JP2006521725A - インピーダンスマッチングネットワークおよびネットワークアセンブリを提供するための方法およびシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】インピーダンスマッチングネットワークおよびネットワークアセンブリを提供するための方法およびシステム。
【解決手段】インピーダンスマッチングネットワークおよびネットワークアセンブリは、高温フェライトコアと、ヘリカルコイルと、前記ヘリカルコイルを通って前記磁気コアを物理的に移動するための手段とを含む。インピーダンスマッチングネットワークは、代わりに、または加えて、ファンアセンブリを使用して冷却される１つ以上の可変誘導素子を使用してもよい。更に、インピーダンスマッチングネットワークおよびネットワークアセンブリは、代わりに、または加えて、可変誘導素子コアの表面積を増やすことによって容易に冷却される１つ以上の可変誘導素子を使用してもよい。

Description

この外国出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」というタイトルの２００３年２月２５日に出願された米国特許仮出願第６０／４４９，５４３号の利益を求めるものであり、その内容は、全体として参照してここに組み込まれる。
本発明はインピーダンスマッチングに関する。特に、本発明は、インピーダンスマッチングネットワークおよびネットワークアセンブリに、そしてインピーダンスマッチング技術に関する。
多くの材料処理アプリケーションにおいて、そして、半導体、集積回路（ＩＣ）、ディスプレイおよび他の電気デバイスの製造および処理において、プラズマは、半導体ウェハのような基板と反応するか、もしくは、反応を促進する。
例えば、ＩＣを製造するために、最新の半導体処理システムは、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエンハンスト化学的気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、反応性スパッタリング、およびイオンアシストされたプラズマ気相成長（ＰＶＤ）のようなプラズマアシストされた技術を利用することができる。このような周知のシステムにおいて、処理プラズマは、エッチングおよび堆積プロセスをアシストするために、しばしば使用される。処理プラズマは、例えば、ラジオ周波数（ＲＦ）パワーを、電極を介して容量的に、もしくはコイルを介して誘導的に処理プラズマに結合させることによって形成させることができる。いずれの場合においても、インピーダンスマッチングネットワークは、処理プラズマへのＲＦパワーの転送を改善するために用いる。
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、インピーダンスマッチングネットワークおよびネットワークアセンブリは、１つ以上の可変誘導素子（ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を使用し、ここで、前記１つ以上の可変誘導素子は、高温フェライトコア、ヘリカルコイル、および物理的に前記ヘリカルコイルを通って前記磁気コアを移動させるための手段を含んでいる。
本発明の少なくとも他の実施形態によれば、１つ以上の可変誘導素子を使用するインピーダンスマッチングネットワークであって、１つ以上の前記可変誘導素子は、ファンアセンブリを使用して冷却される。
本発明の少なくとも他の実施形態によれば、１つ以上の可変誘導素子を使用するインピーダンスマッチングネットワークであって、１つ以上の前記可変誘導素子の冷却は、前記可変誘導素子のコアの前記表面領域を増やすことによって容易になる。
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、可変誘導素子は、マッチングネットワークにおいて利用される。例えば、図１は、本発明の少なくとも一つの実施形態に従って設計されるマッチングネットワークの１つの実装に関する典型的な概略回路図を提供する。図１にて図示したように、マッチングネットワーク１００は、入力フィルタコンポーネント１０５、およびマッチングネットワークコンポーネント１１０からなる。本発明の各種実施形態に従って設計されるマッチングネットワークは、例えば、５００、１５００、２５００、３５００、４５００または５０００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されていてもよいことを理解するべきである。
入力フィルタコンポーネント１０５内の３つの誘導素子１１５，１２０、および１２５と、２つの容量性素子（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）１３０，および１３５とは、入力のフィルタリング機能性（ｉｎｐｕｔ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）を提供するために、一緒に接続される。他の電気素子の追加と共に、誘導、および容量性素子の数、およびサイズは、マッチングネットワーク１００に接続された特定の回路に基づいて決定されてもよい。しかしながら、例えば、誘導素子１１５は、３００ナノヘンリー（ｎＨ）であってもよい。同様に、誘導素子１２０は、例えば、５００ｎＨであってもよく、誘導素子１２５は、例えば、２５０ｎＨであってもよい。容量性素子１３０は２００ピコファラッド（ｐＦ）であってもよく、そして、容量性素子１３５は、例えば、２００ｐＦであってもよい。
マッチングネットワークコンポーネント１１０内の２つの誘導素子１４０、および１４５と、３つの容量性素子１５０、１５５、および１６０とは、インピーダンスマッチング機能性の、リアルおよびイマジナリーコンポーネントを提供するために、共に接続される。他の電気素子の追加と共に、誘導および容量性要素の数およびサイズは、マッチングネットワーク１００、例えば、マッチングされた負荷インピーダンスに接続される特定の回路に基づいて決定されてもよい。しかしながら、例えば、誘導素子１４０，および１４５は、６乃至３０マイクロヘンリー（μＨ）の範囲の可変誘導素子であってもよい。容量性素子１５０，および１５５は、１０００ピコファラッド（ｐＦ）であってもよく、そして、容量性素子１６０は、例えば、０．０２マイクロファラッド（ｕＦ）であってもよい。可変誘導素子の範囲を提供することによって、マッチングネットワークコンポーネントは、マッチングされるシステムの負荷インピーダンスに同調することができる。
