Plunger ; 혹은 슬라이딩 숏써킷 (Sliding Short Circuit : SSC) 라고 불리기도한다(119) ) 를 설치한다 (도1과 도2 참조). 그러나 소형 플라즈마 애플리케이터장치(117)에서는 도파관으로 구성된 큰 사이즈의 플런저를 사용하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 도파관 대신에 동축케이블 형태로 마이크로파 에너지를 전달하는 구조이므로, 또한 이에 부합하게 적절하게 고안된 플런저(119)가 필요하다. 이러한 플런저 형태의 하나로서 도6에 예시한다. 특히,의료용 분야나 혹은 복수개의 다중 소형플라즈마 장치를 적재적소에 설치하는등 다양한 분야에서 도파관 형태는 복잡하고 중후장대한 이유로 설치가 부적절하다. As mentioned above, in order to minimize the reflected wave power of the power that returns without being absorbed by the applicator, it is also called a 3-stub tuner (115) and a plunger (or sliding short circuit (SSC)). (119) ) is installed (see Figures 1 and 2). However, in the small plasma applicator device 117, it is not only difficult to use a large-sized plunger composed of a waveguide, but also because the structure transmits microwave energy in the form of a coaxial cable instead of a waveguide, an appropriately designed plunger 119 is also required. is needed. One such plunger type is illustrated in Figure 6. In particular, in various fields such as medical fields or installing multiple multiple small plasma devices in the right place, the waveguide shape is complex and heavy, making installation inappropriate.

소형 초고주파 플라즈마장치는 애플리케이터의 몸체2(142) 내부에 SSC의 이동을 위한 암나사(182)을 내고 이송탭1의 외부에 상기 몸체2 내부의 암나사(182)와 맞춰 수나사(181)를 만들어 이송이 가능하도록 한다. 이송탭1장치(181)은 주로 황동 혹은 구리 재질로 만든다. The small ultra-high frequency plasma device has a female thread (182) for movement of the SSC inside the body 2 (142) of the applicator, and a male thread (181) on the outside of the transfer tab 1 in line with the female thread (182) inside the body 2 to facilitate transfer. Make it possible. The transfer tap device 1 (181) is mainly made of brass or copper.

이송탭2장치(183)은 이송탭1장치(181)의 내부에 암나사를 만들어 이송탭2장치(183)이 외경에 이 내부 암나사와 맞는 수나사를 만들어 이 이송탭2장치 가 이송탭1장치를 나사산경로를 통하여 이동할 수 있도록 설치된다. 이송탭1장치(181)과 이송탭2장치(183) 각각의 이송을 원활하게 하도록 하기 위하여, 즉 이송탭1놉(182)과 이송탭2놉(184)등이 설치된다. 상기한 각 이송탭1놉(182)과 이송탭2놉(184)등은 수나사가 형성된 이송장치나사들 (181, 183)의 각 손잡이 역할을 한다. 고정용지지대(186)을 몸체2(142)에 설치하고 이 고정용지지대(186)의 끝단에 나사산이 통과할 수 있는 홈을 만든 후, 고정놉나사(185)를 이용하여 이송탭2놉(184)를 고정한다. The transfer tab 2 device (183) creates a female thread inside the transfer tab 1 device (181), and the transfer tab 2 device (183) creates a male thread on the outer diameter that matches this internal female thread, so that the transfer tab 2 device connects the transfer tab 1 device. It is installed so that it can move through a threaded path. To facilitate smooth transfer of the transfer tab 1 device (181) and the transfer tab 2 device (183), that is, the transfer tab 1 knob (182) and the transfer tab 2 knob (184) are installed. The above-mentioned transfer tab 1 knob (182) and transfer tab 2 knob (184) serve as handles for the transfer device screws (181, 183) having male threads. Install the fixing support 186 on the body 2 (142), create a groove at the end of the fixing support 186 through which the screw thread can pass, and then use the fixing knob screw 185 to secure the transfer tab 2 knob ( 184) is fixed.

이송탭2장치(183) 전체 길이는 Lt 이고 이 부분의 안쪽의 끝단은 나사산이 없는 부위, 즉 스톱퍼 부분이 있으며, 이의 길이를 L0이라고 한다. 또한, 이송탭1장치(181)의 길이를 L1이고 이송탭1놉(182)의 두께를 T1이라고 할 ??, 이 길이는 이송탭2장치(181)의 나사산을 타고 움직이므로, L1 < Lt-L0 이다. 이송탭2놉이 움직일 수 있는 거리는 이송탭1장치(181)를 고정 스톱퍼끝깥지 밀어 넣었을 때 Lt - L0 + L1 +T1 부터, Lt 까지이다. 이송탭2놉(184)의 두께를 T2라고 표기한다. 그리고 이 이송탭2놉을 고정놉(185)로 Lt의 끝단에 고정시킨 경우,이송탭1장치(181)은 이송탭1놉(182)를 돌림에 의하여 몸체2(142) 내부의 암나사산을 따라서 움직이게 되며, 이것이 플런저 (혹은 Plunger)의 역할을 하며 또한, 몸체1 (140)의 Cavity의 크기를 조정한다. 즉, 이러한 이송탭1장치(181), 이송탭2장치2(182), 이송탭1놉(182), 이송탭2놉(184), 고정놉(185) 를 이용하여 이송탭1놉의 앞단을 움직이는 방법을 통하여, Lamda /4를 맞춰서 튜닝하여 플라즈마를 발생한다.The overall length of the transfer tab device 2 (183) is Lt, and the inner end of this part has a non-threaded part, that is, a stopper part, and the length of this part is called L0. In addition, let's say that the length of the transfer tab 1 device 181 is L1 and the thickness of the transfer tab 1 knob 182 is T1. Since this length moves along the thread of the transfer tab 2 device 181, L1 < Lt -L0. The distance that the transfer tab 2 knob can move is from Lt - L0 + L1 +T1 to Lt when the transfer tab 1 device (181) is pushed outside the end of the fixed stopper. The thickness of the transfer tab 2 knob (184) is denoted as T2. And when this transfer tab 2 knob is fixed to the end of Lt with the fixing knob (185), the transfer tab 1 device (181) is connected to the female thread inside body 2 (142) by turning the transfer tab 1 knob (182). Therefore, it moves, and this acts as a plunger (or plunger) and also adjusts the size of the cavity of body 1 (140). In other words, the front end of the transfer tab 1 knob is moved using the transfer tab 1 device (181), transfer tab 2 device 2 (182), transfer tab 1 knob (182), transfer tab 2 knob (184), and fixed knob (185). Plasma is generated by tuning Lambda /4 by moving it.

참고로 몸체1(140)과 몸체2(142)는 한몸체일 수도 있고, 각각의 몸체를 만든 후 체결할 수 있다. 체결시에는 상기기 두몸체간 간극이 없도록 하여 초고주파가 누설되지 않도록 한다. 이송탭2놉(184)에 나사구멍을 만들어 고정놉(185)을 설치 및 사용하여 위치를 고정한다. For reference, body 1 (140) and body 2 (142) may be one body, and may be connected after making each body. When fastening, ensure that there is no gap between the two bodies of the device to prevent ultra-high frequencies from leaking. Make a screw hole in the transfer tab 2 knob (184), install and use the fixing knob (185) to fix the position.

이송탭2장치의 내부에는 유전체관(178)이 관통한다. 유전체관은 플라즈마에 의하여 손상이 가거나 표면에 이물질들이 방출이 잘 되지 않는 석영, 사파이어 혹은 알루미나 등의 재료를 사용한다. 유전체 관은 ㅍㄹ라즈마를 발생한 후 이를 전달하는 기체를 이송하는 관이므로 활성라디칼이나 여기종등이 재결합 (rerecombinatin) 반응상수가 작은 재질로 사용한다. 캐비티 (Cavity) 몸체1 (140)의 앞부분은 알루미늄, 황동 혹은 구리등의 재질로 유전체관(178) 부분을 제외한 나머지 부분을 가려서 초고주파가 누설되지 않도록 한다. A dielectric tube 178 penetrates the inside of the transfer tap 2 device. Dielectric tubes are made of materials such as quartz, sapphire, or alumina, which are resistant to damage by plasma or to the release of foreign substances on the surface. Since the dielectric tube is a tube that transports the gas that generates lasma and then transmits it, it is used as a material with a low recombination reaction constant for active radicals or excited species. The front part of Cavity Body 1 (140) is made of aluminum, brass, or copper to prevent ultra-high frequencies from leaking by covering the remaining part except for the dielectric tube (178).

또한, 도6의 캐비티몸체(140)의 좌측단과 우측단에는 금속재질로 된 엔드캡(EndCap)을 씌워 초고주파가 유출되지 않고 실링되도록 한다. 캐비티몸체(140)의 우측단에는 플런저등이 있어 좌측보다 초고주파의 유출 가능성은 적다. In addition, end caps made of metal are placed on the left and right ends of the cavity body 140 in Figure 6 to prevent ultra-high frequencies from leaking out and to seal them. There is a plunger, etc. on the right end of the cavity body 140, so there is less possibility of ultra-high frequency leakage than on the left.

이송탭2놉 상단에는 탭구멍이 나아 있고 이를 통하여 이송탭2놉(184)을 움직이지 않도록 고정하며, 상대적으로 이송탭2장치(183)의 외경탭선을 따라 이송탭1장치(181)가 이동할 수 있으며, 이것이 플런저의 역할을 한다. 이송탭2(183)모듈의 내부는 유전체관(178)이 위치될 수 있도록 내부에 원형구멍이 뚤려 있으며, 이 구멍의 내경은 유전체관(178)의 외경보다 약간 커서 유전체관이 통과하는 것이 가능하다. 도6을 보다 상세하게 예시하기 위하여 소형애플케이터의 우측면도와 정면도를 도7에 예시하였다.There is a tap hole at the top of the transfer tab 2 knob, and through this, the transfer tab 2 knob (184) is fixed so that it does not move, and the transfer tab 1 device (181) moves relatively along the outer diameter tab line of the transfer tab 2 device (183). and this acts as a plunger. The inside of the transfer tab 2 (183) module has a circular hole drilled inside so that the dielectric tube 178 can be positioned, and the inner diameter of this hole is slightly larger than the outer diameter of the dielectric tube 178, allowing the dielectric tube to pass through. do. To illustrate Figure 6 in more detail, the right side view and front view of the small applicator are shown in Figure 7.

여러 유형의 초고주파 안테나 형태Different types of ultra-high frequency antenna shapes

초고주파를 전달하기 위한 안테나가 설치된 단면도를 도8a에 예시하였다. 안테나의 각종형태로서 원형 (도면8b), 타원형(도면8c, 8d), 사각형 (정사각형 (도면8e), 혹은 직사작형 (도면8f), 십자가형 (도면8g), 스파이럴형1(도8h) , 스파이럴형2 (도8i) 등 다양한 형태의 안테나를 사용할 수 있다. 십자가형이 경우에 4개의 가지 대신에 더 많은 가지가 있을 수도 있으며, 기체 흐름 방향의 가지의 길이가 길수도 있다. 사각형의 경우에는 기체 흐름방향으로 한 면의 길이가 더 길수도 있으며, 기체 흐름의 수직방향으로 한 면의 길이가 더 길수도 있다. A cross-sectional view of an antenna installed to transmit ultra-high frequencies is shown in Figure 8a. Various types of antennas include circular (Figure 8b), oval (Figure 8c, 8d), square (Figure 8e), rectangular (Figure 8f), cross (Figure 8g), and spiral type (Figure 8h). Various types of antennas can be used, such as spiral type 2 (Figure 8i). In the case of a cross shape, there may be more branches instead of four branches, and the length of the branches in the direction of gas flow may be long. In the case of a square One side may be longer in the direction of gas flow, and one side may be longer in the direction perpendicular to the gas flow.

안테나는 상기 도면에서는 위에서 1개가 내려와 설치되는 것을 예시하고 있으나, 2개, 3개 , 혹은 4개등 복수개의 안테나가 유전체관을 감싸고 초고주파 에너지를 전달할 수 있다. 각 안테나에 개별적인 전력공급기로부터 파워를 전달할 수도 혹은 1개의 전력공급기에서 분기하여 복수개의 안테나에 전력을 공급할 수 있다. 이는 나중에 보다 자세하게 후술한다. In the above drawing, one antenna is installed with one coming down from the top, but multiple antennas, such as two, three, or four, can surround the dielectric tube and transmit ultra-high frequency energy. Power can be delivered to each antenna from an individual power supply, or power can be supplied to multiple antennas by branching from one power supply. This will be described in more detail later.

안테나 역할을 하는 금속판은 그 지지봉 (191)과 직각의 형태로 배열이 될 수도 있으며, 도면9에 예시된 바와 같이 기체관을 일부를 (도면9a) 혹은 거의 전체를 (도면9b) 감싸는 형태가 될 수도 있다. The metal plate that serves as an antenna may be arranged in a form perpendicular to the support rod (191), and as illustrated in Figure 9, it may be in a form that surrounds part of the gas pipe (Figure 9a) or almost the entire (Figure 9b). It may be possible.

여러 측면으로부터의 안테나 설치 및 전력공급 Antenna installation and power supply from multiple sides

도8, 도9a와 도9b에서는 안테나가 상부에서 내려오는 형태로 설치되어 있는 실시예를 보여 주고 있는데, 기체관을 중심으로 선대칭구조로 하부에서도 동일한 형태의 안테나가 설치되어 초고주파 전력을 전달할 수 있다. 이와 마찬가지로 기체흐름방향의 단면도 (도8의 좌측도면) 에서 기체흐름방향 기준하여 기체관의 좌측과 우측에서도 초고주파 전력이 전달되도록 구성이 가능하다. 즉, 상기 경우에는 상단, 좌측부, 우측부, 하단부 4군데에서 전력 공급을 하는 경우를 의미한다 (도9c). 이 경우에는 1개의 기체관에 흐르는 기체를 4개의 동축안테나를 통하여 분해를 하는 경우이다. 각 동축안테나에 공급되는 전력은 각각 공급될 수도 있고 1개의 전력공급기를 4개로 분기하여 공급할 수도 있다. 상기 경우에는 동일하게 1개의 전력공급기를 사용하는 경우에도 4개의 복수방향에서 초고주파를 전달하여 플라즈마를 발생하므로 균일도를 향상할 수 있으며, 특히 기체관이 큰 경우에는 그 역할이 더 중요해진다. 복수개의 안테나를 설치하는 경우 균일도등 공정을 향상할 수 있는 반면에 냉각이 되는 4개의 동축안테나를 (혹은 복수개의 전력공급기도) 설치하여야 하므로 설치의 복잡함이 존재한다.Figures 8, 9a, and 9b show an embodiment in which the antenna is installed in a way that comes down from the top, and an antenna of the same form is installed at the bottom with an axisymmetric structure centered on the gas pipe, so that ultra-high frequency power can be transmitted. . Similarly, in the cross-sectional view of the gas flow direction (left side view of FIG. 8), it is possible to configure ultra-high frequency power to be transmitted to the left and right sides of the gas pipe based on the gas flow direction. That is, in this case, power is supplied from four places: top, left, right, and bottom (FIG. 9c). In this case, the gas flowing in one gas pipe is decomposed through four coaxial antennas. The power supplied to each coaxial antenna can be supplied individually, or one power supply can be branched into four. In the above case, even when using a single power supply, plasma is generated by transmitting ultra-high frequencies in four multiple directions, so uniformity can be improved, and its role becomes more important, especially when the gas pipe is large. While installing multiple antennas can improve processes such as uniformity, installation complexity exists because four cooled coaxial antennas (or multiple power supplies) must be installed.

전술한 바와 같이 상기한 복수개의 동축커넥터(153)을 설치하여 복수개의 전력공급기를 사용하여 복수개의 플라즈마셀에 초고주파 전력공급이 가능하다. 각 플라즈마셀 발생장치에서 조성된 반응성 라디칼을 라디칼결합기를 통하여 합쳐서 더 큰 농도의 라디컬을 필요한 공정과 반응기에 전달할 수 있다. 라디칼결합기는 발생된 라디칼이 재결합등에 의하여 쉽게 소멸되지 않는 형태의 재질로 을 사용하여 (예를 들면 개별 플라즈마장치의 기체관보다 크기가 큰 석영관이나 사파이어관)등 복수개의 포트를 설치하고 이를, 기체 실링어댑터등과 밸브를 사용하여 각 개별 플라즈마셀 장치를 연결함으로써 구성할 수 있다.As described above, by installing the plurality of coaxial connectors 153, it is possible to supply ultra-high frequency power to a plurality of plasma cells using a plurality of power supplies. By combining the reactive radicals created in each plasma cell generator through a radical coupler, a greater concentration of radicals can be delivered to the necessary processes and reactors. The radical combiner uses a material in which the generated radicals are not easily destroyed by recombination, etc., and installs a plurality of ports such as (for example, a quartz tube or sapphire tube larger than the gas tube of an individual plasma device). It can be configured by connecting each individual plasma cell device using a gas sealing adapter, etc. and a valve.

