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KR20020091857A - Plasma discharging system by using multiple resonant modes - Google Patents

Plasma discharging system by using multiple resonant modes Download PDF

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KR20020091857A
KR20020091857A KR1020010030105A KR20010030105A KR20020091857A KR 20020091857 A KR20020091857 A KR 20020091857A KR 1020010030105 A KR1020010030105 A KR 1020010030105A KR 20010030105 A KR20010030105 A KR 20010030105A KR 20020091857 A KR20020091857 A KR 20020091857A
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KR
South Korea
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resonator
output
mode
microwaves
microwave
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Ceased
Application number
KR1020010030105A
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Korean (ko)
Inventor
이근호
최진주
김윤기
홍정미
송호영
Original Assignee
사단법인 고등기술연구원 연구조합
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Publication date
Application filed by 사단법인 고등기술연구원 연구조합 filed Critical 사단법인 고등기술연구원 연구조합
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Abstract

본 발명은 단일/다중 주파수를 이용한 중첩된 공진 모드로 플라즈마 재료 공정 용도로 사용되는 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키는 방전 시스템에 관한 것이다. 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템은 2.45GHz 혹은 915GHz 등의 고정된 단일 주파수에서 단일 공진 모드를 사용하며 공진기(25) 내에 포함된 튜너의 위치, 크기, 및 모양 등을 변화시킴으로써 기계적으로 튜닝하여 에너지 결합이 최대가 되도록 정합시킨다. 그러나 일반적으로 많이 사용하는 TM010기본 모드는 공진기(25) 내의 시료 크기에 따라 확장시켜 주는데 제한점이 있다. 또한, 전자기장 분포가 강한 곳과 약한 곳의 차이에 의한 플라즈마 처리 상태의 균일도(uniformity)가 떨어지는 등 경제적, 기술적 문제점이 있다. 본 발명에서는 주파수 가변이 가능한 마이크로웨이브 발생원을 사용함으로써 주파수 쓸기(frequency sweep)를 통해 여러 개의 공진 모드를 여기시켜 공진기 내의 균일도를 향상시키는 등 종래의 단일 모드에서 나타난 제한점들을 극복할 수 있는 것이다. 또한, 단일 주파수를 이용한 선택적 튜닝(selective tuning) 방법에서는 파장 가변이 가능한 마이크로웨이브 발생원을 사용하지 않고도 도파관으로부터 공진기로의 에너지 전달경로를 각각 다르게 함으로 공진기 내로 들어오는 마이크로웨이브의 주파수가 하나로 고정되어 있더라도 서로 다른 두 개의 TE, TM 모드가 생성되는 원리를 사용하였다. 이와 같이 파장 가변원을 사용하거나 결합 방식을 달리함으로써여러 개의 공진 모드를 중첩시켜 시스템 대형화에 있어 큰 제한을 받던 종래 기술과 달리 대면적의 균일한 플라즈마를 쉽게 얻을 수 있다.The present invention relates to a discharge system for generating microwave plasma used for plasma material processing applications in superimposed resonance mode using single / multiple frequencies. Conventional microwave plasma discharge systems use a single resonant mode at a fixed single frequency, such as 2.45 GHz or 915 GHz, and mechanically tune and combine energy by varying the position, size, and shape of the tuner included in the resonator 25. Match this up to the maximum. However, the commonly used TM 010 basic mode has a limitation in expanding according to the sample size in the resonator 25. In addition, there is an economic and technical problem, such as the uniformity of the plasma treatment state is reduced by the difference between the strong and weak electromagnetic field distribution. The present invention overcomes the limitations of the conventional single mode by exciting the multiple resonant modes through a frequency sweep to improve uniformity in the resonator by using a microwave source that is variable in frequency. In addition, in the selective tuning method using a single frequency, the energy transmission paths from the waveguide to the resonator are different from each other without using a microwave variable source that can vary in wavelength, so that even if the frequencies of the microwaves entering the resonator are fixed to each other, The principle that the other two TE, TM modes are generated is used. By using a wavelength variable source or by varying the coupling method as described above, a large-area uniform plasma can be easily obtained, unlike the prior art, which has a large limitation in large system size by overlapping several resonance modes.