図１において示される典型的な概略回路図は、図２の平面図に示されるマッチングネットワークアセンブリ２００の作業設計図に対応する。図２に示すように、入力フィルタコンポーネント１０５の電気的コンポーネントと、マッチングネットワークコンポーネント１１０との間の描写は、マッチングネットワーク１００を収容するハウジング２０５の特定の物理的なコンパートメントにおけるそれらの場所に基づいたものではない。しかしながら、電気的コンポーネントと、ハウジング２０５の物理的なコンパートメントとの間のいくつかの一致は、あってもよい。
図２にて図示したように、誘導素子１１５は、誘導素子１２０および容量性素子１３０の両方に接続される。誘導素子１２０は、次に、容量性素子１３５（ハウジング２０５の左側で下側のコンパートメントに位置づけられた）に接続される。容量性素子１３５は、容量性素子１５０に接続された誘導素子１２５に接続される。この容量性素子１５０は、図２では、２つの容量性素子を使用して、実装されるが、しかしながら、これは、必要条件ではない。容量性素子１５０は、容量性素子１５５にも接続された可変誘導素子１４０に接続される。容量性素子１５５は、容量性素子１６０に接続された可変誘導素子１４５に接続される。
この実施形態の特定の実装に従って、マッチングネットワークコンポーネントにおいて使用される可変誘導素子１４０および１４５の中で、誘導素子のフェライトコアが移動可能にされ、ＲＦ電流通過コイルは、静止している。個々のモーターとして図２において実装されているリニアアクチュエータ２１０は、可変誘導素子の機能性を提供するために誘導素子のインダクタンスを変えるようにヘリカルコイルの内外をコアが移動することを行う。それで、磁気コアだけは、移動可能であり、手動、またはモーターを介して移動される（オペレータまたは自動マッチングネットワークコントローラの制御下にて）；ＲＦ構造の残りの部分、特に全ての電流通過コンポーネントは、静止している。主なるＲＦ電流通過導体路（例えばコイル）を固定することは、ＲＦ回路において考えられる不良点数を減らす。
現在のフェライト材の電力損失は、ＲＦ周波数と共に劇的に増加するので、高周波、例えば１０ＭＨｚを超えるハイパワーＲＦ回路では、フェライト材は、現在使われない。追加のフェライト材料が利用できるようになると、この状況は変化するかもしれない。ＲＦ回路のフェライト材の使用は、例えば、プラズマプロセシングツール静電チャックＲＦドライブ回路、および低周波プラズマ励起ＲＦドライブ回路を含むさまざまな回路のマッチングネットワークに適切である。
可変誘導素子１４０、および１４５の磁気コアは、特定の周波数範囲、および温度範囲にわたる必須のインダクタンス範囲を提供する材料からできてもよい。例えば、磁気コアは、例えば、ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１（ニューヨーク州 ＷａｌｌｋｉｌｌのＦａｉｒ−ｒｉｔｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている）のような高温フェライト材を使用して形成され得る。高温フェライト材は、約１５０℃より高いキュリー温度を有する材料である。あるいは、高温フェライト材は、約２００℃を超える、または約２５０℃を超える、または約３００℃を超える、または約３５０℃を超える、または約４００℃を超えるキュリー温度を有する材料である。
図３乃至図７は、本発明に係る少なくとも１つの可変インダクタ（ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）を有するチャックＲＦドライブマッチングネットワークを利用する、さまざまなプラズマ処理システムの実施形態を示す。マッチングネットワークは、固定誘導器（ｆｉｘｅｄ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ）、および、可変もしくは固定コンデンサをいくつでも更に有することができる。マッチングネットワーク、マッチングネットワークコントローラ、ＲＦ電源、およびチャックＲＦドライブ伝送線（ｃｈｕｃｋ ＲＦ ｄｒｉｖｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）は、全ての図に示される。これらの図において、それが少しでも使用される場合、ＲＦフィルタがマッチングネットワークの一部であってもよいと理解するべきである。
図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るマッチングネットワークおよびマッチングネットワークコントローラを利用している磁気的に強化された容量結合型プラズマリアクタ（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ）を含むプラズマ処理システムを示す。システムのチャックは、例えば、１つはプラズマ発生（図示せず）のための高周波数の、他方、３１０として示されたチャックバイアス発生のための低周波数の２つのＲＦ電源によって動かされてもよい。システムも、容量結合型プラズマリアクタを強化するための一組の磁石３２０を含む。チャンバ３３０は、基板３５０を保持するための基板ホルダ３４０を含む。マッチングネットワーク３６０は、ＲＦ伝送線３７０を介してチャンバ３３０および基板ホルダ３４０に接続される；マッチングネットワーク３６０は、マッチングネットワーク３６０の動作を制御するマッチングネットワークコントローラ３８０にも接続される。マッチングネットワーク３６０、または高周波電源のためのマッチングネットワークは、１つ以上の可変インダクタを含んでもよく、ＲＦフィルタを含んでも、含まなくてもよい。
図４は、プラズマ発生のための上方電極４００に印加される高周波と、ＲＦ電源４２０を介してチャックに印加されるチャックＲＦバイアスとを有する２周波数容量結合型プラズマリアクタを示す。システムは、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るマッチングネットワークおよびマッチングネットワークコントローラを利用する。また、図３のように、システムは、容量性結合プラズマリアクタを強化するための一組の磁石４３０と、上方電極４００および基板４６０を保持するための基板ホルダ４５０を含むチャンバ４４０とをも含んでいる。上方電極４００は、マッチングネットワーク４９５を介してＲＦ電源４２５に接続される。マッチングネットワーク４７０は、ＲＦ伝送線４８０を介してチャンバ４４０および基板ホルダ４５０に接続される；マッチングネットワーク４７０は、マッチングネットワーク４７０の動作を制御するマッチングネットワークコントローラ４９０にも接続される。マッチングネットワーク４７０または４９５は、１つ以上の可変インダクタを含んでもよく、ＲＦフィルタを含んでも含まなくてもよい。このプラズマ処理システムにおいて、チャックバイアス高周波電力のみが、チャックに印加され、プラズマ発生のための高周波電力は、上方電極に印加される。
