JP7412814B2 - プラズマ生成装置 - Google Patents

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Description

本明細書は、プラズマ生成装置およびその制御方法に関し、より具体的には、プラズマ放電時に発生する副生成物を低減するためのプラズマ生成装置およびその制御方法に関する。
プラズマ放電は多くの産業応用分野および科学応用分野で利用されており、プラズマ放電を通して半導体ウェハー加工など様々な産業分野に用いられる様々なガスの活性種を生成したり、産業工程で生成された副生成物の処理が行われたりすることができる。
プラズマ放電を行うプラズマソースとして、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式または蓄電結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式が広く用いられている。誘導結合プラズマ方式とは、コイルにＲＦ電力を印加して誘導電界を形成し、誘導電界を介してプラズマ放電を行う方式をいう。
プラズマ放電を行う場合、放電用のアンテナに印加される電圧によって放電として生成された活性種またはイオンが誘電体チューブに衝突するなどの理由で、活性種に不純物が流入する場合が発生することがある。したがって、プラズマ放電を行うアンテナの構造や設計により、活性種に含まれる不純物を低減するためのプラズマ生成装置の開発が求められている。
本明細書による一課題は、プラズマ生成装置を提供することである。
本明細書による他の課題は、不純物が低減された活性種を提供するプラズマ生成装置を提供することである。
本明細書による課題は、上述の課題に限定されるものではなく、言及されていない課題は、本明細書および図面から本発明が属する技術分野の当業者に明確に理解されるべきである。
本明細書の一実施例によれば、第１モードおよび第２モードを含む複数の動作モードを有するプラズマ放電を行うプラズマ生成装置であって、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備え、前記動作モードが第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導し、前記動作モードが第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導し、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第１周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量に応じて決定される第１共振周波数に対応する、プラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書の他の実施例によれば、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備えるプラズマ生成装置の制御方法において、前記アンテナモジュールに第１周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第１モードで動作するステップと、前記アンテナモジュールに第２周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第２モードで動作するステップと、を含み、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第２周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量によって決定される第２共振周波数に対応する、プラズマ生成装置の制御方法を提供することができる。
本明細書のまた他の実施例によれば、動作モードが第１モードである場合に第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置から電力を供給され、前記動作モードが第２モードである場合に前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置から電力を供給されてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備え、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導し、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導し、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第１周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量に基づいて決定される第１共振周波数に対応する、プラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書による課題の解決手段は、上述した解決手段に限定されるものではなく、言及されない解決手段は、本明細書および図面から本発明が属する技術分野の当業者に明確に理解されるべきである。
本明細書によれば、様々な環境下で利用可能なプラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書によれば、活性種に含まれる不純物が低減されたプラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書による発明の効果は、上記の効果に限定されるものではなく、言及されない効果は、本明細書および図面から本発明が属する技術分野の当業者に明確に理解されるべきである。
本明細書の一実施例によるプラズマ生成システムを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成システムを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるＤＣ電極を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるＤＣ電源を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるＤＣ電極を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるＤＣ電源を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールの動作を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールの動作を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールの形態を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるＲＦ電源を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成プロセスを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールを説明するための図である。 本明細書の一実施例による単位アンテナを説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールに印加される電圧を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールに印加される電圧を説明するための図である。 本明細書の一実施例によるアンテナモジュールに印加される電圧を説明するための図である。
本明細書の一実施例によれば、第１モードおよび第２モードを含む複数の動作モードを有するプラズマ放電を行うプラズマ生成装置であって、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備え、前記動作モードが第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導し、前記動作モードが第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導し、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第１周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量に応じて決定される第１共振周波数に対応する、プラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書の一実施例によれば、前記第１電源装置は、第１インピーダンスを有する第１マッチング素子を含んでもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数を有する電力信号に基づいて前記第１プラズマ放電を実行し、前記第１周波数は、前記第１インピーダンス、前記第１インダクタンス、および前記第１静電容量に基づいて決定される前記第１共振周波数に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第２電源装置は、第２インピーダンスを有する第２マッチング素子を含み、前記動作モードが第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数を有する電力信号に基づいて前記第２プラズマ放電を実行し、前記第２周波数は、前記第２インピーダンス、前記第１インダクタンス、および前記第１静電容量に基づいて決定され、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第２共振周波数は前記第１共振周波数よりも大きく、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧である第１電圧は、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧である第２電圧よりも小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１単位コイルの両端間の電圧は、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧は、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧よりも小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第１電流の大きさは、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第２電流の大きさよりも小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は第１電力であり、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は前記第１電力より小さい第２電力であってもよい。
本明細書の一実施例によれば、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備えるプラズマ生成装置の制御方法において、前記アンテナモジュールに第１周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第１モードで動作するステップと、前記アンテナモジュールに第２周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第２モードで動作するステップと、を含み、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第２周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量によって決定される第２共振周波数に対応する、プラズマ生成装置の制御方法を提供することができる。
本明細書の一実施例によれば、前記第２電源装置は、第２インピーダンスを有する第２マッチング素子を含み、前記第２モードで動作するステップは、前記第１インダクタンス、前記第１静電容量、および前記第２インピーダンスに基づいて決定される前記第２共振周波数に対応する前記第２周波数を駆動周波数として動作することを含んでもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１電源装置は、第１インピーダンスを有する第１マッチング素子を含み、前記第１モードで動作するステップは、前記第１インダクタンス、前記第１静電容量、および前記第１インピーダンスに基づいて決定される第１共振周波数に対応する前記第１周波数を駆動周波数として動作することを含んでもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は第１電力であり、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は前記第１電力より大きい第２電力であってもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１単位コイルの両端間の電圧は、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第１電流の大きさは、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第２電流の大きさよりも小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記プラズマ生成装置の制御方法は、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールに流れる電流を取得するステップと、前記アンテナモジュールに流れる電流が基準値以下である場合、前記動作モードを前記第２モードに変更するステップと、をさらに含んでもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記プラズマ生成装置の制御方法は、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１電源装置のインバータに流れる電流を取得するステップと、前記第１電源装置のインバータに流れる電流が基準値以下である場合、前記動作モードを前記第２モードに変更するステップと、をさらに含んでもよい。
本明細書の一実施例によれば、動作モードが第１モードである場合に第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置から電力を供給され、前記動作モードが第２モードである場合に前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置から電力を供給されてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備え、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導し、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導し、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第１周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量に基づいて決定される第１共振周波数に対応する、プラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧は、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧よりも小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１単位コイルの両端間の電圧は、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、誘電体チューブに結合されて電源から電力を供給されるアンテナモジュールにおいて、第１点および第２点を有する第１単位ターンと、第３点および第４点を有する第２単位ターンとを含む第１単位アンテナであって、前記第１単位ターンは前記第２単位ターンと前記誘電体チューブとの間に配置され、前記第１単位ターンの前記第２点は前記第２単位ターンの前記第３点に接続される第１単位アンテナと、前記電源の第１端子と前記第１単位ターンの前記第１点との間に電気的に介在（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｄ）する第１キャパシタであって、前記第１単位ターンの前記第１点は前記第１キャパシタに接続される第１キャパシタと、前記電源の第２端子と前記第２単位ターンの前記第４点との間に電気的に介在する第２キャパシタと、を備え、前記アンテナモジュールに印加される電圧による前記誘電体チューブの損傷および副生成物の発生を最小化するために、第２キャパシタの静電容量は前記第１キャパシタの静電容量より小さいアンテナモジュールを提供することができる。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールは、前記第２単位ターンの前記第４点と前記第２キャパシタとの間に接続される第３キャパシタを含み、前記第３キャパシタの静電容量は前記第２キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１キャパシタの静電容量は前記第２キャパシタの静電容量の２倍より大きくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタの合成静電容量は前記第３キャパシタの静電容量に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールは、第５点および第６点を有する第３単位ターンと、第７点および第８点を有する第４単位ターンとを含む第２単位アンテナをさらに含み、前記第３単位ターンは前記誘電体チューブと前記第４単位ターンとの間に位置され、前記第３単位ターンの前記第６点は前記第４単位ターンの前記第７点に接続され、前記第３キャパシタは前記第２単位ターンの前記第４点と前記第３単位ターンの前記第５点との間に電気的に介在し、前記第２キャパシタは前記第４単位ターンの前記第８点と前記電源の前記第２端子との間に電気的に介在してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１単位ターンおよび前記第２単位ターンは、前記誘電体チューブの長さ方向に垂直な平面上に位置し、前記第１単位ターンおよび前記第２単位ターンそれぞれは円弧状を有してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１点は前記第４点よりも前記チューブに近接して位置されてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールに電力が供給されると、前記第１キャパシタのリアクタンス成分に印加される電圧は前記第１点と前記第２点との間のリアクタンス成分に印加される電圧よりも小さく、前記第３キャパシタのリアクタンス成分に印加される電圧は前記第１点と前記第４点との間のリアクタンス成分に印加される電圧に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールは、前記第３キャパシタの静電容量および前記第１単位アンテナのインダクタンスに基づいて決定される共振周波数で共振し、前記アンテナモジュールが共振状態のとき、前記第１端子に対するリアクタンス成分の電位がゼロになる一点は前記第１単位アンテナの前記第１単位ターン上に位置してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールは、前記第３キャパシタの静電容量および前記第１単位アンテナのインダクタンスに基づいて決定される共振周波数で共振し、前記アンテナモジュールが共振状態のとき、前記第１点の終端と前記電源の前記第１端子との間のリアクタンス成分に印加される電圧は前記第２点の終端と前記電源の前記第１端子との間のリアクタンス成分に印加される電圧と実質的に同じであってもよい。
本明細書の一実施例によれば、誘電体チューブに結合されて電源から電力を供給されるアンテナモジュールにおいて、第１点および第２点を有する第１単位ターンと、第３点および第４点を有する第２単位ターンとを含む第１単位アンテナであって、前記第１単位ターンは前記誘電体チューブと前記第２単位ターンとの間に位置され、前記第１単位ターンの前記第２点は前記第２単位ターンの前記第３点に接続される第１単位アンテナと、前記電源の第１端子と前記第１単位ターンの前記第１点との間に電気的に介在する第１キャパシタと、前記第２単位ターンの前記第４点に接続された第２キャパシタと、を備え、前記第１キャパシタは前記電源の第１端子と前記第１点との間に電気的に介在し、前記アンテナモジュールに電力が供給されると、前記第１端子に対するリアクタンス成分の電圧がゼロになる一点は前記第１単位ターン上に位置し、前記一点は前記第１単位アンテナで電圧が最低となる点であるアンテナモジュールを提供することができる。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールは、前記第２キャパシタの静電容量および前記第１単位アンテナのインダクタンスに基づいて決定される共振周波数で共振し、前記アンテナモジュールが共振状態のとき、前記第１単位アンテナで前記電圧が最低となる前記一点は前記第１単位ターン内に位置してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールに電力が供給されると、前記第１単位アンテナで前記電圧が最低となる前記一点は前記第１単位ターン上に位置してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールに電力が供給されると、前記第１単位アンテナでリアクタンス成分の電位の絶対値が最低となる点は、前記第１単位ターン上に位置してもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１キャパシタの静電容量は前記第２キャパシタの静電容量の２倍より大きくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールに印加される電圧による前記チューブの損傷および副生成物の発生を最小化するために、前記第２キャパシタの静電容量は前記第１キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、アンテナモジュールは、第５点から第６点まで延びる第３単位ターンと、第７点から第８点まで延びる第４単位ターンとを含む第２単位アンテナをさらに含み、前記第３単位ターンは前記第４単位ターンの内側に位置し、前記第６点は前記第７点に接続され、前記第２キャパシタは前記第４点と前記第５点との間に接続され、前記第８点と前記電源の前記第２端子との間に接続された第３キャパシタをさらに含んでもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第２キャパシタの静電容量は前記第３キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
