KR20200055068A

KR20200055068A - 플라즈마 점화를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20200055068A
Application number: KR1020207011244A
Authority: KR
Inventors: 조쉬 판크라츠; 크레이그 린
Original assignee: 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-05-20
Also published as: TWI790289B; US20190096633A1; KR102361417B1; CN111263858B; CN111263858A; WO2019067451A1; TW202324490A; US10475622B2; TW201923818A

Abstract

본 개시는 일반적으로, 특히 비정상 이벤트가 검출될 때, 부하에 대한 에너지 분포를 제어하는 것에 관한 것이다. 본 개시의 이점은 방전 이벤트의 길이를 최소화하고, 전기 방전의 영향을 완화시키며, 플라즈마의 점화를 유도하는데 있어서의 개선을 포함한다. 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 챔버 내에서 동작 조건의 제어를 개선하고 챔버에서 플라즈마 점화를 보다 신속하게 개시하는 능력을 개선한다.

Description

플라즈마 점화를 위한 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호-참조

이 PCT (Patent Cooperation Treaty) 특허 출원은 2017 년 9 월 26 일자로 출원된 발명의 명칭이 "UTILIZING ARC MANAGEMENT TO IMPROVE PLASMA IGNITION IN LOWER PRESSURE ENVIRONMENTS" 인 미국 특허 출원 제 62/563,504 호에 관한 것이고, 이를 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 통합된다.

기술 분야

본 개시는 일반적으로 플라즈마 발생기에서 플라즈마를 점화하는 것을 교시한다. 보다 구체적으로, 본 개시는 저압 환경에서 플라즈마를 점화하는 것을 교시한다.

자연 및 플라즈마 발생기에서, 전하는 전자의 이동 또는 이온의 이동에 의해 이동할 수 있다. 플라즈마는 가스 이온의 이동을 특징으로 하고, 플라즈마 제조 프로세스들은 제품이 제조될 때 가스 이온의 이동들에 의존한다.

플라즈마 제조와 연관된 문제는 더 낮은 압력 조건들에서 플라즈마 상태를 개시하기가 어렵다는 점이다. 저압에서의 점화 어려움은 챔버 내의 가스가 낮은 밀도로 존재한다는 것이며, 이 경우 비교적 적은 가스 이온들 및 중성 원자들이 충돌에 이용가능하다는 점에 관련될 수 있다. 이러한 종류의 충돌은 이온화 레벨을 생성하는 이온화 충돌로 지칭된다. 충분한 충돌 없이는, 플라즈마를 점화하기에 필요한 정도의 이온화가 실현되지 않을 수도 있다. 더 낮은 압력에서의 플라즈마를 점화하는 어려움은 또한 프로세싱 챔버의 토폴로지에 관련될 수 있고, 이온들 및 중성 원자들의 이동은 플라즈마를 점화하기에 최적이 아닐 수도 있다. 또한, 이러한 전압이 플라즈마 동안에 제조되고 있는 제품에 손상을 가할 수도 있기 때문에 특정 제조 프로세스와 연관된 다른 제약들은 충분한 점화 전압 레벨들이 플라즈마 챔버에 제공되는 것을 막을 수도 있다.

특정 형태들의 플라즈마 프로세스들이 더 낮은 압력들에 최적화되어 있고 플라즈마 점화가 더 낮은 압력에서 개시하는 것이 더 어렵기 때문에, 저압 조건들에서 플라즈마 상태를 더 쉽게 점화 또는 재점화하는 시스템들 및 방법들이 요구된다. 더 낮은 환경들에서 플라즈마를 점화하거나 또는 개시하는 것이 가능한 것과 연관된 이점들은 제조 프로세스의 증가된 제품 스루풋 및 자본 장비의 더 큰 활용을 포함한다. 이와 같이, 더 낮은 환경에서 플라즈마 점화를 개선하는 방법들 및 시스템들은 플라즈마 프로세싱 애플리케이션들의 동작에 유용하다.

이들 관찰을 고려할 때, 특히 본 개시의 양태가 고려되었다.

본 발명은 플라즈마 점화와 관련된 방법들, 장치, 및 전기 시스템들/회로들에 관한 것이다. 본 개시에 부합하는 방법은 플라즈마 챔버 점화 프로세스 동안에 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 점화될 때까지 플라즈마 챔버에 인가된 전압들을 제 1 전압 레벨로부터 제 2 전압 레벨로 변경하는 단계를 포함할 수도 있다. 챔버에 인가된 제 1 전압 레벨 및 제 2 전압 레벨 양쪽은 플라즈마를 유지하기 위한 DC 동작 전압과는 상이한 전압들일 수도 있고 DC 동작 전압은 제 1 전압 레벨과 제 2 전압 레벨 사이인 전압 레벨일 수도 있다. 일 예에서, 제 1 및 제 2 전압 레벨은 전력 공급 장치로의 리턴 레일일 수도 있는, 제 2 레일 전압으로의 스위치 동작을 통하여 레일 전압 (예를 들어, 일정 DC 전압) 을 션트하는 것에 의해 실현된다. 다른 예에서, 커패시터를 충전하고 챔버에 레일 전압을 제공한 다음 제 2 (리턴) 레일에 커패시터를 접속하는 것에 의해 커패시터에 스위칭된 전압을 챔버에 제공하기 위해 스위치들에 교번하여 커플링하는 커패시터 충전/방전 동작에 의해 상부 레일 전압의 극성이 예를 들어, 음에서 양으로 변경된다.

본 개시에 부합하는 장치는 제어기 및 하나 이상의 스위치들을 포함할 수도 있고, 이 스위치들은 트랜지스터를 포함하는 여러 형태들의 전기 스위칭 엘리먼트들로 이루어질 수 있고 여기서 제어기는 플라즈마 챔버 점화 프로세스 동안에 하나 이상의 스위치들을 폐쇄 및 개방하는 것에 의해 플라즈마 챔버에 인가되는 전압들을 제어가능하게 변경할 수도 있다. 이러한 플라즈마 챔버 점화 프로세스는 플라즈마가 플라즈마 챔버에서 점화되기 시작하는 것으로 식별될 때까지 제 1 전압 레벨로부터 제 2 전압 레벨로 플라즈마 챔버에 인가되는 전압을 변경하는 것을 포함할 수도 있다. 챔버에 인가된 제 1 전압 레벨 및 제 2 전압 레벨 양쪽은 플라즈마 챔버의 공칭 동작 전압과는 상이한 전압들일 수도 있고 공칭 동작 전압은 제 1 전압 레벨과 제 2 전압 레벨 사이인 전압 레벨일 수도 있다.

본 개시에 부합하는 장치는 또한 직류 (DC) 플라즈마 챔버와 전력 공급 장치 사이에 전기 링크를 형성하는, 전압 공급 장치의 제 1 및 제 2 (또는 리턴) 레일을 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 리턴 레일들은 또한, 상부 레일 및 하부 (또는 리턴) 레일로서 지칭될 수도 있다. 이러한 장치는 양의 레일을 챔버에 또는 전력 공급 장치의 (다이오드를 통한) 양의 레일로부터 음의 레일로 전기적으로 커플링하는 복수의 스위치들을 포함할 수도 있다. 또는, 스위치들은 커패시터를 교번하여 충전한 다음, 플라즈마 전압의 극성을 역전시키기 위해 충전된 커패시터를 사용하기 위해 배열될 수도 있다. 복수의 스위치들은 DC 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 점화될 때까지 DC 플라즈마 챔버에 제 1 전압, 그 다음 제 2 전압이 인가되게 하는 시퀀스로 제 1 스위치 구성과 제 2 스위치 구성 사이에서 스위칭하도록 제어기에 의해 제어될 수도 있다.

