KR20220051144A - 플라즈마 생성 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양태는 플라즈마의 생성 공간을 제공하는 챔버, 챔버 주변에 배치되고, 제1 전원과 연결되고 상기 챔버 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나 모듈, 챔버 주변에 배치되고, 제2 전원과 연결되고 상기 플라즈마 생성을 보조하는 전극, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 센서 및 제1 전원 및 상기 제2 전원을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는, 제1 시점부터, 상기 제1 전원을 통하여 상기 안테나 모듈을 포함하는 부하에 RF 전압을 인가하고, 상기 RF 전압에 따른 상기 플라즈마의 상태와 관련된 상기 센싱 정보를 획득하고, 상기 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점부터, 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 제2 전원을 제어하는 플라즈마 생성 장치에 대한 것이다.

Description

플라즈마 생성 장치 및 그 제어 방법{PLASMA GENERATING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 플라즈마 생성 장치 및 그 제어 방법에 대한 것으로서, 보다 플라즈마의 초기 방전을 보조하는 플라즈마 생성 장치 및 그 제어 방법에 대한 것이다.
플라즈마 방전은 많은 산업응용분야 및 과학응용분야에서 이용되고 있으며, 플라즈마 방전을 통하여 반도체 웨이퍼 가공 등 다양한 산업 분야에 이용되는 다양한 가스의 활성종을 생성하거나, 산업 공정에서 생성된 부산물의 처리가 이루어질 수 있다.
플라즈마 방전을 수행하는 플라즈마 소스는 크게, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 방식 또는 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 방식이 이용된다. 유도 결합 플라즈마 방식은 코일에 RF 전력을 인가하여 유도 전기장을 형성하고 유도 전기장을 통하여 플라즈마 방전을 수행하는 방식을 말한다.
플라즈마의 초기 방전(이그니션)을 위하여, 별도의 이그나이터를 이용하거나 보다 많은 전력을 투입하는 등의 방식이 이용되고 있다. 그러나, 플라즈마의 발생 상태를 고려하지 않은 이그니션 보조 방법들에 의하여 장치가 손상되거나, 나아가 생성되는 활성종에 불순물이 유입될 수 있다는 문제가 대두된다. 이에, 장치의 손상 및 불순물 발생을 최소화하되, 플라즈마의 초기 방전을 보조하는 방법의 개발 필요성이 인정된다.
본 발명의 일 과제는 플라즈마의 초기 방전을 보조하는 플라즈마 생성 장치 또는 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 플라즈마의 초기 방전에 따른 장치 손상을 최소화하는 플라즈마 생성 장치 또는 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제가 상술한 과제들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은, 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 플라즈마의 생성 공간을 제공하는 챔버, 챔버 주변에 배치되고, 제1 전원과 연결되고 상기 챔버 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나 모듈, 챔버 주변에 배치되고, 제2 전원과 연결되고 상기 플라즈마 생성을 보조하는 전극, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 센서 및 제1 전원 및 상기 제2 전원을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는, 제1 시점부터, 상기 제1 전원을 통하여 상기 안테나 모듈을 포함하는 부하에 RF 전압을 인가하고, 상기 RF 전압에 따른 상기 플라즈마의 상태와 관련된 상기 센싱 정보를 획득하고, 상기 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점부터, 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 제2 전원을 제어하되, 컨트롤러는, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니하는, 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 양상에 따르면, 플라즈마의 생성 공간을 제공하는 챔버, 챔버 주변에 배치되고, 제1 전원과 연결되고 상기 챔버 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나 모듈, 상기 챔버 주변에 배치되고, 제2 전원과 연결되고 상기 플라즈마 생성을 보조하는 전극, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 센서 및 상기 제1 전원 및 상기 제2 전원을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 있어서, 컨트롤러가, 제1 시점부터, 상기 제1 전원을 통하여 상기 안테나 모듈을 포함하는 부하에 RF 전압을 인가하는 단계, 컨트롤러가, 상기 RF 전압에 따른 상기 플라즈마의 상태와 관련된 상기 센싱 정보를 획득하는 단계, 컨트롤러가, 상기 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점부터, 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 제2 전원을 제어하는 단계를 포함하되, 컨트롤러가 상기 제2 전원을 제어하는 단계는, 컨트롤러가, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 고전압 펄스를 인가하지 아니하되, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함하는, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 플라즈마의 초기 방전이 보다 빠르게 이루어지는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마의 초기 방전 보조에 의한 불순물 생성이 억제된 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 DC 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 DC 전원을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 DC 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 DC 전원을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 RF 전원을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치에서의 전력 신호 및 전력 신호에 기초하여 변경되는 고전압 펄스의 제어 신호를 나타낸 것이다.
도 31은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 32는 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 33은 본 명세서에서 설명하는 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 34은 본 명세서에서 설명하는 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치에서의 전력 신호 및 전력 신호에 기초하여 변경되는 고전압 펄스의 제어 신호를 나타낸 것이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별 기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
*1. 플라즈마 방전
본 명세서에서는 플라즈마 방전을 수행하는 장치, 시스템 또는 방법 등에 대하여 설명한다. 본 명세서에서는, 플라즈마 방전을 보조하기 위하여, 플라즈마 메인 방전의 수행 전에 플라즈마 방전 공간 내에 이그니션(ignition)을 발생시켜 플라즈마의 초기 방전을 보조하는 장치, 시스템 내지 방법 등에 대하여 여러 실시예를 들어 설명한다.
1.1 시스템
일 실시예에 따르면, 플라즈마 방전 시스템이 제공될 수 있다.
도 1은 플라즈마 방전 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 생성 시스템은 전력을 제공하는 전력 공급부(100), 전력 공급부로부터 전력을 획득하고 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부(200), 플라즈마 생성부(200)에 가스를 공급하는 가스 공급부(300)를 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 시스템은, 생성된 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 공정부(400)를 더 포함할 수 있다.
전력 공급부(100)는 플라즈마의 생성에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 전력 공급부(100)는 플라즈마 생성부에 전력을 공급할 수 있다. 전력 공급부(100)는 DC 전원 및/또는 RF 전원을 포함할 수 있다. 전력 공급부(100)는 DC 전원을 통하여 플라즈마 생성부(200)에 고전압 펄스를 제공할 수 있다. 전력 공급부(100)는, RF 전원을 통하여 플라즈마 생성부(200)에 RF 전력을 제공할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는 플라즈마 방전을 수행할 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는 방전 가스를 획득하고, 방전 가스를 통하여 플라즈마 방전을 수행할 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는 유도 결합 플라즈마 방전 또는 축전 결합 플라즈마 방전을 수행할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는 원격 플라즈마 소스일 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는 활성종을 형성하고, 형성된 활성종을 공정부(400)에 제공할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는, 대기압(상압) 하에서 플라즈마 방전을 수행하는 상압 플라즈마 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성부(200)는, 수백 Torr 내지 대기압(750Torr) 하에서, 플라즈마 방전을 수행하는 상압 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는, 저압 플라즈마 방전을 수행하는 저압 플라즈마 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성부(200)는, 10-5 ~ 10-7Torr 이하의 초기진공도(Base pressure)의 환경을 만든 후, 원하는 공정 가스를 이용해 수 mTorr~ 수 Torr의 공정압력에서 플라즈마를 발생시키는 저압 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는, 수십 ~ 수백 도 하에서 저온 플라즈마 방전 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성부(200)는, 반도체 및 디스플레이 공정의 세정, 식각, 증착, 표면처리, 물질 합성 등의 저압 저온 플라즈마 방전 동작을 수행할 수 있다. 또 예컨대, 플라즈마 생성부(200)는, 유리 기판의 세정 공정, 친수성/소수성 표면 개질, 나노기술, 살균, 유해물질 제거, 이산화탄소 저감 등을 위한 상압 저온 플라즈마 방전 동작을 수행할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는, 수천 내지 수만 도의 고온 하에서, 플라즈마 용접, 절단, 플라즈마 야금 등을 위한 고온 플라즈마 방전 동작을 수행할 수도 있다.
플라즈마 생성부(200)는 플라즈마 생성을 위하여, 시드 전하를 생성할 수 있다. 특히, 플라즈마 생성부(200)가 상압 플라즈마 방전을 수행하는 경우, 플라즈마 생성부(200)는 초기 방전을 위하여 시드 전하를 생성할 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는 DC 전극을 포함하고 DC 전극에 DC 고전압 펄스가 제공되면 시드 전하를 생성할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)는, 플라즈마 생성을 위하여, 초기 방전 및 메인 방전을 수행할 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는, 축전 결합 모드(E 모드)에 따른 초기 방전 또는 유도 결합 모드(H 모드)에 따른 메인 방전을 수행할 수 있다. 플라즈마 생성부(200)는, 코일을 포함하는 유도 결합 안테나를 포함하고, 유도 결합 안테나에 RF 전력이 제공됨에 따라 초기 방전 또는 메인 방전을 수행할 수 있다.
플라즈마 생성부(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대하여는 이하에서 보다 상세히 설명한다.
가스 공급부(300)는 플라즈마 생성부(200)에 플라즈마 방전을 위한 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(300)는 플라즈마 생성부(200)에, 반응성 가스 또는 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(300)는, 플라즈마 생성부(200) 또는 공정부(400)의 기능 또는 용도에 따라 선택된 가스를 공급할 수 있다.
예컨대, 가스 공급부(300)는, NF3 가스(3불화 질소 가스), Ar 가스(아르곤 가스), Xe 가스(크세논 가스), Kr 가스(크립톤 가스), N2 가스(질소 가스), O2 가스(산소 가스), H2 가스(수소 가스), He 가스(헬륨 가스), Ne 가스(네온 가스) SiH4 가스(모노실란 가스), NH3 가스(암모니아 가스), PH3 가스(포스핀 가스), B2H6 가스(디보란 가스), DCS 가스(디클로로실란 가스), C5F8 가스(옥타플루오로펜텐 가스), CF4 가스(4불화 탄소 가스), HBr 가스(브롬화 수소 가스), Cl2 가스(염소 가스), Xe 가스(크세논 가스), Kr 가스(크립톤 가스), SF6 가스(6불화황 가스), CH4 가스(메탄 가스) 중 어느 하나의 가스 또는 가스와 에어의 혼합 기체를 플라즈마 생성부(200)에 공급할 수 있다. 가스 공급부(300)는, TEOS (tstra-ethyl-ortho-silicate), Tetrakis ((ethylmethylamino)zirconium), 트리메틸 알루미늄(trimethyl aluminum), 헥사메틸디실록산 (hexamethyldisiloxane) 등의 액상 전구체를 통하여 플라즈마 생성부에 가스를 공급할 수도 있다.
공정부(400)는 플라즈마 방전 전 또는 후의 공정을 수행할 수 있다. 공정부는 플라즈마 생성부(200)에 의해 생성된 플라즈마를 통하여 목적 공정을 수행할 수 있다. 또는, 공정부(400)는 목적 공정 수행으로 생성되는 물질을 플라즈마 생성부로 전달할 수 있다.
목적 공정은, 플라즈마 이온/라디칼의 피처리 재료 표면 충돌을 통하여 표면의 미세 유막 제거 등을 수행하는 세정 공정, 목적에 따른 반응성 식각 가스를 이용해 플라즈마를 발생시키고 이를 이용하여 물질을 선택적으로 제거하는 식각 공정, 목적에 맞는 증착 가스 및 플라즈마 방전을 위한 첨가 가스를 주입하여, 표면에 물질을 증착하는 증착 공정, 플라즈마를 이용하여 표면의 특성을 변화시키는 개질 공정, 플라즈마 방전을 통하여 대상 물질을 분해하는 물질 분해 공정 등일 수 있다.
공정부(400)는 반도체 기판 처리와 관련된 목적 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 공정부(400)는, 플라즈마 생성부로부터 활성종(예컨대, 수소 활성종)을 공급받고, 공정 챔버 내부의 세정 공정을 수행할 수 있다.
공정부(400)는 공정 챔버, 공정 챔버 내에 배치되고 처리 대상 반도체 기판(예컨대, 실리콘 반도체 기판)이 위치되는 기판 홀더, 기판 홀더 상부에 위치되고 공정 챔버 내로 기판 처리 물질을 공급하는 샤워 헤드 및/또는 공정 챔버 내의 에어를 배기하는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 시스템은, 공정부(400)가 플라즈마 생성부를 통하여 생성되는 플라즈마를 통하여 목적 공정을 수행하거나, 공정부(400)의 목적 공정에 의해 생성된 부산물이 플라즈마 생성부(200)에 의하여 처리되도록 구현될 수 있다. 도 2는 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 생성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 시스템은, 공정부(401) 및 공정부(401)에 의해 생성되는 물질을 처리하는 플라즈마 생성부(201)을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2의 (a)를 참조하면, 플라즈마 발생 시스템은 가스 스크러버(scrubber) 장치를 포함할 수 있다. 공정부(401)는 반도체 제조 공정을 수행하는 장치이고, 플라즈마 생성부(201)는, 공정부(401)의 반도체 제조 공정에서 생성되는 난분해성 가스, 예컨대, 6불화황(SF6), 4불화탄소 (CF4), 과불화탄소(PFC) 가스의 처리를 수행할 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 시스템은, 활성종을 생성하고 공정부(402)로 활성종을 공급하는 플라즈마 생성부(202) 및 활성종을 이용한 공정을 수행하는 공정부(402)를 포함할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성부(202)는 NF3, H2, N2, O2, C3F8, CF4, Cl2, SiH4, Ar 등의 가스를 플라즈마 방전 하여 활성종을 생성할 수 있다. 공정부(402)는 플라즈마 생성부(202)에 의해 생성된 활성종을 통하여, 드라이 에칭, PECVD, PVD, 애싱(Ashing), 세정(Cleaning)등의 동작을 수행할 수 있다.
1.2 플라즈마 방전 장치
1.2.1 플라즈마 방전 장치 구조
일 실시예에 따르면, 플라즈마 방전을 수행하는 장치가 제공될 수 있다.