Description

다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템{PLASMA DISCHARGING SYSTEM BY USING MULTIPLE RESONANT MODES}Plasma discharge system using multiple resonant modes {PLASMA DISCHARGING SYSTEM BY USING MULTIPLE RESONANT MODES}

본 발명은 다중 공진 모드(multiple resonant modes)를 이용한 플라즈마 방전 시스템(plasma discharging system)에 관한 것으로, 특히, 플라즈마 재료 공정(plasma material processing) 용도로 사용되는 마이크로웨이브 플라즈마를 방전시키는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma discharging system using multiple resonant modes, and more particularly, to a system for discharging microwave plasma used for plasma material processing.

도 2는 종래의 기술에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템의 일 실시 예를 나타낸 개략도로, 마이크로웨이브 발생부(microwave source)(11) 및 공진부(cavity)(12)로 구성된다. 상기 마이크로웨이브 발생부(11)는 아크 탐지기(arc detector)(13), 도파관 안착기(waveguide launcher)(14), 마그네트론(magnetron)(15), 전원 공급원(power supply)(16), 제어기(controller)(17), 순환기(circulator)(18), 모의 부하(dummy load)(19), 방향성 결합기(directional coupler)(20), 출력 측정기(power meter)(23), 및 3 단 튜너(3-stub tuner)(24)를 구비한다. 상기 공진부(12)는 공진기(25) 및 석영튜브(quartz tube)(26)를 구비한다.2 is a schematic view showing an embodiment of a microwave plasma discharge system according to the related art, and includes a microwave source 11 and a cavity 12. The microwave generator 11 includes an arc detector 13, a waveguide launcher 14, a magnetron 15, a power supply 16, and a controller ( controller 17, circulator 18, dummy load 19, directional coupler 20, power meter 23, and three stage tuner 3 a stub tuner 24. The resonator 12 includes a resonator 25 and a quartz tube 26.

동 도면에 있어서, 마이크로웨이브 발생부(11) 내의 마그네트론(15)은 주로 2.45GHz 혹은 915GHz의 상용화된 마이크로웨이브 영역의 주파수를 발진한다. 마그네트론(15)으로부터 발진된 마이크로웨이브는 도파관 안착기(14), 순환기(18), 방향성 결합기(20), 및 3 단 튜너(24) 등을 차례로 거쳐 공진기(25)에 도달된다. 공진기(25)는 3 단 튜너(24)로부터 마이크로웨이브를 제공받아 플라즈마를 방전시킨다. 순환기(18)는 마이크로웨이브의 진행 방향을 제어(guiding)하는 페라이트(ferrite) 물질로 구성되어 마그네트론(15)으로부터 발진되어 진행된 마이크로웨이브가 공진기(25)로부터 반사되어 되돌아 왔을 때 모의 부하(19) 쪽으로 진행하도록 해준다. 모의 부하(19)는 수냉부(water cooling unit)를 구비하여 반사된 마이크로웨이브를 흡수해서 반사된 마이크로웨이브가 마그네트론(15) 방향으로 진행하지 못하도록 한다. 방향성 결합기(20)는 공진기(25)로부터 반사된 출력(reflected power)(21)과 공진기(25)로 입사하는 출력(forward power)(22)을 각기 추출하여 출력 측정기(23)로 제공한다. 출력 측정기(23)는 방향성 결합기(20)로부터 제공되는 두 출력(21, 22)을 각기 받아 공진기(25)로부터 반사된 출력(21)과 공진기(25)로 입사하는 출력(22)을 각기 측정한다. 3 단 튜너(24)는 방향성 결합기(20)와 공진기(25) 사이의 임피던스(impedance)를 조정하여 마이크로웨이브가 최대의 결합 효율로 공진기(25)에 전달되도록 한다.In the figure, the magnetron 15 in the microwave generator 11 oscillates mainly in the commercially available microwave region of 2.45 GHz or 915 GHz. The microwaves oscillated from the magnetron 15 reach the resonator 25 via the waveguide seater 14, the circulator 18, the directional coupler 20, the three-stage tuner 24, and so forth. The resonator 25 receives microwaves from the three stage tuner 24 to discharge the plasma. The circulator 18 is made of a ferrite material that controls the direction in which the microwave travels, and simulated load 19 when the microwaves oscillated from the magnetron 15 are reflected back from the resonator 25. To proceed. The simulated load 19 has a water cooling unit to absorb the reflected microwaves so that the reflected microwaves do not travel in the direction of the magnetron 15. The directional coupler 20 extracts the reflected power 21 reflected from the resonator 25 and the forward power 22 incident to the resonator 25, and provides them to the output meter 23. The output meter 23 receives the two outputs 21 and 22 provided from the directional coupler 20, respectively, and measures the output 21 reflected from the resonator 25 and the output 22 incident to the resonator 25, respectively. do. The three stage tuner 24 adjusts the impedance between the directional coupler 20 and the resonator 25 so that the microwaves are delivered to the resonator 25 with maximum coupling efficiency.