도 1 은 플라즈마 프로세싱 시스템에 대한 전력 공급 회로의 블록다이어그램이다.
도 2 는 본 개시에 부합하는 예시적인 블록의 전력 공급 회로의 회로 다이어그램이다.
도 3a 는 플라즈마 점화 시퀀스 동안 전압의 변화를 예시하는 예시적인 타이밍 다이어그램이다.
도 3b 는 본 개시에 부합하는 전압 역전 동작 동안에 플라즈마 점화 시퀀스 동안의 전압의 변화를 예시하는 예시적 타이밍 다이어그램이다.
도 4 는 본 개시의 실시형태들을 구현하는데 사용될 수도 있는 연산 시스템의 일 예를 예시하는 다이어그램이다.

본 개시는 일반적으로 부하에 대한 에너지 분배를 제어하는 것, 및 특히 플라즈마 부하를 점화하고 유지하는 것에 관한 것이다. 본원에 개시된 시스템 및 방법들의 일 특정 이점은 비교적 저압의 플라즈마 점화 및 유지에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 이점들은 이들에 제한되는 것은 아니지만, 통상적인 수단에 의해 가능한 것보다 플라즈마 발생기에서 플라즈마 점화를 저압 환경에서 일관되고 신속하게 유발시키는 것을 포함한다. 이는 저압에서 수행되는 제조 프로세스를 개시 또는 유지하기 위해 요구될 수도 있다. 본 개시에 부합하는 방법들 및 시스템들은 챔버 내에서 동작 조건들의 제어를 개선하고 플라즈마 챔버에서 플라즈마 점화를 보다 신속하게 개시하는 능력을 개선한다.

본 개시에 부합하는 전압 변경 회로는 보다 효율적으로 그리고 효과적으로 플라즈마 점화를 개시하기 위하여 플라즈마 챔버에 인가되는 전압을 변경할 수도 있다. 일 예에서, DC 플라즈마 전압은 회로에 의해 레일로부터 전류를 다이버트 (션트) 하는 것에 의해 초기에 펄싱된다. 초기 펄싱된 DC 점화 전압은 저압 환경들에서 플라즈마를 보다 양호하게 점화할 수 있다. 일반적으로 말하면, Paschen의 곡선에 기초하여, 전압들을 (일부 예들에서는 음으로) 증가시키는 것은 감소하는 압력에서 플라즈마를 점화시키는데 요구된다. 일부 사례들에서, 요구되는 전압들은 허용가능한 챔버 전압들을 초과하거나 또는 그 근방에 있어, 점화를 어렵게 한다. 그 외의 DC 플라즈마 시스템의 점화 시퀀스에서 여기 (펄싱) 에 의해 전자들은 플라즈마 점화를 야기하는 이온화 이벤트의 우도를 증가시키는 챔버 주변에 분포된다. 일 예에서, 약 1 millitorr 의 챔버 압력은 통상의 DC 시스템들에서 플라즈마 점화가 어렵게 되는 레벨이다. 일 특정 예에서, 에너지 방전 또는 에너지 아킹을 완화하는데 사용되는 동일한 회로가 또한 플라즈마의 점화를 시작 또는 재시작하는데 적용될 수도 있다. 상이한 제어 방식들에도 불구하고 회로에 커플링된 제어기를 통하여, 저압 플라즈마 점화 루틴들이 아크 완화 및 회로를 사용하여 구동될 수도 있다.

도 1 은 챔버에 커플링된 전력 공급 장치를 포함하는 시스템의 예시적 블록 다이어그램을 예시한다. 도 1 의 시스템은 보다 확장된 플라즈마 프로세싱 시스템의 부분일 수도 있다. 구체적으로, 도 1 은 당해 기술 분야의 당업자에 알려진 임의의 여러 플라즈마 프로세싱 애플리케이션들을 용이하기 위해 공급 캐이블을 사용하여 펄싱된 DC 전력을 플라즈마 챔버 (120) 에 인가하도록 배치될 수도 있는 전력 공급 장치 (110)(예를 들어, DC, 펄스-간격 변조된 전압원) 를 포함한다. 묘사된 바와 같이, 전력 공급 장치 (110) 는 또한 전압 변경 역전 회로 (130) 에 제어가능하게 접속된다.

도 1 에 예시된 컴포넌트들은 여러 수단들에 의해 구현될 수도 있고 구현은 도 1 의 묘사로부터의 외형에 있어서 상이할 수도 있다. 예를 들어, 묘사된 기능들은, 이들 별개의 기능들이 대응하는 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 구조들을 갖지 않을 수도 있도록 공유된 컴포넌트들에 의해 구현될 수도 있다. 또한, 묘사된 기능 컴포넌트들은 전력 공급 장치 주변에 공간적으로 분포된 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 실현될 수도 있다. 도 1 은 또한 인덕터 (L1) 뿐만 아니라, 별개의 컴포넌트들 또는 케이블의 인덕턴스 (또는 "케이블 인덕턴스") 를 포함할 수도 있는 인덕턴스 (L2) 를 포함한다. 전력 공급 장치 (110) 는 제 1 출력 (110A) 및 제 2 출력 (110B) 을 포함하고 있음을 주지한다. 인덕터 (L1) 는 전력 공급 장치 (110) 의 제 1 단자 (110A) 와 다른 컴포넌트들 사이에 임피던스들을 제공하는 것에 의해 전력 공급 장치 (110) 를 다른 컴포넌트들로부터 절연하는데 사용될 수도 있다. 위에 언급된 바와 같은 인덕턴스 (L2) 는 챔버 (120) 의 입력 단자 1 에 부착된 캐이블과 연관된 인덕턴스일 수도 있다. 보호 컴포넌트 (140) 는 챔버 (120) 의 단자 2 와, 전력 공급 장치 (110) 와 전압 변경 역전 회로 (130) 사이의 절연을 제공하기 위해 챔버 (120) 의 단자 2 에 커플링된다.

도시된 바와 같이, 도 1 의 컴포넌트들은 챔버 (120) 에서 보다 신뢰성있게 플라즈마를 점화시키도록 일반적으로 동작하는 전압 변경 역전 회로 (130) 를 포함한다. 추가적으로, 전압 변경 역전 컴포넌트 (130) 는 전기 아크가 검출될 때 챔버 (120) 에서 발생할 수도 있는 전기 아크들을 소멸시키는데 사용될 수도 있다. 전압 변경 역전 컴포넌트 (130) 는 제어기 (150) 의 제어 하에서 동작할 수도 있고, 여기서 제어기 (150) 는 션트 펄스를 제공하기 위해, 상부 레일이 챔버에 커플링되는지 또는 하부 레일에 커플링되는지 또는 역전 전압 (예를 들어, 양의 전압) 이 상부 레일에 인가되는지의 여부를 제어한다. 이와 같이, 제어기 (150) 는 주어진 순간에 얼마나 많은 전압이 챔버 (120) 에 인가되는지를 제어할 수도 있다. 이러한 전압들은 전력 공급 장치 (110) 의 단자들 (110A 및 110B) 양단에 걸쳐 공급되는 공칭 전압보다 크거나 공칭 전압보다 적을 수도 있거나 또는 공칭 전압에 대해 반대인 극성을 가질 수도 있다. 전압 변경 역전 컴포넌트 (130) 는 챔버 (120) 의 정상 동작 동안에 전력 공급 장치 (110) 에 의해 인가되는 공칭 전압과 동일한 또는 거의 동일한 (그러나 반대 극성을 갖는) 전압으로 전압을 역전시키거나 또는 공급 전압을 펄싱할 수도 있다. 펄싱 또는 전압 역전은 플라즈마 점화 프로세스 동안에 발생할 수도 있거나 또는 챔버 (120) 에서 검출되는 전기적 아크를 소멸시키기 위해 발생할 수도 있다.

또한, 전압 변경 역전 컴포넌트 (130) 에 의해 부여될 수도 있는 비교적 높은 역전 전압이 챔버 (120) 에서의 플라즈마 부하에 인가되는 것을 방지하기 위해 동작하는 보호 컴포넌트 (140) 가 도시되어 있다. 본 개시에 부합하는 보호 컴포넌트들은 여러 수단으로 구현될 수도 있고, 보호 컴포넌트 (140) 에 기초하여 큰 역전 아크 핸들링 전압이 챔버 (120) 에 인가되는 것을 방지하는 것을 도와 역전 전압이 전압 변경 역전 컴포넌트 (130) 에 의해 인가될 때 챔버 (120) 의 단자 2 로의 전류 플로우를 방지할 수도 있는 전류 제어된 스위치로서 통상적으로 동작할 것이다.

