KR100863470B1 - 플라즈마 여기 코일을 위한 전류 센서를 포함하는 유도성플라즈마 프로세서 - Google Patents

플라즈마 여기 코일을 위한 전류 센서를 포함하는 유도성플라즈마 프로세서 Download PDF

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Abstract

유도성 플라즈마 프로세서는 복수의 권선들을 구비한 RF 플라즈마 여기 코일을 포함하고, 상기 권선들 각각은 단일 정합 네트워크를 통해 단일 RF 소스에 의해 구동되도록 병렬로 접속된 제 1 단부를 갖는다. 상기 권선들의 제 2 단부는 종결 커패시터들에 의해 접지에 접속된 후, 다시 리드에 의해 접지에 접속된다. 환상 코어 둘레에 권선을 포함하는 전류 센서는 각 종결 커패시터와 접지 사이의 리드에 커플링된다. 전류 센서는 접지된 쉴드에 의해 둘러싸인다. 정확한 전류 센서를 제공하기 위해, 주변 RF 환경으로부터 전류 센서로의 최소 전자기 간섭이 존재한다.
유도성 플라즈마 프로세서, RF 소스, 임피던스 정합 네트워크, 피가공물, 권선, 코일, 정재파.

Description

플라즈마 여기 코일을 위한 전류 센서를 포함하는 유도성 플라즈마 프로세서{INDUCTIVE PLASMA PROCESSOR INCLUDING CURRENT SENSOR FOR PLASMA EXCITATION COIL}
본 발명은 일반적으로 RF 여기 코일을 포함한 유도성 플라즈마 프로세서들에 관한 것으로, 특히 코일의 권선을 포함하는 브랜치(branch)의 저전압부에 커플링되는 쉴드된(shielded) 전류 센서를 포함한 그런 프로세서에 관한 것이다.
진공 챔버에서 RF 플라즈마로 피가공물들 (workpieces) 을 처리하기 위한 일 유형의 프로세서는 RF 소스에 응답하는 코일을 포함한다. 코일은 RF 소스에 응답하여 플라즈마를 생성하기 위해 챔버에서 이온화가능한 가스를 여기시키는 전자기장들을 생성한다. 보통 코일은, 처리된 피가공물의 표면을 수평 연장하는 평면에 대해 일반적으로는 평행한 방향으로 연장하는 유전체 윈도우 상에 있거나 근접하여 있다. 여기된 플라즈마는 챔버에서 피가공물과 상호작용하여, 피가공물을 에칭하거나 그 피가공물 상에 재료를 증착시킨다. 피가공물은 통상 평면의 원형 표면을 가지는 반도체 웨이퍼 또는 고체 유전체 플레이트, 예컨대, 평판 디스플레이들에 사용되는 사각형의 유리 기판 혹은 금속 플레이트이다.
오글(Ogle)의 미국특허 4,948,458호는 상기 결과들을 달성하기 위한 다중 턴 나선 평면 코일을 개시하고 있다. 일반적으로 아르키메데스형인 나선은 임피던스 정합 네트워크를 통해 RF 소스에 접속된 내부 및 외부 단자들 사이에서 방사상으로 그리고 원주상으로 연장한다. 코일들은, 윈도우에 근접한 플라즈마 챔버의 일부에서 전자들 및 이온들을 가속화시키기 위해 유전체 윈도우를 관통하는 자기장 및 전기장 성분들을 갖는 진동 RF 필드들을 생성한다. 윈도우에 근접한 플라즈마 부분에서의 자기장의 공간 분포는 코일의 각 지점에서 전류에 의해 생성되는 각각의 자기장 성분의 총합의 함수이다. 전기장의 유도성 성분은 자기장을 변경시키는 시간에 의해 생성되는 반면, 전기장의 용량성 성분은 코일 내 RF 전압에 의해 생성된다. 유도성 전기장은 방위각 (azimuthal) 인데 반해 용량성 전기장은 워크피스에 대해 수직 하향이다. RF 소스의 주파수에서의 코일의 전송선 효과로 인해, 전류 및 전압은 상이한 지점들에서 상이하다.
오글의 '458 특허에 개시되고 이에 기초한 나선형 설계의 경우, 나선 코일 내 RF 전류는, 전력이 가스에 의해 흡수되어 가스를 플라즈마로 여기시키는, 윈도우에 근접한 환상(toroidal) 플라즈마를 초래하는 원 형상의 전기장을 생성하도록 분포된다. 1.0~10mTorr 범위의 저압에서, 플라즈마 밀도가 가장 큰 원 형상 영역으로부터의 플라즈마의 확산은, 플라즈마 불균일성을 손상시키고 피가공물의 중심 바로 위의 챔버 중심에서 플라즈마 밀도를 증가시키는 경향이 있다. 그러나, 일반적으로는 확산만으로 챔버 벽에 대한 플라즈마 손실을 충분히 보상할 수 없고, 피가공물 외연 둘레의 플라즈마 밀도는 독립적으로 변경될 수 없다. 10~100mTorr 범위의 중간 압력 범위에서, 플라즈마에서의 전자, 이온 및 중성체의 가스 상 (gas phase) 충돌은, 환상 영역으로부터 플라즈마로 대전된 입자의 실질적인 확산을 더 방지한다. 그 결과, 피가공물의 링 형태의 영역에서의 플라즈마 밀도는 비교적 높지만, 피가공물의 중심 및 외연에서의 플라즈마 밀도는 낮다.
