WO2021167408A1

WO2021167408A1 - 안테나 구조체 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치

Info

Publication number: WO2021167408A1
Application number: PCT/KR2021/002139
Authority: WO
Inventors: 엄세훈; 이윤성; 손영훈; 박세홍
Original assignee: En2Core Technology Inc
Current assignee: En2Core Technology Inc
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2021-08-26
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: EP4064324A4; CN115039196B; JP2025114669A; CN115039196A; JP2023515445A; US12205794B2; TWI816087B; EP4064324A1; US20250104968A1; TW202402105A; TWI876490B; TW202135603A; US20230139675A1; JP7676424B2

Abstract

본 발명은 교류 전원을 인가 받아 챔버에 플라즈마를 유도하는 안테나 구조체로, 가상의 중심축과 교차하는 제1 평면 상에서 상기 중심축을 기준으로 제1 곡률 반경 및 제2 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제1 및 제2 안테나 세그먼트; 및 상기 제1 및 제2 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제1 용량성 부하;를 포함하되, 상기 제1 안테나 세그먼트가 상기 제1 곡률 반경을 가지면서 상기 제1 용량성 부하의 일단으로부터 제1 길이만큼 연장될 때, 상기 제2 안테나 세그먼트는 상기 제2 곡률 반경을 가지면서 상기 제1 용량성 부하의 타단으로부터 상기 제1 길이에 대응하는 제2 길이만큼 연장되고, 상기 제1 길이 및 상기 제2 길이의 합은 상기 제1 곡률 반경 또는 상기 제2 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧은 안테나 구조체에 관한 것이다.

Description

안테나 구조체 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치

본 발명은 안테나 구조체 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 안테나 세그먼트 및 복수의 용량성 소자를 포함하는 안테나 구조체를 이용하여 유도 전기장 및 유도 자기장을 발생시켜 플라즈마 발생을 유도하는 장치에 관한 것이다.

플라즈마를 활용하는 기술은 반도체, 디스플레이, 의료 장비 기술 분야뿐만 아니라 공기, 물, 토양 정화 등의 환경 기술 분야 및 태양 전지, 수소 에너지 등의 에너지 기술 분야 등 다양한 산업 분야에서 이용되고 있다.

이러한 플라즈마를 발생시키는 방법은 코로나 방전, 글로우 방전, 아크 방전 등의 직류 방전, 축전 결합 방전, 유도 결합 방전 등의 교류 방전, 충격파, 고에너지 빔 등 매우 다양하며, 그 중 간단한 구조를 이용함으로써 활용도가 높은 유도 결합 방식이 각광 받고 있다.

한편, 기존의 유도 결합 방식의 플라즈마 발생 장치는 내/외부 압력, 공급 가스의 종류나 성질, 장치에 인가되는 전력, 구성 요소에 흐르는 전류/전압 및 소모전력 등의 요인들로 인하여 플라즈마 제어가 불안정하거나 또는 장치의 내구성이 손상되는 등의 문제점을 가지고 있었다. 나아가, 이러한 문제점들은 플라즈마 발생 장치의 부피, 면적 등이 커질수록 심각해져 이에 대한 해결 방안이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 복수의 세그먼트 및 용량성 소자로 구성되는 안테나 구조체 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 넓은 면적에서 플라즈마를 발생시키기 위해 큰 부피 또는 넓은 면적을 갖는 안테나 구조체 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 높은 구동 주파수 또는 큰 입력 전류에 의하여 인덕터에 형성되는 높은 전압에서 안전하게 플라즈마를 발생시키기 위해 전압이 분배되는 구조를 갖는 안테나 구조체 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 플라즈마가 유도되면서 발생하는 열에 의해 플라즈마 발생 장치가 손상되는 것을 막기 위한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 플라즈마가 유도되면서 발생하는 열을 냉각수를 이용하여 효과적으로 흡수하는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 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 명세서의 일 양상에 따르면, 교류 전원을 인가 받아 챔버에 플라즈마를 유도하는 안테나 구조체에 있어서, 가상의 중심축과 교차하는 제1 평면 상에서 상기 중심축을 기준으로 제1 곡률 반경 및 제2 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제1 및 제2 안테나 세그먼트 및 상기 제1 및 제2 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제1 용량성 부하를 포함하되, 상기 제1 안테나 세그먼트가 상기 제1 곡률 반경을 가지면서 상기 제1 용량성 부하의 일단으로부터 제1 길이만큼 연장될 때, 상기 제2 안테나 세그먼트는 상기 제2 곡률 반경을 가지면서 상기 제1 용량성 부하의 타단으로부터 상기 제1 길이에 대응하는 제2 길이만큼 연장되고, 상기 제1 길이 및 상기 제2 길이의 합은 상기 제1 곡률 반경 또는 상기 제2 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧은 안테나 구조체가 제공될 수 있다.

본 명세서의 또 다른 양상에 따르면, 교류 전원을 인가 받아 챔버에 플라즈마를 유도하는 플라즈마 발생 장치에 있어서, 가상의 중심축을 기준으로 제1 곡률 반경을 갖도록 배치되는 제1 안테나 구조체를 포함하되, 상기 제1 안테나 구조체는 상기 제1 곡률 반경을 갖는 복수의 제1 안테나 세그먼트 및 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트가 전기적으로 직렬 연결되도록 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1 용량성 부하를 포함하고, 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트들은 상기 중심축에 수직인 가상의 제1 평면과 적어도 일부 중첩되며, 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트 각각은 제1 길이를 가지되, 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트 길이의 합은 상기 제1 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧은 플라즈마 발생 장치가 제공될 수 있다.

본 명세서의 또 다른 양상에 따르면, 플라즈마 발생부 외부에 배치되어 상기 플라즈마 발생부 내부에 플라즈마를 유도하기 위해 유도 전기장을 제공하는 안테나 구조체에 있어서, 상기 플라즈마 발생부 외벽면을 따라 형성되어 전기장을 유도하는 제1 안테나를 포함하고, 상기 제1 안테나의 내부에는 냉각수를 이동시키는 제1 냉각수 유로가 형성되고, 상기 제1 안테나는 상기 플라즈마 발생부의 외벽과 평행한 제1 내경면을 포함하고, 상기 제1 내경면을 통해 상기 플라즈마 발생부와 면접촉하며, 상기 제1 안테나는 상기 제1 냉각수 유로와 접촉를 정의하고 상기 플라즈마 발생부의 외벽 및 상기 제1 내경면과 평행하는 제1 면을 포함하고, 상기 안테나 구조체는 상기 플라즈마 발생부가 상기 플라즈마에 의해 온도가 증가하는 것을 방지하기 위해 상기 내경면 및 상기 제1 면을 통해 상기 플라즈마 발생부의 열을 흡수하는 안테나 구조체가 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, 플라즈마 발생 장치 구동 시 안테나 구조체 내의 용량성 소자에 의하여 안테나에 걸리는 최대 전압이 감소할 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 발생 장치 구동 시 안테나 구조체에 의해 높은 기전력이 유도되어 플라즈마가 보다 오래 유지될 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 발생 장치 구동 시 안테나 구조체에 인가되는 전압을 감소시켜 플라즈마에서 발생되는 에너지 손실이 줄어들 수 있다.

본 발명에 의하면, 넓은 면적의 플라즈마 유도를 통해 대면적 디스플레이 또는 다수의 반도체 공정을 수행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 발생 장치 내 안테나 구조체에서 발생되는 소비전력을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 안테나 구조체 내 안테나 사이의 전위차가 감소하여 보다 안전하게 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 안테나 구조체가 고출력 고주파 전원으로 구동되더라도 그로 인한 챔버 또는 유전체 튜브의 손상이 방지될 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마에 의해 열이 발생하더라도 안테나 구조체의 효과적인 흡열 기능으로 인하여 플라즈마 발생 장치의 열 손상이 방지될 수 있다.

본 발명에 의하면, 안테나 구조체가 효과적인 냉각 기능을 수행하면서 기생 커패시터의 영향을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 안테나 구조체가 효과적인 냉각 기능을 수행하면서 플라즈마 발생 장치 내 아크 방전이 발생하는 것을 방지할 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 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 시스템에 관한 도면이다.

도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 시스템의 구현예들에 관한 도면이다.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 RF 전원에 관한 도면이다.

도 5 및 도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 세그먼트가 배치되는 방법에 관한 도면이다.

도 7 내지 도 10은 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 세그먼트 및 용량성 소자를 포함하는 안테나 구조체에 관한 도면이다.

도 11은 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 등가 회로에 관한 도면이다.

도 12는 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체 내 위치에 따른 전압을 나타내는 그래프에 관한 도면이다.

도 13은 본 명세서의 일 실시예에 따른 용량성 소자를 포함하는 안테나 구조체 내 위치에 따른 전압을 나타내는 그래프에 관한 도면이다.

도 14는 본 명세서의 일 실시예에 따른 사각 단면을 갖는 안테나 구조체에 관한 도면이다.

도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 단면에 관한 도면이다.

도 16은 본 명세서의 일 실시예에 따른 사각 단면 및 원형 단면을 갖는 안테나 구조체에 관한 도면이다.

도 17 및 도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따른 적어도 두 종류 이상의 단면 모양을 갖는 안테나 구조체의 단면에 관한 도면이다.

도 19 내지 도 22는 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체 내 서로 다른 단면을 갖는 안테나가 연결되는 방법에 관한 도면이다.

도 23은 본 명세서의 일 실시예에 따른 열전달 부재를 나타내는 도면이다.

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.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

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 식별기호에 불과하다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "유닛", "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

여기서, 상기 제1 및 제2 곡률 반경이 서로 동일하고, 상기 제1 및 제2 길이가 서로 동일하며, 상기 제1 안테나 세그먼트 및 상기 제2 안테나 세그먼트는 동일한 인덕턴스를 가질 수 있다.

또 여기서, 안테나 구조체는 상기 제1 평면 상에서 상기 제1 곡률 반경 보다 큰 제3 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제3 안테나 세그먼트, 상기 제1 평면 상에서 상기 제2 곡률 반경 보다 큰 제4 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제4 안테나 세그먼트 및 상기 제3 및 제4 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제2 용량성 부하를 포함하고, 상기 제3 안테나 세그먼트는 상기 제2 용량성 부하의 일단으로부터 상기 제1 길이보다 긴 제3 길이만큼 연장되고, 상기 제4 안테나 세그먼트는 상기 제2 용량성 부하의 타단으로부터 상기 제2 길이보다 긴 제4 길이만큼 연장될 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 및 제2 용량성 부하를 지나는 직선은 상기 중심축을 지날 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나 세그먼트를 호로 갖는 부채꼴의 중심각은 상기 제3 안테나 세그먼트를 호로 갖는 부채꼴의 중심각과 동일할 수 있다.

또 여기서, 안테나 구조체는 상기 제2 안테나 세그먼트 및 상기 제3 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결하는 턴간 용량성 부하를 포함할 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 및 제2 용량성 부하 및 턴간 용량성 부하는 동일한 정전 용량을 가질 수 있다.

또 여기서, 안테낙 구조체는 상기 중심축을 기준으로 상기 제1 곡률 반경을 갖는 제5 안테나 세그먼트, 상기 제2 곡률 반경을 갖는 제6 안테나 세그먼트 및 상기 제5 및 제6 안테나 세그먼트 사이에 배치되어 상기 제5 및 제6 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제3 용량성 부하를 포함하되, 상기 제5 안테나 세그먼트 및 제6 안테나 세그먼트는 상기 중심축과 교차하는 제2 평면에 배치되며, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면은 서로 다른 평면일 수 있다.

또 여기서, 상기 제2 안테나 세그먼트 및 상기 제5 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결하는 제1 층간 용량성 부하를 포함할 수 있다.

또 여기서, 안테나 구조체는 상기 중심축을 기준으로 상기 제1 곡률 반경을 갖는 제7 안테나 세그먼트, 상기 제2 곡률 반경을 갖는 제8 안테나 세그먼트, 상기 제7 및 제8 안테나 세그먼트 사이에 배치되어 상기 제7 및 제8 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제4 용량성 부하 및 상기 제6 안테나 세그먼트 및 제7 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결하는 제2 층간 용량성 부하를 포함하되, 상기 제7 안테나 세그먼트 및 제8 안테나 세그먼트는 상기 중심축과 교차하며 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면과 다른 제3 평면에 배치되며, 상기 제1 층간 용량성 부하 및 제2 층간 용량성 부하는 상기 중심축을 기준으로 미리 설정된 사이각을 가질 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나 세그먼트는 일단에서 타단으로 연장되되 상기 제1 안테나 세그먼트 타단은 상기 제1 용량성 부하의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 안테나 세그먼트는 일단에서 타단으로 연장되되 상기 제2 안테나 세그먼트의 일단은 상기 제1 용량성 부하의 타단과 전기적으로 연결될 수 있다.

또 여기서, 상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 기준 노드에 대한 제1 안테나 세그먼트 타단에서의 최대 전압은 상기 기준 노드에 대한 제2 안테나 세그먼트 타단에서의 최대 전압에 대응될 수 있다.

또 여기서, 상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 상기 제2 안테나 세그먼트 일단에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 타단의 전압은 상기 제1 안테나 세그먼트 일단에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 전압에 대응될 수 있다.

또 여기서, 상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 기준 노드에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 최대 전압의 크기는 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 일단의 최대 전압의 크기에 대응될 수 있다.

또 여기서, 상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가된 후 임의의 시점에서 기준 노드에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 전압과 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 일단의 전압은 서로 반대 부호를 가질 수 있다.

또 여기서, 안테나 구조체는 상기 제1 안테나 세그먼트 일단 및 타단 사이에 위치하는 제1 지점 및 상기 제2 안테나 세그먼트 일단 및 타단 사이에 위치하는 제2 지점을 포함하고, 상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 기준 노드에 대한 상기 제1 지점의 최대 전압은 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 지점의 최대 전압에 대응할 수 있다.

또 여기서, 상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가된 후 임의의 시점에서 기준 노드에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 전압과 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 타단의 전압은 서로 대응될 수 있다

또 여기서, 상기 안테나 구조체는 상부 또는 하부에 플라즈마를 유도하는 평판형 및 중심부에 플라즈마를 유도하는 튜브형 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.

여기서, 플라즈마 발생 장치는 상기 제1 평면에 상기 중심축을 기준으로 상기 제1 곡률 반경 보다 큰 제2 곡률 반경을 갖도록 배치되는 제2 안테나 구조체를 포함하되, 상기 제2 안테나 구조체는 상기 제2 곡률 반경을 갖는 복수의 제2 안테나 세그먼트 및 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트가 전기적으로 직렬 연결되도록 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트 사이에 배치되는 적어도 하나의 제2 용량성 부하를 포함하고, 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트 각각은 제1 길이를 가지되, 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트 길이의 합은 상기 제2 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧을 수 있다.

한편, 이상에서 서술하는 제1 내지 제8 안테나 세그먼트는 순서에 상관 없이 각각 안테나 구조체 내 어느 한 안테나 세그먼트를 지시하는 것으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 세그먼트 및 제2 안테나 세그먼트는 동일 평면에 배치되는 안테나 세그먼트를 의미할 수 있다.

또한, 이상에서 서술한 직렬 연결은 소자 간에 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 소자 사이에 다른 소자를 포함함으로써 간접적으로 연결되는 경우도 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 턴 안테나는 상기 제1 내경면과 연결되는 제1 외경면을 포함하고, 상기 제1 외경면은 세로 방향을 따라 상기 플라즈마 발생부로부터 멀어지는 방향으로 휘어질 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 제1 안테나를 감싸도록 배치되는 제2 안테나 및 상기 제2 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 제2 안테나를 감싸도록 배치되는 제3 안테나를 포함하되, 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 사이의 거리가 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나 사이의 거리보다 길도록 배치될 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 제1 안테나를 감싸도록 배치되며 적어도 제2 내경면 및 제2 외경면으로 형성되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 제2 내경면은 상기 제2 외경면보다 상기 플라즈마 발생부에 가까이 배치되되, 상기 제2 안테나의 상기 제2 내경면은 상기 제1 안테나의 상기 제1 내경면과 평행하지 않을 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 제1 안테나를 감싸도록 상기 제1 안테나와 동일한 평면 상에 배치되며 적어도 제2 내경면 및 제2 외경면으로 형성되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 제2 내경면은 상기 제2 외경면보다 상기 플라즈마 발생부에 가까이 배치되되, 상기 제2 내경면 및 상기 제1 외경면 사이의 거리는 상기 평면으로부터 상기 플라즈마 발생부의 길이 방향으로 멀어질수록 증가할 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 제1 안테나를 감싸도록 배치되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 제2 안테나의 단면은 상기 제1 안테나의 단면과 다를 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 제1 안테나를 감싸도록 배치되는 제2 안테나 및 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 서로 다른 단면을 가지며, 상기 연결부의 일단의 단면은 상기 제1 안테나의 단면에 대응되고, 상기 연결부의 타단의 단면은 상기 제2 안테나의 단면과 대응될 수 있다.