제어 컴포넌트 (150) 는 하드웨어, 하드웨어와 결합하는 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합들로 실현될 수도 있다. 제어 컴포넌트들은 통상의 컴퓨터들, 프로세서들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), 그래픽 프로세서들, 디지털 로직, 또는 아날로그 디바이스들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어 컴포넌트들은 응용 주문형 직접 회로 (ASICS) 또는 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들 (FPGAS) 을 포함하는 디바이스들에 의해 구현될 수도 있다. 본 개시에 부합하는 시스템들 및 방법들의 애플리케이션들은 이들이 제어된 플라즈마에 의존하는 시스템에서 아킹이 발생하는 다른 애플리케이션들에 유용할 수도 있기 때문에 플라즈마 제조 시스템들로 반드시 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 개시의 시스템들 및 방법들은 플라즈마 로켓 엔진의 성능 또는 활용을 최적화하는 것을 도울 수도 있다.

도 2 는 본 개시에 부합하는 예시적인 전력 공급 회로의 회로 다이어그램이다. 도 2 는 도 1 의 전력 공급 장치 회로의 예시적 구현을 묘사하지만, 그러나, 도 2 에서의 특정 구현은 보다 일반화된 묘사의 예시적 구현에 불과하며, 대안의 접근방식들이 도 1 에 예시된 컴포넌트들 뿐만 아니라 본원에 개시된 방법들을 실현하는데 사용될 수도 있음을 알아야 한다. 전력 공급 장치 (210) 는 제 1 접촉부 (210A) 및 제 2 접촉부 (210B) 로부터 챔버 (220) 의 전력 접촉부들 1 및 2 에 전력을 제공한다. 전력 공급 장치 (210) 와 챔버 (220) 사이에는 제어 회로 (250), 전압 변경 역전 회로 (230), 및 보호 다이오드 (D3) 가 있다. 전력 공급 장치 및 연관된 제 1 및 제 2 접촉부는 양 또는 음 (또는 그라운드) 일 수도 있고 또한, 상부 레일에서 음의 전압을, 하부 레일에서 더 낮은 전압과 함께, 제공하도록 구성될 수도 있다.

도 2 의 전압 변경-역전 회로는 챔버에 전압을 펄싱할 수도 있거나 또는 전압을 역전시킬 수도 있다. 챔버 (220) 에서 플라즈마를 점화하기 위하여, 스위치들 (S1 및 S2) 은 상이한 제어된 시퀀스들에 따라 스위칭될 수도 있다. 이들 시퀀스들은 챔버 (220) 에 인가된 전압을 변경할 수도 있다. 스위칭들 (S1 및/또는 S2) 은 상이한 방식들로 챔버에 인가되는 전압을 변경할 수도 있다. 션트 펄싱을 위하여, S1 또는 S2 는 상부 레일을 하부 레일에 접속하도록 폐쇄되어 챔버 전압을 강하시킬 수도 있다. 션트 펄싱 실시형태는 일방 또는 타방 다이오드 스위치 페어 단독 (예를 들어, S1 및 D2 단독 또는 D1 및 S2 단독) 을 포함할 수도 있고 커패시터를 수반하지 않는다. 컴포넌트들에 대한 응력을 감소시키기 위해, S1/D2 펄스 전도는 S2/D1 펄스 전도로 인터리브될 수도 있다 (예를 들어, 스위치 (S1) 를 폐쇄한 다음 스위치 (S2) 를 폐쇄하는 것과, S1 로 다시 되돌아오는 것 등 간의 스위칭에 의해 하나 걸러 펄스가 개시된다).

전압 역전에 대해, 회로는 전압 변경 역전 회로 (230) 에 의해 사용되기 위한 전압을 제공하기 위해 다이오드들 (D1 & D2) 을 통하여 전력 공급 장치 (210) 의 양의 레일 (210A) 및 음의 레일 (210B) 에 의해 충전될 수도 있는 커패시터 (C1) 를 포함한다. 전압 변경 역전 회로 (230) 는 또한 스위치들 (S1 및 S2) 을 포함할 수도 있다. 커패시터 (C1) 가 단자들/레일들 (210A 및 210B) 을 통하여 전력 공급 장치 (210) 에 의해 공급된 전압으로 또는 전압 근처로 충전될 때까지 스위치들 (S1 및 S2) 이 개방될 때 전류가 다이오드 (D1 및 D2) 및 커패시터 (C1) 를 통하여 흐르기 때문에 커패시터 (C1) 는 충전된다. 양쪽 스위치들을 폐쇄하는 것에 의해, 전압은 커패시터를 하부 레일에 접속하는 것에 의해 챔버에 대해 역전된다. 양쪽 스위치들을 개방하는 것에 의해, 커패시터는 재충전되고 공급 전압은 상부 레일 전압으로 복귀된다. 시퀀스는 일 기간 동안 또는 플라즈마 점화가 인식될 때까지 반복될 수도 있다.

위에 언급된 바와 같이, 전압 변경 역전 회로부 (230) 는 또한 아크들을 소멸하기 위해 사용될 수도 있다. 아크가 검출된 때의 사례에서, 전력 공급 장치 (210) 는 셧오프될 수도 있거나 또는 도 2 에 예시되지 않은 스위치들은 챔버 (220) 에 전기적으로 접속되는 것으로부터 전력 공급 장치 (210) 를 접속해제하는데 사용될 수도 있다. 아크 검출 후에, 스위치들 (S1 및 S2) 은 커패시터 (C1) 가 챔버 (220) 커넥터들 1 및 2 에 역전 전압을 인가하도록 폐쇄될 수도 있다. 다이오드 (D1) 에 접속된 커패시터 (C1) 의 일측이 보호 컴포넌트 (D3) 에 이때 전기적으로 접속되고 다이오드 (D2) 에 접속된 커패시터 (C1) 의 일측이 챔버 (220) 의 단자 1 에 이때 전기적으로 접속되기 때문에, 스위치들 (S1 및 S2) 의 폐쇄는 챔버 (220) 에 인가되는 전압을 역전시킨다. 또한, 스위치들 (S1 및 S2) 이 폐쇄될 때, 다이오드들 (D1 및 D2) 은 역전 전압 때문에 전도하는 것을 정지한다. 아킹이 역전 전압에 대해 반대인 극성을 갖는 전압이 존재할 것을 요구하기 때문에 역전 전압은 챔버 (220) 에 인가될 때, 챔버 (220) 내에서 검출되는 아킹과 연관된 전자들의 흐름을 고속으로 정지시킨다.

역전 전압이 챔버 (220) 에 제공될 때, 보호 컴포넌트 다이오드 (D3) 는 역전 전압에 기인하여 전류를 전도하는 것을 정지할 수도 있으며, 이로써, 일정 양의 역방향 전류가 챔버 (220) 를 통하여 흐르는 것이 방지될 수도 있다. 이는 이때 보호 다이오드 (D3) 가 역방향 바이어스될 수도 있기 때문이다. 이러한 보호 컴포넌트들로서, 도 1 의 유사 보호 컴포넌트 (140) 또는 도 2 의 예시적인 다이오드 (D3) 는 챔버를 관통하여 흐르는 부하 전류가 제로 암페어일 때 개방되거나 또는 전도성을 중단하는 전류 제어된 스위치로서 동작할 수도 있다. 여기서 다시, 본 개시에 부합하는 보호 컴포넌트들은 큰 역전 아크 핸들링 전압이 챔버 (220) 의 양쪽 단자들 1 및 2 양단에 걸쳐 직접 인가되는 것을 방지하는 것을 도울 수도 있는 전류 제어된 스위치로서 동작할 수도 있다.