도 3은, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 주파수 변동 가능한 RF 전원(101) 및 RF 전원(101)으로부터 전력을 공급받고 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 플라즈마 생성부는, 방전 튜브(210), 방전 튜브(210) 내에 위치되는 가스 튜브(211, 213), 방전 튜브(210) 주변에 배치되고 RF 전원부(120)로부터 전력을 공급받고 유도 전기장을 형성하여 방전 튜브(210) 내에 플라즈마를 생성하는 안테나를 포함하는 안테나 모듈(220)을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 DC 전원부(110)에 의해 고전압 펄스가 인가되는 전극(230)을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 보조 가스 공급 노즐(250)를 더 포함할 수 있다.
RF 전원(101)은 가변 주파수 범위 내에서 구동 주파수를 변경할 수 있다. RF 전원(101)은 수백 kHz 내지 수십 MHz의 가변 주파수 범위 및 수십 kW 이상의 전력을 가질 수 있다. 예컨대, RF 전원(101)은 8kW 이하의 전력을 제공할 수 있다. 예컨대, RF 전원(101)은 100kHz 내지 5MHz 범위 내의 주파수로 전력을 제공하는 교류 전력원일 수 있다.
RF 전원(101)은 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. RF 전원(101)은 구동 주파수를 변경하여 플라즈마 생성부가 공진상태로 동작하게 할 수 있다.
RF 전원(101)은 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기, 스위칭 신호를 제공하여 구동 주파수 및 전력을 제어하는 제어기 및 제어기의 스위칭 신호에 기초하여 직류 전원을 RF 전력으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다.
방전 튜브(210)는 원통형의 튜브 형태로 마련될 수 있다. 방전 튜브(210)의 외경은 수 센티미터 내지 수십 센티미터 일 수 있다. 방전 튜브(210)의 내경은 외경보다 수 미리 내지 수 센티미터 작을 수 있다.
방전 튜브(210)는 유전체 방전 튜브일 수 있다. 방전 튜브(210)는 세라믹(예컨대, 알루미나 또는 A1N), 사파이어, 쿼츠 등의 비전도성 물질로 마련될 수 있다.
방전 튜브(210)는 플라즈마가 위치되는 방전 영역을 제공할 수 있다. 방전 튜브(210) 내부의 압력은 외부와 다르게 조절될 수 있다. 방전 튜브(210) 내부의 압력은 필요에 따라, 진공에 준하는 초저압, 수 미리 토르의 저압 내지 대기압 이상의 상압으로 조절될 수 있다.
가스 튜브(211, 213)는, 방전 튜브(210)와 방전 튜브(210) 내부에 가스를 제공하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 가스 튜브(211, 213)는 플라즈마의 방전 튜브(210) 내벽 접촉을 억제하고 플라즈마 안정성을 확보할 수 있다.
가스 튜브(211, 213)는 하나 이상일 수 있다. 가스 튜브는 제1 가스 튜브(211) 및 제2 가스 튜브(213)을 포함할 수 있다. 제1 가스 튜브(211) 및 제2 가스 튜브(213)은 동심 구조를 가질 수 있다. 제1 가스 튜브(211)는 제1 가스(예컨대, 메탄 가스 등의 반응을 위한 가스)의 투입 경로를 제공할 수 있다. 제2 가스 튜브(213)는 제1 가스와 상이한 구성을 가지는 제2 가스(예컨대, 이산화탄소를 주성분으로 하는 가스)의 투입 경로를 제공할 수 있다.
제1 가스 튜브(211) 및 제2 가스 튜브(213)는 스월 유동을 제공할 수 있다. 예컨대, 제1 가스 튜브(211)는 내측 스월 유동을 제공하고, 제2 가스 튜브(213)는 외측 스월 유동을 제공할 수 있다.
플라즈마 발생 장치는 안테나 모듈(220)을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(220)은 RF 전원부(120)로부터 전력을 공급받고 방전 튜브(210) 내부에 플라즈마 방전을 일으킬 수 있다. 안테나 모듈(220)과 관련하여서는 이하에서 도 12와 관련하여 보다 상세히 설명한다.
안테나 모듈(220)은 RF 전원부(120)로부터 전력을 공급받고 방전 튜브(210) 내부에 플라즈마 방전을 유도할 수 있다. 안테나 모듈(220)은 RF 전원부(120)로부터 RF 전력을 공급받고 방전 튜브(210) 내부에 축전 결합 플라즈마 및/또는 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
안테나 모듈(220)은 방전 튜브(210) 주위로 연속적으로 수 회 감긴 솔레노이드 코일을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(220)은 방전 튜브(210) 주위로 감긴 복수의 턴 및 각 턴 사이에 배치되는 보조 축전기를 포함할 수 있다.
플라즈마 발생 장치는, 안테나 모듈(220) 주변에 위치되는 DC 전극(230)을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생 장치는, DC 전원부(110)에 연결된 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. DC 전극(230)에 대하여는, 이하에서 보다 상세히 설명한다.
보조 가스 공급 노즐(250)은 방전 튜브(210) 내로 보조 가스를 공급할 수 있다. 보조 가스 공급 노즐(250)은 방전 튜브(210)의 가스가 투입되는 일 단과 대향하는 타 단에 가깝게 위치될 수 있다. 보조 가스 공급 노즐(250)은 방전 튜브(210)의 주변에 배치되되, 안테나 모듈(220)과 가스 배출구(방전 튜브(210)의 아웃렛) 사이에 배치될 수 있다.
플라즈마 발생 장치는, 방전 튜브(210) 및 안테나 모듈(220)을 감싸고 외부 영향을 차단하되 안전성을 확보하기 위한 안전 케이스(190)를 더 포함할 수 있다.
1.2.2 DC 전원 및 DC 전극
일 실시예에 따른 플라즈마 방전 장치는, 고전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 플라즈마 방전 장치는, DC 전원에 의하여 고전압이 인가되는 DC 전극을 포함할 수 있다. DC 전극은, DC 전원에 의하여 전극에 고전압이 인가되면 방전 튜브 내에 전기장을 형성할 수 있다. DC 전극은, DC 전원에 의해 전극에 고전압이 인가되면, 소정 방향으로 강한 전기장을 형성하여, 방전 튜브 내에 시드 전하를 제공할 수 있다. DC 전극은, 방전 튜브 내에 시드 전하를 제공하여, 플라즈마 방전을 유도, 촉진 내지 보조할 수 있다.
DC 전극은 DC 전원으로부터 고전압을 획득할 수 있다. DC 전원은 DC 전극에 고전압 펄스를 인가할 수 있다. DC 전원은 소정의 시간 간격으로 DC 전극에 고전압 펄스를 인가할 수 있다. 고전압 펄스의 세기 및 진폭은 미리 정해진 값으로 주어질 수 있다.
플라즈마 방전 장치는, 전원(또는 DC 전원)을 통하여 전극(또는 DC 전극) 에 고전압(또는 고전압 펄스)를 인가할 수 있다. 본 명세서 전체에 걸쳐서, 전극에 인가되는 고전압은 다양한 형태의 DC 전압 신호를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 전극에 인가되는 고전압은 교류를 제외한 다양한 형태의 DC 전압 신호를 포함할 수 있다. 예컨대, 전극에 인가되는 고전압은, 구형(square or rectangular)의 펄스 파형을 가질 수 있다. 또 예컨대, 전극에 인가되는 고전압은, 사인파의 일부(예컨대, 반주기)에 따른 펄스 파형을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 방전 장치는, 필요에 따라, 전극(또는 DC 전극)에 인가되는 전압(또는 고전압 펄스)의 신호를 변경할 수 있다. 플라즈마 방전 장치는, 전극에 인가되는 전압의 크기를 점진적 또는 순차적으로 증가시키거나, 감소시킬 수 있다.
이하에서는 DC 전극 및 DC 전원에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 DC 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는 플라즈마 방전을 일으키는 안테나 모듈(220) 주변에 위치되고, DC 전원에 연결된 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈(220) 상방에 위치된 제1 전극(231) 및 안테나 모듈(220)의 하방에 위치된 제2 전극(233)을 포함할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치는, 방전 튜브 외면에 위치되고 안테나 모듈(220)의 유도 코일(221) 상방에 위치된 제1 전극(231) 및 방전 튜브 외면을 둘러싸도록 배치되고 유도 코일(221) 하방에 위치된 제2 전극(233)을 포함할 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면, 제1 전극(231)은 사각판 형태일 수 있다. 제2 전극(233)은 "C"자 형태일 수 있다. 또는, 제2 전극(233)은 복수의 슬릿을 포함할 수 있다. 유도 코일에 의해 형성되는 유도 전기장(E1 및 E2)의 영향으로 제2 전극(233)에 와류가 흐르는 것을 방지하기 위하여, 제2 전극(233)은 방전 튜브 외벽을 완전히 둘러싸지 않는 개방형 루프 구조를 가질 수 있다.
DC 전원은 제1 전극(231)에 양의 고전압을 인가하고, 제2 전극(233)에 음의 고전압을 인가할 수 있다. DC 전원에 의하여 제1 전극(231) 및 제2 전극(233) 사이에 고전압 펄스가 인가되면, 제1 전극(231) 및 제2 전극(233) 사이에 축전 결합 플라즈마 방전, 예컨대 수직 스트리머 방전이 일어날 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 DC 전원을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, DC 전원은, 상용 교류 전원을 DC 전압으로 변환하는 AC-DC 변환기(111), DC 전압을 통하여 양의 DC 고전압 펄스를 생성하는 고전압 펄스 발생기(113) 및 고전압 펄스 발생기를 제어하는 제어기(112)를 포함한다.
도 5의 (b)는 도 5의 (a)에서 설명하는 고전압 펄스 발생기의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 고전압 펄스 발생기(113)는, AC-DC 변환기로부터 DC 전압을 획득하는 1차 코일과 양의 DC 고전압 펄스를 발생시키는 2차 코일을 포함하는 제1 트랜스포머(113a), 제1 트랜스포머(113a)의 1차 코일에 연결된 제1 전력 트랜지스터(113b), AD-DC 변환기로부터 DC 전압을 획득하는 1차 코일과 음의 DC 고전압 펄스를 발생시키는 2차 코일을 포함하는 제2 트랜스포머(113c) 및 제2 트렌스포머의 1차 코일에 연결된 제2 전력 트랜지스터(113d)를 포함할 수 있다. 제어부(112)는 제1 트랜지스터(113b)와 제2 트랜지스터(113d)의 게이트를 제어할 수 있다. 제1 트랜스포머(113a)의 2차 코일의 일단은 접지되고, 제1 트랜스포머(113a)의 2차 코일의 타단은 양의 DC 고전압 펄스(Vo1)를 출력할 수 있다. 제2 트랜스포머(113c)의 2차 코일의 일단은 접지되고, 제2 트랜스포머(113c)의 2차 코일의 타단은 음의 DC 고전압 펄스(Vo2)를 출력할 수 있다.
DC 전압(Vin)은 12~24V의 직류 전원일 수 있다. 제어부(112)는 제1 전력 트랜지스터(113b)와 제2 전력 트랜지스터(113d)의 온타임과 반복 주파수를 동기를 맞춰 제어할 수 있다. DC 고전압 펄스의 전압은 수십 kV 예컨대, 10 ~ 50kV 일 수 있다. DC 고전압 펄스의 반복 주파수는 수kHz 내지 수십 kHz, 예컨대, 10kHz 내지 100kHz일 수 있다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 방전 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는 플라즈마 방전을 일으키는 안테나 모듈(220) 주변에 위치되고, DC 전원(110)에 연결된 일 전극(231)을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치는 DC 전원(110)을 통하여 전극(231)에 고전압을 인가하여, 전극(231)과 주변 물체(예컨대, 방전 튜브 내/외에 위치된 금속 물체) 사이에 축전 결합 방전을 일으킬 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 DC 전원(110)을 통하여 전극(231)에 고전압을 인가하여, 전극(231)과 방전 튜브 내에 위치되고 접지된 가스 튜브(211)와 전극(231) 사이에 축전 결합 방전을 일으킬 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 가스 튜브(211)와 전극(231) 사이에 방전을 일으켜 시드 전하를 제공할 수 있다. 즉, 가스 튜브(211)가 맞전극의 역할을 수행할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과하며, 방전 튜브 주변 또는 방전 튜브 내에 위치된 다른 접지된 도체가 맞전극 역할을 수행할 수도 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치는, 방전 튜브 외면에 위치되고 안테나 모듈(220)의 유도 코일(221) 상방에 위치된 전극(231)을 포함할 수 있다. 전극(231)은 사각판 형태일 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, DC 전원을 통하여 방전 튜브 외면에 위치된 사각판 형태의 전극(231)에 양의 고전압을 인가하여, 방전 튜브 내에 위치되고 접지된 가스 튜브(211)와 전극(231) 사이에 방전을 유도할 수 있다. DC 전원에 의하여 전극(231)에 고전압 펄스가 인가되면, 전극(231) 및 가스 튜브(211) 사이에 축전 결합 플라즈마 방전, 예컨대 스트리머 방전이 일어날 수 있다.
도 7의 (a)는 일 실시예에 따른 전원을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (b)은 도 7의 (a)에서 설명하는 고전압 펄스 발생기의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (a) 및 (b) 전원 및 고전압 펄스 발생기에 있어서, 특별한 설명이 없는 한 도 5에서 설명한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 고전압 펄스 발생기(113)는, AC-DC 변환기로부터 DC 전압을 획득하는 1차 코일과 양의 DC 고전압 펄스를 발생시키는 2차 코일을 포함하는 트랜스포머(113e), 트랜스포머(113e)의 1차 코일에 연결된 트랜지스터(113f)를 포함할 수 있다. 제어부(112)는 트랜지스터(113e)의 게이트를 제어할 수 있다. 트랜스포머(113f)의 2차 코일의 일단은 접지되고, 트랜스포머(113f)의 2차 코일의 타단은 양의 DC 고전압 펄스(Vout)를 출력할 수 있다.
