KR20170069652A - 초고주파 플라즈마 진단 장치 - Google Patents

초고주파 플라즈마 진단 장치 Download PDF

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성대진
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Abstract

본 발명은 초고주파 플라즈마 진단 장치를 제공한다. 이 초고주파 플라즈마 진단 장치는 전기적으로 접지되고 도전체로 형성된 안테나 몸체부; 도전체로 형성되고 외부로부터 가변 초고주파를 제공받아 상기 가변 초고주파를 플라즈마에 방사하고 상기 안테나 몸체부를 관통하여 배치되는 송신 안테나 코어; 절연체로 형성되고 상기 안테나 몸체부에 매설되고 상기 송신 안테나 코어를 감싸도록 배치되는 송신 안테나 절연 튜브; 절연체로 형성되고 상기 송신 안테나 코어와 동축 상에서 상기 안테나 몸체부의 일면에 링 형상으로 매설된 수신 안테나 절연 링; 도전체로 형성되고 상기 플라즈마를 통과하여 수신된 가변 초고주파 신호를 수신하고 상기 수신 안테나 절연링에 매설된 수신 안테나 도전 링;을 포함한다. 상기 송신 안테나 코어의 일단 및 상기 수신 안테나 도전 링의 일면은 외부로 노출된다.

Description

초고주파 플라즈마 진단 장치{Microwave Plasma Diagnostic Apparatus}
본 발명은 초고주파 플라즈마 진단 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 플라즈마의 컷오프 주파수를 감지하여 전자밀도( 또는 플라즈마 밀도)를 추출하는 장치에 관한 것이다.
플라즈마 공정은 이온 주입, 식각, 증착, 표면 처리, 소독 등에 널리 이용되고 있다. 상기 플라즈마 공정에서, 전자 밀도를 측정하는 다양한 기술이 있다. 그러나, 이러한 기술은 전자 밀도의 절대값의 계산이 어렵다. 또한, 이러한 기술은 주위 환경에 민감하여 현실적으로 플라즈마 공정 상태를 모니터링 하는 것은 한계가 있다.
건식 식각 및 증착은 플라즈마를 이용한다. 다양한 플라즈마를 이용한 공정이 반도체, 디스플레이 산업 등에서 이용되고 있다. 따라서, 상기 플라즈마를 정확히 진단하고 활용하는 방법이 중요하다. 상기 플라즈마를 진단하기 위하여, 플라즈마에 의한 간섭이 비교적 적고 정확도가 높은 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 진단법이 개발되었다. 컷오프 프로브는 마이크로웨이브를 이용한 진단법 중의 하나이다. 컷오프 프로브는 전자기파를 방사하는 방사 탐침과 플라즈마를 투과한 전자기파를 수신하는 검출 탐침을 포함한다. 상기 플라즈마를 투과한 투과 스펙트럼으로부터 플라즈마 밀도는 결정될 수 있다. 투과 스펙트럼 상의 컷오프 픽(cuf-off peak)은 플라즈마 밀도에 관한 정보를 가진다. 플라즈마 진동수(plasma frequency)와 근사한 값을 가지는 상기 컷오프 픽(cuf-off peak)을 측정함으로써 플라즈마 밀도가 측정될 수 있다. 컷오프 프로브의 동작 원리는 한국 등록특허 제10-1225010호에 기재되어있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고감도의 컴팩트한 초고주파 플라즈마 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치는 전기적으로 접지되고 도전체로 형성된 안테나 몸체부; 도전체로 형성되고 외부로부터 가변 초고주파를 제공받아 상기 가변 초고주파를 플라즈마에 방사하고 상기 안테나 몸체부를 관통하여 배치되는 송신 안테나 코어; 절연체로 형성되고 상기 안테나 몸체부에 매설되고 상기 송신 안테나 코어를 감싸도록 배치되는 송신 안테나 절연 튜브; 절연체로 형성되고 상기 송신 안테나 코어와 동축 상에서 상기 안테나 몸체부의 일면에 링 형상으로 매설된 수신 안테나 절연 링; 도전체로 형성되고 상기 플라즈마를 통과하여 수신된 가변 초고주파 신호를 수신하고 상기 수신 안테나 절연링에 매설된 수신 안테나 도전 링;을 포함한다. 