이들 상이한 동작 조건들은, 피가공물 홀더의 평면에 대해 직각인 챔버의 중심선 (즉, 챔버 축) 에 대하여 상이한 방위각에서뿐만 아니라, 환상의 내부와 환상의 외부 사이에서 실질적으로 큰 플라즈마 플럭스 (즉, 플라즈마 밀도) 변동을 초래한다. 이들 플라즈마 플럭스 변동들은, 피가공물상에 입사하는 플라즈마 플럭스의 실질적인 표준편차, 즉 6% 의 초과를 초래한다. 피가공물상에 입사하는 플라즈마 플럭스의 실질적인 표준편차는, 불균일 피가공물 처리를 야기하는 경향이 있는데, 즉, 피가공물의 상이한 부분들은 상이한 정도로 에칭되고/되거나 그 피가공물 상에 증착되는 상이한 양의 재료들을 가진다.
공동-계류 중인, 공통 양도된 발명의 명칭이 "복수의 권선들을 가진 코일을 구비한 유도성 플라즈마 프로세서와 플라즈마 밀도를 제어하는 방법"(로 하프만 길만과 버너 명세서 번호 2328-050) 인 출원은 피가공물에 입사하는 플라즈마 플럭스의 더 큰 균일성을 제공하기 위한 장치를 개시하고 있다. 공동 계류중인 출원에 개시된 바람직한 장치에서는, 적당한 전류가 코일 내에 흐르고 있는지를 검증하고 필요하다면, 플라즈마 밀도에 대한 제어를 제공하는데 도움을 주기 위해 코일 전류 진폭이 측정된다.
종래에, RF 코일-여기 플라즈마 프로세서의 동작을 제어하는 것을 돕는 전기적 파라미터들은, 코일 전류 진폭, 전압 진폭 및 전압과 전류 사이의 위상 각과 같은 측정 파라미터를 포함하고 있다. 순방향 전력 및 반사 전력과 같은 다른 파라미터들 또한 모니터링되고 있다. 이들 파라미터들은 정합 네트워크 혹은 코일을 구동시키는 회로의 고 전압부들에서 측정된다. 결과적으로, 통상 코일 권선을 포함하는 브랜치에서 리드를 둘러싸는 환상 코일을 포함하는 전류 센서들은 보통 잡음-유도 RF 필드에 커플링된다. 결과적으로, 센서들은 주변의 RF 필드들에 의해 영향을 받으며 코일 전류의 부정확한 지시들을 도출하는 경향이 있다.
센서 환상 코일에 커플링된 전기적 잡음을 감소시키거나 실질적으로 제거하기 위해 이들 종래의 기술 구성에서의 코일 환상 권선의 쉴딩은 보통 실현가능하지 않다. 이는, 쉴드가, 효과적이기 위해 회로의 고전압 부들에 커플링된 센서 환상 코일에 아주 근접하여 접지되어야만 하기 때문이다. 고전압과 쉴드 근접성 요건들은 쉴드와 코일 사이 혹은 쉴드와 코일을 구동시키는 회로의 다른 부분들과의 사이에 방전을 초래할지도 모른다. 또한, 접지된 쉴드는 고전압과 근접하여 강하게 커플링될 수 있고 전기장 분포를 크게 교란시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 코일에 흐르는 전류에 대한 향상된 센서를 갖는 RF 여기 코일을 가진 새롭고 향상된 유도성 플라즈마 프로세서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 향상된 높은 정확도의 전류 센서를 갖는 RF 플라즈마 여기 코일을 포함하는 유도성 플라즈마 프로세서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비록 접지되더라도, 전자기장으로부터 쉴드되고 특히 쉴드가 고장이 유발되는 주체가 되지 않도록 배열되는 전류 센서를 갖는 RF 플라즈마 여기 코일을 포함하는 유도성 플라즈마 프로세서를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 유도성 프로세서는 입력단자와 출력단자를 가지는 권선을 포함한 RF 플라즈마 여기 코일을 포함한다. 코일에 커플링된 RF 소스는 입력 단자에 RF 여기 전류를 공급한다. 권선은 RF 소스 및 정합 네트워크와 직렬로 접속된 제 1 단부와 리드에 의해 접지와 접속된 제 2 단부를 갖는다. 전류 센서는 리드에 커플링되어 있고, 주변의 RF 필드들이 센서에 커플링되는 것을 방지하기 위해 접지된 쉴드에 의해 둘러싸여 있다.
바람직하게는, 코일은, 각각 개별 브랜치에 있고 입력단자와 출력단자를 포함하는 복수의 권선들을 포함한다. 각 입력단자들은 RF 소스와 정합 네트워크에 의해 병렬로 구동되도록 접속된다. 각 출력단자들은 개별 리드에 의해 접지와 접속된다. 개별 전류 센서는 접지 리드들 각각에 커플링되고 각 센서와 커플링된 쉴드 장치는 RF 필드들을 센서들로부터 디커플링한다.
바람직한 구성에서, 각 브랜치는 접지 리드와 브랜치의 코일 출력단자 사이에 접속된 커패시터를 포함한다. 전류 센서는, RF 필드들뿐만 아니라 RF 전압이 실질적으로 O에 근접하여, 그 전류 센서에 최소 전자기 간섭(electromagnetic interference, EMI)을 초래하도록, 커패시터와 접지 리드 사이에 바람직하게 배치된다.
통상, 센서는, 정류 및 필터링 회로는 물론, 예를 들면, 환상 코일, 환상 자기 코어등의 환상 구조를 포함하며, 접지된 쉴드는 그 환상 구조를 실질적으로 둘러싼다.
도 1은 본 발명과 관련하여 사용되는 유형의 진공 플라즈마 프로세서의 개략도이다.