*1.2.3 RF 전원 및 안테나 모듈
플라즈마 생성 장치는 방전 튜브 내부에 방전을 일으키는 하나 이상의 유도 전극을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 RF 전원으로부터 전력이 공급되면 유도 결합 플라즈마 방전을 일으키는 하나 이상의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 안테나 모듈은 그 형태 및 입력 전력 신호의 주파수에 따라 상이하게 동작할 수 있다. 이하에서는 안테나 모듈에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
1.2.3.1 제1 타입 안테나 모듈
도 8은 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 형태를 설명하기 위한 동작이다. 도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 안테나 모듈(223)은 제1 축전기(223a), 유도 코일(223b) 및 제2 축전기(223c)를 포함할 수 있다.
제1 축전기(223a)는 유도 코일(223b)의 일 단 및 RF 전원 사이에 연결되고, 제2 축전기(223c)는 유도 코일(223b)의 타 단 및 RF 전원 사이에 연결될 수 있다. 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c)는 동일한 축전 용량을 가질 수 있다.
유도 코일(223b)은 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c) 사이에 위치될 수 있다. 유도 코일(223b)은 다층 구조의 솔레노이드 코일일 수 있다. 유도 코일(223b)은 방전 튜브 외면에 다수 회 다층으로 권선된 솔레노이드 코일일 수 있다. 유도 코일(223b)을 구성하는 단위 턴들은 교류 전원에 응답하여 방전 튜브 내에 보강 간섭하는 자기장을 형성하도록 감길 수 있다. 유도 코일(223b)은 방전 튜브 외면에 일 방향으로 복수 회 권선된 솔레노이드 코일일 수 있다.
유도 코일(223b)은 방전 튜브의 단위 길이당 권선 수가 최대화되도록, 조밀하게 권선된 솔레노이드 코일일 수 있다. 도 5에서는 간략하게 도시하였으나, 유도 코일(223b)은 도 8에서 예시하는 것보다 많은 권선 수를 가지는 솔레노이드 코일일 수 있다. 예컨대, 유도 코일(223b)은 서로 연결된 내측 솔레노이드 코일, 중간 솔레노이드 코일, 외측 솔레노이드 코일을 포함하는 3층 구조일 수 있다.
유도 코일(223b)은 내부에 냉매가 흐를 수 있는 파이프 형태를 가질 수 있다. 유도 코일(223b)은 구리 파이프로 마련될 수 있다. 유도 코일(223b)의 단면은 원형 또는 사각형으로 마련될 수 있다.
제1 축전기(223a), 유도 코일(223b) 및 제2 축전기(223c)는 직렬 연결되고, 제1 주파수에서 공진할 수 있다. 제1 주파수는 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c) 각각의 축전 용량 C1 및 유도 코일(223b)의 유도 용량 L1에 의해 결정될 수 있다.
도 9는 도 8에서 예시하는 안테나 모듈의 공진주파수에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 안테나 모듈은 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c) 각각의 축전 용량 C1 및 유도 코일(223b)의 유도 용량 L1에 의해 결정되는 제1 주파수에서 공진할 수 있다. 제1 주파수로 전력이 공급될 때, 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c)는, 유도 코일(223b)의 양단에 유도되는 전압(Va)의 크기가 최소화 되도록, 유도 코일(223b)과 반대되는 전압 강하를 유도할 수 있다.
공진 상태에서, 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c)는 유도 코일(223b)의 리액턴스를 상쇄할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c)에 의하여 유도 코일(223b)의 리액턴스가 상쇄되도록 하는 제1 주파수로 안테나 모듈에 전력을 공급함으로써, 임피던스 정합을 수행할 수 있다. 제1 축전기(223a) 및 제2 축전기(223c)는 유도 코일(223b)의 양단에 인가되는 전압을 감소시키기 위하여 유도 코일(223b)에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다.
1.2.3.2 제2 타입 안테나 모듈
도 10은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈의 형태를 설명하기 위한 동작이다. 도 10의 (a), (b) 및 (c)는 방전 튜브의 단위 길이당 유도 코일의 턴 수가 서로 다르도록 마련된 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 (a), (b) 및 (c) 에서 도시하는 안테나 모듈은 서로 다른 방전 특성을 나타낼 수 있다.
플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈을 구성하는 유도 코일의 방전 튜브 단위 길이당 턴 수가 작을수록, 에너지 손실이 적고 방전 윈도우가 좁은 특성을 나타낼 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈을 구성하는 유도 코일의 방전 튜브 단위 길이당 턴 수가 클수록, 방전 윈도우가 넓고 방전 유지에 보다 유리하되 에너지 손실이 높은 특성을 나타낼 수 있다.
도 10의 (a)을 참조하면, 안테나 모듈(235)는 한 층당 한 턴씩 감긴 단위 코일(235b) 및 각 층의 단위 코일을 연결하는 층간 축전기(235a)를 포함할 수 있다. 도 10의 (a)에서 도시하는 12*1 턴 안테나 모듈(235)은, 모든 안테나 단위 턴들이 방전 튜브 외면에 밀접하도록 구성될 수 있다. 도 10의 (a)에서 도시하는 안테나 모듈(235)은, 적은 단위 길이당 턴 수(N/L)을 가지고, 이에 따라 상대적으로 낮은 방전 효율, 보다 적은 에너지 손실 및 상대적으로 높은 공정 성능을 가질 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 안테나 모듈(237)은 한 층당 2 턴씩 감긴 단위 코일(237b) 및 각 층의 단위 코일을 연결하는 층간 축전기(237a)를 포함할 수 있다. 도 10의 (b)에서 도시하는 6*2 턴 안테나 모듈(237)은, 도 10의 (a)의 안테나 모듈(235)에 비하여 큰 단위 길이당 턴 수(N/L)를 가진다. 도 10의 (b)에서 도시하는 안테나 모듈(237)은 도 10의 (a)의 안테나 모듈(235)에 비하여 높은 방전 효율을 보일 수 있다. 방전 효율은 단위 길이당 턴 수(N/L)에 비례할 수 있다. 예컨대, 도 10의 (b)에서 도시하는 안테나 모듈(237)은 도 10의 (a)의 안테나 모듈(235)에 두 배의 방전 효율을 가질 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 안테나 모듈(239)은 한 층당 3 턴씩 감긴 단위 코일(239b) 및 각 층의 단위 코일을 연결하는 층간 축전기(239a)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(239)은 도 10의 (a) 및 (b)의 안테나 모듈(235, 237)에 비하여 큰 단위 길이당 턴 수(N/L)를 가지고, 도 10의 (a) 및 (b)의 안테나 모듈(235, 237)보다 높은 방전 효율을 가질 수 있다. 안테나 모듈(239)은 도 10의 (a) 및 (b)의 안테나 모듈(235, 237)보다, 방전이 어려운 가스 조건에서 방전유지가 쉬운 특성을 가질 수 있다.
도 10의 (a), (b) 및 (c)에서 도시하는 안테나 모듈은 서로 다른 유전 용량을 가질 수 있다. (a)의 안테나 모듈(235)은 제1 유전 용량을 가지고, (b)의 안테나 모듈(237)은 제2 유전 용량을 가지되, (c)의 안테나 모듈(239)은 제3 유전 용량을 가질 수 있다. 제2 유전 용량은 제1 유전 용량보다 크고, 제3 유전 용량은 제2 유전 용량보다 클 수 있다.
도 11은 도 11에서 예시하는 안테나 모듈의 공진주파수에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 11을 참조하여, 도 11의 (c)에서 예시하는 안테나 모듈의 공진주파수에서의 전압 분배에 대하여 설명한다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 단위 코일(239b), 복수의 단위 코일들 사이에 배치된 층간 축전기(239a) 및 도시하지는 아니하였으나 상단 및 하단에 각각 위치된 단위 코일과 각각 연결된 말단 축전기(239c)를 포함할 수 있다.
안테나 모듈은, 층간 축전기(239a)의 축전 용량, 단위 코일(239b)의 유도 용량 및 말단 축전기(239c)의 축전 용량에 의해 결정되는 제2 주파수에서 공진할 수 있다.
단위 코일(239b)에 가해지는 전압을 최소화하기 위하여, 말단 축전기(239c)의 축전 용량은 층간 축전기(239a)의 축전 용량의 2배로 결정될 수 있다. 이때, 안테나 모듈은, 층간 축전기(239a)의 축전 용량 C2, 단위 코일(239b)의 유도 용량 L2 및 말단 축전기(239c)의 축전 용량 2*C2에 의해 결정되는 제2 주파수에서 공진할 수 있다. 도 11을 참조하면. 층간 축전기(239a)는 각각 2*C2의 축전 용량을 가지는 한 쌍의 가상의 축전기가 직렬 연결된 것으로 표시될 수 있다.
공진 상태에서, 복수의 층간 축전기(239a) 및 말단 축전기(239c)는 단위 코일(239b)들의 말단에 가해지는 전압을 감소시킬 수 있다. 안테나 모듈에 제2 주파수로 전력이 제공될 때, 층간 축전기(239a) 및 말단 축전기(239c)는 유도 코일(239b)의 양단에 유도되는 전압(Vb)의 크기가 최소화 되도록, 유도 코일(239b)과 반대되는 전압 강하를 유도할 수 있다.
층간 축전기(239a) 및 말단 축전기(239c)는 유도 코일(239b)의 리액턴스를 상쇄할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 층간 축전기(239a) 및 말단 축전기(239c)는 에 의하여 유도 코일(239b)의 리액턴스가 상쇄되도록 하는 제2 주파수로 안테나 모듈에 전력을 공급함으로써, 임피던스 정합을 수행할 수 있다. 말단 축전기(239c)는 유도 코일(239b)의 양단에 인가되는 전압을 감소시키기 위하여 유도 코일(239b)에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다. 층간 축전기(239a)는 단위 유도 코일(239b)들 간의 층간 전압 차이를 최소화하여 축전 결합을 방지하기 위하여 유도 코일(239b)의 각 층 사이에 배치될 수 있다.
층간 축전기(239a) 및/또는 말단 축전기(239c)에 의하여 유도 코일(239b)의 리액턴스가 상쇄됨에 따라, 각 단위 코일(239b)에서의 전압이 대응 관계를 가질 수 있다. 예컨대, 공진 상태에서, 일 단위 코일(239b)의 일 단 및 타 단 사이의 전압은, 다른 단위 코일(239b)의 일 단 및 타 단 사이의 전압에 대응될 수 있다. 일 단위 코일(239b)의 일 단에서의 전위는 다른 단위 코일(239b)의 일 단에서의 전위와 대응될 수 있다.
구체적인 예로, 안테나 모듈은 일 단 및 타 단을 가지는 제1 단위 코일(또는 단위 턴), 제1 단위 코일의 타 단과 직렬 연결되는 제1 층간 축전기, 일 단 및 타 단을 가지되 그 일 단이 제1 층간 축전기와 직렬 연결되는 제2 단위 코일을 포함할 수 있다. 안테나 모듈이 공진 상태에 있을 때, 제1 단위 코일의 일 단에서의 전위는 제2 단위 코일의 일 단 에서의 전위와 대응될 수 있다. 안테나 모듈이 공진 상태에 있을 때, 제1 단위 코일의 일 단과 타 단 사이에서의 전압은 및 제2 단위 코일의 일 단 및 타 단 사이에서의 전위와 대응될 수 있다. 안테나 모듈이 공진 상태에 있을 때, 제1 단위 코일의 일 단과 타 단 사이에서의 전압은 및 제1 단위 코일의 일 단 및 제2 단위 코일의 타 단 사이에서의 전압과 대응될 수 있다.
도 12는 도 11의 (c)에서 예시하는 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에 따른 안테나 모듈은 복수의 단위 코일(239b) 및 복수의 단위 코일 사이에 배치되는 층간 축전기(239c)를 포함할 수 있다. 도 12는 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 단위 코일(239b)을 도시한 것이다.
단위 코일(239b)은 복수의 턴(TU1, TU2, TU3)을 포함할 수 있다. 단위 코일(239b)은 제1 말단(TE1), 제1 말단(TE1)과 연결된 제1 턴(TU1), 제1 턴(TU1)과 연결된 제1 돌출부(PR1), 제1 돌출부(PR1)와 연결된 제2 턴(TU2), 제2 턴(TU2)과 연결된 제2 돌출부(PR2), 제2 돌출부(PR2)와 연결된 제3 턴(TU3) 및 제3 턴(TU3)과 연결된 제2 말단(TE2)을 포함할 수 있다.
단위 코일(239b)는 일 방향(도 12를 참조하면, x축 방향)으로 개방된 개방부를 가질 수 있다. 단위 코일(239b)의 제1 말단(TE1) 및 제2 말단(TE2)은 일 방향으로 개방된 개방부를 형성할 수 있다.
각각의 턴(TU1, TU2, TU3)은 동일 평면에 배치될 수 있다. 각각의 턴(TU1, TU2, TU3)은 소정의 중심각을 가질 수 있다. 각 턴의 중심각은 270도 이상일 수 있다. 각각의 턴(TU1, TU2, TU3)은 동일한 중심축을 가지도록 배치되고, 서로 다른 반경을 가질 수 있다.
각각의 돌출부(PR1, PR2)는 서로 반경이 다른 턴들을 연결하고, "U"자 형태로 마련될 수 있다. 제1 돌출부(PR1)는 제1 턴(TU1)의 일 단 및 제2 턴(TU2)의 일 단을 연결할 수 있다.
제1 말단(TE1) 또는 제2 말단(TE2)는 층간 축전기(239c) 또는 말단 축전기(239a)와 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 말단(TE1)은 말단 축전기(239a)와 연결되고, 제2 말단(TE2)는 층간 축전기(239c)와 연결될 수 있다.