상기 송신 안테나 코어의 일단 및 상기 수신 안테나 도전 링의 일면은 외부로 노출된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 초고주파 플라즈마 진단 장치는 상기 송신 안테나 코어에 상기 가변 초고주파를 제공하고 상기 수신 안테나 링을 통하여 수신된 상기 가변 초고주파 신호를 분석하는 스펙트럼 분석부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스펙트럼 분석부는 초고주파의 투과 계수를 산출하고, 상기 투과 계수로부터 플라즈마 컷오프 주파수를 추출하고, 상기 플라즈마 컷오프 주파수를 플라즈마 밀도로 변환하는 처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도전체로 형성되고 상기 수신 안테나 링에 연결되고 상기 안테나 몸체부를 관통하여 배치되는 수신 안테나 연결부; 및 절연체로 형성되고 상기 수신 안테나 연결부를 감싸도록 배치되고 절연체로 형성된 수신 안테나 연결 절연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나 절연 링의 일면, 상기 수신 안테나 도전 링의 일면, 상기 송신 안테나 코어의 일단, 및 상기 송신 안테나 절연 튜브의 일단은 상기 안테나 몸체부의 일면에 노출되고, 동일한 평면에 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나 절연 링은 상기 송신 안테나 절연 튜브와 접촉하지 않도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나 절연 링은 상기 송신 안테나 절연 튜브와 접촉하도록 배치되고, 상기 수신 안테나 절연 링과 상기 송신 안테나 절연 튜브은 일체형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나 절연 링은 상기 송신 안테나 절연 튜브와 접촉하도록 배치되고, 상기 수신 안테나 절연 링과 상기 송신 안테나 절연 튜브는 분리형으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나 연결부, 상기 수신 안테나 연결 절연부, 및 상기 안테나 몸체부은 동축 케이블 구조를 형성하고, 상기 동심축 케이블 구조의 특성 임피던스는 50 오옴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 송신 안테나 코어, 상기 송신 안테나 절연 튜브, 및 상기 안테나 몸체부는 동축 케이블 구조를 형성하고, 상기 동축 케이블 구조의 특성 임피던스는 50 오옴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치는 동심축 구조를 가지고 컴팩트하고 공간 활용도를 높이며, 높은 신호 감도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 평면도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 이용하여 측정한 초고주파의 투과계수를 주파수에 따라 측정한 결과이다.
플라즈마 공정은 반도체 제조, 평판 표시 소자 제조, 태양전지 제조 등에 널리 이용되고 있다. 플라즈마 공정의 신뢰성의 확보하기 위하여, 플라즈마 공정 조건 또는 공정 재현성 등을 모니터링하는 기술이 필요하다. 전자 밀도는 라디칼(radicla) 밀도와 직접적인 연관이 있다. 상기 전자 밀도 또는 상기 라디칼 밀도는 증착 또는 식각 공정의 속도와 밀접한 연관이 있다. 상기 전자 밀도를 측정할 수 있는 도구로 랑뮈어 탐침(Langmuir Probe), 레이저 톰슨 산란(Laser Thomson scattering) 등이 있다. 이 방법들은 플라즈마 공정에서 사용하기에 매우 제한적이다. 예를 들어, 랑뮈어 탐침의 경우, 플라즈마 생성용 RF 전원에 의한 노이즈 문제, 박막 증착 시 탐침에 증착되는 문제, 식각 시 탐침이 식각되어 작아지는 문제 등이 있다. 레이저 톰슨 산란의 경우, 시스템이 크고 복잡하다.
이를 개량하기 위해 나온 방법이 투과 스텍트럼의 진폭을 이용한 컷오프 방법(cutoff probe method)이다. 플라즈마는 고유한 플라즈마 주파수를 가진다. 상기 플라즈마 주파수는 플라즈마 밀도와 직접적인 관계가 있다. 상기 플라즈마 주파수는 상기 플라즈마의 전자 밀도를 직접적으로 측정할 수 있게 된다. 전자기파의 주파수가 상기 플라즈마 주파수 이상이면, 상기 전자기파는 플라즈마를 통과하여 진행한다. 한편, 전자기파의 주파수가 상기 플라즈마 주파수 미만이면, 상기 전자기파는 상기 플라즈마를 통과하지 못하고 컷오프(cutoff)된다. 가변 주파수 발진기가 300 KHz 에서 6 GHz 까지의 주파수를 연속적으로 송신 안테나로 보내면, 송신 안테나에서 방출된 전자기파는 수신안테나에 수신되어 수신 전기신호로 바뀐다. 이 경우, 상기 전자 밀도에 따라 정해지는 플라즈마 주파수 미만을 갖는 전자기파는 플라즈마를 통과하지 못하여 수신안테나에 수신이 안 되거나 매우 약한 신호만 수신이 된다. 즉, 투과 스펙트럼의 세기 또는 진폭을 측정을 통해 컷오프를 찾아내었다.