図５は、誘導結合型プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）ソースを利用しているシステムの例と、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るマッチングネットワークおよびマッチングネットワークコントローラを示す。システムは、チャンバ５２０周辺に設置され、かつ関連するＲＦ電源５４０に接続されたマッチングネットワーク５３０に接続されたＩＣＰコイル５１０をも備える。チャンバ５２０は、基板５６０を保持するための基板ホルダ５５０を含む。チャンバ５２０および基板ホルダ５５０は、ＲＦ伝送線５８０を介してマッチングネットワーク５７０に接続される；マッチングネットワーク５７０は、マッチングネットワーク５７０の動作を制御するマッチングネットワークコントローラ５９０にも接続される。マッチングネットワーク５７０は、バイアスＲＦ電源５９５にも接続される。マッチングネットワーク５７０または５３０は、１つ以上の可変インダクタを含んでもよく、ＲＦフィルタを含んでも含まなくてもよい。このプラズマ処理システムにおいて、チャックバイアス高周波電力のみが、チャックに印加され、プラズマ発生のための高周波電力は、他の場所に印加される。
図６は、変成器結合型プラズマ（ＴＣＰ）ソースが使用されることと、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るマッチングネットワークおよびマッチングネットワークコントローラとを示す。このシステムは、ＴＣＰウインドウ６２５を含むチャンバ６２０の上部に設置されたＴＣＰコイル６１０を備えている。ＴＣＰコイル６１０は、関連したＲＦ電源６３５に接続されたマッチングネットワーク６３０に接続される。チャンバ６２０は、基板６５０を保持するための基板ホルダ６４０を含む。チャンバ６２０および基板ホルダ６４０は、ＲＦ伝送線６７０を介してマッチングネットワーク６６０に接続される；マッチングネットワーク６６０は、マッチングネットワーク６６０の動作を制御するマッチングネットワークコントローラ６８０にも接続される。マッチングネットワーク６６０は、バイアスＲＦ電源６９０にも接続される。マッチングネットワーク６６０または６３０は、１つ以上の可変インダクタを含んでもよく、ＲＦフィルタを含んでも含まなくてもよい。このプラズマ処理システムにおいて、チャックバイアス高周波電力のみが、チャックに印加され、プラズマ発生のための高周波電力は、その他の場所に印加される。
図４乃至図６は、マッチングネットワーク４９５、５３０および６３０に関連したマッチングネットワークコントローラを示してはいないが、これらマッチングネットワークの各々は、マッチングネットワークコントローラと関連して実装されてもよいことを理解しなければならない。
図７は、ヘリコンおよびＥＣＲ（電子サイクロトロン共振）などのようなプラズマソースを利用しているプラズマシステムと、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るマッチングネットワークおよびマッチングネットワークコントローラとを概ね示す。システムは、プラズマソース７１０と、基板７４０を保持するための基板ホルダ７３０を含むチャンバ７２０とを備えている。チャンバ７２０および基板ホルダ７３０は、ＲＦ伝送線７６０を介してマッチングネットワーク７５０に接続される；マッチングネットワーク７５０は、マッチングネットワーク７５０の動作を制御するマッチングネットワークコントローラ７７０にも接続される。マッチングネットワーク７５０は、バイアスＲＦ電源７８０にも接続される。マッチングネットワーク７５０は、１つ以上の可変インダクタを含んでもよく、ＲＦフィルタを含んでも含まなくてもよい。このプラズマ処理システムにおいて、チャックバイアス高周波電力だけは、チャックに印加され、プラズマ発生のための高周波電力は、他の場所に印加される。
図３乃至図７において示されていないが、これらの処理システムの各々は、可変誘導素子およびマッチングネットワークがプラズマ処理システムによって使用されるラジオ周波数電源のインテグラル部分であるというような方法で、マッチングネットワークおよび／またはマッチングネットワークコントローラに関連して実装されてもよいと理解すべきである。
マッチングネットワークが構成されるシステムのタイプを問わず、マッチングネットワークは、Ｌ,Ｔ,Πなどのような種々のトポロジ、およびそれらの組合せを使用して実装されてもよい。図１に示されるネットワークは、４つのリアクタンスコンポーネント（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）（第４のコンポーネントは、誘導子１４５およびコンデンサ１６０の直列インピーダンスから成る）を有するマッチングネットワークに接続された５つのコンポーネントＲＦフィルタ（左側）を示す。しかしながら、他の可能なトポロジは、図８Ａ乃至図８Ｃにおいて示され、そこにおいて各々のリアクタンスコンポーネントは、直列で多数のリアクタンスコンポーネントから成り得るインピーダンスＺｉの１つのボックスによって示される。
図１のＲＦフィルタは、図９および１０にて図示したように、マッチングネットワークの前か、または後に挿入されてもよいことを理解すべきである。例えば、図９にて図示したように、フィルター回路９１０は、マッチングネットワークコントローラ９３０に接続するマッチングネットワーク９２０の前に挿入されてもよい。あるいは、図１０にて図示したように、マッチングネットワーク１０１０は、マッチングネットワークコントローラ１０２０に接続されてもよく、フィルター回路１０３０の前に挿入されてもよい。基本的には、いかなる適切なＲＦフィルタトポロジは、使用されてもよいことは当業者にとって周知であり、理解すべきである。