도 2는 코일을 구동시키고 (1) 코일에 접속된 가변 커패시터들의 커패시턴스들(capacitances)과 (2) 코일에 공급된 총 전력을 제어하기 위해 RF 소스, 정합 네트워크 및 전자 제어 회로와 결합하여 도 1의 프로세서에 포함되는 코일의 전기적 개략도이다.
도 3은 13.56MHz와 4.0MHz에서 여기를 위해 도 2에 나타내진 코일의 권선들에서의 정재파 전류의 계산된 진폭의 겨낭도이다.
도 4는 도 2의 코일을 구동시키는 전류에 대한 센서들을 갖는 도 2의 정합 네트워크의 바람직한 실시형태의 회로 다이어그램이다.
도 5는 도 4의 회로에 사용된 전류 센서와 그 회로 성분의 개략도이다.
도 6은 도 5의 전류 센서에 의해 구동된 회로 성분을 검출하는 회로 다이어그램이다.
도 7은 전류 센서를 위한 기계적인 탑재 구조의 바람직한 실시형태의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
10 : 챔버(chamber) 24 : 코일들(coils)
26 : RF 소스(발생기(generator))
28 : 임피던스 정합 네트워크(impedance matching network)
32 : 피가공물(workpiece) 33 : 마이크로프로세서(microprocessor)
40, 42 : 권선들(windings) 43 : 검출기(detector)
46, 50 : 입력단자 48, 52 : 출력단자
81, 83 : 브랜치들(branches) 87 : 모터들
도면 중 도 1의 진공 플라즈마 피가공물 프로세서는, 접지된 금속 벽(12)을 갖는 실린더로서 형상화된 진공 챔버(10), 금속 하단 플레이트(14), 및 유전체 윈도우 구조물(19)로 구성되어 그 중심에서 그 외연 (periphery) 까지 두께가 동일한 원형의 최상부 플레이트 구조물(18)을 포함한다. 진공챔버(10)의 밀봉은, 종래의 개스킷(gasket)(미도시)에 의해 제공된다. 도 1의 프로세서는, 반도체, 유전체 또는 금속 기판을 에칭하거나 또는 그러한 기판상에 재료를 증착하기 위해 사용될 수 있다.
플라즈마 상태로 여기될 수 있는 적절한 가스는, 측벽(12)의 포트(20)를 통해서 가스 소스(미도시)로부터 챔버(10)의 내부로 공급되고, 또한 가스 분포 메커니즘(미도시)을 통해 균일하게 분포된다. 챔버의 내부는, 단부 플레이트(14)의 포트(22)에 접속된 진공펌프(미도시)에 의해, 1~1000milliTorr 범위에서 변경될 수 있는 압력에서 진공상태로 유지된다.
챔버(10)내의 가스는 적절한 전원에 의해 제어된 공간 밀도를 가지는 플라즈마로 여기된다. 전원은 윈도우(19) 바로 위에 탑재되고, 통상 13.56㎒의 고정주파수를 가지는 가변 전력 RF 발생기(26)에 의해 여기되는, 평면 또는 구형 또는 돔(dome)형 코일(24)을 포함한다.
RF 발생기(26)의 출력단자들과 코일(24)의 여기단자들 사이에 접속된 임피던스 정합 네트워크(28)는, 상기 발생기로부터의 RF 전력을 상기 코일에 커플링한다. 임피던스 정합 네트워크(28)는, 검출기(43)에 의해 감지되는 바와 같이, 컨트롤러 (29) 가 정합 네트워크의 입력단자로 반사된 전압의 진폭 및 위상각의 지시에 응답하여 공지된 방식으로 변경시키는 가변 리액턴스를 포함한다. 컨트롤러(29)는 네트워크(28)의 리액턴스의 값을 변경하여, 코일(24) 및 코일이 구동하는 플라즈마 로드를 포함하는 로드와 소스(26) 사이의 임피던스 정합을 달성한다.
또한, 컨트롤러(29)는 입력장치(41)에 응답하여 코일(24)에 커플링된 가변 리액턴스를 제어한다. 입력장치(41)는, 전위차계 또는 키 패드의 키와 같은 수동장치 또는 피가공물(32)의 다른 처리 레시피들을 위해 컴퓨터 메모리에 저장된 신호에 응답하는 마이크로프로세서일 수 있다. 처리 레시피의 변수는, (1) 포트(20)를 통해 챔버(10)내부로 흐르는 가스의 종들, (2) 포트(22)에 접속된 진공 펌프에 의해 제어되는 챔버(10)내의 압력, (3) 실질적으로 전력과 동일하고 코일(24)에 공급되는 RF 소스(26)의 총 출력전력 및 (4) 코일(24)에 접속된 커패시터의 값을 포함한다.
피가공물(32)은 챔버(10)에서 피가공물 홀더(즉, 플래이튼 또는 척; 30)의 표면에 고정 탑재되고, 피가공물(32)을 운반하는 홀더(30)의 표면은 윈도우(19)의 표면과 평행하다. 피가공물(32)은, 보통 DC 전력 공급장치(미도시)가 홀더(30)의 척 전극(미도시)에 인가하는 DC 전위에 의해, 홀더(30)의 표면에 정전기적으로 클램핑된다. RF 소스(45)는, 무선주파수(radio frequency) 전자기파를, 가변 리액턴스(미도시)를 포함하고 있는 임피던스 정합 네트워크(47)에 공급한다. 정합 네트워크(47)는 소스(45)의 출력을 홀더(30)에 커플링한다. 컨트롤러(29)는, 진폭 및 위상 검출기(49)가 유도하는 신호에 응답해서, 정합 네트워크(47)의 가변 리액턴스를 제어하여, 소스(45)의 임피던스를 홀더(30)의 전극(미도시)의 임피던스와 정합한다. 홀더(30)의 전극에 커플링된 로드는 주로 챔버내의 플라즈마이다. 공지된 바와 같이, 홀더(30)의 전극에 인가되는 RF 전원 소스(45)는, 플라즈마의 대전 입자와 상호 작용하여 피가공물(32)상에 DC 바이어스를 생성한다.