플라즈마 개시의 시작 동안 또는 아크-핸들링 셧다운이 완료하며, 플라즈마 점화가 재시작되어야 한 후, 더 낮은 압력들에서 플라즈마 점화를 개선하기 위해 전압 변경 역전 회로 (230) 가 활용될 수도 있고, 여기서, 점화는 통상적으로 어려움이 있을 수도 있다. 저압에서의 점화 어려움은 챔버 내의 가스가, 비교적 적은 가스 이온들 및 중성 원자들이 충돌에 이용가능할 수 있는 낮은 밀도에서 존재하는 점에서 관련될 수 있다. 이러한 종류의 충돌은 이온화 레벨을 발생시키는 이온화 충돌들로 지칭되며; 충분한 충돌들이 없으면, 플라즈마를 점화하는데 필요한 이온화도가 실현되지 않을 수도 있다. 보다 낮은 압력들에서 플라즈마를 점화하는 어려움은 또한 프로세싱 챔버의 토폴로지에 관련될 수 있으며, 이온들 및 중성 원자들의 운동은 플라즈마를 점화하기 위해 최적화되지 않을 수도 있다. 또한, 임계 레벨 보다 큰 전압은 플라즈를 사용하여 제조되고 있는 제품에 손상을 가하는 것과 연관될 수도 있기 때문에 특정 제조 프로세스와 연관된 다른 제약들은 임계 레벨보다 더 큰 전압이 플라즈마 챔버에 제공되는 것을 방지할 수도 있다.

일 예에서, 저압 점화 회로 및 연관된 기술은 플라즈마 챔버에 대한 DC 전력 소스들을 활용하는 시스템들에서 특히 잘 동작할 수도 있다. 일 구현에서, 제어기 (250) 는 챔버에 인가된 레일 전압을 다이버트 또는 변경하기 위해 전력 공급 회로의 션트 동작을 개시하도록 스위치 (S1 또는 S2) 를 동작시킬 수도 있다. 션트 동작을 위하여, 아래 논의된 도 3a 에 도시된 바와 같이, S1 또는 S2 는 션트를 위하여 폐쇄될 수도 있거나, 또는 어느 컴포넌트 상의 응력을 분산 및 감소시키기 위하여 스위치 (S1) 를 폐쇄하는 것이 스위치 (S2) 를 폐쇄하는 것과 교번될 수도 있다. 도 2 의 스위칭 회로의 수정된 예에서, S1 및 D2 또는 D1 및 S2 의 조합만이 션트 회로로서 채택될 수도 있다. 션트 동작은 스위치 또는 스위치들을 제어가능하게 개방 및 폐쇄하는 것을 포함하며, 이는 선호되는 주파수에 있을 수도 있다. 일 예에서, 션트 펄스들은 약 -1900 볼트에 있고 약 1300 마이크로-초 (μsec) 의 체류 시간 및 1400 μsec 의 분리를 갖지만, 챔버 및 플라즈마 특성들, 프로세스 요건들 등에 따라 다른 무수한 가능성들이 있다. 이는 챔버 (220) 에 인가되는 가변 점화 전력 및 전압을 생성할 수 있으며, 가변 전압은 점화 사이클 동안 다수의 에지들을 갖는 파형과 연관될 수도 있다. 각각의 상승 또는 하강 에지는 플라즈마를 점화하기 위해 필요한 이온화도를 발생시키기에 상당히 충분한 이온화 충돌의 가능성을 증가시킬 수도 있다. 상승 또는 하강 에지들에 관련된 시간에 따른 전압 변화 (dV/dt) 가 클수록, 이동하는 이온들이 플라즈마 점화를 야기하도록 충돌하는 (충격을 주는) 가능성을 증가시킬 수도 있다. 특히, 주어진 주파수에서 스위치를 개방 및 폐쇄하는 것은 챔버 (220) 에 제공되는 상위 전압과 챔버 (220) 에 제공되는 하위 전압 사이에서 점화 전력의 다수의 트랜지션들을 제공한다. 챔버 (220) 양단에 걸쳐 상이한 전압들을 인가하는 것에 의해, 전자들은 챔버에 플라즈마 점화의 더 높은 가능성을 제공하는 챔버에 대한 입력들 사이에서 흐를 수 있다. DC 전력을 사용하는 통상의 전력 공급 시스템들은 가변 입력 점화 파형 (전압) 을 그 외의 DC 점화 신호 (전압) 로 인가하기 위해 스위칭 디바이스의 동작을 통하여 획득되는 입력들 사이의 전자 흐름을 실현하지 못할 수도 있다. 즉, 스위칭 디바이스 (예를 들어, 전압 변경 역전 회로 (230)) 의 동작을 통하여 챔버 (220) 에 인가된 DC 전압을 변경하는 것에 의해, 플라즈마 점화는 이러한 스위칭 점화 시스템을 갖지 않는 DC 전력을 활용하는 시스템들 보다 더 낮은 압력에서 발생할 수도 있다. 도 2 의 인덕터 (L1) 는 스위치 (S1 또는 S2) 의 어느 것이 점화 프로세스 동안 폐쇄될 때 챔버 (220) 에 인가되는 전압들로부터 전력 공급 장치 (210) 를 절연시키는 것을 도울 수도 있고 또한 아크 핸들링 능력들의 이점을 활용할 수도 있다.

도 3a 는 플라즈마 점화 시퀀스 동안 챔버 및 플라즈마로의 점화 전압의 변화를 예시하는 예시적인 타이밍 다이어그램이다. 도 3a 의 변경 전압은 예시적 파형이며, 여기서 플라즈마 챔버에 인가되는 전압은 플라즈마를 점화하도록 변경될 수 있다. 도 3a 의 파형은 주어진 주파수에서 스위칭하는 스위칭 디바이스 (이를 테면, 예를 들어, 도 2 의 전력 공급 회로의 스위치들 (S1 또는 S2)) 에 의해 실현될 수도 있다. 스위치 디바이스가 개방될 때 점화 전압은 시간들 T2 또는 "체류 시간" 에서 챔버에 인가된다. 시간들 T1 (점화 펄스 션트 시간) 동안에, 스위칭 디바이스는 회로의 션트 동작에 진입하도록 폐쇄될 수도 있다 (이는 레일 전압보다 더 낮은 전압으로 인가 전압을 감소시킨다). 초기에, 플라즈마 챔버에 인가된 전압은 도 3b 의 오프셋 전압에서 설정될 수도 있음을 주지한다. 이 오프셋 전압은 도 3a 에 또한 예시되는 0 볼트 (0V) 미만의 음의 전압에 있을 수도 있다. 션트 동작의 일 예는 도 2 의 스위치들 (S1 또는 S2) 의 어느 것이 시간 프레임에 걸쳐 챔버에 인가된 전압들을 변경하는 시퀀스에서 폐쇄된다. 이 시간에, 도 2 의 인덕터 (L1) 는 이 변경 전압으로부터 전력 공급 장치 (210) 를 절연시킬 수도 있다. 션트 동작 스위칭 시퀀스는 인덕턴스 (L2) 와 연관된 임피던스에 기초하여 그리고 인덕턴스 (L2) 와 연관된 시간 상수에 기초하여 인덕턴스 (L2) 양단에 걸친 전압 강하가 지속되도록 허용할 수도 있다. 션트 동작 동안에, 다이오드들 (D1 및 D2) 은 바이어싱되어, 스위치들 (S1 또는 S2) 이 시퀀스에서 폐쇄될 때 챔버 양단에 걸친 전압이 수정될 수 있다. 이 프로세스는 플라즈마 점화가 발생할 때까지 (점화 전압을 인가하도록 스위칭 디바이스를 개방하는 것 및 션트 동작을 위해 스위칭 디바이스를 폐쇄하는 것) 반복될 수도 있다. 도 3a 는 시간들 T2 (체류 시간) 동안에 초기 오프셋 전압으로부터 마이너스1975 볼트 (-1975 V) 일 수 있는 높은 음의 전압으로 변경하고 시간 T1 동안에 그 -1975 V 로부터 0 볼트 (0V) 로 변경하는 챔버 전압을 예시함을 주지한다. 시간 T2 는 1300 마이크로초 (μsec) 의 시간에 대응할 수도 있고 그 시간 T2 는 예를 들어, 1400 μsec 일 수도 있음을 주지한다. 이 동작을 통하여, 점화가 이러한 스위칭 컴포넌트를 갖지 않는 시스템들보다 더 낮은 압력에서 더 고속으로 발생할 수 있기 때문에 플라즈마 점화가 개선될 수도 있다. 플라즈마 발생기에 인가된 전압은 복수회, 상위 전압으로부터 하위 전압으로 그리고 플라즈마 점화가 시간 T3 에서 발생할 때까지 다시 수회 돌아감을 주지한다. 도 3a 에서, 스위치 (S1) 또는 스위치 (S2) 를 폐쇄하는 것은 시간 T2 에서, 챔버 전압이 -1975 볼트로 감소되게 할 수 있고 그 다음, 스위치 (S1) 가 개방될 때 챔버 전압은 예를 들어, 0 볼트 (0V) 로 변경될 수 있다. 스위치들 (S1 및 S2) 를 개방 및 폐쇄하는 것은 높은 펄싱된 음의 전압이 얼마나 오래 플라즈마 챔버에 인가될 것인지를 제어하는데 사용될 수 있고, 그리고 인가된 챔버 전압이 0 볼트에서 얼마나 오래 설정될 것인지를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 구현들에 따라, 스위치 (S1 및 S2) 를 독립적으로 폐쇄하는 것은 플라즈마 챔버에 동일한 전압을 인가하는 것을 가져오는 유사한 션트 효과를 가질 수도 있다. 대안적으로, 상이한 스위치들은 제 1 전압 레벨과, 전압 변경 회로의 특정 구성들에 따라 플라즈마 점화 프로세스 동안 상이한 횟수에서 플라즈마 챔버에 인가되는 제 2 전압 레벨을 설정하는데 사용될 수도 있다.