그러나, 이러한 컷오프 측정 방법은 서로 공간적으로 이격된 송신 안테나와 수신 안테나를 구비하고 있어, 공간 활용능력이 떨어진다. 또한, 공간 활용성 및 신호 감도를 증가시키기 위하여, 송신 안테나와 수신 안테나가 너무 근접하여 배치되면, 송신 안테나의 신호가 수신 안테나로 직접 전달되어 컷오프 주파수를 찾기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신 안테나와 수신 안테나를 동심축 구조로 설계하여 공간 활용도를 증가시키고 신호대노이즈비를 20 dB 이상 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신 안테나를 중심으로 링형의 수신 안테나를 형성하고 공간 활용도를 증가시키고 신호 감도를 20 dB 이상 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 평면도 및 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 초고주파 플라즈마 진단 장치(100)는 안테나 몸체부(116), 송신 안테나 코어(112), 송신 안테나 절연 튜브(114), 수신 안테나 절연 링(124), 및 수신 안테나 도전 링(122)을 포함한다. 상기 안테나 몸체부(116)는 전기적으로 접지되고 도전체로 형성된다. 상기 송신 안테나 코어(112)는 도전체로 형성되고 외부로부터 가변 초고주파를 제공받아 상기 가변 초고주파를 플라즈마에 방사하고 상기 안테나 몸체부(116)를 관통하여 배치된다. 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)는 절연체로 형성되고 상기 안테나 몸체부(116)에 매설되고 상기 송신 안테나 코어(112)를 감싸도록 배치된다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)은 절연체로 형성되고 상기 송신 안테나 코어(112)와 동축 상에서 상기 안테나 몸체부(116)의 일면에 링 형상으로 매설된다. 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 도전체로 형성되고 상기 플라즈마를 통과하여 수신된 가변 초고주파 신호를 수신하고 상기 수신 안테나 절연링(124)에 매설된다. 상기 송신 안테나 코어(112)의 일단 및 상기 수신 안테나 도전 링(122)의 일면은 외부로 노출된다.
챔버는 피처리물을 수납하고 진공을 유지할 수 있다. 상기 챔버에는 플라즈마 발생 수단이 장착되고, 상기 플라즈마 발생 수단은 플라즈마를 형성할 수 있다.
상기 초고주파 플라즈마 진단 장치(100)는 상기 챔버 내부에서 상기 플라즈마와 직접 접촉하도록 설치될 수 있다. 상기 초고주파 플라즈마 진단 장치는 플라즈마를 실시간으로 모니터링하고 동작 상태를 감시할 수 있다. 상기 초고주파 플라즈마 진단 장치는 플라즈마 주파수를 측정하여 전자 밀도 또는 플라즈마 밀도를 산출한다.
상기 안테나 몸체부(116)는 알루미늄과 같은 도전체로 형성되고, 디스크 형상 또는 판 형상일 수 있다. 상기 안테나 몸체부(116)는 전기적으로 접지되고, 상기 송신 안테나 코어(112)와 결합하여 안테나 특성 및 전송선의 전기적 특성을 제공할 수 있다. 상기 안테나 몸체부(116)는 전기적으로 접지되어 상기 수신 안테나 도전 링(122)과 결합하여 안테나 특성 및 전송선의 전기적 특성을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 안테나 몸체부(116)는 실린더 형태의 디스크 형상일 수 있다.
상기 송신 안테나 코어(112)는 상기 안테나 몸체부(116)의 중심을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 송신 안테나 코어(112)는 동축 케이블을 통하여 스펙트럼 분석부에 연결될 수 있다. 상기 송신 안테나 코어(112)는 와이어 형상이고, 상기 송신 안테나 코어(112)의 직경은 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터일 수 있다.