本明細書の一実施例によれば、前記第１キャパシタの静電容量および前記第３キャパシタの静電容量の合成静電容量は前記第２キャパシタの静電容量に対応してもよい。
本明細書の一実施例によれば、誘電体チューブに結合されて電源から電力を供給されるアンテナモジュールにおいて、第１点から第２点まで延びる第１単位ターンと、第３点から第４点まで延びる第２単位ターンとを含む第１単位アンテナであって、前記第１単位ターンは前記第２単位ターンの内側に位置し、前記第２点は前記第３点に接続される第１単位アンテナと、前記第１単位ターンの前記第１点に接続され、前記電源の第１端子と前記第１点との間に接続される第１キャパシタと、前記電源の第２端子と前記第４点との間に接続される第２キャパシタと、を備え、前記第２キャパシタの静電容量は前記第１キャパシタの静電容量と異なっているアンテナモジュールを提供することができる。
本明細書の一実施例によれば、前記アンテナモジュールは、前記第２単位ターンの前記第４点と前記第２キャパシタとの間に接続される第３キャパシタをさらに備え、第５点から第６点まで延びる第３単位ターンと、第７点から第８点まで延びる第４単位ターンとを含む第２単位アンテナであって、前記第３単位ターンは前記第４単位ターンの内側に位置し、前記第６点は前記第７点に接続される第２単位アンテナをさらに含み、前記第３キャパシタは前記第４点と前記第５点との間に接続され、前記第２キャパシタは前記第８点と前記電源の前記第２端子との間に連結され、前記第１キャパシタの静電容量および前記第２キャパシタの静電容量の合成静電容量は前記第３キャパシタの静電容量に対応してもよい。
（発明の実施形態）
本明細書の上記の目的、特徴および長所は、図面に関連する以下の詳細な説明によってより明らかになるであろう。ただし、本発明は様々な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができ、以下では特定の実施例を図面に例示し、これを詳細に説明する。
図面において、層および領域の厚さは明確にするために誇張されており、また、構成要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）または層が他の構成要素または層の「上方（ｏｎ）」または「上（ｏｎ）」と指摘される場合、他の構成要素または層の真上だけでなく、中間に他の層または他の構成要素を介在した場合も含まれる。明細書全体にわたって同じ参照符号は原則として同じ構成要素を示す。また、各実施例の図面に示される同じ思想の範囲内の機能の同じ構成要素は同じ参照符号を用いて説明する。
本発明に係る公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、本明細書の説明の過程で使用される数字（例えば、第１、第２等）は、１つの構成要素を他の構成要素と区別するための識別記号に過ぎない。
また、以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は、明細書の作成の容易さのみが考慮されて付与または混用されるものであり、それ自体が互いに区別される意味または役割を有するものではない。
実施例による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実行することができるプログラム命令の形態で実施され、コンピュータ読み取り可能媒体に記録することができる。前記コンピュータ読み取り可能媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独でまたは組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、実施例のために特に設計して構成されたものや、コンピュータソフトウェアの当業者に公知されて使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピーディスクおよび磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｄｉａ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような光磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、およびロム（ＲＯＭ）、ラム（ＲＡＭ）、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を記憶および実行するように特に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを使用してコンピュータによって実行することができる高級言語コードも含まれる。上記のハードウェア装置は、実施例の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成することができ、その逆も同様である。
１． プラズマ生成システム
一実施例によれば、プラズマ生成システムを提供することができる。
図１は、一実施例によるプラズマ生成システムを説明するための図である。図１を参照すると、プラズマ生成システムは、電力を提供する電力供給部１００と、電力供給部１００から電力を供給されてプラズマを生成するプラズマ生成部２００と、プラズマ生成部２００にガスを供給するガス供給部３００と、を備えることができる。プラズマ生成システムは、生成されたプラズマを用いて工程を実行する工程部４００をさらに備えてもよい。
電力供給部１００はプラズマの生成に必要な電力を供給することができる。電力供給部１００はプラズマ生成部に電力を供給することができる。電力供給部１００はＤＣ電源および／またはＲＦ電源を含むことができる。電力供給部１００はＤＣ電源を介してプラズマ生成部２００に高電圧パルスを提供することができる。電力供給部１００は、ＲＦ電源を介してプラズマ生成部２００にＲＦ電力を提供することができる。
プラズマ生成部２００はプラズマ放電を実行できる。プラズマ生成部２００は、放電ガスを取得し、放電ガスを介してプラズマ放電を実行できる。プラズマ生成部２００は、誘導結合プラズマ放電または蓄電結合プラズマ放電を実行できる。
プラズマ生成部２００は遠隔プラズマソースであり得る。プラズマ生成部２００は、活性種を形成し、形成された活性種を工程部４００に提供することができる。
プラズマ生成部２００は、大気圧（常圧）下でプラズマ放電を行う常圧プラズマ装置を含むことができる。例えば、プラズマ生成部２００は、数百Ｔｏｒｒ～大気圧（７５０Ｔｏｒｒ）下で、プラズマ放電を行う常圧プラズマ装置を含むことができる。
プラズマ生成部２００は、低圧プラズマ放電を行う低圧プラズマ装置を含むことができる。例えば、プラズマ生成部２００は、１０－５～１０－７Ｔｏｒｒ以下の初期真空度（Ｂａｓｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の環境を作った後、所望の工程ガスを用いて数ｍＴｏｒｒ～数Ｔｏｒｒの工程圧力でプラズマを発生させる低圧プラズマ装置を含むことができる。
プラズマ生成部２００は、数十～数百度下で低温プラズマ放電動作を実行できる。例えば、プラズマ生成部２００は、半導体およびディスプレイ工程の洗浄、エッチング、蒸着、表面処理、物質合成などの低圧低温プラズマ放電動作を実行できる。また、例えば、プラズマ生成部２００は、ガラス基板の洗浄工程、親水性／疏水性表面改質、ナノ技術、殺菌、有害物質除去、二酸化炭素低減などのための常圧低温プラズマ放電動作を実行できる。
プラズマ生成部２００は、数千～数万度の高温下で、ガス改質、マイクロパーティクル生成、プラズマ溶接、切断、冶金などのための高温プラズマ放電動作を行うこともできる。
以下、プラズマ生成部２００、プラズマ生成装置などは、上述した低温プラズマ放電または高温プラズマ放電を行う装置などと解釈することができる。
プラズマ生成部２００は、プラズマ生成のために、シード電荷を生成することができる。特に、プラズマ生成部２００が常圧プラズマ放電を行う場合、プラズマ生成部２００は初期放電のためにシード電荷を生成することができる。プラズマ生成部２００は、ＤＣ電極を含み、ＤＣ電極にＤＣ高電圧パルスが提供されるとシード電荷を生成することができる。
プラズマ生成部２００は、プラズマ生成のために、初期放電およびメイン放電を実行できる。プラズマ生成部２００は、蓄電結合モード（Ｅモード）による初期放電または誘導結合モード（Ｈモード）によるメイン放電を実行できる。プラズマ生成部２００は、コイルを含む誘導結合アンテナを含み、誘導結合アンテナにＲＦ電力が提供されることによって初期放電またはメイン放電を実行できる。
プラズマ生成部２００の具体的な構成および動作については、以下でより詳細に説明する。
ガス供給部３００は、プラズマ生成部２００にプラズマ放電のためのガスを供給することができる。ガス供給部３００は、プラズマ生成部２００に反応性ガスまたは工程ガスを供給することができる。ガス供給部３００は、プラズマ生成部２００または工程部４００の機能または用途により選択されたガスを供給することができる。
例えば、ガス供給部３００は、ＮＦ３ガス（三フッ化窒素ガス）、Ａｒガス（アルゴンガス）、Ｘｅガス（キセノンガス）、Ｋｒガス（クリプトンガス）、Ｎ２ガス（窒素ガス）、Ｏ２ガス（酸素ガス）、Ｈ２ガス（水素ガス）、Ｈｅガス（ヘリウムガス）、Ｎｅガス（ネオンガス）ＳｉＨ４ガス（モノシランガス）、ＮＨ３ガス（アンモニアガス）、ＰＨ３ガス（ホスフィンガス）、Ｂ２Ｈ６ガス（ジボランガス）、ＤＣＳガス（ジクロロシランガス）、Ｃ５Ｆ８ガス（オクタフルオロペンテンガス）、ＣＦ４ガス（四フッ化炭素ガス）、ＨＢｒガス（臭化水素ガス）、Ｃｌ２ガス（塩素ガス）、Ｘｅガス（キセノンガス）、Ｋｒガス（クリプトンガス）、ＳＦ６ガス（六フッ化硫黄ガス）、ＣＨ４ガス（メタンガス）中のいずれか１つのガスまたはガスとエアの混合気体をプラズマ生成部２００に供給することができる。ガス供給部３００は、ＴＥＯＳ（ｔｓｔｒａ－ｅｔｈｙｌ－ｏｒｔｈｏ－ｓｉｌｉｃａｔｅ）、Ｔｅｔｒａｋｉｓ（（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ）、トリメチルアルミニウム（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ａｌｕｍｉｎｕｍ）、ヘキサメチルジシロキサン（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ）等の液相前駆体を介してプラズマ生成部にガスを供給することもできる。
工程部４００は、プラズマ放電の前または後の工程を実行できる。工程部は、プラズマ生成部２００によって生成されたプラズマを介して目的工程を実行できる。または、工程部４００は、目的工程の実行によって生成される物質をプラズマ生成部に伝達することができる。
目的工程は、プラズマイオン／ラジカルの被処理材料表面衝突を通じて表面の微細油膜除去などを行う洗浄工程、目的による反応性エッチングガスを用いてプラズマを発生させ、これを用いて物質を選択的に除去するエッチング工程、目的に合う蒸着ガスおよびプラズマ放電のための添加ガスを注入し、表面に物質を蒸着する蒸着工程、プラズマを用いて表面の特性を変化させる改質工程、プラズマ放電を通じて対象物質を分解する物質分解工程などであり得る。
工程部４００は、半導体基板処理に関連する目的動作を実行できる。例えば、工程部４００は、プラズマ生成部から活性種（例えば、水素活性種）を供給され、工程室の内部の洗浄工程を実行できる。
工程部４００は、工程室、工程室内に配置され、処理対象の半導体基板（例えば、シリコン半導体基板）が位置される基板ホルダ、基板ホルダの上部に位置され、工程室内に基板処理物質を供給するシャワーヘッドおよび／または工程室内の空気を排気する真空ポンプを含むことができる。
プラズマ生成システムは、工程部４００がプラズマ生成部を介して生成されるプラズマを介して目的工程を実行するか、または工程部４００の目的工程によって生成された副生成物がプラズマ生成部２００によって処理されるように構成することができる。図２はいくつかの実施例によるプラズマ生成システムを説明するための図である。
図２の（ａ）を参照すると、一実施例によるプラズマ発生システムは、工程部４０１と、工程部４０１により生成される物質を処理するプラズマ生成部２０１と、を含むことができる。例えば、図２の（ａ）を参照すると、プラズマ発生システムはガススクラバー（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）装置を含むことができる。工程部４０１は半導体製造工程を行う装置であり、プラズマ生成部２０１は、工程部４０１の半導体製造工程で生成される難分解性ガス、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、過フッ化炭素（ＰＦＣ）ガスの処理を実行することができる。
図２の（ｂ）を参照すると、一実施例によるプラズマ発生システムは、活性種を生成し、工程部４０２に活性種を供給するプラズマ生成部２０２と、活性種を用いた工程を行う工程部４０２と、を含むことができる。例えば、プラズマ生成部２０２は、ＮＦ３、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｃ３Ｆ８、ＣＦ４、Ｃｌ２、ＳｉＨ４などのガスをプラズマ放電して活性種を生成することができる。工程部４０２は、プラズマ生成部２０２により生成された活性種を介して、ドライエッチング、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、アッシング（Ａｓｈｉｎｇ）、洗浄（Ｃｌｅａｎｉｎｇ）などの動作を実行することができる。
２．プラズマ生成装置
２．１ プラズマ生成装置の概要
以下では、複数の共振周波数で共振してプラズマ放電を行うプラズマ生成装置について説明する。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、それぞれ異なるインピーダンスを有する複数のモジュールを含むことができる。プラズマ生成装置は、各モジュールに対応する共振周波数で電力が供給されると、各モジュールに対応する共振周波数で共振することができる。例えば、プラズマ生成装置は、第１インピーダンスを有する第１モジュールと、第２インピーダンスを有する第２モジュールと、を含み、第１モジュールに対応する第１周波数および第２モジュールに対応する第２周波数で共振することができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、印加される電力の周波数に応じて異なる機能を実行することができる。例えば、プラズマ生成装置は、第１周波数で電力が供給される場合、プラズマの初期生成を促進する初期放電を実行できる。または、プラズマ生成装置は、第１周波数と異なる第２周波数で電力が供給される場合、プラズマを持続生成および維持するメイン放電を実行できる。
プラズマ生成装置は、印加される電力の周波数により電力が伝達される構成が異なるように構成されてもよい。プラズマ生成装置は、第１周波数で電力が供給される場合、第２モジュールよりも第１モジュールに電力を多く供給することができる。プラズマ生成装置は、第２周波数で電力が供給される場合、第１モジュールよりも第２モジュールに電力を多く供給することができる。
以下では、上述した電力供給部およびプラズマ発生部を含むプラズマ生成装置についていくつかの実施例を説明する。
２．２ プラズマ生成装置の構成
２．２．１ 概要
図３は、一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。図３を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、可変周波数のＲＦ電源１０１と、ＲＦ電源１０１から電力を供給されてプラズマを生成するプラズマ生成部と、を含むことができる。図３を参照すると、プラズマ生成部は、誘電体チューブ２１０、誘電体チューブ２１０内に位置するガスチューブ２１１、２１３、および誘電体チューブ２１０の周辺に配置され、ＲＦ電源１０１から電力を供給されて誘導電界を形成し、誘電体チューブ２１０内にプラズマを生成するアンテナ２２０を含むことができる。プラズマ生成装置は補助ガス供給ノズル２５０をさらに含むことができる。
ＲＦ電源１０１は、可変周波数範囲内で駆動周波数を変更することができる。ＲＦ電源１０１は、数百ｋＨｚ～数十ＭＨｚの可変周波数範囲および／または数十ｋＷ以上の電力を有することができる。例えば、ＲＦ電源１０１は、１００ｋＨｚ～５ＭＨｚ範囲内の周波数で電力を提供する交流電力源であり得る。
一実施例によれば、ＲＦ電源１０１の周波数は、アンテナのモジュールの形態に応じて別に適用され得る。例えば、ＲＦ電源の周波数は、アンテナモジュールに含まれえるコンデンサの間隔に応じて変わり得る。例えば、アンテナモジュールに含まれるコンデンサの間隔に応じて、数ＭＨｚまたは十数ＭＨｚを最大周波数として有するＲＦ電源を利用することができる。
ＲＦ電源１０１は、駆動周波数を変更してインピーダンス マッチングを行うことができる。ＲＦ電源１０１は、駆動周波数を変更してプラズマ生成部を共振状態で動作させることができる。
ＲＦ電源１０１は、商用交流電源を直流電源に変換する整流器、スイッチング信号を提供して駆動周波数および電力を制御する制御器、および制御器のスイッチング信号に基づいて直流電源をＲＦ電力に変換するインバータを含むことができる。
誘電体チューブ２１０は円筒形のチューブ形態で用意されてもよい。誘電体チューブ２１０の外径は数センチメートル～数十センチメートルことであり得る。誘電体チューブ２１０の内径は、外径より数ミリ～数センチメートル小さくてもよい。
誘電体チューブ２１０は誘電体チューブであり得る。誘電体チューブ２１０は、セラミック（例えば、アルミナまたはＡｌＮ）、サファイア、クォーツなどの非導電性物質で用意されてもよい。
誘電体チューブ２１０は、プラズマが位置する放電領域を提供することができる。誘電体チューブ２１０内部の圧力は外部と異なるように調整することができる。誘電体チューブ２１０内部の圧力は、必要に応じて、真空に準拠する超低圧、数ミリトルの低圧～大気圧以上の常圧に調整することができる
ガスチューブ２１１、２１３は、誘電体チューブ２１０と誘電体チューブ２１０の内部にガスを提供するための経路を提供することができる。ガスチューブ２１１、２１３は、プラズマの誘電体チューブ２１０の内壁接触を抑制し、プラズマ安定性を確保することができる。
ガスチューブ２１１、２１３は１つ以上であり得る。ガスチューブは第１ガスチューブ２１１および第２ガスチューブ２１３を含むことができる。第１ガスチューブ２１１および第２ガスチューブ２１３は同心構造を有することができる。第１ガスチューブ２１１は、第１ガス（例えば、メタンガスなどの反応のためのガス）の投入経路を提供することができる。第２ガスチューブ２１３は、第１ガスと異なる構成を有する第２ガス（例えば、二酸化炭素を主成分とするガス）の投入経路を提供することができる。
第１ガスチューブ２１１および第２ガスチューブ２１３はスワール流を提供することができる。例えば、第１ガスチューブ２１１は内側スワール流を提供し、第２ガスチューブ２１３は外側スワール流を提供することができる。
アンテナモジュール２２０は、ＲＦ電源１０１から電力を供給され、誘電体チューブ２１０の内部にプラズマ放電を誘導することができる。アンテナモジュール２２０は、ＲＦ電源１０１から交流電力を供給され、誘電体チューブ２１０の内部に誘導結合プラズマを発生させることができる。アンテナモジュール２２０については、以下の電極降伏においてより詳細な実施例を用いて説明する。
補助ガス供給ノズル２５０は誘電体チューブ２１０内に補助ガスを供給することができる。補助ガス供給ノズル２５０は、誘電体チューブ２１０のガスが投入される一端と対向する他端に近接して位置することができる。補助ガス供給ノズル２５０は誘電体チューブ２１０の周辺に配置され、アンテナモジュール２２０とガス排出口（誘電体チューブ２１０のアウトレット）との間に配置されてもよい。
プラズマ生成装置は、誘電体チューブ２１０およびアンテナモジュール２２０を包み込み、外部の影響を遮断するが安全性を確保するための安全ケース１９０をさらに含むことができる。
２．２．２ ＤＣ電源および電極
一実施例によるプラズマ生成装置は、ＤＣ高電圧を印加するＤＣ電源と、ＤＣ高電圧が印加されると誘電体チューブ内に蓄電結合プラズマ放電を起こすＤＣ電極（イグニッション電極）とを含むことができる。特に、常圧プラズマ放電のために利用されるプラズマ生成装置の場合、誘導結合プラズマ放電が低圧プラズマ放電に比べて困難であるが、イグニッション電極を用いてシード電荷を提供することによって、初期放電を補助して放電安定性をより高めることができる。
プラズマ生成装置は、誘電体チューブの内部に放電を引き起こす１つ以上の放電電極を含むことができる。プラズマ生成装置は、放電電極にＤＣ電圧を印加して、誘電体チューブの内部に蓄電結合放電、例えば、局部的なストリーマ放電を引き起こすことができる。プラズマ生成装置は、放電電極にＤＣ電圧を印加して、誘電体チューブ内にシード電荷を提供することができる。
図４は一実施例による放電電極を説明するための図である。
図４の（ａ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、プラズマ放電を引き起こすアンテナモジュール２２０の周辺に位置され、ＤＣ電源に接続された１つ以上の電極を含むことができる。プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０の上方に位置する第１電極２３１と、アンテナモジュール２２０の下方に位置する第２電極２３３と、を含むことができる。
図４の（ｂ）を参照すると、プラズマ生成装置は、誘電体チューブの外面に位置し、アンテナモジュール２２０の誘導コイル２２１の上方に位置する第１電極２３１と、誘電体チューブの外面を囲むように配置され、誘導コイル２２１の下方に位置する第２電極２３３と、を含むことができる。図４の（ｂ）を参照すると、第１電極２３１は四角板の形態であってもよい。第２電極２３３は「Ｃ」字型であってもよい。または、第２電極２３３は複数のスリットを含むことができる。誘導コイルによって形成される誘導電界Ｅ１およびＥ２の影響で第２電極２３３に渦流が流れるのを防止するために、第２電極２３３は誘電体チューブの外壁を完全に囲まない開放型ループ構造を有することができる。
ＤＣ電源は、第１電極２３１に正の高電圧を印加し、第２電極２３３に負の高電圧を印加することができる。ＤＣ電源によって第１電極２３１と第２電極２３３との間に高電圧パルスが印加されると、第１電極２３１と第２電極２３３との間に蓄電結合プラズマ放電、例えば垂直ストリーマ放電が起こることができる。
図５は一実施例による電源を説明するための図である。
図５の（ａ）を参照すると、ＤＣ電源は、商用交流電源をＤＣ電圧に変換するＡＣ－ＤＣ変換器１１１、ＤＣ電圧を介して正のＤＣ高電圧パルスを生成する高電圧パルス発生器１１３、および高電圧パルス発生器を制御する制御器１１２を含む。
図５の（ｂ）は図５の（ａ）で説明する高電圧パルス発生器の一実施例を説明するための図である。
図５の（ｂ）を参照すると、一実施例による高電圧パルス発生器１１３は、ＡＣ－ＤＣ変換器からＤＣ電圧を取得する１次コイルと正のＤＣ高電圧パルスを発生させる２次コイルを含む第１トランスフォーマー１１３ａと、第１トランスフォーマー１１３ａの１次コイルに接続された第１電力トランジスター１１３ｂと、ＡＤ－ＤＣ変換器からＤＣ電圧を取得する１次コイルと負のＤＣ高電圧パルスを発生させる２次コイルを含む第２トランスフォーマー１１３ｃと、第２トランスフォーマーの１次コイルに接続された第２電力トランジスター１１３ｄと、を含むことができる。制御部１１２は、第１電力トランジスター１１３ｂと第２電力トランジスター１１３ｄのゲートを制御することができる。第１トランスフォーマー１１３ａの２次コイルの一端は接地され、第１トランスフォーマー１１３ａの２次コイルの他端は正のＤＣ高電圧パルスＶｏ１を出力することができる。第２トランスフォーマー１１３ｃの２次コイルの一端は接地され、第２トランスフォーマー１１３ｃの２次コイルの他端は負のＤＣ高電圧パルスＶｏ２を出力することができる。