인가된 챔버 전압은 예를 들어, 스위치 (S1) 및 스위치 (S2) 가 일정 기간 동안 폐쇄될 때 양으로 진행할 수도 있고, 그렇지 않으면 챔버에 인가된 전압은 예를 들어, 높은 펄싱된 음의 전압과 0 볼트 사이의 일 지점으로 제어될 수 있다. 시간 T3 에서 그리고 그 이후의 플라즈마 챔버 양단에 걸쳐 (플라즈마가 점화된 시간 후에) 예를 들어, 마이너스 300 내지 마이너스 400 볼트일 수 있다. 특정 사례들에서, 챔버 양단에 걸쳐 강하된 전압은 플라즈마 자체에 의한 함수일 수 있다. 이와 같이 동작 플라즈마 전압은 플라즈마 상태에 있을 때 기체에 의해 설정될 수도 있다. 플라즈마 점화는 챔버에 제공된 전류에서의 증가에 의해 검출될 수도 있다.

도 3b 는 본 개시에 부합하는 전압 역전 점화 시퀀스를 예시하는 예시적 타이밍 다이어그램이다. 특히, 전력 공급 회로의 역전 동작 상태는 제어기가 예를 들어, 도 2 의 스위칭 디바이스 (S1) 와 스위칭 디바이스 (S2) 양쪽 모두를 폐쇄할 때 발생한다. 본 개시에 부합하는 점화 스위칭 디바이스들은 챔버의 전력 단자들 양단에 걸친 전압을 변경할 수도 있고, 여기서 전압은 플라즈마 점화와 연관된 공칭 동작 전압보다 더 높은 전압으로부터 변경된다. 특정 사례들에서, 이러한 점화 스위칭 디바이스들은 플라즈마 점화를 자극하기 위해 역전 전압을 사용할 수도 있다. 역전 전압에 부합하는 파형은 도 3b 에 도시되어 있다. 역전 전압은 S1 과 S2 양쪽을 폐쇄하는 것에 의해 C1 이 역전되고 커패시터 (C1) 와 연관된 전압이 챔버에 인가될 때 확립되어, 챔버 (220) 의 단자 1 이 전력 공급 전압의 역 극성을 갖는 전압에 노출되게 되며, 양의 펄스 높이가 음의 펄스 높이보다 크기에서 작은 것으로 예시되어 있지만, 이 역전 (양의) 전압은 도 3b 에 예시된 음의 전압에 접근할 수 있다. 점화 스위칭 디바이스는 또한 이전에 설명된 바와 같이 전기적 아크들을 소멸하는 기능을 수행할 수도 있음을 주지한다. 도 2 의 스위치들 (S1 및 S2) 에 대하여, 이들 스위치들은 챔버에 인가된 전압을 변경하기에 적절한 임의의 시퀀스에서 스위칭될 수도 있다. 이러한 스위칭 시퀀스들은 예를 들어, 상이한 시간들에 S1 과 S2 를 스위칭하는 것, S1 또는 S2 를 스위칭하는 것, 또는 S1 과 S2 를 동시에 스위칭하는 것을 포함한다. 다이오드들 (D1 및 D2) 은 커패시터가 방전하도록 의도되지 않을 때 (스위치들 (S1 및 S2) 이 개방될 때) 의 시간들에서 커패시터 (C1) 가 방전하는 것을 방지할 수도 있다. 스위치들 (S1 및 S2) 의 스위칭은 챔버 양단에 걸쳐 제공되는 전압을 변경하는데 사용될 수 있다. 이는 챔버 (220) 에 인가된 전압이 도 3b 에 예시된, 오프셋 전압으로부터 높은 음의 펄싱된 전압으로 변화하는 것을 가져올 수도 있다. 양쪽 스위치들 (S1 및 S2) 이 폐쇄될 때, 챔버에는 역전 전압이 제공되고, 이는 챔버 (220) 에 인가된 전압이 도 3b 에 예시된, 높은 음의 펄싱된 전압과 양의 전압 사이에서 스위칭하는 것을 가져올 수도 있다. 이와 같이, 챔버 양단에 걸친 전압은 스위치 (S2) 가 폐쇄될 때 (시간들 T2 에서) 도 3b 의 높은 음의 펄싱된 전압 레벨로 구동될 수도 있다. 대안적으로, 제어기는 도면들에 예시되지 않은 상이한 회로들을 사용하여 높은 음의 펄싱된 전압의 인가를 제어할 수도 있다. 역전 전압의 인가는 스위치 (S1 및 S2) 양쪽을 폐쇄하는 것에 의해 플라즈마 챔버에 인가될 수 있고, 그 결과 챔버 전압이 시간들 T1 에서 도 3b 에 예시된 양의 전압으로 변경하게 된다. 챔버 전압은 스위치들 (S1 및 S2) 을 폐쇄하는 역전 커패시터 (C1) 에 의한 역전 전압에 의해 역전될 수도 있다. 대안적으로, 커패시터 (C1) 는 역전 전압을 제공하는 전력 공급 장치로 대체될 수도 있다. 특정 사례들에서, 역전 전압은 전력 공급 장치의 단자들/레일들 (210A 및 201B) 에 의해 인가된 전압과 동일한 크기이지만 극성에서 상이한 전압에 대응할 수도 있다.

이와 같이, 본 개시에 부합하는 스위칭 컴포넌트들을 사용하는 것은 DC 전압이 점화 전압에서 단순히 턴온하고 점화가 발생할 때까지 유지되는 대안의 접근방식들보다는 더욱 효율적으로 플라즈마 점화를 개시할 것이다. 일반적으로, 스위칭 디바이스가 동작하는 주파수는 임의의 주파수일 수도 있다. 그러나, 더 높은 주파수는 챔버에서의 더 높은 전자 플로우를 제공하며, 더 고속의 점화를 가져올 수도 있음이 관측된다. 위에서 검토된 바와 같이, 시간 T2 이 1300 μsec 이고 시간 T1 이 1400 μsec 일 때, 스위칭 주파수는 다음 식, 1/(T2+T2) = 1/2700 μsec = 370.37 헤르쯔로 계산될 수 있다. 또한, 도 3a 에 제공된 파형은 이 방식으로 스위칭 디바이스의 동작이 야기할 수 있는 파형의 유형의 단지 일 예이다. 당해 기술 분야의 당업자는 본원에 설명된 스위칭 디바이스의 주파수 스위칭을 통하여 발생할 수도 있는 파형에서의 변수들을 알고 있으며, 파형은 도 3a 및 도 3b 에 예시된 바와 같이 구형파의 날카로운 에지들을 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 도 3a 및 도 3b 에 예시된 스위칭은 도 1 및 도 2 에 대하여 예시된 것들과는 상이한 회로들 또는 컴포넌트들을 사용하여 구현될 수도 있다.