혹은 1개의 플라즈마셀 장치의 유전체관에 복수개의 안테나를 설치하여 유전체관을 둘러싸고 각 안테나에 복수개의 전력공급기를 통하여 초고주파 에너지 전달이 가능하다. 즉, 1개의 전력공급기에서 다양한 형태의 스플리터를 사용하여 복수개로 전력전달 경로로 분기하여 전력을 공급하여 보다 균일하고도 초고밀도 플라즈마를 발생하는 것이 가능하다 (이 경우에 대해서는 후술한다). Alternatively, it is possible to install multiple antennas in the dielectric tube of one plasma cell device, surround the dielectric tube, and transmit ultra-high frequency energy through multiple power supplies to each antenna. In other words, it is possible to generate more uniform and ultra-high density plasma by supplying power by branching into multiple power transmission paths using various types of splitters from one power supply (this case will be described later).

특히, 기체튜브관이 크거나, 기체의 흐름 속도가 큰 경우, 흐르는 기체를 충분히 분해 (해리 : Dissociation) 경우에는 상기한 바와 같이 복수개의 안테나를 설치하여 전력을 공급하는 것이 유용한 방법이 된다. 본 출원에서는 상기한 방법들을 모두 다 포함한다. In particular, when the gas tube is large, the gas flow speed is high, or the flowing gas is sufficiently dissociated, it is a useful method to supply power by installing a plurality of antennas as described above. This application includes all of the above methods.

도8과 도9에서 예시된 상기 안테나의 형태는 극히 일부분이며, 더 많은 다양한 형태의 안테나가 사용이 가능하며 본 특허는 이러한 다양한 형태의 안테나를 포함한다.The types of antennas illustrated in FIGS. 8 and 9 are only a few, and many different types of antennas can be used, and this patent includes these various types of antennas.

안테나 위치 조정 Antenna position adjustment

본 출원에서는 플라즈마 발생이 잘되도록 하기 위하여 안테나의 위치를 상하로 움직일 수 있는 것을 포함한다. 도6에 예시된 바와 같이 초고주파 에너지는 동축케이블(151)과 동축커넥터(153)를 통하고, 동축봉이 몸체3(155)를 관통한 후 몸체1(140)와 몸체2(142)를 관통하는 유전체관(178)안의 기체에 전달된다. 몸체3(155)의 위부분은 원통형으로서 내부에 암나사가 나있고 이것이 동축커넥터(153)이 수나사와 체결되어 결합된다. 몸체3의 하단부는 직사각형으로 나사 2개로 몸체2(142)에 고정된다. 직사각형몸체는 "ㄱ"자형으로서 그 밑부분에는 이송탭3놉 (187)이 있으며, 이송탭3놉의 내부 원형홈에는 암나사산이 있고, 이는 내부몸통의 수나사와 체결된다. 이 이송탭3놉을 돌리며, 내부의 안테나의 높이가 위아래로 조절됨으로써, 안테나의 위치를 상하로 조정하는 것이 가능하다. 이를 통하여 초고주파 에너지가 효율적으로 유전체관 내부로 전달되도록 한다. 이 위치에 따라 플라즈마 임피던스가 달라지므로, 이송탭1장치(181) 플런저(SSC의 위치가 변경이 된다. This application includes the ability to move the position of the antenna up and down to ensure good plasma generation. As illustrated in Figure 6, ultra-high frequency energy passes through the coaxial cable 151 and the coaxial connector 153, and after the coaxial rod penetrates body 3 (155), it penetrates body 1 (140) and body 2 (142). It is transmitted to the gas in the dielectric tube 178. The upper part of body 3 (155) is cylindrical and has a female thread inside, and the coaxial connector (153) is connected to the male thread. The lower part of body 3 is rectangular and is fixed to body 2 (142) with two screws. The rectangular body is shaped like an “L” and has a transfer tab 3 knob (187) at the bottom, and the inner circular groove of the transfer tab 3 knob has a female thread, which is fastened to the male thread of the inner body. By turning this transfer tab 3 knob, the height of the internal antenna can be adjusted up and down, making it possible to adjust the antenna's position up and down. Through this, ultra-high frequency energy is efficiently transmitted inside the dielectric tube. Since the plasma impedance varies depending on the position, the position of the plunger (SSC) of the transfer tap device 1 181 is changed.

유전체관의 진공실링 혹은 대기압 기체 실링 , Vacuum sealing or atmospheric pressure gas sealing of dielectric tubes,

플라즈마 발생을 위하여 진공 혹은 실링이 필요한 경우, 유전체관 좌측끝단과 우측끝단에 진공실링을 위한 어댑터를 설치한다. 대기압에서 상기 플라즈마 기체분해장치를 조작하는 경우에도 유전체관(178) 안에 흐르는 기체가 위험하거나 환경오염가스등 유해가스일 수 있으므로 실링이 필요하다. 이는 한쪽면이 경사진 링타입의 금속체를 오링후에 설치하고 이를 포함할 수 있는 금속체 내부에 설치하고 수나사와 수나사를 몸체와 조이는 금속체를 돌려서 체결하면 압력이 가해져서 오링이 유전체관에 밀착하게 함으로써 실링한다. 상기 실링 부분은 진공상태가 가압상태에서도 실링이 되도록 한다. If vacuum or sealing is required for plasma generation, install adapters for vacuum sealing at the left and right ends of the dielectric tube. Even when operating the plasma gas decomposition device at atmospheric pressure, sealing is necessary because the gas flowing in the dielectric pipe 178 may be dangerous or harmful gas such as environmental pollutant gas. This is done by installing a ring-type metal body with an inclined side on one side after the O-ring and installing it inside the metal body that can contain it. When the male screw and male screw are tightened by turning the metal body that tightens the body, pressure is applied and the O-ring adheres to the dielectric tube. Sealing it by doing it. The sealing part ensures sealing even when the vacuum is pressurized.

(상기 도면에서 테플론 튜브관이 유전체 관의 예시로서 연결되어 있다). (In the figure above, a Teflon tube is connected as an example of a dielectric tube).

상기 오링의 경우에 중간에 오링을 1번 쓰는 경우와 중간에 오링2번과 금속링1번 사용하여 실링하는 경우등이 있다. 오링2번을 사용하는 경우 이중실링이 되어 실링을 더 보장한다. 금속관은 규격사이즈의 스웨이락 (Swagelock) 혹은 케이준(Cajoun) fitting을 사용하여 실링하면 된다. In the case of the above O-ring, there is a case where O-ring No. 1 is used in the middle and a case where O-ring No. 2 and a metal ring No. 1 are used for sealing. If O-ring No. 2 is used, double sealing is performed to further guarantee sealing. Metal pipes can be sealed using standard-sized Swagelock or Cajoun fittings.

혹은 상기 연결부품은 도14a에 예시된 바와 같이 한쪽은 유전체관으로 (예를들면 1/4"혹은 1/2") 구성되고 다른 반대쪽은 금속튜브관 (예를들면 1/4" 혹은 1/2") 형태로 마무리 되고 여기에 금속핏팅이 연결된 후 기체유입부에 연결되면 된다). Alternatively, the connecting part is composed of a dielectric tube (e.g., 1/4" or 1/2") on one side and a metal tube (e.g., 1/4" or 1/2") on the other side, as illustrated in Figure 14a. It is finished in a 2") shape, a metal fitting is connected here, and then connected to the gas inlet).

상기 핏팅은 한쪽 부위는 유전체관이 오링으로 실링되며 체결이 되고 핏팅의 반대쪽 편은 금속튜브관이 연결되도록 금속관 실링핏팅으로 형성할 수 있다. 즉, 한쪽은 상기한 경사진 금속부분을 이용하는 오링 실링이고 이는 유전체관을 실링한다. 반대쪽은 금속관이 연결되도록 서로 다른 형태의 핏팅이 구성된다. 상기 금속관실링 핏팅에 금속튜브관이 연결되고 이 금속튜브관이 기체공급부 (즉, 기체 저장탱크 실린더에 연결)와 금속 고압-고진공 실링부품을 사용하여 연결된다. 이러한 양쪽이 상반된 방식으로 연결된 핏팅을 '유전체오링-금속핏팅' 이라 명명한다. The fitting can be formed as a metal pipe sealing fitting so that the dielectric pipe is sealed and fastened with an O-ring on one side, and the metal tube pipe is connected on the other side of the fitting. That is, one side is an O-ring seal using the above-described inclined metal part, which seals the dielectric tube. On the other side, different types of fittings are configured to connect the metal pipes. A metal tube is connected to the metal tube sealing fitting, and this metal tube is connected to the gas supply unit (i.e., connected to the gas storage tank cylinder) using a metal high pressure-high vacuum sealing part. The fitting in which these two sides are connected in opposite ways is called ‘dielectric O-ring-metal fitting’.

상기한 오링실링 이외에도 금속에 브레이징화된(Brazed) 유전체관을 사용하여 실링한다 (도14C참조). 이 경우에는 유전체 관이 금속관이 일체형으로 브레이징화 되어 있기 때문에 초고주파에 노출되어 에너지를 받는 부위는 유전체 관을 사용하고 브레이징 한 부위 이후에는 금속관이므로 이 금속관은 기체 공급부와 상기한 금속관핏팅으로 연결한 후 이 일원화된 유전체관-금속관 내부에 공정가스가 흐른다. 즉 이 경우에는 경접된 유전체관-금속관과 금속관-금속관 핏팅을 사용하는 것이다. 상기한 경접된 유전체관을 사용하는 경우, 상기 오링의 경우보다 상대적으로 고온에서 외부환경으로부터 실링이 가능하다. 플라즈마 발생된 이후에는 재결합상수가 적은 유전체 관을 사용하는 것이 좋다. 유전체관을 사용하는 경우에는 도14a에 예시된 유전체오링-금속핏팅 사용하여 반응기에 연결한다. 또는 경접된 유전체관-금속관을 사용할 수도 있으면 이 경우 반응기에는 금속핏팅을 사용하여 연결된다.In addition to the O-ring sealing described above, sealing is performed using a dielectric tube brazed to metal (see Figure 14C). In this case, since the dielectric tube is brazed as an integrated metal tube, the part exposed to ultra-high frequencies and receiving energy uses a dielectric tube, and since the brazed area is a metal tube, this metal tube is connected to the gas supply part using the metal tube fitting described above. Process gas flows inside this unified dielectric tube and metal tube. That is, in this case, jointed dielectric tube-metal tube and metal tube-metal tube fittings are used. When using the above-mentioned beveled dielectric tube, sealing from the external environment is possible at a relatively higher temperature than in the case of the O-ring. After plasma is generated, it is better to use a dielectric tube with a low recombination constant. When using a dielectric tube, connect it to the reactor using the dielectric O-ring-metal fitting shown in Figure 14a. Alternatively, a jointed dielectric tube-metal tube may be used, in which case it is connected to the reactor using a metal fitting.

유전체오링의 경우에 고온에서 사용하려면 고온에 내열성이 강한 오링을 사용하거나 혹은 유전체가 오링으로 실링되는 핏팅의 외부면에 금속튜뷰를 용접하거나 2중관형태의 내면에 냉각수를 흘리는 방식으로 해서 냉각하여 사용이 가능하다. 상기 피팅의 내부에 공정가스가 흐르며 초고주파에 의하여 기체가 분해된다. In the case of dielectric O-rings, if you want to use them at high temperatures, use an O-ring with strong heat resistance at high temperatures, or weld a metal tube to the outer surface of the fitting where the dielectric is sealed with an O-ring, or cool it by flowing coolant on the inner surface of the double pipe. This is possible. Process gas flows inside the fitting and the gas is decomposed by ultra-high frequency.

복수개의 기체분해용 플라즈마 셀장치가 필요한 경우When multiple gas decomposition plasma cell devices are required

복수개의 기체를 분해하여 공정을 수행하는 경우, 각 경우의 기체 수에 상당하는 만큼의 상기한 복수개의 유전체 오링-금속핏팅이 연결되면 된다. 상기한 냉각되는 유전체오링-금속핏팅과 경접된 유전체-금속관/금속관핏팅 방식은 본 출원발명의 초고주파 플라즈마에는 중요한 연결요소이며 본 발명에서는 상기한 모든 경우들을 포함한다. When performing a process by disassembling a plurality of gases, the plurality of dielectric O-ring-metal fittings corresponding to the number of gases in each case can be connected. The above-described cooled dielectric O-ring-metal fitting and the joined dielectric-metal tube/metal tube fitting method are important connection elements in the ultra-high frequency plasma of the present invention, and the present invention includes all of the above cases.

상기한 방법은 크게 실링하는 2가지 방법을 예시한 것이며, 본 출원에서는 이외에도 유전체관의 실링하는 다른 여타 방법의 실링구조를 사용하여 플라즈마를 발생하는 장치와 방법을 포함한다.The above method largely exemplifies two methods of sealing, and the present application also includes devices and methods for generating plasma using a sealing structure of other methods for sealing dielectric tubes.

냉각 라인의 설치 Installation of cooling lines

안테나(173)를 통하여 마이크로파 에너지가 전달되어 플라즈마가 발생되며이 상태에서 유입되는 기체분자를 분해하여 전자, 이온, 광자(photon), 활성라디칼 중성자가 발생된다. 이러한 경우에, 초고주파의 에너지로 인하여 가열이 되므로 냉각이 필요하며, 이러한 냉각을 위하여 냉각수 유입라인(131)과 냉각수 유출라인(132)을 연결한다. 저전력을 사용하는 등 가열이 작은 경우에 냉각수 라인 대신에 공기라인을 사용한다. 도7에 예시된 바와 같이 냉각라인은 몸통에 홈을 내어서 이 홈에 냉각라인을 끼워 넣어 접촉면이 증가하도록 하는 방식을 보여 주고 있다. 이 경우에는 냉각라인을 1턴을 감아서 설치하였으나, 냉각이 더 필요한 경우 여러 번을 감아서 냉각이 가능하다. 더 큰 냉각이 필요한 경우, 상기한 바와 같은 냉각라인을 몸체에 감아서 설치하는 대신에 몸체를 이중관 구조로 형성하여 수냉라인이 이 몸체안에 유입하고 유출되게 함으로써 전체 몸체가 냉각하는 방법이 있으며, 본 출원에서는 이를 포함한다. Via antenna 173 Microwave energy is transmitted to generate plasma, and in this state, incoming gas molecules are decomposed to generate electrons, ions, photons, and active radical neutrons. In this case, since heating occurs due to ultra-high frequency energy, cooling is necessary, and for this cooling, the coolant inlet line 131 and the coolant outlet line 132 are connected. When heating is small, such as when using low power, use an air line instead of a coolant line. As illustrated in Figure 7, the cooling line shows a method of making a groove in the body and inserting the cooling line into this groove to increase the contact area. In this case, the cooling line was installed by winding one turn, but if more cooling is needed, cooling can be achieved by winding it multiple times. If greater cooling is required, instead of installing the cooling line by winding it around the body as described above, there is a method of cooling the entire body by forming the body into a double pipe structure and allowing the water cooling line to flow in and out of the body. This is included in the application.

저전력의 경우에 동축케이블에 의한 초고주파 전달 In case of low power, ultra-high frequency transmission using coaxial cable

저전력의 마이크로파를 사용하는 경우에는 도파관 대신에 동축케이블을 사용하여 부피, 무게등을 감소시켜 간편하게 마이크로파 장치를 설치하는 방법이 있다. 도4에 예시된 마이크로파를 이용한 플라즈마발생장치를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 마그네트론(‘M’라 칭함 ; 111), 써큘레이터(‘C’라 칭함 ; 113), 더미로드(‘D’’라 칭함 ; 123)등이 외부에 있으면 별도의 공간을 차지하므로 이 M-C-D를 전원공급장치에 내부에 설치하여 일체화 및 일원화를 한다. 이렇게 함으로써 상당한 공간적인 축소가 가능하며 마그네트론에 공급하는 전원을 내부에서 직접 연결하여 공급하고 냉각라인등을 공유하는 등 동선이 ?F아지고 설치가 용이한 장점이 있다. 3스텁-튜너 (매처 혹은 정합기 )는 수동인 경우에는 스텁을 동작하여야 매칭을 하여야 하므로 외부에 위치시킨다. 자동튜너의 경우에는 도11에 예시한 바와 같이 임피던스를 매칭하기 위하여 다수개의 스텁들이 자동으로 조절되므로 이 경우에는 튜너가 전력공급기(121) 안으로 위치하는 것이 가능하다. When using low-power microwaves, there is a way to easily install the microwave device by reducing the volume and weight by using a coaxial cable instead of a waveguide. The plasma generator using microwaves shown in Figure 4 will be described as an example. If the magnetron (referred to as 'M'; 111), circulator (referred to as 'C'; 113), and dummy load (referred to as 'D'; 123) are external, they occupy separate space, so this M-C-D must be used as a power source. It is installed inside the supply device for integration and unification. By doing this, a significant reduction in space is possible, and the power supply to the magnetron is directly connected internally and cooling lines are shared, which has the advantage of reducing movement wires and making installation easier. 3Stub-tuner (matcher or matcher) is located externally in the case of manual operation because matching must be performed by operating the stub. In the case of an automatic tuner, as illustrated in FIG. 11, a plurality of stubs are automatically adjusted to match the impedance, so in this case, it is possible for the tuner to be located in the power supply 121.