또 여기서, 상기 연결부는 상기 제1 안테나 말단의 적어도 일부 및 상기 제2 안테나의 팽창된 말단의 적어도 일부를 포함할 수 있다.

또 여기서, 상기 연결부는 용량성 소자를 포함할 수 있다.

또 여기서, 상기 제1 안테나에 결합되어 상기 제1 안테나에 조임력을 제공하는 조임부를 포함할 수 있다.

본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면, 플라즈마가 유도되는 내부 공간을 포함하는 플라즈마 발생부; 및 상기 플라즈마 발생부 외부에 배치되어 상기 플라즈마 발생부의 내부 공간에 플라즈마를 유도하기 위해 유도 전기장을 제공하는 안테나 구조체;를 포함하고, 상기 안테나 구조체는 상기 플라즈마 발생부 외벽면을 따라 형성되어 전기장을 유도하는 제1 안테나를 포함하고, 상기 제1 안테나의 내부에는 냉각수를 이동시키는 제1 냉각수 유로가 형성되고, 상기 제1 안테나는 상기 플라즈마 발생부의 외벽과 평행한 제1 내경면을 포함하고, 상기 제1 내경면을 통해 상기 플라즈마 발생부와 면접촉하며, 상기 제1 안테나는 상기 제1 냉각수 유로를 정의하고 상기 플라즈마 발생부의 외벽 및 상기 제1 내경면과 평행하는 제1 면을 포함하고, 상기 안테나 구조체는 상기 플라즈마 발생부가 상기 플라즈마에 의해 온도가 증가하는 것을 방지하기 위해 상기 내경면 및 상기 제1 면을 통해 상기 플라즈마 발생부의 열을 흡수하는 플라즈마 발생 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 플라즈마 발생부의 두께는 0.5mm 이상 30mm 이하일 수 있다.

또 여기서, 상기 플라즈마 발생부의 직경은 10mm 이상 300mm 이하일 수 있다.

또 여기서, 플라즈마 발생 장치는 상기 플라즈마 발생부 및 상기 안테나 구조체와 각각 열적으로 결합하는 열전달 부재;를 더 포함하고, 상기 플라즈마 발생부 및 상기 안테나 구조체는 이격되어 위치하고, 상기 열전달 부재는 상기 플라즈마 발생부 및 상기 안테나 구조체 사이에 배치될 수 있다.

또 여기서, 상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부는 산화 알루미늄, 실리콘 질화물, 질화 규소, 이산화 규소, 이트륨 산화물, 세라믹, 실리콘 카바이드, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나의 재질로 이루어질 수 있다.

또 여기서, 상기 플라즈마 발생부 중 상기 내부 공간을 정의하는 내측면은 실리콘 카바이드 재질로 이루어질 수 있다.

본 명세서는 안테나 구조체(antenna structure) 및 이를 이용한 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.

여기서, 플라즈마는 물질이 고에너지를 인가받아 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 상태(phase)로, 다양한 방식에 의해 유도되거나 발생될 수 있다. 그 중에서도 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)는 코일(coil) 또는 안테나(antenna) 등에 전력이 공급되어 특정 공간에 유도 전기장 또는 축전 전기장이 형성되고, 이에 의해 발생되는 플라즈마로, 일반적으로 무선주파수(RF: Radio Frequency)와 같은 고주파 전원에 의해 구동될 수 있다. 한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해 플라즈마 발생 장치에 의해 발생되는 플라즈마는 유도 결합 플라즈마인 것을 전제로 설명하나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 안테나는 전압 또는 전류를 인가하면 주위에 전기장 또는 자기장을 형성시키는 유도성 소자 또는 부하로, 코일 또는 인덕터 등을 의미할 수 있으며, 나아가 유도성 소자 외의 소자로 구현된 등가 회로를 의미할 수도 있다.

여기서, 안테나 구조체는 적어도 하나 이상의 안테나를 포함하는 구조체를 의미할 수 있다. 나아가, 안테나 구조체는 적어도 하나 이상의 용량성 소자 또는 부하를 포함하고, 적어도 하나 이상의 안테나 또는 용량성 소자가 특정 방법으로 연결되거나 배치된 형태로 구현될 수 있다.

한편, 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 반도체, 디스플레이 가공, 환경, 에너지 등 여러 분야에서 광범위하게 이용될 수 있으며 이하에서 서술하는 플라즈마 발생 장치가 어느 특정 분야에만 이용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 플라즈마가 활용되는 분야에서 공통적으로 이용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

이하에서는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 시스템(ICP system)(10)에 관하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 시스템(10)에 관한 도면이다. 플라즈마 시스템(10)은 RF 전원을 이용하여 안테나 구조체에 RF 전력을 공급하여 플라즈마 발생부에 유도 결합 플라즈마 발생을 유도할 수 있다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 시스템(10)은 안테나 구조체(1000) 및 플라즈마 발생부(2000)를 포함하는 플라즈마 발생 장치(100) 및 RF 전원(200)을 포함할 수 있다.

플라즈마 발생 장치(100)는 RF 전원(200)으로부터 RF 전력을 공급받아 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 안테나 구조체(1000)는 RF 전력이 공급되면 시변하는 전류가 흐르고, 이에 기초하여 플라즈마 발생부(2000)에 유도 전기장을 발생시켜 플라즈마를 유도할 수 있다.

안테나 구조체(1000)는 RF 전원(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)는 RF 전원(200)과 도선으로 직렬 또는 병렬 연결되거나 전기적 소자를 통해 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

안테나 구조체(1000)는 플라즈마 발생부(2000)와 물리적 또는 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나 구조체(1000) 및 플라즈마 발생부(2000)의 연결관계에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

플라즈마 발생부(2000)는 플라즈마 발생이 유도되는 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부(2000)는 챔버 또는 튜브 등 플라즈마가 발생되어 유지될 수 있는 공간을 의미할 수 있다.

도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 시스템(10)의 구현예들에 관한 도면이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 시스템(10)은 플라즈마가 활용되는 방식에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 구체적으로, 플라즈마가 활용되는 방식에 따라 RF 전원(200), 안테나 구조체(1000) 및 플라즈마 발생부(2000)의 위치 관계가 설정될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 플라즈마 시스템(10)은 안테나 구조체(1000) 상방 또는 하방에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)는 평판형으로 구현되어 플라즈마 발생부(2000) 상단에 배치되고, 플라즈마 발생부(2000)는 반도체 웨이퍼(wafer), 실리콘 기판, 디스플레이 등의 공정 대상체를 포함하는 챔버로 제공되어 플라즈마 발생부(2000)에 유입되는 공정 가스 및 유도되는 플라즈마를 이용하여 반도체 공정 또는 디스플레이 공정을 수행할 수 있다. 다른 예로, 안테나 구조체(1000)는 평판형으로 구현되어 플라즈마 발생부(2000) 하단에 배치되고, 플라즈마 발생부(2000)는 반도체 웨이퍼, 실리콘 기판, 디스플레이 등의 공정 대상체를 포함하는 챔버로 제공되어 플라즈마 발생부(2000)에 유입되는 공정 가스 및 유도되는 플라즈마를 이용하여 반도체 공정 또는 디스플레이 공정을 수행할 수도 있다.

도 2b를 참조하면, 플라즈마 시스템(10)은 안테나 구조체(1000) 중심부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)는 튜브형으로 구현되어 플라즈마 발생부(2000)를 둘러싸거나 감는 형태로 제공되고, 플라즈마 발생부(2000)는 유전체 튜브로 제공되며, 플라즈마 발생부(2000)에 공급되는 공정 가스 및 플라즈마를 이용하여 활성종(radical)을 발생시키고 이를 별도의 공정 챔버에 제공할 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)의 형상이 도 2에서 도시된 바와 같이 평판형 또는 튜브형으로 한정되는 것은 아니며, 안테나 구조체(1000)가 도 2a에서 튜브형으로 구현되고 도 2b에서 평판형으로 구현될 수 있음은 물론이다.

이하에서는, 도 3을 참조하여 플라즈마 시스템(10)에서 이용될 수 있는 플라즈마 발생부(2000)에 대해서 구체적으로 서술한다.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(2000)를 나타내는 도면이다.

플라즈마 발생부(2000)는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면 플라즈마 발생부(2000)는 플라즈마가 유도되는 내부 공간을 포함하는 형상으로 구현될 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생부(2000)는 속이 빈 원기둥 형상, 링 형상 또는 튜브 형상 등의 형상을 가질 수 있다.

플라즈마 발생부(2000)는 특정 두께(t)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 플라즈마 발생부(2000)가 튜브 형상으로 구현되는 경우, 플라즈마 발생부(2000)의 두께(t)는 0.5mm 내지 30mm 이내로 결정될 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생부(2000)의 두께(t)가 0.5mm 미만인 경우 안테가 구조체(1000)에 의해 플라즈마 발생부(2000) 내부에 부산물이 생성되기 쉽고 물리적 내구도가 약해질 수 있다. 또 여기서, 플라즈마 발생부(2000)의 두께(t)가 30mm 초과인 경우 플라즈마 발생부(2000) 주변에 배치되는 안테나 구조체(1000)와 플라즈마 발생부(2000) 내부에 유도되는 플라즈마 사이의 유도 결합이 약해져 플라즈마 유도 또는 유지가 어려울 수 있고 후술하는 안테나 구조체(1000)에 의한 플라즈마 발생부(2000) 냉각 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 상술한 플라즈마 발생부(2000)의 두께(t) 범위는, 안테나 구조체(1000)가 후술하는 바와 같이 플라즈마 발생부(2000)와 전기적으로 결합할 때, 안정적으로 플라즈마 발생부(2000) 내부에 플라즈마를 유도 및 유지하며 플라즈마 발생부(2000)의 내구성을 향상시킬 수 있는 점에서 임계적 의의를 가질 수 있다.

플라즈마 발생부(2000)는 특정 직경(d)을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면 플라즈마 발생부(2000)가 튜브 형상을 가지는 경우 직경(d)은 10mm 내지 300mm 이내에서 결정될 수 있다. 여기서, 직경(d)은 플라즈마 발생부(2000)의 내측면의 직경, 외측면의 직경, 또는 내측면과 외측면 직경의 평균 직경을 의미할 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생부(2000)의 직경(d)이 10mm 미만인 경우 플라즈마 발생부(2000) 내부에 유도되는 플라즈마의 형태가 부피에 비하여 표면적이 상대적으로 커져 에너지 손실이 야기될 수 있다. 또 여기서, 플라즈마 발생부(2000)의 직경(d)이 300mm를 초과하는 경우 플라즈마 유도에 필요한 유도 전력 밀도가 매우 낮아져 안테나 구조체(1000) 또는 RF 전원(200) 등의 제작이 어려워질 수 있다. 따라서, 상술한 플라즈마 발생부(2000)의 직경(d) 범위는, 플라즈마 시스템(10)의 RF 전원(200) 및 안테나 구조체(1000)의 제작을 보다 용이하게 하고 플라즈마 에너지 손실을 방지함으로써 플라즈마 유도 효율을 증대시키는 점에서 임계적 의의를 가질 수 있다.

이상에서는 플라즈마 발생부(2000)의 형상이 속이 빈 원기둥 형상 또는 튜브 형상인 경우에 대해 주로 서술하였으나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 플라즈마 발생부(2000)는 플라즈마가 유도될 수 있는 내부 공간을 포함하는 다각형 형상을 가질 수도 있으며 이 때에도 상술한 두께(t) 및 직경(d)에 대한 내용이 적용될 수 있음은 물론이다.

플라즈마 발생부(2000)는 다양한 재질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부(2000)는 비전도체로 제작될 수 있다. 다른 예를 들어, 플라즈마 발생부(2000)는 열전도도가 높은 물질로 제작될 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생부(2000)는 알루미늄 질화물(AlN), 산화 알루미늄(Al2O3), 실리콘 질화물(SiN), 질화 규소(Si3N4), 이산화 규소(SiO2), 이트륨 산화물(Y2O3), 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 제작될 수 있다.

나아가, 플라즈마 발생부(2000)는 플라즈마 유도를 위해 플라즈마 발생부(2000)에 유입되는 가스(ex. NF3, Ar, CO2, CH4, NF3, O2, H2 등)와 반응하여 불순물(particle)을 발생시키지 않는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부(2000)는 실리콘 카바이드(SiC)로 제작될 수 있다.

이하에서는 도 4를 참조하여 RF 전원에 대하여 구체적으로 서술한다.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 RF 전원(200)에 관한 도면이다.

도 4를 참조하면, RF 전원(200)은 교류 전원(210), 정류기(220), 인버터(230), 제어기(240) 및 센서 모듈(250)을 포함할 수 있다. RF 전원(200)은 교류 전원(210)에서 공급되는 제1 교류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하여 부하(load)에 공급할 수 있다. 예를 들어, RF 전원(200)은 통상적인 가정 또는 산업에서 사용되는 제1 교류 전원을 수백kHz 내지 수십MHz의 주파수 및 수kW 이상의 전력을 가지는 제2 교류 전원으로 변환하여 안테나 구조체(1000)에 제공할 수 있다.

여기서 부하는 안테나 구조체(1000) 및 안테나 구조체(1000)에 의해 발생되는 플라즈마를 포함할 수 있다.

정류기(220)는 교류 전원(210)의 출력을 직류 전원으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 정류기(220)는 교류 전원(210)에서 공급되는 제1 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 인버터(230) 양단에 인가할 수 있다.

인버터(230)는 정류기(220)로부터 직류 전원을 전달받아 부하에 제2 교류 전원을 공급할 수 있다. 이 때, 인버터(230)는 제어기(240)로부터 수신한 스위칭 신호를 이용하여 제2 교류 전원을 부하에 제공할 수 있다. 여기서, 인버터(230)는 스위칭 신호에 의해 제어되는 적어도 하나의 스위치 소자를 포함할 수 있으며, 인버터(230)에서 부하로 공급되는 제2 교류 전원은 인버터(230)가 제어기(240)로부터 제공받는 스위치 신호에 기초하여 설정된 구동 주파수를 가질 수 있다. 이를 위해, 인버터(230)는 펄스 폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Moudlation)으로 제어되는 하프 브릿지 타입 또는 풀 브릿지 타입으로 제공될 수 있다.

한편, 정류기(220)와 인버터(230) 사이에 용량성 소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, RF 전원(200)은 정류기(220) 및 인버터(230)와 병렬로 연결되는 커패시터를 포함하며, 커패시터는 인버터(230)에 인가되는 전원의 교류 성분을 접지 노드(GND)로 방전할 수 있다.

제어기(240)는 센서 모듈(250)로부터 센싱 데이터를 수신하여 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(240)는 FPGA를 포함하고 센서 모듈(250)로부터 부하의 공진 주파수와 관련된 데이터를 획득하여 스위치 신호를 생성할 수 있다.

센서 모듈(250)은 제어기(240)에 부하의 공진 주파수에 관한 데이터 또는 부하에 공급되는 전력에 관한 데이터를 획득할 수 있다. 이를 위해, 센서 모듈(250)은 부하 또는 인버터(230)에 흐르는 전류 크기 및 위상, 인가되는 전압 크기 및 위상, 상대적 전위 또는 전력 크기 등을 감지할 수 있다.

상술한 바와 같이, RF 전원(200)은 부하의 공진 주파수에 관한 데이터에 기초하여 부하에 제공되는 제2 교류 전원의 구동 주파수를 제어할 수 있다. 다시 말해, RF 전원(200)은 플라즈마 발생에 따라 변화하는 부하의 공진 주파수를 추적하여 제2 교류 전원의 구동 주파수를 부하의 공진 주파수와 유사하게 설정할 수 있다. 이로써, 불필요한 전력 소모를 방지하고 플라즈마 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 안테나 구조체(1000)의 구성 및 배치 방법에 대해 서술한다.

도 5 및 도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 세그먼트(antenna segment)가 배치되는 방법에 관한 도면이다.

도 5를 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 복수의 안테나 세그먼트를 포함할 수 있다. 안테나 구조체(1000)는 플라즈마 활용 분야에서 필요한 플라즈마의 세기, 밀도 또는 생성 범위 등에 따라 다수의 안테나 세그먼트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)는 넓은 범위에서 플라즈마를 제공하기 위해 넓은 영역에 배치될 수 있고, 이 때 안테나 구조체(1000)의 길이가 과도하게 늘어나 안테나 구조체(1000)에서의 전위가 증가하는 것을 방지하기 위해 다수의 안테나 세그먼트로 나뉘어질 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 안테나 세그먼트는 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)를 포함하는 것으로 서술하나, 안테나 구조체(1000)는 m개(m은 자연수)의 안테나 세그먼트를 포함할 수 있으며, 이하의 설명들이 각각의 경우에 공통적으로 적용될 수 있다.