특히, 전력 공급 회로의 역전 동작 상태는 제어기가 예를 들어, 도 2 의 스위칭 디바이스 (S1) 와 스위칭 디바이스 (S2) 양쪽 모두를 폐쇄할 때 발생한다. 이는 챔버 (220) 양단에 걸친 커패시터 (C1) 를 반대 극성으로 인가하는 것에 의해 플라즈마 부하에 인가되고 있는 전압의 극성의 역전을 야기할 수도 있다. 위에 언급된 바와 같이, 역전 전압의 인가는 챔버 전압이 도 3b 의 높은 음의 펄싱된 전압으로부터 도 3b 에 예시된 양의 전압으로 스위칭하게 할 수도 있다. 위와 유사하게, 양쪽 스위치들은 동시에 폐쇄하도록 동일한 주파수에서 동작될 수도 있다. 이때, 전력 공급 장치 (210) 는 전력 공급 장치 (210) 의 레일 전압에서 챔버 전압을 유지하려 시도할 수도 있고, 인덕턴스 (L1) 와 연관된 임피던스는 챔버 점화 프로세스가 수행될 때 인덕터 (L1) 양단에 걸쳐 전압이 강하되게 할 수 있다. 이와 같이, 인덕터 (L1) 는 플라즈마 챔버에 인가된 스위칭 전압으로부터, 전력 공급 장치 (210) 를 절연시킬 수 있다. 스위치들의 동작은 도 3a 에 도시된 것과 유사한 파형을 가져올 수도 있다. 그러나, 이 예에서, 챔버 (220) 에 인가된 전압 펄스들은 하위 전압 또는 제로 전압과 점화 전압 사이에서 교번하지 않고, 오히려 펄스들은 상위 전압과 하위 전압 사이에서 변할 수도 있고, 여기서, 플라즈마 챔버의 공칭 동작 전압은 점화 프로세스 동안에 플라즈마 챔버에 인가되는 제 1 전압과 제 2 전압 사이에 있을 수도 있다. 즉, 역전 전압 시퀀스를 동작시키는 것에 의해, 동작 상태와 역전 동작 상태 사이를 스위칭할 때 더 높은 피크-투-피크 전압이 획득된다. 이 더 높은 피크-투-피크 차이는 챔버 (220) 내에서 훨씬 더 큰 전자 여기를 제공하여, 더 낮은 압력에서 플라즈마 점화를 야기하고 챔버 전압을 음으로 구동시키게 할 수도 있다. 이 여기는 이온이 생성되게 할 수 있고 이들 이온들이 플라즈마 챔버에서 이동하게 할 수 있다. 션트 동작 또는 역전 동작이 사용되는지와 무관하게, 스위칭 디바이스들은 도 2 의 제어부 (250) 에 의해 제어되어, 얼마나 많은 전압이 변경되는지를 제어하는 것에 의해 더 낮은 압력에서 점화하는 것을 요구하는 프로세스들 또는 챔버들에서의 플라즈마 점화를 개선할 수 있다. 도 3b 는 도 3a 의 동일한 특징을 대부분 포함하지만 전압 역전 점화 시퀀스의 환경에 있다. 도 3b 는 (0 볼트 이외의 전압일 수도 있는) 초기 오프셋 전압, 시간들 T2 (체류 시간들) 에서 고전압의 음의 펄싱된 전압, 시간들 T1 의 점화 펄스 션트 시간에서의 양의 전압 및 시간 T3 에서의 플라즈마 점화를 포함한다. 여기서 또한 플라즈마 전압은 마이너스 400 볼트와 같은 전압일 수 있으며, 이 전압은 플라즈마 발생기의 특징들 및 플라즈마의 특징들에 특히 의존할 수도 있다.

도 4 는 플라즈마 프로세스의 동작을 제어하는데 사용될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 예시적 블록 다이어그램을 예시한다. 도 4 는 본 개시에 부합하는 시스템들 또는 장치들을 제어하는 방법들을 구현하는데 사용될 수도 있는 컴퓨팅 디바이스/컴퓨터 시스템 (400) 을 포함한다. 예를 들어, 도 4 의 컴퓨팅 시스템 (400) 은 위에 논의된 도 2 의 제어 디바이스 (250) 일 수 있다. 컴퓨터 시스템 (시스템) 은 하나 이상의 프로세서들 (402, 404, 406 (402-406)) 을 포함할 수도 있다. 프로세서들 (402-406) 은 하나 이상의 내부 레벨들의 캐시 (도시 생략) 및 버스 제어기, 또는 프로세서 버스 (412) 와의 직접 상호작용에 대한 버스 인터페이스 유닛을 포함할 수도 있다. 프로세서 버스 (412) 는 또한, 시스템 인터페이스 (414) 와 프로세서들 (402-406) 을 커플링하는데 사용될 수도 있는 "호스트 버스" 또는 "프론트 사이드 버스"일 수도 있다. 시스템 인터페이스 (414) 는 프로세서 버스 (412) 와 시스템 (400) 의 다른 컴포넌트들을 인터페이스하도록 프로세서 버스 (412) 에 접속될 수도 있다. 예를 들어, 시스템 인터페이스 (414) 는 프로세서 버스 (412) 와 메인 메모리 (416) 를 상호작용하기 위한 메모리 제어기 (418) 를 포함할 수도 있다. 메인 메모리 (416) 는 통상적으로 제어 회로 (도시 생략) 및 하나 이상의 메인 메모리 카드들을 포함할 수도 있다. 시스템 인터페이스 (414) 는 또한, 프로세서 버스 (412) 와 하나 이상의 I/O 브리지들 또는 I/O 디바이스들을 인터페이스하기 위해 입력/출력 (I/O) 인터페이스 (420) 를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 I/O 제어기들 및/또는 I/O 디바이스들은 예시된 바와 같이 I/O 버스 (426), 이를 테면, I/O 제어기 (428) 및 I/O 디바이스 (430) 와 접속될 수도 있다. 시스템 인터페이스 (414) 는 프로세서 버스 (412) 및/또는 I/O 버스 (426) 와 상호접속하기 위해 버스 제어기 (422) 를 더 포함할 수도 있다.

I/O 디바이스 (430) 는 또한, 프로세서들 (402-406) 에 정보 및/또는 커맨드 선택들을 통신하기 위한 영숫자 및 다른 키들을 포함하는, 영숫자 입력 디바이스와 같은 입력 디바이스 (도시 생략) 를 포함할 수도 있다. 다른 유형의 사용자 입력 디바이스는 프로세서들 (402-406) 에 지시 정보 및 커맨드 선택들을 통신하기 위하여 그리고 디스플레이 디바이스 상에서 커서 움직임을 제어하기 위하여 커서 제어부, 이를 테면, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키들을 포함한다.

시스템 (400) 은 프로세서들 (402-406) 에 의해 실행되는 명령들 및 정보를 저장하기 위하여 프로세서 버스 (412) 에 커플링되는, 메인 메모리 (416), 또는 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 로 지칭되는 동적 저장 디바이스, 또는 다른 컴퓨터-판독가능 디바이스들을 포함할 수도 있다. 메인 메모리 (416) 는 또한, 프로세서들 (402-406) 에 의한 명령들의 실행 동안 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하는데 사용될 수도 있다. 시스템 (400) 은 프로세서들 (402-406) 에 대한 정적 정보 및 명령들을 저장하기 위하여 프로세서 버스 (412) 에 커플링되는 판독 전용 메모리 (ROM) 및/또는 다른 정적 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 도 4 에 설명된 시스템은 본 개시의 양태들에 따라 채택되거나 구성될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 단지 일 가능한 예에 불과하다.