공진기(25) 내의 석영 튜브(26)는 마이크로웨이브는 통과시키고 기체 입자(gas particle)는 통과시키지 않는 유전체로 이루어져 플라즈마 재료 공정에필요한 특정 기체를 가두어두는 역할을 한다.The quartz tube 26 in the resonator 25 is made of a dielectric material through which microwaves pass but gas particles do not pass, confining certain gases necessary for plasma material processing.

이와 같은 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템은 2.45GHz 혹은 915GHz 등의 고정된 단일 주파수에서 단일 공진 모드를 사용하며 공진기(25) 내에 장착된 튜너의 위치, 크기, 및 모양 등을 변화시킴으로써 기계적으로 튜닝하여 에너지 결합이 최대가 되도록 정합시킨다. 그러나 일반적으로 많이 사용하는 TM010기본 모드(전자장 또는 전기장 분포 형태)는 공진기(25) 내의 시료 크기에 따라 확장시켜 주는데 제한점이 있다. 또한, 전자기장 분포가 강한 곳과 약한 곳의 차이에 의한 플라즈마 처리 상태의 균일도(uniformity)가 떨어지는 등 경제적, 기술적 문제점이 있다.The conventional microwave plasma discharge system uses a single resonant mode at a fixed single frequency, such as 2.45 GHz or 915 GHz, and is mechanically tuned by changing the position, size, and shape of a tuner mounted in the resonator 25. Match to ensure maximum energy coupling. However, the commonly used TM 010 basic mode (in the form of electromagnetic or electric field distribution) has a limitation in expanding according to the sample size in the resonator 25. In addition, there is an economic and technical problem, such as the uniformity of the plasma treatment state is reduced by the difference between the strong and weak electromagnetic field distribution.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 여러 공진 모드가 중첩된 다중 모드(multi-mode)를 공진기 내부에 여기(excite)시켜 종래의 플라즈마 방전 시스템에서 제한적이었던 공진기의 확장 문제를 해결하는 동시에 공진기로의 에너지 결합 효율(coupling efficiency)을 높이고 다중 모드에 의한 플라즈마의 균일도를 향상시키는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and excites a multi-mode with multiple resonant modes inside the resonator, thereby limiting the resonator of the conventional plasma discharge system. It is an object of the present invention to provide a plasma discharge system using a multi-resonance mode that solves the problem of expansion of the circuit and increases the coupling efficiency of the resonator and improves the uniformity of the plasma by the multi-mode.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다중 주파수를 이용한 중첩된 공진 모드의 마이크로웨이브를 사용하여 플라즈마를 방전시키는 시스템에 있어서: 마이크로웨이브 출력의 주파수 쓸기가 가능한 파장 가변 마이크로웨이브 발생부;상기 파장 가변 마이크로웨이브 발생부로부터 제공되는 연속적으로 주파수가 가변되는 마이크로웨이브 입력에 의한 다중 모드를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 공진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system for discharging a plasma using microwaves in a superposed resonance mode using multiple frequencies: a wavelength variable microwave generation unit capable of sweeping a frequency of a microwave output; It characterized in that it comprises a resonator for generating a plasma using a multi-mode by the microwave input continuously variable frequency provided from the variable microwave generator.

도 1은 본 발명에 따른 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템의 일 실시 예를 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing an embodiment of a plasma discharge system using a multiple resonance mode according to the present invention;

도 2는 종래의 기술에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템의 일 실시 예를 나타낸 개략도,Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a microwave plasma discharge system according to the prior art,

도 3은 진행파관의 일 실시 예를 나타낸 개략도,3 is a schematic diagram showing an embodiment of a traveling waveguide;

도 4는 본 발명에 따른 단일 주파수를 이용한 중첩된 공진 모드의 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템의 일 실시 예를 나타낸 블록도,Figure 4 is a block diagram showing an embodiment of a microwave plasma discharge system of the superimposed resonance mode using a single frequency according to the present invention,