ＤＣ電圧Ｖｉｎは１２～２４Ｖの直流電源であり得る。制御部１１２は第１電力トランジスター１１３ｂと第２電力トランジスター１１３ｄのオンタイムと繰り返し周波数を同期して制御することができる。ＤＣ高電圧パルスの電圧は、数十ｋＶ、例えば、１０～５０ｋＶであり得る。ＤＣ高電圧パルスの繰り返し周波数は、数ｋＨｚ～数十ｋＨｚ、例えば、１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚであり得る。
図６は他の一実施例による放電電極を説明するための図である。
図６の（ａ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、プラズマ放電を引き起こすアンテナモジュール２２０の周辺に位置され、ＤＣ電源１１０に接続された１つの電極２３１を含むことができる。
プラズマ生成装置は、ＤＣ電源１１０を介して電極２３１に高電圧を印加し、電極２３１と周辺物体（例えば、誘電体チューブ内／外に位置する金属物体）との間に蓄電結合放電を引き起こすことができる。プラズマ生成装置は、ＤＣ電源１１０を介して電極２３１に高電圧を印加し、電極２３１と誘電体チューブ内に位置して接地されたガスチューブ２１１と電極２３１との間に蓄電結合放電を引き起こすことができる。プラズマ生成装置は、ガスチューブ２１１と電極２３１との間に放電を引き起こしてシード電荷を提供することができる。
図６の（ｂ）を参照すると、プラズマ生成装置は、誘電体チューブの外面に位置し、アンテナモジュール２２０の誘導コイル２２１の上方に位置する電極２３１を含むことができる。電極２３１は四角板の形態であってもよい。プラズマ生成装置は、ＤＣ電源を介して誘電体チューブの外面に位置する四角板の形態の電極２３１に正の高電圧を印加して、誘電体チューブ内に位置して接地されたガスチューブ２１１と電極２３１との間に放電を誘導することができる。ＤＣ電源によって電極２３１に高電圧パルスが印加されると、電極２３１とガスチューブ２１１との間に蓄電結合プラズマ放電、例えばストリーマ放電が起きることができる。
図７の（ａ）は一実施例による電源を説明するための図である。図７の（ｂ）は図７の（ａ）で説明する高電圧パルス発生器の一実施例を説明するための図である。図７の（ａ）および（ｂ）の電源および高電圧パルス発生器において、特に説明がない限り、図５で説明した内容を同様に適用することができる。
図７の（ｂ）を参照すると、一実施例による高電圧パルス発生器１１３は、ＡＣ－ＤＣ変換器からＤＣ電圧を取得する１次コイルと正のＤＣ高電圧パルスを発生させる２次コイルを含むトランスフォーマー１１３ｅと、トランスフォーマー１１３ｅの１次コイルに接続されたトランジスター１１３ｆと、を含むことができる。制御部１１２はトランスフォーマー１１３ｅのゲートを制御することができる。トランスフォーマー１１３ｆの２次コイルの一端は接地され、トランスフォーマー１１３ｆの２次コイルの他端は正のＤＣ高電圧パルスＶｏｕｔを出力することができる。
２．２．３ 誘導電極
プラズマ生成装置は、誘電体チューブの内部に放電を引き起こす１つ以上の誘導電極を含むことができる。プラズマ生成装置は、ＲＦ電源から電力が供給されると誘導結合プラズマ放電を引き起こす１つ以上のアンテナモジュールを含むことができる。アンテナモジュールは、その形態および入力電力信号の周波数に応じて異なる動作をすることができる。以下では、アンテナモジュールについていくつかの実施例で説明する。
２．２．３．１ 第１タイプのアンテナモジュール
図８は一実施例によるアンテナモジュールの形態を説明するための動作である。図８を参照すると、一実施例によるアンテナモジュール２２３は、第１コンデンサ２２３ａ、誘導コイル２２３ｂおよび第２コンデンサ２２３ｃを含むことができる。
第１コンデンサ２２３ａは、誘導コイル２２３ｂの一端とＲＦ電源との間に接続され、第２コンデンサ２２３ｃは、誘導コイル２２３ｂの他端とＲＦ電源との間に接続することができる。第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃは同一の静電容量を有することができる。
誘導コイル２２３ｂは、第１コンデンサ２２３ａと第２コンデンサ２２３ｃとの間に位置することができる。誘導コイル２２３ｂは多層構造のソレノイドコイルであり得る。誘導コイル２２３ｂは誘電体チューブの外面に複数回多層で巻かれたソレノイドコイルであり得る誘導コイル２２３ｂを構成する単位ターンは、交流電源に応答して誘電体チューブ内に補強干渉する磁界を形成するように巻き付けてもよい。誘導コイル２２３ｂは、誘電体チューブの外面に一方向に複数回巻回されたソレノイドコイルであってもよい。
誘導コイル２２３ｂは、誘電体チューブの単位長さ当たりの巻線数が最大になるように、密に巻回されたソレノイドコイルであり得る。図５では簡単に示されているが、誘導コイル２２３ｂは、図８に示すものよりも多くの巻線数を有するソレノイドコイルであり得る。例えば、誘導コイル２２３ｂは、互いに接続された内側ソレノイドコイル、中間ソレノイドコイル、外側ソレノイドコイルを含む３層構造であってもよい。
誘導コイル２２３ｂは、内部に冷媒が流れることができるパイプ形態を有することができる。誘導コイル２２３ｂは銅パイプで用意されることができる。誘導コイル２２３ｂの断面は円形または四角形として用意されてもよい。
第１コンデンサ２２３ａ、誘導コイル２２３ｂおよび第２コンデンサ２２３ｃは直列接続され、第１周波数で共振することができる。第１周波数は、第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃそれぞれの静電容量Ｃ１および誘導コイル２２３ｂのインダクタンスＬ１によって決定することができる。
図９は、図８に例示するアンテナモジュールの共振周波数における動作を説明するための図である。
図９を参照すると、アンテナモジュールは、第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃそれぞれの静電容量Ｃ１および誘導コイル２２３ｂのインダクタンスＬ１によって決定される第１周波数で共振することができる。第１周波数で電力が供給されるとき、第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃは、誘導コイル２２３ｂの両端に誘導される電圧Ｖａの大きさが最小化されるように、誘導コイル２２３ｂと逆の電圧降下を誘導することができる。
共振状態では、第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃは誘導コイル２２３ｂのリアクタンスを相殺することができる。プラズマ生成装置は、第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃによって誘導コイル２２３ｂのリアクタンスが相殺されるようにする第１周波数でアンテナモジュールに電力を供給することにより、インピーダンス整合を行うことができる。第１コンデンサ２２３ａおよび第２コンデンサ２２３ｃは、誘導コイル２２３ｂの両端に印加される電圧を減少させるために誘導コイル２２３ｂに対して対称的に配置することができる。
２．２．３．２ 第２タイプのアンテナモジュール
図１０はいくつかの実施例によるアンテナモジュールの形態を説明するための動作である。図１０の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、誘電体チューブの単位長さ当たりの誘導コイルのターン数がそれぞれ異なるように用意されたアンテナモジュールを説明するための図である。図１０の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すアンテナモジュールはそれぞれ異なる放電特性を示すことができる。
プラズマ生成装置は、アンテナモジュールを構成する誘導コイルの誘電体チューブの単位長さ当たりのターン数が小さいほど、エネルギー損失が少なく、放電窓が狭い特性を示すことができる。プラズマ生成装置は、アンテナモジュールを構成する誘導コイルの誘電体チューブの単位長さ当たりのターン数が大きいほど、放電窓が広く、放電維持により有利であるが、エネルギー損失が高い特性を示すことができる。
図１０の（ａ）を参照すると、アンテナモジュール２３５は、１層当たり１ターンずつ巻かれた単位コイル２３５ｂと、各層の単位コイルを接続する層間コンデンサ２３５ａと、を含むことができる。図１０の（ａ）に示す１２＊１ターンのアンテナモジュール２３５は、すべてのアンテナ単位ターンが誘電体チューブの外面に密接するように構成することができる。図１０の（ａ）に示すアンテナモジュール２３５は、少ない単位長さ当たりのターン数（Ｎ／Ｌ）を有し、これにより、比較的低い放電効率、より少ないエネルギー損失および比較的高いプロセス性能を有することができる。
図１０の（ｂ）を参照すると、アンテナモジュール２３７は１層当たり２ターンずつ巻かれた単位コイル２３７ｂと、各層の単位コイルを接続する層間コンデンサ２３７ａと、を含むことができる。図１０の（ｂ）に示す６＊２ターンのアンテナモジュール２３７は、図１０の（ａ）のアンテナモジュール２３５に比べて大きい単位長さ当たりのターン数（Ｎ／Ｌ）を有する。図１０の（ｂ）に示すアンテナモジュール２３７は、図１０の（ａ）のアンテナモジュール２３５に比べて高い放電効率を示すことができる。放電効率は、単位長さ当たりのターン数（Ｎ／Ｌ）に比例することができる。例えば、図１０の（ｂ）に示すアンテナモジュール２３７は、図１０の（ａ）のアンテナモジュール２３５に２倍の放電効率を有することができる。
図１０の（ｃ）を参照すると、アンテナモジュール２３９は１層当たり３ターンずつ巻かれた単位コイル２３９ｂと、各層の単位コイルを接続する層間コンデンサ２３９ａと、を含むことができる。アンテナモジュール２３９は、図１０の（ａ）および（ｂ）のアンテナモジュール２３５、２３７に比べて大きい単位長さ当たりのターン数（Ｎ／Ｌ）を有し、図１０の（ａ）および（ｂ）のアンテナモジュール２３５、２３７より高い放電効率を有することができる。アンテナモジュール２３９は、図１０の（ａ）および（ｂ）のアンテナモジュール２３５、２３７よりも、放電が困難なガス条件で放電維持が容易な特性を有することができる。
図１０の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すアンテナモジュールは、異なるインダクタンスを有することができる。（ａ）のアンテナモジュール２３５は第１インダクタンスを有し、（ｂ）のアンテナモジュール２３７は第２インダクタンスを有し、（ｃ）のアンテナモジュール２３９は第３インダクタンスを有することができる。第２インダクタンスは第１インダクタンスより大きく、第３インダクタンスは第２インダクタンスより大きくてもよい。
図１１は、図１０に例示するアンテナモジュールの共振周波数における動作を説明するための図である。以下では、図１１を参照して、図１０の（ｃ）に例示するアンテナモジュールの共振周波数における電圧分配について説明する。
図１１を参照すると、一実施例によるアンテナモジュールは、複数の単位コイル２３９ｂ、複数の単位コイル間に配置された層間コンデンサ２３９ａ、及び図示していないが、上端及び下端にそれぞれ位置する単位コイルにそれぞれ接続された末端コンデンサ２３９ｃを含むことができる。
アンテナモジュールは、層間コンデンサ２３９ａの静電容量、単位コイル２３９ｂのインダクタンス及び末端コンデンサ２３９ｃの静電容量によって決定される第２周波数で共振することができる。
単位コイル２３９ｂに印加される電圧を最小限に抑えるために、末端コンデンサ２３９ｃの静電容量は層間コンデンサ２３９ａの静電容量の２倍と決定することができる。このとき、アンテナモジュールは、層間コンデンサ２３９ａの静電容量Ｃ２、単位コイル２３９ｂのインダクタンスＬ２、および末端コンデンサ２３９ｃの静電容量２＊Ｃ２によって決定される第２周波数で共振することができる。図１１を参照すると、層間コンデンサ２３９ａはそれぞれ２＊Ｃ２の静電容量を有する一対の仮想のコンデンサが直列に接続されたことで表示することができる。
共振状態では、複数の層間コンデンサ２３９ａ及び末端コンデンサ２３９ｃは単位コイル２３９ｂの末端に印加される電圧を減少させることができる。アンテナモジュールに第２周波数で電力が提供されるとき、層間コンデンサ２３９ａ及び末端コンデンサ２３９ｃは誘導コイル２３９ｂの両端に誘導される電圧Ｖｂの大きさが最小になるように、誘導コイル２３９ｂと逆の電圧降下を誘導することができる。
層間コンデンサ２３９ａ及び末端コンデンサ２３９ｃは誘導コイル２３９ｂのリアクタンスを相殺することができる。プラズマ生成装置は、層間コンデンサ２３９ａ及び末端コンデンサ２３９ｃによって誘導コイル２３９ｂのリアクタンスが相殺されるように第２周波数でアンテナモジュールに電力を供給することにより、インピーダンス整合を行うことができる。末端コンデンサ２３９ｃは、誘導コイル２３９ｂの両端に印加される電圧を減少させるために誘導コイル２３９ｂに対して対称的に配置することができる。層間コンデンサ２３９ａは、単位誘導コイル２３９ｂ間の層間電圧差を最小にして蓄電結合を防止するために誘導コイル２３９ｂの各層間に配置することができる。
層間コンデンサ２３９ａおよび／または末端コンデンサ２３９ｃによって誘導コイル２３９ｂのリアクタンスが相殺されるにつれて、各単位コイル２３９ｂにおける電圧が対応関係を有することができる。例えば、共振状態において、一単位コイル２３９ｂの一端と他端との間の電圧は、他の単位コイル２３９ｂの一端と他端との間の電圧に対応することができる。一単位コイル２３９ｂの一端における電位は他の単位コイル２３９ｂの一端における電位に対応することができる。
具体的な例として、アンテナモジュールは、一端および他端を有する第１単位コイル（または、単位ターン）と、第１単位コイルの他端と直列に接続される第１層間コンデンサと、一端および他端を有し、その一端が第１層間コンデンサと直列に接続される第２単位コイルと、を含むことができる。アンテナモジュールが共振状態にあるとき、第１単位コイルの一端における電位は、第２単位コイルの一端における電位に対応することができる。アンテナモジュールが共振状態にあるとき、第１単位コイルの一端と他端との間における電圧は、第２単位コイルの一端と他端との間における電位に対応することができる。アンテナモジュールが共振状態にあるとき、第１単位コイルの一端と他端との間における電圧は、第１単位コイルの一端と第２単位コイルの他端との間における電圧に対応することができる。
図１２は、図１０の（ｃ）に例示するアンテナモジュールの構造を説明するための図である。一実施例によるアンテナモジュールは、複数の単位コイル２３９ｂと複数の単位コイルとの間に配置される層間コンデンサ２３９ｃを含むことができる。図１２は、一実施例によるアンテナモジュールの単位コイル２３９ｂを示している。
単位コイル２３９ｂは複数のターンＴＵ１、ＴＵ２、ＴＵ３を含むことができる。単位コイル２３９ｂは、第１末端ＴＥ１、第１末端ＴＥ１に接続された第１ターンＴＵ１、第１ターンＴＵ１に接続された第１突出部ＰＲ１、第１突出部ＰＲ１に接続された第２ターンＴＵ２、第２ターンＴＵ２に接続された第２突出部ＰＲ２、第２突出部ＰＲ２に接続された第３ターンＴＵ３、及び第３ターンＴＵ３に接続された第２末端ＴＥ２を含むことができる。
単位コイル２３９ｂは、一方向（図１２を参照すると、ｘ軸方向）に開放された開放部を有することができる。単位コイル２３９ｂの第１末端ＴＥ１及び第２末端ＴＥ２は一方向に開放された開放部を形成することができる。
各ターンＴＵ１、ＴＵ２、ＴＵ３は同一平面に配置することができる。各ターンＴＵ１、ＴＵ２、ＴＵ３は所定の中心角を有することができる。各ターンの中心角は２７０度以上であり得る。各ターンＴＵ１、ＴＵ２、ＴＵ３は、同じ中心軸を有するように配置され、互いに異なる半径を有することができる。
各突出部ＰＲ１、ＰＲ２は、互いに半径の異なるターンを接続し、「Ｕ」字型の形態で用意されることができる。第１突出部ＰＲ１は、第１ターンＴＵ１の一端と第２ターンＴＵ２の一端とを接続することができる。
第１末端ＴＥ１または第２末端ＴＥ２は、層間コンデンサ２３９ｃまたは末端コンデンサ２３９ａに接続することができる。例えば、第１末端ＴＥ１は末端コンデンサ２３９ａに接続され、第２末端ＴＥ２は層間コンデンサ２３９ｃに接続することができる。
一方、アンテナモジュールは複数の単位コイル２３９ｂを含むことができる。複数の単位コイルは、誘電体チューブの中心軸に対して回転配置されてもよい。例えば、第１単位コイルは、誘電体チューブの中心軸に対して突出部ＰＲが第１方向を向くように配置され、第２単位コイルは、誘電体チューブの中心軸に対して突出部ＰＲが第２方向を向くように配置され、第１方向と第２方向は誘電体チューブの中心軸に対して所定の角度を成すことができる。例えば、所定の角度は９０度ことであり得る。
図１３は一実施例によるＲＦ電源を説明するためのブロック図である。図１３を参照すると、一実施例によるＲＦ電源装置１０００は、交流電源１１００、電源供給装置１２００及び負荷１４００を含むことができる。
交流電源１１００は、家庭または産業現場で使用される６０Ｈｚの従来の電源であり得る。負荷１４００は、家庭または産業現場で使用される電気または電子装置であり得る。負荷１４００は、本明細書で説明するプラズマ生成装置であり得る。
電源供給装置１２００は、第１交流電源を第２交流電源に変換して負荷１４００に供給することができる。例えば、第２交流電源は、数百ｋＨｚ～数十ＭＨｚの駆動周波数を有し、数ｋＷ以上の電力を提供することができる。電源供給装置１２００は、整流器１２１０、キャパシタ１２２０、インバータ１２３０、インピーダンス整合回路１３００、及び制御器１２５０を含むことができる。
整流器１２１０は、交流電源１１００の出力を直流電源に変換することができる。整流器１２１０は、直流電源を接地ノードＧＮＤと電源ノードＶＰとの間に供給することができる。キャパシタ１２２０は、電源ノードＶＰと接地ノードＧＮＤとの間に接続されてもよい。キャパシタ１２２０は、電源ノードＶＰに伝達される交流成分を接地ノードＧＮＤに放電することができる。
インバータ１２３０は、電源ノードＶＰ及び接地ノードＧＮＤから直流電源を受信することができる。インバータ１２３０は、制御器１２５０からスイッチング信号ＳＷを受信することができる。インバータ１２３０は、スイッチング信号ＳＷに応答して直流電源を第２交流電源に変換することができる。第２交流電源は、インピーダンス整合回路１３００を介して負荷１４００に供給することができる。インピーダンス整合回路１３００は、負荷１４００のインピーダンスに対するインピーダンス整合を提供することができる。
制御器１２５０はインバータ１２３０にスイッチング信号ＳＷを伝達することができる。制御器１２５０は、インバータ１２３０が直流電源を第２交流電源に変換するようにスイッチング信号ＳＷを制御することができる。制御器１２５０は、インバータ１２３０から負荷１４００に供給される電力量を調整するようにスイッチング信号ＳＷを制御することができる。
３．プラズマ生成装置の動作および制御方法
本明細書で提示する発明の一実施例によれば、複数の放電モードを有し、各モードで異なる特性のプラズマ放電を行うプラズマ生成装置を提供することができる。
例えば、プラズマ生成装置は、よりエネルギー損失の少ない第１放電モードと、より放電が困難なガスを放電するための第２放電モードとを有することができる。また、例えば、プラズマ生成装置は、プラズマの初期放電に有利な第１放電モードと、高いエネルギー効率でメイン放電に有利な第２放電モードとを有することができる。
プラズマ生成装置は、必要に応じて異なる特性を示す１つ以上のアンテナを切り替えてプラズマ放電モードを変更することができる。アンテナの切り替えは、回路の物理的切り替えよりも広い意味で解釈することができる。例えば、プラズマ生成装置は、複数のアンテナモジュールに伝達される電力の周波数を選択的に印加して、主に動作するアンテナモジュールを変更することによってアンテナを切り替えることができる。または、プラズマ生成装置は、必要に応じて異なる電源モジュールを介してまたは異なる駆動周波数で電力を提供して、アンテナモジュールの放電特性を変更することによってアンテナを切り替えることができる。
本明細書で説明する発明によれば、より多様な環境で作動可能でより広い操作ウィンドウ窓を有するプラズマ生成装置を提供することができる。本明細書で説明する発明によれば、様々な放電条件（ガスの種類、流量、圧力、ｒｆ電力）下でアンテナで測定されるインピーダンスが異なる場合でもプラズマ放電を行うプラズマ生成装置を提供することができる。本明細書で説明する発明によれば、単一アンテナモジュールまたは単一電源モジュールを含むプラズマ生成装置によれば、所定のマッチング範囲またはアンテナ以外の構成特性による制限的であった放電範囲を拡張することができる。
３．１ アンテナが１つの場合
３．１．１ アンテナが１つの場合のプラズマ生成プロセス
図１４は、プラズマ生成装置が１つのアンテナモジュール２２０およびＲＦ電源装置１２０を含む場合のプラズマ放電プロセスを説明するための図である。ＲＦ電源装置１２０は、１つ以上の電源モジュールを含むことができる。ＲＦ電源装置１２０は、異なる出力周波数帯域を有する１つ以上の電源モジュールを含むことができる。
以下では、図１４を参照して、アンテナモジュールが１つの場合のモード変更プラズマ放電プロセスについて説明する。
図１４を参照すると、プラズマ生成装置が１つのアンテナモジュール２２０および１つの周波数可変のＲＦ電源装置１２０を含む場合、周波数可変の電源装置１２０を用いてアンテナモジュール２２０に提供される電力信号の周波数を変更することによって、放電モードを変更することができる。
図１４の（ａ）を参照すると、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、電源装置１２０を介してアンテナモジュール２２０に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達して、誘電体チューブの内部にプラズマ放電を誘導することができる。
プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置は誘電体チューブの内部に第１電界を形成することができる。第１電界は、誘電体チューブの軸方向と並んだ垂直方向の電界または誘電体チューブの周方向と並んだ方位角方向の電界であり得る。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュール２２０に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達して、垂直方向の電界Ｅ１を形成することができる。プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０を介して垂直方向の電界Ｅ１を形成して、誘電体チューブの内部に蓄電結合プラズマ発生を誘導することができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、誘電体チューブの内部に蓄電結合プラズマ発生を誘導することができる。動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置の誘電体チューブ内に誘導されるプラズマ放電は、主に蓄電結合プラズマ放電または蓄電結合モード（Ｅ－ｍｏｄｅ）による放電であり得る。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュール２２０に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達して、方位角方向の電界Ｅ２を形成することができる。プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０を介して方位角方向の電界Ｅ２を形成して、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ発生を誘導することができる。プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、第１強度を有する方位角方向の電界Ｅ２を形成することができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ発生を誘導することができる。動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置の誘電体チューブ内に誘導されるプラズマ放電は、主に誘導結合プラズマ放電または誘導結合モード（Ｈ－ｍｏｄｅ）による放電であり得る。
図１４の（ｂ）を参照すると、プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、電源装置１２０を介してアンテナモジュール２２０に第２周波数ｆ２を有する電力信号を伝達して、誘電体チューブの内部にプラズマ放電を誘導することができる。第２周波数ｆ２は第１周波数ｆ１と異なってもよい。第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１と一定値以上の差異があってもよい。第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１よりも一定値（例えば、０．２ＭＨｚ）以上大きくても小さくてもよい。
プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュール２２０に第２周波数ｆ２の電力信号を伝達して、方位角方向の電界Ｅ３を誘導することができる。プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０を介して方位角方向の電界Ｅ３を形成して、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ放電を誘導することができる。プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、第２強度を有する方位角方向の電界Ｅ３を形成することができる。第２強度は、第１モードにおける方位角方向の電界Ｅ２の強度よりも大きくても小さくてもよい。
プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ放電を誘導することができる。動作モードが第２モードである場合、プラズマ生成装置の誘電体チューブ内に誘導されるプラズマ放電は、主に誘導結合プラズマ放電または誘導結合モード（Ｈ－ｍｏｄｅ）による放電であり得る。
図１５は、アンテナモジュールに流れる電流ａ、アンテナモジュールの両端電圧ｂ、単位コイルの両端電圧ｃ、および電力信号の周波数ｄと関連してプラズマ放電モードの変化を説明するための図である。図１５において、電流および電圧グラフは大きさを示している。
以下では、図１５に関して、アンテナモジュール２２０が図１０に例示したように単位層を構成する単位コイルおよび単位コイル間に配置される層間コンデンサを含む形態である場合を基準として説明する。
図１５を参照すると、プラズマ生成装置が第１モードで動作するとき、電源装置１２０は第１周波数ｆ１を有する電力信号をアンテナモジュール２２０に提供し、アンテナモジュールには第１電流Ｉ１が流れることができる。
プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールに含まれる誘導コイルの両端電圧は第１電圧Ｖ１であり得る。動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールに含まれる誘導コイルを構成する単位コイル（単位層を構成するコイル）の両端電圧は第３電圧Ｖ３であり得る。
図１５を参照すると、プラズマ生成装置が第２モードで動作するとき、電源装置１２０は第２周波数ｆ２を有する電力信号をアンテナモジュール２２０に提供し、アンテナモジュールには第２電流Ｉ２が流れることができる。
プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、誘導コイルの両端電圧は第２電圧Ｖ２であり得る。動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュールに含まれる誘導コイルを構成する単位コイルの両端電圧は第４電圧Ｖ４であり得る。
第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１より小さくてもよい。第２周波数ｆ２が第１周波数ｆ１よりも小さい場合、第２電流Ｉ２は第１電流Ｉ１より大きくてもよい。第２周波数ｆ２が第１周波数ｆ１よりも小さい場合、第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１より小さくてもよい。第２周波数ｆ２が第１周波数ｆ１よりも小さい場合、第３電圧Ｖ３は第４電圧Ｖ４より大きくてもよい。
動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュール２２０のコイル両端電圧Ｖ２は第１モードにおけるアンテナモジュールのコイル両端電圧Ｖ１より小さくてもよい。アンテナモジュールは、動作モードが第２モードである場合、第１モードと比較して高いエネルギー効率を有する放電特性を有することができる。
第２周波数はアンテナモジュール２２０の共振周波数であり得る。動作モードが第２モードに変更されると、アンテナモジュール２２０は第２周波数でインピーダンスがマッチングされて共振することができる。
一方、一実施例によれば、プラズマ放電状態は時間と共に変化することができる。プラズマ生成装置の動作モードは、プラズマ放電状態の変化に応じて変更することができる。例えば、プラズマ生成装置がプラズマの初期放電に有利な第１放電モードおよび高いエネルギー効率でメイン放電に有利な第２放電モードを有する場合、プラズマ生成装置の動作モードはプラズマ放電状態の変化に応じて変更してもよい。
例えば、第１モードによるプラズマ放電は主に蓄電結合モードによって行うことができる。その後、蓄電結合モードによってプラズマが十分に発生するにつれて、誘電体チューブ内に方位角方向の誘導電界である第２電界Ｅ２を形成することができる。第２電界Ｅ２が形成されると、誘導結合プラズマ放電または誘導結合モード（Ｈ－ｍｏｄｅ）によってプラズマを生成することができる。
プラズマ生成装置は、プラズマ放電状態の変化に応じて動作モードを変更することができる。図１４の（ａ）を参照すると、プラズマ生成装置は、電源装置１２０を介してアンテナモジュール２２０に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達し、プラズマ放電状態が遷移することに応答して動作モードを変更することができる。
プラズマ生成装置は、プラズマ放電状態の変化を感知することができる。
プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０に流れる電流および／またはアンテナモジュール２２０の両端に印加される電圧を取得するセンサー装置を含むことができる。プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０に流れる電流および／またはアンテナモジュール２２０のコイルの両端に印加される電圧を取得し、プラズマ放電状態の変化を取得し、電源装置１２０の駆動周波数および／または動作モードを変更することができる。
プラズマ生成装置は、図１３と関連して上述したＲＦ電源装置から電圧または電流信号の変化を取得するセンサー装置を含むことができる。例えば、プラズマ生成装置は、図１３の電源供給装置１２００のキャパシタ１２２０の両端に印加される電圧（ＶＰとＧＮＤとの間の電圧）および／またはインバータに流れる電流（ＶＰからインバータに流れる電流）を取得するセンサー装置を含んでもよい。プラズマ生成装置は、上述したＲＦ電源装置から取得した電圧または電流信号の変化に基づいて放電状態の変化を取得することができる。
プラズマ放電状態が変化すると、アンテナモジュール２２０に流れる電流および／またはアンテナモジュール２２０の両端に印加される電圧を変更することができる。例えば、主なプラズマ放電状態が蓄電結合プラズマ放電から誘導結合プラズマ放電に変わると、アンテナモジュール２２０に流れる電流および／またはアンテナモジュール２２０の両端に印加される電圧を低減することができる。
プラズマ生成装置は、アンテナモジュール２２０に流れる電流および／またはアンテナモジュール２２０の両端に印加される電圧の低減に応答して、動作モードを第２モードに変更することができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置によるプラズマの放電状態は、蓄電結合モード、転移モード、および誘導結合モードを有することができる。プラズマ生成装置が第１モードで動作するとき、プラズマの放電状態は蓄電結合モードから転移モードに遷移することができる。プラズマの放電状態が転移モードに遷移すると、プラズマ生成装置の動作モードは第１モードから第２モードに変更することができる。動作モードが第２モードに変更されると、プラズマの放電状態は転移モードから誘導結合モードに遷移することができる。
または、プラズマの放電状態は第１誘導結合モードおよび第２誘導結合モードを有することができる。プラズマ生成装置の動作モードが第１モードから第２モードに変更されると、プラズマの放電状態は第１誘導結合プラズマ放電から第２誘導結合プラズマ放電に変更することができる。
図１６は、一実施例によるプラズマ生成装置における動作モード変更による電圧変化を説明するための図である。図１６は、一実施例によるプラズマ生成装置におけるアンテナモジュールのコイルの位置による電圧分布について説明するための図である。以下では、図１４～図１６を参照して、動作モード変更によるアンテナモジュールの両端における電圧および単位コイルの両端における電圧変化を説明する。
図１６に例示する電圧分布は、図１０の（ｃ）に例示するアンテナモジュールのように、異なる平面にそれぞれ配置される４つの単位誘導コイルと、各誘導コイルの間に配置される層間コンデンサとを含むアンテナモジュールを基準として説明する。
図１６の（ａ）は一実施例によるプラズマ生成装置が第１モードである場合の一実施例によるアンテナモジュールの位置による電圧分布を説明するための図である。動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置は第１周波数を駆動周波数とすることができる。
図１６の（ａ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、全長Ｌｔのアンテナモジュールの両端間の電圧は第１電圧Ｖ１であり得る。動作モードが第１モードである場合、単位コイル間の層間コンデンサによる誘導コイルの リアクタンス相殺を最小化することができる。動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置は、リアクタンス相殺が最小化され、誘導コイルの両端の電圧が最大化され、蓄電結合プラズマ放電が誘導されるように、第１周波数の駆動周波数で動作することができる。好ましくは、全長Ｌｔのアンテナモジュールを構成する各単位コイルの両端電圧は、アンテナモジュールの両端間の電圧を単位コイル数で割った値であり得る。
しかし、層間コンデンサのリアクタンスの影響は完全に排除されない可能性がある。換言すれば、図１６では、便宜上、誘導コイルにおける電圧上昇（または降下）が連続的に起きることで示されているが、単位コイル間の層間コンデンサによって誘導コイルの リアクタンスが少なくとも一部相殺することができる。すなわち、第１モードにおける電圧分布は、図１６の（ｂ）と同様に現れ得る。
図１６の（ｂ）は、一実施例によるプラズマ生成装置が第１周波数と第２周波数との間の周波数で駆動される場合のアンテナモジュールの位置による電圧分布を説明するための図である。
図１６の（ｂ）を参照すると、プラズマ生成装置が第１モードと第２モードとの間の過渡状態である場合、またはプラズマ生成装置が第１周波数と第２周波数との間の駆動周波数を有する場合、全長Ｌｔのアンテナモジュールの両端間の電圧は第１電圧Ｖ１より小さくてもよい。過渡状態では、単位コイル間の層間コンデンサによって誘導コイルのリアクタンスが少なくとも一部相殺され、両端電圧は第１電圧Ｖ１より小さくてもよい
動作モードが第１モードである場合、単位コイル間の層間コンデンサによる誘導コイルの リアクタンス相殺を最小化することができる。動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置は、リアクタンス相殺が最小化され、誘導コイルの両端の電圧が最大化され、蓄電結合プラズマ放電が誘導されるように、第１周波数の駆動周波数で動作することができる。
図１６の（ｃ）は、一実施例によるプラズマ生成装置が第２モードである場合の誘導コイルの位置による電圧分布を説明するための図である。動作モードが第２モードの場合、駆動周波数は第２周波数であり、アンテナモジュールは第２周波数でインピーダンスがマッチングした共振状態であり得る。一実施例によれば、プラズマ生成装置は、プラズマ放電状態が転移モードに変化したことに応答して動作モードを第２モードに変更することができる。
図１６の（ｃ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、全長Ｌｔのアンテナモジュールの両端間の電圧は第２電圧Ｖ２であり得る。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より小さくてもよい。
プラズマ生成装置の動作モードが第２モードの場合、アンテナモジュールの層間コンデンサはアンテナモジュールの両端の電圧上昇（または降下）を相殺することができる。動作モードが第２モードの場合、誘導コイルの両端電圧を最小化することができる。動作モードが第２モードの場合、アンテナモジュールを構成する層間コンデンサおよび末端コンデンサは誘導コイルのリアクタンスを相殺することができる。動作モードが第２モードの場合、プラズマ生成装置は、誘導コイルの両端の電圧が最大化され、誘導結合プラズマ放電が誘導されるように、第２周波数の駆動周波数で動作することができる。
図１６の（ｃ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、全長Ｌｔのアンテナモジュールの両端間の電圧は第２電圧Ｖ２であり得る。好ましくは、アンテナモジュールを構成する単位コイルの両端電圧はアンテナモジュールの両端間の電圧と同じ第２電圧Ｖ２であり得る。しかし、プラズマ生成装置の特性および電源周波数分解能の限界によって完全な共振状態に達することは困難であり得る。この場合、第２モードにおける電圧分布は、誘導コイルのリアクタンスが少なくとも一部相殺されずに上昇（または下降）する形態の鋸歯形状を示すことができる。
一方、上記の実施例では、第１モードでプラズマの移転に応答して第２モードに動作モードを変更する場合を基準として説明したが、動作モードの変更は逆順で行われてもよい。プラズマ生成装置は、図１４の（ｂ）と関連して説明した第２モードから図１４の（ａ）と関連して説明した第１モードに動作モードを変更することもできる。
３．１．２ アンテナ１個でインバータ２個
一実施例によるプラズマ生成装置は、１つのアンテナモジュールおよび１つ以上のＲＦ電源モジュールを含むことができる。以下のプラズマ生成装置は、特に説明がない限り、上述した実施例と同様に動作することができる。
ＲＦ電源モジュールは、所定の出力周波数範囲とマッチング範囲を有する交流電力源であり得る。異なるＲＦ電源モジュールは、異なる出力周波数範囲およびマッチング範囲を有することができる。
図１７は、一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。図１７の（ａ）および（ｂ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、第１電源モジュール１０１、第２電源モジュール１０２、およびアンテナモジュール２０１を含むことができる。
第１電源モジュール１０１は第１駆動周波数範囲を有することができる。第２電源モジュール１０２は第１駆動周波数範囲と少なくとも一部が異なる第２駆動周波数範囲を有することができる。第１電源モジュール１０１は第１駆動周波数範囲内の第１周波数で駆動することができる。第２電源モジュール１０２は第２駆動周波数範囲内の第２周波数で駆動することができる。
一実施例によれば、第１電源モジュール１０１は第１マッチング素子を含むことができる。第２電源モジュール１０２は、第１マッチング素子と異なるインピーダンスを有する第２マッチング素子を含むことができる。各マッチング素子は、各電源モジュールのアンテナモジュールに対する電力伝達効率を高めることができる。また、各マッチング素子は、共振周波数ではなく周波数帯域でフィルタとして機能することができる。
図１８は、一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。図１８を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、第１電源部Ｐ１および第１マッチング素子Ｚ１を含む第１電源モジュール１０１と、第２電源部Ｐ２および第２マッチング素子Ｚ２を含む第２電源モジュール１０２と、アンテナモジュール２０１と、を含むことができる。
第１電源モジュール１０１は、第１マッチング素子を含み、第１マッチング素子およびアンテナモジュール２０１は第１駆動周波数範囲に含まれる第１周波数で共振することができる。第１マッチング素子およびアンテナモジュール２０１は、第１マッチング素子のインピーダンスおよびアンテナモジュール２０１のインピーダンスによって決定される第１周波数で共振することができる。
第２電源モジュール１０２は、第２マッチング素子を含み、第２マッチング素子およびアンテナモジュール２０１は第１駆動周波数範囲に含まれる第１周波数で共振することができる。第２マッチング素子およびアンテナモジュール２０１は、第２マッチング素子のインピーダンスおよびアンテナモジュール２０１のインピーダンスによって決定される第２周波数で共振することができる。
図１８を参照すると、プラズマ生成装置は分離素子１３０をさらに含むことができる。分離素子１３０は、第１電源モジュール１０１の動作時に第２電源モジュール１０２側の回路と第１電源モジュール１０１側の回路との間の信号送受信を遮断することができる。分離素子１３０は変圧器を含むことができる。分離素子１３０は、遮蔽変圧器、絶縁変圧器、妨害遮断変圧器などの分離変圧器を含むことができる。分離素子１３０はスイッチを含んでもよい。
一方、他の実施例によれば、アンテナモジュール２０１またはアンテナモジュール２０１を含むプラズマ生成装置は、第１マッチング素子および第２マッチング素子を含むことができる。第１マッチング素子は第１電源モジュール１０１とアンテナモジュール２０１との間に接続され、第２マッチング素子は第２電源モジュール１０２とアンテナモジュール２０１との間に接続されてもよい。すなわち、上記の実施例では、マッチング素子が電源モジュールに含まれる場合を基準として説明したが、プラズマ生成システムは、プラズマ生成装置またはアンテナモジュールが１つ以上のマッチング素子を含み、各マッチング素子がアンテナモジュールおよび電源モジュールに接続するように構成されてもよい。
一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、第１電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第１モードに制御するステップと、第２電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第２モードに制御するステップと、を含むことができる。第１モードおよび第２モードについては、上述した内容を適用することができる。
図１９は、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。
図１９を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ１１０と、第２電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ１３０と、を含むことができる。
第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ１１０は、第１電源モジュールとアンテナモジュールとの間に配置される第１マッチング素子のインピーダンスおよびアンテナモジュールのインピーダンスによって決定される共振周波数である第１周波数でアンテナモジュールに電力を提供することを含むことができる。この時、アンテナモジュールの電力分布は、図１６の（ａ）と関連して例示したように見えることがある。
または、第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ１１０は、アンテナモジュールのインピーダンスによって決定される共振周波数と異なる第１周波数で、アンテナモジュールに電力信号を提供することを含むことができる。この時、アンテナモジュールの電力分布は、図１６の（ａ）または（ｂ）と関連して例示したように見えることがある。
第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ１１０は、第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力信号を提供して、誘電体チューブの内部に蓄電結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
または、第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ１１０は、第１電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力信号を提供して、誘電体チューブの内部に第１強度を有する誘導電界を介して誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
第２電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ１３０は、第２電源モジュールとアンテナモジュールとの間に配置される第２マッチング素子のインピーダンスおよびアンテナモジュールのインピーダンスによって決定される共振周波数である第２周波数でアンテナモジュールに電力信号を提供することを含むことができる。この時、アンテナモジュールの電圧分布は、図１６の（ｃ）と関連して例示したように見えることがある。