코일(24)을 둘러싸고 최상단 플레이트(18) 위로 연장하는 것은 벽 (12) 의 내부 직경보다 약간 더 큰 내부 직경을 가진 금속 튜브 또는 캔 형태의 쉴드(34)이다. 쉴드(34)는, 코일(24)에서 생기는 전자기장을 주위 환경으로부터 디커플링한다. 실린더 형상의 챔버(10)의 직경은 코일(24)에 의해 발생된 전자기장에 대한 경계를 규정한다. 유전체 윈도우 구조물(19)의 직경은, 챔버(10)의 전체 상부 표면이 유전체 윈도우 구조물 (19) 로 구성되는 정도로 챔버 (10) 의 직경보다 더 크다.
노출되어 처리되는 피가공물의 표면 상에 가장 균일한 플라즈마 플럭스를 제공하기 위해, 피가공물 (32) 의 처리된 표면과 유전체 윈도우 구조물 (19) 의 하부 표면 사이의 거리가 선택된다. 본 발명의 바람직한 실시형태의 경우, 처리된 피가공물 표면과 유전체 윈도우의 하부 표면 사이의 거리는 챔버 (10) 의 직경의 대략 0.2 내지 0.4 배이다.
코일(24)은 복수의 병렬 권선들을 포함하는데, 이들 각각은 소스 (26) 의 13.56MHz 주파수에서 전기적으로 충분히 길어 권선의 길이를 따라 정재파 패턴을 생성하기 위해 약 30 내지 45°의 총 전기 길이 (electrical length) 를 가지는 전송선으로서 기능한다. 정재파 패턴들은 권선의 길이에 따라 정재파 RF 전압 및 전류 크기에 변동을 초래한다. 이들 RF 전류의 크기에 대한 권선들에 의해 발생된 자기 플럭스의 의존성은, 다른 플라즈마 밀도가 코일 (24) 의 다른 권선들 바로 밑의 챔버 (10) 의 다른 부분들에서 생성되는 것을 초래한다.
코일의 상이한 권선들에 흐르는 RF 전류 크기의 변동들은 공간적으로 평균화되어 플라즈마 밀도 공간 분포를 제어하는데 도움을 준다. 코일의 상이한 권선들에서의 이들 상이한 전류값을 공간적으로 평균화하는 것은, 특히 권선의 낮은 RF 전류의 영역에서의, 플라즈마 밀도에서 방위각 비대칭을 실질적으로 방지할 수 있다. 대안으로, 발생기(26)의 주파수가 4.0㎒ 인데, 이 경우, 코일(24)의 권선은 전기적으로 단락되어, 약 10°~ 15°로 권선의 정재파 전류 및 전압을 실질적으로 일정하게 한다.
컨트롤러(29)는, (1) 입력 장치(41), (2) 검출기(31)가 도출한 전압 진폭 및 위상각 신호들 및 (3) 코일(24)에 접속된 가변 커패시터의 값들과 RF 발생기(26)의 출력 전력을 제어하는 신호들은 물론, 마이크로프로세서(33)를 제어하는 프로그램들도 저장하는 메모리 시스템(35)에 응답하는 마이크로프로세서(33)(도 2)를 포함한다. 프로그램 중 메모리 시스템(35)이 저장하는 것은 정합 네트워크(28 및 47)의 가변 리액턴스의 값을 위한 제어 프로그램이다. 또한, 소스(26)의 출력 전력과 코일(24)에 접속된 커패시터의 값은, 특히 프로세서가 단일 레시피에 전용되는 경우, 프로세서가 제조되거나 설치될 때 미리 설정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 코일(24)은 2개의 병렬 권선(40, 42)을 포함하고, 이 둘 모두는 일반적으로 중심 코일축(44)과 동심적이고 축(44)에 대해서 방사상으로 또한 원주상으로 연장되는 다중 나선형 턴을 포함한다. 내부 권선(40)은 외부 권선(42)이 권선(40)을 완전히 둘러싸도록 완전히 외부 권선(42) 내에 있다. 권선(40)은 내부 단자(46) 와 외부 단자(48)를 포함하며, 권선(42)은 외부 단자(50) 와 내부 단자(52)를 포함한다.
내부 권선(40)은 2개의 직선 세그먼트(60, 62)는 물론, 반지름이 다른 3개의 동심 턴(54, 56, 58)도 포함한다. 각각의 턴들(54, 56, 58)은 축(44) 에 중심을 두고 약 340°정도의 각도를 가지는 원의 세그먼트이다. 턴들(54, 56)의 인접하는 단부들은 직선 세그먼트(60)에 의해 서로 접속되고, 직선 세그먼트(62)가 턴들(56, 58)의 인접하는 단부들을 서로 접속시킨다. 직선 세그먼트들(60, 62)은 실질적으로 평행한 경로들(paths)을 따라 방사상으로 또한 원주상으로 연장한다.
외부 권선(42)은 직선 세그먼트(68)뿐만 아니라, 다른 2개의 동심 턴(64, 66)을 포함한다. 각각의 턴(64, 66)은 축(44)에 중심을 두고 약 340°정도의 각도를 갖는 원의 세그먼트이다. 직선 세그먼트(68)는 턴들 (64 및 66) 의 인접한 단부들을 서로 접속시키기 위해 방사상으로 또한 원주상으로 연장한다.