도4의 경우에는 아이솔레이터 (써큘레이터(113)와 더미로드(123)의 합을 아이솔레이터라고 함)부터 애플리케이터까지 도파관을 사용하여 연결하여야 함으로써 불편함이 있다. 이러한 부분을 해소하기 위하여 동축케이블-도파관 전환어댑터 (Co-Axial Adaptor)와 동축케이블을 사용할 수 있다. 도파관-동축케이블전환어댑터의 형태를 도10에 예시하였다. 상기 어댑터를 사용하면 설치공간이 감소하며 설치를 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다. 도11은 마그네크론(111), 써큘레이터(123), 더미로드(123), 튜너(115) 모두를 전력공급기(121) 내부에 위치시키고, 도파관-동축케이블전환어댑터(155)와 동축케이블(151)를 설치하여 애플리케이터(173)로의 연결을 간소화하여 사용하는 경우를 보여주는 예시도이다. In the case of Figure 4, there is an inconvenience in that a waveguide must be used to connect from the isolator (the sum of the circulator 113 and the dummy load 123 is called an isolator) to the applicator. To solve this problem, a coaxial cable-waveguide conversion adapter (Co-Axial Adapter) and a coaxial cable can be used. The shape of the waveguide-coaxial cable conversion adapter is illustrated in Figure 10. Using the adapter has the advantage of reducing installation space and making installation easier. Figure 11 shows that the magnetron 111, circulator 123, dummy load 123, and tuner 115 are all located inside the power supply 121, and the waveguide-coaxial cable conversion adapter 155 and the coaxial cable ( This is an example showing a case where 151) is installed and the connection to the applicator 173 is simplified and used.

이와 같이 본 발명에서는 도파관-동축케이블전환어댑터 (Co-Axial Adaptor)와 동축케이블을 사용하여 마이크로파 발생 장치를 간소화하여 전달하는 것을 특징으로하는 기체분해용 플라즈마 발생 방법 및 장치를 포함한다. As such, the present invention includes a method and device for generating plasma for gas decomposition, characterized in that the microwave generator is simplified and delivered using a waveguide-coaxial cable conversion adapter (Co-Axial Adapter) and a coaxial cable.

상기한 경우는 애플리케이터(173)을 제외한 상기 구성품목들이 모두 전력공급기(121) 안에 들어가므로 사용이 편리해지는 점이 있으나 크기가 큰 도파관을 사용하고 있기 때문에 전력공급기가 커지고 무거워지는 단점이 있다. 초소형 기체분해용 애플리케이터의 경우에는 사용하는 전력이 크지 않기 때문에 마그네트론(111)과 도파관(112)을 사용하지 않는 반도체 발진 방식을 사용하면 보다 초소형, 경량의 마이크로파의 발생 및 전달 장치가 가능하다 (도12 참조).In the above case, all of the components except the applicator 173 are included in the power supply 121, making it convenient to use. However, since a large waveguide is used, the power supply becomes larger and heavier. In the case of an ultra-small gas decomposition applicator, the power used is not large, so a more compact and lightweight microwave generation and transmission device is possible by using a semiconductor oscillation method that does not use the magnetron 111 and the waveguide 112 ( Figure 12 ).

다만, 유전체관이 크기가 큰 경우나 고전력이 필요한 경우에는, 상기 방법이외에도 도파관-동축케이블전환-어댑터를 사용하는 대신에 도파관을 그대로 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 이 경우에는 도파관을 플라즈마장치 (applicator)가 수직으로 가로 지르며, 기체관으에 대하여 실링이 구비된 구조로 유전체관을 설치하여 플라즈마 발생하는 것이 가능하다 (도13, 도14). 실링은 진공이 필요한 경우에는 진공실링 구조로, 대기압인 경우에도 기체가 누설되면 않되므로 기체 실링을 한다. 초고주파 혹은 플라즈마로 인하여 온도가 올라갈 수 있으므로 주로 고온에도 견디는 재질의 고온용 고분자 오링 혹은 신축적 금속오링으로 실링하도록 한다. 신축적 금속오링은 금속재질이면서도 유연하여 오링과 같이 실링 역할을 한다. 추가적으로 고진공이 필요한 경우 금속에 브레이징된 유전체관을 금속가스킷으로 고분자 오링ㅇ로 실링하는 경우 보다 높은 고온과 고진공하에서 사용이 가능하다. 통상적으로 2.45GHz의 주파수에서는 WR340 / WR284 도파관 내의 설치가 가능하도록 유전체관이 내경 43mm 이하를 사용한다. 통상 이보다 더 큰 관의 경우에는 915MHz 를 사용하여 150mm 이상의 유전체관에 플라즈마를 발생한다. However, when the dielectric tube is large or high power is required, in addition to the above method, it is preferable to use the waveguide as is instead of using the waveguide-coaxial cable conversion-adapter. In this case, a plasma device (applicator) crosses the waveguide vertically, and it is possible to generate plasma by installing a dielectric tube in a structure with a seal on the gas tube (FIGS. 13 and 14). When a vacuum is required, the sealing is a vacuum sealing structure, and gas sealing is used because gas should not leak even at atmospheric pressure. Since the temperature may rise due to ultra-high frequency or plasma, sealing should be done with a high-temperature polymer O-ring or flexible metal O-ring made of a material that can withstand high temperatures. The flexible metal O-ring is made of metal but is flexible, so it acts as a seal like an O-ring. Additionally, when high vacuum is required, it can be used at higher temperatures and under high vacuum than when sealing a dielectric tube brazed to metal with a metal gasket and a polymer O-ring. Typically, at a frequency of 2.45 GHz, dielectric tubes with an inner diameter of 43 mm or less are used to enable installation in WR340 / WR284 waveguides. Typically, for tubes larger than this, 915 MHz is used to generate plasma in dielectric tubes of 150 mm or longer.

크기가 큰 유전체관 기체분해용 플라즈마장치가 필요한 경우에 도파관을 확장한 후 더 큰 유전체관을 내포하는 방법도 있다. 혹은 도파관에 직경이 큰 원통형구조의 공진캐비티 플라즈마장치를 연결하고 여기에 냉각과 실링이 되는 유전체관을 관통하여 더 큰 크기의 기체분해 플라즈마를 발생할 수 있다 (도1참조). 도1에 예시된 바와 같이, 도파관을 확장하여 보다 큰 플라즈마 장치를 내재하여 설치하거나, 혹은 도파관보다 큰 사이즈의 원통형의 플라즈마장치에 도파관 플랜지를 설치하고 이를 마그네트론 방향쪽의 도파관 플랜지에 연결, 구성하여 사용하기도 한다.If a plasma device for gas decomposition with a large dielectric tube is required, there is also a method of expanding the waveguide and including a larger dielectric tube. Alternatively, a larger-sized gas decomposition plasma can be generated by connecting a resonant cavity plasma device with a cylindrical structure with a large diameter to the waveguide and penetrating it through a dielectric tube for cooling and sealing (see Figure 1). As illustrated in Figure 1, the waveguide can be expanded to install a larger plasma device, or a waveguide flange can be installed in a cylindrical plasma device larger than the waveguide and connected to the waveguide flange in the direction of the magnetron. It is also used.

도파관에 기체분해용 플라즈마 발생장치를 연결하는 실시예 Embodiment of connecting a plasma generator for gas decomposition to a waveguide

도13에 예시된 바와 같이 사용자가 보다 큰 기체관에서 기체분해를 원하는 경우, 도파관에 기체분해용 플라즈마 발생장치를 연결하여 활성라디칼을 발생할 수 있다. 또한, 상기 유전체관이 연결되는 도파관 플랜지로부터로부터 유전체관쪽 방향으로 도파관을 경사지게하여 (Tapered) 보다 큰 전계를 발생시킴으로써 보다 고밀도 고에너지의 플라즈마 발생이 가능하며 본 출원에서는 이를 포함한다. 도파관 경사는 도파관 파가 흐르는 방향으로의 중심축 대비 양축이 대칭으로 경사지게 하는 방법이 있고, 한쪽 선을 평평한 직선으로 고정시키고 다른 한쪽선을 경사지게 하는 방법이 있다. 도13에 예시된 바와 같이 유전체관(178)을 지지 고정하는 부위 (191)은 실링과 수냉을 구비한다. 실링은 상기한 방법등을 포함하며, 수냉은 물관을 감기고 하고 이중금속체를 구성하여 냉각한다. 유전체 상단부(191)는 실링과 기체유입을 포함하며, 유전체 하단 연결부는 실링과 기체유출이 가능하도록 구성하며 진공이 필요로 하는 경우 진공펌프를 사용하여 배기한다.As illustrated in Figure 13, if a user wants to decompose gas in a larger gas pipe, active radicals can be generated by connecting a plasma generator for gas decomposition to the waveguide. In addition, the waveguide is tapered from the waveguide flange to which the dielectric tube is connected in the direction toward the dielectric tube to generate a larger electric field, thereby enabling the generation of higher-density, higher-energy plasma, and this is included in the present application. There is a method of tilting the waveguide by tilting both axes symmetrically relative to the central axis in the direction in which the waveguide wave flows, and there is a method of fixing one line to a flat straight line and tilting the other line. As illustrated in Figure 13, the portion 191 for supporting and fixing the dielectric tube 178 is provided with sealing and water cooling. Sealing includes the above-described methods, and water cooling is performed by winding a water pipe and forming a double metal body. The dielectric upper part 191 includes sealing and gas inflow, and the dielectric lower connection part is configured to enable sealing and gas outflow, and when vacuum is required, it is exhausted using a vacuum pump.

도파관을 사용하는 또 다른 방법으로 도파관-동축봉 전환 안테나 (173))를 사용하여 (도4의 돔형태 대신에) 유전체관형을 위치시킴으로서 유전체관 내에 플라즈마를 발생할 수 있다 (도15a참조). 이 경우에는 기존에 전술한 동축케이블을 안테나봉에 전달하고 이후에 안테나판에 의하여 유전체관에 흐르는 기체에 초고주파 에너지를 전달하는 도6의 경우와 구분된다. 동축봉안테나의 끝단 부분에 연결된 안테나용 금속판 도8과 도9의 경우처럼 여러 형태로 변형하여 인가하는 것을 포함한다 실시예로 도15a의 옆에 또 다른 반구형태의 안테나 형태를 예시하였다. 도15a의 경우에는 도파관 방향으로 원통형의 반응기 캐비티를 구성하고 이 캐비티를 유전체관이 수직방향으로 관통한다. 반응기를 관통하는 경우에 실링이 확보되도록 냉각이 되는 실링장치를 구성하여 설치한다. Another method of using a waveguide is to use a waveguide-coaxial rod switching antenna (173) to generate plasma within the dielectric tube by placing a dielectric tube (instead of the dome shape of Figure 4) ( see Figure 15a). This case is different from the case of Figure 6 in which the previously described coaxial cable is transmitted to the antenna pole and then ultra-high frequency energy is transmitted to the gas flowing in the dielectric tube through the antenna plate. The metal plate for the antenna connected to the end of the coaxial rod antenna includes applying it by modifying it into various shapes as in the case of FIGS. 8 and 9. As an example, another hemispherical antenna shape is illustrated next to FIG. 15A. In the case of Figure 15a, a cylindrical reactor cavity is formed in the direction of the waveguide, and a dielectric tube passes through this cavity in the vertical direction. A cooling sealing device is constructed and installed to ensure sealing when penetrating the reactor.

즉, 이 경우는 도6과 도7에 예시된 동축케이블과 동축전환어댑터를 사용하는 경우를 변형하여, 도파관으로부터 도파관-동축봉 전환 안테나를 사용하여 반응기 내로 관통하는 관형의 유전체관에 초고주파 에너지를 전달하는 방식이며 본 출원에서는 이를 포함한다. 이 경우에는 3스텁튜너를 사용하거나 사용하지 않는 경우 모두 다 포함한다. 진공실링이 필요한 경우에 도파관 창에 사각형태의 유전체판과 고온용오링 혹은 금속링을 사용하는 도파관플랜지 진공윈도우가 설치된다. 도6과 도7에 예시된 바와 같이 기체관 유입부에 좌우로 이동하는 구조의 플런저 (이를 '기체관유입단 플런저' 라 명칭함)를 설치하여 플라즈마 발생을 위한 튜닝하는 방법이 가능하다, 또는 도15a에 보듯이 도파관-동축봉 전환 안테나의 오른쪽에 플런저(119)를 설치하여 튜닝정합하는 것도 가능하다. 따라서 3-스텁튜너, 플런저, 기체관유입단 플런저를 각각 혹은 선택적으로 결합하여 튜닝정합하는 것이 가능하다. 본 출원에서는 상기한 모든 경우를 포함한다. That is, in this case, the case of using a coaxial cable and a coaxial conversion adapter illustrated in Figures 6 and 7 is modified to transmit ultra-high frequency energy to a tubular dielectric tube penetrating into the reactor using a waveguide-coaxial rod conversion antenna from the waveguide. This is a method of delivery and is included in this application. In this case, it includes both cases where a 3-stub tuner is used and whether it is not used. When vacuum sealing is required, a waveguide flange vacuum window using a rectangular dielectric plate and a high-temperature O-ring or metal ring is installed on the waveguide window. As illustrated in Figures 6 and 7, it is possible to tune for plasma generation by installing a plunger that moves left and right at the gas pipe inlet (this is called 'gas pipe inlet plunger'), or As shown in 15a, tuning and matching is also possible by installing the plunger 119 on the right side of the waveguide-coaxial rod conversion antenna. Therefore, it is possible to tune and match the 3-stub tuner, plunger, and gas tube inlet plunger by individually or selectively combining them. This application includes all of the above-mentioned cases.

상기한 형태와는 달리 도15b의 경우에는 원통형의 금속캐비티를 도파관의 방향과 수직으로 구성하고 이 캐비티와 평행한 방향으로 유전체관이 관통하는 경우이다. 이 경우에 캐비티 양단에 플랜지가 구성되며 이 플랜지에 유전체관이 실링 및 고정되는 실링장치 어댑터를 구성하여 사용한다. 본 발명에서는 이 두가지 경우를 포함하며, 도파관을 통하여 전달되는 초고주파의 에너지를 원통형 캐비티 내의 유전체관 안에 흐르는 기체에 에너지를 전달한다. Unlike the above-described form, in the case of Figure 15b, a cylindrical metal cavity is formed perpendicular to the direction of the waveguide, and a dielectric tube penetrates the cavity in a direction parallel to the cavity. In this case, flanges are formed at both ends of the cavity, and a sealing device adapter is used to seal and fix the dielectric tube to this flange. The present invention includes these two cases and transfers ultra-high frequency energy transmitted through a waveguide to a gas flowing in a dielectric tube in a cylindrical cavity.

반도체 발진 초고주파 경우에도, 특히 높은 전력이 인가되는 경우에는 동축-도파관 전환어댑터를 통하여 도파관 형태로 전환한 후 상기한 플라즈마 장치를 연결하여 사용이 가능하다. 상기 경우들은 예시에 지나지 않으며 여러 형태의 유사한 구성 및 배열이 있을 수 있으며, 본 발명은 이 경우들도 포함한다.Even in the case of semiconductor oscillation ultra-high frequency, especially when high power is applied, it can be used by converting to a waveguide form through a coaxial-waveguide conversion adapter and then connecting the above-mentioned plasma device. The above cases are merely examples and there may be various similar configurations and arrangements, and the present invention also includes these cases.

또한, 마이크로파가 전달되는 경로에 3스텁튜너가 필요로 하지 않고 정합할 수 있도록 장치를 구성하는 경우에 마이크로파 응용장치가 훨씬 간소화될 수 있다. 또한 스텁튜너 혹은 동축튜너를 사용하지 않고 튜너 대용으로 플런저(plunger ; SSC )를 사용하거나 주파수를 변조하는 방법으로 이를 애플리케터와 융합하여 임피던스 정합하여 사용하는 경우에 마이크로파 장비를 훨씬 더 소형화하여 사용할 수 있다. 본 출원발명에서는 이러한 주파수 변조에 의한 정합방식과 플런저를 구비된 기체분해용 플라즈마 셀 애플리케이터 방식과 장치를 모두 포함한다. In addition, if the device is configured to match the path through which microwaves are transmitted without requiring a three-stub tuner, the microwave application device can be greatly simplified. In addition, if you use a plunger (SSC) instead of a tuner instead of using a stub tuner or coaxial tuner, or if you fuse it with an applicator to modulate the frequency and use it for impedance matching, the microwave equipment can be used in a much smaller size. there is. The present invention includes both a matching method using frequency modulation and a plasma cell applicator method and device for gas decomposition equipped with a plunger.

반도체 방식의 마이크로파에 의한 기체분해용 플라즈마셀 장치Plasma cell device for gas decomposition using semiconductor microwaves

종래의 마이크로파를 발진하는 마그네크론을 사용하는 방법 대신에 근래에는 반도체를 이용하여 마이크로파를 발진하는 것이 가능하다. 이를 반도체 마이크로파 (Solid-State Micro-Wave : SSMW) 라고 한다. 이 때 사용하는 반도체는 실리콘 기반의 횡확산금속산화물반도체 [Laterally Diffused Metal Oxide Semiconducotor LDMOS] 전계효과(電界效果) 트랜지스터 (Field-Effective Transistor ; FET ) 이다. 혹은 SiC 혹은 GaN 기판에 만들어진 전력반도체를 이용하여 초고주파를 발진시키기도 한다. Instead of using a conventional magnetron to oscillate microwaves, it is recently possible to oscillate microwaves using a semiconductor. This is called a solid-state microwave (SSMW). The semiconductor used at this time is a silicon-based Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor LDMOS (Field-Effective Transistor (FET)). Alternatively, ultra-high frequencies can be oscillated using power semiconductors made on SiC or GaN substrates.