도 5는 TM010모드와 TE011모드의 중첩을 나타낸 개략도.5 is a schematic diagram showing the superposition of the TM 010 mode and the TE 011 mode.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 구동기 2 : 분리기1: Driver 2: Separator

3 : 진행파관 4 : 순환기3: traveling waveguide 4: circulator

5 : 방향성 결합기 6 : 모의 부하5: directional coupler 6: simulated load

7 : 공진기 8 : H-평면을 사용한 도파관7: resonator 8: waveguide using H-plane

9 : E-평면을 사용한 도파관9: waveguide using E-plane

10 : 출력 분배기 31 : 전자총10: output divider 31: electron gun

32 : 전자빔 33 : RF 입력32: electron beam 33: RF input

34 : 감쇄기 35 : 집속 자기장34: attenuator 35: focused magnetic field

36 : 나선형 서파 회로 37 : RF 출력36: spiral slow wave circuit 37: RF output

38 : 모으개38: Collector

이하, 이와 같은 본 발명의 실시 예를 다음과 같은 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the following drawings.

도 1은 본 발명에 따른 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템의 일 실시 예를 나타낸 블록도로, 구동기(drive)(1), 분리기(isolator)(2), 진행파관(Traveling Wave Tube : TWT)(3), 순환기(4), 방향성 결합기(5), 모의 부하(6), 및 공진기(7)로 구성된다. 상기 구동기(1), 분리기(2), 및 진행파관(3)은 다중 주파수 발생원 기능을 수행한다.1 is a block diagram showing an embodiment of a plasma discharge system using a multiple resonance mode according to the present invention, a drive (1), an isolator (2), a traveling wave tube (TWT) ( 3) a circulator 4, a directional coupler 5, a simulated load 6, and a resonator 7. The driver 1, separator 2, and traveling waveguide 3 perform a multi-frequency source function.

동 도면에 있어서, 구동기(1)는 마이크로웨이브를 발진시킨다. 분리기(2)는 구동기(1)로부터 마이크로웨이브를 받아 통과시키고 반대 방향으로는 통하지 않도록 한다. 진행파관(3)은 구동기(1)로부터 발진된 마이크로웨이브를 분리기(2)를 통해 받아 넓은 대역폭(wide bandwidth)을 갖는 다중 주파수를 발생시킨다. 진행파관(3)은 1 내지 100GHz의 동작 주파수(operating frequency), 10 내지 20%의 대역폭, 및 수 와트(watt) 내지 수 메가와트(megawatt)에 이르는 출력이 가능한 마이크로웨이브를 발생한다. 이와 같은 진행파관(3)은 통신용 인공 위성과 군사용 레이더(radar)를 비롯한 여러 응용 분야에 사용되고 있다. 일반적으로 진행파관(3)은 고출력(high power) 용도로 사용되는 결합 공진기(coupled cavity) 타입과 주로광대역 동작(broad band operation)에 사용되는 나선형(helix)으로 구분된다. 주파수 가변 발생원으로는 진행파관(3) 외에도 클라이스트론(klystron)과 같이 여러 개의 공진기가 일렬로 연결된 다른 형태의 마이크로웨이브 발생원을 고려할 수도 있다. 분리기(2), 순환기(4), 및 모의 부하(6)는 반사를 방지해 주고 진행 방향으로 마이크로웨이브를 제어해 준다. 방향성 결합기(5)는 공진기(7)로 입사하는 출력과 공진기(7)로부터 반사하는 출력을 측정한다. 공진기(7)는 다중 모드를 이용하여 플라즈마를 발생시킨다.In the figure, the driver 1 oscillates a microwave. The separator 2 receives the microwaves from the driver 1 and passes them through and not in the opposite direction. The traveling waveguide 3 receives the microwaves oscillated from the driver 1 through the separator 2 to generate multiple frequencies having a wide bandwidth. The traveling waveguide 3 generates a microwave capable of an operating frequency of 1 to 100 GHz, a bandwidth of 10 to 20%, and an output ranging from several watts to several megawatts. Such traveling waveguides 3 are used in various applications such as communication satellites and military radars. Generally, the traveling waveguide 3 is divided into a coupled cavity type used for high power applications and a helix used mainly for broad band operation. In addition to the traveling waveguide 3, other types of microwave generators in which several resonators are connected in a line, such as klystron, may be considered. The separator 2, the circulator 4, and the simulated load 6 prevent reflection and control the microwave in the direction of travel. The directional coupler 5 measures the output incident to the resonator 7 and the output reflected from the resonator 7. The resonator 7 generates plasma using multiple modes.