한편, 안테나 모듈은 복수의 단위 코일(239b)을 포함할 수 있다. 복수의 단위 코일은 방전 튜브의 중심축에 대하여 회전 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 단위 코일은 방전 튜브의 중심축에 대하여, 돌출부(PR)가 제1 방향을 향하도록 배치되고, 제2 단위 코일은 방전 튜브의 중심축에 대하여 돌출부(PR)가 제2 방향을 향하도록 배치되되, 제1 방향과 제2 방향은 방전 튜브의 중심축에 대하여 소정 각도를 이룰 수 있다. 예컨대, 소정 각도는 90도 일 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 RF 전원을 설명하기 위한 블록도이다. 도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 RF 전원 장치(100)는 교류 전원(1100), 전원 공급 장치(1200) 및 부하(1400)를 포함할 수 있다.
교류 전원(1100)는 가정 또는 산업 현장에서 사용되는 60Hz의 통상적인 전원일 수 있다. 부하(1400)는 가정 또는 산업 현장에서 사용되는 전기 또는 전자 장치일 수 있다. 부하(1400)는 본 명세서에서 설명하는 플라즈마 생성 장치일 수 있다.
전원 공급 장치(1200)는 제1 교류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하여 부하(1400)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 제2 교류 전원은 수백 kHz 내지 수십MHz의 구동 주파수를 가지고, 수 kW 이상의 전력을 제공할 수 있다. 전원 공급 장치(1200)는 정류기(1210), 커패시터(1220), 인버터(1230), 임피던스 매칭회로(1300) 및 제어기(1250)를 포함할 수 있다.
정류기(1210)는 교류 전원(1100)의 출력을 직류 전원으로 변환할 수 있다. 정류기(1210)는 직류 전원을 접지 노드(GND)와 전원 노드(VP) 사이에 공급할 수 있다. 커패시터(1220)는 전원 노드(VP)와 접지 노드(GND) 사이에 연결될 수 있다. 커패시터(1220)는 전원 노드(VP)에 전달되는 교류 성분을 접지 노드(GND)로 방전할 수 있다.
인버터(1230)는 전원 노드(VP) 및 접지 노드(GND)로부터 직류 전원을 수신할 수 있다. 인버터(1230)는 제어기(1250)로부터 스위칭 신호(SW)를 수신할 수 있다. 인버터(1230)는 스위칭 신호(SW)에 응답하여 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환할 수 있다. 제2 교류 전원은 임피던스 매칭 회로(1300)를 통해 부하(1400)에 공급될 수 있다. 임피던스 매칭 회로(1300)는 부하(1400)의 임피던스에 대한 임피던스 매칭을 제공할 수 있다.
제어기(1250)는 인버터(1230)로 스위칭 신호(SW)를 전달할 수 있다. 제어기(1250)는 인버터(1230)가 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하도록 스위칭 신호(SW)를 제어할 수 있다. 제어기(1250)는 인버터(1230)로부터 부하(1400)로 공급되는 전력량을 조절하도록 스위칭 신호(SW)를 제어할 수 있다.
1.3 플라즈마 방전 동작
*일 실시예에 따르면, 플라즈마 방전을 수행하는 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, 시드 전하를 제공하는 단계 및 플라즈마 방전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, DC 전원을 통하여 DC 전극에 고전압 펄스를 인가하여 방전 튜브 내에 시드 전하를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, RF 전원을 통하여 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하여 방전 튜브 내에 플라즈마 방전을 유도하는 것을 포함할 수 있다.
이하에서, 도 14를 참조하여, 플라즈마 방전 장치의 동작 또는 플라즈마 방전을 수행하는 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 편의를 위하여, 전극이 하나인 경우의 DC 전극을 기준으로 설명하나, 이는 필수적이지 아니하며, 플라즈마 방전 장치는 맞전극을 더 포함할 수도 있다.
도 14는 본 명세서에서 설명하는 플라즈마 방전 장치에 있어서, 일 실시예에 따른 플라즈마 방전 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a)를 참조하면, 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, 플라즈마 방전 장치가, DC 전원(101)을 통하여 DC 전극(231)에 고전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, DC 전원(101)을 통하여 DC 전극(231)에 고전압을 인가하여, 제1 전기장(E1)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제1 전기장(E1)은 전극(231) 및 가스 튜브(211) 사이에 형성될 수 있다.
플라즈마 방전을 수행하는 방법은, 플라즈마 방전 장치가, DC 전원(101)을 통하여 DC 전극(231)에 고전압을 인가하여 방전 튜브 내에 시드 전하를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, DC 전극(231)에 고전압을 인가하여, DC 전극(231) 및 가스 튜브(211)사이에 고밀도의 전기장을 형성하여, 전하의 밀집을 유도함으로써 시드 전하를 생성할 수 있다.
도 14의 (b)를 참조하면, 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, RF 전원(102)을 통하여 안테나 모듈(220)에 RF 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 방전을 수행하는 방법은, RF 전원(102)를 통하여 안테나 모듈(220)에 RF 전압을 인가하여, 방전 튜브 내에 제2 전기장(E2)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, RF 전원(102)를 통하여 안테나 모듈(220)에 RF 전압을 인가하여 제2 전기장(E2)을 형성하여, 시드 전하 및/또는 플라즈마를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, 제2 전기장(E2)을 형성하여 축전 결합 플라즈마를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
제2 전기장(E2)은 방전 튜브의 축과 나란하게 형성될 수 있다. 제2 전기장(E2)은 안테나 모듈(220)의 유도 코일의 길이 방향과 나란하게 형성될 수 있다.
플라즈마 방전을 수행하는 방법은, RF 전원(102)를 통하여 안테나 모듈(220)에 RF 전압을 인가하여, 방전 튜브 내에 제3 전기장(E3)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, 방전 튜브 내에 제3 전기장(E3)을 형성하여 방전 튜브 내에 플라즈마를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전을 수행하는 방법은, RF 전원(102)를 통하여 안테나 모듈(220)에 RF 전압을 인가하여 제3 전기장(E3)을 형성하고, 시드 전하 및/또는 플라즈마를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
제3 전기장(E3)은 안테나 모듈의 유도 코일에 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 제3 전기장(E3)은 방전 튜브의 원주 방향에 나란하게 형성될 수 있다.
2. 이그니션 보조 구체화
전술한 바와 같이 DC 전압의 인가를 통한 시드 전하의 공급을 통하여 플라즈마의 초기 방전(이그니션)을 수행하는 경우, 플라즈마 발생이 보다 용이하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
다만, DC 전압의 인가를 통한 시드 전하의 공급은 축전 전기장의 형성을 통한 전하 군집에 기초하는 것으로서, 경우에 따라 장치의 손상을 가져올 수 있다. 예를 들어, DC 전압에 의해 형성되는 전기장은 가스 튜브의 내벽 내지 기타 구조물을 향하기 때문에, 전기장에 의해 가속된 입자 또는 전자가 가스 튜브의 내벽 등에 충돌할 수 있다. 이러한 의도되지 아니한 충돌은 가스 튜브의 내벽 내지 기타 구조물의 손상 및 입자 등의 불순물 발생을 초래할 수 있다. 장치의 손상은 장치의 열화로 이어져 장치의 수명에 악영향을 미치며, 불순물의 발생은 장치에 의해 생성되는 활성종의 품질을 떨어트리는 요인으로 작용할 수 있다.
그러나 가스의 종류에 따라, RF 전원 및 안테나 모듈을 통한 유도 전기장(또는 축전 전기장)의 형성 만으로는 플라즈마의 초기 방전이 일어날 환경이 충분히 조성되지 아니할 수 있다. 반면, 특정 방전 조건 하에서는, DC 전원을 통한 DC 전압의 인가 없이, RF 전원 및 안테나 모듈을 통한 유도 전기장(또는 축전 전기장) 만으로도 플라즈마 초기 방전이 원활히 이루어질 수도 있다.
따라서, 플라즈마 방전 상태에 따라, DC 전압의 인가 여부, DC 고전압 펄스의 강도 또는 RF 전압의 세기 등을 적절히 변용하여 장치의 손상 및 입자의 발생을 최소화하면서 플라즈마의 초기 방전을 보조하기 위한 방법의 필요성이 대두된다.
이하에서는, DC 고전압 펄스 및/또는 교류 전력의 출력을 제어하여 플라즈마 생성을 보조하는 플라즈마 생성 장치 및/또는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다. 이하에서는, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 플라즈마의 상태 변화에 기초하여 DC 전압 및/또는 RF 전압을 단계적으로 인가하는 플라즈마 장치 및/또는 플라즈마 장치의 제어 방법 등에 대하여 설명한다.
본 명세서에서 설명되는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은 플라즈마 생성 장치 내지 플라즈마 생성 장치에 내장된 컨트롤러에 의하여 수행될 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 본 명세서에서 설명되는 본 명세서에서 설명되는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법을 수행하거나, 이러한 방법을 수행하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 플라즈마 생성 장치의 실시예에 의하여 대응되는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법이 제공될 수 있으며, 본 명세서에서 제공하는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법 실시예에 의하여 대응되는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
2.1 장치
도 15는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)는, 플라즈마 생성 공간을 제공하는 챔버(2010), 챔버(2010) 주변에 위치되고 제1 전원(P1)으로부터 전력을 공급받는 안테나 모듈(2030), 챔버(2010) 주변에 위치되고 제2 전원(P2)으로부터 전력을 공급받는 전극(2050), 센서(2070) 및 제1 전원(P1)과 제2 전원(P2)을 제어하는 컨트롤러(2090)을 포함할 수 있다.
안테나 모듈(2030)은 챔버 주변에 배치되고, 제1 전원과 연결되고 상기 챔버 내에 유도 전기장을 형성할 수 있다. 전극(2050)은, 챔버 주변에 배치되고, 제2 전원과 연결되고 상기 플라즈마 생성을 보조할 수 있다.
센서(2070)는, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득할 수 있다. 센서(2070)는, 플라즈마 생성 장치의 일 위치에서, 전력, 전류 또는 전압을 획득할 수 있다. 예컨대, 센서(2070)는 상기 제1 전원에 의하여 부하에 공급되는 전력을 나타내는 상기 센싱 정보를 획득할 수 있다. 센서(2070)는 제1 전원에 의하여 부하에 흐르는 전류 및/또는 부하에 인가되는 전압을 나타내는 센싱 정보를 획득할 수 있다.
컨트롤러(2090)는, 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 교류 전력(또는 교류 전압 또는 RF 전력)을 제공할 수 있다. 컨트롤러(2090)는, 제1 전원(P1)의 인버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 생성하고, 제1 전원(P1)으로 전달하여 제1 전원(P1)의 출력을 제어할 수 있다.
컨트롤러(2090)는, 제2 전원(P2)을 통하여 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가할 수 있다. 컨트롤러(2090)는 제2 전원(P2)의 펄스 생성기를 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하고, 제2 전원(P2)으로 전달하여 제2 전원(P2)의 출력을 제어할 수 있다.
컨트롤러(2090)는, 센서(2070)를 통하여, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득할 수 있다. 컨트롤러(2090)는 센서(2070)를 통하여 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보에 기초하여 제1 전원(P1) 및/또는 제2 전원(P2)의 동작 상태를 변경할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(2090)는, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 제1 전압으로 상기 고전압 펄스를 인가하고, 상기 제2 시점 이후인 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압으로 상기 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 컨트롤러(2090)는, 상기 제2 시점에, 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 전극에 제1 주기로 상기 고전압 펄스를 인가하고, 상기 제2 시점에서 제1 시간 후인 제3 시점에, 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 전극에 상기 제1 주기보다 작은 제2 주기로 상기 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 컨트롤러(2090)는, 상기 제1 시점부터 제1 크기로 상기 부하에 상기 RF 전압을 인가하고, 상기 제1 시점 이후이고 상기 제2 시점 이전인 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기로 상기 부하에 상기 RF 전압을 인가할 수 있다.
한편, 컨트롤러(2090)는, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 제1 전압으로 상기 고전압 펄스를 인가하고, 상기 제2 시점보다 늦은 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하면, 상기 고전압 펄스의 인가를 중단할 수 있다.
2.2 제어 방법
도 16은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 부하에 RF 전압을 인가하는 단계(S110), 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 및 센싱 정보에 기초하여 제2 전원을 제어하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치(2000)는, 플라즈마 생성 공간을 제공하는 챔버(2010), 챔버(2010) 주변에 위치되고 제1 전원(P1)으로부터 전력을 공급받는 안테나 모듈(2030), 챔버(2010) 주변에 위치되고 제2 전원(P2)으로부터 전력을 공급받는 전극(2050), 센서(2070) 및 제1 전원(P1)과 제2 전원(P2)을 제어하는 컨트롤러(2090)를 포함하는 플라즈마 생성 장치(2000)를 제어하는 방법이 제공될 수 있다.
부하에 RF 전압을 인가하는 단계(S110)는, 컨트롤러(2090)가, 제1 시점부터, 상기 제1 전원(P1)을 통하여 상기 안테나 모듈을 포함하는 부하에 RF 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130)는, 컨트롤러(2090)가, 상기 RF 전압에 따른 상기 플라즈마의 상태와 관련된 상기 센싱 정보를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
센싱 정보에 기초하여 제2 전원(P2)을 제어하는 단계(S150)는, 컨트롤러(2090)가, 상기 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점부터, 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 제2 전원(P2)을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
컨트롤러(2090)가 제2 전원(P2)을 제어하는 단계(S150)는, 컨트롤러(2090)가 상기 센싱 정보가 상기 챔버 내에 상기 플라즈마가 생성되지 아니하였음을 지시하는 경우 상기 제2 전원(P2)을 통하여 상기 전극(2050)에 상기 펄스를 인가하되, 상기 센싱 정보가 상기 챔버 내에 상기 플라즈마가 생성되었음을 지시하는 경우 상기 전극(2050)에 상기 펄스를 인가하지 아니하도록 마련된 상기 미리 정해진 조건에 따라 동작하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(2090)가 제2 전원(P2)을 제어하는 단계(S150)는, 컨트롤러(2090)가, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 제2 전원(P2)을 통하여 상기 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하지 아니하되, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원(P2)을 통하여 상기 전극(2050)에 상기 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 이와 관련하여서는, 이하의 실시예 1에서 보다 상세히 설명한다.