図１１乃至図１４は、タイプ６１のさまざまな特徴を示す材料、例えば複素透磁率（ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）対周波数（図１１）、オリジナルインピーダンスのパーセント対温度（図１２）、初透磁率（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）対温度（図１３）、および磁束密度（ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）としての一部のヒステリシスループ対フィールド強度（ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）（図１４）を示す。タイプ６１の材料は、ほぼ１３０の初透磁率を有する；初透磁率（２０乃至７０℃）の温度係数は、０．１％／℃である。この材料は、１５エルステッド（Ｏｅｒｓｔｅｄ）のフィールド強度で、２３５０ガウスの磁束密度を有する。タイプ６１の材料の残留磁束密度（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、１２００ガウスである。損失率（ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒ）は、１．０メガヘルツで３０Ｘ１０-６である。
磁束密度か、または周波数に対する電力損失特性は、プロットされていないが、この電力損失は、効率の損失と、可変誘導素子の磁気コアの動作中のヒートアップとを引き起こすことを理解すべきである。もしコア温度がキュリー温度を上回る場合、全ての磁気／フェライト特性は失われる。従って、誘導素子の磁気コアを実装するために使用される特定の材料のキュリー温度は、少なくともおそらく、安全性の限界で、その誘導素子の最高動作温度である。図１３は、タイプ６１の初透磁率対温度を示し、それは３５０℃（１００ｋＨｚの周波数に対し）のキュリー温度を越えてこの材料が熱くなる場合、明らかに何が起こるかを示す。
図１５は、他の強磁性体３Ｃ８５（Ｄｅｘｔｅｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｃｅｒｒｉｔｏｓ， ＣＡ より入手可能）に対する電力損失対磁束密度および周波数を示す。タイプ６１のような高温フェライト材を含む他の全ての材料は、図１５の３Ｃ８５に対して示したものと全く同じようにふるまうことを理解すべきである；すなわち、実効電力損失特性は、強磁性体の品質に依存する左右のシフトであるかもしれない。従って、タイプ６１の材料のような高温フェライト材は、３Ｃ８５と似た、電力損失と磁束密度および周波数との間のグラフの関係を有することを理解すべきである。
しかしながら、特徴的な要素は、「不当に」大きな誘導コア（ｉｎｄｕｃｔｏｒ ｃｏｒｅ）、および／または、変わった（ｆａｎｃｙ）冷却技術（例えば液体流動、液浸、その他）を必要とすること無しに、ハイパワーなアプリケーションでの使用を可能とする高温に耐える高温フェライト材の能力である。例えば、１つが低温度フェライト（例えば１つが、１６０℃未満のキュリー温度を有する）を使用することになっている場合、コアは、一定のＲＦ周波数に対し、電力損失（図１５の垂直軸）が順に減少するように、磁束密度（図１５の水平軸）の低下をもたらす非常に大きい断面積でできていることを必要とする。電力損失を低く保つことによって、コアは複雑な冷却システム無しで、そのキュリー温度以下で動作することができる。しかしながら、大きなコアは、非実用的であり、全体のマッチングネットワークはより大きくなり、おそらく、典型的な位置である静電チャックの下に設置するには、大きすぎる。
高温フェライト材の使用は、より高い動作温度を可能とし、コアは、より小さい断面積およびサイズであっても、より高い磁束密度で操作され、システムは、プラズマプロセシングツールに導入されるＲＦパワーでの使用に対し、単純な空冷によって使用可能である。
ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１材料は、３５０℃を超えるキュリー温度を有し、磁気コアに対し特別有効なものであるが、他の磁気コア材料が、それらがマッチングネットワークが利用される特殊用途（ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に対し十分高いキュリー温度を有するならば、使用されてもよい。
これに対して、低いキュリー温度を有する材料は、例えば特別な磁気コア構成（以下で詳細に述べる）または冷却ファン（以下で詳細に述べる）のような追加の冷却機構もまた使用されるなら、または、コアの磁束密度を減らすために大きい断面積の誘導コアが使用されるならば、磁気コイルの実装に使用される。しかしながら、大きい断面積の誘導コアの使用は、全く大きなインダクタとマッチングネットワークが、典型的なチャック台の下に簡単には収まらないという結果に繋がる。
従って、本発明の少なくとも１つの実施形態に係る空冷システムは、フェライトコアの温度を安定化させるように、かつそれらの動作温度を低下させるように使用され得る。図２にて図示したように、２つのファンアセンブリ２１５は、マッチングネットワークアセンブリに含まれてもよい。ファンアセンブリにおいて使用されるファンユニットがハウジング２０５の外、ハウジングフロアの下に設置されるので、図２は、これらのアセンブリのファン吸気口を示す。これらのファンユニットは、可変誘導素子１４０および１４５において使用されるコアを冷やすためにハウジングの２つの右手側コンパートメントを通り、空気を回すために作動する。この空気循環は、透磁率の範囲の中で効果的にかつ安定して必要な誘導特性を提供する磁気コアの材料を維持するように可変誘導素子で使用される磁気コアを冷却するのに役立つことになる。
透磁率が室温のそれから大きく変化しないように、フェライト材温度が維持される限り、インダクタのインダクタンスは大きく変化しない。例えば、図１３にて図示したように、０℃から２５０℃、および３００℃近傍の温度範囲は、単にインダクタンスドリフトを防止するという見地から見ると、充分である。さらに、インダクタは、最初は可変的であるので、温度増加によるインダクタンスドリフティング（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｄｒｉｆｔｉｎｇ）は、補正されてもよい。インダクタンスがドリフトするとき、ユーザ、または自動マッチングネットワークコントローラは、プラズマおよびマッチングネットワーク出力インピーダンスのわずかなミスマッチを検出してもよく、さらに、インダクタがインピーダンスマッチング状態を再確立（ｒｅ−ｅｓｔａｂｌｉｓｈ）するように調整されてもよい。