현재는 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.Currently, low-power ultra-high frequency power supplies (power) are being produced using a single power semiconductor chip that can 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. .

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. As a method of creating a semiconductor-type high-power power for ultra-high frequency, the above-mentioned single low-power ultra-high-frequency power is modularized using multiple units, and multiple 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 60Kw 생산이 가능하다. 추후에는 상기한 방법들을 더 결합하여 더 큰 용량의 전력공급기의 생산도 가능하다. 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 종단에서는 최종 고출력 초고주파를 도파관 타입으로 발진하도록 한다. 반도체 방식의 경우, 마그네트론보다 상대적으로 수명이 길어 매우 오랜시간 사용할 수 있고 주파수를 가변할 수 있는 큰 장점이 있다. Currently, semiconductor-type ultra-high frequency power (power supply) can produce up to 10Kw in the 2450MHz range, and 60Kw in the 915MHz range. In the future, it is possible to produce a power supply with a larger capacity by further combining the above methods. 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. At the end, the final high-output ultra-high frequency is oscillated in a waveguide type. In the case of the semiconductor method, it has a relatively longer lifespan than a magnetron, so it can be used for a very long time and has the great advantage of being able to vary the frequency.

상기한 방식으로 구성된 고전력은 다시 분배기 (Splitter)등으로 분배하여 복수개의 기체분해 플라즈마셀 장치를 구동할 수 있다. 예를 들면 , 200Watt 구동전력이 필요한 기체분해셀장치의 경우, 60Kw 반도체 (혹은 마그네트론) 방식의 전력공급기를 사용하면, 300개의 기체분해셀를 구동할 수 있다. 이경우에는 물론 스플리터와 복수개 (즉 300여개)의 도파관-동축전환어댑터가 사용되던지 특수디자인된 스플리터에 복수개 (즉 300여개)의 동축케이블이 물릴 수 있는 커넥터 단자가 구성되어 사용이 가능하다. 혹은 2Kw 반도체 전력공급기를 만들고 여기에 직접 10개의 동축커넥터 단자를 구성하여 동축케이블을 연결할 수 있다. 이러한 2Kw 반도체 전력공급기를 복수개 (즉 30셋트)를 사용하면 복수개 (즉 300개)의 기체분해용 플라즈마셀장치를 동시에 구동할 수 있다. The high power configured in the above manner can be distributed again to a splitter, etc. to drive a plurality of gas decomposition plasma cell devices. For example, in the case of a gas decomposition cell device that requires 200Watt driving power, 300 gas decomposition cells can be driven by using a 60Kw semiconductor (or magnetron) type power supply. In this case, of course, a splitter and multiple (i.e., about 300) waveguide-coaxial conversion adapters can be used, or a specially designed splitter can be used with a connector terminal that can connect multiple (i.e., about 300) coaxial cables. Alternatively, you can make a 2Kw semiconductor power supply and configure 10 coaxial connector terminals directly to it to connect a coaxial cable. By using multiple (i.e. 30 sets) such 2Kw semiconductor power supplies, multiple (i.e. 300) plasma cell devices for gas decomposition can be operated simultaneously.

따라서 본 발명은 이러한 복수개의 반도체 마이크로파 전력공급기, (동축봉등)전송라인, 결합기, 분배기, 도파관-동축케이블전환어댑터, 초소형 기체분해 애플리케이터 등을 특징으로 하는 장치와 방법을 포함한다.Therefore, the present invention includes devices and methods featuring a plurality of semiconductor microwave power supplies, transmission lines (coaxial rods, etc.), couplers, distributors, waveguide-coaxial cable conversion adapters, and ultra-small gas decomposition applicators.

도12에 반도체 마이크로파 전력 공급기를 사용한 플라즈마 발생장치를 예시하였다. 반도체 마이크로파 발생장치는 기존에 사용한 마그네트론 대신에 반도체를 사용하여 마이크로파를 발진시키는 방식이다. 도12의 반도체 방식은 마그네트론과 도파관을 사용하는 방식인 도11이 간소화되었음을 보여 준다. 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 마이크로파 발생모듈 (223)에 전력을 공급한다. 또한 공급해야할 마이크로파 전력을 설정 및 제어하기 위하여 전력제어보드는 통신용 게이트웨이(Gateway ; 233)를 통하여 외부와 신호를 주고 받는다. 동작 시 반도체 마이크로파 모듈에서 정합이 제대로 이루어지지 않는 경우 반사파등이 발생하여 열이 생성되므로 이를 냉각하기 위하여 냉각수유입선(131)과 냉각수유출선(132)을 설치한다. Figure 12 illustrates a plasma generator using a semiconductor microwave power supply. The semiconductor microwave generator uses a semiconductor instead of the existing magnetron to oscillate microwaves. The semiconductor method of Figure 12 shows a simplification of Figure 11, which is a method using a magnetron and a waveguide. 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 microwave generation module (223). 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). If the semiconductor microwave module is not properly matched during operation, reflected waves are generated and heat is generated, so a coolant inlet line 131 and a coolant outflow line 132 are installed to cool it.

이러한 반도체소자를 이용한 마이크로파 발생장치는 다음과 같은 장점이 있다 (1) 1 ~ 최대허용출력 (예를 들면 최대 허용전력 = 200W 정도 크기임) 1W 단위로 정확한 전력조정이 가능하다. (2)주파수는 고정주파수는 물론 사용이 가능하며, 2450MHz의 상하로 50MHz, 즉 2400 ~ 2500 MHz 범위의 주파수 가변(변조 : variable frequency)이 가능하다. 물론 더 넓은 범위의 주파수 가변도 가능하다 (3) 마그네트론 방식보다 수명이 길다. (4)전력공급기 내부에 소형의 아이솔레이터의 내재가 가능하며 반사파 발생하는 경우, 공급되는 파워의 즉각적인 자동감소와 중단을 통하여 발생장치 회로를 보호한다. (5) 부피가 작고 경량이다. (6) 입사파 전력과 반사파 전력 정확하게 측정이 가능하다. (7) (Ripple)이 적고 파워 전달효율성이 높다. (8) (대면적 혹은 고농도가 필요항 경우등) 복수 개의 애플리케이터가 필요한 산업적 응용의 경우 이를 간단히 달성할 수 있다. 예를 들어 대면적의 플라즈마가 필요한 경우, 복수개의 전력공급기와 복수개의 점형(Point) 혹은 선형 (Linear) 형태의 플라즈마 애플리케이터를 설치하여 원하는 목적을 달성할 수 있다. 마그네트론을 사용하는 경우, 대면적 플라즈마 소스에 마그네트론을 직접 설치하거나 , 혹은 마그네트론을 원거리에 설치하는 경우, 도파관 스플리터와 복수개의 도파관를 사용해야 하므로 장치가 무거워지고 설치가 복잡하다. 도파관-동축전환어댑터를 사용하더라도, 이러한 어댑터가 복수개가 필요하는등 단점들이 존재한다.Microwave generators using these semiconductor devices have the following advantages: (1) 1 ~ maximum allowable output (for example, maximum allowable power = about 200W) and accurate power adjustment in 1W units is possible. (2) The frequency can be used as well as the fixed frequency, and the frequency can be varied (modulation: variable frequency) in the range of 50MHz above and below 2450MHz, that is, 2400 ~ 2500 MHz. Of course, a wider range of frequency variation is possible. (3) It has a longer lifespan than the magnetron method. (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) Small in volume and lightweight. (6) It is possible to accurately measure incident wave power and reflected wave power. (7) Ripple is low and power transmission efficiency is high. (8) In industrial applications that require multiple applicators (e.g., when a large area or high concentration is required), this can be easily achieved. For example, when large-area plasma is required, the desired purpose can be achieved by installing multiple power supplies and multiple point- or linear-shaped plasma applicators. When using a magnetron, installing the magnetron directly in a large-area plasma source, or installing the magnetron at a distance, a waveguide splitter and multiple waveguides must be used, making the device heavy and installation complicated. Even if a waveguide-coaxial conversion adapter is used, there are disadvantages such as the need for multiple such adapters.

또한, 도12에 예시된 바와 같이 반도체 초고주파 발진장치와 연결하여 동축임피던스 튜너(228)을 사용하여 튜닝정합하여 기체분해용 플라즈마셀장치를 사용할 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 12, a plasma cell device for gas decomposition can be used by connecting it to a semiconductor ultra-high frequency oscillator and tuning and matching it using the coaxial impedance tuner 228.

동축임피던스 튜너를 이용한 튜닝방식을 이용하는 경우 : When using the tuning method using a coaxial impedance tuner :

본 발명에서는 동축임피던스 튜너의 한가지 방법으로 전송선로 (트랜스미션-라인 transmission line) 을 구성하는 2개의 동축봉 사이를 스텁이 움직이며 임피던스가 최소화 되는 위치를 찾는 방법을 개시한다. 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. 물론 동축튜너 방법과 장치는 상기한 전송선로 방식에 국한하지 않는다. 상기 전송선로 상에 움직이는 스텁은 수동 혹은 자동으로 조정이 가능하다. 자동으로 조작하는 경우, 스텁의 위치를 조정하며 양방향 결합기를 통하여 반사파 혹은 임피던스를 측정하고 이를 피드백하여 그 측정치가 셋팅된 값을 초과하는 경우 스텁위치를 재조정하여, 임피던스를 최소화할 수 있는 최적화점을 추적해 들어간다. 처음부터 미세구간을 나누는 경우, 튜닝시간이 오래 걸릴 수 있으므로, 전체구간을 복수개의 1차 구간으로 나누고 (예를 들어 I개) 위치 조정하여 이동후 1차 최저구간을 찾고 이 구간을 다시 2차구간으로(예를 들어 J개) 나누어 찾아 들어간다. 더 미세하게는 동일한 방법으로 3차 구간범위 내로 구분하여 임피던스 최저점을 찾을 수 있다. 이를 '위치분할추적 정합법' ( 'Multi-Position-Division-Search Tuning Method' : "MPDS TM" 이라 명칭한다). The present invention discloses a method of finding a position where impedance is minimized by moving a stub between two coaxial rods constituting a transmission line as a method of coaxial impedance tuner. 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. Of course, the coaxial tuner method and device are not limited to the transmission line method described above. The stub moving on the transmission line can be adjusted manually or automatically. When operating automatically, the position of the stub is adjusted, the reflected wave or impedance is measured through a two-way coupler, and the measured value is fed back. If the measured value exceeds the set value, the stub position is readjusted to find an optimal point to minimize the impedance. Track it in. If you divide a fine section from the beginning, tuning time may take a long time, so divide the entire section into multiple primary sections (for example, I), adjust the positions, find the lowest 1st section, and use this section again as the 2nd section. Divide into groups (e.g. J) and search for them. More finely, the lowest point of impedance can be found by dividing it into third-order sections using the same method. This is called ' Position Division Tracking Tuning Method '('Multi-Position-Division-Search Tuning Method': "MPDS TM").

도6과 도7에 예시된 플런저 플레이트를 이동하여 튜닝정합 경우에도, 플레이트의 위치를 수동 혹은 자동으로 조정할 수 있다. 모터등을 장착하여 자동으로 플런저 플레이트의 위치를 조정하는 경우, 상기한 동축튜너의 정합방법과 유사한 '위치분할추적 정합법' 을 사용하여 반사파나 임피던스를 측정한 후 메인컨트롤장치에 피드백하여 플레이트의 위치를 재조정하여 반사파를 최소화하는 경로를 추적하여 최적위치를 결정한다.Even in the case of tuning matching by moving the plunger plate illustrated in Figures 6 and 7, the position of the plate can be adjusted manually or automatically. When automatically adjusting the position of the plunger plate by installing a motor, etc., the reflected wave or impedance is measured using the 'position division tracking matching method', which is similar to the matching method of the coaxial tuner described above, and then fed back to the main control device to adjust the plate's position. The optimal location is determined by repositioning and tracing a path that minimizes reflected waves.

전자기파의 영역은 진동수에 의해 임의로 구분되어지는데 진동수는 1초 동안 파동이 진동하는 횟수이다. 진동수의 단위는 Hz로 나타내며 1Hz는 1초에 파동이 1번 진동한 것을 나타낸다. 마이크로파는 주파수(진동수) 300MHz~300 GHz, 파장으로 보면 1mm ~ 1m인 전자기파의 한 영역을 말한다. 진동수(f), 파장(Lamda), 빛의 속도(c)의 관계는 다음과 같다.The area of electromagnetic waves is arbitrarily divided by frequency, which is the number of times the wave oscillates per second. The unit of frequency is expressed as Hz , and 1Hz indicates that the wave vibrates once per second. Microwaves refer to a range of electromagnetic waves with a frequency of 300 MHz to 300 GHz and a wavelength of 1 mm to 1 m. The relationship between frequency (f), wavelength (Lamda), and speed of light (c) is as follows.

Lamda = c / f Lamda = c/f

즉, 파장이 짧을수록 진동수가 크고 파장이 긴 전자기파는 진동수가 작다.In other words, the shorter the wavelength, the higher the frequency, and the longer wavelength electromagnetic waves have a lower frequency.

임피던스 매칭을 위한 전송(tansmission) 길이 Li 는 다음과 같다. The transmission length Li for impedance matching is as follows.

Li = Lamda / 4 Li = Lamda / 4

상기한 전송길이에 의해서 마이크로파 전달 어댑터를 제작한다. 마이크로파를 발진하여 에너지를 전달할 때, 임피던스의 부정합으로 반사파가 증가할 수 있다. 이렇게 반사파가 발생하는 경우에, 위하여 반도체 마이크로파 (SSMW) 방식의 경우에는 반도체소자의 발진 주파수를 일부 범위에서 변화시킬 수 있기 때문에 이러한 주파수 변조방법을 이용하여 임피던스 정합을 하고 한 단계 더 나아가 공진주파수를 탐지 및 셋팅 튜닝하여 캐비티 내에 공진모드로 에너지 전달을 극대화 할 수 있다. A microwave transmission adapter is manufactured according to the transmission length described above. When transmitting energy by oscillating microwaves, reflected waves may increase due to impedance mismatch. In the case of such reflected waves occurring, in the case of the semiconductor microwave (SSMW) method, the oscillation frequency of the semiconductor device can be changed in a certain range, so this frequency modulation method is used to match impedance and go one step further to change the resonance frequency. By detecting and tuning the settings, energy transfer to the resonance mode within the cavity can be maximized.

주파수 가변에 의한 정합방법과 정합알고리즘Matching method and matching algorithm by frequency variation

ISM 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 by ISM 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).

플런저 플레이트의 위치를 반사파를 최소화하는 적절한 높이에 위치시킨다. 그 후에 주파수를 0.1 ~ 1 MHz 범위 내에서 미세 조정하면서 반사파를 측정하고 이를 기반으로 비교 분석하여 미세튜닝 조정한다. Position the plunger plate at an appropriate height to minimize reflected waves. Afterwards, the frequency is fine-tuned within the range of 0.1 to 1 MHz, the reflected wave is measured, and based on this, comparative analysis is performed for fine tuning.

본 출원에서는 초기부터 미세 주파수 범위내에서 튜닝하면 시간이 많이 걸리므로 주파수를 큰 구간, (큰구간을 분할하여) 작은구간으로 나누는 그룹핑 탐색 (Grouping Serach) 알고리즘을 개시한다. 반사파는 방향성 결합기 (Bi-Directional Coupler)와 파워미터를 사용하여 측정한다.In this application, since tuning within a fine frequency range from the beginning takes a lot of time, we disclose a grouping search algorithm that divides the frequency into a large section and a small section (by dividing the large section). Reflected waves are measured using a directional coupler and a power meter.

상기 주파수 그룹핑탐색 방법은 초기에는 주파수전체영역 (bandwidth)을 주파수영역폭1로 나누어 스캔하며 반사파를 측정한다 (예를들면 2400 ~ 2500MHz, bandwidth 100MH를 주파수영역1인 10MHz로 스캔) 그룹1의 각 주파수영역별로 반사파를 측정하여 반사파가 최소화 될 수 있는 영역1을 탐색한다. 이 그룹1의 반사파가 최소화 되는 영역1이 검지되면, 이후에 주파수폭2를 이전 주파수폭1의 1/n 로 (예를들면 1/10인 1MHz)로 축소하여 탐색한다. 이때 검지된 영역이 그룹2가 된다. 2차 탐색후 주파수영역2 범위가 검지되면, 이 주파수영역2를 1/m 축소하여 주파수폭3로 (예를 들면 주파수영역2의 1/10인 0.1MHz) 탐색하여 최적 주파수를 찾아 낸다 (이 검지된 영역이 그룹3가 된다). 실시예로, 주파수영역1, 주파수영역2, 주파수영역3을 각각 10MHz, 1MHz, 0.1MHz 단위로 셋팅하여 짧은 시간에 반사파를 최소화하는 최적경로를 찾아 들어간다. 이를 '주파수분할 그룹핑 추적정합법'(' Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method' : "FDGS TM" 이라 명칭한다).The frequency grouping search method initially scans the entire frequency range (bandwidth) by dividing it by frequency range 1 and measures reflected waves (for example, 2400 ~ 2500 MHz, bandwidth 100 MHz is scanned with frequency range 1, 10 MHz). Measure reflected waves in each frequency domain and search for area 1 where reflected waves can be minimized. When area 1 where the reflected wave of group 1 is minimized is detected, the frequency width 2 is then reduced to 1/n of the previous frequency width 1 (for example, 1/10 of 1 MHz) and searched. At this time, the detected area becomes group 2. If the range of frequency domain 2 is detected after the second search, frequency domain 2 is reduced by 1/m and searched to a frequency width of 3 (for example, 0.1 MHz, 1/10 of frequency domain 2) to find the optimal frequency (this The detected area becomes group 3). As an example, frequency domain 1, frequency domain 2, and frequency domain 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”).