컨트롤러(2090)는, 센서(2070)를 통하여, 제1 전원(P1)으로부터 부하에 공급되는 전력과 관련된 센싱 정보를 획득할 수 있다. 이때, 상기 컨트롤러(2090)가 상기 제2 전원(P2)을 제어하는 것은, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 부하에 공급되는 전력이 기준 전력 이하임을 나타내는 경우 상기 전극(2050)에 상기 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 부하에 공급되는 전력이 기준 전력 이상임을 나타내는 경우 상기 전극(2050)에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 전원(P1)은 직류 전원 및 상기 직류 전원을 RF 전력으로 변환하는 인버터를 포함하고, 센서(2070)는 상기 제1 전원(P1)의 상기 직류 전원 및 상기 인버터 사이에 위치되고, 상기 직류 전원에 의해 출력되는 제1 전압 및 상기 직류 전원으로부터 출력되는 제1 전류를 획득할 수 있다. 이때, 컨트롤러(2090)가 상기 제2 전원(P2)을 제어하는 것은, 컨트롤러(2090)가 상기 제1 전압 및 상기 제1 전류에 기초하여 결정된 상기 부하에 공급되는 전력에 기초하여 상기 제2 전원(P2)을 제어하는, 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서(2070)는 상기 안테나 모듈(2030)에 흐르는 제2 전류와 관련된 센싱 정보를 획득할 수 있다. 컨트롤러(2090)가 상기 제2 전원(P2)을 제어하는 것은, 상기 컨트롤러가 상기 센싱 정보를 획득하고, 상기 제2 시점에 상기 제2 전류 및 상기 RF 전압의 위상 차이가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에 상기 제2 전류 및 상기 RF 전압의 위상 차이가 상기 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전극에 단위 펄스를 인가하는 것에 응답하여 플라즈마가 발생하지 아니한 경우, 전극에 증가된 전압의 단위 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(2090)가 상기 제2 전원을 제어하는 단계는, 컨트롤러가, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 제1 전압으로 상기 고전압 펄스를 인가하되 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 전극에 상기 고전압 펄스를 인가하지 아니하는 단계 및 컨트롤러가, 상기 제2 시점 이후인 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압으로 상기 고전압 펄스를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 플라즈마 방전이 발생하면, 즉 플라즈마 방전과 관련된 센싱 정보가 획득되면, 제2 전원의 동작을 중단하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(2090)가 상기 제2 전원을 제어하는 단계는, 컨트롤러(2090)가, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 제1 전압으로 상기 고전압 펄스를 인가하는 단계 및 컨트롤러(2090)가, 상기 제2 시점 이후인 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하면, 상기 고전압 펄스의 인가를 중단하는 단계를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전극에 단위 펄스를 인가하는 것에 응답하여 플라즈마가 발생하지 아니한 경우, 감소된 시간 간격으로 전극에 단위 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러가 상기 제2 전원을 제어하는 것은, 상기 제2 시점에, 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 전극에 제1 주기로 상기 고전압 펄스를 인가하고, 상기 제2 시점에서 제1 시간 후인 제3 시점에, 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 전극에 상기 제1 주기보다 작은 제2 주기로 상기 고전압 펄스를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
한편, 위 실시예에서는, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법이 센싱 정보에 기초하여 제2 전원(P2)을 제어하는 단계(S150)를 포함하는 경우를 기준으로 설명하였으나, 본 명세서에서 설명하는 발명의 내용이 이에 한정되지는 아니한다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 센싱 정보에 기초하여 제1 전원(P1)을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전극에 단위 펄스를 인가하는 것에 응답하여 플라즈마가 발생하지 아니한 경우, 증가된 진폭으로 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러가 상기 제1 전원을 통하여 상기 부하에 상기 RF 전압을 인가하는 것은, 상기 제1 시점부터 제1 크기로 상기 부하에 상기 RF 전압을 인가하고, 상기 제1 시점 이후이고 상기 제2 시점 이전인 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기로 상기 부하에 상기 RF 전압을 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
2.3 DC 고전압 인가 변조
일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치는, 미리 정해진 조건에 기초하여 DC 고전압 펄스의 인가 여부를 결정할 수 있다. 플라즈마의 상태에 따라 DC 고전압 펄스의 인가 여부를 결정할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 플라즈마 이그니션(또는 생성) 여부에 따라 DC 고전압 펄스의 인가 여부를 결정할 수 있다.
구체적인 예로, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하여 초기 방전을 유도하되, 소정 시간 이내에 초기 방전(또는 이그니션)이 발생하지 아니하면, 전극에 고전압 펄스를 인가하여 초기 방전을 보조하는 것을 포함할 수 있다. 예시한 바와 같이, 플라즈마 생성 장치는 안테나 모듈에 RF 전압을 우선적으로 인가하고, 초기 방전이 발생하지 아니하는 경우에만 전극에 고전압 펄스를 인가함으로써, 고전압 펄스로 인한 장치의 손상 내지 미세 입자의 발생을 억제할 수 있다.
다른 구체적인 예로, 플라즈마 생성 장치는, 전극에 단위 고전압 펄스를 적어도 한차례 인가한 후, 플라즈마 발생과 관련된 미리 정해진 조건이 만족되었는지 판단하고, 조건이 만족되지 아니한 경우(즉, 플라즈마가 발생하지 아니한 경우), 고전압 펄스의 출력 상태를 변경할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점부터 제1 전원을 통하여 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하고, 제1 시점 이후인 제2 시점에서(또는 제2 시점 이후부터) 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 고전압 펄스를 인가하여 제1 전력을 출력하고, 상기 제2 시점 이후인 제3 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 고전압 펄스를 인가하여 상기 제1 전력보다 큰 제2 전력을 출력할 수 있다. 플라즈마 생성 장치가 전극에 상기 고전압 펄스를 인가하여 상기 제1 전력보다 큰 제2 전력을 출력하는 것은, 고전압 펄스의 전압을 증가시키거나, 고전압 펄스의 수를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
2.3.1 실시예 1
일 실시예에 따르면, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하고, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하되, 미리 정해진 시간 이내에 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면 전극에 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점부터, 상기 제1 전원을 통하여 상기 안테나 모듈을 포함하는 부하에 RF 전압을 인가하고, 상기 RF 전압에 따른 상기 플라즈마의 상태와 관련된 상기 센싱 정보를 획득하고, 상기 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점부터, 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 제2 전원을 제어할 수 있다.
플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점 이후에 센싱 정보를 획득할 수 있다. 플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점 이후에, 제1 시점 이후에 인가된 RF 전압에 따른 변화가 반영된 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득할 수 있다. 플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점 이후에 획득된 센싱 정보에 기초하여 제2 전원을 제어할 수 있다. 플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제2 시점 이후에 획득된 센싱 정보에 기초하여 제2 전원을 제어할 수 있다.
플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 상기 제2 시점에, 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니할 수 있다.
플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 상기 컨트롤러가 상기 센싱 정보가 상기 챔버 내에 상기 플라즈마가 생성되지 아니하였음을 지시하는 경우 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 펄스를 인가하되 상기 센싱 정보가 상기 챔버 내에 상기 플라즈마가 생성되었음을 지시하는 경우 상기 전극에 상기 펄스를 인가하지 아니하도록 마련된 상기 미리 정해진 조건에 따라 동작할 수 있다.
플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 부하에 공급되는 전력이 기준 전력 이하임을 나타내는 경우 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에서 상기 센싱 정보가 상기 부하에 공급되는 전력이 기준 전력 이상임을 나타내는 경우 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 전원은 직류 전원 및 상기 직류 전원을 RF 전력으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 센서는 상기 제1 전원의 상기 직류 전원 및 상기 인버터 사이에 위치되고, 상기 직류 전원에 의해 출력되는 제1 전압 및 상기 직류 전원으로부터 출력되는 제1 전류를 획득할 수 있다.
컨트롤러는, 상기 제1 전압 및 상기 제1 전류에 기초하여 결정된 상기 부하에 공급되는 전력에 기초하여 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가할 수 있다.
예컨대, 플라즈마 생성 장치는, 센서를 통하여, 제1 전원으로부터 부하에 공급되는 전력 값을 획득하고, 획득된 전력 값이 미리 정해진 조건 값을 초과하는지에 기초하여 제2 전원을 제어할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 획득된 전력 값이 미리 정해진 조건 값을 초과하지 아니하면, 제2 전원을 통하여 전극에 고전압 펄스를 인가하되, 획득된 전력 값이 미리 정해진 조건 값을 초과하면, 제2 전원을 통하여 전극에 고전압 펄스를 인가하지 아니할 수 있다. 또는, 플라즈마 생성 장치는, 획득된 전력 값이 소정 비율을 초과하는지에 기초하여 제2 전원을 제어할 수도 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 센서는 상기 안테나 모듈에 흐르는 제2 전류에 기초하여 상기 센싱 정보를 획득할 수 있다.
컨트롤러는, 상기 센싱 정보를 획득하고, 상기 제2 시점에 상기 제2 전류 및 상기 RF 전압의 위상 차이가 상기 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에 상기 제2 전류 및 상기 RF 전압의 위상 차이가 상기 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니할 수 있다.
예컨대, 플라즈마 생성 장치는, 센서를 통하여 안테나 모듈에 흐르는 전류의 위상 정보를 획득하고, 컨트롤러에 의해 생성되는 스위칭 신호로부터 안테나 모듈에 인가되는 전압의 위상 정보를 획득하고, 안테나 모듈에 흐르는 전류의 위상 정보 및 안테나 모듈에 인가되는 전압의 위상 정보에 기초하여 미리 정해진 조건이 만족되는지 여부를 판단할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 부하에 RF 전압을 인가하는 단계(S110), 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S151) 및 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 단계(S152)를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하고, 일정 시간 간격으로 센서를 통하여 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보에 기초하여 펄스 발생기를 포함하는 제2 전원의 동작 상태를 변경하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하고, 일정 시간 간격으로 센서를 통하여 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보에 기초하여 펄스 발생기를 포함하는 제2 전원의 동작 상태를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 15를 참조하여 도 18에서 설명하는 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력에 대하여 설명한다.
도 18의 (a)는, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른, 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 출력 전류(iRF)를 나타낸 것이다. 출력 전류(iRF)는 플라즈마 생성 장치(2000)가 제1 전원(P1)교류 전원을 구동함에 따라 부하 또는 안테나 모듈에 흐르는 전류일 수 있다. 출력 전류(iRF)는 플라즈마 생성 장치가 교류 전원을 통하여 안테나 모듈에 교류 전압을 인가함에 따라 안테나 모듈(내지 부하)에서 측정되는 교류 전류일 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 전원(P1)을 통하여, 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 도 18의 (a) 및 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(200)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)부터 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점부터 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하고, 안테나 모듈(2030)에 흐르는 출력 전류(iRF)를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 전원(P2)을 통하여, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 도 18의 (b)는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른, 고전압 펄스(Vig)의 파형을 나타낸 것이다. 도 18의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 전원(P2)을 통하여, 전극(2050)에 일정한 주기로 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2) 이후, 플라즈마 발생이 감지될 때까지 전극(2050)에 고전압 펄스를 일정한 주기(이하의 예에서는, 제1 시간 간격(PT1))로 인가하는 것을 포함할 수 있다.
도 18의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)으로부터 미리 정해진 시간 간격(PT)이후인 제2 시점(t2)부터 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)에(또는 적어도 제2 시점(t2) 이후에), 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 별도의 전력 센서, 전류 센서 또는 전압 센서를 통하여 플라즈마 발생 여부를 나타내는 정보를 획득하고, 획득된 정보에 기초하여 제2 전원(P2)을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 센서(2070)를 통하여 획득된 정보에 기초하여, 고전압 펄스의 인가 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)부터 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하는 것에 응답하여, 제2 시점(t2)에 챔버(2010) 내에 플라즈마가 발생되지 아니한 경우, 적어도 제2 시점(t2) 이후에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하고, 제2 시점(t2)으로부터 제1 시간 간격(PT1) 이후에 전극(2050)에 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)을 인가한 이후에 플라즈마가 발생되지 아니한 경우, 제2 시점(t2)으로부터 제1 시간 간격(PT1) 이후에 전극(2050)에 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)을 인가하고, 제1 단위 펄스(UP1) 인가에 응답하여 플라즈마 방전이 발생되지 아니한 경우, 제2 시점(t2)으로부터 제1 시간 간격(PT1) 이후에 전극(2050)에 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하고, 제2 단위 펄스(UP2)가 인가된 때로부터 제1 시간 간격(PT1) 이후에, 전극(2050)에 제3 단위 펄스(UP3)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 고전압 펄스 인가를 중단하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 챔버(2010) 내의 플라즈마 발생이 감지되면, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 중단하는 것을 포함할 수 있다. 도 18의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제3 단위 펄스(UP3)를 인가하고, 챔버(2010) 내에 플라즈마가 발생하는 것에 응답하여, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 중단하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 별도의 전력 센서, 전류 센서 또는 전압 센서를 통하여 획득된 값에 기초하여 고전압 펄스의 인가를 중단하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 센서(2070)를 통하여 플라즈마의 상태를 나타내는 측정 값을 획득하고, 플라즈마가 발생되었음을 나타내는 측정 값을 획득하는 것에 응답하여 고전압 펄스의 인가를 중단하는 것을 포함할 수 있다.
2.3.2 실시예 2
일 실시예에 따르면, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 전극에 인가되는 펄스의 전압을 증가시키는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면, 전극에 인가되는 펄스의 전압을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 19에서 설명하는 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 대하여, 도 16의 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전술한 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 이후에, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S161), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 단계(S162), 전극에 고전압 펄스를 인가한 후, 다시 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S163) 및 고전압 펄스의 전압을 증가시키는 단계(S164)를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 주기적으로 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 주기적으로 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 고전압 펄스의 전압 값을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
도 19를 참조하면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 단계(S162), 전극에 고전압 펄스를 인가한 후, 다시 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S163) 및 고전압 펄스의 전압을 증가시키는 단계(S164)를 반복적으로 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 20은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 RF 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 20을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전술한 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 이후에, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S165), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 판단하지 아니하는 경우 전극에 제1 전압으로 고전압 펄스를 인가하는 단계(S166), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S167) 및 전극에 제2 전압으로 고전압 펄스를 인가하는 단계(S168)를 포함할 수 있다.