第２電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ１３０は、第２電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力信号を提供して、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。第２電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力信号を提供するステップＳ１３０は、誘電体チューブの内部に第２強度を有する誘導電界を形成して誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。第２強度は、第１電源モジュールによって誘導される電界の第１強度より大きくても小さくてもよい。
一実施例によれば、プラズマ生成装置の制御方法は、電力信号の変化を取得するステップをさらに含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、アンテナモジュールに流れる電流またはアンテナモジュール（または、アンテナモジュールを構成する一部素子）の両端の電圧の変化を取得するステップを含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、上述した変化を取得し、それに基づいて第１電源モジュールおよび／または第２電源モジュールを制御することを含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、上述した変化を取得し、それに基づいて第１電源モジュールの動作を中断し、第２電源モジュールの動作を開始することを含むことができる。または、プラズマ装置の制御方法は、上述した変化を取得し、それに基づいて第２電源モジュールの動作を中断し、第１電源モジュールの動作を開始することを含むことができる。
３．１．３ アンテナ１個でインバータ１個
一実施例によるプラズマ生成装置は、１つのアンテナモジュールおよび１つの周波数可変のＲＦ電源モジュールを含むことができる。以下のプラズマ生成装置は、特に説明がない限り、上述した実施例と同様に動作することができる。
図２０は、一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。図２０の（ａ）および（ｂ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、電源モジュール１０３およびアンテナモジュール２０２を含むことができる。
ＲＦ電源モジュール１０１は、所定の周波数可変範囲を有する交流電力源であり得る。電源モジュール１０１は、アンテナモジュール２０２の共振周波数を駆動周波数としてアンテナモジュール２０２に電力を提供することができる。
一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第１モードに制御するステップと、電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第２モードに制御するステップと、を含むことができる。第１モードおよび第２モードについては、上述した内容を適用することができる。
図２１は、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。
図２１を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ２１０と、電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ２３０と、を含むことができる。第２周波数はアンテナモジュールの共振周波数であり得る。
電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ２１０は、アンテナモジュールのインピーダンスによって決定される共振周波数と異なる第１周波数で、アンテナモジュールに電力信号を提供することを含むことができる。この時、アンテナモジュールの電圧分布は、図１６の（ａ）と関連して例示したように見えることがある。
電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ２１０は、電源モジュールを介してアンテナモジュールに第１周波数で電力信号を提供して、誘電体チューブの内部に蓄電結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ２３０は、アンテナモジュールのインピーダンスによって決定される共振周波数である第２周波数で、アンテナモジュールに電力信号を提供することを含むことができる。この時、アンテナモジュールの電圧分布は、図１６の（ｃ）（または（ｂ））と関連して例示したように見えることがある。
電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ２３０は、電源モジュールを介してアンテナモジュールに第２周波数で電力信号を提供して、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置の制御方法は、電力信号の変化を取得するステップをさらに含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、アンテナモジュールに流れる電流またはアンテナモジュール（または、アンテナモジュールを構成する一部素子）の両端の電圧の変化を取得し、それに基づいて電源モジュールの駆動周波数を変更することを含むことができる。
３．１．４ プラズマ生成装置の実施例
一実施例によれば、第１モードおよび第２モードを含む複数の動作モードを有し、プラズマ放電を行うプラズマ生成装置を提供することができる。プラズマ生成装置は、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、第１周波数範囲と少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および第１単位コイルと第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備えることができる。
プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールは第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘電し、動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュールは第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導することができる。このとき、第１単位コイルおよび第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、第１コンデンサは第１静電容量を有し、第１周波数は第１インダクタンスおよび第１静電容量により決定される第１共振周波数に対応することができる。
第１電源装置は、第１インピーダンスを有する第１マッチング素子を含んでもよい。動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールは第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を行い、第１周波数は、第１インピーダンス、第１インダクタンス、および第１静電容量に基づいて決定される第１共振周波数に対応することができる。
第２電源装置は、第２インピーダンスを有する第２マッチング素子を含んでもよい。動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュールは第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を行い、第２周波数は、第２インピーダンス、第１インダクタンス、および第１静電容量に基づいて決定され、第１共振周波数と異なる第２共振周波数に対応することができる。
第２共振周波数は第１共振周波数より大きくてもよい。このとき、動作モードが第１モードである場合、第１コンデンサに接続されていない第１単位コイルの一端と第１コンデンサに接続されていない第２単位コイルの一端との間の電圧である第１電圧は、動作モードが第２モードである場合、第１コンデンサに接続されていない第１単位コイルの一端と第１コンデンサに接続されていない第２単位コイルの一端との間の電圧である第２電圧より小さくてもよい。
動作モードが第１モードである場合、第１単位コイルの両端間の電圧は、第１コンデンサに接続されていない第１単位コイルの一端と第１コンデンサに接続されていない第２単位コイルの一端との間の電圧に対応してもよい。
動作モードが第１モードである場合のアンテナモジュールの両端間の電圧は、動作モードが第２モードである場合のアンテナモジュールの両端間の電圧より小さくてもよい。
動作モードが第１モードである場合のアンテナモジュールに流れる第１電流の大きさは、動作モードが第２モードである場合のアンテナモジュールに流れる第２電流の大きさより小さくてもよい。
動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールで消費される電力は第１電力であり、動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュールで消費される電力は第１電力より小さい第２電力であってもよい。
一実施例によれば、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、第１周波数範囲と少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および第１単位コイルと第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備えるプラズマ生成装置の制御方法を提供することができる。
プラズマ生成装置の制御方法は、アンテナモジュールに第１周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第１モードで動作するステップと、アンテナモジュールに第２周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第２モードで動作するステップと、を含むことができる。第１単位コイルおよび第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、第１コンデンサは第１静電容量を有し、第２周波数は第１インダクタンスおよび第１静電容量によって決定される第２共振周波数に対応することができる。
第２電源装置は、第２インピーダンスを有する第２マッチング素子を含んでもよい。第２モードで動作するステップは、第１インダクタンス、第１静電容量、および第２インピーダンスに基づいて決定される第２共振周波数に対応する第２周波数を駆動周波数として動作することを含んでもよい。
第１電源装置は、第１インピーダンスを有する第１マッチング素子を含んでもよい。第１モードで動作するステップは、第１インダクタンス、第１静電容量、および第１インピーダンスに基づいて決定される第１共振周波数に対応する第１周波数を駆動周波数として動作することを含んでもよい。
動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールで消費される電力は第１電力であり、動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュールで消費される電力は第１電力より大きい第２電力であってもよい。
動作モードが第１モードである場合、第１単位コイルの両端間の電圧は、第１コンデンサに接続されていない第１単位コイルの一端と第１コンデンサに接続されていない第２単位コイルの一端との間の電圧に対応してもよい。
動作モードが第１モードである場合のアンテナモジュールに流れる第１電流の大きさは、動作モードが第２モードである場合のアンテナモジュールに流れる第２電流の大きさより小さくてもよい。
一方、プラズマ生成装置の制御方法は、動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールに流れる電流を取得するステップと、アンテナモジュールに流れる電流が基準値以下である場合、動作モードを第２モードに変更するステップと、をさらに含んでもよい。
プラズマ生成装置の制御方法は、動作モードが第１モードである場合、第１電源装置のインバータに流れる電流を取得するステップと、第１電源装置のインバータに流れる電流が基準値以下である場合、動作モードを第２モードに変更するステップと、をさらに含んでもよい。
他の実施例によれば、動作モードが第１モードである場合、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置から電力が供給され、動作モードが第２モードである場合、第１周波数範囲と少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置から電力が供給されてプラズマを生成するプラズマ生成装置を提供することができる。
プラズマ生成装置は、誘電体チューブと、誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および第１単位コイルと第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備えることができる。
動作モードが第１モードである場合、アンテナモジュールは第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導することができる。
動作モードが第２モードである場合、アンテナモジュールは第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導することができる。
第１単位コイルおよび第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、第１コンデンサは第１静電容量を有し、第１周波数は第１インダクタンスおよび第１静電容量に基づいて決定される第１共振周波数に対応することができる。
動作モードが第１モードである場合のアンテナモジュールの両端間の電圧は、動作モードが第２モードである場合のアンテナモジュールの両端間の電圧より小さくてもよい。
動作モードが第１モードである場合、第１単位コイルの両端間の電圧は、第１コンデンサに接続されていない第１単位コイルの一端と第１コンデンサに接続されていない第２単位コイルの一端との間の電圧に対応してもよい。
以上の実施例で説明した通り、アンテナモジュールに印加される電力の駆動周波数を変更して動作モードを変更することによって、アンテナモジュールの放電特性を変更することができる。単一のアンテナモジュールを介して様々な放電特性を提供することによって、より広いマッチング範囲を有し、様々なエネルギー効率を示し、様々な環境下での放電維持が可能なプラズマ生成装置を提供することができる。
一方、１つのアンテナモジュールが用いられる場合、アンテナモジュールの物理的構造が有する限界により、現わすことができる放電特性が制限され得る。したがって、２つ以上のアンテナモジュールを含むプラズマ生成装置を提供することができる。以下では、２つ以上のアンテナモジュールを含むプラズマ生成装置およびその動作について説明する。
３．２ アンテナが２つの場合
３．２．１ アンテナが２個である場合のプラズマ生成プロセス
一実施例によるプラズマ生成装置は、２つ以上のアンテナモジュールを含むことができる。プラズマ生成装置は、それぞれ異なる放電特性を有する複数のアンテナモジュールを含むことができる。２つ以上のアンテナモジュールは、それぞれ異なるインピーダンスを有することができる。プラズマ生成装置は、必要に応じて主動アンテナモジュールを変更するように用意され得る。主動アンテナモジュールは、電力消費が主に行われるアンテナモジュールを意味することになる。２つ以上のアンテナモジュールは周波数可変電源に並列に接続することができる。
２つ以上のアンテナモジュールは、プラズマ生成装置の駆動周波数に応じて互いに異なる動作をすることができる。例えば、プラズマ生成装置の駆動周波数が第１アンテナモジュールの共振周波数に対応する第１周波数である場合、第１アンテナモジュールはリアクタンスが相殺された共振状態で動作し、第２アンテナモジュールは非共振状態で動作することができる。例えば、プラズマ生成装置の駆動周波数が第１アンテナモジュールの共振周波数に対応する第１周波数である場合、第１アンテナモジュールと異なるインピーダンスを有する第２アンテナモジュールへの電流の流入を抑制することができる。駆動周波数が第２アンテナモジュールの共振周波数に対応する第２周波数である場合、第２アンテナモジュールと異なるインピーダンスを有する第１アンテナモジュールへの電流の流入を抑制することができる。また、例えば、駆動周波数が第１アンテナモジュールの共振周波数および第２アンテナモジュールの共振周波数と異なる第３周波数である場合、第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールはいずれも非共振状態で動作することができる。アンテナモジュールは、非共振状態で蓄電結合プラズマ放電を誘電し、共振動作状態で誘導結合プラズマ放電を誘導することができる。
本明細書で説明するプラズマ生成装置は、上述した例示のように、駆動周波数を制御して、主動アンテナモジュールを選択的に切り替え、放電特性を変更することができる。
２つ以上のアンテナモジュールは、それぞれ異なる構造を有することができる。例えば、一アンテナモジュールは、図８と関連して例示したように、誘電体チューブの周りに連続して複数回巻かれたソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの両端に接続された末端コンデンサと、を含むことができる。他のアンテナモジュールは、図１０と関連して例示したように、複数の単位コイルと単位コイル間に配置された層間コンデンサを含むことができる。また、例えば、一アンテナモジュールは、１層当たり第１ターンを含み、第１層を形成する複数の単位コイル、単位コイル間に配置された層間コンデンサ、および末端コンデンサを含み、他のアンテナモジュールは、層間第２ターンを含み、第２層を形成する複数の単位コイル、層間コンデンサ、および末端コンデンサを含むことができる。
以下では、便宜のためにアンテナモジュールが２個である場合を基準として説明するが、プラズマ生成装置は２つ以上のアンテナモジュールを含むことができる。プラズマ生成装置は、それぞれ異なるインピーダンス、構造および／または機能を有する２つ以上のアンテナモジュールを含み、必要に応じて主動アンテナを変更するように用意されてもよい。周波数可変電源は、１つ以上の電源モジュールを含むことができる。
本明細書で説明する発明によれば、初期放電に有利な放電特性を有するアンテナモジュール、放電の維持に適した放電特性を有するアンテナモジュール、および／またはエネルギー損失の少ない放電特定を有するアンテナモジュールを含み、必要に応じてアンテナを切り替えることによりモード変更を可能にするように構成されたプラズマ生成装置を提供することができる。
本明細書で説明されるように、複数のアンテナモジュールを含み、各アンテナモジュールが選択的に動作するように構成されたプラズマ生成装置を用いて、より広い範囲のインピーダンスまたは実抵抗範囲に対するマッチングが可能になり得る。また、それぞれ異なる放電制御範囲（例えば、流量、電力、圧力、ガスの種類）を有する複数のアンテナモジュールを活用することによって、より広い放電制御範囲を有するプラズマ生成装置を提供することができる。
３．２．１．１ 第１実施例
図２２は、プラズマ生成装置が第１アンテナモジュール２０３、第２アンテナモジュール２０４、およびＲＦ電源装置１０２を含む場合のプラズマ放電プロセスを説明するための図である。ＲＦ電源装置１０２は、１つ以上の電源モジュールを含むことができる。ＲＦ電源装置１０２は、異なる出力周波数帯域を有する１つ以上の電源モジュールを含むことができる。
図２３および図２４は、プラズマ生成装置の動作モードの変更を説明するための概略回路図である。
以下では、図２２～図２４を参照して、アンテナモジュールが２つ以上である場合のモード変更プラズマ放電プロセスについて説明する。
図２２を参照すると、プラズマ生成装置が第１アンテナモジュール２０３、第２アンテナモジュール２０４、およびＲＦ電源装置１０２を含む場合、プラズマ生成装置は電源装置１０２の駆動周波数を変更することによって主動アンテナモジュールを変更することができる。
図２２の（ａ）を参照すると、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、電源装置１０２を介して第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達して、誘電体チューブの内部にプラズマ放電を誘導することができる。第１周波数ｆ１は、第１アンテナモジュール２０３が主動アンテナモジュールとして動作するようにする駆動周波数であり得る。
プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、誘電体チューブの内部に第１電界Ｅ１を形成することができる。第１電界Ｅ１は、誘電体チューブの軸方向と並んでいる垂直方向の電界Ｅ１であり得る。プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、誘電体チューブの内部に誘電体チューブの周方向と並んでいる方位角方向の電界Ｅ２を形成することもできる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達して垂直方向の電界Ｅ１を形成し、誘電体チューブの内部に蓄電結合プラズマ発生を誘導することができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達して方位角方向の電界Ｅ２を形成し、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ発生を誘導することができる。プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、第１強度を有する方位角方向の電界Ｅ２を形成することができる。
図２３は、図２２の（ａ）に示すプラズマ生成装置の動作を説明するための図である。図２３を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、プラズマ生成装置は可変周波数のＲＦ電源を介して第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４へ第２周波数ｆ２を有する第１電流Ｉ１を出力することができる。
プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３に第ａ１電流Ｉａ１が分配され、第２アンテナモジュール２０４に第ｂ１電流Ｉｂ１が分配されてもよい。第ａ１電流Ｉａ１は第ｂ１電流Ｉｂ１より大きくてもよい。動作モードが第１モードである場合、駆動周波数である第１周波数ｆ１は第１アンテナモジュール２０３の共振周波数に対応し、第１アンテナモジュール２０３のリアクタンスはほとんどが相殺され、第２アンテナモジュール２０４のリアクタンスは比較的少なく相殺されてもよい。ほとんどの電流は第１アンテナモジュール２０３に分配され得る。プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３で消費される第１電力は第２アンテナモジュール２０４で消費される第２電力より大きくてもよい。プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３は誘電体チューブ内に誘導結合プラズマ放電を引き起こし、生成されたプラズマは第１アンテナモジュール２０３のインダクターと誘導結合することができる。