이미 플런저 플레이트 이동방식으로 어느 정도의 정합위치를 결정하였으므로 이 '주파수분할 그룹핑'탐색방법으로 더욱 더 미세 정합위치의 탐색이 가능하다. 따라서 반도체 초고주파 발진의 경우에는, 스텁 튜너나 동축튜너를 사용하지 않고도 미세 튜닝정합이 가능하다. Since a certain level of matching position has already been determined using the plunger plate movement method, it is possible to search for an even finer matching position using this 'frequency division grouping' search 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.

기체분해 플라즈마셀장치가 튜닝이 되지 않는 경우 혹은 동축튜너 혹은 플런저 플레이트의 튜닝방식에 의하여 튜닝조정이 되지 않는 경우에 상기한 주파수 그룹핑 탐색 방법으로 반사파 최저점 색출이 빠른 시간 내에 가능함으로써 주파수 가변에 의하여 미세 튜닝정합이 가능하다. In cases where the gas decomposition plasma cell device is not tuned or when tuning cannot be adjusted by the tuning method of the coaxial tuner or plunger plate, the frequency grouping search method described above makes it possible to find the lowest point of the reflected wave in a short time, allowing fine tuning by frequency variation. Tuning matching is possible.

본 출원발명은 상기한 모든 튜닝정합의 선택적 혹은 병합적 방법과 장치를 포함한다.The present invention includes all of the above-described tuning matching methods and devices that are selective or combined.

따라서 본 발명에서는 기체분해용 플라즈마 셀장치가 임피던스가 매칭이 안되거나 Li가 맞지 않아서 부정합이 되는 경우에 주파수를 조절 및 튜닝하는 알고리즘에 의하여 반사파를 최소화 하는 것을 추가적인 특징으로 한다.Therefore, the present invention has an additional feature of minimizing reflected waves by an algorithm that adjusts and tunes the frequency when the gas decomposition plasma cell device is mismatched due to mismatched impedance or mismatched Li.

상기한 내용을 종합하면 기체분해셀장치의 플런저 플레이트 이동에 의한 정합방식 (도6, 도7), 주파수 변조하여 정합하는 방식, 동축임피던스 튜너(228)를 사용한 튜닝방식을 선택적으로 결합 혹은 개별적으로 사용하여 튜닝정합하여 사용하는 것이 가능하며, 본 출원발명에서는 이러한 모든 경우를 포함한다(도12 참조). 혹시 중간에 도파관을 사용해야만 하는 경우에는 3-스텁튜너를 사용하는 방법을 포함한다. Summarizing the above, the matching method by moving the plunger plate of the gas decomposition cell device (Figures 6 and 7), the matching method by frequency modulation, and the tuning method using the coaxial impedance tuner 228 can be selectively combined or individually. It is possible to use it by tuning and matching, and the present invention includes all of these cases (see Figure 12). If a waveguide must be used in the middle, a method of using a 3-stub tuner is included.

플런저와 스텁튜너를 개별적으로 혹은 병합하여 사용하였는데도 튜닝정합이 되지 않는 경우에, 반도체 초고주파 발진 방식에는 주파수 변조를 통하여 각 정합방식과 병합하여 정합할 수 있다. 예를 들면, 1차 플런저 튜닝 , 2차 동축튜너 (혹은 3스텁튜너) 튜닝 , 3차 주파수 변조튜닝 하는 방식이다. 플런저 플레이트 이동에 의한 튜닝과 동축튜너는 유사한 정합방식으므로 2개의 방식중에 하나를 사용하는 것으로 충분할 것으로 보인다. 본 발명에서는 플런저가 플라즈마발생장치와 일체화 되어 있으므로 상기 플런저튜너를 사용하는 것이 우선이며, 플런저로 정합이 충분한 경우 동축튜너는 사용의 필요성이 없다. 반도체 발진 초고주파의 경우에는 주파수 가변을 이용한 미세 튜닝정합이 유용하게 활용된다. In cases where tuning matching is not achieved even when the plunger and stub tuner are used individually or in combination, the semiconductor ultra-high frequency oscillation method can be matched by merging with each matching method through frequency modulation . For example, 1st plunger tuning, 2nd coaxial tuner (or 3rd stub tuner) tuning, and 3rd order frequency modulation tuning. Tuning by moving the plunger plate and coaxial tuner have similar matching methods, so using one of the two methods appears to be sufficient. In the present invention, since the plunger is integrated with the plasma generator, priority is given to using the plunger tuner. If the plunger is sufficiently matched, there is no need to use the coaxial tuner. In the case of semiconductor oscillation ultra-high frequencies, fine tuning matching using frequency variation is useful.

플라즈마 발생 분야 이외에도 추가로 (연소등) 특별한 공정과 재료처리의 경우에 특정 초고주파 모드 (TM모드등) 정합이 필요한 경우에는 이의 구현을 위한 주파수 가변이 필수적이며, 본 출원은 이 방법도 포함한다. In addition to the plasma generation field, when matching a specific ultra-high frequency mode (TM mode, etc.) is required in the case of special processes (combustion, etc.) and material processing, frequency variation is essential to implement this, and this application also includes this method.

기체분해용 플라즈마셀 장치에 대한 보충설명Supplementary explanation on the plasma cell device for gas decomposition

(마그네트론 혹은 반도체를 사용하여 초고주파 발진하기 위한) 전력공급기와 기체분해 플라즈마셀 장치 (애플리케이터)와 연결하는 방법에 대한 구체적인 설명 Detailed explanation of how to connect a power supply (for ultra-high frequency oscillation using a magnetron or semiconductor) and a gas decomposition plasma cell device (applicator)

1개의 전력공급기에 1개의 기체발생 플라즈마셀장치 (애플리케이터)를 연결한 예시도는 도11과 도12에 예시되어 있다. 마그네트론 발진 초고주파 발생장치를 이용한 기체발생(플라즈마)셀 장치는 도11a에 예시하고, 도11b는 상기 플라즈마셀장치의 구조를 자세히 예시하였다. Illustrative diagrams of connecting one gas generating plasma cell device (applicator) to one power supply are shown in Figures 11 and 12. A gas generation (plasma) cell device using a magnetron oscillation ultra-high frequency generator is illustrated in Figure 11a, and Figure 11b illustrates the structure of the plasma cell device in detail.

도12는 반도체 방식의 전력공급기에서 발진된 초고주파에 의한 소형 기체분해 플라즈마셀장치(애플리케이터)의 응용예를 예시하고, 도12b는 상기 플라즈마셀장치의 구조를 자세히 예시하였다.Figure 12 illustrates an application example of a small gas decomposition plasma cell device (applicator) using ultra-high frequencies oscillated from a semiconductor-type power supply, and Figure 12b illustrates the structure of the plasma cell device in detail.

상기 기체분해 플라즈마셀의 플런저(119)는 플라즈마셀 장치(117)와 한몸체 로 구성되며 (도6과 도7에 참조), 기존의 플런저(도1과 도2)와는 다른 형태이다.The plunger 119 of the gas decomposition plasma cell is composed of one body with the plasma cell device 117 (see FIGS. 6 and 7), and has a different form from the existing plunger (FIGS. 1 and 2).

반도체 발진 초고주파 발생장치를 이용한 기체할성화용 플라즈마셀 방식은 도12에 예시된 바와 같다. The plasma cell method for gas activation using a semiconductor oscillation ultra-high frequency generator is as illustrated in FIG. 12.

플라즈마 애플리케이터인 기체분해 플라즈마셀장치를 보다 자세히 도식화하여 마그네트론 발진방식에 대하여 구체적으로 예시하면 도11와 같다. 도11에서 기체분해 플라즈마셀 장치에 대하여 좀 더 상세히 나타내었다. 마그네트론에 의하여 전달된 초고주파는 도파관-동축전환어댑터를 통하여 동축봉 형태로 전환된 후 애플리케이터의 동축봉과 안테나에 전달되고 이 에너지가 유전체관의 기체에 전달되어 플라즈마를 발생하고 기체분해를 하여 반응성 라디칼을 발생한다. 기체관은 실링어댑터가 있어 분해된 라디칼기체가 외부로 방출되지 않도록 하며, 혹 진공이 필요한 경우, 구성품 요소들 모두 진공실링을 하며 진공펌프를 사용하여 장치내를 진공상태로 유지한다. 또한 유전체관을 통하여 초고주파가 누설되면 않되므로 실링 어댑터는 금속물질/성분이 표면에 함께 구성되어 (금속성분이 함유되거나, 코팅되거나, 부착되는등) 초고주파 누설을 방지한다. 반도체 발진 초고주파의 경우는 도11에서 도파관, 동축전환어댑터, 마그네트론, 도파관타입 아이솔레이터/3스텁튜너등이 불필요하게 되며 이를 도12에 예시한 바 있다. 반도체 전력공급기에서 동축케이블을 사용하여 플라즈마셀장치의 동축커넥터로 직접 연결되며, 이는 바로 플라즈마 애플리케이터 내부의 동축봉을 통하여 안테나에 연결되어 초고주파를 전달한다.A detailed diagram of the gas decomposition plasma cell device, which is a plasma applicator, and a detailed example of the magnetron oscillation method is shown in Figure 11. In Figure 11 , the gas decomposition plasma cell device is shown in more detail. The ultra-high frequency transmitted by the magnetron is converted into a coaxial rod form through a waveguide-coaxial conversion adapter and then transmitted to the coaxial rod and antenna of the applicator. This energy is transferred to the gas in the dielectric tube to generate plasma and decompose the gas to produce reactive radicals. Occurs. The gas pipe has a sealing adapter to prevent decomposed radical gas from being released to the outside. If vacuum is required, all components are vacuum sealed and a vacuum pump is used to maintain a vacuum inside the device. In addition, since ultra-high frequencies should not leak through the dielectric tube, the sealing adapter is made up of metal substances/components on the surface (containing metal components, coated, attached, etc.) to prevent ultra-high frequency leakage. In the case of semiconductor oscillation ultra-high frequency, the waveguide, coaxial conversion adapter, magnetron, waveguide type isolator/3 stub tuner, etc. are unnecessary in Figure 11 , and this is illustrated in Figure 12. The semiconductor power supply is directly connected to the coaxial connector of the plasma cell device using a coaxial cable, which is directly connected to the antenna through the coaxial rod inside the plasma applicator to transmit ultra-high frequencies.

초고주파 플라즈마셀장치의 모드 (mode) 전환을 위한 플라즈마셀 장치 변환Plasma cell device conversion for mode conversion of ultra-high frequency plasma cell device

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. 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) 이라하며, 도파관에서는 중심도체가 없기 ??문에 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 Wavenumber(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 Wavenumber. Electromagnetic waves have the strongest resonance characteristics in half-wave units where voltage alternates between + and -, and this refers to the number of half-wavelengths per unit path.

본 발명에서는 도파관에서 전달된 TE모드의 초고주파를 기체 분해용 플라즈마셀장치 내에 공진캐비티 (resonant cavity)를 구성하기 위하여 도6와 도7에 예시된 형태를 좀 더 개선 및 변형하여 개시한다. 특정 캐비티 내에서는 특정 초고주파 모드가 형성되어 캐비티 내에 공진이 되어 급격한 에너지 전달이 가능하여 고밀도의 플라즈마가 형성되거나 급격한 온도 상승이 일어난다. 도6에 예시된 구조에서는 유전체관에 기체가 유입되고, 플라즈마에 의하여 분해된 후 원기체분자와 라디칼종등 여러종류의 기체가 유출되어야 하므로 양단이 뚤려 있고 따라서 캐비티 형성이 되지 않는다. 따라서 본 발명에서는 기체의 유입과 유출흐름을 유지하면서 캐비티 형성하는 방법을 개시한다. In the present invention, the form illustrated in FIGS. 6 and 7 is further improved and modified to form a resonant cavity in a plasma cell device for gas decomposition using ultra-high frequencies of TE mode transmitted from a waveguide. Within a specific cavity, a specific ultra-high frequency mode is formed and resonates within the cavity, enabling rapid energy transfer, resulting in the formation of high-density plasma or a rapid increase in temperature. In the structure illustrated in Figure 6, gas flows into the dielectric tube, and after decomposition by plasma, various types of gas such as proto-gas molecules and radical species must flow out, so both ends are open and therefore a cavity is not formed. Therefore, the present invention discloses a method of forming a cavity while maintaining the inflow and outflow of gas.

공진캐비티를 구성하기 위하여 초고주파는 금속을 통과하지 못하는 특성을 이용하여 애플리케이터 몸체 캐비티(140 , 도6)의 좌측부와 우측부에 금속판을 설치한다. 그러나 이러한 금속판은 기체가 유입되거나 유출되어야 하므로 특정구조를 설계하여야 하며, 그 내용을 설명하면 다음과 같다.To construct the resonance cavity, metal plates are installed on the left and right sides of the applicator body cavity (140, Figure 6), taking advantage of the characteristic that ultra-high frequencies do not pass through metal. However, these metal plates require gas to flow in or out, so a specific structure must be designed, which is explained as follows.

도6의 애플리케이터 몸체 좌측부 기체가 유출되는 부분에서는 도22와 같은 금속판 부분을 만들어 설치한다. 중간에 구멍이 뚤린 금속판을 ('구멍금속판' 이라 명칭함) 삽입하여 공진캐비티를 형성하고, 플라즈마 존에서 생성된 라디칼이 금속판의 구멍을 통하여 유출되어 다운스트림 영역의 반응기 등에 전달되어 필요한 공정이 수행이 된다. 이때 금속판은 라디칼의 재결합상수가 (recombination coefficient) 가 적은 금속재질을 사용한다. T_L은 금속판의 두께이며 재결합율이 낮아 지도록 금속판 두께를 얇게 한다. 금속판에는 복수개의 구멍을 뚤어 라디칼이 금속판과 충돌없이 통과가 잘되도록 한다 (도22b). 구멍의 직경 D_lh 는 Lamda/4 보다 작게 한다. 상기 금속판은 제 L-2튜브관은 유전체 관이므로 상기 구멍금속판과 경접(brazing)하여 사용한다. 제 L-2튜브관의 좌측끝은 캐비티몸체(140)의 좌측단과 일치하여 유전체관이 캐비티 몸체의 외부로 노출되어 초고주파가 방출되지 않도록 한다. 제 L-1튜브관은 유전체관 혹은 금속관을 사용하나, 이 부분은 라디칼이 재결합되지 않도록 재결합상수가 작은 재료를 사용한다. 제 L-1튜브관에 유전체관을 사용하는 경우 이 부분도 상기한 바와 같이 경접처리를 한다. 제 L-1튜브관에 금속관을 사용하는 경우 구멍금속판의 좌측부분을 규격사이즈의 튜브관 형태로 제작하여 핏팅으로 (Swagelock 혹은 Cajoun fitting)으로 체결하여 사용한다. At the left side of the applicator body in Figure 6 where gas flows out, a metal plate part as shown in Figure 22 is made and installed. A resonant cavity is formed by inserting a metal plate with a hole in the middle (called a 'hole metal plate'), and the radicals generated in the plasma zone flow out through the hole in the metal plate and are delivered to the reactor in the downstream area to perform the necessary process. This happens. At this time, the metal plate is made of a metal material with a low radical recombination coefficient. T _L is the thickness of the metal plate, and the thickness of the metal plate is made thin so that the recombination rate is low. A plurality of holes are drilled in the metal plate to allow radicals to pass through without colliding with the metal plate (Figure 22b). The hole diameter D _lh should be smaller than Lamda/4. The metal plate is used by brazing with the hole metal plate because the L-2 tube is a dielectric tube. The left end of the L-2 tube coincides with the left end of the cavity body 140 to prevent the dielectric tube from being exposed to the outside of the cavity body and emitting ultra-high frequencies. The L-1 tube uses a dielectric tube or a metal tube, but this part uses a material with a low recombination constant to prevent radicals from recombining. When using a dielectric tube in the L-1 tube, this part is also treated as described above. When using a metal pipe for the L-1 tube, the left part of the hole metal plate must be made into a standard size tube and fastened with a fitting (Swagelock or Cajoun fitting).

상기한 경접처리하여 구멍금속판을 설치하여 캐비티를 형성하는 방법 이외의 방법으로 양단에 유전체 관들이 (즉, 제L-1튜브관 및 제L-2튜브관) 연결되도록 오링어탭터를 설치한다. 즉, 도14에서는 한쪽만 유전체관이 연결될 수 있도록 실링핏팅을 사용하는 방식을 보여 주고 있는데, 이 경우에는 양측에 유전체관이 연결될 수 있도록 하는 양단 실링오링어댑터를 사용한다. 그리고 상기 오링어댑터 중심부에 홈을 만들어 구멍금속판이 설치될 수 있도록 하여 활성화된 기체과 흐를 수 있도록 한다.An O-ring adapter is installed so that the dielectric tubes (i.e., the L-1 tube and the L-2 tube) are connected to both ends by a method other than the method of forming a cavity by installing a hole metal plate through braiding treatment as described above. That is, Figure 14 shows a method of using sealing fitting so that only one side of the dielectric pipe can be connected. In this case, a double-end sealing O-ring adapter is used to allow the dielectric pipe to be connected on both sides. Then, a groove is made in the center of the O-ring adapter so that a hole metal plate can be installed so that the activated gas can flow.