권선(40)의 턴들(54, 56, 58) 및 섹터들(60, 62)의 길이의 합은, 권선(42)의 섹터(68)는 물론 턴들(64, 66)의 길이의 합과 대략 동일하다. 권선들(40, 42)이 실질적으로 동일한 길이를 가지기 때문에, 발생기(26)가 이들에 공급하는 주파수에 관계없이, 실질적으로 동일한 길이에 따라 정재파 전압 및 전류 변동을 갖는다.
코일(24)의 권선(40, 42)은, 제어된 가변 출력 전력을 가지는, 단일의 고정 주파수 RF 발생기(26)에 의해 유도된 RF 전류에 의해 병렬로 구동된다. 다음에 기술하는 바와 같이, 발생기(26)의 저주파수(예를 들면, 4.0㎒) 나 고주파수(예를 들면, 13.56㎒) 중 어느 하나에서, 각각의 권선(40, 42)에 단일 전류 최대치가 있다. 고주파수에서는, 전류 최대치가 각 권선의 단자 사이의 거의 중간인 위치에 있다. 전류 최대치가 축(44)에 대해 권선(40, 42)의 방사상으로 대향 지점에서 발생하여, 발생기(26)에 의한 권선(40, 42)의 RF 여기로부터 생성된 환상 전기장에 대략 방위각 대칭을 제공한다.
권선(40, 42)은 각각 개별 병렬회로 브랜치(81, 83)에 있다. 브랜치(81)는 직렬 접속된 권선(40) 및 가변 커패시터(80, 84)를 포함하고, 브랜치(83)는 직렬 접속된 권선(42) 및 가변 커패시터(82, 86)를 포함한다. 코일(24)의 권선(40, 42)의 턴은, 전류가 권선 (40 및 42) 의 단자 (46, 50) 로부터 나머지 단자로 동일한 방향으로 흐르기 위해 정합 네트워크(28)의 출력단자로부터의 출력에 의해 병렬로 구동된 입력단자(46, 50)가 코일 축(44)의 대향측상에 있도록 배열된다. 단자(46)는 코일(24)의 반지름이 가장 작은 턴(54)상에 있고, 단자(58)는 반지름이 가장 큰 턴(66)상에 있다. 단자(46, 50)는, 각각 직렬 가변 커패시터(80, 82)에 의해 정합 네트워크(28)의 출력단자에 접속된다.
축 (44) 에 대해 서로 정반대에 있는 코일(24)의 출력단자(48, 52)는, 직렬 가변 커패시터 (84, 86) 를 통해 공통 접지 단자에 접속된다.
소스(26)의 고주파 출력의 경우, 권선(40, 42)에서의 정재파 전류가 권선(40)의 입력 및 출력단자(46, 48)와 권선(42)의 단자(50, 52)에서 최소 진폭을 갖도록 커패시터(84, 86)의 값이 설정되며, 여기서 정재파 전압은 최대이다. 권선(40, 42)의 정재파 전류는, 정재파 전압이 최대인 권선(40, 42)의 방사상으로 대향 지점에서 최대값을 가지며, 그 결과는 커패시터(84, 86)의 값을 조절함으로써 달성된다. 정재파 전류 최대치는 정재파 전압을 모니터링함으로써 위치될 수 있다. 전류 최대치는 전압이 최소(0볼트에 가까운)인 위치에서 발생한다. 권선(40, 42)의 정재파 전류 최대치를 서로 방사상으로 대향하여 위치시키는 것은 방위각 대칭인 플라즈마 밀도를 제공하는데 도움을 준다.
커패시터(80, 82)의 값은 정합 네트워크 (28) 에 튜닝(tune)된 각각의 권선(40, 42)의 임피던스를 유지하는데 도움이 된다. 권선(40, 42)의 정재파 전류의 최대 진폭은 커패시터(80, 82)의 값에 의해 각각 제어된다. 권선(40, 42)의 물리적인 구성 및 단자(46, 48, 50, 52)의 위치는, 권선(40, 42)의 최대 정재파 전류의 위치에 영향을 미친다.
발생기(26)의 총 출력 전력, 즉 발생기(26)가 권선(40, 42)에 병렬 인가하는 전력은 물론, 커패시터(80, 82, 84, 86)의 값의 적절한 제어는, 다른 권선에서의 전류를 변경시키는 동안, 권선(40, 또는 42)중 하나에서의 전류를 실질적으로 일정하게 존속시키는 것이 가능하다. 권선(40 또는 42)중 하나의 전류를 실질적으로 일정하게 유지하는 동안 총 전력을 변경시키는 능력은, 권선의 통전 (energization) 에 의해 생기는 전자기장 분포에 대한 실질적인 제어를 제공한다. 권선(40 또는 42)중 하나에서의 전류를 실질적으로 일정하게 유지함으로써, 그 권선에 의해 생성되어 챔버(10)내의 플라즈마로 공급되는 전자기장이 비교적 일정하게 존속된다. 권선(40 또는 42)중 다른 하나에서의 전류를 변경하는 것은, 권선이 챔버 (10) 내의 플라즈마에 공급하는 전자기장을 변경시킨다. 상술한 바와 같이, 다른 피가공물 처리 레시피는 실질적으로 일정하게 존속시키기 위해 권선(40)에 의해 예치된 전자기 전력 및 권선(42)이 변경될 플라즈마에 커플링한 전력을 필요로 한다. 다른 레시피의 경우, 권선(42)이 챔버(10)내의 플라즈마로 공급하는 전력 분포가 일정하게 존속되는 것이 바람직하고 브랜치(40)가 챔버(10)내의 플라즈마로 공급하는 전력은 변경되는 것이 바람직하다.