図２２の（ｂ）を参照すると、プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、電源装置１０２を介して第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に第２周波数ｆ２を駆動周波数として電力を提供することができる。第２周波数ｆ２は第１周波数ｆ１と異なってもよい。第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１と一定値以上の差異があってもよい。第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１よりも一定値（例えば、０．２ＭＨｚ）以上大きくても小さくてもよい。
プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に第２周波数ｆ２の電力信号を伝達して、方位角方向の電界Ｅ３を誘電し、誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ放電を誘導することができる。プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、第２強度を有する方位角方向の電界Ｅ３を形成することができる。第２強度は、第１モードにおける方位角方向の電界Ｅ２の強度より大きくても小さくてもよい。
図２４は、図２２の（ｂ）に示すプラズマ生成装置の動作を説明するための図である。図２４を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、プラズマ生成装置は可変周波数のＲＦ電源を介して第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４へ第２周波数ｆ２を有する第２電流Ｉ２を出力することができる。
プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、第１アンテナモジュール２０３に第ａ２電流Ｉａ２が分配され、第２アンテナモジュール２０４に第ｂ２電流Ｉｂ２が分配されてもよい。第ａ２電流Ｉａ２は第ｂ２電流Ｉｂ２より小さくてもよい。一実施例によれば、動作モードが第２モードである場合、駆動周波数である第２周波数ｆ２は第２アンテナモジュール２０４の共振周波数に対応し、第２アンテナモジュール２０４のリアクタンスはほとんどが相殺され、第１アンテナモジュール２０３のリアクタンスは比較的少なく相殺されてもよい。ほとんどの電流は第２アンテナモジュール２０４に分配され得る。プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、第２アンテナモジュール２０４で消費される第２電力は第１アンテナモジュール２０３で消費される第１電力より大きくてもよい。プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、第２アンテナモジュール２０４は誘電体チューブ内に誘導結合プラズマ放電を引き起こし、生成されたプラズマは第２アンテナモジュール２０４のインダクターと誘導結合することができる。
図２５は、プラズマ生成装置の動作モードによる電圧および電流の変化を説明するための図である。図２５は、時間に応じて、第１アンテナモジュールに流れる電流ａ、第１アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧ｂ、第２アンテナモジュールに流れる電流ｃ、第２アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧ｄ、および周波数ｅを説明するための図である。図２５において、電流および電圧グラフは大きさを示している。
図２５の（ｅ）を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、電源装置１０２は第１周波数ｆ１を有する電力信号を第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に提供することができる。このとき、図２５の（ａ）および（ｃ）を参照すると、第１アンテナモジュール２０３には第ａ１電流Ｉａ１が流れ、第２アンテナモジュール２０４には第ａ１電流Ｉａ１より小さい第ｂ１電流Ｉｂ１が流れることができる。図２５の（ｂ）および（ｄ）を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３の誘導コイルの両端電圧は第ａ１電圧Ｖａ１であり、第２アンテナモジュール２０４の誘導コイルの両端電圧は第ａ１電圧Ｖａ１より小さい第ｂ１電圧Ｖｂ１であり得る。
図２５の（ｅ）を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、電源装置１０２は第２周波数ｆ２を有する電力信号を第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に提供することができる。図２５の（ａ）および（ｃ）を参照すると、第２モードでは、第１アンテナモジュール２０３に第ａ１電流Ｉａ１より小さい第ａ２電流Ｉａ２が流れ、第２アンテナモジュール２０４に第ｂ１電流Ｉｂ１より大きい第ｂ２電流Ｉｂ２が流れることができる。第ｂ２電流Ｉｂ２は第ａ１電流Ｉａ１より大きくてもよい。図２５の（ｂ）および（ｄ）を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、第１アンテナモジュール２０３の誘導コイルの両端電圧は第ａ１電圧Ｖａ１より小さい第ａ２電圧Ｖａ２であり、第２アンテナモジュール２０４の誘導コイルの両端電圧は第ｂ１電圧Ｖｂ１より大きい第ｂ２電圧Ｖｂ２であり得る。第ｂ２電圧Ｖｂ２は第ａ２電圧Ｖａ２より大きくてもよい。
図２６は、一実施例によるプラズマ生成装置の各アンテナモジュールにおける電圧降下を説明するための図である。以下では、図２４を参照して、各動作モードにおいて主動アンテナモジュールを構成する誘導コイルの位置に応じた電圧分配について説明する。
プラズマ生成装置が第１アンテナモジュール２０３の共振周波数に対応する第１周波数を駆動周波数とする第１モードである場合、上述したように電源によって供給される電力のほとんどが第１アンテナモジュール２０３により消費され、第１アンテナモジュール２０３が主動アンテナモジュールとして動作することができる。
図２６の（ａ）は、第１アンテナモジュール２０３が図１０に例示したように単位層を構成する単位コイル（図２６（ａ）の例示の場合、３つの単位コイル）および単位コイル間に配置された層間コンデンサを含む形態である場合、第１モードにおける第１アンテナモジュール２０３の誘導コイルの位置に応じた電圧Ｖｍ１を概略的に示す。
動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３は共振状態であり得る。動作モードが第１モードである場合、第１アンテナモジュール２０３の単位コイル間の層間コンデンサによる誘導コイル のリアクタンス相殺が最大化され、第１誘導結合プラズマ放電を誘導することができる。
図２６の（ａ）を参照すると、全長Ｌ１３のアンテナモジュールの両端間の電圧は第１電圧Ｖ１であり得る。好ましくは、アンテナモジュールを構成する各単位コイルの両端（原点からＬ１１点、Ｌ１１からＬ１２点、Ｌ１２点からＬ１３点）電圧は第１電圧Ｖ１と実質的に同じであり得る。
図２６の（ｂ）は、一実施例によるプラズマ生成装置が第２周波数を駆動周波数とする第２モードである場合、第２アンテナモジュール２０４の位置に応じた電圧分布を説明するための図である。
プラズマ生成装置が第２アンテナモジュール２０４の共振周波数に対応する第２周波数を駆動周波数とする第２モードである場合、上述したように電源によって供給される電力のほとんどが第２アンテナモジュール２０４により消費され、第２アンテナモジュール２０４が主動アンテナモジュールとして動作することができる。
図２６の（ｂ）は、第１アンテナモジュール２０４が図１０に例示したように単位層を構成する単位コイル（図２６（ｂ）の例示の場合、４つの単位コイル）および単位コイル間に配置された層間コンデンサを含む形態である場合、第２モードにおける第２アンテナモジュール２０４の誘導コイルの位置に応じた電圧Ｖｍ２を概略的に示す。
動作モードが第２モードである場合、第２アンテナモジュール２０４は共振状態であり得る。動作モードが第２モードである場合、第２アンテナモジュール２０４の単位コイル間の層間コンデンサによる誘導コイル のリアクタンス相殺が最大化され、第２誘導結合プラズマ放電を誘導することができる。第２誘導結合プラズマ放電は、第１誘導結合プラズマ放電よりもエネルギー効率の高い特性を有することができる。
図２６の（ｂ）を参照すると、全長Ｌ２４のアンテナモジュールの両端間の電圧は第２電圧Ｖ２であり得る。好ましくは、アンテナモジュールを構成する各単位コイルの両端（原点からＬ２１点、Ｌ２１からＬ２２点、Ｌ２２点からＬ２３、点および第２３点から第２４点）間の電圧は第２電圧Ｖ２と実質的に同じであり得る。
一方、動作モードが第１モードである場合、第２アンテナモジュール２０４に実質的に電流の流入を遮断することができる。したがって、動作モードが第１モードである場合、第２アンテナモジュール２０４を構成する誘導素子の両端電圧は非常に小さく収束することができる。また、動作モードが第２モードである場合、第１アンテナモジュール２０４に実質的に電流の流入を遮断することができる。したがって、動作モードが第２モードである場合、第１アンテナモジュール２０３を構成する誘導素子の両端電圧は非常に小さく収束することができる。
一実施例によれば、第１アンテナモジュール２０３は、図８に例示したように、層間コンデンサなしで複数回巻かれたソレノイドコイルを含むアンテナモジュールであり得る。第１アンテナモジュール２０３が層間コンデンサを含まない場合、第１アンテナモジュール２０３の誘導コイルの両端電圧は、駆動周波数が第１周波数のとき第１電圧（最大値）であり、駆動周波数が第２周波数の場合には第１電圧より小さい第２電圧であり得る。
上記の実施例では、プラズマ生成装置の動作モードが第１モードから第２モードに変更して駆動周波数を小さくするモード変更プロセスについて説明したが、これは例示に過ぎず、必要に応じてモード変更形態を変えることができる。例えば、プラズマ生成装置の動作モードを第２モードから第１モードに変更することができる。または、プラズマ生成装置の動作モードは３つ以上のモードを含んでもよい。
３．２．１．２ 第２実施例
以下では、図２２～図２６に関連して説明した実施例について、より具体的な例を挙げて説明する。一実施例によれば、プラズマの初期放電安定性の確保が要求される場合（例えば、常圧プラズマ放電の場合）、プラズマ生成装置はプラズマ放電にシード電荷を提供するＤＣ電源および電極をさらに含むことができる。このとき、プラズマ生成装置の動作モードは、初期放電を補助するための第１モード（すなわち、初期放電モード）と、メイン放電を補助するための第２モード（すなわち、メイン放電モード）と、を含むことができる。以下では、特に説明がない限り、図２２～図２６に関連して上述した実施例の内容を同様に適用することができる。
図２７は、プラズマ生成装置が第１アンテナモジュール２０３、第２アンテナモジュール２０４、ＲＦ電源装置１０２、ＤＣ電源装置１０１、およびＤＣ電極２３１、２３３を含む場合のプラズマ放電プロセスを説明するための図である。ＤＣ電源装置１０１およびＤＣ電極２３１については、図４～図７に関連して上述した内容を同様に適用することができる。
図２８および図２９は、図２７に例示するプラズマ生成装置の動作モードの変更を説明するための概略回路図である。
以下では、図２７、図２８および図２９を参照して、ＤＣ電極を含むプラズマ生成装置のモード変更プラズマ放電プロセスについて説明する。
プラズマ生成装置の動作モードは、初期プラズマ放電を行うための第１モードとメイン プラズマ放電を行うための第２モードとを含むことができる。図２７の（ａ）は、第１モードにおけるプラズマ生成装置の動作を説明するための図である。図２７の（ｂ）は、第２モードにおけるプラズマ生成装置の動作を説明するための図である。
図２７の（ａ）を参照すると、プラズマ装置は、第１モードにおいて、電源装置１０２を介して第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に、第１アンテナモジュールの共振周波数に対応する第１周波数を駆動周波数として電力を提供することができる。
図２７の（ａ）を参照すると、動作モードが第１モードである場合、ＤＣ電源装置１０１はＤＣ電極２３１に高電圧パルスを印加することができる。プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、ＤＣ電源装置１０１を介してＤＣ電極２３１に高電圧パルスを印加して電界Ｅ４を形成することができる。電界Ｅ４は、ＤＣ電極２３１と対電極として機能するオブジェクトとの間に形成することができる。例えば、電界Ｅ４は、ＤＣ電極２３１とガスチューブ２１１との間に形成することができる。プラズマ生成装置は、電界Ｅ４を形成し、局所的な放電（例えば、ストリーマ放電）を誘導して誘電体チューブ内にシード電荷を供給することができる。
図２８を参照すると、プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、ＤＣ電源装置１０１を介してＤＣ電極２３１に高電圧パルスを印加してシード電荷を生成し、生成されたシード電荷に基づいて第１アンテナモジュール２０３を介して初期プラズマ放電を行うことができる。
プラズマ生成装置は、動作モードが第１モードである場合、シード電荷に基づいて第１アンテナモジュールを介してプラズマ放電を行うことができる。第１アンテナモジュールを介したプラズマ放電は、蓄電結合プラズマ放電または誘導結合プラズマ放電であり得る。ここで、第１アンテナモジュールを介した放電が蓄電結合プラズマ放電である場合を基準として説明する。
一実施例によれば、プラズマの放電状態は時間と共に変化することができる。プラズマ生成装置の動作モードは、プラズマ放電状態の変化に応じて変更することができる。
例えば、第１モードによるプラズマ放電は、主に蓄電結合モード（Ｅ－ｍｏｄｅ）によって行うことができる。しかし、蓄電結合モードによってプラズマが十分に発生すると、誘電体チューブ内に方位角方向の誘導電界である第２電界Ｅ２を形成することができる。第２電界Ｅ２が形成されると、誘導結合プラズマ放電または誘導結合モード（Ｈ－ｍｏｄｅ）によってプラズマを生成することができる。
プラズマ生成装置は、プラズマ放電状態の変化に応じて動作モードを変更することができる。図２８を参照すると、プラズマ生成装置は、電源装置１０２を介して第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に第１周波数ｆ１を有する電力信号を伝達し、プラズマ放電状態が遷移することに応答して動作モードを変更することができる。
プラズマ生成装置は、プラズマ放電状態の変化を感知することができる。プラズマ生成装置は、第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４に流れる電流および／または第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４の両端に印加される電圧を取得するセンサーモジュールを含むことができる。プラズマ生成装置は、センサーモジュールを介して第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４に流れる電流および／または第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４の両端に印加される電圧の変化を取得し、電源装置１０２の駆動周波数および／または動作モードを変更することができる。
例えば、プラズマ放電状態が変化すると、第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４に流れる電流および／または第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４の両端に印加される電圧を変えることができる。例えば、主なプラズマ放電状態が蓄電結合プラズマ放電から誘導結合プラズマ放電に変更されると、第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４に流れる電流および／または第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４の両端に印加される電圧を低減することができる。
プラズマ生成装置は、第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４に流れる電流および／または第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４の両端に印加される電圧の減少に応答して、動作モードを第２モードに変更することができる。
プラズマ生成装置の動作モードが変更されると、プラズマ生成装置は、第２周波数の駆動周波数で第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に電力を提供し、上記の実施例で説明した通り、第２アンテナモジュール２０４を主動アンテナモジュールとして動作させることができる。
図２７の（ｂ）を参照すると、第２モードでは、ＤＣ電源１０１は電力供給を中断することができる。第２モードでは、プラズマ生成装置は、第１アンテナモジュール２０３および第２アンテナモジュール２０４に、第２アンテナモジュール２０４の共振周波数に対応する第２周波数を駆動周波数として電力を提供し、メイン プラズマ放電を行うことができる。
図２９を参照すると、プラズマ生成装置は、動作モードが第２モードである場合、第２周波数を駆動周波数として、第１アンテナモジュール２０３によって生成された初期放電プラズマに基づいて第２アンテナモジュール２０４を介してメイン プラズマ放電を行うことができる。
図３０は、プラズマ生成装置の動作モードによる電圧および電流の変化を説明するための図である。図３０は、時間に応じて、ＤＣ高電圧パルスａ、第１アンテナモジュールに流れる電流ｂ、第１アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧ｃ、第２アンテナモジュールに流れる電流ｄ、第２アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧ｅ、および周波数ｆを説明するための図である。図３０において、電流および電圧グラフは大きさを示している。
図３０の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に関連して、プラズマ生成装置の第１アンテナモジュールに流れる電流ｂ、第１アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧ｃ、第２アンテナモジュールに流れる電流ｄ、第２アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧ｅ、および周波数ｆは、図２５に関連して上述した内容を同様に適用することができる。
図３０の（ａ）を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第１モードである場合、ＤＣ電源装置１０１は高電圧パルスを発生させることができる。ＤＣ電源装置１０１は、第１モードが維持されている間（駆動周波数が第１周波数ｆ１に維持されている間）、高電圧パルスを発生させることができる。ＤＣ電源装置１０１は、第１モードが終了する前でも高電圧パルスの発生を中断することができる。プラズマ生成装置（または、プラズマ生成装置の制御部）は、ＤＣ電源装置１０１を所定の数だけ高電圧パルスを発生させるように制御することができる。プラズマ生成装置は、ＤＣ電源装置１０１を所定の時間にわたって高電圧パルスを発生させるように制御することができる。
図３０の（ｂ）および（ｃ）を参照すると、動作モードが第１モードである場合、プラズマ放電状態の変化によって、第１アンテナモジュールに流れる電流および／または第１アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧が減少する可能性がある。
図２８の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）を参照すると、プラズマ生成装置は、第１アンテナモジュールに流れる電流および／または第１アンテナモジュールの誘導コイルの両端電圧が減少することに応じて動作モードを第２モードに変更することができる。図３０の（ａ）を参照すると、プラズマ生成装置の動作モードが第２モードである場合、ＤＣ電源は高電圧パルスの生成を中断することができる。
一方、上記の実施例では、第１モードでプラズマ状態の変化に応答して第２モードに動作モードを変更する場合を基準として説明したが、動作モードの変更は逆順で行ってもよい。
３．２．２ アンテナ２個でインバータ１個
図３１は、一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。図３１を参照すると、プラズマ生成装置は、電源モジュール１０４、第１アンテナモジュール２０３、および第２アンテナモジュール２０４を含むことができる。
ＲＦ電源モジュール１０４は、所定の周波数可変範囲を有する交流電力源であり得る。電源モジュール１０４は、第１アンテナモジュール２０３および／または第２アンテナモジュール２０４のアンテナモジュール２０２の共振周波数を駆動周波数として動作することができる。
一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第１モードに制御するステップと、電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第２モードに制御するステップと、を含むことができる。第１モードおよび第２モードについては、上述した内容を適用することができる。
図３２は、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法を説明するための図である。
図３２を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、電源モジュールを介して第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ３１０と、電源モジュールを介して第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ３３０と、を含むことができる。
電源モジュールを介して第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ３１０は、第１アンテナモジュールの共振周波数に対応する第１周波数を駆動周波数として電力を提供することを含むことができる。