또 다른 방법으로 구멍이 뚤린 금속판과 경접금속부분을 조립식으로 설치하고 경접부 상단부에 중심축을 넣고, 상기 중심축은 오링으로 실링되며 이 중십축에 구멍금속판을 연결하고, 이 금속판이 회전이 될 수 있도록 구성하여 설치한다. 상기 중심축이 회전되면 구이에 열견된 구멍금속판이 회전되어 일종의 버터플라이 밸브의 판이 회전되는 방식과 유사하게 구성을 할 수가 있다. 이의 설치가 원활하게 되게 하기 위하여 제L-1튜브관 및 제L-2튜브관에 플랜지를 구성하고 그 사이에 상기한 바와 같이 구멍금속판을 설치하면 조립과 해체가 보다 원할하게 구성할 수 있다. 상기 방법들은 구멍금속판을 설치하는 다양한 방법중의 하나를 예시한 것으로 본 출원은 상기 예시들에 국한되지 않는다.Another method is to assemble a perforated metal plate and a joint metal part, insert a central axis into the upper part of the joint, seal the central axis with an O-ring, connect the perforated metal plate to the ten axes, and allow the metal plate to rotate. Configure and install. When the central axis is rotated, the perforated metal plate in the grill is rotated, which can be configured similarly to the way the plate of a butterfly valve is rotated. In order to ensure smooth installation, flanges are formed on the L-1 tube and L-2 tube, and a perforated metal plate is installed between them as described above, so that assembly and disassembly can be made more smoothly. The above methods illustrate one of various methods of installing a perforated metal plate, and the present application is not limited to the above examples.

캐비티몸체(140)의 우측단에도 공진캐비티를 구성하기 위하여 상기한 바와 같이 구멍금속판을 설치하는 것이 좋다. 도22a와 같이 구멍금속판을 구성하고 동시에 도6의 플런저 플레이트가 움직이는 구조로 형성하는 것은 불가능한 것은 아니나 어려운 부분이 내재한다. 따라서 이 문제를 해결하기 위하여 상기 구멍금속판이 플런저 플레이트가 되어서 움직이는 방법을 개시한다. 바깥쪽의 유전체관은 오링실링 어댑터로 실링을 하고 (도14참조), 유전체관 내부의 구멍금속판의 외경보다 작은 이송용 금속봉 혹은 금속관을 구멍금속판에 연결하여 이를 유전체관 안에서 이동하도록 한다(도23a). 금속판과 유전체관 사이는 간극이 작도록 하고, 금속판이 유전체관내에 이동이 가능하도록 한다. 캐비티 몸체(140)와 유전체관과 상기 유전체관 실링어댑터를 플랜지와 벨로우즈관으로 구성된 이송장치에 설치한 후 벨로우즈가 용접되어 있는 플랜지에 체결된 플랜지에 상기 구멍금속판의 지지관을 설치한 후 이를 벨로우즈 옆에 구성된 스크류탭을 회전하여서 직선운동을 하도록 한다. 이러한 방법으로 유전체관 내부에서 구멍금속판을 이송할 수 있다. 기체는 상기 플랜지로 유입되어 금속판과 연결된 금속관의 옆면으로 나와서 구멍금속판의 구멍들을 통하여 유전체관으로 유입된다(도23a, 도23b). 혹은 금속판을 구멍이 없는 금속판을 사용하고 이 금속판을 관통하는 금속관을 통하여 기체를 공급할 수 있다 (도23c). 상기 기체공급관의 내경은 Lamda/4 보다 작도록 한다. 이때 상기 금속관은 이송장치의 플랜지에 고정이 되어 벨로우즈 플랜지에 체결된 플랜지에 고정이 되어 벨로우즈 주름관 안에서 직선운동을 한다. 상기한 방법으로 플라즈마셀장치의 우측에 금속판을 설치하여 공진캐비티를 형성하고 이 금속판을 움직여 플런저 역할을 하도록 하고, 동시에 기체 유입이 가능하도록 한다. It is recommended to install a hole metal plate as described above in order to form a resonance cavity at the right end of the cavity body 140. It is not impossible to construct a perforated metal plate as shown in Figure 22a and simultaneously form a structure in which the plunger plate in Figure 6 moves, but there are inherent difficulties. Therefore, in order to solve this problem, a method of moving the perforated metal plate as a plunger plate is disclosed. The outer dielectric tube is sealed with an O-ring sealing adapter (see Figure 14), and a transfer metal rod or metal tube smaller than the outer diameter of the hole metal plate inside the dielectric tube is connected to the hole metal plate and moved within the dielectric tube (Figure 23a). ). The gap between the metal plate and the dielectric tube should be small, and the metal plate should be able to move within the dielectric tube. After installing the cavity body 140, the dielectric tube, and the dielectric tube sealing adapter on a transfer device consisting of a flange and a bellows tube, the support tube of the hole metal plate is installed on the flange fastened to the flange to which the bellows is welded, and then the support tube of the hole metal plate is installed into the bellows tube. Rotate the screw tab next to it to make a linear motion. In this way, the perforated metal plate can be transported inside the dielectric tube. Gas flows into the flange, comes out of the side of the metal tube connected to the metal plate, and flows into the dielectric tube through the holes of the perforated metal plate (FIGS. 23a and 23b). Alternatively, a metal plate without holes can be used and gas can be supplied through a metal pipe passing through the metal plate (Figure 23c). The inner diameter of the gas supply pipe should be smaller than Lambda/4. At this time, the metal pipe is fixed to the flange of the transfer device and fastened to the flange fastened to the bellows flange, and moves in a straight line within the bellows corrugated pipe. Using the method described above, a metal plate is installed on the right side of the plasma cell device to form a resonance cavity, and the metal plate is moved to act as a plunger and at the same time allow gas inflow.

상기한 금속판 이송방법으로 공진캐비티 내에 튜닝정합이 될 것으로 보이며, 미세 튜닝이 않되는 경우, 플런저 이동방식과 더불어 전술한 주파수변조 튜닝방법 (예를 들면 상기한 '주파수분할 그룹핑 추적 정합법 ') 혹은 동축튜너에 의한 튜닝방법(예를들면 상기한 '위치분할추적 정합법') 을 선택적으로 결합하는 방법으로 튜닝정합하여 고밀도 플라즈마를 발생하여 사용이 가능하다. It is expected that tuning matching will be achieved within the resonance cavity using the metal plate transfer method described above. If fine tuning is not possible, the frequency modulation tuning method described above (e.g., the ' frequency division grouping tracking matching method ' described above) in addition to the plunger movement method may be used. It is possible to generate a high-density plasma by selectively combining the tuning method using a coaxial tuner (for example, the ' position division tracking matching method ' described above).

캐비티가 형성되지 않은 플라즈마 장치나 반응기 장치의 구조에서는 공진현상이 미진할 수 있으므로 이 경우에는 주파수 가변을 통하여 반사잔력을 최소화하는 방법을 실행한다. 반면에 플라즈마 장치가 캐비티 구조를 형성하는 경우에서는 공진주파수를 탐지 및 튜닝정합하여 최고밀도의 플라즈마 발생을 하도록 한다. In the structure of a plasma device or reactor device in which a cavity is not formed, the resonance phenomenon may be weak, so in this case, a method of minimizing the reflection residual force is implemented by changing the frequency. On the other hand, when the plasma device forms a cavity structure, the resonance frequency is detected and tuned to generate the highest density plasma.

상기한 캐비티 형성 후에 임피던스를 최소화와 동시에 공진하는 경우 고밀도의 플라즈마 형성의 가능하다. 플라즈마내의 전자의 밀도와 온도가 증가하면 증가할수록 라디칼의 농도는 비선형적으로 증가한다. 라디칼생성을 위한 해리속도상수 Kd = Kdo * exp(-Ed/kTe) * Ne * N 이다. 여기서 Te과 Ne는 각각 전자의 온도와 농도이며 N 라디칼을 생성하는 모분자의 농도이다. 즉, 산소원자가 라디칼인 경우 N은 산소분자의 농도이다. If the impedance is minimized and resonance occurs after forming the above cavity, high-density plasma formation is possible. As the electron density and temperature in the plasma increase, the concentration of radicals increases nonlinearly. The dissociation rate constant for radical generation is Kd = Kdo * exp(-Ed/kTe) * Ne * N. Here, Te and Ne are the temperature and concentration of electrons, respectively, and the concentration of the parent molecule that generates N radicals. In other words, when the oxygen atom is a radical, N is the concentration of oxygen molecules.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 추가로 캐비티 몸체의 양단에 금속판을 설치하여 공진 캐비티를 형성하고, 초고주파의 모드를 특정모드로 전환한 후, (기체분해장치의 한쪽 판이 움직이는) 플런저, 스텁튜너, 혹은 주파수가변 정합방법들을 개별 혹은 선택적결합에 의하여 튜닝정합을 함으로써 고밀도 플라즈마가 발생하는 것을 포함한다. 나아가서 주파수 가변이 가능한 반도체방식의 초고주파의 경우 주파수가변에 의하여 최고의 Q팩터를 도출하는 공진주파수를 정확하게 찾아 맞춤음으로써 고밀도 플라즈마의 농도와 온도를 극대화하는 방법을 포함한다. 본 발명은 ISM에서 허용된 2450 MHz, 915MHz, 433MHz 주파수를 사용하나 이 주파수에만 국한되는 것은 아니다. As described above, in the present invention, metal plates are additionally installed on both ends of the cavity body to form a resonance cavity, and after switching the ultra-high frequency mode to a specific mode, a plunger (where one plate of the gas decomposition device moves), a stub tuner, or It involves generating high-density plasma by tuning and matching frequency variable matching methods individually or by selectively combining them. Furthermore, in the case of semiconductor ultra-high frequency with variable frequency, it includes a method of maximizing the concentration and temperature of high-density plasma by accurately finding and matching the resonant frequency that leads to the highest Q factor by varying the frequency. The present invention uses the 2450 MHz, 915 MHz, and 433 MHz frequencies permitted by the ISM, but is not limited to these frequencies .

Q-factor 를 최대화하는 공진주파수의 추적 및 공진주파수설정으로 인한 최적 고밀도 플라즈마 형성Formation of optimal high-density plasma by tracking and setting the resonant frequency to maximize Q-factor.

상기한 바와 같이 반응기 내에 기판홀더 안테나와 캐비티에 의해서 공진할 수 있는 캐비티 구조를 형성하였다 (도10). 초고주파가 전달되는 반응기 내벽은 금속으로 되어 있으면 이 반응기 벽내를 일종의 캐비티 구조라 할 수 있다. 그러난 반응기 내부에 각종 부품 및 모듈이 설치되어 있고 , 실링 혹은 진공을 뽑기 위하여 이에 관련된 구성품들이 설치되어 있어서 복잡하다. 이러한 복잡한 형상을 피하고 간단하게 하기 위하여 도10에 예시한 바와 같이 기판홀더안테나와 태비티 월에 의하여 초고주파를 가두는 간단한 구조의 캐비티를 형성하였다. 물론 도10은 웨이퍼와 같은 평판 구조의 기판을 사용할 때의 구조이며, 기판의 형상에 따라 복잡해질 수 있다. 예를 들면 타원형 혹은 타원 원통형 형태등이다. As described above, a cavity structure capable of resonance was formed in the reactor by the substrate holder antenna and the cavity (FIG. 10). 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. However, it is complicated because various parts and modules are installed inside the reactor, and related components are installed for sealing or vacuum extraction. 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 tabity wall, as shown in Figure 10. 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 (기판홀더) 안테나를 둘러싼 캐비티 구조에서 갖혀 있을 때, 공진하게 되는 경우가 있다. 이렇게 공진하는 경우에 이로한 캐비티 형성을 공진하는캐비티 (Resonating Cavity) 이라 하고, 이때의 주파수를 공진주파수라 한다. When ultra-high frequencies transmitted in this way are trapped in the cavity structure surrounding the (substrate holder) 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 도22와 도23의 구조물의 형상이나 부피등에 따라서 공진하는 주파수가 달라지는 데, 기존의 마그네트론 방식에서는 2450MHz주파수가 고정되어 있어서 주파수를 가변하는 것은 불가능하다. 물론 2450MHz 주파수에서 전달되는 전력이 어느 정도 첨예하게 (Sharp Peak) 혹은 브로드하게 나오는지는 각 제조업체별 마그네트론의 캐비티 구조나 재료등에 따라서 달라진다. 따라서 마그네트론의 2450MHz 주파수에서 단일 첨예피크가 아니고 좌우로 일부 스프레드 되어서 전파되어 들어오고 공진주파수가 이 브로드한 영역내에 존재한다면 일시적으로 캐비티내에서 공진현상이 일어날 수 있다.Therefore, the resonating frequency varies depending on the shape or volume of the structures in Figures 22 and 23, 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. Therefore, at the 2450 MHz frequency of the magnetron, it is not a single sharp peak, but spreads out to the left and right, and if the resonance frequency exists within this broad area, a resonance phenomenon may temporarily occur within the cavity.

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) (trace)하기 위하여 Q팩터 (Q-factor :'양호도') 개념를 사용한다. 본 출원발명에서는 Q팩터의 최고점을 추적하는 방법으로 공진주파수를 찾아 찾아 내는 방법을 개시한다. To trace the frequency of the resonant cavity, the concept of Q-factor (Q-factor) is used. The present invention discloses a method of finding the resonance frequency by tracking the highest point of the Q factor.

Q팩터(Qualiaty Factor)는 공진회로의 품질 를 나타내는 양으로 '품질계수'라고도 한다. 이값이 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. 반면 부하가 없는 경우에는 그렇지 않다. Q팩터는 다음식과 같다 . Q Factor (Quality Factor) is a quantity that indicates 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 calculated 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). 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 (W_E + W_M ) / P_L = 주기당 (저장된 에너지 / 소실된 에너지) = ω (W _E + W _M ) / P _L = per cycle (energy stored / energy dissipated)

여기서 는 ω 각주파수 (=2πf) , W_E 는 전기장(에 저장된) 에너지, W_M 자기장(에 저장된) 에너지 , P_L 은 부하에 전달된 평균전력이다. Here, 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 (W_E + W_M ) / P_T - In case of load: Q = ω (W _E + W _M ) / P _T

소모되는 전력은 P 는 P_T 즉, 부하뿐만 아니라 외부회로에서 소모되는 전력까지 포함된다. 공진상태에서는 W_E = W_M , 즉 전기장 에너지와 자기장의 에너지가 같아지며 임피던스는 허수부가 없는 실수부만 존재한다. 공진상태의 무부하Q팩터 Q₀ = 2 ω₀ (W_E ) / P_L =2 ω₀ (W_M) / P_L . 여기서 ω₀ 는 각주파수 2πf₀, 여기서 f₀는 공진주파수이다. 상기 방식 이외에, 다른 여러가지 형태의 개념이나 정의등이 존재하는데 그중 널리 쓰이는 정의는 다음과 같다. 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. No-load Q factor in resonance state Q ₀ = 2 ω ₀ (W _E ) / P _L =2 ω ₀ (W _M ) / P _L . Here, ω ₀ is the angular frequency 2πf ₀ , where f ₀ is the resonance frequency. 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 / B_F Q = f ₀ / ( f ₂ - f ₁ ) = 1 / B _F

여기서 f₁가 f₂는 각각 상승시와 하락시 전력이 공진주파수 f ₀ 에서 나타나는 최대값의 절반이 되는 주파수이다. B_F는 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 is half of 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. 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.

위에서 반사파 (Reflected Power) 전력의 최소화를 (즉 순방향 전력 Forward Power (FP)의 최대화) 찾아 내는 주파수분할 그룹핑 추적 정합법' ('Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method' - FDGS TM 이라 명칭한다) 을 제시하였는데, 공진주파수를 찾는 방법은 이와 동일한 개념이다 반사파를 최소화하는 것이 임피던스에 흐르는 전류에 의한 전력 전달이 극대화 되는 점을 찾는 것이 동일한 개념이다. Above, the 'Frequency-Division-Gruoping Search Tuning Method ' (named FDGS TM) that finds the minimization of the reflected power (i.e. the maximization of the forward power (FP)) As suggested, the method of finding the resonant frequency is the same concept. Minimizing the reflected wave is the same concept as finding the point where power transfer by the current flowing through the impedance is maximized.

ISM에서 허용된 초고주파 주파수는 2450MHz 이므로, 마그네트론 발진 방식은 상기 주파수를 고정하여 사용한다. 반도체 발진 초고주파를 사용한다면 주파수를 가변할 (예를 들면 2400 ~ 2500 MHz , 910 ~ 930 MHz범위) 수 있다. Since the ultra-high frequency allowed in ISM 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 (e.g., 2400 ~ 2500 MHz, 910 ~ 930 MHz range).

전술한 바와 같이, 위치분할추적 튜닝 정합법을 사용하여 플런저 플레이트의 위치를 반사파를 어느 정도 감소시키는 적절한 높이에 위치시킨다. As described above, the position splitting tracking tuning matching method is used to position the plunger plate 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.