도 20을 참조하면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 제1 시점에 제1 센싱 정보를 획득하는 단계(S130), 획득된 제1 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우 제2 전원을 통하여 전극에 제1 전압으로 고전압 펄스를 인가하는 단계(S166), 제1 시점 이후인 제2 시점에 제2 센싱 정보를 획득하는 단계(미도시), 획득된 제2 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우 제2 전원을 통하여 전극에 제1 전압보다 큰 제2으로 고전압 펄스를 인가하는 단계(S168)를 포함할 수 있다.
도 21은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 15에서 예시하는 플라즈마 생성 장치(2000)를 참조하여, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)에 의해 출력되는 RF 전류 및 고전압 펄스에 대하여 설명한다.
도 21의 (a)는, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른, 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 출력 전류(iRF)를 나타낸 것이다. 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 전원(P1)을 통하여, 제1 시점(t1)부터, 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 출력 전류(iRF)를 생성하거나 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하는 플라즈마 생성 장치(2000) 또는 플라즈마 생성 장치(2000)의 동작에 대하여는 도 18과 관련하여 설명한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 21의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 전원(P2)을 통하여, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 고전압 펄스 인가 동작과 관련하여, 특별한 설명이 없는 한, 도 18과 관련하여 전술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2) 이후, 플라즈마 발생이 감지될 때까지 전극(2050)에 고전압 펄스를 일정한 주기(이하의 예에서는, 제1 시간 간격(PT1))로 인가하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 인가되는 단위 고전압 펄스의 세기가 변경될 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 별도의 전력 센서, 전류 센서 또는 전압 센서를 통하여 플라즈마 발생 여부를 나타내는 정보를 획득하고, 획득된 정보에 기초하여 제2 전원(P2)을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 센서(2070)를 통하여 획득된 정보에 기초하여, 고전압 펄스의 인가 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 21의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)으로부터 미리 정해진 시간(PT) 이후인 제2 시점(t2)에(또는 적어도 제2 시점(t2) 이후에), 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)부터 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가하는 것에 응답하여, 제2 시점(t2)에 챔버(2010) 내에 플라즈마가 발생되지 아니한 경우, 적어도 제2 시점(t2) 이후에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)으로부터 제1 시간 간격(PT1)이후에, 전극(2050)에 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 제2 단위 펄스(UP2)는 제1 단위 펄스(UP1)보다 큰 값을 가질 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)으로부터 정해진 시간 간격(PT1)이내에 플라즈마가 발생되지 아니한 경우, 제2 시점(t2)으로부터 미리 정해진 시간 간격(PT1)이후에, 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)보다 큰 전압으로 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하고, 제2 단위 펄스(UP2)가 인가된 때로부터 제1 시간 간격(PT1) 이후에, 전극(2050)에 제2 단위 펄스(UP2)보다 큰 전압으로 제3 단위 펄스(UP3)를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 센서(2070)를 통하여 획득된 값에 기초하여, 전극(2050)에 고전압 펄스 인가를 중단하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 센서(2070)를 통하여 획득된 값이 소정 조건을 만족하면, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 중단하는 것을 포함할 수 있다. 도 21의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제3 단위 펄스(UP3)를 인가한 이후에, (예컨대, 제3 시점(t3)에) 챔버(2010) 내에 플라즈마가 발생하는 것에 응답하여, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 중단하는 것을 포함할 수 있다.
2.3.3 실시예 3
일 실시예에 따르면, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하고, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 전극에 인가되는 고전압 펄스의 주기를 조절하는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면 고전압 펄스를 발생시키는 제2 전원의 동작 주기를 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
도 22는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전술한 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 이후에, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S171), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 단계(S172), 전극에 고전압 펄스를 인가한 후 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S173), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 고전압 펄스의 주기를 감소시키는 단계(S174)를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 주기적으로 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 전극에 인가되는 고전압 펄스의 주기(시계열적으로 인접하는 고전압 펄스 사이의 시간 간격)를 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
도 22를 참조하면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 단계(S172), 전극에 고전압 펄스를 인가한 후, 다시 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S173) 및 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 고전압 펄스의 전압을 증가시키는 단계(S174)를 반복적으로 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 RF 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 23을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전술한 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 이후에, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S175), 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 제1 시간 간격으로 인가하는 단계(S176), 전극에 고전압 펄스를 제1 시간 간격으로 인가한 후, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S177) 및 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 전극에 고전압 펄스를 제2 시간 간격으로 인가하는 단계(S178)를 더 포함할 수 있다.
도 23을 참조하면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 제1 시점에 제1 센싱 정보를 획득하는 단계(S130), 획득된 제1 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S175), 획득된 제1 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우 제2 전원을 통하여 전극에 제1 시간 간격으로 고전압 펄스를 인가하는 단계(S176), 제1 시점 이후인 제2 시점에 제2 센싱 정보를 획득하는 단계(미도시), 획득된 제2 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우 제2 전원을 통하여 전극에 제1 시간 간격보다 작은 제2 시간 간격으로 고전압 펄스를 인가하는 단계(S178)를 포함할 수 있다.
도 24는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다. 특별한 설명이 없는 한, 도 24과 관련하여 설명되는 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 있어서, 전술한 도 18 및 도 21의 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 24의 (a)는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 의하여, 제1 전원(P1)을 통하여, 제1 시점(t1)부터, 안테나 모듈(2030)에 교류 전압을 인가함에 따라 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 출력 전류(iRF)를 나타낸 것이다. 도 24의 (a)와 관련하여서는 도 18의 (a)와 관련하여 전술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은 교류 전압에 의해 소정 시간 내에 플라즈마가 발생하지 아니하면 고전압 펄스를 발생시켜 플라즈마 발생을 유도하되, 고전압 펄스의 인가 주기를 점진적으로 감소시킴으로써 장치의 손상 및 부산물 발생을 최소화하는 것을 포함할 수 있다. 고전압 펄스 인가 동작과 관련하여, 특별한 설명이 없는 한, 도 18과 관련하여 전술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 24의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점부터 미리 정해진 시간(PT)이후인 제2 시점(t2)에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하고, 제2 시점(t2)으로부터 제1 시간 간격(PT1)이후인 제3 시점(t3)에 전극에 제2 고전압 펄스(UP2)를 인가하고, 제3 시점(t3)으로부터 제2 시간 간격(PT2) 이후인 제4 시점에 전극에 제3 고전압 펄스(UP3)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 제2 시간 간격(PT2)은 제1 시간 간격(PT1)보다 짧을 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제2 시점(t2)에 전극(2050)에 제1 단위 펄스(UP1)를 인가하고, 제2 시점(t2)이후 제1 시간 간격(PT1) 동안 플라즈마 상태를 나타내는 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보에 기초하여 미리 정해진 조건 만족 여부를 판단하고, 미리 정해진 조건이 만족되지 아니하는 경우(즉, 플라즈마가 생성되지 아니한 경우), 제3 시점(t3)에 전극(2050)에 제2 단위 펄스(UP2)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제3 시점(t3)이후 제2 시간 간격(PT2) 동안 플라즈마 상태를 나타내는 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보에 기초하여 미리 정해진 조건 만족 여부를 판단하고, 미리 정해진 조건이 만족되지 아니하는 경우, 제4 시점(t4)에 전극(2050)에 제3 단위 펄스(UP3)를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
도 24와 관련하여 설명되는 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법과 관련하여, 펄스의 인가 중단에 대한 내용이 유사하게 적용될 수 있다. 도 24의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제3 단위 펄스(UP3)를 인가한 이후에, (예컨대, 제3 시점(t5)에) 플라즈마가 발생과 관련된 센싱 정보를 획득하고, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 중단하는 것을 포함할 수 있다.
한편, 도 24의 (b)에서는, 개별 단위 펄스 사이의 시간 간격이 변경되는 형태의 실시예를 기준으로 설명하였으나, 본 명세서에서 설명하는 발명의 내용이 이에 한정되지는 아니한다. 예컨대, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 플라즈마의 발생이 감지되기 전까지, 전극(2050)에 인가되는 고전압 펄스의 주기를 점진적으로 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 다시 말해, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 전극(2050)에 제1 주기로 하나 이상의 단위 고전압 펄스를 인가하고, 제1 주기로 하나 이상의 단위 고전압 펄스를 인가하는 것에 응답하여 센싱 정보를 획득하고, 플라즈마가 발생하지 아니한 경우, 전극(2050)에 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 하나 이상의 고전압 펄스를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
2.4 RF 신호 변조
일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치는, 센싱 정보 및 미리 정해진 조건에 기초하여 RF 전원을 제어할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 플라즈마의 상태에 따라(예컨대, 플라즈마 이그니션(또는 생성) 여부에 따라) RF 전원을 통해 출력되는 전력을 제어할 수 있다.
구체적인 예로, 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하여 초기 방전을 유도하되, 소정 시간 이내에 초기 방전(또는 이그니션)이 발생하지 아니하면, RF 전원에 의해 제공되는 전류의 크기를 단계적으로 증가시킬 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하기 시작한 때로부터 소정 시간 이내에 초기 방전(또는 이그니션)이 발생하지 아니하면, 안테나 모듈에 인가되는 RF 전압의 세기를 단계적으로 변경할 수 있다.
플라즈마 생성 장치는, 초기 방전(또는 이그니션)이 발생하는 경우, RF 전압을 더 이상 증가시키지 아니함으로써 안테나 모듈에 과도한 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
다른 구체적인 예로, 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 RF 전압을 일정 시간 인가한 후, 플라즈마 발생과 관련된 미리 정해진 조건이 만족되었는지 판단하고, 조건이 만족되지 아니한 경우(즉, 플라즈마가 발생하지 아니한 경우), RF 전압의 출력 상태를 변경할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점부터 제1 전원을 통하여 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하여 제1 전력을 출력하고, 제1 시점 이후인 제2 시점에서 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제1 전원을 통하여 상기 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하여 제1 전력보다 큰 제2 전력을 출력할 수 있다. 플라즈마 생성 장치가 안테나 모듈에 상기 RF 전압을 인가하여 상기 제1 전력보다 큰 제2 전력을 출력하는 것은, 제2 시점부터 RF 전압의 크기를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하기 시작한 때로부터 소정 시간 이내에 초기 방전(또는 이그니션)이 발생하지 아니하면, 출력되는 RF 전류(또는 RF 전압)의 주파수를 변경할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, RF 전류(또는 RF 전압)의 주파수를 증가시킬 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 인가되는 RF 전압 및 RF 전류의 위상차에 기초하여 RF 전류(또는 RF 전압)의 주파수를 변경할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 인가되는 RF 전압 및 RF 전류의 위상차가 줄어들도록 RF 전류(또는 RF 전압)의 주파수를 변경할 수 있다.
구체적인 예로, 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈에 RF 전압을 일정 시간 인가한 후, 플라즈마 발생과 관련된 미리 정해진 조건이 만족되었는지 판단하고, 조건이 만족되지 아니한 경우, RF 전력의 출력 주파수를 변경할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치 또는 그 컨트롤러는, 제1 시점부터 제1 전원을 통하여 안테나 모듈에 제1 주파수를 구동 주파수로 하여 RF 전력을 제공하고, 제1 시점 이후인 제2 시점에서 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 구동 주파수를 제2 주파수로 변경할 수 있다. 제2 주파수는 제1 주파수보다 클 수 있다. 플라즈마 생성 장치는, 초기 방전(또는 이그니션)이 발생하는 경우, RF 전원의 구동 주파수를 유지할 수 있다.
2.4.1 실시예 4
일 실시예에 따르면, 안테나 모듈에 RF 전압을 인가하고, 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하되, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 전극에 고전압 펄스를 인가하는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면 전극에 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
도 25는 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 25를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전술한 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 이후에, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S181) 및 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, RF 전압의 크기를 증가시키는 단계(S182)를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 주기적으로 센싱 정보를 획득하고, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, RF 전원에 의하여 출력되는 전압의 크기(최대값 또는 실효값)를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
도 25를 참조하면, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 안테나 모듈에 교류 전압을 인가하고 센싱 정보를 획득하는 단계, 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S181) 및 획득된 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, RF 전원의 전압을 증가시키는 단계(S182)를 반복적으로 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 26은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법에 따른 RF 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 26를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 전술한 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 단계(S130) 이후에, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S183) 및 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 부하에 제1 크기로 RF 전압을 인가하는 단계(S184), 부하에 제1 크기로 RF 전압을 인가한 후, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S185) 및 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 부하에 제2 크기로 RF 전압을 인가하는 단계(S186)를 더 포함할 수 있다.
도 26을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 제1 시점에 제1 센싱 정보를 획득하는 단계(S130), 획득된 제1 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S183), 획득된 제1 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우 제1 전원을 통하여 안테나 모듈에 제1 크기를 가지는 교류 전압을 인가하는 단계(S184), 제1 시점 이후인 제2 시점에 제2 센싱 정보를 획득하는 단계(미도시), 획득된 제2 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 단계(S185) 및 제2 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우 제1 전원을 통하여 안테나 모듈에 제1 크기보다 큰 제2 크기를 가지는 교류 전압을 인가하는 단계(S186)를 포함할 수 있다.