안테나 세그먼트는 안테나, 유도 코일 또는 인덕터의 일부, 구리 도선 등으로 제공될 수 있다. 안테나 세그먼트의 단면 모양, 단면적, 두께, 굵기 등의 물리적 성질은 인덕턴스, 상호 인덕턴스, 기생 인덕턴스, 캐패시턴스, 기생 캐패시턴스, 저항 또는 기생 저항 등 안테나 구조체(1000) 또는 안테나 세그먼트에 요구되는 전기적 성질에 기초하여 결정될 수 있다.

또한, 이하에서는 설명의 편의를 위해 안테나 세그먼트가 호 형상을 갖는 것으로 가정하나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 안테나 세그먼트는 호 형상 외에도 직선, 곡선, 꺾인 직선, 꺾인 곡선, 원 또는 다각형이나 도넛, 솔레노이드 등 특정 도형 형상을 가질 수 있으며, 일반적으로 3차원 입체 형상으로 구현되나 박막, 도금 등의 2차원 형상으로 구현될 수 있음은 물론이다.

안테나 세그먼트는 중심축(CA)을 기준으로 일정 거리를 갖고 제1 평면(P1)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 안테나 세그먼트는 제1 평면(P1)에 배치되되, 중심축(CA)으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격될 수 있다.

여기서, 중심축(CA)은 가상의 축을 의미할 수 있다. 예를 들어, 중심축(CA)은 플라즈마 시스템(10)에서 발생되는 플라즈마의 중심부를 지나는 가상의 직선으로 이해될 수 있다.

여기서, 제1 평면(P1)은 안테나 세그먼트가 배치되는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 평면(P1)은 중심축(CA)에 수직인 가상의 평면을 의미할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 평면(P1)은 중심축(CA)과 교차하는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 한편, 안테나 세그먼트는 모두 제1 평면(P1)에 배치될 수도 있고 적어도 일부는 제1 평면(P1)에 배치되고 다른 일부는 제1 평면(P1)과 다른 평면에 배치될 수 있다.

안테나 세그먼트는 특정 곡률 또는 특정 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 제1 곡률 반경(RC1)을 갖는 호 형상으로 구현될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 상호 대응되는 곡률 또는 곡률 반경을 가질 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 서로 다른 곡률 또는 곡률 반경을 가질 수 있다.

여기서 곡률 반경 또는 곡률은 안테나 구조체(1000)의 크기에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)의 크기 또는 부피가 커질수록 곡률 반경이 커지고 곡률이 작아질 수 있다.

안테나 세그먼트는 특정 길이로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 상호 대응되는 길이로 연장되거나 서로 다른 길이로 연장되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 동일한 제1 길이를 갖거나 서로 다른 길이를 가질 수 있다.

안테나 세그먼트의 총 길이는 미리 설정된 값 이하로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)가 제1 평면(P1)에서 중심축(CA)을 기준으로 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제1 길이만큼 연장되어 배치될 때, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140) 각각의 길이의 총합은 제1 곡률 반경(RC1)을 반지름으로 하는 원주의 길이보다 작을 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)가 제1 평면(P1)에서 중심축(CA)을 기준으로 적어도 일부는 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제1 길이만큼 연장되어 배치되고, 다른 일부는 제2 곡률 반경(RC2)을 가지고 제2 길이만큼 연장되어 배치될 때, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140) 각각의 길이의 총합은 제1 곡률 반경(RC1) 또는 제2 곡률 반경(RC2)을 반지름으로 하는 원주의 길이보다 작을 수 있다. 이 때, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 서로 물리적으로 접촉하지 않도록 배치될 수 있다.

한편, 안테나 세그먼트 사이에는 전기적 소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, 안테나 세그먼트 사이에 용량성 소자가 배치되고, 용량성 소자는 안테나 세그먼트를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전기적 소자의 배치에 관하여는 추후 구체적으로 서술하도록 한다.

안테나 구조체(1000)가 포함하는 안테나 세그먼트는 복수의 턴(turn)으로 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 안테나 세그먼트는 중심축(CA)을 기준으로 제1 평면(P1)에 두 턴으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 턴은 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)를 포함하고, 제2 턴은 제5 내지 제8 안테나 세그먼트(1210, 1220, 1230, 1240)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 턴의 안테나 세그먼트는 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고, 제2 턴의 안테나 세그먼트는 제1 곡률 반경(RC1) 보다 큰 제2 곡률 반경(RC2)을 가질 수 있다.

제2 턴의 안테나 세그먼트 각각은 제1 턴의 안테나 세그먼트 각각에 대응되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)가 제1 평면(P1)의 제1 내지 제4 사분면에 각각 배치될 때, 제5 내지 제8 안테나 세그먼트(1210, 1220, 1230, 1240)는 제1 평면(P1)의 제1 내지 제4 사분면에 각각 배치될 수 있다.

여기서, 제1 안테나 세그먼트(1110)는 제2 안테나 세그먼트(1120) 및 제4 안테나 세그먼트(1140)와 원호 방향으로 인접하고, 제5 안테나 세그먼트(1210)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접할 수 있다. 제2 안테나 세그먼트(1120)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제3 안테나 세그먼트(1130)와 원호 방향으로 인접하고, 제6 안테나 세그먼트(1220)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접할 수 있다. 제3 안테나 세그먼트(1130)는 제2 안테나 세그먼트(1120) 및 제4 안테나 세그먼트(1140)와 원호 방향으로 인접하고, 제7 안테나 세그먼트(1230)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접할 수 있다. 제4 안테나 세그먼트(1140)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제3 안테나 세그먼트(1130)와 원호 방향으로 인접하고, 제8 안테나 세그먼트(1240)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접할 수 있다.

제2 턴의 안테나 세그먼트는 제1 턴의 안테나 세그먼트 보다 긴 길이로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 세그먼트(1110)가 제1 길이로 연장되어 배치될 때, 제5 안테나 세그먼트(1210)는 제1 길이보다 긴 제2 길이로 연장될 수 있다. 여기서, 제1 길이에 대한 제2 길이의 비율은 제1 안테나 세그먼트(1110)의 제1 곡률 반경(RC1)에 대한 제5 안테나 세그먼트(1110)의 제2 곡률 반경(RC2)의 비율과 대응될 수 있다. 또 여기서, 대응될제1 길이로 연장되는 제1 안테나 세그먼트(1110)가 중심축(CA)과 이루는 중심각은 제2 길이로 연장되는 제5 안테나 세그먼트(1210)가 중심축(CA)과 이루는 중심각과 대응될 수 있다. 또는, 제1 길이로 연장되는 제1 안테나 세그먼트(1110)를 호로 갖는 부채꼴의 중심각은 제2 길이로 연장되는 제5 안테나 세그먼트(1210)를 호로 갖는 부채꼴의 중심각의 크기와 대응될 수 있다. 또는, 제1 안테나 세그먼트(1110)의 일단 및 제5 안테나 세그먼트(1210)의 일단을 연결하는 연장선은 중심축(CA)과 만날 수 있다.

여기서, 중심각은 턴 당 배치되는 안테나 세그먼트의 수에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 한 턴 당 배치되는 안테나 세그먼트가 x개인 경우(x는 자연수) 각 안테나 세그먼트가 중심축(CA)과 이루는 중심각은 약 360/x˚보다 작거나 같을 수 있다. 구체적으로, 다시 도 5를 참조하면, 안테나 세그먼트는 제1 안테나 세그먼트(1110) 내지 제4 안테나 세그먼트(1140)를 포함하며, 이 경우 각 안테나 세그먼트가 중심축(CA)와 이루는 중심각은 약 90˚보다 작거나 같을 수 있다.

제1 턴 및 제2 턴 사이의 거리는 안테나 구조체(1000)의 전기적 성질에 기초하여 설정될 수 있다. 일 예로, 제1 턴과 제2 턴 사이의 거리는 안테나 세그먼트 사이에 발생할 수 있는 기생 커패시턴스에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴과 제2 턴 사이의 거리는 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가될 때 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제5 안테나 세그먼트(1210) 사이에 기생 커패시턴스 영향이 최소화되는 거리로 설정될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴과 제2 턴 사이의 거리는 안테나 구조체(1000)의 전체 부피를 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제조상 허용 범위내에서 안테나 구조체(1000)의 폭을 줄이기 위해 제1 턴 및 제2 턴 사이의 거리는 1mm 내외 또는 0.5mm 내지 3.5mm 범위 내에서 설정될 수 있다. 이 때, 제1 턴 및 제2 턴 사이의 거리는 특정 구동 주파수로 플라즈마 시스템(10)이 구동될 때, 턴 사이의 아킹(arcing)이 발생하지 않는 거리로 설정될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴 및 제2 턴 사이의 거리는 플라즈마 발생부(2000)의 신축성을 고려하여 설정될 수도 있다. 상술한 제1 턴 및 제2 턴 사이의 거리가 설정되는 방법은 제2 턴 및 제3 턴 사이의 거리 등 안테나 구조체(1000) 내 턴 사이의 거리를 설정하는 데에도 이용될 수 있음은 물론이다.

제2 턴의 안테나 세그먼트의 인덕턴스는 제1 턴의 안테나 세그먼트의 인덕턴스에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제5 안테나 세그먼트(1210)의 인덕턴스는 제1 안테나 세그먼트(1110)의 인덕턴스와 대응될 수 있다. 또 다른 예로, 제5 안테나 세그먼트(1210)의 인덕턴스는 제1 안테나 세그먼트(1110)의 인덕턴스보다 크게 설정될 수 있다.

한편, 제1 턴 및 제2 턴의 안테나 세그먼트는 서로 다른 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴의 안테나 세그먼트는 제1 평면(P1)에 배치되고, 제2 턴의 안테나 세그먼트는 제1 평면(P1)과 평행하는 평면 또는 제1 평면(P1)과 소정의 각도를 이루는 평면에 배치될 수 있다.

또한, 제1 턴 및 제2 턴은 같은 수의 안테나 세그먼트를 포함하거나 서로 다른 수의 안테나 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 턴은 4개의 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)를 포함하고, 제2 턴은 중심축(CP)을 기준으로 대칭적으로 배치되는 제5 안테나 세그먼트(1210) 및 제7 안테나 세그먼트(1230)만을 포함할 수 있다.

이상에서는 설명의 편의를 위해 안테나 구조체(1000)가 두 턴으로 구현된 것을 기초로 서술하였으나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 안테나 구조체(1000)는 n개의 턴(n은 자연수)으로 구현될 수 있으며 나아가 안테나 구조체(1000)는 m개의 안테나 세그먼트를 포함하는 턴을 n개 포함할 수 있다. 이와 같이 복수 세그먼트, 복수 턴의 안테나 구조체(1000)의 경우 상술한 안테나 세그먼트 배치 방법이 유사하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)가 6개의 안테나 세그먼트를 포함하는 3개의 턴으로 구현되는 경우, 제1 턴은 제1 곡률 반경(RC1) 및 제1 길이를 갖는 6개의 안테나 세그먼트를, 제2 턴은 제2 곡률 반경(RC2) 및 제2 길이를 갖는 6개의 안테나 세그먼트를, 그리고 제3 턴은 제3 곡률 반경 및 제3 길이를 갖는 6개의 안테나 세그먼트를 포함하며, 각각의 턴에서 안테나 세그먼트의 길이의 합은 각 턴 안테나 세그먼트의 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧을 수 있다.

이하에서는 도 7 내지 도 10을 참조하여 안테나 구조체(1000)에서 안테나 세그먼트가 연결되는 방법에 대하여 서술한다.

도 7 내지 도 10은 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 세그먼트 및 용량성 소자를 포함하는 안테나 구조체(1000)에 관한 도면이다.

도 7을 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 평판형으로 구현되며 안테나 세그먼트, 제1 메인 용량성 소자(1500), 제2 메인 용량성 소자(1600) 및 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다. 안테나 구조체(1000)는 보조 용량성 소자를 포함함으로써 복수의 안테나 세그먼트가 전기적 또는 물리적으로 연결될 수 있고, 제1 메인 용량성 소자(1500) 및 제2 메인 용량성 소자(1600)를 통해 RF 전원(200)과 연결될 수 있다.

여기서, 보조 용량성 소자는 턴 내에서 안테나 세그먼트를 전기적 또는 물리적으로 연결하는 제1 내지 제6 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713, 1721, 1722, 1723) 및 서로 다른 턴을 전기적 또는 물리적으로 연결하는 제1 턴간 용량성 소자(1731)를 포함할 수 있다.

여기서, 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자는 축전기 또는 축전기의 등가회로로 표현되는 소자로, 소정의 커패시턴스(capacitance) 또는 용량 리액턴스를 갖는 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어, 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자는 고주파 특성이 양호한 세라믹 커패시터(ceramic capacitor) 또는 다수의 축전기를 직렬 및/또는 병렬로 연결한 적층 세라믹 커패시터(MLCC: Multi-Layer Ceramic Capacitor) 또는 커패시터 어레이(capacitor array)를 포함할 수 있다.

보조 용량성 소자는 복수의 안테나 세그먼트를 전기적 또는 물리적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 7을 참조하면, 제1 보조 용량성 소자(1711)의 일단은 제1 안테나 세그먼트(1110)의 일단과 연결되고 제1 보조 용량성 소자(1711)의 타단은 제2 안테나 세그먼트(1120)의 일단과 연결될 수 있다. 제1 안테나 세그먼트(1110)는 제1 보조 용량성 소자(1711)의 일단으로부터 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제1 길이만큼 연장되고, 제2 안테나 세그먼트(1120)는 제1 보조 용량성 소자(1711)의 타단으로부터 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제1 길이만큼 연장될 수 있다.

다른 예로, 제1 안테나 세그먼트(1110)는 제1 보조 용량성 소자(1711)의 일단으로부터 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제1 길이만큼 연장되고, 제2 안테나 세그먼트(1120)는 제1 보조 용량성 소자(1711)의 타단으로부터 제2 곡률 반경(RC2)을 가지고 제1 길이만큼 연장될 수 있다. 이 때, 제1 곡률 반경(RC1) 및 제2 곡률 반경(RC2)은 동일하거나 서로 다를 수 있다.

또 다른 예로, 제1 안테나 세그먼트(1110)는 제1 보조 용량성 소자(1711)의 일단으로부터 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제1 길이만큼 연장되고, 제2 안테나 세그먼트(1120)는 제1 보조 용량성 소자(1711)의 타단으로부터 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고 제2 길이만큼 연장될 수 있다. 이 때, 제1 길이 및 제2 길이는 동일하거나 서로 다를 수 있다.

보조 용량성 소자는 안테나 세그먼트 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 7을 참조하면, 안테나 구조체(1000)의 제1 턴에서 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140) 사이에 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713)가 배치될 수 있다. 제1 보조 용량성 소자(1711)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제2 안테나 세그먼트(1120) 사이에 배치될 수 있다. 제2 보조 용량성 소자(1712)는 제2 안테나 세그먼트(1120) 및 제3 안테나 세그먼트(1130) 사이에 배치될 수 있다. 제3 보조 용량성 소자(1713)는 제3 안테나 세그먼트(1130) 및 제4 안테나 세그먼트(1140) 사이에 배치될 수 있다. 안테나 구조체(1000)의 제2 턴에서 제5 내지 제8 안테나 세그먼트(1210, 1220, 1230, 1240) 사이에 제4 내지 제6 보조 용량성 소자(1721, 1722, 1723)가 배치될 수 있다. 제4 보조 용량성 소자(1721)는 제5 안테나 세그먼트(1210) 및 제6 안테나 세그먼트(1220) 사이에 배치될 수 있다. 제5 보조 용량성 소자(1722)는 제6 안테나 세그먼트(1220) 및 제7 안테나 세그먼트(1230) 사이에 배치될 수 있다. 제6 보조 용량성 소자(1723)는 제7 안테나 세그먼트(1230) 및 제8 안테나 세그먼트(1240) 사이에 배치될 수 있다.

여기서, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 제2 보조 용량성 소자(1712)와 원호 방향으로 인접하고 제4 보조 용량성 소자(1721)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 제2 보조 용량성 소자(1712)는 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제3 보조 용량성 소자(1713)와 원호 방향으로 인접하고 제5 보조 용량성 소자(1722)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 제3 보조 용량성 소자(1713)는 제2 보조 용량성 소자(1712)와 원호 방향으로 인접하고 제6 보조 용량성 소자(1723)와 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 인접하게 배치될 수 있다.

보조 용량성 소자는 안테나 세그먼트와 특정 위치 관계를 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 제1 안테나 세그먼트(1110)의 타단 및 제2 안테나 세그먼트(1120)의 일단을 연결하는 가상의 선을 지나도록 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제2 안테나 세그먼트(1120)와 도선 등의 전기적 연결부재를 통해 연결되되, 연결되는 안테나 세그먼트에 비해 중심축(CA)으로부터 더 이격되어 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 제1 턴 및 제2 턴 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 중심축(CA)으로부터 제1 곡률 반경(RC1) 보다 크고 제2 곡률 반경(RC2) 보다 작은 거리에 배치될 수 있다.