상기 송신 안테나 절연 튜브(114)는 상기 송신 안테나 코어(112)와 상기 안테나 몸체부(116)를 전기적으로 절연할 수 있다. 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)의 직경과 두께는 통상적인 50 오옴의 특성 임피던스를 가지는 동축 케이블의 유전체 튜브의 직경과 두께과 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 송신 안테나 코어(112), 상기 송신 안테나 절연 튜브(114), 및 상기 안테나 몸체부(116)는 전송선과 같은 기능을 수행하고 상기 전송선의 특성 임피던스는 50 오옴으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 동축 케이블에서 외부 도전체가 제거되고, 유전체 튜브와 내측 코어가 상기 안테나 몸체부 내부로 삽입되어 형성될 수 있다. 통상적인 동축 케이블의 외부 도전체는 상기 안테나 몸체부로 대체되어, 동일한 특성 임피던스 특성이 용이하게 달성될 수 있다.
열적 특성을 향상하기 위하여, 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)는 알루미나와 같은 세라믹 재질의 유전체로 대체될 수 있다.
수신 안테나 절연 링(124)은 상기 송신 안테나 코어를 중심으로 동심원 형태로 상기 안테나 몸체부(116)의 일면에 형성된 링 형상의 홈에 매설될 수 있다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)의 일면은 외부로 노출될 수 있다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)은 사각 단면을 가진 토로이드 형상일 수 있다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)은 절연 특성과 내열성이 우수한 PTFE (PolyTetraFluoroEthylene) 또는 알루미나와 같은 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
수신 안테나 도전 링(122)은 구리와 같은 도전성이 우수한 금속 또는 금속합금일 수 있다. 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 완벽한 루프를 형성하는 것이 바람직하나, 완벽한 루프를 이루지 않을 수도 있다. 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 상기 수신 안테나 절연 링에 형성된 링 형태의 홈에 매설되고, 상기 수신 안테나 도전 링(122)의 일면은 외부로 노출될 수 있다. 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 사각 단면을 가진 토로이드 형상일 수 있다. 상기 수신 아테나 절연 링(124)과 수신 안테나 도전 링(122)은 동심원 구조를 가질 수 있다.
상기 수신 안테나 도전 링(122)은 상기 스펙트럼 분석부(160)와 동축 케이블을 통하여 연결된다. 이를 위하여, 수신 안테나 연결부(126)는 도전체로 형성되고 상기 수신 안테나 링(122)에 연결되고 상기 안테나 몸체부(116)를 관통하여 배치된다. 수신 안테나 연결 절연부(128)는 절연체로 형성되고 상기 수신 안테나 연결부를 감싸도록 배치되고 절연체로 형성된다. 상기 수신 안테나 연결부(126), 상기 수신 안테나 연결 절연부(128), 및 상기 안테나 몸체부(116)는 동축 케이블로 기능할 수 있다. 상기 수신 안테나 연결부(126), 상기 수신 안테나 연결 절연부(128), 및 상기 안테나 몸체부(116)의 특성 임피던스는 50 오옴일 수 있다. 예를 들어, 용이하게 50 오옴 특성을 달성하기 위하여 통상적인 50 오옴 동축 케이블의 외부 도전체가 제거되고, 내측 코어는 수신 안테나 연결부로 사용되고, 유전체 튜브는 상기 수신 안테나 연결 절연부로 사용될 수 있다.
스펙트럼 분석부(160)는 상기 송신 안테나 코어(112)에 상기 가변 초고주파를 제공하고 상기 수신 안테나 링(122)을 통하여 수신된 가변 초고주파 신호를 분석한다. 상기 스페트럼 분석부(160)는 통상적인 네트워크 분석기일 수 있다. 상기 스펙트럼 분석부(160)는 초고주파의 투과 계수(S21)를 산출할 수 있다.
스펙트럼 분석부(160)는 시간에 따라 가변하는 초고주파 신호를 상기 송신 안테나 코어(112)에 제공할 수 있다. 스캐닝하는 초고주파의 범위는 수백 MHz 내지 수 십 GHz일 수 있다. 상기 스펙트럼 분석부(160)는 네트워크 분석기(network analyzer)일 수 있다. 상기 스펙트럼 분석부(160)는 투과 계수(S21)을 측정할 수 있다.