발생기(26)의 출력 전력은 물론 커패시터(80, 82, 84, 86)의 값은, 입력 컨트롤러(41)로부터의 레시피 신호에 응답하여 마이크로프로세서(33)에 의해 판독되는 메모리 시스템(35)에 저장된 신호에 응답하여 이들 부분의 수동 조절 또는 자동 조절에 의해 다른 레시피에 대해 제어된다. 대안으로, 특정 코일이 항상 동일한 레시피를 갖는 프로세서와 관련하여 동작하는 경우, 발생기(26)의 출력 전력은 물론 커패시터(80, 82, 84, 86)의 값은, 프로세서가 제조될 때 또는 프로세서의 설치시 공장에서 설정될 수 있다.
통상 6Ω의 저항을 갖는 것으로 가정하면, 각각의 권선(40, 42)은, 권선(42)에서의 RMS(root mean square) 전류를 실질적으로 일정하게 유지하고 표 1 에 따라 발생기 (26) 의 출력 전력 및 브랜치(81, 83)의 총 리액턴스 (X1) 및 (X2) 를 조절함으로써 권선 (40) 의 RMS 전류를 변경한다.
Figure 112003036472324-pct00001
유사하게, 내부 권선(40)에서 실질적으로 일정한 전류와 외부 권선(42)에서 가변 전류를 유지하는 것을 희망하는 경우에는, 브랜치(81)(X1)와 브랜치(82)(X2)의 리액턴스 및 발생기(26)의 출력 전력이 표 2에 따라 조절된다.
Figure 112003036472324-pct00002
소스(26)의 출력 전력은 물론 커패시터(80, 82, 84, 86)의 값들을 변경함으로써, 방위 및 방사 좌표 방향들의 모두에서 피가공물상에 입사하는 플라즈마 밀도의 제어가 달성된다.
다음의 브랜치들(81, 82) 분석은, 브랜치들과 관련된 임피던스들에 대해서 적절한 값들을 유도하는 양적인 통찰을 제공한다.
전류들과 임피던스들을 각각 브랜치(81)에 대해 I1, z1 이고, 브랜치(83)에 대해 I2, z2라 가정하자. 각각의 브랜치가 입력 커패시터, 권선 및 출력 커패시터의 직렬 조합으로 구성되어 있기 때문에, 임피던스 z1 또는 z2는 브랜치(81) 혹은 브랜치(83)를 위한 입력(C1 혹은 C2) 및 출력(C3과 C4) 커패시터들과 권선(L1 혹은 L2)으로부터 모든 임피던스들의 총합이다. 따라서, z1 = R1 + j[ωL1 - 1/(ωC1) - 1/(ωC3)] = R1 + jX1 이고, 여기서, R1와 X1 = ωL1 - 1/(ωC1) - 1/(ωC3) 는 각각 임피던스 z1의 실수(저항성분)와 허수(리액티브성분)부를 나타낸다. 유사하게, z2 = R2 + jX2이고, 여기서, R2와 X2 = ωL2 - 1/(ωC2) - 1/(ωC4)는 각각 임피던스 z2의 저항성분과 리액티브성분 부를 나타낸다. 표 1과 2에서 보여지는 결과들을 위한 양적 분석은 "복수의 권선들을 가지는 코일을 구비한 유도성 플라즈마 프로세서와 플라즈마 밀도를 제어하는 방법"(로이 하프만 길만 그리고 버너 명세서 번호 2328-050)이라는 제목으로 공동 계류중인 출원에 주어져 있다.
간단하게 하기 위해, RF 소스(26)의 주파수는 13.56MHz이고 각 브랜치들(40, 42)의 전기 길이는 13.56MHz에서 77°이며 커패시터들(80, 82, 84, 86)의 값들은 권선들(40, 42)에 동일한 전류들이 존재하도록 적절히 조절되는 것으로 가정한다. 그러한 상황에 대해, 각 권선들(40, 42)의 길이들에 따른 정재파의 전류 진폭들이 도 3에 커브(90)로 도시되어 있다. 커브(90)는 각 권선들(40, 42)의 입력단자와 출력단자들 사이에서 사인곡선형 변동을 갖는다. 커브(90)는 커브의 중점에서, 즉, 38°에서 대략 14.5 암페어 RMS의 피크 값을 가지고, 권선들(40, 42)의 입력단자와 출력단자들에서 약 10.7 암페어 RMS의 최소 동일 값들을 갖는다. 따라서, 각 권선들(40, 42)의 최대 정재파 전류는 대략 3.8 암페어 RMS, 즉, 약 21%만큼 최소 정재파 전류를 초과한다.
도 2의 장치를 13.56MHz의 주파수에서 동작함에 있어 발생할 수 있는 문제는 커패시터들(80, 82, 84, 86)이 권선들(40, 42)로부터 도출된 전자기장 분포들을 위한 요구된 관계를 유지하기 위해 반복의 방법으로 혹은 동시에 조절되야 한다는 것이다. 예를 들어, 피가공물 상의 방위각 대칭의 밀도를 유지하는 것은 각 코일의 최대 전류가 축(44)에 대해 서로 방사상으로 대향하여 위치될 것을 요구한다. 이는 접지와 권선들(40, 42)의 출력단자들 사이에 접속된 커패시터들(84, 86)의 값들을 조절함에 의해 달성된다. 커패시터들(84, 86)의 값들을 조절하는 것은 표 1과 2에 나타낸 값들을 달성하도록 정재파 전류의 원하는 값들을 제공하기 위해 커패시터들(80, 82)의 조절을 요구할 수도 있다. 그러나, 커패시터들(80, 82)의 값들을 조절하는 것은 또한 권선들(40, 42)의 전류 정재파 패턴들에 시프트(shift)를 야기할 수 있으며, 이로써 전류 정재파 패턴의 최대치가 더 이상 코일 축(44)에 대하여 직경방향으로 대향되지 않는다. 만일 전류 정재파 최대치들이 이런 방식으로 시프트된다면, 커패시터들(84, 86)의 값들의 또 다른 조절이 필요할 수도 있다.