또는, 보조 용량성 소자는 안테나 세그먼트가 배치된 평면과 다른 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713, 1721, 1722, 1723) 중 적어도 하나는 제1 평면(P1)으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 미리 설정된 거리는 보조 용량성 소자의 부피 또는 크기 등을 고려할 수 있다.

보조 용량성 소자는 안테나 세그먼트 사이에서 상호 간에 미리 설정된 위치 관계를 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 7을 참조하면, 제1 내지 제6 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713, 1721, 1722, 1723) 중 적어도 둘은 중심축(CA)을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제3 보조 용량성 소자(1713)는 중심축(CA)을 기준으로 대칭을 이룰 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴의 보조 용량성 소자 및 제2 턴의 보조 용량성 소자는 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제4 보조 용량성 소자(1721)를 연결하는 연장선은 중심축(CA)과 만날 수 있다. 또는, 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제4 보조 용량성 소자(1721)를 연결하는 연장선은 제3 보조 용량성 소자(1713) 및 제6 보조 용량성 소자(1723)를 지날 수 있다. 또는, 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제4 보조 용량성 소자(1721)를 연결하는 연장선과 제2 보조 용량성 소자(1712) 및 제5 보조 용량성 소자(1722)를 연결하는 연장선은 중심축(CA)으로부터 미리 설정된 범위 내에서 만나거나, 꼬인 위치에 있을 수 있다.

상술한 바와 유사한 방법으로 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)는 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제5 내지 제8 안테나 세그먼트(1210, 1220, 1230, 1240)는 제4 내지 제6 보조 용량성 소자(1721, 1722, 1723)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

보조 용량성 소자의 개수는 안테나 구조체(1000)의 층 수, 턴 수 및 안테나 세그먼트의 수에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 7을 참조하면, 안테나 구조체(1000)가 각각 4개의 안테나 세그먼트를 갖는 두 턴을 포함하는 한 층으로 구성되는 경우 안테나 구조체(1000)는 7개의 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)를 구성하는 복수의 턴은 각각 서로 다른 개수의 안테나 세그먼트를 포함할 수 있다. 일 예로, 도 8을 참조하면 안테나 구조체(1000)는 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)를 포함하는 제1 턴 및 제5 내지 제10 안테나 세그먼트(1210, 1220, 1230, 1240, 1250, 1260)를 포함하는 제2 턴을 포함할 수 있다.

여기서, 안테나 구조체(1000) 내 각각의 안테나 세그먼트는 실질적으로 동일하거나 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 턴의 안테나 세그먼트 및 제2 턴의 안테나 세그먼트는 모두 동일한 길이를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴의 안테나 세그먼트 각각은 제1 길이를 가지고, 제2 턴의 안테나 세그먼트 각각은 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가질 수 있다. 이 때, 제1 길이 및 제2 길이는 각 턴의 곡률 반경에 기초하여 설정될 수 있다. 이 때, 안테나 구조체(1000)의 각 턴을 구성하는 안테나 세그먼트가 반드시 동일한 길이로 연장되어야 하는 것은 아니다.

한편, 안테나 구조체(1000)를 구성하는 복수의 턴이 각각 서로 다른 개수의 안테나 세그먼트를 포함하는 경우, 안테나 구조체(1000) 내 각 턴은 서로 다른 개수의 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다. 일 예로, 다시 도 8을 참조하면 안테나 구조체(1000)의 제1 턴은 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713)을 포함하고, 제2 턴은 제4 내지 제8 보조 용량성 소자(1721, 1722, 1723, 1724, 1725)를 포함할 수 있다.

여기서, 안테나 구조체(1000)의 제1 턴에 포함되는 보조 용량성 소자 및 제2 턴에 포함되는 보조 용량성 소자는 미리 설정된 위치 관계를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 턴에 포함되는 보조 용량성 소자 중 적어도 하나와 제2 턴에 포함되는 보조 용량성 소자 중 적어도 하나는 일직선 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 8을 참조하면, 안테나 구조체(1000)의 제1 턴의 제2 보조 용량성 소자(1712) 및 제2 턴의 제6 보조 용량성 소자(1723)는 중심축(CA)에 수직이고 안테나 구조체(100)의 중심을 지나는 직선으로부터 미리 설정된 영역 내에 배치될 수 있다. 다만, 안테나 구조체(1000) 내 보조 용량성 소자 사이의 위치 관계가 상술한 경우로 한정되는 것은 아니며, 안테나 구조체(1000) 내 보조 용량성 소자는 상호간에 특정 위치 관계 없이 임의로 배치될 수도 있다.

안테나 구조체(1000)를 구성하는 복수의 층은 각각 서로 다른 개수의 안테나 세그먼트 및 서로 다른 개수의 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다. 서로 다른 층이 포함하는 안테나 세그먼트 수 및 보조 용량성 소자 수는 앞서 서술한 서로 다른 턴이 포함하는 안테나 세그먼트 및 보조 용량성 소자 수가 설정되는 방법과 유사한 방법으로 설정될 수 있다.

보조 용량성 소자는 턴 사이에 배치되어 안테나 세그먼트를 전기적 또는 물리적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 7을 참조하면, 보조 용량성 소자는 제1 턴 및 제2 턴 사이에 배치되어 제1 턴 및 제2 턴을 전기적으로 연결할 수 있다. 구체적으로, 제1 턴간 용량성 소자(1731)는 제1 턴을 구성하는 제4 안테나 세그먼트(1140)와 제2 턴을 구성하는 제5 안테나 세그먼트(1210)를 직렬 연결할 수 있다. 이 때, 제1 턴간 용량성 소자(1731)는 직접 또는 도선 등의 별도의 연결부를 통해 안테나 세그먼트와 연결될 수 있으며, 이로 인해 제1 턴간 용량성 소자(1731)와 연결되는 안테나 세그먼트는 다른 안테나 세그먼트 보다 짧거나 긴 길이를 가질 수도 있다. 도시하지는 않았으나, 제1 턴간 용량성 소자(1731)는 제1 턴을 구성하는 제1 안테나 세그먼트(1110)와 제2 턴을 구성하는 제8 안테나 세그먼트(1240)를 직렬 연결할 수도 있다. 이 때, 안테나 구조체(1000)는 제1 평면(P1)에서 제2 평면(P2)을 바라보는 방향을 기준으로 반시계 방향으로 안쪽 턴에서 바깥쪽 턴으로 감길 수 있다.

여기서, 턴간 용량성 소자는 턴 사이를 연결하기 위해 다른 보조 용량성 소자와 다른 형상을 갖거나 별도의 연결부를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 턴간 용량성 소자(1731)의 일단과 타단은 중심축(CA)으로부터 서로 다른 거리로 이격될 수 있다. 구체적으로, 제1 턴의 제4 안테나 세그먼트(1140)와 연결되는 제1 턴간 용량성 소자(1731)의 일단은 제2 턴의 제5 안테나 세그먼트(1210)와 연결되는 제1 턴간 용량성 소자(1731)의 타단보다 중심축(CA)으로부터 짧은 이격 거리를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴간 용량성 소자(1731)는 제1 턴간 용량성 소자(1731)의 일단에서 제4 안테나 세그먼트(1140)로 연장되는 제1 연결부 및 제1 턴간 용량성 소자(1731) 타단에서 제5 안테나 세그먼트(1210)로 연장되는 제2 연결부를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 연결부 및 제2 연결부는 직선 또는 곡선의 도선을 포함할 수 있고 중심축(CA)으로부터 서로 다른 거리로 이격될 수 있다.

안테나 구조체(1000)가 턴간 용량성 소자를 포함함으로써, 안테나 구조체(1000) 내 모든 안테나 세그먼트는 전기적으로 연결될 수 있다.

메인 용량성 소자(1500, 1600)는 안테나 세그먼트와 RF 전원(200)을 물리적 또는 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들면, 다시 도 7을 참조하면, 제1 메인 용량성 소자(1500)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 인버터(230)의 제1 단자를 전기적으로 연결하고, 제2 메인 용량성 소자(1600)는 제8 안테나 세그먼트(1240) 및 인버터(230)의 제2 단자를 전기적으로 연결할 수 있다.

또는, 도 7에서 도시된 바와 다르게 제1 메인 용량성 소자(1500)는 제4 안테나 세그먼트(1140) 및 인버터(230)의 제1 단자를 전기적으로 연결하고, 제2 메인 용량성 소자(1600)는 제5 안테나 세그먼트(1240) 및 인버터(230)의 제2 단자를 전기적으로 연결할 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)가 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)를 포함하는 제1 턴으로 구현되는 경우, 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제4 안테나 세그먼트(1140) 중 어느 하나는 제1 메인 용량성 소자(1500)을 통해 인버터(230)의 제1 단자와 전기적으로 연결되고 다른 하나는 제2 메인 용량성 소자(1600)를 통해 인버터(230)의 제2 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.

메인 용량성 소자(1500, 1600)는 RF 전원(200)과 안테나 구조체(1000)를 연결하기 위해 특정 형상을 갖거나 별도의 연결부를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 메인 용량성 소자(1500)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 일단에서 중심축(CA)에 평행하는 방향으로 연장될 수 있다. 또는, 제1 메인 용량성 소자(1500)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 일단에서 중심축(CA)으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 또는, 제1 메인 용량성 소자(1500)는 제1 평면(P1)에 수직인 방향에서 바라볼 때 제1 메인 용량성 소자(1500)의 적어도 일부가 제1 턴간 용량성 소자(1731) 및 안테나 세그먼트의 적어도 일부와 중첩되도록 배치될 수 있다. 제2 메인 용량성 소자(1600)는 제8 안테나 세그먼트(1240) 타단에서 제1 평면(P1)에 평행하게 연장될 수 있다. 또는, 제2 메인 용량성 소자(1600)는 제8 안테나 세그먼트(1240) 타단에서 중심축(CA)에 평행하는 방향으로 연장될 수 있다.

한편, 제1 메인 용량성 소자(1500) 및 제2 메인 용량성 소자(1600) 중 적어도 하나는 안테나 구조체(1000)에서 생략될 수 있다. 이 경우, RF 전원(200)은 메인 용량성 소자(1500, 1600)에 대응되는 전기적 소자를 제공할 수 있다. 또한, 보조 용량성 소자 중 적어도 일부가 생략될 수도 있다.

또한, 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자는 안테나 세그먼트로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수도 있다. 예를 들어, 보조 용량성 소자는 그 크기나 부피가 큰 경우, 안테나 세그먼트에서 일정 거리 이격된 상태에서 전도체 또는 도선 등의 별도의 연결부를 통해 안테나 세그먼트와 연결될 수 있다.

메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자와 안테나 세그먼트가 연결되는 방법에 따라 안테나 구조체(1000)에서 전류가 흐르는 방향이 결정될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 7을 참조하면, 제1 메인 용량성 소자(1500)가 제1 안테나 세그먼트(1110)와 직렬 연결되고 제4 안테나 세그먼트(1140) 및 제5 안테나 세그먼트(1210)가 제1 턴간 용량성 소자(1731)를 통해 직렬 연결되며, 제2 메인 용량성 소자(1600)가 제8 안테나 세그먼트(1240)와 직렬 연결되는 경우 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가되면 제1 턴 및 제2 턴은 같은 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있다. 또 다른 예로, 도 6에 도시된 바와 달리 제1 메인 용량성 소자(1500)가 제4 안테나 세그먼트(1140)와 직렬 연결되고 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제8 안테나 세그먼트(1210)가 제1 턴간 용량성 소자(1731)를 통해 직렬 연결되며, 제2 메인 용량성 소자(1600)가 제5 안테나 세그먼트(1210)와 직렬 연결되는 경우 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가되면 제1 턴 및 제2 턴은 같은 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 제1 턴 및 제2 턴에 같은 방향으로 전류가 흐르는 경우 제1 턴 및 제2 턴에 서로 다른 방향으로 전류가 흐르는 경우보다 플라즈마 발생을 위한 유도 전기장의 세기가 증가할 수 있으며 안테나 세그먼트 사이의 전위차가 줄어 들어 기생 커패시터의 영향을 줄일 수 있다.

안테나 구조체(1000)는 메인 용량성 소자(1500, 1600)을 통해 RF 전원(200)으로부터 가변 구동 주파수를 갖는 교류 신호를 인가 받아 플라즈마를 발생시킬수 있다.

여기서, 안테나 구조체(1000)에 인가되는 교류 신호의 구동 주파수는 안테나 구조체(1000) 및 플라즈마를 포함하는 부하의 공진 주파수에 기초하여 시변할 수 있다.

보조 용량성 소자는 소정의 전기 용량 또는 정전 용량(capacity or capacitance)을 가질 수 있다. 예를 들어, 보조 용량성 소자의 정전 용량은 RF 전원(200)의 구동 주파수 범위, 안테나 구조체(1000)가 가져야 하는 공진 주파수, 안테나 세그먼트 개수 및 안테나 세그먼트의 인덕턴스 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 안테나 구조체(1000)가 공진 주파수 f_r를 가지고, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 인덕턴스의 총 인덕턴스가 L_tot일 때, 안테나 세그먼트와 연결된 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자의 총 정전 용량 C_tot이 아래의 식(1)을 만족하도록 보조 용량성 소자의 정전 용량이 설정될 수 있다.

이 때, 보조 용량성 소자 각각의 전기 용량 C_a는 제1 메인 용량성 소자(1500) 및 제2 메인 용량성 소자(1600)의 직렬 연결에 의한 정전 용량이 하나의 보조 용량성 소자와 등가인 경우 상기 식(1)을 만족하는 C_tot에 안테나 구조체(1000)가 포함하는 안테나 세그먼트의 개수를 곱한 값으로 설정될 수 있다. 또는, 보조 용량성 소자 각각의 전기 용량 C_a는 안테나 구조체(1000)의 공진 주파수가 f_r로 설정되고 안테나 세그먼트 각각의 인덕턴스가 L_a 일 때, 다음의 식(2)를 만족하도록 설정될 수도 있다.

구체적으로, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트 각각이 약 1uH의 인덕턴스를 가지고 안테나 구조체(1000)의 공진 주파수가 5.03MHz 주파수로 특정된 경우 보조 용량성 소자 각각의 정전 용량은 약 1nF으로 설정될 수 있다. 또는, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트 각각이 약 0.7uH의 인덕턴스를 가지고 보조 용량성 소자 각각의 정전 용량이 약 3.32nF으로 설정되는 경우 안테나 구조체(1000)는 약 3.3MHz의 구동 주파수에서 공진 조건을 만족하며 구동될 수 있다.

보조 용량성 소자의 정전 용량이 상술한 조건을 만족하도록 설정되는 경우, 안테나 구조체(1000)의 각 안테나 세그먼트는 일정 범위의 전위값을 갖게 되어 안테나 세그먼트 사이의 전위차가 감소할 수 있다. 이로써 축전 결합에 의한 정전 전기장이 축소되어 안테나 구조체(1000)의 소비전력이 줄어들고 플라즈마 시스템(10)의 내구성 또는 플라즈마의 안전성 등이 향상될 수 있다. 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트 사이에 보조 용량성 소자가 배치됨에 따라 각 안테나 세그먼트가 갖는 전위에 관하여는 후술하도록 한다.

메인 용량성 소자(1500, 1600)는 소정의 전기 용량 또는 정전 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 메인 용량성 소자(1500, 1600)의 정전 용량은 RF 전원(200)의 구동 주파수 범위, 안테나 구조체(1000)가 가져야 하는 공진 주파수, 안테나 세그먼트 개수, 안테나 세그먼트의 인덕턴스 및 보조 용량성 소자 각각의 정전 용량 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 제1 메인 용량성 소자(1500)의 정전 용량이 C1, 제2 메인 용량성 소자(1600)의 정전 용량이 C2, 보조 용량성 소자 각각의 정전 용량이 C_a 일 때, C1 및 C2는 특정 조건을 만족하도록 설정될 수 있다. 보다 구체적으로, C1 및 C2는 다음의 식(3)을 만족하도록 설정될 수 있다.

메인 용량성 소자(1500, 1600)가 상술한 식(3)를 만족하는 경우, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트에 인가되는 최대 전압을 낮추고 공진 효과를 향상시켜 플라즈마 시스템(10)의 안정성 및 효율이 증대될 수 있다.

이상에서는 안테나 구조체(1000)가 각각 네 개의 안테나 세그먼트가 두 턴으로 배치되어 구현된 경우를 주된 실시예로 서술하였으나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 각각 복수의 안테나 세그먼트를 갖는 복수의 턴으로 구현되는 안테나 구조체(1000)에서도 상술한 방식과 유사하게 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자가 배치될 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 튜브형으로 구현되며 안테나 세그먼트, 제1 메인 용량성 소자(1500), 제2 메인 용량성 소자(1600) 및 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다.