처리부(170)는 상기 투과 계수(S21)를 분석하여 플라즈마 컷오프 주파수를 추출하고, 상기 플라즈마 컷오프 주파수를 플라즈마 밀도로 변환할 수 있다. 상기 컷오프 주파수는 플라즈마 밀도 또는 전자 밀도에 대응할 수 있다.
상기 수신 안테나 절연 링(124)의 일면, 상기 수신 안테나 도전 링(122)의 일면, 상기 송신 안테나 코어(112)의 일단, 및 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)의 일단은 상기 안테나 몸체부(116)의 일면에 노출되고, 동일한 평면에 정렬될 수 있다. 구체적으로, 상기 안테나 몸체부의 일면, 상기 수신 안테나 절연 링의 일면, 상기 수신 안테나 도전 링의 일면, 상기 송신 안테나 코어의 일단, 및 상기 송신 안테나 절연 튜브의 일단은 서로 동일한 평면에 배치될 수 있다.
상기 수신 안테나 절연 링(124)은 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)와 접촉하지 않도록 배치될 수 있다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)과 상기 송신 안테나 절연 튜브(114) 사이에 상기 안테나 몸체부의 돌출부(116a)가 배치되어, 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 상기 송신 안테나 코어(112)와 전기적으로 차폐되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구조의 초고주파 플라즈마 진단 장치는 높은 감도를 제공하고, 공간 활용도를 증가시키어 플라즈마에 영향을 적게 주며, 복수 개가 설치된 경우 공간 분해능을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 변형될 실시예에 따르면, 하나의 안테나 몸체부에 복수의 안테나 구조들이 배치되어, 2차원적 어레이를 형성하는 경우, 공간 분해능은 10 밀리미터 이하의 공간 분해능을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 도면이다. 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하며, 상기 초고주파 플라즈마 진단 장치(100a)는 안테나 몸체부(116), 송신 안테나 코어(112), 송신 안테나 절연 튜브(114), 수신 안테나 절연 링(124), 및 수신 안테나 도전 링(122)을 포함한다. 상기 안테나 몸체부(116)는 전기적으로 접지되고 도전체로 형성된다. 상기 송신 안테나 코어(112)는 도전체로 형성되고 외부로부터 가변 초고주파를 제공받아 상기 가변 초고주파를 플라즈마에 방사하고 상기 안테나 몸체부(116)를 관통하여 배치된다. 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)는 절연체로 형성되고 상기 안테나 몸체부(116)에 매설되고 상기 송신 안테나 코어(112)를 감싸도록 배치된다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)은 절연체로 형성되고 상기 송신 안테나 코어(112)와 동축 상에서 상기 안테나 몸체부(116)의 일면에 링 형상으로 매설된다. 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 도전체로 형성되고 상기 플라즈마를 통과하여 수신된 가변 초고주파 신호를 수신하고 상기 수신 안테나 절연링(124)에 매설된다. 상기 송신 안테나 코어(112)의 일단 및 상기 수신 안테나 도전 링(122)의 일면은 외부로 노출된다.
상기 수신 안테나 절연 링(124)은 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)와 접촉하도록 배치되고, 상기 수신 안테나 절연 링과 상기 송신 안테나 절연 튜브는 일체형으로 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 설명하는 도면이다. 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 상기 초고주파 플라즈마 진단 장치(100b)는 안테나 몸체부(116), 송신 안테나 코어(112), 송신 안테나 절연 튜브(114), 수신 안테나 절연 링(124), 및 수신 안테나 도전 링(122)을 포함한다. 상기 안테나 몸체부(116)는 전기적으로 접지되고 도전체로 형성된다. 상기 송신 안테나 코어(112)는 도전체로 형성되고 외부로부터 가변 초고주파를 제공받아 상기 가변 초고주파를 플라즈마에 방사하고 상기 안테나 몸체부(116)를 관통하여 배치된다. 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)는 절연체로 형성되고 상기 안테나 몸체부(116)에 매설되고 상기 송신 안테나 코어(112)를 감싸도록 배치된다. 상기 수신 안테나 절연 링(124)은 절연체로 형성되고 상기 송신 안테나 코어(112)와 동축 상에서 상기 안테나 몸체부(116)의 일면에 링 형상으로 매설된다. 상기 수신 안테나 도전 링(122)은 도전체로 형성되고 상기 플라즈마를 통과하여 수신된 가변 초고주파 신호를 수신하고 상기 수신 안테나 절연링(124)에 매설된다. 상기 송신 안테나 코어(112)의 일단 및 상기 수신 안테나 도전 링(122)의 일면은 외부로 노출된다.