第１アンテナモジュールは、層間コンデンサを含むアンテナモジュールであり得る。この時、第１アンテナモジュールの電圧分布は、図２６の（ａ）と関連して例示したように見えることがある。または、第１アンテナモジュールは、層間コンデンサを含まないアンテナモジュールであり得る。この時、第１アンテナモジュールの電力分布は、図１６の（ａ）と関連して例示したように見えることがある。
電源モジュールを介して第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ３１０は、第１アンテナモジュールを介して蓄電結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
電源モジュールを介して第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ３３０は、第２アンテナモジュールの共振周波数に対応する第２周波数を駆動周波数として電力を提供することを含むことができる。
第２アンテナモジュールは、層間コンデンサを含むアンテナモジュールであり得る。この時、第２アンテナモジュールの電力分布は、図２６の（ｂ）と関連して例示したように見えることがある。
電源モジュールを介して第１アンテナモジュールおよび第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ３３０は、第２アンテナモジュールを介して誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
一実施例によれば、プラズマ生成装置の制御方法は、電力信号の変化を取得するステップをさらに含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、第１アンテナモジュールに流れる電流または第１アンテナモジュール（または、第１アンテナモジュールを構成する一部素子）の両端の電圧の変化を取得し、それに基づいて電源モジュールの駆動周波数を第２周波数に変更することを含むことができる。
３．２．３ アンテナ２個でインバータ２個
図３３は、一実施例によるプラズマ生成装置を説明するための図である。図３１の（ａ）および（ｂ）を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置は、第１周波数帯域および第１マッチング範囲を有する交流電力源である第１電源モジュール１０５、第２周波数帯域および第２マッチング範囲を有する交流電力源である第２電源モジュール１０６、第１電源モジュール１０５から電力を供給されてプラズマ放電を行う第１アンテナモジュール２０５、および第２電源モジュール１０６から電力を供給されてプラズマ放電を行う第２アンテナモジュール２０６を含むことができる。
第１電源モジュール１０５は第１駆動周波数範囲を有し、第２電源モジュール１０６は第１駆動周波数範囲と少なくとも一部が異なる第２駆動周波数範囲を有することができる。第１電源モジュール１０５は第１駆動周波数範囲内の第１周波数で駆動することができる。第２電源モジュール１０６は第２駆動周波数範囲内の第２周波数で駆動することができる。第１周波数は第１アンテナモジュール２０５の共振周波数に対応し、第２周波数は第２アンテナモジュール２０６の共振周波数に対応することができる。第１電源モジュール１０５は第１マッチング素子を含むことができる。第２電源モジュール１０６は、第１マッチング素子と異なるインピーダンスを有する第２マッチング素子を含むことができる。
一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、第１電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第１モードに制御するステップと、第２電源モジュールを介してプラズマ生成装置を第２モードに制御するステップと、を含むことができる。第１モードおよび第２モードについては、上述した内容を適用することができる。
図３４は、一実施例によるプラズマ生成方法を説明するための図である。
図３４を参照すると、一実施例によるプラズマ生成装置の制御方法は、第１電源モジュールを介して第１アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ４１０と、第２電源モジュールを介して第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ４３０と、を含むことができる。
第１電源モジュールを介して第１アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ４１０は、第１電源モジュールを介して第１アンテナモジュールの共振周波数である第１周波数で第１アンテナモジュールに電力を提供することを含むことができる。この時、第１アンテナモジュールの電圧分布は、図２６の（ａ）と関連して例示したように見えることがある。
第１電源モジュールを介して第１アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ４１０は、第１周波数を駆動周波数として動作し、第１アンテナモジュールを介して誘電体チューブの内部に蓄電結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
または、第１電源モジュールを介して第１アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供するステップＳ４１０は、第１電源モジュールを介して第１アンテナモジュールに第１周波数で電力を提供して、誘電体チューブの内部に第１強度を有する誘導電界を介して誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
第２電源モジュールを介して第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ４３０は、第２電源モジュールを介して第２アンテナモジュールの共振周波数である第２周波数で第２アンテナモジュールに電力を提供することを含むことができる。この時、第２アンテナモジュールの電力分布は、図２６の（ｂ）と関連して例示したように見えることがある。
第２電源モジュールを介して第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ４３０は、第２周波数を駆動周波数として動作し、第２アンテナモジュールを介して誘電体チューブの内部に誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。
第２電源モジュールを介して第２アンテナモジュールに第２周波数で電力を提供するステップＳ４３０は、第２周波数を駆動周波数として動作し、誘電体チューブの内部に第２強度を有する誘導電界を形成して、誘導結合プラズマ放電を誘導することを含むことができる。第２強度は、第１電源モジュールによって誘導される電界の第１強度より大きくても小さくてもよい。
一実施例によれば、プラズマ生成装置の制御方法は、電力信号の変化を取得するステップをさらに含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、アンテナモジュールに流れる電流またはアンテナモジュール（または、アンテナモジュールを構成する一部素子）の両端の電圧の変化を取得するステップを含むことができる。プラズマ装置の制御方法は、上述した変化を取得し、それに基づいて第１電源モジュールおよび／または第２電源モジュールを制御することを含むことができる。例えば、プラズマ装置の制御方法は、第１アンテナモジュールに流れる電流または第１アンテナモジュール（または、第１アンテナモジュールを構成する一部素子）の両端の電圧の降下を取得し、それに基づいて第１電源モジュールの動作を中断し、第２電源モジュールの動作を開始することを含むことができる。
以上の実施例で説明した通り、それぞれ異なる放電特性を有する複数のアンテナモジュールを用いることにより、様々な放電環境に応じて選択的なプラズマ放電を行うことができる。複数のアンテナモジュールを用いてプラズマ放電を行うことにより、様々な環境下で放電を行うことが可能なプラズマ生成装置を提供することができる。
４．副生成物抑制のプラズマ生成装置
一方、チューブの周りに巻かれるアンテナ コイルにかかる電圧によって、所望の生成物以外の副生成物を形成することができる。例えば、コイルにかかる電圧によってチューブに垂直な方向成分を有する電界が形成され、これによりチューブの内部に生成したプラズマがチューブの内壁方向に加速されてチューブの内壁と衝突し、衝突によりチューブの内壁から離れた副生成物などがプラズマ生成物（例えば、ラジカル）に混合することができる。
以下では、副生成物の生成を抑制するためのプラズマ生成装置およびその制御方法などについていくつかの実施例を挙げて説明する。
４．１ アンテナモジュール
一実施例によるプラズマ生成装置は、副生成物の生成を最小限に抑えるように設計されたアンテナモジュールを含むことができる。
アンテナモジュールは、１つ以上の単位アンテナおよび単位キャパシタを含むことができる。アンテナモジュールは、プラズマ誘電体チューブの周囲に配置することができる（図４、図６参照）。
アンテナモジュールは、プラズマ誘電体チューブに挟まれるように配置された１つ以上の単位アンテナを含むことができる。各単位アンテナは、チューブの長さ方向に所定の間隔を置いて配置することができる。各単位アンテナは、チューブの長さ方向に離間して配置され、チューブの中心軸に対して回転配置されてもよい（例えば、図１０および関連説明を参照）。単位アンテナはインダクタンスを有するインダクターであり得る。各単位アンテナは同じインダクタンスを有することができる。
単位アンテナは単位ターンを含むことができる。単位アンテナは、誘電体チューブに接する第１ターンと、第１ターンよりも誘電体チューブから離れて配置された第２ターンと、を含むことができる。第１ターンおよび第２ターンは同一平面上に位置することができる。第１ターンおよび第２ターンは、誘電体チューブの長さ方向に垂直な平面上に位置することができる。例えば、一実施例による単位アンテナモジュールは、図１２に例示するように用意されてもよい。
アンテナモジュールは、単位アンテナに接続される単位キャパシタを１つ以上含むことができる。単位キャパシタは、単位アンテナに接続され、単位アンテナ間に配置することができる。単位キャパシタは単位アンテナと電源との間に配置することができる。例えば、単位キャパシタは、図８または図１０に例示するように配置されてもよい。アンテナモジュールに含まれる１つ以上の単位キャパシタは、同じ静電容量を有することができる。または、アンテナモジュールに含まれる１つ以上の単位キャパシタは、異なる静電容量を有することができる。
アンテナモジュールは、電源に接続され、電源から電源を供給され、誘電体チューブ内にプラズマ放電を提供することができる。電源供給およびプラズマ放電動作については、本明細書で上述した内容を同様に適用することができる。
図３６は、一実施例によるアンテナモジュールを説明するための図である。
アンテナモジュール３６０は、１つ以上の単位アンテナ３６１および１つ以上の単位キャパシタ３６３を含むことができる。アンテナモジュール３６０は誘電体チューブの周囲に配置することができる。アンテナモジュール３６０は、同じ形態を有する１つ以上の単位アンテナ３６１を含むことができる。単位アンテナは単位キャパシタ３６３に接続することができる。アンテナモジュール３６０に含まれる単位キャパシタは、単位アンテナ３６１と単位アンテナ間に配置される層間キャパシタ、または単位アンテナと電源との間に配置される末端キャパシタであり得る。アンテナモジュールは電源に接続されて電源を供給されてもよい。上述した単位キャパシタ３６３は、電源と単位アンテナ３６１または異なる単位アンテナ３６１との間に電気的に介在（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｄ）することができる。換言すれば、単位キャパシタ３６３は、電源と単位アンテナ３６１を電気的に直列接続することができる。または、単位キャパシタ３６３は、後述するように、異なる単位アンテナ３６１を電気的に直列接続することができる。
例えば、アンテナモジュール３６０は、電源に接続される第１末端キャパシタ、第１末端キャパシタに接続される第１単位アンテナ、第１単位アンテナと第２単位アンテナを接続する第１層間キャパシタ、第１単位アンテナの下側に位置する第２単位アンテナ、第２単位アンテナと第３単位アンテナを接続する第２層間キャパシタ、第２単位アンテナの下側に位置する第３単位アンテナ、第３単位アンテナと第４単位アンテナを接続する第３層間キャパシタ、第３単位アンテナの下側に位置して電源に接続される第４単位アンテナを含むことができる。各単位アンテナは、図３７に例示する形態で用意され、回転配置されてもよい。
図３６では、アンテナモジュールが４つの単位アンテナを含む場合を基準として説明したが、これは例示に過ぎず、単位アンテナおよび／または単位キャパシタの数は変更されてもよい。アンテナモジュール３６０については、本明細書で上述した内容を同様に適用することができる。
４．２ アンテナモジュールの構成
以下では、一実施例によるアンテナモジュールを構成する単位アンテナおよび単位キャパシタについて説明する。
図３７は、一実施例による単位アンテナを説明するための図である。図３７を参照すると、単位アンテナは少なくとも２つの単位ターンを含むことができる。単位アンテナは、同一平面に配置され、同心円（同心円弧）形態を有する２つの単位ターンを含み得る。単位アンテナは、内側に位置し、より小さい半径を有する第１単位ターンと、外側に位置し、第１単位ターンよりも大きい半径を有する第２単位ターンと、を含むことができる。第１単位ターンは、アンテナモジュールが誘電体チューブに組み立てられた状態で誘電体チューブに接してもよい。単位アンテナは、各単位ターンを接続する接続部を含むことができる。
図３７を参照すると、単位アンテナは、最内側に位置する第１ターン、第１ターンの外側に位置する第２ターン、第２ターンの外側に位置する第３ターンを含むことができる。第１ターンと第２ターンは第１接続部を介して接続することができる。第２ターンと第３ターンは第２接続部を介して接続することができる。第１ターンは、第１点Ｐ１から第２点Ｐ２まで円弧状に延びることができる。最外側に位置する第３ターンは第１点から最も遠い第３点Ｐ３を有し、単位アンテナは第１点から第３点まで接続されてもよい。
一方、図３７に例示する単位アンテナの形態は例示に過ぎず、アンテナモジュールは他の形態の単位アンテナを含んでもよい。例えば、図３７ではアンテナモジュールが３つのターンを含むことを例示したが、アンテナモジュールは３つより多いまたは少ないターンを含んでもよい。
図３６と図３７を一緒に参照すると、第１末端キャパシタは第１単位アンテナの第１点と電源との間に接続されてもよい。第１層間キャパシタは第１単位アンテナの第３点と第２単位アンテナの第１点との間に接続されてもよい。第２層間キャパシタは第２単位アンテナの第３点と第３単位アンテナの第１点との間に接続されてもよい。
単位キャパシタは固定静電容量または可変静電容量を有してもよい。単位アンテナは固定インダクタンスまたは可変インダクタンスを有してもよい。アンテナモジュールに含まれるキャパシタの静電容量またはアンテナモジュールに含まれるインダクターのインダクタンスは、チューブに対するアンテナモジュールの配置を考慮して決定することができる。アンテナモジュールに含まれるキャパシタの静電容量またはアンテナモジュールに含まれるインダクターのインダクタンスは、各キャパシタまたはインダクターが接続されたアンテナモジュールの配置を考慮して決定することができる。アンテナモジュールは、アンテナモジュール、キャパシタおよび／または単位アンテナの配置を考慮して、副生成物の生成が最小になるように決定された静電容量を有するキャパシタまたは副生成物の生成が最小になるように決定されたインダクタンスを有する単位アンテナを含むことができる。
一実施例によれば、層間キャパシタは固定静電容量を有し、末端キャパシタは可変静電容量を有してもよい。または、１つ以上の層間キャパシタは同じ静電容量を有し、末端キャパシタは層間キャパシタの静電容量と異なる静電容量を有してもよい。例えば、層間キャパシタは第１静電容量を有し、第１末端キャパシタは第１静電容量と異なる第２静電容量を有し、第２末端キャパシタは第２静電容量と異なる第３静電容量を有してもよい。
単位キャパシタの静電容量の値は、プラズマ放電の実行時に発生する副生成物が最小になるように決定することができる。プラズマ放電の実行時、アンテナに印加される電圧によって誘電体チューブの内壁に垂直な方向成分の電界が形成され、それによってプラズマが誘電体チューブの内壁と衝突して副生成物を発生させることができる。単位キャパシタの静電容量は、アンテナによって形成される電圧が誘電体チューブの内部のプラズマに与える影響が最小になるように決定することができる。
一例として、アンテナモジュールの両端に位置する末端キャパシタの静電容量を層間キャパシタの静電容量と異なるように構成することによって、アンテナモジュールに印加される電圧による副生成物の生成を最小限に抑えることができる。例えば、末端キャパシタの静電容量を非対称的に構成することによって、単位アンテナを構成する単位ターンのうち、放電チューブに最も近い単位ターンの一点での電位が最小になるようにして、プラズマの衝突による副生成物の生成を最小限に抑えることができる。すなわち、誘電体チューブに最も近い単位ターン内に任意の点での電位の最大値（絶対値）が最小になるようにして、プラズマの衝突による副生成物の生成を最小限に抑えることができる。すなわち、誘電体チューブに最も近い単位ターン内の任意の点での接地対比電圧が最小になるようにして、プラズマの衝突による副生成物の生成を最小限に抑えることができる。
図３６と図３７を参照すると、副生成物の生成を最小限に抑えるために、単位アンテナの第１点Ｐ１と第２点Ｐ２との間のリアクタンス成分の電位の絶対値電圧ＶＲを最小化することができる。すなわち、最内側に位置する第１ターンのリアクタンス成分に印加される電圧を最小化し、誘電体チューブの内壁に垂直な方向の電圧成分を最小化することによって、副生成物の生成を低減することができる。
点間のリアクタンス成分の電圧（または、電位）は、点間の合成リアクタンス成分に印加される電圧（または、両端の電位差）を意味することができる。
一実施例によれば、第１末端キャパシタの静電容量（第１ターンの第１点Ｐ１に接続されたキャパシタの静電容量）は、第２末端キャパシタの静電容量より大きくてもよい。第１末端キャパシタの静電容量は層間キャパシタの静電容量より大きくてもよい。第２末端キャパシタの静電容量（第３ターンの第３点Ｐ３に接続されたキャパシタの静電容量）は、層間キャパシタの静電容量より小さくてもよい。第１末端キャパシタと第２末端キャパシタの合成静電容量値は、層間キャパシタの静電容量値と同一であってもよい。
第１末端キャパシタの静電容量および第２末端キャパシタの静電容量を適切に調整して、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２の電位の絶対値が類似するように調整することができる。第１点Ｐ１と第２点Ｐ２に印加される電圧の絶対値が類似するように調整して、最内側に位置する第１ターンのリアクタンス成分の電位の絶対値を最小化することによって、副生成物の生成を低減することができる。
他の実施例によれば、プラズマの放電発生を補助するために、最内側に位置する単位ターンのリアクタンス成分の電位の絶対値が最大になるように、末端キャパシタの静電容量を変更することができる。
例えば、プラズマ放電を補助するために、単位アンテナの第１点Ｐ１と第２点Ｐ２との間のリアクタンス成分の電位の絶対値ＶＲを最大化することができる。すなわち、最内側に位置する第１ターンのリアクタンス成分の電位の絶対値を最大化し、誘電体チューブの内部に蓄電結合放電を誘導して、放電を補助することができる。放電を補助するために、第１末端キャパシタの静電容量を第２末端キャパシタの静電容量よりも小さく設定することができる。第１末端キャパシタの静電容量は層間キャパシタの静電容量より小さくてもよい。第２末端キャパシタの静電容量は層間キャパシタの静電容量より大きくてもよい。第１末端キャパシタと第２末端キャパシタの合成静電容量値は、層間キャパシタの静電容量値と同一であってもよい。
一実施例によれば、誘電体チューブに結合されて電源から電力を供給されるアンテナモジュールを提供することができる。アンテナモジュールは、第１点から第２点まで延びる第１単位ターンと、第３点から第４点まで延びる第２単位ターンとを含む第１単位アンテナを含むことができる。第１単位ターンは第２単位ターンの内側に位置され、第２点は第３点に接続されてもよい。各単位ターンは弧形または円形に延びてもよい。各単位ターンは、同じ中心角を有する弧形に延びてもよい。
アンテナモジュールは、第１単位ターンの第１点に接続され、電源の第１端子と第１点との間に接続される第１キャパシタと、電源の第２端子と第４点との間に接続された第２キャパシタと、を含むことができる。
アンテナモジュールに印加される電圧によるチューブの損傷および副生成物の発生を最小限に抑えるために、第２キャパシタの静電容量は第１キャパシタの静電容量より小さくてもよい。第１キャパシタに接続された第１単位ターン（第１単位アンテナの最内角に位置するターン）のリアクタンス成分に印加される電圧が最小化されることによって、チューブの損傷および副生成物の発生が最小限に抑えるように、第２キャパシタの静電容量は第１キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
第１キャパシタの静電容量は第２キャパシタの静電容量の２倍より大きくてもよい。第１キャパシタの静電容量は、第１単位ターンのリアクタンス成分に印加される電圧が最小になるように、第２キャパシタの静電容量の２倍より大きくてもよい。
アンテナモジュールは、第２単位ターンの第４点と第２キャパシタとの間に接続された第３キャパシタを含むことができる。第３キャパシタの静電容量は第２キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
第１キャパシタの静電容量および第２キャパシタの静電容量の合成静電容量は、第３キャパシタの静電容量に対応してもよい。第１キャパシタの静電容量および第２キャパシタの静電容量の合成静電容量は、第３キャパシタの静電容量と実質的に同一であってもよい。
アンテナモジュールは、第５点から第６点まで延びる第３単位ターンと、第７点から第８点まで延びる第４単位ターンとを含む第２単位アンテナをさらに含むことができる。第３単位ターンは第４単位ターンの内側に位置され、第６点は第７点に接続されてもよい。第３キャパシタは、第４点と第５点との間に接続されてもよい。第２キャパシタは、第８点と電源の第２端子との間に接続されてもよい。
第１キャパシタに接続された第１単位ターン（第１単位アンテナの最内角に位置するターン）のリアクタンス成分に印加される電圧が最小化されることによって、チューブの損傷および副生成物の発生が最小限に抑えるように、第３キャパシタの静電容量は第２キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
第１単位ターンおよび第２単位ターンは、誘電体チューブの長さ方向に垂直な平面上に位置することができる。第１単位ターンは第１点から第２点まで第１方向に延び、第２単位ターンは第３点から第４点まで、第１単位ターンと同様に、第１方向に延びることができる。