이하에서는 별도의 설명이 없는 경우 도 5 내지 도 8을 참조하여 서술한 내용이 동일하게 적용될 수 있으며 중복되는 내용은 생략하도록 한다. 예를 들어, 튜브형 안테나 구조체는 복수의 안테나 구조체가 서로 다른 평면에 배치되되 상호 물리적 또는 전기적으로 연결된 것으로 이해될 수 있다.

튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)가 포함하는 안테나 세그먼트는 복수의 층(layer)으로 배치될 수 있다.

다시 도 9를 참조하면, 안테나 세그먼트는 중심축(CA)을 기준으로 제1 평면(P1) 및 제2 평면(P2)에 두 층으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 층은 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)를 포함하고, 제2 층은 제9 내지 제12 안테나 세그먼트(1310, 1320, 1330, 1340)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 층의 안테나 세그먼트는 제1 곡률 반경(RC1)을 가지고, 제2 층의 안테나 세그먼트는 제1 곡률 반경(RC1)에 대응되는 곡률 반경을 가질 수 있다.

여기서, 제2 평면(P2)은 중심축(CA)에 수직하거나 한 점에서 만나는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 또는, 제2 평면(P2)은 제1 평면(P1)과 평행하는 평면을 의미할 수도 있다.

제2 층의 안테나 세그먼트 각각은 제1 층의 안테나 세그먼트 각각에 대응되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140)가 제1 평면(P1)의 제1 내지 제4 사분면에 각각 배치될 때, 제9 내지 제12 안테나 세그먼트(1310, 1320, 1330, 1340)는 제2 평면(P1)의 제1 내지 제4 사분면에 각각 배치될 수 있다.

제2 층의 안테나 세그먼트는 제1 층의 안테나 세그먼트의 길이에 대응되는 길이로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 세그먼트(1110)가 제1 길이로 연장되어 배치될 때, 제9 안테나 세그먼트(1310)는 제1 길이로 연장될 수 있다. 여기서, 제1 길이로 연장되는 제1 안테나 세그먼트(1110)가 중심축(CA)과 이루는 중심각은 마찬가지로 제2 평면(P2)에서 제1 길이로 연장되는 제9 안테나 세그먼트(1310)가 중심축(CA)과 이루는 중심각과 대응될 수 있다.

제1 층과 제2 층 사이의 거리는 안테나 세그먼트 사이에 발생할 수 있는 기생 커패시턴스에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 층과 제2 층 사이의 거리는 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가될 때 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제9 안테나 세그먼트(1310) 사이에 기생 커패시턴스 영향이 최소화되는 거리로 설정될 수 있다. 구체적으로, 제1 층과 제2 층 사이의 거리는 0.5mm 내지 1.5mm 범위 내에서 설정될 수 있다. 이 때, 제1 층 및 제2 층 사이의 거리는 특정 구동 주파수에서 플라즈마 시스템(10)가 구동될 때, 층간 아크 방전이 발생하는 것을 방지하기 위한 거리로 설정될 수 있다.

제2 층의 안테나 세그먼트의 인덕턴스는 제1 층의 안테나 세그먼트의 인덕턴스에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제9 안테나 세그먼트(1310)의 인덕턴스는 제1 안테나 세그먼트(1110)의 인덕턴스와 대응될 수 있다. 또 다른 예로, 제9 안테나 세그먼트(1310)의 인덕턴스는 제1 안테나 세그먼트(1110)의 인덕턴스보다 크게 설정될 수 있다.

튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)는 플라즈마 발생부(2000) 주위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 9를 참조하면, 안테나 세그먼트는 플라즈마 발생부(2000) 주위에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140) 및 제9 내지 제12 안테나 세그먼트(1310, 1320, 1330, 1340)는 플라즈마 발생부(2000)에 접촉되도록 배치될 수 있다.

튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)는 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 9를 참조하면, 안테나 구조체(1000)의 제1 층에서 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140) 사이에 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713)가 배치될 수 있다. 제1 보조 용량성 소자(1711)는 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제2 안테나 세그먼트(1120) 사이에 배치될 수 있다. 제2 보조 용량성 소자(1712)는 제2 안테나 세그먼트(1120) 및 제3 안테나 세그먼트(1130) 사이에 배치될 수 있다. 제3 보조 용량성 소자(1713)는 제3 안테나 세그먼트(1130) 및 제4 안테나 세그먼트(1140) 사이에 배치될 수 있다. 안테나 구조체(1000)의 제2 층에서 제9 내지 제12 안테나 세그먼트(1310, 1320, 1330, 1340) 사이에 제7 내지 제9 보조 용량성 소자(1751, 1752, 1753)가 배치될 수 있다. 제7 보조 용량성 소자(1751)는 제9 안테나 세그먼트(1310) 및 제10 안테나 세그먼트(1320) 사이에 배치될 수 있다. 제8 보조 용량성 소자(1752)는 제10 안테나 세그먼트(1320) 및 제11 안테나 세그먼트(1330) 사이에 배치될 수 있다. 제9 보조 용량성 소자(1753)는 제11 안테나 세그먼트(1330) 및 제12 안테나 세그먼트(1340) 사이에 배치될 수 있다.

여기서, 제7 보조 용량성 소자(1751)는 제8 보조 용량성 소자(1752)와 원호 방향으로 인접하고 제1 보조 용량성 소자(1711)와 중심축(CA)에 평행하는 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 제8 보조 용량성 소자(1752)는 제7 보조 용량성 소자(1751) 및 제9 보조 용량성 소자(1753)와 원호 방향으로 인접하고 제2 보조 용량성 소자(1712)와 중심축(CA)에 평행하는 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 제9 보조 용량성 소자(1753)는 제8 보조 용량성 소자(1752)와 원호 방향으로 인접하고 제3 보조 용량성 소자(1713)와 중심축(CA)에 평행하는 방향으로 인접하게 배치될 수 있다.

보조 용량성 소자는 층 사이에서 상호 간에 미리 설정된 위치 관계를 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 9를 참조하면, 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713) 및 제7 내지 제9 보조 용량성 소자(1751, 1752, 1753) 중 적어도 둘은 중심축(CA)에 평행하는 가상선상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제7 보조 용량성 소자(1751)를 연결하는 가상의 연장선은 중심축(CA)과 평행할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 층의 보조 용량성 소자 및 제2 층의 보조 용량성 소자는 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713) 중 어느 하나와 제7 내지 제9 보조 용량성 소자(1751, 1752, 1753) 중 어느 하나를 연결하는 가상의 연장선과 제1 내지 제3 보조 용량성 소자(1711, 1712, 1713) 중 다른 하나와 제7 내지 제9 보조 용량성 소자(1751, 1752, 1753) 중 다른 하나를 연결하는 가상의 연장선은 중심축(CA) 또는 중심축(CA)으로부터 미리 설정된 영역 내에서 만나거나 서로 꼬인 위치에 있을 수 있다.

보조 용량성 소자는 플라즈마 발생부(2000)에 부착되거나 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 8을 참조하면, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 중심축(CA)으로부터 제1 곡률 반경(RC1)만큼 이격되어 배치되어 플라즈마 발생부(2000)와 접촉할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 보조 용량성 소자(1711)는 중심축(CA)으로부터 제1 곡률 반경(RC1) 보다 긴 거리만큼 이격되어 배치되어 플라즈마 발생부(2000)와 접촉하지 않을 수 있다.

튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000) 내 배치되는 보조 용량성 소자는 층간 용량성 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 9를 참조하면, 제1 층 및 제2 층은 제1 층간 용량성 소자(1741)을 통해 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 층간 용량성 소자(1741)는 제1 층을 구성하는 제4 안테나 세그먼트(1140)와 제2 층을 구성하는 제9 안테나 세그먼트(1310)를 직렬 연결할 수 있다. 또는, 도 9에 도시된 바와 다르게, 제1 층간 용량성 소자(1741)는 제1 층을 구성하는 제1 안테나 세그먼트(1110)와 제2 층을 구성하는 제12 안테나 세그먼트(1340)를 직렬 연결할 수 있다.

여기서, 층간 용량성 소자는 층 사이를 연결하기 위해 다른 보조 용량성 소자와 다른 형상을 갖거나 별도의 연결부를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 층간 용량성 소자(1741)의 일단과 타단은 서로 다른 평면에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1 층의 제4 안테나 세그먼트(1140)와 연결되는 제1 층간 용량성 소자(1741)의 일단은 제1 평면(P1)에 위치하고, 제2 층의 제9 안테나 세그먼트(1310)와 연결되는 제1 층간 용량성 소자(1741)의 타단은 제2 평면(P2)에 위치할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 층간 용량성 소자(1741)는 제1 층간 용량성 소자(1741)의 일단에서 제4 안테나 세그먼트(1140)로 연장되는 제3 연결부 및 제1 층간 용량성 소자(1741) 타단에서 제9 안테나 세그먼트(1310)로 연장되는 제4 연결부를 포함할 수 있다. 이 때, 제3 연결부 및 제4 연결부는 직선 또는 곡선의 도선을 포함할 수 있고 플라즈마 발생부(2000)에 부착되거나 일정 거리 이격될 수 있다. 이 때, 제1 층간 용량성 소자(1741)와 연결되는 안테나 세그먼트는 다른 안테나 세그먼트 보다 짧거나 긴 길이를 가질 수도 있다.

안테나 구조체(1000)가 층간 용량성 소자를 포함함으로써, 안테나 구조체(1000) 내 모든 안테나 세그먼트는 전기적으로 연결될 수 있다.

튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)는 메인 용량성 소자(1500, 1600)를 통해 RF 전원(200)과 물리적 또는 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 다시 도 9를 참조하면, 제1 안테나 세그먼트(1110)는 제1 메인 용량성 소자(1500)을 통해 인버터(230)의 제1 단자와 전기적으로 연결되고 제12 안테나 세그먼트(1340)는 제2 메인 용량성 소자(1600)를 통해 인버터(230)의 제2 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 제4 안테나 세그먼트(1140)는 제1 메인 용량성 소자(1500)을 통해 인버터(230)의 제1 단자와 전기적으로 연결되고 제9 안테나 세그먼트(1310)는 제2 메인 용량성 소자(1600)를 통해 인버터(230)의 제2 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.

메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자와 안테나 세그먼트가 연결되는 방법에 따라 안테나 구조체(1000)에서 전류가 흐르는 방향이 결정될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 9를 참조하면, 제1 메인 용량성 소자(1500)가 제1 안테나 세그먼트(1110)와 직렬 연결되고 제4 안테나 세그먼트(1140) 및 제9 안테나 세그먼트(1310)가 제1 층간 용량성 소자(1741)를 통해 직렬 연결되며, 제2 메인 용량성 소자(1600)가 제12 안테나 세그먼트(1340)와 직렬 연결되는 경우 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가되면 제1 층 및 제2 층은 같은 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 제1 층 및 제2 층에 같은 방향으로 전류가 흐르는 경우 제1 층 및 제2 층에 서로 다른 방향으로 전류가 흐르는 경우보다 플라즈마 발생을 위한 유도 전기장의 세기가 증가할 수 있으며 안테나 세그먼트 사이의 전위차가 줄어 들어 기생 커패시터의 영향을 줄일 수 있다.

튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)는 복수의 턴 및 복수의 층에 배치된 안테나 세그먼트를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, 튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)는 제1 층 제1 턴에 배치되는 제1 내지 제4 안테나 세그먼트(1110, 1120, 1130, 1140), 제1 층 제2 턴에 배치되는 제5 내지 제8 안테나 세그먼트(1210, 1220, 1230, 1240), 제2 층 제1 턴에 배치되는 제9 내지 제12 안테나 세그먼트(1310, 1320, 1330, 1340), 제2 층 제2 턴에 배치되는 제13 내지 제16 안테나 세그먼트(1410, 1420, 1430, 1440), 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자를 포함할 수 있다.

도 10에 도시된 튜브형으로 구현된 안테나 구조체(1000)는 도 7 내지 도 9에서 서술된 것과 동일/유사하게 안테나 세그먼트가 복수의 턴 및 복수의 층에 배치될 수 있다.

상술한 멀티 턴(multi-turn), 멀티 층(multi-layer)으로 구현되는 안테나 구조체(1000) 내 배치되는 보조 용량성 소자는 턴간 용량성 소자 및 층간 용량성 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 10을 참조하면, 멀티 턴, 멀티 층으로 구현되는 안테나 구조체(1000)는 제1 층에서 턴들을 연결하는 제1 턴간 용량성 소자(1731), 제2 층에서 턴들을 연결하는 제2 턴간 용량성 소자(1733) 및 제1 층 및 제2 층을 연결하는 제1 층간 용량성 소자(1741)를 포함할 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)에서 안테나 세그먼트가 세 층 이상의 층에 배치되는 경우 안테나 구조체(1000)는 복수의 층간 용량성 소자 또는 층간 연결부를 포함할 수 있다.

여기서, 복수의 층간 용량성 소자 또는 층간 연결부는 상호 미리 설정된 위치 관계를 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 층간 용량성 소자들은 중심축(CA)을 기준으로 소정의 각도 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 층 및 제2 층을 연결하는 제1 층간 용량성 소자(1741)는 제2 층 및 제3 층을 연결하는 제2 층간 용량성 소자(미도시)와 중심축(CA)을 기준으로 소정의 각도를 갖도록 배치될 수 있다.

또 여기서, 복수의 층간 용량성 소자 또는 층간 연결부는 각 층에서 턴들이 서로 연결되는 턴간 연결 영역이 중심축(CA)을 기준으로 소정의 각도를 갖도록 안테나 세그먼트를 연결할 수 있다. 예를 들어, 제1 층에서 제1 턴의 제4 안테나 세그먼트(1140) 및 제2 턴의 제5 안테나 세그먼트(1210)가 보조 용량성 소자를 통해 연결되는 경우 제1 층간 용량성 소자(1741)는 제8 안테나 세그먼트(1240) 및 제10 안테나 세그먼트(1320)를 연결하고, 제2 턴간 용량성 소자(1733)는 제9 안테나 세그먼트(1310) 및 제14 안테나 세그먼트(1420)를 연결할 수 있다. 이 때, 턴간 연결 영역은 각 층에서 서로 다른 두 턴이 연결되는 영역이므로 플라즈마 발생부(2000)는 턴간 연결 영역에서 안테나 세그먼트와 접촉하지 않아 안테나 세그먼트 내 흐르는 냉각수에 의해 냉각 효과를 얻기 어려울 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 복수의 층에서 턴들이 서로 연결되는 턴간 연결 영역이 소정의 각도를 이룸으로써, 플라즈마 발생부(2000)가 냉각되지 않는 영역을 층마다 다르게 분산시킬 수 있다.

멀티 턴, 멀티 층으로 구현되는 안테나 구조체(1000)에서 각 층의 각 턴에서 흐르는 전류의 방향은 메인 용량성 소자(1500, 1600) 및 보조 용량성 소자와 안테나 세그먼트가 연결되는 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 10을 참조하면, 제1 메인 용량성 소자(1500)가 제1 안테나 세그먼트(1110)와 직렬 연결되고 제4 안테나 세그먼트(1140) 및 제5 안테나 세그먼트(1210)가 제1 턴간 용량성 소자(1731)를 통해 직렬 연결되며, 제8 안테나 세그먼트(1240) 및 제9 안테나 세그먼트(1310)가 제1 층간 용량성 소자(1741)를 통해 직렬 연결되며, 제12 안테나 세그먼트(1340) 및 제13 안테나 세그먼트(1410)가 제2 턴간 용량성 소자(1733)를 통해 직렬 연결되고, 제2 메인 용량성 소자(1600)가 제16 안테나 세그먼트(1440)와 직렬 연결되는 경우 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가되면 제1 층 제1 턴, 제1 층 제2 턴, 제2 층 제1 턴 및 제2 층 제2 턴은 같은 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있다. 또 다른 예로, 제1 메인 용량성 소자(1500)가 제1 안테나 세그먼트(1110)와 직렬 연결되고 제4 안테나 세그먼트(1140) 및 제5 안테나 세그먼트(1210)가 제1 턴간 용량성 소자(1731)를 통해 직렬 연결되며, 제8 안테나 세그먼트(1240) 및 제13 안테나 세그먼트(1410)가 제1 층간 용량성 소자(1741)를 통해 직렬 연결되며, 제16 안테나 세그먼트(1440) 및 제9 안테나 세그먼트(1310)가 제2 턴간 용량성 소자(1733)를 통해 직렬 연결되고, 제2 메인 용량성 소자(1600)가 제12 안테나 세그먼트(1340)와 직렬 연결되는 경우 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가되면 제1 층 제1 턴, 제1 층 제2 턴, 제2 층 제1 턴 및 제2 층 제2 턴은 같은 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있다.