이와 같이, 도 1과 같은 시스템은 주파수를 변화시킴에 따라 각각의 주파수에서 서로 다른 모드가 발생되는 시스템이다. 예로, 주파수 가변 발생원을 사용함으로써 주파수 쓸기(frequency sweep)를 함에 따라 플라즈마가 발생되는 공진기(7) 내에서는 여러 개의 모드가 겹친 다중 모드가 형성되면서 중첩된 각 정상파 패턴이 단일 모드에 비해 균일한 형태를 이루게 된다.As such, the system as shown in FIG. 1 is a system in which different modes are generated at each frequency as the frequency is changed. For example, in the resonator 7 where the plasma is generated by using the frequency variable source, a multiple mode is formed in which multiple modes are overlapped, and each overlapping standing wave pattern is more uniform than a single mode. Will be achieved.

순환기(4)는 진행파관(3)에서 제공되는 마이크로웨이브를 반사 없이 공진기(7) 방향으로 통과시킨다. 모의 부하(6)는 순환기(4)를 지나 반사된 마이크로웨이브를 흡수하여 진행파관(3)을 보호한다. 모의 부하(6)는 구비된 수냉부(water cooling unit)를 사용하여 마이크로웨이브 흡수시 발생되는 열을 냉각시킨다. 순환기(4)를 지난 마이크로웨이브는 공진기(7) 안으로 방향성 결합기(5)를 통해 전달되어 공진기(7) 내의 기체 분자의 방전을 일으킨다. 공진기(7) 내로 커플링(coupling)된 마이크로웨이브 출력과 결합되지 않고 반사된 마이크로웨이브 출력을 방향성 결합기(5)를 통해 모니터(monitor)할 수 있다.The circulator 4 passes the microwaves provided by the traveling waveguide 3 in the direction of the resonator 7 without reflection. The simulated load 6 absorbs the microwaves reflected past the circulator 4 to protect the traveling waveguide 3. The simulated load 6 uses a water cooling unit provided to cool the heat generated when the microwave is absorbed. The microwaves passing through the circulator 4 are passed through the directional coupler 5 into the resonator 7 to cause the discharge of gas molecules in the resonator 7. The reflected microwave output without being coupled with the microwave output coupled into the resonator 7 can be monitored via the directional coupler 5.

이와 같은 도 1의 시스템에서는 주파수 쓸기 속도, 마이크로웨이브 원의 대역폭, 및 출력 등에 따라 형성되는 다중모드 분포가 변화된다. 공진기(7)에서 발생되는 플라즈마의 균일도를 향상시켜주기 위하여 위의 변수(parameter)들을 최적화해주는 작업이 요구된다. 다중 모드 동작은 여러 정상파 분포가 중첩되고 모드 제어가 가능한 시스템으로서 플라즈마 공진기의 확장에 제한을 받지 않는다.In the system of FIG. 1, the multimode distribution formed according to the frequency sweep speed, the bandwidth of the microwave circle, and the output is changed. In order to improve the uniformity of the plasma generated in the resonator (7) is required to optimize the above parameters (parameters). Multi-mode operation is a system in which multiple standing wave distributions overlap and mode control is not limited by the expansion of the plasma resonator.

도 3은 진행파관(3)의 일 실시 예를 나타낸 개략도로, 전자총(electron gun)(31), 전자빔(electron beam)(32), RF 입력(RF input)(33), 감쇄기(attenuator)(34), 집속 자기장(magnetic focusing field)(35), 나선형 서파 회로(helix slow-wave circuit)(36), RF 출력(RF output)(37), 및 모으개(collector)(38)로 구성된다.3 is a schematic view showing an embodiment of the traveling waveguide 3, including an electron gun 31, an electron beam 32, an RF input 33, and an attenuator ( 34), a magnetic focusing field 35, a helix slow-wave circuit 36, an RF output 37, and a collector 38. .