혹은 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 출원에서는 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 this application, since tuning within a fine frequency range from the beginning takes a lot of time, we disclose a grouping search algorithm 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 range 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 공진주파수 f_0i , 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, f_1i , f_2i , Qi = 여기서 i는 단계별로 찾아 들어가는 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 f_0i , i=2단계) 가 된다. 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.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). 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 f_0i , 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 ~ 2500 MHz, 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 생각된다.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 the method described above It is possible to detect the resonance frequency f0i 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 (driver 혹은 oscillator) 칩이 가변시킬 수 있는 주파수가변폭에 의하여 결정된다.The accuracy of the above-described resonance frequency search is determined by the frequency variable width that can be varied by the driver (or oscillator) chip that provides the 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.

정합하는 것에 국한 하는 것이 아니고 공진주파수를 추적하는 것이니 Tuning 을 ?慧? 것이 좋을 것으로 보여 집니다. As mentioned above, the method of finding the resonance frequency is called ' Frequency Division Grouping Search Tuning Method' (named "FDGS TM").

Tuning is not limited to matching but rather tracking the resonant frequency. It seems like it would be a good thing.

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. 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 f_0i 의 탐지가 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 ). . That is, at the highest point of the Q factor, the first derivative (=d[I ² ]/df) is a 0 value, which changes from positive to negative, and the high-accuracy resonance is achieved by the ' frequency division grouping tracking matching method ' described above. Detection of 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. .

또한 상기 공진주파수 추적법의 추적시작주파수는 가변주파수범위 내의 최저점 주파수에서 시작할 수도 있고 혹은 ISM에서 허용된 주파수에서 ( 2450MHz , 915MHz ) 시작점으로 하여 좌우 밴드위드스 폭 범위내에서 좌방향 혹은 우방향 를 탐지(트레이스) 한 후 Q팩터가 증가하지 않으면 반대방향으로 방향을 자꾸어 탐지하는 방법도 바람직하다. 공진주파수가 반도체 주파수 가변 범위 내 밖에 있을 수 있으므로 가능한 한 이 밴드위드스는 충분히 넓은 것이 좋다. In addition, the tracking start frequency of the above resonant frequency tracking method may start at the lowest point frequency within the variable frequency range, or start at the frequency allowed by ISM (2450 MHz, 915 MHz) and move left or right within the left and right bandwidth range. If the Q factor does not increase after detection (tracing), it is also desirable to continue detection in the opposite direction. Since the resonant frequency may be outside the semiconductor frequency variable range, it is recommended that this bandwidth be sufficiently wide as possible.

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.

복수개의 기체발생셀장치 애플리케이터의 응용Application of multiple gas generation cell device applicator

초고주파를 발진한 후 분기하여 복수개의 기체발생셀장치 애플리케이터를 연결함으로써 복수개의 플라즈마를 동시에 발생하여 반응성 기체들을 발생할 수 있다. 이 반응성 기체들은 동종일 수도 이종일 수도 있다. 2기체를 분해하여 라디칼을 만들어 반응성을 높인 후 화학결합을 하는 경우, 이종 기체발생셀장치이며, 기체관 후미를 합지하여 합성을 유도한다. 대표적인 예로서, N2와 H2를 분해하여 NH3를 생성하는 반응이나 CH4와 H2O를 분해하여, CO와 H2등 합성가스를 생성하는 경우이다. 이에 대하여는 후술하도록 한다. By oscillating ultra-high frequencies and then branching and connecting a plurality of gas generation cell device applicators, a plurality of plasmas can be generated simultaneously to generate reactive gases. These reactive gases may be of the same or different species. 2. When gases are decomposed to create radicals to increase reactivity and then chemically bonded, it is a heterogeneous gas generation cell device, and synthesis is induced by joining the tail of the gas pipe. Representative examples include the reaction of decomposing N2 and H2 to produce NH3, or the decomposition of CH4 and H2O to produce synthetic gases such as CO and H2. This will be described later.

한 마그네트론에서 초고주파를 발생하는 방식에서는 마그네트론에서 발생된 초고주파를 전력공급기 -> 도파관 -> 도파관 스플리터 -> 도파관-동축케이블 전환어댑터 -> 동축케이블 -> 기체분해 애플리케이터 순서로 연결하여 복수개의 기체분해셀장치 생성이 가능하다. 도파관 서브스플리터를 복수개로 사용하는 경우, 급격하게 증가시킬 수 있다. 예를들면, 크로스 스플리터 ('CS' : Cross Splitter) 사용하는 경우, 'CS' (크로스 스플리터 ) 1개를 사용하여 분기하면 기체분해셀장치를3개까지 연결이 가능하다. 이는 도16에 예시한다.In the method of generating ultra-high frequencies from one magnetron, the ultra-high frequencies generated from the magnetron are connected in the following order: power supply -> waveguide -> waveguide splitter -> waveguide-coaxial cable conversion adapter -> coaxial cable -> gas decomposition applicator to form a plurality of gas decomposition cells. Device creation is possible. If multiple waveguide subsplitters are used, it can increase rapidly. For example, when using a cross splitter ('CS': Cross Splitter), up to 3 gas decomposition cell devices can be connected by branching using one 'CS' (cross splitter). This is illustrated in Figure 16.

'CS' (크로스 스플리터) 1개를 사용하고 여기에 , 3개의 서브1-'CS' 를 연결하면 총 9개를 연결할 수 있다, 이를 도17에 예시한다. 여기서는 자동스텁튜너(115)는 복수개의 기체분해 플라즈마셀 장치들의 전체 집합된 것에 대하여 튜닝정합을 한다. 각각의 스플리터의 커넥터와 기체분해셀 장치 사이에 개별 스텁튜너를 위치시킬 수 있으며 이 경우에는 복수개의 스텁튜너가 필요하다 (도17실시예에서는 9개). 그러나 각각의 기체분해셀 장치에 플런저(119) 가 있어 개별 튜닝정합을 하는 바, 각각 스텁튜너를 설치하는 것은 불필요하다. 각각의 플런저 정합장치에 더하여 전체 집합된 플라즈마셀장치들의 임피던스에 대하여 1개의 스텁튜너에 의한 정합기능을 하는 것을 예비적이고 추가적으로 구성되는 것이다.By using one 'CS' (cross splitter) and connecting three sub-1-'CS' to it, a total of nine can be connected, as shown in Figure 17. Here, the automatic stub tuner 115 performs tuning matching on the entire set of a plurality of gas decomposition plasma cell devices. An individual stub tuner can be placed between the connector of each splitter and the gas decomposition cell device, and in this case, a plurality of stub tuners are required (nine in the embodiment of Figure 17). However, since each gas decomposition cell device has a plunger 119 for individual tuning, it is unnecessary to install a stub tuner for each device. In addition to each plunger matching device, it is a preliminary and additional configuration that performs a matching function by one stub tuner for the impedance of all assembled plasma cell devices.

또한, 1개의 'CS' 에 3개의 서브1-'CS'를 연결하고 각각의 서브1-'CS'최종단에 서브2-'CS'를 연결하면 총27개의 기체분해셀장치를 구성하여 설치할 수 있다. 이는 상기 9개의 경우의 도17의 도면과 유사하고 위의 예로서 충분히 예측 가능하므로 도면은 생략한다. In addition, by connecting 3 sub 1-'CS' to 1 'CS' and connecting sub 2-'CS' to the end of each sub 1-'CS', a total of 27 gas decomposition cell devices can be configured and installed. You can. This is similar to the drawing of FIG. 17 for the above nine cases and is sufficiently predictable from the above example, so the drawing is omitted.

각 'CS' 의 길이가 동일하다고 가정할 때, 각 분기된 동축커넥터에서 나오는 출력파워는 동일하다. 유사하게, 티 스플리터 ('TS' , Tee Splitter) 를 1단, 2단, 3단으로 연결하여 사용하는 경우, 각각 2개, 6개, 12개의 기체분해셀장치들로 확장이 가능하다. Assuming that the length of each 'CS' is the same, the output power from each branched coaxial connector is the same. Similarly, when a tee splitter ('TS', Tee Splitter) is used in 1st, 2nd, and 3rd stages, it can be expanded to 2, 6, and 12 gas decomposition cell devices, respectively.

또한, 상기한 종류의 스플리터를 사용하지 않고 도파관에 다중으로 수많은 복수개의 동축커넥터를 연결할 수 있는 다중 분배기 (divider)를 설치하고 상기 디바이더의 개별 커넥터들에 각 기체분해셀장치를 연결하면, 1개의 전력공급기로 수많은 복수개의 (n=1,…, N) 플라즈마 기체분해셀장치를 가동하는 것이 가능하다. 상기 경우에 대하여 도18에 실시도를 예시한다. In addition, by installing a multiple divider that can connect a plurality of coaxial connectors to the waveguide without using the above-described type of splitter and connecting each gas decomposition cell device to the individual connectors of the divider, one gas decomposition cell device is installed. It is possible to operate numerous (n=1,…, N) plasma gas decomposition cell devices with a power supply. An implementation diagram for the above case is shown in Figure 18.

상기한 마그네트론을 사용하는 경우와 마찬가지로 반도체형 초고주파 발진의 경우에도 확장이 가능하다 (도11과 도12 참조). 다만, (반도체형) 초고주파 전력공급기에서 저전력 영역( 300 ~ 500 watt 이하)에서 도파관 대신에 동축커넥터로 발진되므로, 전력공급기 -> 도파관 -> 동축커넥터 -> 동축스플리터 -> 동축케이블 -> 기체분해 애플리케이터 의 순으로 연결된다. 즉, 도파관 과 도파관-동축케이블 전환어댑터가 생략되므로 복수개의 기체분해셀장치를 훨씬 간편하게 설치하는 것이 가능하다 (도12 참조). 즉, 도12는 1개인 경우에 대하여 예시를 한 것이다. As in the case of using the above-described magnetron, expansion is possible in the case of semiconductor type ultra-high frequency oscillation (see Figures 11 and 12). However, in the (semiconductor type) ultra-high frequency power supply, in the low power range (300 to 500 watts or less), oscillation is generated through a coaxial connector instead of a waveguide, so power supply -> waveguide -> coaxial connector -> coaxial splitter -> coaxial cable -> gas decomposition It is connected in the order of applicator. That is, since the waveguide and the waveguide-coaxial cable conversion adapter are omitted, it is possible to install a plurality of gas decomposition cell devices much more easily (see Figure 12). That is, Figure 12 shows an example of one case.

복수개인 경우에는, 예를 들어 1개의 동축'CS' (크로스 스플리터 : co-axial cross-splitter)을 사용하고 여기에 각각의 기체분해 플라즈마셀장치를 연결하면 3개를 연결할 수 있다 (도19). In the case of multiple devices, for example, three can be connected by using one coaxial 'CS' (co-axial cross-splitter) and connecting each gas decomposition plasma cell device to it (Figure 19) .

또한, 1개의 동축'CS'사용하고 상기한 각 동축'CS'의 끝단에 3개의 동축서브1-'CS' 를 연결하면 총 9개의 플라즈마셀장치를 연결할 수 있다, 이를 도20에 예시한다. In addition, by using one coaxial 'CS' and connecting three coaxial sub 1-'CS' to the ends of each coaxial 'CS', a total of nine plasma cell devices can be connected, as shown in Figure 20.

또한, 1개의 동축'CS'를 사용하고 3개의 동축 서브1-'CS'를 연결하고 각각의 동축 서브1-'CS'최종단에 동축서브2-'CS'를 연결하면 총27개의 기체분해셀장치를 연결하여 설치할 수 있으며, 이에 대한 도면은 생략한다.In addition, by using one coaxial 'CS', connecting three coaxial sub1-'CS', and connecting coaxial sub2-'CS' to the end of each coaxial sub1-'CS', a total of 27 gases can be disassembled. It can be installed by connecting a cell device, and drawings for this are omitted.

도파관 스플리터 대신에 동축봉 스플리터를 사용하므로 훨씬 간편해짐을 알 수 있다. 또한, 동축튜너와 동축플런저등도 간편하고 소형의 형태로 설치가 가능하다. You can see that it is much simpler because a coaxial rod splitter is used instead of a waveguide splitter. In addition, coaxial tuners and coaxial plungers can be installed in a simple and compact form.

여러 개의 전력공급기와 이에 따른 도파관등의 부품등을 사용하는 경우, 장치가 중대해지고, 비용증가, 설치의 복잡함등이 발생하여, 애플리케이터 (플라즈마소스)를 부분 집합하여 병렬처리할 수 있다. 이를 도21에 예시한다.When using multiple power supplies and related components such as waveguides, the device becomes more important, costs increase, and installation becomes more complicated, so applicators (plasma sources) can be partially assembled and processed in parallel. This is illustrated in Figure 21.

상기 예시도에서는 9개의 기체분해셀장치를 각 3개씩을 그룹화되어 크로스 스플리터에서 분기된 전력공급을 받아서 플라즈마가 발생함을 알 수가 있다. 그릅화는 플라즈마셀장치를 3-3-3 개의 조합으로 묶을 수도 있고, 2-4-3 개 혹은, 2-5-2 개등의 조합으로 부분집합화 하여 초고주파를 전력을 공급할 수 있다. In the above example, it can be seen that nine gas decomposition cell devices are grouped into three groups and plasma is generated by receiving a branched power supply from the cross splitter. Grouping can be done by grouping plasma cell devices into a combination of 3-3-3, or by subsetting them into a combination of 2-4-3 or 2-5-2 to supply ultra-high frequency power.

동축튜너 (228)은 동축스플리터 전단부에 종합적으로 1개를 설치할 수 있고 동축스플리터에서 분기된 후 개별적으로 설치될 수도 있으며 , 이 경우에는 부분집합된 애플리케이터의 그룹수만큼 튜너가 설치된다. 이 경우에는 그만큼 설치가 더 복잡해지고 비용도 많이 들어간다.. 상기 실시예의 경우에는 스플리터 후단에 설치한다면 , 9개의 플라즈마셀장치를 3개의 부분집합된 그룹으로 구성하였기 때문에 튜너는 3개가 설치된다. 플런저는 부분집합된 애플리케이터의 수만큼 설치될 수 있으나, 이 경우에는 플런저는 플라즈마셀장치와 한 몸체이므로 각각 연결되어 있다. 플런저가 셀장치에 한몸이 되어서 튜너 역할을 함으로 동축튜너는 생락할 수 있다. 상기 경우는 실시예를 생략하도록 한다. One coaxial tuner 228 can be installed comprehensively at the front end of the coaxial splitter, or it can be installed individually after branching off from the coaxial splitter. In this case, as many tuners are installed as the number of groups of subset applicators. In this case, installation becomes more complicated and costs more. In the case of the above embodiment, if installed at the rear of the splitter, 3 tuners are installed because 9 plasma cell devices are organized into 3 subset groups. The plunger may be installed as many as the number of applicators in the subset, but in this case, the plunger is connected to the plasma cell device as one body. Since the plunger is integrated into the cell device and acts as a tuner, the coaxial tuner can be omitted. In this case, the examples will be omitted.

필요한 경우에는 애플리케이터를 개별적인 플라즈마 애플리케이터 전체를 1개이상의 서브그룹화된 (부집단화된) 복수개의 애플리케이터 집단(그룹)으로 묶어서 초고주파 전달이 가능하다. 이는 각 애플리케이터 별로 전력공급기와 그에 따른 필요한 부품들을 공급하는 경우 상대적으로 비용이 많이 들고 복잡해 지기 때문에, 한 개의 전력공급기와 스플리터등을 이용하여 수많은 복수개의 기체분해셀을 연결하여 사용하거나, 혹은 여러 개의 플라즈마 애플리케이터에 적용하여 대면적화를 꾀할 수 있다 . 예를 들면 균일한 라디칼의 대면적 공급이 가능하다. 300mm or 450mm의 웨이퍼나 매우 큰 크기의 LCD등 디스플레이 플라즈마 애셔의 (plasma asher) 경우 이러한 대면적 라디칼의 공급이 필요하다. If necessary, ultra-high frequency transmission is possible by grouping all individual plasma applicators into one or more subgroups of applicators (groups). This is because supplying a power supply and the necessary parts for each applicator is relatively expensive and complicated, so it is necessary to connect a plurality of gas decomposition cells using a single power supply and a splitter, or to use several gas decomposition cells. It can be applied to a plasma applicator to increase the area. For example, uniform supply of radicals to a large area is possible. In the case of display plasma ashers such as 300mm or 450mm wafers or very large LCDs, supply of such large-area radicals is required.

전력공급기가 1개를 가지고 사용이면, 각 애플리케이터에 동일한 전력이 공급되므로 각 플라즈마셀장치에 전력을 개별로 제어하기가 어렵다. 이는 간접적으로 애플리케이터 그룹화를 통하여 조절할 수 있다. 예를 들면 기체분해셀1은 1개이고 기체분해셀2는 2개의 셀로 구성되었다면 스플리터를 통하여 동일한 전력이 공급이 된다면, 기체분해셀2의 각 셀은 기체분해셀1의 셀에 공급되는 전력의 1/2이 공급된다고 할 수 있다. 이러한 방법으로 원래는 개별 전력공급기를 사용하여 개별 전력을 인가하여 가능한 것을 1개의 전력공급기를 사용하여 다른 전력 공급이 가능하다.If only one power supply is used, the same power is supplied to each applicator, making it difficult to individually control power to each plasma cell device. This can be controlled indirectly through applicator grouping. For example, if there is one gas decomposition cell 1 and gas decomposition cell 2 consists of two cells, and the same power is supplied through the splitter, each cell of gas decomposition cell 2 is 1 of the power supplied to the cells of gas decomposition cell 1. It can be said that /2 is supplied. In this way, it is possible to supply different powers using one power supply, which was originally possible by applying individual power using individual power supplies.

