KR20010034882A

KR20010034882A - Apparatus for coupling power into a body of gas

Info

Publication number: KR20010034882A
Application number: KR1020007013084A
Authority: KR
Inventors: 이안 맥도날드 그린
Original assignee: 데이비드 지. 훌션; 센트랄 리서치 라보레토리스 리미티드
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2001-04-25
Also published as: JP2002517079A; EP1080614A1; GB9811081D0; CA2332860A1; WO1999062308A1

Abstract

가스 방전을 제공하기 위하여 유도에 의해 가스체에 파워를 결합하기 위한 장치는 각각 가늘고 긴 도체에 의해 구성되는 두 코일(1,2)을 포함하는 인덕터를 가지는 회로장체 결합된 a/c 파워의 소스를 포함하며, 상기 도체는 인덕터의 각 반대측에 히로장치에 결합된 일단부를 가지며 다른 단부는 유동 전위에 있다. 인덕터의 인덕턴스와 함께 코일들 사이의 상호 캐패시턴스는 1㎒보다 크고 100㎒보다 작은 공진 주파수를 가지는 평형 자기공진회로를 구성한다. 이 배열은 공진 주파수에서 온도 변화를 감소시키고 원하지 않는 r.f. 방사를 줄일 수 있다.A device for coupling power to a gas body by induction to provide a gas discharge is a circuit-length coupled source of a / c power with an inductor comprising two coils (1, 2), each of which is constituted by an elongated conductor. Wherein the conductor has one end coupled to the hero device on each opposite side of the inductor and the other end is at flow potential. The mutual capacitance between the coils together with the inductance of the inductor constitutes a balanced magnetic resonance circuit having a resonance frequency of greater than 1 MHz and less than 100 MHz. This arrangement reduces the temperature change at the resonant frequency and reduces unwanted r.f. Emission can be reduced.

Description

Apparatus for coupling power to gas bodies {APPARATUS FOR COUPLING POWER INTO A BODY OF GAS}

무선 주파수 가스 방전은 가벼운 박막 증착 및 에칭과 같은 다양한 기술분야에 사용된다. 이러한 가스 방전의 구동 회로는 직렬 캐패시터를 포함하는 직렬 동조 회로의 일부로서 결합 인덕터를 갖는다. 이 회로는 방전을 일으키는데 필요한 고전압을 생성하기 위해 그 공진 주파수에서 구동된다. 방전을 일으킨 후에, 인덕터의 전류는 변환 동작(즉, 유도적으로)에 의해 도전 가스 플라즈마에 결합되고, 따라서 플라즈마는 공진 회로를 로딩하고 공진 전압을 감소시킨다.Radio frequency gas discharges are used in a variety of technical fields, such as light film deposition and etching. This gas discharge drive circuit has a coupled inductor as part of a series tuning circuit including a series capacitor. This circuit is driven at its resonant frequency to produce the high voltage needed to cause the discharge. After causing the discharge, the current in the inductor is coupled to the conductive gas plasma by a conversion operation (ie, inductively), so that the plasma loads the resonant circuit and reduces the resonant voltage.

동조회로를 완성하기 위해 이러한 구동회로에 사용되는 직렬 캐패시터는 여러가지 결점을 가진다. 예를 들면, 가스 방전이나 플라즈마를 일으키기 위하여, 에를 들면 수천 볼트와 같은 고전압이 필요할 수 있다. 저비용의 캐패시터는 이러한 전압에 의존하는 상당한 온도를 가지며 이는 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 캐패시터의 배치는 인쇄 회로 기판의 브레이크다운의 위험때문에 문제가 될 수 있다. 그밖에도, 코일에 접속된 캐패시터 측상의 공진 노드는 코일에 "핫" 단부를 형성하여, 동작시에 r.f. 방사의 문제가 커지게 된다.The series capacitors used in these drive circuits to complete the tuning circuit have several drawbacks. For example, a high voltage, such as thousands of volts, may be needed to generate a gas discharge or plasma. Low cost capacitors have a significant temperature dependent on this voltage, which can change the resonant frequency. The placement of capacitors can be problematic due to the risk of breakdown of the printed circuit board. In addition, the resonant node on the capacitor side connected to the coil forms a "hot" end in the coil, and in operation r.f. The problem of radiation becomes large.