동 도면에 있어서, 나선형 서파 회로(36)에 입력단(33)을 통해 RF가 주입되면 전자총(31) 내에서 발생된 전자빔(32)과의 상호 작용에 의해 에너지를 전달받아 증폭된 RF 출력을 출력단(37)으로부터 얻을 수 있다.In the figure, when RF is injected into the spiral slow wave circuit 36 through the input terminal 33, the RF output is amplified by receiving energy by interaction with the electron beam 32 generated in the electron gun 31. Obtained from (37).

도 4는 본 발명에 따른 단일 주파수를 이용한 중첩된 공진 모드의 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템의 일 실시 예를 나타낸 블록도로, 구동기(1), 분리기(2), 진행파관(3), 순환기(4), 방향성 결합기(5), 모의 부하(6), 공진기(7), H-평면(plane)을 사용한 도파관(8), E-평면을 사용한 도파관(9) 및 출력 분배기(10)로 구성된다.Figure 4 is a block diagram showing an embodiment of the microwave plasma discharge system of the superimposed resonance mode using a single frequency according to the present invention, the driver 1, the separator 2, the traveling wave tube 3, the circulator 4 , Directional coupler 5, simulated load 6, resonator 7, waveguide 8 using H-plane, waveguide 9 using E-plane, and output divider 10.

동 도면에 있어서, 구동기(1), 분리기(2), 진행파관(3), 순환기(4), 방향성 결합기(5), 및 모의 부하(6)는 도 1과 유사하기 때문에, 이의 설명은 도 1의 설명을 참조하기로 한다.In the figure, the driver 1, the separator 2, the traveling waveguide 3, the circulator 4, the directional coupler 5, and the simulated load 6 are similar to those of FIG. Reference is made to the description of 1.

출력 분배기(10)는 방향성 결합기(5)로부터 제공되는 마이크로웨이브 출력을 분배하여 양측으로 각기 출력한다. H-평면을 사용한 도파관(8)은 TE 성격의 마이크로웨이브를 통과시키는 것으로, 출력 분배기(10)로부터 일 출력을 제공받아 공진기(7)에 일 모드를 여기시킨다. E-평면을 사용한 도파관(9)은 TM 성격의 마이크로웨이브를 통과시키는 것으로, 출력 분배기(10)로부터 다른 출력을 제공받아 공진기(7)에 다른 모드를 여기시킨다. 따라서, 공진기(7)는 H-평면을 사용한 도파관(8) 및 E-평면을 사용한 도파관(9)으로부터 여기된 마이크로웨이브의 중첩에 의하여 생성되는 특정 모드의 전자기장을 이용하여 소정의 플라즈마를 발생시킨다.The output divider 10 distributes the microwave output provided from the directional coupler 5 and outputs them to both sides. The waveguide 8 using the H-plane passes a microwave of TE nature, receives one output from the output divider 10 and excites one mode to the resonator 7. The waveguide 9 using the E-plane passes a microwave of TM nature, and receives different output from the output divider 10 to excite the resonator 7 with different modes. Thus, the resonator 7 generates a given plasma using a specific mode of electromagnetic field generated by the superposition of the microwaves excited from the waveguide 8 using the H-plane and the waveguide 9 using the E-plane. .

이와 같이, 도 4에 따른 본 발명에서는 여기시키고자 하는 모드의 개수에 따라 복수개의 E-평면 및 H-평면을 이용하여 서로 다른 모드를 공진기(7)에 동시에 여기시키는 선택적 튜닝(selective tuning) 기법을 이용하여 다중 모드를 형성시킬 수 있다.As described above, in the present invention according to FIG. 4, a selective tuning technique of simultaneously exciting different modes to the resonator 7 using a plurality of E-planes and H-planes according to the number of modes to be excited. Can be used to form multiple modes.

도 5는 TM010모드와 TE011모드의 중첩을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram showing the superposition of the TM 010 mode and the TE 011 mode.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 다중 모드 동작으로서 공진기 내의 균일도를 향상시키는 등 종래의 단일 모드에서 나타난 제한점들을 극복할 수 있는 것이다. 파장 가변이 가능한 마이크로웨이브 발생원을 사용하여 주파수 쓸기를 하거나 단일 주파수를 이용한 선택적 튜닝을 할 경우, 본 발명에 따른 다중 모드 시스템은 여러 개의 공진 모드가 동시에 여기되어 중첩됨으로써 대형화 및 균일도 문제에 있어 종래 기술의 제한점을 쉽게 해결할 수 있다.As described above, the present invention overcomes the limitations of the conventional single mode, such as improving the uniformity in the resonator as a multi-mode operation. In the case of frequency sweeping using a microwave variable source having a variable wavelength or selective tuning using a single frequency, the multi-mode system according to the present invention has several prior arts in terms of size and uniformity because multiple resonance modes are simultaneously excited and overlapped. Limitations can be easily solved.