이 문제를 극복하기 위해, 권선들(40, 42)에 따른 전류의 변동들이 실질적으로 감소될 수 있다면, 권선들(40, 42)의 정재파 전류 최대치들의 위치는 단일 가변 커패시터가 각각의 권선들(40, 42)에 커플링되어 있을 만큼 중요하지 않고, 즉, 최대치들은 코일 축(44)의 정반대측 상에 있어야 할 필요는 없다. 즉, 4개의 커패시터들(80, 82, 84, 86) 모두를 동시에 또는 반복적으로 조절할 필요성은 제거된다.
이들 목적을 위해, RF 소스(26)의 주파수는 권선들(40, 42)의 전송선 효과들들이 실질적으로 감소되도록 감소된다. 만일 각 권선들(40, 42)의 전기 길이가 약 45°보다 실질적으로 작다면, 정재파 전류의 최대값과 최소값 사이의 퍼센트 변화는 단일 가변 커패시터(84, 86)만이 권선들(40, 42)과 각각 직렬 접속될 수 있을 만큼 충분히 감소되고, 정합 네트워크(28)의 각 권선 입력단자와 전력 출력단자 사이에 접속된 어떠한 커패시터를 위한 필요성도 제거된다.
앞에서 언급한 것과 같이, RF 소스(26)의 주파수는, 3.4라는 계수에 의해 권선들(40, 42)의 전기 길이에 감소를 초래하여 13.56MHz에서 4.0MHz로 감소된다. 도 3의 커브(92)는 동등한 정재파 전류가 권선 (40, 42) 에 있도록 커패시터 (84, 86) 의 상태가 조절되는 것을 나타낸다. 13.56MHz에서 분석된(커브(90)에서 도시됨) 동일한 물리적 권선들은 4.0MHz(커브(92)에서 도시됨)에서 재분석된다. 각 브랜치들(40, 42)의 전기 길이는 22.6°(즉, 77°를 3.4로 나눔)가 된다. 커브(92)는 권선들(40, 42)의 입력단자와 출력단자들에서 대략 25.7 암페어 RMS의 정재파 전류 최소치들과 권선들의 중심들에서 대략 26 암페어 RMS의 최대 정재파 전류를 가진다. 커브(90)의 긴 전송선 상태보다 커브(92)의 짧은 전송선 상태에서 권선들(40, 42)에서 실질적으로 더 큰 전류들이 흐른다는 사실에도 불구하고, 둘 다의 상황에서, 소스(24)의 출력 전력은 2400와트로 동일하다. 도 3의 예시적인 동일한 전류 커브들(90, 92)의 경우, 커패시터들(84, 86)의 커패시턴스는 서로 동일하고 소스(26)의 13.56MHz 주파수에 대해 137피코패럿(picofarads, pF)의 값을 가지는 반면, 소스(26)의 4.0MHz 여기에 대한 커패시터들(84, 86)의 값들은 1808pF이다.
커브(90)의 21% 변화와 대조하여, 커브(92)의 최대치들과 최대 정재파 전류들 사이의 퍼센트 변화는 약 2%이다. 상대적으로 낮은 여기 소스(26)의 주파수는 권선들(40, 42)의 최소치와 최대 정재파 전류들 사이에서 상대적으로 작은 변화를 가지기 때문에, 각 권선들(40, 42)에 의해 생성되고 챔버(10) 에서 플라즈마에 공급되는 비교적 균일한 방위 전자기장이 존재한다. 따라서, 커패시터들(80, 82)를 포함하고 권선들(40, 42)의 최대 정재파 전류들의 위치를 조절할 필요성은 없다. 표 1과 2는 각각 커패시터들(84, 86)의 커패시턴스들을 조절하기 위한 낮은 주파수 여기에 필요한 정보와 코일들(40, 42)에 일정한 전류들을 달성하기 위한 RF 소스(26)의 출력 전력을 제공한다.
권선들(40, 42)에서 최대 정재파 전류들의 비율(I1/I2)은, 커패시터 (86) 의 값을 일정하게 유지하는 동안 커패시터 (84) 의 값을 조절함으로써, 그 후, 커패시터 (84) 의 값을 일정하게 유지하는 동안 커패시터 (86) 의 값을 조절함으로써, 소스 (26) 의 4.0MHz 여기 전력을 위해, 20:1 에서 1:1 로, 그 후, 1:1 에서 1: 10 으로 연속하여 변경될 수 있는데, 여기서, I1은 권선(40)의 최대 정재파 전류이고, I2은 권선(42)의 최대 정재파 전류이다. 커패시터들(84, 86)의 값들이 변경됨으로써, 소스(26)의 출력전력이 표 1과 2에 의해 지시된 바와 동일한 효과들을 제공하도록 변경된다.