가스체에 파워를 결합하고 r.f 방사의 문제를 최소화하기 위한 공지된 장치는 US 5,525,871호에 개시되어 있다.Known devices for coupling power to gas bodies and minimizing the problem of r.f radiation are disclosed in US Pat. No. 5,525,871.

본 발명은 가스체를 가지는 공간을 에워싸는 도체의 복수의 권수를 포함하는 인덕터를 가지는 회로장치에 결합된 a/c 파워의 소스를 포함하는, 가스 방전을 제공하기 위해 유도에 의해 가스체에 파워를 결합하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 배타적이지 않지만 무선 주파수에서 a/c 파워의 결합에 관한 것이다.The invention includes a source of a / c power coupled to a circuit arrangement having an inductor comprising a plurality of turns of conductors surrounding a space having a gas body, thereby providing power to the gas body by induction to provide gas discharge. To a device for coupling. In particular, the invention is not exclusive but relates to the combination of a / c power at radio frequencies.

도1은 본 발명에 따른 제1 인덕터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a first inductor in accordance with the present invention.

도2는 본 발명에 따른 제2 인덕터의 단면도.2 is a cross-sectional view of a second inductor in accordance with the present invention.

도3은 본 발명에 따른 제3 인덕터의 단면도.3 is a sectional view of a third inductor according to the present invention;

본 발명에 따르면, 청구범위 제1항 내지 4항에 규정된 바와 같은 장치가 제공된다. 이 장치는 두개의 인접한 코일 사이의 상호 캐패시턴스를 사용함으로써 별도의 직렬 캐패시터와 연관된 문제를 피하고 원하지 않는 r.f 방사 에너지를 최소화할 수 있다.According to the invention there is provided an apparatus as defined in claims 1 to 4. The device uses mutual capacitance between two adjacent coils to avoid the problems associated with separate series capacitors and minimize unwanted r.f radiation energy.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 통해 단면을 도시한다. 인덕터는 제1 코일(1)과 제2 코일(2)로 이루어지며, 바이필라(bifilar) 공진회로를 형성하기 위하여 와인딩이 제공된다. 두개의 코일을 형성하는 별도의 와이어들은 도면에서 해칭된 상이한 패턴을 가지는 것으로 도시되어 있다. 회로는 a/c 파워(3)의 소스를 포함하며, 도면에는 가스 방전이 코일로부터 유도결합에 의해 유지되는 가스체(4)가 도시되어 있다. 공진 회로의 유도 성분은 각각의 일단이 어떤 것에도 접속되어 있지 않아 유동전위에 있다 할지라도 제1 코일이나 제2 코일의 인덕턴스이다. 공진 회로의 용량 성분은 제1 코일과 제2 코일 사이의 분배된 와인딩간 캐패시턴스로부터 형성된다. 이 캐패시턴스는 일반적으로 온도의 강한 함수가 아니다.Figure 1 shows a cross section through a first embodiment of the present invention. The inductor consists of a first coil 1 and a second coil 2, and a winding is provided to form a bifilar resonant circuit. Separate wires forming the two coils are shown to have different patterns hatched in the figures. The circuit comprises a source of a / c power 3, in which the gas body 4 is shown in which gas discharge is maintained by inductive coupling from the coil. The inductive component of the resonant circuit is the inductance of the first coil or the second coil even if one end is not connected to any one and is in the flow potential. The capacitive component of the resonant circuit is formed from the distributed interwinding capacitance between the first coil and the second coil. This capacitance is generally not a strong function of temperature.

사용시에, 제1 코일에 들어가는 r.f. 전류는, 제1 코일의 먼 단부(유동 단부)에 의해 모든 전류가 제2 코일로 전달되어 전류가 제2 코일의 비-유동단부를 경유하여 존재하게 되는 방법으로, 제1 코일을 따라 부분적으로 그리고 와인딩간 캐패시턴스를 경유하여 부분적으로 제2 코일에 흐른다.In use, r.f. entering the first coil. The current is partially along the first coil in such a way that all current is delivered to the second coil by the far end (flow end) of the first coil such that the current is present via the non-flow end of the second coil. And partly flows to the second coil via the capacitance between windings.