상술한 바와 같이 각 층의 각 턴이 같은 방향으로 전류가 흐르는 경우 서로 다른 방향으로 전류가 흐르는 경우보다 플라즈마 발생을 위한 유도 전기장의 세기가 증가할 수 있으며 안테나 세그먼트 사이의 전위차가 줄어 들어 기생 커패시터의 영향을 줄일 수 있다.

이상에서는 멀티 턴, 멀티 층 구현되는 안테나 구조체(1000)가 턴 당 네 개의 안테나 세그먼트를 포함하고, 층당 두 턴을 포함하며, 총 두 층으로 구현된 경우를 주된 실시예로 서술하였으나 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며 안테나 구조체(1000)는 턴 당 p개의 안테나 세그먼트를 포함하고, 층당 q개의 턴을 포함하며, 총 r층으로 구현될 수도 있으며(p, q, r은 자연수), 상술한 내용이 동일/유사하게 적용될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 도 11 내지 도 13을 참조하여 안테나 구조체(1000)에 전원이 인가되는 경우에 대하여 서술한다.

한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해 별도의 설명이 없는 한 안테나 구조체(1000)는 도 7 내지 도 10에서 도시된 바와 같이 원호를 따라 일 방향으로 일단에서 타단으로 연장되는 복수의 안테나 세그먼트 및 보조 용량성 소자를 포함하는 것으로 가정하나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 11은 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체(1000)의 등가회로에 관한 도면이다.

도 11을 참조하면, 안테나 구조체(1000)의 등가 회로는 커패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)가 교번적으로 직렬 연결되어 배치되는 회로를 포함할 수 있다.

안테나 구조체(1000) 등가 회로에서 어느 한 노드의 전압 또는 전위차는 RF 전원(200)에서 안테나 구조체(1000)에 인가하는 교류 전원 또는 교류 신호에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, RF 전원(200)이 안테나 구조체(1000)에 진폭 V를 갖는 교류 전압을 인가하면, 안테나 구조체(1000) 내 일 노드에서의 전위차는 V 이하의 진폭으로 진동할 수 있다.

이하에서는, 안테나 구조체(1000)에 교류 전원이 인가되는 경우 용량성 소자 유무에 따른 안테나 구조체(1000) 내 위치별 전압에 대하여 설명한다.

여기서, 위치별 전압은 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트의 위치에서 기준 노드에 대해 갖는 전압을 의미할 수 있다. 예를 들어, 위치별 전압은 안테나 구조체(1000)에 교류 전원이 인가된 후 일 시점에서 각 안테나 세그먼트의 일단, 타단 또는 일단과 타단 사이의 특정 노드에서 기준 노드에 대해 갖는 전압을 의미할 수 있다.

여기서, 기준 노드는 위치별 전압을 산출하기 위한 기준이 되는 지점을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기준 노드는 접지 노드, RF 전원(200)의 제1 단자 또는 제2 단자, 일단 또는 타단 및 안테나 구조체(1000) 내의 일 지점을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 기준 노드가 RF 전원(200)의 일단인 경우를 산정하여 서술하나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 기준 노드가 다르게 설정되더라도 동일/유사하게 적용될 수 있다.

도 12는 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체(1000) 내 위치에 따른 전위를 나타내는 그래프에 관한 도면이다.

도 12를 참조하면, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트가 용량성 소자 없이 직렬로 연결되는 경우, 안테나 세그먼트는 임의의 시점에서 서로 다른 범위의 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 안테나 세그먼트가 도 6에 도시된 바와 같이 배치된 상태에서 직렬 연결되는 경우, 교류 전원이 인가됨에 따라 서로 인접한 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제5 안테나 세그먼트(1210)는 서로 다른 크기의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제5 안테나 세그먼트(1110, 1210) 사이의 기생 커패시터의 영향이 커져 플라즈마 유도에 바람직하지 않을 수 있다.

다시 도 12를 참조하면, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트가 용량성 소자 없이 직렬로 연결되는 경우, 용량성 소자에 의한 전압 분배가 불가능하여 안테나 세그먼트 각각에 인가되는 전압의 크기가 커질 수 있다. 이와 같이, 안테나 세그먼트 각각에 인가되는 전압의 크기가 커지면 불필요한 소비전력이 발생하여 플라즈마 시스템(10)이 불안정해질 수 있다.

도 13은 본 명세서의 일 실시예에 따른 용량성 소자를 포함하는 안테나 구조체(1000) 내 위치에 따른 전압을 나타내는 그래프에 관한 도면이다.

도 13을 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 제1 메인 용량성 소자(1500) 및 제1 안테나 세그먼트(1110)가 연결되는 제1 노드(N1), 제1 안테나 세그먼트(1110) 및 제1 보조 용량성 소자(1711)가 연결되는 제2 노드(N2), 제1 보조 용량성 소자(1711) 및 제2 안테나 세그먼트(1120)가 연결되는 제3 노드(N3), 제2 안테나 세그먼트(1120) 및 제2 보조 용량성 소자(1712)가 연결되는 제4 노드(N4), 제1 안테나 세그먼트(1110) 내 임의의 위치를 지시하는 제1 지점(Pt1) 및 제2 안테나 세그먼트(1120) 내 임의의 위치를 지시하는 제2 지점(Pt2)을 포함할 수 있다.

여기서, 도 13은 안테나 구조체(1000)에 교류 전원이 인가되는 경우 안테나 세그먼트에 인가되는 최대 전압을 나타내는 그래프이며, 도시된 부호는 위상차를 의미할 수 있다. 또한, 도 13의 전압은 안테나 구조체(1000) 내의 위치별로 최대 전압을 가지는 시점에서의 전압을 의미할 수 있다. 한편, 교류 파형에서 최대 전압은 양의 값을 가질 때와 음의 값을 가질 때로 나뉠 수 있고, 도 13의 그래프는 제1 노드(N1)가 음의 최대 전압을 가지는 시점을 기준으로 안테나 구조체(1000) 내의 위치별 전압을 나타낸 것으로 해석될 수 있다. 예를 들어, -V'와 +V'의 최대 전압을 가지는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)는 절대 값인 V'만큼의 최대 전압을 가지며, 서로 부호가 반대되는 교류 전압이 인가되었음을 의미할 수 있다. 즉, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에는 진폭이 V'이고 서로 반주기만큼 위상차를 가지는 교류 전압이 인가되었음을 의미할 수 있다. 다시 말해, 제1 노드(N1)를 통해 -V'라는 전압 값이 측정되는 시점에는 제2 노드(N2)를 통해 +V'라는 전압 값이 측정될 수 있다.

다시 도 13을 참조하면, 안테나 구조체(1000)에서 서로 대응되는 노드의 전압은 서로 대응될 수 있다. 예를 들어, 제1 노드(N1) 및 제3 노드(N3)의 전압은 서로 대응될 수 있다. 또는, 제1 노드(N1) 및 제3 노드(N3)의 최대 전압은 서로 대응될 수 있다. 제2 노드(N2) 및 제4 노드(N4)의 전압은 서로 대응될 수 있다. 또는, 제2 노드(N2) 및 제4 노드(N4)의 최대 전압은 서로 대응될 수 있다. 제1 안테나 세그먼트(1110)의 일단의 전압과 제2 안테나 세그먼트(1120)의 일단의 전압은 서로 대응될 수 있다. 제1 보조 용량성 소자(1711)의 일단의 전압과 제2 보조 용량성 소자(1712)의 일단의 전압은 서로 대응될 수 있다. 제1 안테나 세그먼트(1110)의 일단의 전압과 제1 안테나 세그먼트(1110)와 인접한 제5 안테나 세그먼트(1210) 또는 제9 안테나 세그먼트(1310)의 일단의 전압은 서로 대응될 수 있다.

한편, 서로 대응되는 노드의 전압의 실효값은 서로 대응될 수 있다. 예를 들어, 제1 노드(N1) 및 제3 노드(N3) 전압의 실효값, 제2 노드(N2) 및 제4 노드(N4) 전압의 실효값은 각각 서로 대응될 수 있다.

여기서, 복수의 노드의 전압이 서로 대응되되거나 복수의 노드가 서로 대응되는 전압을 가지는 것은 복수의 노드가 기준 노드에 대해 동일한 전압 또는 최대 전압을 가지거나 기준 노드에 대해 복수의 노드가 가지는 전압 또는 최대 전압의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우를 의미할 수 있다.

복수의 안테나 세그먼트는 서로 대응되는 지점을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 안테나 세그먼트(1110) 일단 및 타단 사이에 위치하는 제1 지점(Pt1)은 제2 안테나 세그먼트(1120) 일단 및 타단 사이에 위치하는 제2 지점(Pt1)과 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 안테나 세그먼트(1110) 내 제1 지점(Pt1)이 제1 안테나 세그먼트(1110)의 일단에서 이격된 거리와 제2 지점(Pt2)이 제2 안테나 세그먼트(1120)의 일단에서 이격된 거리는 서로 대응될 수 있다. 다른 예로, 제1 안테나 세그먼트(1110) 내 제1 지점(Pt1)은 제5 안테나 세그먼트(1210) 내 제3 지점(미도시)과 대응될 수 있다. 이 때, 제1 안테나 세그먼트(1110) 일단, 중심축(CA) 및 제1 지점(Pt1)이 이루는 각도와 제5 안테나 세그먼트(1210) 일단, 중심축(CA) 및 제3 지점이 이루는 각도는 서로 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 지점(Pt1) 및 제3 지점을 연결하는 연장선은 중심축(CA)과 만나거나 꼬인 위치에 있을 수 있다. 또 다른 예로, 제1 안테나 세그먼트(1110) 내 제1 지점(Pt1)은 제9 안테나 세그먼트(1310) 내 제4 지점(미도시)과 서로 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 지점(Pt1) 및 제4 지점을 연결하는 연장선은 중심축(CA)과 평행하거나 꼬인 위치에 있을 수 있다.

상술한 복수의 안테나 세그먼트 내 서로 대응되는 지점은 서로 대응되는 전압을 가질 수 있다. 또는, 복수의 안테나 세그먼트 내 서로 대응되는 지점은 서로 대응되는 실효전압을 가질 수 있다. 이와 같이, 안테나 세그먼트는 서로 인접한 경우 서로 대응되는 지점에서 서로 대응되는 전압을 가짐으로써 기생 커패시턴스의 영향을 감소시킬 수 있다.

여기서, 복수의 지점의 전압이 서로 대응되되거나 복수의 지점이 서로 대응되는 전압을 가지는 것은 복수의 지점이 기준 노드에 대해 동일한 전압 또는 최대 전압을 가지거나 기준 노드에 대해 복수의 노드가 가지는 전압 또는 최대 전압의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우를 의미할 수 있다. 또 여기서, 복수의 지점이 각 안테나 세그먼트의 일단 및 중심축(CA)과 이루는 각도가 서로 대응되는 것은 복수의 지점이 중심축(CA)을 기준으로 각 안테나 세그먼트 일단으로부터 동일하거나 서로 다른 각도만큼 회전된 위치인 경우를 의미할 수 있다.

한편, 다시 도 13을 참조하면, 안테나 세그먼트 내 임의의 지점에서의 전압의 크기는 안테나 세그먼트 및 용량성 소자가 연결되는 노드에서의 전압의 크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 지점(Pt1) 및 제2 지점(Pt2)의 최대 전압은 제2 노드(N2) 또는 제4 노드(N4) 보다 작을 수 있다.

안테나 구조체(1000) 내 임의의 노드 또는 위치에서의 전압은 임의의 시점에서 서로 다른 위상 또는 서로 다른 부호를 가질 수 있다. 예를 들어, 일 시점에서 제1 노드(N1) 및 제3 노드(N2)의 전압은 같은 위상을 가지며, 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)는 크기는 같되 서로 위상 또는 부호가 반대인 전압을 가질 수 있다. 또 다른 예로, 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)는 크기는 같되 서로 위상 또는 부호가 반대인 전압을 가질 수 있다.

이상에서는 설명의 편의를 위해 안테나 구조체(1000) 내 특정 안테나 세그먼트를 기준으로 노드 및 지점에서의 전압에 대하여 서술하였으나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 안테나 구조체(1000) 내 안테나 세그먼트 각각에 대해 동일/유사하게 적용될 수 있다.

안테나 구조체(1000) 내 위치별 전압은 안테나 구조체(1000)가 포함하는 보조 용량성 소자가 많을수록 감소할 수 있다. 또는, 안테나 구조체(1000) 내 위치별 전압은 안테나 구조체(1000)가 포함하는 안테나 세그먼트의 인덕턴스 또는 보조 용량성 소자의 정전 용량에 기초하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 도 13에 도시된 것과 달리, 안테나 세그먼트 사이에 보조 용량성 소자가 배치됨에 따라 각각의 안테나 세그먼트에 인가되는 전압의 크기가 상호 대응되도록 결정되어 인접한 안테나 세그먼트 사이의 기생 커패시터의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 안테나 구조체(1000) 내에 보조 용량성 소자가 배치됨에 따라 안테나 세그먼트에 인가되는 전압의 크기가 감소하여 안테나 구조체(1000)에 의한 소모전력이 감소하고, 플라즈마 시스템(10)의 안전성이 향상될 수 있다.

메인 용량성 소자(1500, 1600)는 안테나 구조체(1000)에 인가되는 전압의 진폭을 감소시킬 수 있다. 또는, 메인 용량성 소자(1500, 1600)는 각각의 안테나 세그먼트에 인가될 수 있는 전압의 최대 진폭을 낮출 수 있다.

또는, 메인 용량성 소자(1500, 1600)이 안테나 세그먼트에 연결됨으로써, 기준 노드에 대한 안테나 구조체(1000) 내 노드에서의 최대 전압이 0이 되지 않을 수 있다. 예를 들어, 메인 용량성 소자(1500, 1600)에서 기준 노드에 대한 전압 강하가 이루어짐에 따라 제1 내지 제4 노드(N1, N2, N3, N4)는 0이 아닌 최대 전압을 가질 수 있다.

또는, 메인 용량성 소자(1500, 1600)에 의해 안테나 구조체(1000) 내 노드에서 동일한 진폭의 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 메인 용량성 소자(1500, 1600)에 의해 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)는 기준노드에 대해 동일한 진폭의 전압을 가질 수 있다. 또 다른 예로, 메인 용량성 소자(1500, 1600)에 의해 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)는 서로 동일한 진폭을 가지며 서로 다른 부호를 갖는 전압을 인가받을 수 있다. 이와 같이, 메인 용량성 소자(1500, 1600)는 안테나 구조체(1000) 내 구성들에 인가되는 전압 또는 최대 전압을 감소시킬 수 있고, 이로써 안테나 구조체(1000)의 전기적인 내구성이 향상될 수 있다.

한편, 플라즈마 시스템(10)이 구동되면 안테나 구조체(1000)에 의해 플라즈마 발생부(2000)에 유도 결합 플라즈마가 유도되면서 온도가 상승할 수 있다. 이에 따라 플라즈마 발생부(2000)가 손상될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 안테나 구조체(1000)는 냉각수 유로를 포함하여 플라즈마 발생부(2000)의 열을 흡수할 수 있다. 이 때, 안테나 구조체(1000)의 구조 및 형상에 따라 플라즈마 발생부(2000)에서 발생되는 열을 흡수하는 정도가 달라질 수 있다.

이하에서는, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따라 플라즈마 시스템(10) 구동 시 플라즈마가 유도됨에 따라 플라즈마 발생부(2000)에 발생하는 열을 효율적으로 흡수하기 위한 안테나 구조체(1000)의 구조 및 형상에 대하여 서술한다.

도 14는 본 명세서의 일 실시예에 따른 사각 단면을 갖는 안테나 구조체(1000)에 관한 도면이다.

도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따른 안테나 구조체(1000)의 단면(A-A')에 관한 도면이다.

도 14를 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 턴 안테나, 안테나 말단, 턴간 연결부 및 조임부(3400)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130), 제1 및 제2 안테나 말단(3310, 3320), 제1 및 제2 턴간 연결부(3210, 3220) 및 조임부(3400)를 포함할 수 있다.

턴 안테나는 안테나 구조체(1000) 내에서 하나의 턴을 이루는 안테나를 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 것과 같이 턴 안테나는 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)는 중심축(CA)을 기준으로 서로 다른 곡률 반경을 갖는 원 형상 또는 고리 형상으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 턴 안테나(3120)는 제1 턴 안테나(3110)를 감싸도록 배치되고, 제3 턴 안테나(3130)는 제2 턴 안테나(3120)를 감싸도록 배치될 수 있다. 이 때, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)는 중심축(CA)에 수직하는 수평축(HA) 상에 배치될 수 있다. 또는, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)는 수평축(HA)으로부터 서로 다른 거리만큼 각각 이격되어 배치될 수도 있다.