일 실시형태에 따르면, 위의 기법들은 메인 메모리 (416) 에 포함된 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 실행하는 프로세서 (404) 에 응답하여 컴퓨터 시스템 (400) 에 의해 수행될 수도 있다. 이들 명령들은 다른 머신 판독가능 매체, 이를 테면, 저장 디바이스로부터 메인 메모리 (416) 내에 읽혀질 수도 있다. 메인 메모리 (416) 에 포함된 명령들의 시퀀스들의 실행은 프로세서들 (402-406) 로 하여금 본원에 설명된 프로세스 단계들을 수행하게 할 수도 있다. 대안의 실시형태들에서, 회로부는 소프트웨어 명령들 대신에 또는 이들과 결합하여 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태들은 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트 양쪽을 포함할 수도 있다.

머신 판독가능 매체는 머신 (예를 들어, 컴퓨터) 에 의해 판독가능한 형태 (예를 들어, 소프트웨어, 프로세싱 애플리케이션) 로 정보를 송신하거나 저장하기 위한 임의의 메카니즘을 포함한다. 이러한 매체는 휘발성 매체 및 비휘발성 매체의 형태를 취할 수 있지만 이들에 제한되지 않는다. 비휘발성 매체는 광학 또는 자기적 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 동적 메모리, 이를 테면, 메인 메모리 (416) 를 포함한다. 공통 형태들의 머신 판독가능 매체는 이들에 제한되는 것은 아니지만, 자기 저장 매체; 광학 저장 매체 (예를 들어, CD-ROM); 자기광학 저장 매체; 판독전용 메모리 (ROM); 랜덤 액세스 메모리 (RAM); 소거가능 프로그래밍가능한 메모리 (예를 들어, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리, 하드디스크 드라이브들; 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 다른 유형들의 매체를 포함할 수도 있다. 본 개시에 부합하는 제어 시스템들은 또한, 이들에 제한되지 않지만 WiFi 또는 BLUETOOTH^TM 을 포함하는 임의의 표준 무선 통신 기법을 사용하여 무선으로 통신하는 디바이스들을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시형태들은 이 명세서에 설명된 여러 단계들을 포함한다. 단계들은 하드웨어 컴포넌트에 의해 수행될 수도 있거나 또는 머신 실행가능 명령들에서 구현될 수도 있고, 이는 명령들로 프로그래밍되는 특수 목적 프로세서 또는 범용 프로세서로 하여금 단계들을 수행하게 하는데 사용될 수도 있다. 대안적으로, 단계들은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합에 의해 수행될 수도 있다. 제어 컴포넌트들은 통상의 컴퓨터들, 프로세서들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), 그래픽 프로세서들, 디지털 로직, 또는 아날로그 디바이스들을 포함할 수도 있다. 제어 컴포넌트들은 응용 주문형 직접 회로 (ASICS) 또는 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들 (FPGAS) 을 포함하는 디바이스들에 의해 구현될 수도 있다.

위의 설명은 본 개시의 기법들을 구현하는 예시의 시스템들, 방법들, 기법들, 명령 시퀀스들 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들을 포함한다. 그러나, 이들 특정 상세들 없이도 설명된 개시가 실시될 수도 있음이 이해된다. 본 개시에서, 개시된 방법들은 디바이스에 의해 판독가능한 명령들의 세트들 또는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 또한, 개시된 방법에 있어서의 단계들의 특정 순서 또는 계층은 예시적인 접근법들의 사례들임이 이해된다. 설계 선호도들에 기초하여, 방법에서 단계들의 특정 순서 또는 계층은 개시된 청구물 내에 있는 것을 유지하면서 재배열될 수도 있음이 이해된다. 첨부한 방법 청구항들은 다양한 단계들의 엘리먼트들을 샘플 순서로 제시하며, 제시된 특정 순서 또는 계층으로 한정되도록 반드시 의도되는 것은 아니다.

본 개시 및 많은 부수적인 이점들은 전술한 설명에 의해 이해되어야 할 것으로 고려되며, 개시된 주제를 벗어나지 않거나 그 물질적 이점들 모두를 희생하지 않고 컴포넌트들의 형태, 구성 및 배열에 있어서 다양한 변경들이 이루어질 수도 있음이 명백해야 한다. 설명된 형태는 단지 설명적인 것이며, 이러한 변경들을 함축하고 포함하려는 다음의 청구범위의 의도이다.

본 개시가 다양한 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시형태들은 예시적인 것이며 본 개시의 범위는 이들로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 다양한 변형, 수정, 추가 및 개선이 가능하다. 보다 일반적으로, 본 개시에 따른 실시형태들은 특정 구현들의 맥락에서 설명되었다. 기능성은 본 개시의 다양한 실시형태들에서 상이하게 블록들로 분리되거나 결합될 수도 있거나 또는 상이한 용어로 설명될 수도 있다. 이들 및 다른 변형, 수정, 추가 및 개선은 다음의 청구범위에 정의된 바와 같은 본 개시의 범위 내에 있을 수도 있다.