상기 수신 안테나 절연 링(124)은 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)와 접촉하도록 배치되고, 상기 수신 안테나 절연 링(124)과 상기 송신 안테나 절연 튜브(114)는 분리형으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 플라즈마 진단 장치를 이용하여 측정한 초고주파의 투과계수를 주파수에 따라 측정한 결과이다.
도 5를 참조하면, 기존 방식은 본 발명자가 비교를 위하여 측정하던 방식으로 초고주파 방사 탐침과 초고주파 수신 탐침을 포함하는 구조이다. 이 구조에서 방사 탐침과 수신 탐침은 서로 공간적으로 이격되어 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 신호의 투과 계수(S21)은 기존의 방식에 비하여 약 20 dB 이상의 신호 증가를 보였다. 따라서, 신호대노이즈바가 현저히 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
112: 송신 안테나 코어
114: 송신 안테나 절연 튜브
116: 안테나 몸체부
122: 수신 안테나 도전 링
124: 수신 안테나 절연 링

Claims (10)

  1. 전기적으로 접지되고 도전체로 형성된 안테나 몸체부;
    도전체로 형성되고 외부로부터 가변 초고주파를 제공받아 상기 가변 초고주파를 플라즈마에 방사하고 상기 안테나 몸체부를 관통하여 배치되는 송신 안테나 코어;
    절연체로 형성되고 상기 안테나 몸체부에 매설되고 상기 송신 안테나 코어를 감싸도록 배치되는 송신 안테나 절연 튜브;
    절연체로 형성되고 상기 송신 안테나 코어와 동축 상에서 상기 안테나 몸체부의 일면에 링 형상으로 매설된 수신 안테나 절연 링;
    도전체로 형성되고 상기 플라즈마를 통과하여 수신된 가변 초고주파 신호를 수신하고 상기 수신 안테나 절연링에 매설된 수신 안테나 도전 링;을 포함하고,
    상기 송신 안테나 코어의 일단 및 상기 수신 안테나 도전 링의 일면은 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나 코어에 상기 가변 초고주파를 제공하고 상기 수신 안테나 링을 통하여 수신된 상기 가변 초고주파 신호를 분석하는 스펙트럼 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석부는 초고주파의 투과 계수를 산출하고,
    상기 투과 계수로부터 플라즈마 컷오프 주파수를 추출하고, 상기 플라즈마 컷오프 주파수를 플라즈마 밀도로 변환하는 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    도전체로 형성되고 상기 수신 안테나 링에 연결되고 상기 안테나 몸체부를 관통하여 배치되는 수신 안테나 연결부; 및
    절연체로 형성되고 상기 수신 안테나 연결부를 감싸도록 배치되고 절연체로 형성된 수신 안테나 연결 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 절연 링의 일면, 상기 수신 안테나 도전 링의 일면, 상기 송신 안테나 코어의 일단, 및 상기 송신 안테나 절연 튜브의 일단은 상기 안테나 몸체부의 일면에 노출되고, 동일한 평면에 정렬되는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 절연 링은 상기 송신 안테나 절연 튜브와 접촉하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 절연 링은 상기 송신 안테나 절연 튜브와 접촉하도록 배치되고, 상기 수신 안테나 절연 링과 상기 송신 안테나 절연 튜브은 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 절연 링은 상기 송신 안테나 절연 튜브와 접촉하도록 배치되고, 상기 수신 안테나 절연 링과 상기 송신 안테나 절연 튜브는 분리형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 수신 안테나 연결부, 상기 수신 안테나 연결 절연부, 및 상기 안테나 몸체부은 동축 케이블 구조를 형성하고, 상기 동심축 케이블 구조의 특성 임피던스는 50 오옴인 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 안테나 코어, 상기 송신 안테나 절연 튜브, 및 상기 안테나 몸체부는 동축 케이블 구조를 형성하고, 상기 동축 케이블 구조의 특성 임피던스는 50 오옴인 것을 특징으로 하는 초고주파 플라즈마 진단 장치.
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