다만, 스플리터에서 분기된 후에 전력제어기를 부수로 설치되어 이를 통하여 공급되는 전력의 일부만 전달될 수 있는 방법으로 전력제어를 하는 방법이 가능하다. However, it is possible to control power by installing a power controller after branching from the splitter and transmitting only a portion of the power supplied through it.

위에서 마그네트론 혹은 반도체에서 발진되는 초고주파를 스플리터를 통하여 분기하여 복수개의 기체분해용 플라즈마셀장치 (애플리케이터)를 구성하는 방법과 장치에 대하여 개시하였다. 상기한 방법대로, 사용자가 원하는 곳에 다양한 분야에 활용할 수 있는데, 이러한 용도로 예를 들면, 대면적 라디칼 공급, 복수개의 다양한 종류의 기체를 분해하여 공급, 반응기 여러 위치에 복수개의 셀장치를 설치하고 농도를 조절하여 공급하는 등 수많은 다양한 용도가 있다. 물론 본 출원발명은 상기 응용 실시예에 국한되지 않는다.Above, a method and device for constructing a plurality of plasma cell devices (applicators) for gas decomposition by splitting ultra-high frequencies oscillated from a magnetron or semiconductor through a splitter was disclosed. According to the above method, it can be used in various fields where the user wants. For these purposes, for example, supplying large-area radicals, decomposing and supplying a plurality of various types of gases, installing a plurality of cell devices at various locations in the reactor, There are many different uses, including supply in controlled concentrations. Of course, the present invention is not limited to the above application embodiments.

반도체형 초고주파 전력공급기는 전력공급기 자체도 소형화가 가능하고 (또한 도파관을 사용하지 않는 다는 장점이 있다) 상대적으로 전력공급기의 무게 문제를 해결할 수 있다. 전력공급기 비용이 크게 문제가 되지 않는다면, 각각의 개별적인 전력공급기를 각 애플리케이터나 서브애플리케이터 집단에 별도로 설치하여 각 애플리케이터에 공급되는 전력의 조절이 가능하다. 이는 전력 파워를 개별 애플리케이터에 자유롭고 적절하게 변경하여 인가함으로써 별도의 조절 변수 역할을 할 수 있으므로 최적 조건 도출에 보다 세밀하게 접근이 가능하다. 무엇보다도 반도체에 의한 초고주파는 주파수를 가변하여 해당 캐비티의 공진주파수를 탐색하여 이에 고정함으로써 초고주파의 에너지 전달을 극대화하고 따라서 최고밀도의 플라즈마 발생이 가능하다. The semiconductor type ultra-high frequency power supply allows the power supply itself to be miniaturized (and has the advantage of not using a waveguide) and can solve the problem of the relative weight of the power supply. If power supply cost is not a major issue, it is possible to control the power supplied to each applicator by installing each individual power supply separately for each applicator or group of sub-applicators. This can serve as a separate control variable by freely and appropriately changing and applying electric power to individual applicators, allowing a more detailed approach to deriving optimal conditions. Above all, ultra-high frequencies generated by semiconductors vary the frequency to find and fix the resonance frequency of the cavity, thereby maximizing ultra-high frequency energy transfer and thus generating the highest density plasma.

다양한 기체분해플라즈마 장치의 실시예 Examples of various gas decomposition plasma devices

상기한 기체분해 플라즈마셀장치는 다양한 실시예가 존재할 수 있다. 도16 ~도21에서 예시한 초고주파 스플리터를 사용하지 않고도 복수개의 기체분해셀장치를 결합하여 한개의 캐비티 내에 넣고 플라즈마를 발생할 수 있다 (도24a). 이 경우에 캐비티는 타원형 혹은 원통형2개를 대칭구조로 형성한 캐비티 형태를 사용한다. 이는 멀티모드의 가능성이 높은 사각형태의 캐비티보타 바람직하다. 각 기체분해셀장치의 안테나와 동축봉에 연결된 동축커넥터를 서로 병렬로 연결한 후 마그네트론 혹은 반도체로부터 발진된 초고주파를 이 병렬집합된 연결부위에 전달한다. 이는 도파관으로 전달된 초고주파를 동축봉을 통하여 전환한 후 커넥터를 통하여 상기 동축봉에 연결하는 방식 혹은 동축봉 (동축케이블) - 동축봉끼리 커낵터를 통하여 연결한다. 이렇게 하여 병렬집합된 플라즈마셀장치에서 나오는 라디칼종 혹은 여기종들은 각 기체유출관들을 각각의 원하는 위치에 배치하여 사용이 가능하다. 혹은 1개의 유전체관을 통하는 기체를 고전력의 초고주파로 분해하거나 여기화 한 후 이 유전체관을 소형으로 분기하여, 복수개의 기체관을 통하여 라디칼종이나 여기종의 전달이 가능하다. The gas decomposition plasma cell device described above may exist in various embodiments. Without using the ultra-high frequency splitter illustrated in FIGS. 16 to 21, a plurality of gas decomposition cell devices can be combined and placed in one cavity to generate plasma (FIG. 24a). In this case, the cavity is in the form of two elliptical or cylindrical cavities formed in a symmetrical structure. This is preferable to a rectangular cavity boat with a high possibility of multimode. The antenna of each gas decomposition cell device and the coaxial connector connected to the coaxial rod are connected in parallel, and then the ultra-high frequency waves oscillated from the magnetron or semiconductor are transmitted to this parallel set of connections. This is a method of converting the ultra-high frequency transmitted through the waveguide through a coaxial rod and then connecting it to the coaxial rod through a connector, or coaxial rod (coaxial cable) - coaxial rods are connected through connectors. In this way, radical species or excited species emitted from the parallel assembled plasma cell device can be used by arranging each gas outlet pipe at a desired location. Alternatively, the gas passing through one dielectric tube can be decomposed or excited by high-power, ultra-high frequency waves, and then this dielectric tube can be branched into smaller pieces, making it possible to transmit radical species or excited species through a plurality of gas tubes.

복수개의 기체분해셀장치를 사용하는 경우, 상기한 스플리터와 더불어, 주파수 변조나 (동축) 플런저 튜닝 방식중의 어느 것을 선택하여 매칭하는 지 혹은 함께 결합하여 사용할 것인지는 마그네트론 발진 방식과 반도체형 발진방식인지에 따라서 결정이 된다. When using a plurality of gas decomposition cell devices, in addition to the above-mentioned splitter, which of the frequency modulation or (coaxial) plunger tuning methods should be selected and matched, or whether to be used in combination with the magnetron oscillation method or the semiconductor type oscillation method? The decision is made accordingly.

본 특허에서는 이러한 서술한 다양한 변형예를 포함한다. 상기한 경우들은 동종 혹은 이종의 기체들을 분해하는 플라즈마 셀 장치에 관한 것이다. This patent includes various modifications described above. The above cases relate to plasma cell devices that decompose gases of the same or different types.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 다양하게 변형되거나 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 밝힌다 . 또한, 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. In the present invention, it is disclosed that various modifications and other equivalent embodiments are possible as described above . also, 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.

111 : 마그네트론(Magnetron)
112 : 도파관 (Waveguie)
113 : 서큘레이터(Circulator)
115 : 3-스텁튜너 (3stub-tuner)
117 : 플라즈마 애플리케이터 (Plasma Applicator)
119 : 플런저 (Plunger) 혹은 슬라이딩숏써킷 (Sliding Short Circuit)
121 : 반도체 방식 마이크로파 전력공급기 (Microwave Power)
123 : 더미로드 (Dummy Load)
125 : 밴드도파관 (Bend Waveguide)
131 : 냉각라인 (Cooling Line)
132 : 냉각수유출선 , 134 : 공기 냉각선
151 : 동축케이블 (Co-Axial Cable) , 153 : 커넥터 (Connector)
155 : 동축케이블과 웨이브가이드 변환어댑터 (Co-Axial Transition Adaptor)
161 : [ 웨이퍼 (Wafer) 등] 기판 [서브스트레이트 (Substrate)]
165 : 냉각라인이 구비된 홀더 (Wafer Holder with Cooling Line)
171 : 플라즈마 (Plasma) , 173 : 안테나 (Antenna)
219 :오실레이터 신호발생장치
221 : 자동제어보드 (Control Board)
228 : 동축튜너
223 : 반도체 마이크로파 발생모듈
225 : 교류 -직류 전환 인버터
231 : 전원공급부
233 : 외부통신 게이트웨이(Gateway for External Communication)
140 : 몸체1 , 142 : 몸체2 , 144 : 몸체3 ,
178 : 유전체관
181 : 이송탭1장치 , 182 : 임피던스튜너 이송탭1놉
183 : 이송탭2장치 , 184 : 이송탭2놉 , 185 : 고정놉
186 : 고정용지지대 , 187 : 이송탭3놉
278 : 유전체관 , 290 : 경사진 도파관 (Tapered Waveguide)
292 기체유전체관 실링장치
294 : 유전체관 지지부 상부 , 296 : 유전체관 지지부 하부
300 : 기체유출부구멍이 뚤린 금속판 ,
310 : 유전체관1 , 312 : 유전체관2
320: 금속판 테두리부 , 322 : 금속-유전체 경접부
500 : 이동용구멍 금속판 , 510 : 금속튜브관
522, 524, 526 : 각 부위 연결용 플랜지
551 : 모토 혹은 손잡이 놉 , 552 ; 지지봉
554 : 스크류 , 556 : 주름과 (Bellows)
562 : 이송장치 지지대상판 , 562 : 이송장치 지지대 하판
570 : 튜브실링어댑터
600 : 펌프 111: Magnetron
112: Waveguide
113: Circulator
115: 3-stub tuner (3stub-tuner)
117: Plasma Applicator
119: Plunger or Sliding Short Circuit
121: Semiconductor type microwave power supply (Microwave Power)
123: Dummy Load
125: Bend Waveguide
131: Cooling Line
132: Coolant outflow line, 134: Air cooling line
151: Co-Axial Cable, 153: Connector
155: Coaxial cable and waveguide conversion adapter (Co-Axial Transition Adapter)
161: [Wafer, etc.] Substrate [Substrate]
165: Holder with cooling line (Wafer Holder with Cooling Line)
171: Plasma, 173: Antenna
219: Oscillator signal generator
221: Automatic control board (Control Board)
228: Coaxial tuner
223: Semiconductor microwave generation module
225: AC-DC conversion inverter
231: Power supply unit
233: Gateway for External Communication
140: Body 1, 142: Body 2, 144: Body 3,
178: Genome tube
181: Transfer tab 1 device, 182: Impedance tuner transfer tap 1 knob
183: Transfer tab 2 device, 184: Transfer tab 2 knob, 185: Fixed knob
186: Fixing support, 187: Transfer tab 3 knob
278: Dielectric tube, 290: Tapered waveguide
292 Gas dielectric pipe sealing device
294: upper part of dielectric tube support, 296: lower part of dielectric tube support
300: Metal plate with gas outlet hole,
310: Dielectric tube 1, 312: Dielectric tube 2
320: Metal plate edge portion, 322: Metal-dielectric joint portion
500: metal plate with moving hole, 510: metal tube
522, 524, 526: Flanges for connecting each part
551 : motor or handle knob, 552 ; support rod
554: Screw, 556: Bellows
562: Transfer device support plate, 562: Transfer device support lower plate
570: Tube sealing adapter
600: pump

Claims (1)

기체분해용 초고주파 플라즈마 응용장치(700)로서,
내부에 챔버(711)를 가지며, 외주면 상에 케이블 설치포트(712)가 마련된 셀 하우징(710);
상기 셀 하우징(710)의 일측 말단에 배치되며, 중앙에 관통공(721)이 마련된 금속판(720);
상기 금속판(720)의 외향면에 밀착된 채, 상기 금속판과 함께 상기 셀 하우징(710)의 일측 말단에 체결되는 앤드 플레이트(730);
상기 셀 하우징(710) 타측의 챔버 내부에 마련된 제1 암탭(713)에 치합되도록 외주면에 제1 숫탭(741a)이 마련되고, 내부의 길이방향을 따라 구멍(741b)이 마련되며, 상기 구멍 상에는 제2 암탭(741c)이 마련되고, 상기 금속판(720)과의 사이에 플라즈마 존(pz)이 마련되도록 하는 플런저(741)와; 상기 플런저의 외향측 말단에 마련된 채 상기 플런저를 회전 조작하여 상기 금속판(720)과의 사이 간격을 조절함으로써 플라즈마 존(pz)의 크기를 조절하는 제1 조절노브(742);로 이루어진 임피던스 튜너(740);
상기 구멍(741b)을 관통하게 설치되되, 그 외주면에는 상기 제2 암탭(741c)과 치합되는 제2 숫탭(751)이 마련되며, 내향측 말단에는 상기 제2 숫탭에 비해 큰 외경의 비나사부(752)가 마련된 스크류샤프트(750);
상기 스크류 샤프트(750)에 치합되도록 내부에 제3 암탭(761)이 마련되고, 외주면에는 고정홈(762)이 마련된 제2 조절노브(760);
일측은 상기 셀 하우징(710)에 고정되고, 타측에는 상기 고정홈(762)에 체결되어 상기 제2 조절노브(760)의 회전조작을 제한하기 위한 고정노브(772)가 거치되는 노브 거치 슬롯(771)이 마련된 거치판(770);
상기 셀 하우징(710)의 외주면 상측에 고정 설치되는 ㄱ자 형상의 프레임(781)과; 상기 프레임의 상면에 파이프 형태로 마련되어 그 내부를 통해 상기 케이블 설치포트(712)를 관통하는 동축 케이블(c)을 지지하는 케이블 지지체(782)와; 상기 케이블 설치포트(712)의 내주면에 마련되는 제4 암탭(712a)과 치합되도록 외주면에 제3 숫탭(783a)이 마련되고 내부에는 상기 동축 케이블(c)의 외주면에 마련된 제4 숫탭(c-1)이 치합되는 제5 암탭(783b)이 마련된 승강조절스크류(783)와; 상기 승강조절스크류의 상단에 마련되어 상기 승강조절스크류를 회전조작하기 위한 제3 조절노브(784);로 이루어진 케이블 지지부재(780);
상기 관통공과 스크류샤프트와 각각 연통되게 연결되는 유전체관(790); 및
상기 셀 하우징의 표면을 감싸도록 설치된 채, 냉각수에 의해 상기 플라즈마 존을 냉각시켜주는 냉각수관(800);을 포함하며,
상기 금속판(720)과 스크류샤프트(750)는 라디칼 재결합상수가 작은 금속으로 된 것을 더 포함하는 소형 경량화된 초고주파 플라즈마 응용장치.As an ultra-high frequency plasma application device (700) for gas decomposition,
A cell housing 710 having a chamber 711 inside and a cable installation port 712 on the outer peripheral surface;
A metal plate 720 disposed at one end of the cell housing 710 and having a through hole 721 in the center;
An end plate 730 that is in close contact with the outward surface of the metal plate 720 and is fastened to one end of the cell housing 710 together with the metal plate;
A first male tab 741a is provided on the outer peripheral surface to engage with the first female tab 713 provided inside the chamber on the other side of the cell housing 710, and a hole 741b is provided along the longitudinal direction of the inside, and on the hole a plunger 741 provided with a second arm tab 741c and a plasma zone pz provided between the metal plate 720; An impedance tuner ( 740);
It is installed to penetrate the hole 741b, and is provided on its outer peripheral surface with a second male tab 751 engaged with the second female tab 741c, and at the inward end is a non-threaded portion (751) with an outer diameter larger than the second male tab. 752) is provided with a screw shaft (750);
a second adjustment knob 760 having a third arm tab 761 on the inside to be engaged with the screw shaft 750 and a fixing groove 762 on the outer circumferential surface;
One side is fixed to the cell housing 710, and the other side is fastened to the fixing groove 762, and a knob mounting slot ( 771) a mounting plate (770) provided;
A L-shaped frame 781 fixedly installed on the upper outer peripheral surface of the cell housing 710; a cable supporter 782 provided in the form of a pipe on the upper surface of the frame to support a coaxial cable (c) passing through the cable installation port 712 through its interior; A third male tab (783a) is provided on the outer peripheral surface to engage with the fourth female tab (712a) provided on the inner peripheral surface of the cable installation port 712, and a fourth male tab (c-) is provided on the outer peripheral surface of the coaxial cable (c) inside. 1) a lifting control screw (783) provided with a fifth arm tab (783b) engaged with it; A cable support member 780 consisting of a third control knob 784 provided at the upper end of the lift control screw for rotating the lift control screw;
A dielectric tube 790 connected in communication with the through hole and the screw shaft, respectively; and
It includes a cooling water pipe 800 installed to surround the surface of the cell housing and cooling the plasma zone with cooling water,
The metal plate 720 and the screw shaft 750 are small and lightweight ultra-high frequency plasma application devices, further comprising a metal having a small radical recombination constant.