第１点は第４点よりもチューブに近接して位置されてもよい。第１点は図３７に例示するＰ１に対応することができる。第４点は図３７に例示するＰ３に対応することができる。
アンテナモジュールに電力が供給されると、第１キャパシタのリアクタンス成分に印加される電圧は第１点と第２点との間のリアクタンス成分に印加される電圧よりも小さく、第３キャパシタのリアクタンス成分に印加される電圧は第１点と第４点との間のリアクタンス成分に印加される電圧に対応してもよい。
アンテナモジュールは、第３キャパシタの静電容量および第１単位アンテナのインダクタンスに基づいて決定される共振周波数で共振することができる。アンテナモジュールが共振状態のとき、第１端子に対する電位がゼロになる一点は、第１単位アンテナの第１単位ターン上に位置することができる。一点は、第１端子と一点との間のリアクタンス成分の電位がゼロになる点であり得る。一点は、第１端子との間でリアクタンス成分に印加される電圧がゼロになる点であり得る。
アンテナモジュールは、第３キャパシタの静電容量および第１単位アンテナのインダクタンスに基づいて決定される共振周波数で共振することができる。アンテナモジュールが共振状態のとき、第１点と第１端子との間のリアクタンス成分に印加される電圧は、第２点と第１端子との間のリアクタンス成分に印加される電圧と実質的に同じであり得る。
他の実施例によれば、誘電体チューブに結合されて電源から電力を供給されるアンテナモジュールとして、第１単位アンテナ、第１キャパシタ、および第２キャパシタを含むアンテナモジュールを提供することができる。
第１単位アンテナは、第１点から第２点まで延びる第１単位ターンと、第３点から第４点まで延びる第２単位ターンとを含むことができる。第１単位ターンは第２単位ターンの内側に位置され、第２点は第３点に接続されてもよい。
アンテナモジュールは、電源の第１端子と第１単位ターンの第１点との間に接続される第１キャパシタを含むことができる。
アンテナモジュールは、第２単位ターンの第４点に接続された第２キャパシタを含むことができる。
第１キャパシタは、電源の第１端子と第１点との間に接続されてもよい。
アンテナモジュールに電力が供給されると、第１単位アンテナで電圧が最低となる一点は第１単位ターン上に位置してもよい。一点は、第１端子と一点との間のリアクタンス成分の電圧がゼロになる点であり得る。
アンテナモジュールは、第２キャパシタの静電容量および第１単位アンテナのインダクタンスに基づいて決定される共振周波数で共振することができる。
アンテナモジュールが共振状態のとき、第１単位アンテナで電圧が最低となる一点は第１単位ターン内に位置してもよい。
アンテナモジュールに電力が供給されると、第１単位アンテナで電圧が最低となる一点は第１単位ターン上に位置してもよい。
アンテナモジュールに電力が供給されると、第１単位アンテナで、リアクタンス成分の電位の絶対値が最低となる点は、第１単位ターン上に位置してもよい。
第１キャパシタの静電容量は第２キャパシタの静電容量の２倍より大きくてもよい。
アンテナモジュールに印加される電圧によるチューブの損傷および副生成物の発生を最小限に抑えるために、第２キャパシタの静電容量は第１キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
アンテナモジュールは、第５点から第６点まで延びる第３単位ターンと、第７点から第８点まで延びる第４単位ターンとを含む第２単位アンテナを含んでもよい。第３単位ターンは第４単位ターンの内側に位置され、第６点は第７点に接続されてもよい。
第２キャパシタは、第４点と第５点との間に接続されてもよい。
第８点と電源の第２端子との間に接続された第３キャパシタをさらに含んでもよい。
第２キャパシタの静電容量は第３キャパシタの静電容量より小さくてもよい。
第１キャパシタの静電容量および第３キャパシタの静電容量の合成静電容量は、第２キャパシタの静電容量に対応してもよい。第１キャパシタの静電容量および第３キャパシタの静電容量の合成静電容量は、第２キャパシタの静電容量と実質的に同一であってもよい。
他の実施例によれば、誘電体チューブに結合されて電源から電力を供給されるアンテナモジュールとして、第１単位アンテナ、第１キャパシタ、および第２キャパシタを含むアンテナモジュールを提供することができる。
第１単位アンテナは、第１点から第２点まで延びる第１単位ターンと、第３点から第４点まで延びる第２単位ターンとを含んでもよい。第１単位ターンは第２単位ターンの内側に位置され、第２点は第３点に接続されてもよい。
第１キャパシタは、第１単位ターンの第１点に接続され、電源の第１端子と第１点との間に接続することができる。
第２キャパシタは、電源の第２端子と第４点との間に接続することができる。第２キャパシタの静電容量は第１キャパシタの静電容量と異なってもよい。
アンテナモジュールは、第２単位ターンの第４点と第２キャパシタとの間に接続された第３キャパシタをさらに含んでもよい。
一方、アンテナモジュールは、第５点から第６点まで延びる第３単位ターンと、第７点から第８点まで延びる第４単位ターンとを含む第２単位アンテナをさらに含んでもよい。第３単位ターンは第４単位ターンの内側に位置され、第６点は第７点に接続されてもよい。
第３キャパシタは、第４点と第５点との間に接続されてもよい。第２キャパシタは、第８点と電源の第２端子との間に接続されてもよい。
第１キャパシタの静電容量および第２キャパシタの静電容量の合成静電容量は、第３キャパシタの静電容量に対応してもよい。第１キャパシタの静電容量および第２キャパシタの静電容量の合成静電容量は、第３キャパシタの静電容量と実質的に同一であってもよい。
第１キャパシタの静電容量、第２キャパシタの静電容量、第３キャパシタの静電容量は、図３８～図４０の説明と同様に理解することができる。
４．３ プラズマ放電動作時の電圧分布
以下では、末端キャパシタの静電容量に応じた単位アンテナのリアクタンス成分の電位の絶対値について説明する。
図３８は、一実施例によるアンテナモジュールに印加される電位分布を説明するための図である。
図３８は、一実施例によるアンテナモジュールおよびアンテナモジュールのリアクタンス成分の電位を説明するための図である。図３８は、周波数約３ＭＨｚ、電流２０Ａの条件下で、第１末端キャパシタＣ１の静電容量が第２末端キャパシタＣ２の静電容量より大きい場合のアンテナモジュールのリアクタンス成分に印加される電圧を簡略に示したものである。このとき、第１点Ｐ１の電位は－１００Ｖ、第２点Ｐ２における電位は１００Ｖと測定された。
プラズマ放電時に、アンテナによって形成される電界とプラズマの蓄電結合によってプラズマが誘電体チューブに衝突して副生成物を発生させるのを最小限に抑えるために、末端キャパシタの静電容量を適切に調整することができる。図３８で説明する図面は、末端キャパシタの静電容量が副生成物を最小化するように決定されたアンテナモジュールおよびアンテナモジュールのリアクタンス成分の電位を簡略に示したものである。
図１１と比較すると、図１１に関連して例示されるアンテナモジュールは、両側の末端キャパシタの合成静電容量と層間キャパシタの静電容量が互いに対応するように用意されたという点で、図３８に例示されるアンテナモジュールと同様であり、両側の末端キャパシタの静電容量が同一に体現されるという点で、図３８に関連して説明されるアンテナモジュールとは異なる。
図１１に例示されるアンテナモジュールは、アンテナのリアクタンス成分に印加される電圧（すなわち、アンテナの末端間に印加される電圧）が相殺されるように、１つの末端キャパシタのリアクタンス成分に印加される電圧が、単位アンテナのリアクタンス成分に印加される電圧の半分に対応するように設計されてもよい。これに対して、図３８に例示されるアンテナモジュールは、アンテナモジュールを構成する単位アンテナの最内側のターンに対応するリアクタンス成分の電位が最小となるように、両側の末端キャパシタの静電容量が異なるように構成されてもよい。
図３８に例示されるアンテナモジュールは、第１末端キャパシタＣ１のリアクタンス成分に印加される電圧と第２末端キャパシタＣ２のリアクタンス成分に印加される電圧が異なるように構成することができる。
一実施例によるアンテナモジュールは、第１単位アンテナの最内側のターンに接続された第１末端キャパシタＣ１のリアクタンス成分に印加される電圧が第２単位アンテナの最外側のターンに接続された第２末端キャパシタＣ２のリアクタンス成分に印加される電圧よりも小さいように構成することができる。
一実施例によるアンテナモジュールは、第１単位アンテナの最内側のターンに接続された第１末端キャパシタＣ１の静電容量が第２単位アンテナの最外側のターンに接続された第２末端キャパシタＣ２の静電容量よりも大きいように用意することができる。
一実施例によるアンテナモジュールは、第１静電容量を有する第１末端キャパシタに接続された第１単位アンテナの最内側のターンのリアクタンス成分の電位の大きさが、第１静電容量より小さい第２静電容量を有する第２末端キャパシタに接続された第２単位アンテナの最外側のターンのリアクタンス成分の電位の大きさよりも小さいように用意することができる。
一実施例によるアンテナモジュールは、単位アンテナの最内側に位置する第１単位ターンのリアクタンス成分の電位の大きさが単位アンテナの最外側に位置する第２単位ターンのリアクタンス成分の電位の大きさよりも小さいように用意することができる。
一実施例によるアンテナモジュールは、電源（例えば、第１末端キャパシタの単位アンテナに接続されていない末端、または接地）との関係で電位差が最小になる点が単位アンテナの最内側に位置する第１単位ターンに位置され、電源との関係で電位差が最大になる点が単位アンテナの最外側に位置する第２単位ターンに位置されてもよい。図３８を参照すると、アンテナモジュールは、単位アンテナにおいてリアクタンス成分の電位がゼロとなる点（すなわち、電圧との関係で電位差が最小となる点）が図１０と比較したときよりも第１末端キャパシタＣ１または電源に近接するよう用意されてもよい。すなわち、電位がゼロになる点が単位アンテナの最内側のターン（すなわち、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２との間）に位置するように、末端キャパシタの静電容量を調整してもよい。これにより、誘電体チューブに最も近い最内側のターンに印加される電圧による誘電体チューブの損傷およびそれに伴う副生成物の発生を低減することができる。
図３９は、他の実施例によるアンテナモジュールおよびアンテナモジュールのリアクタンス成分に印加される電圧を簡略に示したものである。図３９は、周波数約３ ＭＨｚ、電流２０Ａの条件下で、第１末端キャパシタＣ１が省略された場合のアンテナモジュールのリアクタンス成分に印加される電圧を簡略に示したものである。このとき、第１点Ｐ１における電位は０Ｖ、第２点Ｐ２における電位は２００Ｖと測定された。
図３９に例示するアンテナモジュールは、第１末端キャパシタＣ１が省略され、第２末端キャパシタＣ２の静電容量が層間キャパシタの静電容量と同一である場合を基準として例示したものである。図３９を参照すると、第１点Ｐ１から第２点Ｐ２まで延びる第１単位ターン（最内側のターン）のリアクタンス成分に印加される電圧は、図３８に例示するアンテナモジュールの第１ターンのリアクタンス成分に印加される電圧より大きくてもよい。
図３８と図３９を一緒に参照すると、第１末端キャパシタの値を適切に決定して、最内側のターンのリアクタンス成分の一点における電位の絶対値を減少させる可能性があることを確認することができる。
図４０は、他の実施例によるアンテナモジュールおよびアンテナモジュールのリアクタンス成分に印加される電圧を簡略に示したものである。
図４０は、周波数約３ ＭＨｚ、電流２０ Ａの条件下で、第１末端キャパシタＣ１の静電容量よりも第２末端キャパシタＣ２の静電容量が小さい場合のアンテナモジュールのリアクタンス成分に印加される電圧を簡略に示したものである。このとき、第１点Ｐ１における電位は－７００Ｖ、第２点Ｐ２における電位は－５００Ｖと測定された。
図４０に例示するアンテナモジュールはプラズマ放電を補助するために使用することができる。図４０に例示するアンテナモジュールは、アンテナモジュールの最内側のターンのリアクタンス成分の一点における電位の絶対値が最大になるようにして、プラズマ放電がよりスムーズに起こるように補助することができる。
プラズマ放電を補助するために、第１末端キャパシタＣ１の静電容量は、第２末端キャパシタＣ２の静電容量よりも小さく用意されてもよい。第１末端キャパシタＣ１と第２末端キャパシタＣ２の合成静電容量は、層間キャパシタの静電容量に対応してもよい。
以上のように実施例が限定された実施例と図面によって説明されたが、当該技術分野の当業者ならば上記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術は、説明された方法とは異なる順序で実行され、および／または説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合または組み合わせたり、他の構成要素または均等物によって取替または置換されても適切な結果を達成することができる。
したがって、他の構成、他の実施例及び特許請求の範囲と同等のものも後述する特許請求の範囲の範囲に属する。

Claims (20)

  1. 第１モードおよび第２モードを含む複数の動作モードを有するプラズマ放電を行うプラズマ生成装置であって、第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備え、前記動作モードが第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導し、前記動作モードが第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導し、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第１周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量に応じて決定される第１共振周波数に対応する、プラズマ生成装置。
  2. 前記第１電源装置は、第１インピーダンスを有する第１マッチング素子を含む、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
  3. 前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数を有する電力信号に基づいて前記第１プラズマ放電を実行し、前記第１周波数は、前記第１インピーダンス、前記第１インダクタンス、および前記第１静電容量に基づいて決定される前記第１共振周波数に対応する、請求項２に記載のプラズマ生成装置。
  4. 前記第２電源装置は、第２インピーダンスを有する第２マッチング素子を含み、前記動作モードが第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数を有する電力信号に基づいて前記第２プラズマ放電を実行し、前記第２周波数は、前記第２インピーダンス、前記第１インダクタンス、および前記第１静電容量に基づいて決定され、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数に対応する、請求項３に記載のプラズマ生成装置。
  5. 前記第２共振周波数は前記第１共振周波数よりも大きく、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧である第１電圧は、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧である第２電圧よりも小さい、請求項４に記載のプラズマ生成装置。
  6. 前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１単位コイルの両端間の電圧は、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧に対応する、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
  7. 前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧は、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧よりも小さい、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
  8. 前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第１電流の大きさは、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第２電流の大きさよりも小さい、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
  9. 前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は第１電力であり、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は前記第１電力より小さい第２電力である、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
  10. 第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置と、前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置と、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備えるプラズマ生成装置の制御方法において、前記アンテナモジュールに第１周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第１モードで動作するステップと、前記アンテナモジュールに第２周波数を駆動周波数としてＲＦ電力を提供する第２モードで動作するステップと、を含み、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第２周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量によって決定される第２共振周波数に対応する、プラズマ生成装置の制御方法。
  11. 前記第２電源装置は、第２インピーダンスを有する第２マッチング素子を含み、前記第２モードで動作するステップは、前記第１インダクタンス、前記第１静電容量、および前記第２インピーダンスに基づいて決定される前記第２共振周波数に対応する前記第２周波数を駆動周波数として動作することを含む、請求項１０に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  12. 前記第１電源装置は、第１インピーダンスを有する第１マッチング素子を含み、前記第１モードで動作するステップは、前記第１インダクタンス、前記第１静電容量、および前記第１インピーダンスに基づいて決定される第１共振周波数に対応する前記第１周波数を駆動周波数として動作することを含む、請求項１１に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  13. 動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は第１電力であり、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールで消費される電力は前記第１電力より大きい第２電力である、請求項１２に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  14. 動作モードが前記第１モードである場合、前記第１単位コイルの両端間の電圧は、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧に対応する、請求項１０に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  15. 動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第１電流の大きさは、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールに流れる第２電流の大きさよりも小さい、請求項１０に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  16. 動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールに流れる電流を取得するステップと、前記アンテナモジュールに流れる電流が基準値以下である場合、前記動作モードを前記第２モードに変更するステップと、をさらに含む、請求項１０に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  17. 動作モードが前記第１モードである場合、前記第１電源装置のインバータに流れる電流を取得するステップと、前記第１電源装置のインバータに流れる電流が基準値以下である場合、前記動作モードを前記第２モードに変更するステップと、をさらに含む、請求項１０に記載のプラズマ生成装置の制御方法。
  18. 動作モードが第１モードである場合に第１周波数範囲内で周波数を変更可能な第１電源装置から電力を供給され、前記動作モードが第２モードである場合に前記第１周波数範囲とは少なくとも一部が異なる第２周波数範囲内で周波数を変更可能な第２電源装置から電力を供給されてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、誘電体チューブと、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第１単位コイル、前記誘電体チューブの周りに少なくとも１回巻き付ける第２単位コイル、および前記第１単位コイルと前記第２単位コイルとの間に直列接続される第１コンデンサを含むアンテナモジュールと、を備え、前記動作モードが前記第１モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第１周波数範囲内の第１周波数を有する電力信号に基づいて第１プラズマ放電を誘導し、前記動作モードが前記第２モードである場合、前記アンテナモジュールは前記第２周波数範囲内の第２周波数を有する電力信号に基づいて第２プラズマ放電を誘導し、前記第１単位コイルおよび前記第２単位コイルは第１インダクタンスを有し、前記第１コンデンサは第１静電容量を有し、前記第１周波数は前記第１インダクタンスおよび前記第１静電容量に基づいて決定される第１共振周波数に対応する、プラズマ生成装置。
  19. 前記動作モードが前記第１モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧は、前記動作モードが前記第２モードである場合の前記アンテナモジュールの両端間の電圧よりも小さい、請求項１８に記載のプラズマ生成装置。
  20. 前記動作モードが前記第１モードである場合、前記第１単位コイルの両端間の電圧は、前記第１コンデンサに接続されていない前記第１単位コイルの一端と前記第１コンデンサに接続されていない前記第２単位コイルの一端との間の電圧に対応する、請求項１８に記載のプラズマ生成装置。
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