しかも、コア温度が２５０乃至３００℃に上昇することが許されない他の理由、例えば周辺の熱いフェライトコアからの熱放射による高分子コンダクタの絶縁不良の可能性も存在するかもしれない。従って、インダクタンスおよび信頼性を維持するように１５０℃から２００℃までの間に誘導コア温度を維持することは、特に有効であるかもしれない。
ハウジング２０５は、２つの可変誘導素子１４０および１４５を分けるコンパートメントパーティション２２０も含むようにしてもよい。例えば、このコンパートメントパーティションは、ハウジング２０５と同じ材料、例えば金属または他の材料の一種でできていてもよい。あるいは、コンパートメントパーティション２２０は、金属性のメッシュ材の一種でできていてもよい。コンパートメントパーティション２２０は、また、ファンアセンブリの動作の結果として、各々のコンパートメント中で回される空気の方向性を持たせるのに役立ってもよい。
加えて、本発明の実施形態のいずれかによれば、コンパートメントパーティション２２０は、ハウジング２０５に含まれてもよく、コンパートメントパーティション２２０を構成するために使用される材料は、回路によって発生する電気的および磁気的フィールドを、相互影響し合うことから保護する能力を電磁気シールドに提供するように選ばれてもよい。
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、縦（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）および／または横方向（ｌａｔｅｒａｌ）の溝は、熱を周囲の空気と交換するため、そして周囲との放射性熱交換のため、表面積を増やすことにより、フェライトコアの冷却効率を更に改良するように、可変誘導素子に含まれる磁気コアに、含まれてもよい。面積を増やすことは、対流（ファンによって移動する空気に対し）および熱放射伝熱（送風機が無い場合、動作中のコア温度は高い）の両方を増やす。例えば、図１６は、図２に示される可変誘導素子において使用される磁気コアの拡大された概略図を提供する。図１６に示すように、磁気コア１６００は、第１の外径を有している緯度方向の部分（ｌａｔｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎｓ）１６１０および第１の外径より小さい第２の外径を有する経度方向の部分１６２０を含んでもよい。例えば、磁気コア１６００は、小さい外径と大きい外径とのフェライトリングを交互に使用するか、または一体として鋳造されて焼結された緯度方向の溝を有するフェライトコアを使用することで構成されてもよい。
図１７は、絶縁ロッド（アルミナ）１７２０にすべり込む複数のフェライトリング１７１０から構成される磁気コアの実施例を示し、長手方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ）に走る暗い線とみなされ得るカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）テープ１７３０（例えば高温耐性のあるテープ）を使用して、互いから間隔をおいて配置するように保たれる。磁気コアは、このような構造、もしくは図１６において示される構造を使用して実装されてもよい。
磁気コアは、また、それらが磁気コアの長手方向の中心から全体にわたる範囲により、互いに異なる長手方向の部分（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎｓ）を提供するように構成されていてもよい。例えば、図１８に示される磁気コア１８００の断面図は、磁気コア１８００が第１の外径を有する長手方向の部分１８１０、および第１の外径より大きい第２の外径を有する長手方向の部分１８２０を含んでよいことを示す。また、２以上の異なる外径が、緯度方向（ｌａｔｉｔｕｄｉｎａｌ）でも経度（長手）方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）でも、あってもよいと理解すべきである。それで、磁気コアは、２以上の異なる外径を有する部分を有してもよい。
図１８にて図示したように構成された磁気コアを使用するときに、効率的なファンの位置は、コア溝に沿って空気を導くようにハウジング（図２において）の「右側の」端であろう。それは、側壁、または、上部および下壁の横方向の開口を通って空気を排気することができる。
本発明の各種の実施形態は、それらが低コストマッチングネットワークを提供し得るという、さらなる有用性を提供することができる。加えて、本発明の少なくとも１つの実施形態に係る設計されるマッチングネットワークは、本発明の実施形態によって利用される可変誘導素子は、従来使用された可変容量性素子よりサイズが非常に小さくてもよいので、従来提供されたものから減じたサイズで実装されてもよい。
本発明は、特定の実施形態に関して記載されているが、それは記載される具体的な詳細に限定されるものではなく、本発明の範囲内にあるような修正または変更に適用されることを目的とするものである。
以下の図面の簡単な説明における図に関しては、本発明の各種実施形態にて、詳細に記載している。
本発明の少なくとも１つの実施形態に係る可変誘導素子の高温フェライトを使用しているマッチングネットワークのための概略回路図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態の実装例を示す図である。 少なくとも１つの可変インダクタを有するチャックＲＦドライブマッチングネットワークを使用するさまざまなプラズマ処理システムの実施形態のうちの１つを示す図である。 少なくとも１つの可変インダクタを有するチャックＲＦドライブマッチングネットワークを使用するさまざまなプラズマ処理システムの実施形態のうちの１つを示す図である。 少なくとも１つの可変インダクタを有するチャックＲＦドライブマッチングネットワークを使用するさまざまなプラズマ処理システムの実施形態のうちの１つを示す図である。 少なくとも１つの可変インダクタを有するチャックＲＦドライブマッチングネットワークを使用するさまざまなプラズマ処理システムの実施形態のうちの１つを示す図である。 少なくとも１つの可変インダクタを有するチャックＲＦドライブマッチングネットワークを使用するさまざまなプラズマ処理システムの実施形態のうちの１つを示す図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に係るさまざまな可能な回路トポロジの１つを示す図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に係るさまざまな可能な回路トポロジの１つを示す図である。 