턴 안테나는 사각 형상의 단면을 가질 수 있다. 다만 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 턴 안테나의 단면은 사각 형상 외에 다각형 형상, 원 형상, 타원 형상 또는 곡선 및 직선으로 이루어진 도형 형상일 수 있다.

턴 안테나는 말단 안테나를 통해 RF 전원(200)과 물리적 또는 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴 안테나(3110)는 제1 안테나 말단(3310)과 물리적 또는 전기적으로 연결되고 제1 안테나 말단(3310)은 RF 전원(200)의 일단에 물리적 또는 전기적으로 연결될 수 있다. 또 예를 들어, 제3 턴 안테나(3130)는 제2 안테나 말단(3320)과 물리적 또는 전기적으로 연결되고 제2 안테나 말단(3320)은 RF 전원(200)의 타단에 물리적 또는 전기적으로 연결될 수 있다.

턴 안테나는 턴간 연결부를 통해 다른 턴 안테나와 전기적 또는 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴 안테나(3110)는 제1 턴간 연결부(3210)의 일단에, 제2 턴 안테나(3120)는 제1 턴간 연결부(3210)의 타단에 전기적 또는 물리적으로 연결될 수 있다. 또 예를 들어, 제2 턴 안테나(3120)는 제2 턴간 연결부(3220)의 일단에, 제3 턴 안테나(3130)는 제2 턴간 연결부(3220)의 타단에 전기적 또는 물리적으로 연결될 수 있다.

안테나 말단은 턴 안테나 및 RF 전원(200)을 물리적 또는 전기적으로 연결할 수 있다.

안테나 말단은 임의의 방향으로 연장되는 도전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 14를 참조하면, 제1 안테나 말단(3310)은 중심축(CA)에 평행하는 방향으로 연장되고 제2 안테나 말단(3320)은 중심축(CA)에 수직하는 방향으로 연장될 수 있다. 다만, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 안테나 말단(3310, 3320)은 턴간 연결방식 등에 기초하여 어느 방향으로도 연장될 수 있음은 물론이다.

턴간 연결부는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 턴간 연결부는 곡선 또는 직선 형상을 가질 수 있다. 턴간 연결부에 대하여는 구체적으로 후술하도록 한다.

조임부(3400)는 안테나 구조체(1000)의 적어도 일부가 팽창되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생부(2000)는 플라즈마가 유도됨에 따라 발생하는 고온의 열에너지에 의해 팽창하는 등 형상이 변형될 수 있고 이에 따라 플라즈마 발생부(2000)에 밀착된 안테나 구조체(1000) 역시 팽창하는 등 형상이 변형될 수 있으며, 조임부(3400)는 이러한 안테나 구조체(1000)의 변형을 방지할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 14를 참조하면, 탄성을 갖는 조임부(3400)가 플라즈마 발생부(2000)에 인접한 제1 턴 안테나(3110)에 결합될 수 있다. 안테나 구조체(1000)는 조임부(3400)를 포함함으로써 플라즈마 발생부(2000)에 밀착될 수 있고 나아가 플라즈마가 유도되더라도 밀착된 상태를 유지하여 후술하는 안테나 구조체(1000)가 수행하는 냉각의 효율을 증대시킬 수 있다.

여기서, 조임부(3400)는 미리 설정된 값 이상의 조임력을 안테나 구조체(1000)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 조임부(3400)는 신축성 또는 탄성을 갖는 물체를 포함할 수 있다. 또 예를 들어, 조임부(3400)는 조이는 대상의 길이 보다 짧은 길이를 갖는 금속을 포함할 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)는 냉각수를 이용하여 플라즈마 발생부(2000)를 냉각시킬 수 있다. 이를 위해, 도 14를 참조하면, 안테나 구조체(1000) 내 턴 안테나는 미리 설정된 형상을 가지며 냉각수 유로를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)는 각각 제1 내지 제3 냉각수 유로(CFP_1, CFP_2, CFP_3)을 포함하고, 제1 턴 안테나(3110)는 플라즈마 발생부(2000)와 접촉하여 제1 내지 제3 냉각수 유로(CFP_1, CFP_2, CFP_3)를 통해 이동하는 냉각수를 이용하여 플라즈마 발생부(2000)에 발생되는 열을 흡수할 수 있다.

여기서, 냉각수는 미리 설정된 온도 이하의 유체를 포함할 수 있다.

턴 안테나는 내경면 및 외경면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)는 각각 제1 내지 제3 내경면(3111, 3121, 3131) 및 제1 내지 제3 외경면(3112, 3122, 3132)을 포함할 수 있다. 여기서, 내경면 및 외경면은 턴 안테나를 형성하는 복수의 면 중 하나일 수 있다. 또 여기서, 내경면 및 외경면은 중심축(CA)을 감싸는 턴 안테나의 안쪽면 및 바깥쪽면을 의미할 수 있다. 또 여기서, 턴 안테나에서 중심축(CA)에서 멀어지는 방향으로 배치되는 마주보는 면을 의미할 수 있으며, 내경면은 외경면에 비하여 안테나 구조체(1000) 중심축(CA)에 가까울 수 있다. 이 때, 턴 안테나의 단면 모양은 적어도 내경면 및 외경면에 기초하여 형성될 수 있다. 한편, 턴 안테나는 내경면 및 외경면 외에 상면 및 하면 등을 포함할 수 있다.

냉각수 유로는 턴 안테나의 내경면 및 외경면에 각각 대응하는 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각수 유로(CFP_1)는 제1 내경면(3111)에 대응하는 제1 면(S11) 및 제1 외경면(3112)에 대응하는 제2 면(S12)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 냉각수 유로(CFP_1)의 단면 모양은 적어도 제1 면(S11) 및 제2 면(S12)에 기초하여 형성될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제2 냉각수 유로(CFP_2)는 제2 내경면(3121)에 대응하는 제3 면(S21) 및 제2 외경면(3122)에 대응하는 제4 면(S22)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 냉각수 유로(CFP_2)의 단면 모양은 적어도 제3 면(S21) 및 제4 면(S22)에 기초하여 형성될 수 있다. 한편, 냉각수 유로는 내경면 및 외경면에 대응하는 면 외에 상면 및 하면 등을 포함할 수 있다.

이상에서 냉각수 유로는 턴 안테나의 내부면에 의해 정의되는 것으로 해석될 수도 있다. 예를 들어, 냉각수 유로의 일면은 턴 안테나 내부면과 실질적으로 동일한 것으로 해석될 수 있다. 구체적으로, 제1 냉각수 유로(CFP_1)의 제1 면(S11) 및 제2 면(S12)은 제1 턴 안테나(3110)의 내부면으로, 제2 냉각수(CFP_2)의 제3 면(S21) 및 제4 면(S22)은 제2 턴 안테나(3120)의 내부면으로 해석될 수 있다.

안테나 구조체(1000)는 플라즈마 발생부(2000)와 접촉하는 턴 안테나의 내경면 및 이에 대응하는 냉각수 유로의 일면을 통해 플라즈마 발생부(2000)의 열을 흡수할 수 있다.

냉각 효율을 증가시키기 위해 또는 열 전도를 보다 활발하게 하기 위해 안테나 구조체(1000)는 플라즈마 발생부(2000)와 면접촉할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 15를 참조하면, 제1 턴 안테나(3110)의 제1 내경면(3111)은 플라즈마 발생부(2000)의 외벽 또는 중심축(CA)과 평행하게 형성되고, 제1 턴 안테나(3110)는 제1 내경면(3111)을 통해 플라즈마 발생부(2000)와 면접촉할 수 있다. 이 때, 제1 내경면(3111)에 대응하는 제1 냉각수 유로(CFP_1)의 제1 면(S11)은 제1 내경면(3111) 및 플라즈마 발생부(2000) 외벽 또는 중심축(CA)에 평행할 수 있고, 안테나 구조체(1000)는 제1 내경면(3111) 및 제1 면(S11)을 통해 플라즈마 발생부(2000)로부터 열을 흡수할 수 있다.

플라즈마 발생부(2000)에 대한 냉각 효율을 증대시키는 안테나 구조체(1000)의 단면은 사각 형상일 수 있다. 예를 들어, 다시 도 15를 참조하면, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)의 단면은 사각 형상이며, 이에 따라 제1 내지 제3 내경면(3111, 3121, 3131)은 제1 내지 제3 외경면(3112, 3122, 3132)과 각각 평행할 수 있다. 이 때, 냉각수 유로의 단면 역시 사각 형상일 수 있다.

여기서, 제1 내경면(3111), 제1 면(S11), 제2 면(S12) 및 제1 외경면(3112)은 서로 평행할 수 있다. 따라서, 제1 내경면(3111) 및 제1 면(S11) 사이의 거리는 수평축(HA)으로부터 일정 범위 내에서 동일할 수 있으며, 제2 면(S12) 및 제1 외경면(3112) 사이의 거리 역시 수평축(HA)으로부터 일정 범위 내에서 동일할 수 있다.

또 여기서, 제2 턴 안테나(3120)의 제2 내경면(3121) 및 제2 냉각수 유로(CFP_2)의 제3 면(S21)은 제1 턴 안테나(3110)의 제1 외경면(3112) 및 제1 냉각수 유로(CFP_1)의 제2 면(S12)와 평행할 수 있다. 따라서, 제2 면(S12) 및 제3 면(S21) 사이의 거리는 수평축(HA)으로부터 일정 범위 내에서 동일할 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)의 단면이 사각 형상인 경우, 턴 안테나 사이에 기생 커패시터에 의한 에너지 손실이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이 제1 턴 안테나(3110)의 제1 외경면(3112) 및 제2 턴 안테나(3120)의 제2 내경면(3121)이 평행하는 경우 기생 커패시터에 의한 에너지 손실이 발생할 수 있다.

턴 안테나 사이의 기생 커패시터에 따른 에너지 손실은 턴 안테나 사이의 턴간 거리에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 15에서 안테나 구조체(1000) 내 기생 커패시터의 영향은 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120) 사이의 제1 턴간 거리(TD_1) 및 제2 턴 안테나(3120) 및 제3 턴 안테나(3130) 사이의 제2 턴간 거리(TD_2)에 따라 변경될 수 있다.

따라서, 안테나 구조체(1000)는 턴 안테나 사이의 턴간 거리를 미리 설정된 범위 내로 설정하여 기생 커패시터의 영향을 줄일 수 있다. 이 때, 미리 설정된 범위는 기생 커패시터의 영향 및 안테나 구조체(1000)의 전체 폭을 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 턴간 거리는 0.5mm 내지 3.5mm 이내의 범위에서 설정될 수 있다.

턴간 거리는 모두 동일하거나 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 턴간 거리(TD_1) 및 제2 턴간 거리(TD_2)는 미리 설정된 범위 내에서 동일한 값을 가질 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴간 거리(TD_1) 및 제2 턴간 거리(TD_2)는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 턴간 거리(TD_1)는 제2 턴간 거리(TD_2) 보다 크거나 작은 값을 가질 수 있다.

이상에서는, 냉각 기능을 수행하는 안테나 구조체(1000)와 관련하여 사각 단면을 갖는 턴 안테나 및 그에 따른 기생 커패시터의 영향을 줄이는 안테나 구조체(1000)의 구조 및 형상에 대하여 서술하였다.

이하에서는, 도 16 내지 도 19를 참조하여 냉각 기능을 수행하면서 기생 커패시터의 영향을 줄이는 안테나 구조체(1000)의 구조 및 형상에 관한 다른 실시예에 대하여 서술한다.

도 16은 본 명세서의 일 실시예에 따른 사각 단면 및 원형 단면을 갖는 안테나 구조체(1000)에 관한 도면이다.

도 17 및 도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따른 적어도 두 종류 이상의 단면 모양을 갖는 안테나 구조체(1000)의 단면(A-A')에 관한 도면이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 서로 다른 형상을 가지는 턴 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)는 단면이 사각 형상인 제1 턴 안테나(3110) 및 단면이 원 형상인 제2 및 제3 턴 안테나(3120, 3130)를 포함할 수 있다.

이하에서는 별도의 설명이 없는 한 앞서 도 14를 참조하여 서술한 안테나 구조체(1000)에 관한 내용이 유사하게 적용될 수 있다.

안테나 구조체(1000)는 플라즈마 발생부(2000)와 면접촉하는 턴 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조체(1000)는 플라즈마 발생부(2000)와 제1 내경면(3111)을 통해 면접촉하는 제1 턴 안테나(3110)를 포함할 수 있다.

안테나 구조체(1000) 내 턴 안테나는 턴 안테나간의 기생 커패시터의 영향을 줄이기 위해 서로 평행하지 않는 면을 가질 수 있다. 예를 들어, 다시 도 17을 참조하면 제1 턴 안테나(3110)의 제1 내경면(3111) 및 제1 외경면(3112)은 플라즈마 발생부(2000)의 외벽에 평행하되, 제2 턴 안테나(3120)의 제2 내경면(3121) 및 제2 외경면(3122)은 플라즈마 발생부(2000) 및 제1 내경면(3111)와 평행하지 않을 수 있다.

안테나 구조체(1000)는 턴 안테나 사이의 기생 커패시터의 영향을 줄이기 위해 서로 다른 단면을 갖는 턴 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 17을 참조하면, 안테나 구조체(1000)는 사각 형상의 단면을 갖는 제1 턴 안테나(3110) 및 원 형상의 단면을 갖는 제2 턴 안테나(3120)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)에 각각 대응하여 제1 냉각수 유로(CFP_1)는 사각 형상의 단면을 가지고, 제2 냉각수 유로(CFP_2)는 원 형상의 단면을 가질 수 있다. 다만, 턴 안테나의 단면이 사각 형상 또는 원 형상으로 한정되는 것은 아니며, 다각형 형상, 원 형상, 타원 형상 또는 곡선 및 직선으로 이루어진 도형 형상일 수도 있다.

상술한 바와 같이 안테나 구조체(1000)가 서로 평행하지 않는 면 또는 서로 다른 단면을 갖는 턴 안테나를 포함하는 경우, 기생 커패시터의 영향이 감소할 수 있다.

서로 다른 단면을 갖는 턴 안테나는 턴간 거리는 동일하나, 턴 안테나의 면 사이의 거리는 일정하지 않을 수 있다. 예를 들어, 다시 도 17을 참조하면, 제1 내지 제3 턴 안테나(3110, 3120, 3130)는 제1 턴간 거리(TD_1) 및 제2 턴간 거리(TD_2)가 수평축(HA)을 기준으로 동일하도록 배치될 수 있다. 또 예를 들어, 다시 도 17을 참조하면, 제1 턴 안테나(3110)의 제1 외경면(3112) 및 제2 턴 안테나(3120)의 제1 내경면(3121) 사이의 거리는 일정하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도 17에서 수평축(HA) 기준으로 중심축(CA)과 평행하는 방향 또는 플라즈마 발생부(2000)의 길이 방향으로 멀어질수록 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120) 사이의 거리가 증가하여 그 거리가 일정한 경우보다 기생 커패시터의 영향이 줄어들 수 있다. 또는, 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)가 동일 평면 상에 배치될 때, 평면 기준으로 중심축(CA)과 평행하는 방향 또는 플라즈마 발생부(2000)의 길이 방향으로 멀어질수록 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120) 사이의 거리가 증가하여 그 거리가 일정한 경우보다 기생 커패시터의 영향이 줄어들 수 있다.

한편, 안테나 구조체(1000)는 턴 안테나 사이의 기생 커패시터의 영향을 감소시키기 위해 서로 다른 형상을 갖는 내경면 및 외경면을 포함하는 턴 안테나를 포함할 수 있다.

도 18을 참조하면, 플라즈마 발생부(2000)에 접촉하는 제1 턴 안테나(3110)는 플라즈마 발생부(2000)의 외벽에 평행하는 제1 내경면(3111) 및 플라즈마 발생부(2000)의 외벽에 평행하지 않는 제1 외경면(3112)을 포함할 수 있다. 또는, 제1 턴 안테나(3110)는 플라즈마 발생부(2000)의 외벽에 평행하는 제1 내경면(3111) 및 세로 방향을 따라 중심축(CA)에서 멀어지는 방향으로 휘어진 제1 외경면(3112)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 턴 안테나(3110)는 직선 및 곡선으로 이루어진 단면을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 턴 안테나(3110)는 사각형 및 반원의 결합, 반원 또는 반타원 형상의 단면을 가질 수 있다.

상술한 바와 같은 내경면 및 외경면 또는 단면을 갖는 턴 안테나를 포함하는 안테나 구조체(1000)는 효율적으로 플라즈마 발생부(2000)를 냉각시키면서 내부적으로 기생 커패시터에 의한 에너지 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이상에서는, 냉각 기능을 수행하는 안테나 구조체(1000)의 구조 및 형상에 관련하여 턴 안테나가 세 겹으로 이루어진 안테나 구조체(1000)를 위주로 서술하였으나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 하나 이상의 턴 안테나를 갖는 안테나 구조체(1000)에서 유사하게 적용될 수 있다. 나아가, 복수의 층을 가지는 안테나 구조체(1000)에서도 유사하게 적용될 수 있으며, 앞서 서술한 복수의 안테나 세그먼트를 갖는 안테나 구조체(1000)에서도 유사하게 적용될 수 있음은 물론이다.