Claims

직류 (DC) 플라즈마 시스템에서 플라즈마를 점화하는 방법으로서,
제 1 전압 레벨에서 직류 (DC) 급전 플라즈마 시스템의 플라즈마 챔버에 인가 전압을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 전압 레벨은 상기 플라즈마 챔버의 동작 직류 (DC) 전압과는 상이한, 상기 플라즈마 챔버에 인가 전압을 제공하는 단계;
상기 플라즈마 챔버에 제공된 상기 인가 전압을 제 2 전압 레벨로 변경하는 단계로서, 제 2 전압 레벨은 상기 플라즈마 챔버의 동작 DC 전압과는 상이하고, 상기 동작 DC 전압은 상기 제 1 전압 레벨과 상기 제 2 전압 레벨 사이에 있는, 상기 인가 전압을 제 2 전압 레벨로 변경하는 단계; 및
상기 플라즈마 챔버로의 상기 인가 전압을 상기 제 1 전압 레벨로 복귀하는 단계로서, 상기 플라즈마 챔버에 인가된 전압은 상기 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 점화될 때까지 제 1 전압 레벨과 제 2 전압 레벨 사이에서 변경되는, 상기 제 1 전압 레벨로 복귀하는 단계를 포함하는, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전압 레벨은 음의 전압 레벨에 대응하고 상기 제 2 전압 레벨은 상기 음의 전압 레벨보다 더 음인 전압 레벨에 대응하는, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버는 전력 공급 장치의 제 1 및 제 2 출력에 각각 접속하는 상부 레일 및 하부 레일에 전기적으로 접속되고, 상기 상부 레인은 상기 제 1 전압 레벨에 있고;
상기 제 2 전압 레벨은 제 1 다이오드를 전도하도록 바이어싱하는 제 1 스위치를 폐쇄하는 것에 의해 제공되며 상기 제 1 다이오드의 전도는 상기 하부 레일과 상기 상부 레일 사이에 전기 전도성 경로를 형성하고; 그리고
상기 제 1 전압 레벨은 상기 제 1 다이오드 상에서 전도 바이어스를 제거하도록 상기 제 1 스위치를 개방하는 것에 의해 제공되며, 상기 플라즈마 챔버에 인가된 전압은 상기 제 1 스위치를 폐쇄 및 개방하는 것에 의해 상기 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 점화될 때까지 상기 제 1 전압 레벨과 상기 제 2 전압 레벨 사이에서 변경되는, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전압 레벨의 제공 및 인가 전압 레벨의 변경은 식별된 주파수에서 제어기에 의해 제어되는, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 전압 레벨과 상기 제 2 전압 레벨 사이에서 인가 전압 레벨을 스위칭하는 상기 제어기로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전압 레벨은 상기 제 1 전압 레벨의 동일한 크기이고 기준 전압에 대해 반대 극성인, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 1 항에 있어서,
전압 역전 회로에 전기적으로 커플링된 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 개방될 때 커패시터를 충전하는 단계로서, 상기 커패시터의 충전은 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드가 순방향 바이어스될 때 상기 제 1 다이오드 및 상기 제 2 다이오드가 전도하는 것에 기초하고,
상기 제 1 다이오드는 DC 급전 플라즈마 시스템의 상부 레일 및 상기 커패시터의 제 1 측에 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 다이오드는 DC 급전 플라즈마 시스템의 하부 레일 및 상기 커패시터의 제 2 측에 전기적으로 접속되는, 상기 커패시터를 충전하는 단계;
상기 커패시터의 제 2 측을 상기 DC 급전 플라즈마 시스템의 상부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 그리고 상기 커패시터의 제 1 측을 상기 DC 급전 플라즈마 시스템의 하부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 상기 플라즈마 챔버로의 인가 전압을 역전시키도록 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 폐쇄하는 단계; 및
상기 인가 전압을 상기 제 1 전압 레벨로 복귀시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 스위치를 개방하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 점화하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버와 연관된 아킹 조건을 식별하는 단계; 및
상기 커패시터의 제 2 측을 상기 DC 급전 플라즈마 시스템의 상부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 그리고 상기 커패시터의 제 1 측을 상기 DC 급전 플라즈마 시스템의 하부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 상기 플라즈마 챔버로의 인가 전압을 역전시키도록 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마를 점화하는 방법.
직류 (DC) 플라즈마 시스템에서 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치로서,
제어기를 포함하고, 그리고
상기 제어기는 제 1 전압 레벨에서 상기 DC 플라즈마 시스템의 플라즈마 챔버로의 인가 전압을 제어하고;
상기 제어기는 상기 DC 플라즈마 시스템으로의 상부 공급 레일 접속에 영향을 주는 것에 의해 상기 플라즈마 챔버에 제공되는 상기 인가 전압을 제 2 전압으로 변경하고;
상기 제어기는 상기 DC 플라즈마 시스템으로의 상부 공급 레일의 제어된 접속에 의해 상기 제 1 전압 레벨과 제 2 전압 레벨 사이에서 상기 플라즈마 챔버에 인가된 전압을 변경하고;
상기 제 1 전압 레벨과 상기 제 2 전압 레벨 사이에서 그리고 다시 상기 제 1 전압 레벨로의 인가 전압 레벨의 변경은 상기 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 점화될 때까지 수행되는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전압 레벨은 음의 전압 레벨에 대응하는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버의 제 1 및 제 2 전압 입력에 각각 전기적으로 접속하는 상부 레일 및 하부 레일;
제 1 스위치; 및
제 1 다이오드를 더 포함하고,
상기 제 2 전압 레벨은 전도할 제 1 다이오드를 바이어싱하는 것에 기초하여 상기 제 1 스위치를 폐쇄하는 것에 의해 제공되며, 상기 제 1 다이오드의 전도는 상기 하부 레일과 상기 상부 레일 사이에 전기 전도성 션트 경로를 형성하고; 그리고
상기 제 1 전압 레벨은 상기 제 1 스위치가 개방될 때 상기 상부 레일에서 제공되는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어기는 메모리로부터 명령들을 실행하는 프로세서, FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (application specific integrated circuit), 디지털 로직 또는 아날로그 컴포넌트 중 적어도 하나를 포함하는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
커패시터;
DC 플라즈마 시스템의 상부 레일;
상기 DC 플라즈마 시스템의 하부 레일;
상기 상부 레일과 상기 하부 레일 사이에 커플링된 제 1 스위치 및 제 1 다이오드; 및
상기 상부 레일과 상기 하부 레일 사이에 커플링된 제 2 스위치 및 제 2 다이오드를 더 포함하고,
상기 커패시터는 전압 역전 회로에 전기적으로 커플링된 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 개방될 때 상기 커패시터가 충전되고,
상기 제 1 다이오드는 상기 DC 플라즈마 시스템의 상기 상부 레일 및 상기 커패시터의 제 1 측에 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 다이오드는 상기 DC 플라즈마 시스템의 상기 하부 레일 및 상기 커패시터의 제 2 측에 전기적으로 접속되고,
상기 커패시터의 제 2 측을 상기 DC 플라즈마 시스템의 상부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 그리고 상기 커패시터의 제 1 측을 상기 DC 플라즈마 시스템의 하부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 상기 플라즈마 챔버로의 인가 전압을 역전시키도록 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 폐쇄되고,
상기 인가 전압을 상기 제 1 전압 레벨로 복귀시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 스위치가 개방되는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버와 연관된 아킹 조건이 식별되고,
상기 커패시터의 제 2 측을 상기 DC 플라즈마 시스템의 상부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 그리고 상기 커패시터의 제 1 측을 상기 DC 플라즈마 시스템의 하부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 상기 플라즈마 챔버로의 인가 전압을 역전시키도록 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 폐쇄되는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버는 상기 제 1 전압 레벨과 상기 제 2 전압 레벨 사이에서 인가 전압 레벨을 변경하는 것에 의해 재시작되고, 상기 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 점화될 때까지 다시 상기 제 1 전압 레벨로 식별된 주파수에서 수행되는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
플라즈마 챔버의 하나 이상의 단자들에 전압원과 연관된 전기 전압을 제공하기 위해 하나 이상의 스위치들에 의해 제어가능하게 스위칭되는 상기 전압원을 더 포함하는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
직류 (DC) 플라즈마 시스템에서 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치로서,
DC 플라즈마 챔버와 전력 공급 장치의 제 1 및 제 2 출력 각각 사이에 전기적 링크를 형성하도록 배치된 상부 레일 및 하부 레일;
복수의 스위치들 중 적어도 하나가 폐쇄될 때 상기 전력 공급 장치의 상기 상부 레일 또는 상기 하부 레일 중 적어도 하나에 전압 변경 회로를 전기적으로 커플링하는 상기 복수의 스위치들; 및
적어도 제 1 스위치 구성과 제 2 스위치 구성 사이의 스위칭을 제어하는, 상기 복수의 스위치들에 커플링된 제어 컴포넌트를 포함하고,
상기 제어 컴포넌트는:
상기 DC 플라즈마 챔버에 제 1 전압을 제공하기 위해 상기 전력 공급 장치의 상기 상부 레일 또는 상기 하부 레일 중 적어도 하나에 상기 전압 변경 회로를 전기적으로 커플링하기 위한, 상기 복수의 스위치들 중 적어도 제 1 스위치의 폐쇄로서, 상기 제 1 스위치의 폐쇄는 상기 제 1 스위치 구성에 대응하는, 상기 제 1 스위치의 폐쇄,
상기 제 2 스위치 구성에 따라 개방 또는 폐쇄하기 위한 상기 복수의 스위치들 중 제 1 스위치 및 제 2 스위치로서, 상기 제 2 스위치 구성은 제 2 전압을 상기 DC 플라즈마 챔버에 제공하는, 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치,
플라즈마의 점화가 상기 DC 플라즈마 챔버에 제공된 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압 사이의 스위칭에 기초하여 발생할 때까지 상기 제 1 스위치 구성과 상기 제 2 스위치 구성 사이에서 스위칭하는 것을 제어하는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 전압 변경 회로는 에너지 소스를 포함하는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.
제 18 항에 있어서,
커패시터;
상기 상부 레일과 상기 하부 레일 사이에서 상기 제 1 스위치와 직렬로 커플링되는 제 1 다이오드; 및
상기 상부 레일과 상기 하부 레일 사이에서 상기 제 2 스위치와 직렬로 커플링되는 제 2 다이오드를 더 포함하고,
상기 커패시터는 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 개방될 때 상기 제 1 다이오드 및 상기 제 2 다이오드를 통해 충전 경로를 제공하도록 위치되며,
상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치는, 상기 커패시터를 DC 급전 플라즈마 시스템의 상부 레일 및 하부 레일에 전기적으로 접속하는 것에 기초하여 상기 DC 플라즈마 챔버로의 인가 전압을 역전시키도록 폐쇄되는, 플라즈마 점화를 개시하기 위한 장치.