고 공진전압은 절연되어야 하는 두 코일의 비접속(유동) 단부에 전개된다. 코일들의 두 유동 단부에서의 전압은 반대 위상이며, 그러므로 단부들이 외부 캐패시터를 가지는 불균형한 종래의 배열과 비교하여 서로 가깝게 배치될 경우 원하지 않는 r.f. 방사가 감소하게 된다.High resonant voltages develop at the disconnected (flowing) ends of the two coils to be insulated. The voltages at the two flow ends of the coils are in opposite phase, and therefore are not desired when the ends are placed close to each other in comparison to an unbalanced conventional arrangement with an external capacitor. Emission is reduced.

다수의 상이한 실제 와인딩 배열은 저렴한 외부 캐패시터보다 낮은 온도로 변화하는 와인딩간 캐패시턴스를 제공할 수 있다.Many different actual winding arrangements can provide inter-winding capacitances that vary to lower temperatures than inexpensive external capacitors.

적당한 공진 주파수를 가지는 공진 회로의 제공에 의해, 코일/와인딩은 플라즈마를 일으키기에 적당한 전계와, 가스 플라즈마에 효율적인 유도결합을 하기에 적당한 유도계(inductive field)를 제공하여야 한다. 도2 및 도3은 도1에 도시된 배열과 비교하여 상당히 다른 전계 프로파일을 제공하는 본 발명에 따라 와인딩의 두개의 다른 실시예를 도시한다. 이들 배열은 방전을 일으키는데 유리할 수 있다.By providing a resonant circuit having a suitable resonant frequency, the coil / winding must provide an electric field suitable for generating a plasma and an inductive field suitable for efficient inductive coupling to the gas plasma. Figures 2 and 3 show two different embodiments of windings in accordance with the present invention which provide a significantly different electric field profile compared to the arrangement shown in Figure 1. These arrangements can be advantageous for causing a discharge.

도1에 도시된 배열들의 예는 무전극 램프로서 사용하기 위해 네온을 포함하는 직경 28mm의 투명한 유리 엔벨로프(28)상에 직접 두개의 코일의 각각에 대해 두께 0.25mm의 PTEE 코팅된 와이어의 12회 와인딩함으로써 구성되었다. 이 예에서, 공진 주파수는 10.9 ㎒이고 와인딩간 캐패시턴스는 50pF 정도이다. 적당한 코일간 캐패시턴스를 가지는 인덕터는 대략 1 내지 100㎒ 사이의 공진 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다.The example of the arrangements shown in FIG. 1 shows 12 times of PTEE coated wire 0.25 mm thick for each of the two coils directly on a 28 mm diameter transparent glass envelope 28 containing neon for use as an electrodeless lamp. It was constructed by winding. In this example, the resonant frequency is 10.9 MHz and the inter-winding capacitance is on the order of 50 pF. Inductors with suitable inter-coil capacitance can be configured to operate at resonant frequencies between approximately 1 to 100 MHz.

코일들은 바람직하게는 바이필라 와인딩을 포함하며, 두개의 코일은 사용시에 단일 RF 커플러로서 작용하고, 각 코일의 일단부는 개방회로로 된다. 이러한 배열의 이점은 사용시에 장치의 절연부분상에 전계의 형성에 의해 초래된 정전기 손상이 최소화된다는 것이다.The coils preferably comprise a bifila winding, with the two coils acting as a single RF coupler in use, one end of each coil being an open circuit. The advantage of this arrangement is that in use the electrostatic damage caused by the formation of an electric field on the insulated parts of the device is minimized.

Claims

Of a / c power 3 coupled to a circuit arrangement having an inductor comprising a plurality of turns of conductors enclosing a space with a gaseous body, the inductor comprising two coils (1) formed by respective elongated conductors; 2. An apparatus for coupling power to a gas body by induction to provide a gas discharge, comprising:

The conductors each having one end coupled to a circuit arrangement on either side of the inductor and the other end at a flow potential.

The apparatus of claim 1, wherein the mutual inductance between the two coils and the inductance of the inductor comprise a balanced magnetic resonance circuit.

The apparatus of claim 1 or 2, wherein the frequency of the a / c power source is greater than 1 MHz and less than 100 MHz.

The apparatus of claim 1, wherein the two coils are arranged to include a bifila winding.

An electrodeless lamp having a drive circuit comprising the device according to any one of claims 1 to 4.