이하에서는, 도 16, 도 19 내지 도 22를 참조하여 안테나 구조체(1000) 내 턴 안테나를 연결하는 턴간 연결부에 대하여 구체적으로 서술한다.

턴간 연결부는 서로 다른 턴 안테나가 상호 연결되는 부분 또는 서로 다른 턴 안테나를 연결시키는 부분을 의미할 수 있다. 이하에서는, 턴간 연결부 중 서로 다른 단면을 가지는 턴 안테나를 연결시키는 턴간 연결부에 대하여 서술하기 위해, 대표적인 예로 도 15에 도시된 제1 턴간 연결부(3210)를 중심으로 서술하되, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 턴간 연결부(3210)는 굴곡을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 16 및 도 19를 참조하면, 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)는 굴곡을 가진 상태로 전기적 또는 물리적으로 연결될 수 있다.

제1 턴간 연결부(3210)는 선형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 20 및 도 21을 참조하면 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)는 동일 직선 상에서 전기적 또는 물리적으로 연결될 수 있다.

제1 턴간 연결부(3210)는 제1 턴 안테나(3110)와 연결되는 일단 및 제2 턴 안테나(3120)와 연결되는 타단을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 턴간 연결부(3210)의 일단 및 타단은 서로 다른 단면을 가질 수 있다. 구체적으로 제1 턴간 연결부(3210)의 일단의 단면은 제1 턴 안테나(3110)의 단면을 가지며, 제1 턴간 연결부(3210)의 타단의 단면은 제2 턴 안테나(3120)의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 턴간 연결부(3210)의 일단의 단면은 사각 형상이고 제1 턴간 연결부(3210)의 타단의 단면은 원 형상일 수 있다.

제1 턴간 연결부(3210)는 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120) 중 적어도 하나의 형상을 변형시켜 연결함으로써 형성될 수 있다.

일 예로, 다시 도 20을 참조하면 제1 턴간 연결부(3210)는 제1 턴 안테나(3110) 말단을 팽창하거나 확장시키고 제2 턴 안테나(3120)를 결합시킴으로써 형성될 수 있다.

여기서, 제1 턴간 연결부(3210)의 단면은 일단에서 타단으로 갈수록 그 크기나 모양이 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴간 연결부(3210)의 단면적은 일단에서 타단으로 갈수록 점차 증가하다가 감소할 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴간 연결부(3210)의 단면적은 일단에서 타단으로 갈수록 사각 형상에서 모서리가 둥근 사각 형상, 원 형상 순서로 변경될 수 있다.

다른 예로, 다시 도 21을 참조하면 제1 턴간 연결부(3210)는 제2 턴 안테나(3120) 말단을 제1 턴 안테나(3110) 말단에 결합하고 제2 턴 안테나(3120)를 팽창하거나 확장시킴으로써 형성될 수도 있다.

제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)가 연결됨에 따라 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)의 단면은 서로 대응되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴 안테나(3110) 단면의 폭은 제2 턴 안테나(3120) 단면의 폭과 동일하거나 다르게 설정될 수 있다. 구체적으로, 제2 턴 안테나(3120)가 제1 턴 안테나(3110)에 용이하게 삽입될 수 있도록, 제1 턴 안테나(3110)의 단면 폭이 제2 턴 안테나(3120)의 폭보다 클 수 있다. 또는, 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)의 단면의 폭이 동일하되, 도 20 및 도 21에 도시된 것처럼 어느 하나의 턴 안테나가 팽창, 확장, 축소 등을 통해 상호 연결될 수도 있다. 이와 같은 각 턴 안테나의 단면 크기는 냉각수의 원활한 흐름을 고려하여 설정될 수도 있다.

제1 턴간 연결부(3210)는 모듈형으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 22를 참도하면, 제1 턴간 연결부(3210)는 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120) 각각의 단면 크기에 대응되는 크기의 삽입부를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)는 제1 턴간 연결부(3210)에 대해 탈착이 가능할 수 있다. 또 예를 들어, 제1 턴간 연결부(3210)는 제1 턴 안테나(3110) 및 제2 턴 안테나(3120)를 전기적 또는 물리적으로 연결하되, 특정 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제1 턴간 연결부(3210)는 용량성 소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 턴간 연결부(3210)는 상술한 턴간 용량성 소자로 기능할 수 있다.

한편, 턴간 연결부에서 냉각수 유로의 형상이 변형될 수 있다. 예를 들어, 제1 턴간 연결부(3210)에서 냉각수 유로는 점진적으로 좁아질 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴간 연결부(3210)에서 냉각수 유로는 점진적으로 넓어질 수 있다. 또 다른 예로, 제1 턴간 연결부(3210)에서 냉각수 유로는 점진적으로 넓어지다가 좁아질 수 있다. 이 때, 냉각수 유로의 형상이 변형됨에 따라 냉각수의 유동 속도가 변경될 수 있다.

이하에서는, 도 23을 참조하여 플라즈마 유도에 의해서 플라즈마 발생부(2000)에 발생하는 열을 효율적으로 냉각시키기 위한 또 다른 방법에 대해서 서술한다.

도 23은 본 명세서의 일 실시예에 따른 열전달 부재(300)를 나타내는 도면이다.

도 23을 참조하면, 열전달 부재(300)는 안테나 구조체(1000) 및 플라즈마 발생부(2000) 사이에서 열을 전달할 수 있다. 예를 들어, 열전달 부재(300)는 플라즈마 유도에 따라 플라즈마 발생부(2000)에서 발생하는 열을 흡수하여 안테나 구조체(1000)에 제공할 수 있다.

열전달 부재(300)는 열 전도도가 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 열전달 부재(300)는 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 및/또는 구리 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

열전달 부재(300)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 열전달 부재(300)는 플라즈마 발생부(2000)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생부(2000)가 속이 빈 원기둥 형상을 가지는 경우 열전달 부재(300)도 속이 빈 원기둥 형상으로 구현될 수 있다. 다른 예를 들어, 열전달 부재(300)는 플라즈마 발생부(2000) 외면과 면접촉하기 위한 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 열전달 부재(300)는 적어도 일부가 만곡되거나 평판할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 열전달 부재(300)는 물리적으로 분리되는 복수 개의 판으로 구성될 수 있다. 한편, 열전달 부재(300)의 형상이 상술한 형상으로 한정되는 것은 아니며, 열전달 부재(300)는 후술하는 바와 같이 플라즈마 발생부(2000) 또는 안테나 구조체(1000)와 면접촉할 수 있는 형태이면 어떠한 형태로도 구현될 수 있다.

열전달 부재(300)는 안테나 구조체(1000) 및 플라즈마 발생부(2000) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전달 부재(300)는 플라즈마 발생부(2000)를 감싸도록 배치되고, 안테나 구조체(1000)는 열전달 부재(300)를 감싸도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 열전달 부재(300)는 플라즈마 발생부(2000)의 외벽과 면접촉하고, 중심축(CA)를 기준으로 안테나 구조체(1000)의 가장 안쪽 턴 안테나(예를 들어, 제1 턴 안테나(3110))와 면접촉하도록 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 플라즈마 발생부(2000) 및 안테나 구조체(1000)는 열전달 부재(300)를 통해 열적으로 결합될 수 있다. 이 때, 열전달 부재(300)가 열전도도가 높은 물질로 구성됨으로써 플라즈마 유도에 따라 플라즈마 발생부(2000)에서 발생한 열이 열전달 부재(300)를 통해 안테나 구조체(1000)로 보다 빠르게 이동할 수 있어, 플라즈마 유도 및 유지 효율이 향상되고 플라즈마 발생부(2000)의 내구성이 향상될 수 있다.

이상에서는 안테나 구조체(1000)가 복수의 턴 안테나로 구성되는 경우를 주로 서술하였으나, 본 명세서의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 안테나 구조체(1000)가 단일 턴 안테나로 구성되거나 단일 턴 복수의 층 안테나들로 구성되거나 복수의 안테나 세그먼트로 구성되는 경우 등에도 유사하게 적용될 수 있음은 물론이다.

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.

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.

Claims

교류 전원을 인가 받아 챔버에 플라즈마를 유도하는 안테나 구조체에 있어서,

가상의 중심축과 교차하는 제1 평면 상에서 상기 중심축을 기준으로 제1 곡률 반경 및 제2 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제1 및 제2 안테나 세그먼트; 및

상기 제1 및 제2 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제1 용량성 부하;를 포함하되,

상기 제1 안테나 세그먼트가 상기 제1 곡률 반경을 가지면서 상기 제1 용량성 부하의 일단으로부터 제1 길이만큼 연장될 때, 상기 제2 안테나 세그먼트는 상기 제2 곡률 반경을 가지면서 상기 제1 용량성 부하의 타단으로부터 상기 제1 길이에 대응하는 제2 길이만큼 연장되고,

상기 제1 길이 및 상기 제2 길이의 합은 상기 제1 곡률 반경 또는 상기 제2 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧은,

안테나 구조체.
제1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 곡률 반경이 서로 동일하고, 상기 제1 및 제2 길이가 서로 동일하며,

상기 제1 안테나 세그먼트 및 상기 제2 안테나 세그먼트는 동일한 인덕턴스를 갖는,

안테나 구조체.
제1 항에 있어서,

상기 제1 평면 상에서 상기 제1 곡률 반경 보다 큰 제3 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제3 안테나 세그먼트;

상기 제1 평면 상에서 상기 제2 곡률 반경 보다 큰 제4 곡률 반경을 가지도록 배치되는 제4 안테나 세그먼트; 및

상기 제3 및 제4 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제2 용량성 부하;를 포함하고,

상기 제3 안테나 세그먼트는 상기 제2 용량성 부하의 일단으로부터 상기 제1 길이보다 긴 제3 길이만큼 연장되고,

상기 제4 안테나 세그먼트는 상기 제2 용량성 부하의 타단으로부터 상기 제2 길이보다 긴 제4 길이만큼 연장되는

안테나 구조체.
제3 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 용량성 부하를 지나는 직선은 상기 중심축을 지나는

안테나 구조체.
제3 항에 있어서,

상기 제1 안테나 세그먼트를 호로 갖는 부채꼴의 중심각은 상기 제3 안테나 세그먼트를 호로 갖는 부채꼴의 중심각과 동일한

안테나 구조체.
제3 항에 있어서,

상기 제2 안테나 세그먼트 및 상기 제3 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결하는 턴간 용량성 부하를 포함하는

안테나 구조체.
제6 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 용량성 부하 및 턴간 용량성 부하는 동일한 정전 용량을 가지는,

안테나 구조체.
제1 항에 있어서,

상기 중심축을 기준으로 상기 제1 곡률 반경을 갖는 제5 안테나 세그먼트;

상기 제2 곡률 반경을 갖는 제6 안테나 세그먼트;및

상기 제5 및 제6 안테나 세그먼트 사이에 배치되어 상기 제5 및 제6 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제3 용량성 부하;를 포함하되,

상기 제5 안테나 세그먼트 및 제6 안테나 세그먼트는 상기 중심축과 교차하는 제2 평면에 배치되며,

상기 제1 평면 및 상기 제2 평면은 서로 다른 평면인,

안테나 구조체.
제8 항에 있어서,

상기 제2 안테나 세그먼트 및 상기 제5 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결하는 제1 층간 용량성 부하를 포함하는

안테나 구조체.
제9 항에 있어서,

상기 중심축을 기준으로 상기 제1 곡률 반경을 갖는 제7 안테나 세그먼트;

상기 제2 곡률 반경을 갖는 제8 안테나 세그먼트;

상기 제7 및 제8 안테나 세그먼트 사이에 배치되어 상기 제7 및 제8 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결시키는 제4 용량성 부하;및

상기 제6 안테나 세그먼트 및 제7 안테나 세그먼트를 전기적으로 직렬 연결하는 제2 층간 용량성 부하;를 포함하되,

상기 제7 안테나 세그먼트 및 제8 안테나 세그먼트는 상기 중심축과 교차하며 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면과 다른 제3 평면에 배치되며,

상기 제1 층간 용량성 부하 및 제2 층간 용량성 부하는 상기 중심축을 기준으로 미리 설정된 사이각을 가지는

안테나 구조체.
제1 항에 있어서,

상기 제1 안테나 세그먼트는 일단에서 타단으로 연장되되 상기 제1 안테나 세그먼트 타단은 상기 제1 용량성 부하의 일단과 전기적으로 연결되며,

상기 제2 안테나 세그먼트는 일단에서 타단으로 연장되되 상기 제2 안테나 세그먼트의 일단은 상기 제1 용량성 부하의 타단과 전기적으로 연결되는,

안테나 구조체.
제11 항에 있어서,

상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 기준 노드에 대한 제1 안테나 세그먼트 타단에서의 최대 전압은 상기 기준 노드에 대한 제2 안테나 세그먼트 타단에서의 최대 전압에 대응되는,

안테나 구조체.
제11 항에 있어서,

상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 상기 제2 안테나 세그먼트 일단에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 타단의 전압은 상기 제1 안테나 세그먼트 일단에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 전압에 대응되는,

안테나 구조체.
제11 항에 있어서,

상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 기준 노드에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 최대 전압의 크기는 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 일단의 최대 전압의 크기에 대응되는,

안테나 구조체.
제11 항에 있어서,

상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가된 후 임의의 시점에서 기준 노드에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 전압과 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 일단의 전압은 서로 반대 부호를 가지는,

안테나 구조체.
제11 항에 있어서,

상기 제1 안테나 세그먼트 일단 및 타단 사이에 위치하는 제1 지점;및

상기 제2 안테나 세그먼트 일단 및 타단 사이에 위치하는 제2 지점;을 포함하고,

상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가될 때, 기준 노드에 대한 상기 제1 지점의 최대 전압은 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 지점의 최대 전압에 대응하는,

안테나 구조체.
제11 항에 있어서,

상기 안테나 구조체에 상기 교류 전원이 인가된 후 임의의 시점에서 기준 노드에 대한 상기 제1 안테나 세그먼트 타단의 전압과 상기 기준 노드에 대한 상기 제2 안테나 세그먼트 타단의 전압은 서로 대응되는,

안테나 구조체.
제1 항에 있어서,

상기 안테나 구조체는 상부 또는 하부에 플라즈마를 유도하는 평판형 및 중심부에 플라즈마를 유도하는 튜브형 중 적어도 하나로 구현되는,

안테나 구조체.
플라즈마가 유도되는 내부 공간을 포함하는 플라즈마 발생부; 및

상기 플라즈마 발생부 외부에 배치되고 가상의 중심축을 기준으로 제1 곡률 반경을 갖는 제1 안테나 구조체를 포함하되,

상기 제1 안테나 구조체는 상기 제1 곡률 반경을 갖는 복수의 제1 안테나 세그먼트 및 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트가 전기적으로 직렬 연결되도록 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1 용량성 부하를 포함하고,

복수의 상기 제1 안테나 세그먼트들은 상기 중심축에 수직인 가상의 제1 평면과 적어도 일부 중첩되며,

복수의 상기 제1 안테나 세그먼트 각각은 제1 길이를 가지되, 복수의 상기 제1 안테나 세그먼트 길이의 합은 상기 제1 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧은,

플라즈마 발생 장치.
제19 항에 있어서,

상기 제1 평면에 상기 중심축을 기준으로 상기 제1 곡률 반경 보다 큰 제2 곡률 반경을 갖도록 배치되는 제2 안테나 구조체를 포함하되,

상기 제2 안테나 구조체는 상기 제2 곡률 반경을 갖는 복수의 제2 안테나 세그먼트 및 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트가 전기적으로 직렬 연결되도록 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트 사이에 배치되는 적어도 하나의 제2 용량성 부하를 포함하고,

복수의 상기 제2 안테나 세그먼트 각각은 제1 길이를 가지되, 복수의 상기 제2 안테나 세그먼트 길이의 합은 상기 제2 곡률 반경을 반지름으로 하는 원주보다 짧은,

플라즈마 발생 장치.
제19 항에 있어서,

상기 플라즈마 발생부의 두께는 0.5mm 이상 30mm 이하이고,

상기 플라즈마 발생부의 폭은 10mm 이상 300mm 이하인,

플라즈마 발생 장치.
제19 항에 있어서,

제19 항에 있어서,

상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부는 산화 알루미늄, 실리콘 질화물, 질화 규소, 이산화 규소, 이트륨 산화물, 세라믹, 실리콘 카바이드, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나의 재질로 이루어진,

플라즈마 발생 장치.