マッチングネットワークに関して可能なＲＦフィルタの位置の第１の実施例を示す図である。 マッチングネットワークに関して可能なＲＦフィルタの位置の第２の実施例を示す図である。 ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１強磁性体に対する複素透磁率および周波数の関係を示す図である。 ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１強磁性体に対するオリジナルインピーダンスおよび温度の関係を示す図である。 ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１強磁性体に対する初透磁率および温度の関係を示す図である。 ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１強磁性体に対する磁束密度として示される一部のヒステリシスループ、対フィールド強度を示す図である。 強磁性体３Ｃ８５に対する電力損失、対磁束密度および周波数を示す図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に係る可変誘導素子において使用される磁気コアの構成の一例を示す図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に係る可変誘導素子において使用される磁気コアの構成の他の実施例を示す図である。 本発明の少なくとも１つの実施形態に係る可変誘導素子において使用される磁気コアの構成のさらにもう１つの実施例を示す図である。

Claims (72)

  1. プラズマ処理システムのハイパワーなラジオ周波数のマッチングネットワークであって、
    磁気コアと、ヘリカルコイルと、ヘリカルコイルを通って前記磁気コアを物理的に移動させるように構成されたアクチュエータとを含む１つ以上の可変誘導素子を有したマッチングネットワークコンポーネントを具備するマッチングネットワーク。
  2. 前記プラズマ処理システムは、磁気的に強化された容量結合型プラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  3. 前記プラズマ処理システムは、２周波数容量結合型プラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  4. 前記プラズマ処理システムは、容量結合型プラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  5. 前記プラズマ処理システムは、誘導結合型プラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  6. 前記プラズマ処理システムは、変成器結合型プラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  7. 前記プラズマ処理システムは、電子サイクロトロン共鳴プラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  8. 前記プラズマ処理システムは、ヘリコンプラズマリアクタである請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  9. 前記マッチングネットワークは、５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  10. 前記マッチングネットワークは、１５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  11. 前記マッチングネットワークは、２５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  12. 前記マッチングネットワークは、３５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  13. 前記マッチングネットワークは、４５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  14. 前記マッチングネットワークは、５０００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  15. 前記１つ以上の可変誘導素子の透磁率の温度ファクタは、−１Ｘ１０−６乃至４０Ｘ１０−６の範囲内である請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  16. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記磁気コアは、１５０℃より高いキュリー温度を有する請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  17. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記磁気コアは、２００℃より高いキュリー温度を有する請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  18. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記磁気コアは、２５０℃より高いキュリー温度を有する請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  19. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記磁気コアは、３００℃より高いキュリー温度を有する請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  20. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記磁気コアは、３５０℃より高いキュリー温度を有する請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  21. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記磁気コアは、４００℃より高いキュリー温度を有する請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  22. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、Ｌ回路トポロジに構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  23. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、Ｔ回路トポロジに構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  24. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、Ｐｉ回路トポロジに構成されている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  25. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、フィルタコンポーネントを含んでいる請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  26. 前記磁気コアは、ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１でできている請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  27. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、少なくとも１つのリアクタンス素子と、前記１つ以上の可変誘導素子に接続された少なくとも１つの容量性素子とを更に含んでいる請求項１のマッチングネットワーク。
  28. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、少なくとも１つの付加的な誘導素子を更に含んでいる請求項２７に記載のマッチングネットワーク。
  29. 前記磁気コアの表面領域は、前記磁気コアの冷却を容易にする経度方向の溝および緯度方向の溝の少なくとも１つを含んでいる請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  30. 前記１つ以上の誘導素子の前記磁気コアは、前記可変誘導素子の唯一の可動素子であり、前記インピーダンスマッチングネットワークに含まれるいかなるラジオ周波数電流通過コイルも静止している請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  31. 前記ヘリカルコイルの内外に前記磁気コアを動かすことは、前記可変誘導素子のインダクタンスを変える請求項１に記載のマッチングネットワーク。
  32. 磁気コアと、ヘリカルコイルと、このヘリカルコイルを通って前記磁気コアを物理的に移動させるように構成されたアクチュエータとを含む１つ以上の可変誘導素子を含むマッチングネットワークコンポーネントを有する、ハイパワーなラジオ周波数のマッチングネットワークを具備するプラズマ処理システム。
  33. 前記システムのＲＦ電源と、前記マッチングネットワークとの間に設置されたフィルタコンポーネントを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  34. 前記システムのプラズマ負荷と、前記マッチングネットワークとの間に設置されたフィルタコンポーネントを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  35. 誘導結合型プラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  36. 変成器結合型プラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  37. ヘリコンプラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  38. 電子サイクロトロン共振プラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  39. 容量結合型プラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  40. ２周波数容量結合型プラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  41. 磁気的に強化された容量結合型プラズマソースを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  42. 前記１つ以上の可変誘導素子の前記少なくとも１つは、前記プラズマ処理システムによって使われる前記ラジオ周波数パワーソースのインテグラル部分でもある請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  43. 前記マッチングネットワーク内への入力信号にフィルタをかけるように構成された誘導素子および容量性素子を、更に具備し、前記マッチングネットワークコンポーネントは、インピーダンスマッチングを提供するように、前記少なくとも１つの可変誘導素子に接続された容量性素子を含んでいる請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  44. 前記磁気コアの冷却を提供するように、前記可変誘導素子の前記磁気コア周辺で空気を回すように構成されたファンユニットを含むファンアセンブリを、更に具備する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
  45. プラズマ処理システムのハイパワーなラジオ周波数マッチングネットワークアセンブリであって、
    磁気コアと、ヘリカルコイルと、ヘリカルコイルを通って前記磁気コアを物理的に移動させるように構成されたアクチュエータとを各々含む複数の可変誘導素子と、
    複数の可変誘導素子を含み、他の可変誘導素子によって発生したフィールドから各々の可変誘導素子を保護するハウジングコンポーネントパーティションを含むハウジングとを具備するマッチングネットワークアセンブリ。