Claims (6)

설정 범위 내에서 연속적으로 주파수 가변되는 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생부;A microwave generator for generating microwaves continuously frequency-variable within a set range; 상기 마이크로웨이브 발생부로부터 인가된 마이크로웨이브를 공진시키며, 상기 가변된 주파수에 의하여 각각 발생되는 공진 모드가 중첩되어 생성된 다중 모드의 마이크로웨이브로부터 얻어진 에너지를 이용하여 플라즈마 방전을 수행하는 공진부를 포함하여 구성되는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템.A resonator configured to resonate the microwaves applied from the microwave generator, and perform plasma discharge using energy obtained from the multi-mode microwaves generated by overlapping resonance modes generated by the variable frequencies, respectively. Plasma discharge system using a multiple resonance mode configured. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공진부는, 상기 마이크로웨이브 발생부에서 발생되는 마이크로웨이브를 반사 없이 통과시키는 순환부;The resonator may include a circulation unit configured to pass the microwaves generated by the microwave generator without reflection; 상기 공진부로 입사하는 출력과 상기 공진부로부터 반사하는 출력을 측정하는 방향성 결합부;A directional coupler configured to measure an output incident to the resonator and an output reflected from the resonator; 상기 순환부를 지나 반사된 마이크로웨이브를 흡수하는 모의 부하 수단을 포함하여 구성되는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템.And a simulated load means for absorbing the microwaves reflected past the circulation portion. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이크로웨이브 발생부는 결합 공진기 타입이나 나선형 타입인 것을 특징으로 하는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템.The microwave generation unit is a plasma discharge system using a multiple resonance mode, characterized in that the coupling resonator type or spiral type. 단일 주파수의 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발생부;A microwave generator for generating a single frequency microwave; 상기 발생된 마이크로웨이브의 출력 파워를 분배하는 출력 분배부;An output distribution unit for distributing the output power of the generated microwaves; 상기 출력 분배부로부터 일 출력을 제공받아 공진부로 전달하는 제 1 도파관 수단;First waveguide means for receiving an output from the output distributor and transferring the output to a resonator; 상기 출력 분배부로부터 다른 출력을 제공받아 공진부로 전달하는 제 2 도파관 수단;Second waveguide means for receiving another output from the output distributor and transferring the output to the resonator; 상기 제 1, 제 2 도파관 수단에 의해 전달받은 마이크로웨이브를 각각 E-플레인 커플링 및 H-플레인 커플링에 의하여 인가 받아 공진시키며, 상기 커플링 방식에 따라 각각 발생되는 공진 모드가 중첩되어 생성된 다중 모드의 마이크로웨이브로부터 얻어진 에너지를 이용하여 플라즈마 방전을 수행하는 공진부를 포함하여 구성되는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템.The microwaves transmitted by the first and second waveguide means are applied and resonated by E-plane coupling and H-plane coupling, respectively, and the resonance modes generated according to the coupling scheme are generated by overlapping. Plasma discharge system using a multi-resonance mode comprising a resonator for performing a plasma discharge using energy obtained from the multi-mode microwave. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 도파관은 폭과 높이가 조절되어 TM 모드나 TE 모드로 변경되는 것을 특징으로 하는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템.The waveguide is a plasma discharge system using a multiple resonant mode, characterized in that the width and height is adjusted to change to the TM mode or TE mode. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 공진부는, 상기 마이크로웨이브 발생부에서 발생되는 마이크로웨이브를 반사 없이 통과시키는 순환부;The resonator may include a circulation unit configured to pass the microwaves generated by the microwave generator without reflection; 상기 공진부로 입사하는 출력과 상기 공진부로부터 반사하는 출력을 측정하는 방향성 결합부;A directional coupler configured to measure an output incident to the resonator and an output reflected from the resonator; 상기 순환부를 지나 반사된 마이크로웨이브를 흡수하는 모의 부하 수단을 포함하여 구성되는 다중 공진 모드를 이용한 플라즈마 방전 시스템.And a simulated load means for absorbing the microwaves reflected past the circulation portion.
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