도 27은 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 따른 출력 전류 및 고전압 펄스의 출력을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 15에서 예시하는 플라즈마 생성 장치(2000)를 참조하여 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 27의 (a) 및 (b)에 따른 안테나 모듈(2030)의 전류(iRF) 및 고전압 펄스(Vig)와 관련하여, 이하에서 특별한 설명이 없는 한, 도 18의 (a) 및 (b)와 관련하여 전술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 27의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 인가되는 교류 전압의 크기를 순차적으로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(2030)에 인가되는 전압의 세기를 증가시킴에 따라, 측정되는 안테나 모듈의 전류(iRF)의 세기가 증가될 수 있다. 이하에서는, 도 27의 (a)를 참조하여 교류 전압의 크기 변경을 통하여 플라즈마 생성 장치(2000)를 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)부터 안테나 모듈(2030)에 제1 전압을 최대 전압으로 하는 교류 전압을 인가하고, 제2 시점(t2)부터 안테나 모듈(2030)에 제2 전압을 최대 전압으로 하는 교류 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 플라즈마 발생 여부에 기초하여, 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 인가하는 교류 전압의 크기를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
예컨대, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)부터 안테나 모듈(2030)에 제1 전압을 최대 전압으로 하는 교류 전압을 인가하고, 안테나 모듈(2030)에 제1 전압을 최대 전압으로 하는 교류 전압을 인가하는 것에 응답하여, 제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2) 사이에, 플라즈마 상태를 나타내는 센싱 정보를 획득하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2) 사이에 획득된 센싱 정보가 플라즈마가 생성되지 아니하였음을 나타내는 경우, 제2 시점부터 안테나 모듈(2030)에 제2 전압을 최대 전압으로 하는 교류 전압을 인가하는 것을 더 포함할 수 있다. 제2 전압은 제1 전압보다 클 수 있다. 이에 따라, 제2 시점 이후에 안테나 모듈(2030)에 흐르는 전류(iRF)의 최대값(또는 실효값)은 제2 시점 이전에 안테나 모듈(2030)에 흐르는 전류(iRF)의 최대값(또는 실효값)보다 큰 값을 가질 수 있다.
제2 시점(t2)은 제1 시점(t1)으로부터 제3 시간 간격(PT3)이후일 수 있다. 제3 시간 간격(PT3)은 제1 전원(P1)에 의해 인가되는 교류 전압의 주기(또는 반주기)의 정수배일 수 있다.
도 27의 (a)를 참조하면, 제2 시점 이후 제3 시점, 제4 시점에서도 전술한 실시예에서와 유사한 방식으로 교류 전압(및 이에 따른 안테나 모듈(2030)의 전류(iRF))가 변경될 수 있다. 제3 시점(t3)은 제2 시점(t2)으로부터 제3 시간 간격(PT3)이후이고, 제4 시점(t4)은 제3 시점(t3)으로부터 제3 시간 간격(PT3) 이후일 수 있다.
도 27의 (a)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 미리 정해진 시간(PT)이 경과하면, 안테나 모듈(2030)에 인가하는 전압의 세기는 유지하되, 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 미리 정해진 시간(PT) 동안 제1 전원(P1)을 통하여 안테나 모듈(2030)에 인가하는 전압의 세기를 단계적으로 증가시키되, 미리 정해진 시간(PT) 동안 플라즈마가 발생하지 아니하면, 제2 전원(P2)을 통하여 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
예컨대 도 27의 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제4 시점(t4) 이후인 제5 시점(t5)에서, 제2 전원(P2)을 이용하여 전극(2050)에 고전압 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 제5 시점(t5)은, 제4 시점(t4)으로부터 제3 시간 간격(PT3) 이후일 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2000)의 제어 방법은, 제5 시점(t5) 이후, 도 18, 21 및 24에서 설명한 것과 유사하게 제2 전원(P2)을 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
2.5 복합 제어
위 설명에서는, 플라즈마의 상태 변화에 기초하여, 고전압 펄스의 인가 여부를 조절하거나 RF 교류 전원에 의해 인가되는 전압의 세기를 조절하는 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 명세서에 의해 설명되는 발명의 내용이 이에 한정되지는 아니한다.
예컨대, 도 27과 관련하여 설명된 실시예에서 플라즈마 생성 장치는, 미리 정해진 시간(PT)이후에, 도 18 또는 도 21 또는 도 24에서 전술한 실시예에서처럼 제2 전원(P2)을 통한 고전압 펄스의 인가 여부, 인가 간격 또는 세기를 조절할 수 있다.
구체적인 예로, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 고전압 펄스의 세기 및 간격을 조절하여 플라즈마 방전을 보조하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 제1 시점부터 안테나 모듈에 교류 전압을 인가하는 단계, 제1 시점 이후 제2 시점 이전에 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면, 제2 시점에 전극에 제1 전압을 가지는 제1 고전압 펄스를 인가하는 단계, 제2 시점 이후 제3 시점 이전에 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면, 제3 시점에 전극에 제1 전압보다 큰 제2 전압을 가지는 제2 고전압 펄스를 인가하는 단계, 제3 시점 이후 제4 시점 이전에 플라즈마 발생이 감지되지 아니하면, 제4 시점에 전극에 제3 전압보다 큰 제3 전압을 가지는 제2 고전압 펄스를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제2 시점 및 제3 시점 사이의 시간 간격은, 제3 시점 및 제4 시점 사이의 시간 간격보다 클 수 있다.
다른 구체적인 예로, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 고전압 펄스의 세기(또는 간격) 및 RF 전원의 세기를 조절하여 플라즈마 방전을 보조하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치의 제어 방법은, 제1 시점부터 제2 시점 사이에, 교류 전원에 의해 출력되는 전압의 크기를 단계적으로 증가시키고, 제2 시점 이후, 펄스 발생기에 의해 생성되는 고전압 펄스의 전압의 크기를 단계적으로 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
3. 플라즈마 발생 감지
위 실시예들에서는, 플라즈마의 상태에 기초하여 고전압 펄스 또는 교류 전압을 제어하여 플라즈마의 생성을 효율적으로 보조하면서 부산물의 발생을 억제하기 위한 플라즈마 생성 장치 및 그 제어 방법 등에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명하였다.
다만, 상술한 실시예들에 따라, 부산물의 발생이 효과적으로 억제되기 위하여는 전원(고전압 펄스 또는 교류 전압) 제어의 기초로서 플라즈마의 상태 변화 감지가 선행되어야 한다.
이하에서는 플라즈마의 상태 변화를 감지하기 위한 수단 또는 방법에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
3.1 전력 변화 검출
일 실시예에 따르면, 플라즈마의 생성 여부에 따라 부하에 전달되는 전력 정보가 변화되는 것에 기초하여, 부하에 공급되는 전력과 관련된 센싱 정보를 획득하는 센서를 포함하고, 전원에 의해 부하에 공급되는 전력이 변화되는 것에 기초하여 플라즈마 생성 여부를 감지하고, 이에 따라 전원의 동작을 제어하는 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다.
이하에서는, 전력 변화에 기초하여 전원을 제어하는 플라즈마 생성 장치 또는 그 제어 방법에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
도 28은 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치(2100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 28을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2100)는 챔버(2110), 안테나 모듈(2130), 전극(2150), 센서(2170) 및 컨트롤러(2190)를 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2100)의 각 구성 및 동작에 대하여는, 도 15의 플라즈마 생성 장치(2000)와 관련하여 전술한 내용이 유추 적용될 수 있다.
도 28을 참조하면, 센서(2170)는 제1 전원(P1)으로부터 센싱 정보를 획득하고, 획득된 정보를 컨트롤러(2190)로 전달할 수 있다. 컨트롤러(2190)는, 센서(2170)를 통하여 획득된 정보에 기초하여 제1 전원(P1) 및/또는 제2 전원(P2)을 제어할 수 있다.
도 29는 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 간략한 회로도이다.
도 29를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 직류 전원(VDD) 및 인버터를 포함하고 센서(2171)가 위치되는 제1 전원(P1), 컨트롤러(2191), 고전압 펄스 발생기를 포함하는 제2 전원(P2), 전극(2151) 및 가변 부하를 포함할 수 있다.
제1 전원(P1)의 인버터는 스위칭 신호(SA, SB, SC, SD)에 따라 동작할 수 있다. 인버터는 스위칭 신호(SA, SB, SC, SD)에 따라 직류 전원(VDD)에 기초하여 부하에 교류 전압(VRF)을 제공할 수 있다.
제2 전원(P2)의 고전압 펄스 발생기는 펄스 제어 신호(SP)에 따라 동작하여, 전극(2151)에 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
가변 부하는, 안테나 모듈 및 챔버 내에 생성되는 플라즈마에 의한 리액턴스 및 인덕턴스에 따라 값이 변화하는 부하일 수 있다.
센서(2171)는 직류 전원(VDD)과 인버터 사이에 위치되고, 부하에 전달되는 전력과 관련된 센싱 정보를 획득할 수 있다. 센서(2171)는 직류 전원(VDD)에 의해 출력되는 전압 및/또는 전류를 획득할 수 있다. 센서(2171)는 전압 및/또는 전류를 획득하고, 컨트롤러(2191)에 전달할 수 있다. 센서(2171)는 전압 및/또는 전류에 따라 결정되는 전력량(Pref)를 획득하고, 컨트롤러(2191)에 전달할 수 있다. 센서(2171)는 전압계 및/또는 전류계를 포함할 수 있다.
컨트롤러(2191)는 스위칭 신호(SA, SB, SC, SD)를 생성할 수 있다. 컨트롤러(2191)는, 스위칭 신호(SA, SB, SC, SD)를 생성하여, 제1 전원(P1)을 통하여 부하(또는 안테나 모듈)에 교류 전압을 인가할 수 있다.
컨트롤러(2191)는 펄스 제어 신호(SP)를 생성할 수 있다. 컨트롤러(2191)는 펄스 제어 신호(SP)를 생성하여, 제2 전원(P2)을 통하여 전극(2151)에 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
컨트롤러(2191)는, 센서(2171)를 통하여 획득된 센싱 정보에 기초하여 제2 전원(P2)의 고전압 발생기를 제어하여, 전극(2151)에 고전압 펄스(Vig)를 인가할 수 있다. 컨트롤러(2191)는, 센서(2171)를 통하여 획득된 센싱 정보에 기초하여, 펄스 제어 신호(SP)를 생성할 수 있다. 컨트롤러(2191)는, 센서(2171)를 통하여 획득된 센싱 정보에 기초하여 전극(2151)에 인가되는 고전압 펄스(Vig)의 크기 및/또는 주기를 조절할 수 있다. 컨트롤러(2191)는, 센서(2171)를 통하여 획득된 센싱 정보에 기초하여 안테나 모듈에 인가하는 교류 전압의 크기를 조절할 수 있다.
예컨대, 컨트롤러(2191)는, 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하는 경우, 펄스 제어 신호(SP)를 생성하여 전극(2151)에 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
또 예컨대, 컨트롤러(2191)는, 센싱 정보를 획득하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는 경우, 전극(2151)에 고전압 펄스를 인가하지 아니할 수 있다.
또 예컨대, 컨트롤러(2191)는, 센싱 정보를 주기적으로 획득하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하였다가 미리 정해진 조건을 만족하게 되는 경우, 조건을 만족하는 센싱 정보가 획득된 시점 이후부터, 펄스 제어 신호(SP)를 생성을 중단하여 전극(2151)에 고전압 펄스를 인가를 중단할 수 있다.
또 예컨대, 컨트롤러(2191)는, 센싱 정보를 주기적으로 획득하고, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하였다가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하게 되는 경우, 조건을 만족하지 않는 센싱 정보가 획득된 시점 이후부터, 펄스 제어 신호(SP)를 생성하여 전극(2151)에 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
컨트롤러(2191)가, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것은, 센싱 정보가, 플라즈마의 생성과 관련된 조건을 만족하는지 판단하는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(2191)가, 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것은, 센서(2171)를 통하여 획득된 값을 기준값과 비교하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 기준값은 플라즈마 생성 상태를 판단하기 위한 값일 수 있다. 예컨대, 기준값은, 센싱된 값이 기준값 이상인 경우 플라즈마가 생성된 것으로 보고, 센싱된 값이 기준값 이하인 경우 플라즈마가 생성되지 아니한 것으로 보기 위한 문턱치 또는 문턱 구간일 수 있다.
구체적인 예로, 컨트롤러(2191)는, 센서(2171)로부터 전력 정보(Pref)를 획득하고, 전력 정보(Pref)에 기초하여, 제1 전원(P1)에 의하여 부하에 제공되는 전력이 기준값 이상인지 판단할 수 있다. 컨트롤러(2191)는, 제1 전원(P1)에 의하여 부하에 제공되는 전력이 기준값 이상인지에 기초하여 플라즈마 방전 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(2191)는, 플라즈마가 생성되었음을 나타내는 전력 값(또는, 기준값 이상의 전력 값)을 획득하고 미리 정해진 조건이 만족된 경우의 동작을 수행하거나, 플라즈마가 생성되지 아니하였음을 나타내는 전력 값(또는, 기준값 미만의 전력 값)을 획득하고, 미리 정해진 조건이 만족되지 아니한 경우의 동작을 수행할 수 있다.
도 30은 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치에서의 전력 신호 및 전력 신호에 기초하여 변경되는 고전압 펄스의 제어 신호를 나타낸 것이다.
도 30의 (a) 및 (b)는, 도 28 또는 도 29에서 예시하는 플라즈마 생성 장치에 있어서, 부하에 흐르는 전류(iRF), 펄스 제어 신호(Sp) 및 펄스 제어 신호(Sp)에 의해 전압에 인가되는 고전압 펄스(Vig)의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
도 30의 (a) 및 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치는 안테나 모듈에 교류 전압을 인가하고, 제1 시점(ton)부터 전극에 고전압 펄스를 인가할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 전력 신호를 획득하고, 전력 신호에 기초하여 플라즈마의 방전(tig에서 발생)이 감지되면, 고전압 펄스 인가를 중단(toff)할 수 있다.
도 30의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치에 의하면, 플라즈마의 방전이 발생한 시점(tig)으로부터 98ms 이후에 고전압 펄스 인가가 중단(toff)될 수 있다. 도 30의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치에 의하면, 플라즈마의 방전이 발생한 시점(tig)으로부터 960ms 이후에 고전압 펄스 인가가 중단(toff)될 수 있다.