  46. 前記マッチングネットワークは、５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  47. 前記マッチングネットワークは、１５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  48. 前記マッチングネットワークは、２５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  49. 前記マッチングネットワークは、３５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  50. 前記マッチングネットワークは、４５００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  51. 前記マッチングネットワークは、５０００ワットの最大ラジオ周波数パワーを出力するように構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  52. １つ、もしくは前記複数の可変誘導素子に対する透磁率の温度ファクタは、−１Ｘ１０−６乃至４０Ｘ１０−６の範囲内である請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  53. 前記複数の可変誘導素子の少なくとも１つの前記磁気コアは、１５０℃より高いキュリー温度を有する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  54. 前記複数の可変誘導素子の少なくとも１つの前記磁気コアは、２００℃より高いキュリー温度を有する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  55. 前記複数の可変誘導素子の少なくとも１つの前記磁気コアは、２５０℃より高いキュリー温度を有する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  56. 前記複数の可変誘導素子の少なくとも１つの前記磁気コアは、３００℃より高いキュリー温度を有する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  57. 前記複数の可変誘導素子の少なくとも１つの前記磁気コアは、３５０℃より高いキュリー温度を有する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  58. 前記複数の可変誘導素子の少なくとも１つの前記磁気コアは、４００℃より高いキュリー温度を有する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  59. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、Ｌ回路トポロジに構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  60. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、Ｔ回路トポロジに構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  61. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、Ｐｉ回路トポロジに構成されている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  62. 前記マッチングネットワークコンポーネントは、フィルタコンポーネントを含んでいる請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  63. 前記システムのＲＦ電源と、前記マッチングネットワークコンポーネントとの間に設置されたフィルタコンポーネントを、更に具備する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  64. 前記システムのプラズマ負荷と、前記マッチングネットワークとの間に設置されたフィルタコンポーネントを、更に具備する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  65. 前記磁気コアは、ＮｉＺｎフェライト-タイプ６１でできている請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  66. 少なくとも１つのリアクタンス素子と、前記複数の可変誘導素子に接続された少なくとも１つの容量性素子とを更に含んでいる請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  67. 少なくとも１つの付加的な誘導素子を、更に含んでいる請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  68. マッチングネットワークアセンブリ内への入力信号にフィルタをかけるように構成された誘導素子および容量性素子と、インピーダンスマッチングを提供するように、前記複数の可変誘導素子に接続された容量性素子とを具備する請求項６７に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  69. 前記それぞれの可変誘導素子の前記磁気コアの冷却を提供するように、前記可変誘導素子の前記磁気コア周辺で空気を回すように構成されたファンユニットを各々含む複数のファンアセンブリを、更に具備する請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  70. 前記磁気コアの各々の表面領域は、前記磁気コアの冷却を容易にする少なくとも１つの経度方向および緯度方向の溝を含んでいる請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  71. 前記誘導素子の前記磁気コアは、前記可変誘導素子の唯一の可動素子であり、前記インピーダンスマッチングネットワークに含まれるいかなるラジオ周波数電流通過コイルも静止している請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
  72. 前記可変誘導素子の各々の中に含む前記ヘリカルコイルの内外に前記磁気コアを動かすことは、前記可変誘導素子のインダクタンスを変える請求項４５に記載のマッチングネットワークアセンブリ。
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