3.2 위상 변화 검출
한편, 플라즈마가 발생된 시점으로부터, 플라즈마 발생에 기초하여 이에 따른 고전압 펄스 인가(또는 기타 플라즈마 방전 보조 동작)가 중단되기까지의 시구간에서는 플라즈마가 발생되었음에도 전극에 고전압 펄스가 인가되게 되는 바, 불필요한 전력 낭비와 더불어 플라즈마의 챔버 벽면에의 충돌을 야기하여 장치의 손상 및 불순물 발생이 초래될 수 있다.
따라서, 시간 지연을 최소화함으로써, 장비의 손상 내지 불순물의 발생을 최대한 억제할 수 있다. 다만, 플라즈마 생성에 따른 센싱 정보로 전력을 이용하는 경우, 전압 또는 전류 신호의 노이즈 제거 등에 소요되는 시간으로 인하여, 전력 변화가 발생한 시점으로부터 전력 변화에 따른 전원 제어가 이루어지기까지의 지연 시간이 상대적으로 느릴 수 있다. 전력 변화가 아닌 안테나 모듈에서 측정되는 전압 및 전류 사이의 위상 차이에 기초하여 전원의 동작을 제어함으로써 지연 시간을 보다 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 시간 지연을 줄이기 위한 방법으로서, 안테나 모듈(또는 부하)에 인가되는 전압 및 전류의 위상 차이에 기초하여 제1 전원 또는 제2 전원의 동작을 제어하는 플라즈마 생성 장치 또는 그 제어 방법 등에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
도 31는 각각 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치(2200)를 설명하기 위한 도면이다.
도 31를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치(2200)는 챔버(2210), 안테나 모듈(2230), 전극(2250), 센서(2270) 및 컨트롤러(2290)를 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(2200)의 각 구성 및 동작에 대하여는, 도 15의 플라즈마 생성 장치(2000)와 관련하여 전술한 내용이 유추 적용될 수 있다.
도 31을 참조하면, 센서(2270)는 안테나 모듈(2230)(또는 부하)로부터 센싱 정보를 획득하고, 획득된 정보를 컨트롤러(2290)로 전달할 수 있다. 컨트롤러(2290)는, 센서(2270)를 통하여 획득된 정보에 기초하여 제1 전원(P1) 및/또는 제2 전원(P2)을 제어할 수 있다. 센서(2270)는, 안테나 모듈(2230)(또는 부하)에 흐르는 전류, 전류의 위상, 안테나 모듈(2230)(또는 부하)에 인가되는 전압 및 전압의 위상 중 적어도 하나를 포함하는 센싱 정보를 획득하고, 컨트롤러(2290)로 전달할 수 있다.
도 32은, 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 간략한 회로도이다.
도 32을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 직류 전원(VDD) 및 인버터를 포함하는 제1 전원(P1), 컨트롤러(2291), 고전압 펄스 발생기를 포함하는 제2 전원(P2), 전극(2251), 부하에 흐르는 전류를 획득하는 센서(2271) 및 가변 부하를 포함할 수 있다. 도 32에서 예시하는 플라즈마 생성 장치와 관련하여, 직류 전원(VDD), 제1 전원(P1), 컨트롤러(2291), 제2 전원(P2), 전극(2251) 및 가변 부하에 대하여, 도 29와 관련하여 전술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 32를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득하는 센서(2271)를 포함할 수 있다. 센서(2271)는 변류기, 필터 및 비교기를 포함할 수 있다.
센서(2271)는 부하 주변에 위치되거나, 안테나 모듈에 연결되고, 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득할 수 있다. 센서(2271)는 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득하고, 컨트롤러(2291)로 전달할 수 있다.
컨트롤러(2291)는, 센서(2271)를 통하여 획득된 센싱 정보에 기초하여 제1 전원(P1) 또는 제2 전원(P2)을 제어할 수 있다. 컨트롤러(2291)는, 센서(2271)를 통하여 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득하고, 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상이 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하고, 제1 전원(P1) 또는 제2 전원(P2)을 제어할 수 있다.
한편, 부하에 흐르는 전류(iRF) 및 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상 차이로부터 플라즈마 발생 여부가 판단될 수도 있다. 예컨대, 일 실시예에 따르면, 챔버 내에 플라즈마 방전이 발생되지 아니한 상태에서는, 안테나 모듈에 교류 전압(VRF)을 인가함에 따라 안테나 모듈에 흐르는 전류(iRF)는 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)과 거의 유사한 위상을 가질 수 있다. 챔버 내에 플라즈마 방전이 발생된 상태에서는, 안테나 모듈에 교류 전압(VRF)을 인가함에 따라 안테나 모듈에 흐르는 전류(iRF)는 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)과 상이한 위상을 가질 수 있다.
컨트롤러(2291)는, 부하에 흐르는 전류(iRF) 및 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상 차이에 기초하여, 제1 전원(P1) 또는 제2 전원(P2)을 제어할 수 있다.
컨트롤러(2291)는 인버터로 출력되는 스위칭 신호(SA, SB, SC, SD)로부터, 부하에 인가되는 전압(VRF) 또는 전압(VRF)의 위상을 획득할 수 있다. 컨트롤러(2291)는 센서(2271)를 통하여 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득하고, 부하에 인가되는 전압(VRF)과 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상 차이에 기초하여, 제1 전원(P1) 또는 제2 전원(P2)을 제어할 수 있다.
컨트롤러(2291)가, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것은, 전류(iRF) 정보가, 플라즈마의 생성과 관련된 조건을 만족하는지 판단하는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(2291)가, 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것은, 센서(2271)를 통하여 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상을 획득하고, 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상을 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상과 비교하는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(2291)가 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것은, 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상과 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상의 위상 차이가 기준값 이상인지 판단하는 것을 포함할 수 있다.
컨트롤러(2291)는 플라즈마 방전 여부에 따라 제1 전원(P1) 및/또는 제2 전원(P2)을 제어하기 위하여, 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상과 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상의 위상 차이가 기준값 이상인지 판단하고, 위상 차이가 기준값 이상인 경우(즉, 플라즈마 방전이 발생한 경우), 방전 보조 동작을 수행하기 아니하고, 위상 차이가 기준값 이하인 경우(즉, 플라즈마 방전이 발생하지 아니한 경우), 방전 보조 동작을 수행할 수 있다.
컨트롤러(2291)는, 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상과 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상의 위상 차이가 기준값 이상인지 판단하고, 위상차가 기준값보다 크면 제2 전원(P2)을 통해 전극(2251)에 고전압 펄스를 인가하지 아니할 수 있다.
컨트롤러(2291)는, 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하는지 판단하는 것은 부하에 흐르는 전류(iRF)의 위상과 부하에 인가되는 전압(VRF)의 위상의 위상 차이가 기준값 이상인지 판단하고, 위상차가 기준값보다 작으면 제2 전원(P2)을 통해 전극(2251)에 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
도 33은, 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 간략한 회로도이다. 도 33에서 예시하는 플라즈마 생성 장치와 관련하여, 도 29 및 도 32와 관련하여 전술한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.
도 33을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득하는 센서(2273)를 포함할 수 있다. 센서(2273)는 안테나 모듈(또는 부하)과 직렬 연결된 센싱용 저항(RSEN), 필터 및 비교기를 포함하고, 센싱용 저항(RSEN)의 전압을 측정하여 안테나 모듈(또는 부하)에 흐르는 전류(iRF) 또는 전류(iRF)의 위상을 획득할 수 있다.
한편, 위 실시예들에서는, 컨트롤러가 스위칭 신호로부터 안테나 모듈에 인가되는 전압의 위상을 획득하는 경우를 기준으로 설명하였으나, 이는 필수적인 구성은 아니다. 본 명세서에서 설명하는 플라즈마 생성 장치는 안테나 모듈에 인가되는 전압의 위상을 획득하는 센서를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 안테나 모듈에 인가되는 전압의 위상을 획득하는 센서에 대하여, 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
도 34은 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치의 몇몇 실시예에 대하여 설명하기 위한 간략한 회로도이다. 도 34의 (a), (b) 및 (c)는 각각, 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)의 위상을 획득하는 센서(2275, 2277, 2279)를 포함하는 플라즈마 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 34의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 센서(2275)는, 안테나 모듈 양단에 연결된 저항 분배 회로를 포함할 수 있다. 센서(2275)는 저항 분배 회로를 통하여 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)의 위상을 획득 할 수 있다. 필요에 따라, 센서(2275)는 필터 및/또는 비교기를 더 포함할 수 있다.
도 34의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 센서(2277)는, 안테나 모듈 양단에 연결된 커패시터 분배 회로를 포함할 수 있다. 센서(2277)는 커패시터 분배 회로를 통하여 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)의 위상을 획득 할 수 있다. 필요에 따라, 센서(2277)는 필터 및/또는 비교기를 더 포함할 수 있다.
도 34의 (c)를 참조하면, 일 실시예에 따른 센서(2279)는, 안테나 모듈 양단에 연결된 변압기를 포함할 수 있다. 센서(2279)는 변압기를 통하여 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)의 위상을 획득 할 수 있다. 필요에 따라, 센서(2279)는 필터 및/또는 비교기를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 34에서 도시하지 아니하였으나, 각 플라즈마 생성 장치는 컨트롤러, 제2 전원 및 전극을 포함할 수 있다. 컨트롤러는, 센서(2275, 2277, 2279)를 통하여 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)의 위상을 획득하고, 안테나 모듈에 흐르는 전류(iRF)의 위상과 안테나 모듈에 인가되는 전압(VRF)의 위상 차이에 기초하여 인버터 및/또는 고전압 펄스 발생기의 동작을 제어할 수 있다.
도 35의 (a) 및 (b)는, 도 31에서 예시하는 플라즈마 생성 장치에 있어서, 부하에 흐르는 전류(iRF), 펄스 제어 신호(Sp) 및 전압에 인가되는 고전압 펄스(Vig)의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
도 35는 일 실시예에 따른 센서를 포함하는 플라즈마 생성 장치에서, 안테나 모듈에 인가되는 전압 및 안테나 모듈에 흐르는 전류의 위상 차이에 기초하여 변경되는 고전압 펄스의 제어 신호를 나타낸 것이다.
도 35의 (a) 및 (b)는, 도 28 또는 도 29에서 예시하는 플라즈마 생성 장치에 있어서, 부하에 흐르는 전류(iRF), 펄스 제어 신호(Sp) 및 펄스 제어 신호(Sp)에 의해 전압에 인가되는 고전압 펄스(Vig)의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
도 35의 (a) 및 (b)를 참조하면, 플라즈마 생성 장치는 안테나 모듈에 교류 전압을 인가하고, 제1 시점(ton)부터 전극에 고전압 펄스를 인가할 수 있다. 플라즈마 생성 장치는 안테나 모듈에 인가되는 전압 및 안테나 모듈에 흐르는 전류의 위상을 획득하고, 위상 차이에 신호에 기초하여 플라즈마의 방전(tig에서 발생)이 감지되면, 고전압 펄스 인가를 중단(toff)할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성 장치는, 위상 차이가 기준 값을 초과하면, 고전압 펄스 인가를 중단(toff)할 수 있다.
도 35의 (a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치에 의하면, 플라즈마의 방전이 발생한 시점(tig)으로부터 0.8ms 이후에 고전압 펄스 인가가 중단(toff)될 수 있다. 도 30의 (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치에 의하면, 플라즈마의 방전이 발생한 시점(tig)으로부터 0.6ms 이후에 고전압 펄스 인가가 중단(toff)될 수 있다.
도 35의 (a),(b) 및 도 30의 (a),(b)를 참조하면, 소비 전력량에 기초하여 고전압 펄스의 인가를 중단(도 30)할 때보다, 안테나 모듈의 전류 및 전압의 위상 차이에 기초하여 고전압 펄스의 인가를 중단(도 35)했을 때, 플라즈마의 방전이 발생한 시점(tig)으로부터 고전압 펄스 인가가 중단(toff)되기까지의 시간이 짧은 것이 확인될 수 있다. 즉, 위상 차이에 기초하여 고전압 펄스 인가를 중단(toff)함으로써, 플라즈마의 방전이 발생한 시점(tig)으로부터 고전압 펄스 인가가 중단(toff)되기까지의 시간을 최소화하여, 장치의 손상 또는 불필요한 입자 발생을 최소화할 수 있다.
이상의 실시 예들에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 방전 특성을 가지는 복수의 안테나 모듈을 사용함으로써, 다양한 방전 환경에 따라 선택적인 플라즈마 방전을 수행할 수 있다. 복수의 안테나 모듈을 이용하여 플라즈마 방전을 수행함으로써 다양한 환경 하에서의 방전 수행이 가능한 플라즈마 생성 장치가 제공될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 전력 공급부 200: 플라즈마 생성부
300: 가스 공급부 400: 공정부

Claims (1)

  1. 플라즈마 생성 장치에 있어서,
    상기 플라즈마의 생성 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 주변에 배치되고, 제1 전원과 연결되고 상기 챔버 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나 모듈;
    상기 챔버 주변에 배치되고, 제2 전원과 연결되고 상기 플라즈마 생성을 보조하는 전극;
    상기 플라즈마의 상태와 관련된 센싱 정보를 획득하는 센서; 및
    상기 제1 전원 및 상기 제2 전원을 제어하는 컨트롤러;를 포함하되,
    상기 컨트롤러는, 제1 시점부터, 상기 제1 전원을 통하여 상기 안테나 모듈을 포함하는 부하에 RF 전압을 인가하고, 상기 RF 전압의 인가에 따른 상기 플라즈마의 상태와 관련된 상기 센싱 정보를 획득하고, 상기 제1 시점으로부터 소정 시간 이후인 제2 시점부터, 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 제2 전원을 제어하되,
    상기 컨트롤러는, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 미리 정해진 조건을 만족하지 아니하면, 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 펄스 전압을 인가하되, 상기 제2 시점에 상기 센싱 정보가 상기 미리 정해진 조건을 만족하면 상기 제2 전원을 통하여 상기 전극에 상기 펄스 전압을 인가하지 아니하는,
    플라즈마 생성 장치.



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