마이크로프로세서(33)의 출력 신호들에 응답하여, 커패시터들(80, 82, 84, 86)의 값들을 제어하기 위해, 각 커패시터들은 DC 모터들(87) 중 다른 하나에 의해 구동된다. 각 모터들(87)은 마이크로프로세서(33)의 서로 다른 출력 신호에 응답한다. 신호 마이크로프로세서(33)는 모터들의 출력 샤프트들이 커패시터들(80, 82, 84, 86)의 요구된 커패시턴스 값들을 달성하기 위해 턴될 양에 적합한 값을 가진다. 정합 네트워크(28)는 모터들(88)에 의해 구동되는 가변 리액턴스들(바람직한 커패시터들, 도 4)을 포함한다. 모터들(88)은 서로 다른 신호 마이크로프로세서(33)가 메모리 시스템(35)과 검출기(43)에 의해 저장된 프로그램에 의해 도출된 신호들에 응답하여 도출되도록 응답한다. 검출기(43)는 신호들이 (1) 발생기(26)를 향하여 정합 네트워크(28)에 의해 반사된 전압 진폭과 (2) 반사된 전압과 전류 사이에 위상의 차이를 나타내도록 검출된다. 마이크로프로세서(33)는 발생기(26)에 적절한 DC 신호를 발생기 출력 전력을 제어하기 위해 공급한다. 마이크로프로세서(33)는 도 4와 관련하여 설명된 회로에 의해 도출된 것과 같이, 브랜치들(81, 83)의 출력단자들(48, 52)에서 정재파 전류들이 지시하는 신호들뿐만 아니라, 브랜치(81, 83)와 병렬로 RF 소스(26)와 정합 네트워크(28)에 의해 인가된 전압이 지시하는 신호들에 응답한다.
다음에, 코일(24)의 4.0MHz 구동과 연관되는 전기 회로의 바람직한 실시형태의 회로 다이어그램인, 도면의 도 4를 참조한다. RF 소스 (26) 는 위상 및 크기 검출기(43)와 바람직하게 2000pF의 커패시턴스를 갖는 고정된 직렬 커패시터(100)를 통해 정합 네트워크(28)을 구동시킨다. 정합 네트워크(28)는 모터(88)에 의해 변경되는 커패시턴스 값들을 가지는 가변 션트(shunt) 커패시터(102)와 가변 직렬 커패시터(104)를 포함한다.
정합 네트워크(28)의 출력 전력은 직렬 인덕터(106), RF 전압 검출기(108), 및 위상 검출기(109)를 통해 브랜치들(81, 83)에 병렬로 커플링된다. RF 전압 검출기(108)는 브랜치들(81, 83)의 조인트 입력단자들에서 RF 전압의 피크 진폭을 지시하는 DC 전압을 도출하는 반면, 위상 검출기(109)는 브랜치들(81, 83)의 조인트 입력 단자들에서 RF 전압과 전류 사이의 위상 차이를 지시하는 DC 전압을 도출한다. 검출기들(108, 109)의 출력단자들은 이전의 논의된 결과들을 달성하기 위해 차례로 모터들(87)과 발생기(26)의 출력 전력을 제어하는 마이크로프로세서(33)로 피드백된다. 브랜치들(81, 83)을 통해 흐르는 전류들은 가변 커패시터들(84, 86)을 통해 접지에 커플링된다.
브랜치들(81, 83)의 출력단자들에서의 정재파 전류들의 크기들은 접지와 커패시터들(84, 86)의 낮은 전압 단부들 사이에 접속된 와이어 리드들(111, 113)에 각각 유도성 커플링된 전류 진폭 센서들(110, 112)에 의해 각각 검출된다. 도 5에 나타내진 바와 같이, 각 전류 센서들(110, 112)은 환상 코어(216) 둘레에 감겨진 환상 권선(214)으로 구성된 전류 트랜스포머를 포함한다. 리드(111 혹은 113)를 통해 흐르는 RF 전류 I(t)는 코어(216)에 시변 자기장 B(t)(루프 126에 의해 지시된)을 생성한다. 자기장 B(t)은 환상 권선(214)의 각 턴(124)에 시변 전기장 혹은 등가적으로 유도 전류 i(t)를 유도한다. 도 5에서 도시된 유도 전류 i(t)의 방향은, i(t)가 - dB(t)/dt에 비례하고, 또한 - dI(t)/dt에 비례하기 때문에, 리드(111, 113)를 통해 흐르는 구동 전류 I(t)의 크기가 시간에 따라 증가하고, 즉, dI(t)/dt>0 임을 가정한다. 코어(216)는 리드(111 혹은 113)를 통해 흐르는 구동 전류와 권선(214)을 통해 흐르는 유도 전류 사이의 상호 유도성 커플링을 더 강화하기 위해 준강자성의(ferrimagnetic) 재료(페라이트(ferrite)로 알려진) 혹은 강자성(ferromagnetic) 재료(예컨대, 철)로 구성될 수 있다.
유도 전류 i(t)는 회로(130)의 2개의 입력단자들(221, 222) 사이의 레지스터(220)를 통해 흐르고 레지스터(220)를 지나 사인곡선(sinusoidal) 파형을 생성한다. 이 사인곡선 파형은 다이오드 문턱 전압(일반적으로 0.6~0.7V)보다 더 큰 포지티브 전압만이 다이오드를 통해 통과할 수 있도록 다이오드(224)에 의해 정류된다. 커패시터(226), 유도성 초크(choke)(228), 및 커패시터(230)는 회로 출력단자들(233, 234)을 지나, DC 전압 (V) 을 생성하는 저대역 필터(low-pass filter)를 형성한다. 전압(V)은 단부들(48, 52)을 통해 각각 흐르는 전류들을 나타내기 위해 마이크로프로세서(33)에 공급될 수 있다.
바람직한 실시형태에서 전류 센서(110 혹은 112)를 위한 기계적인 탑재는 도 7에 개략적으로 도시된다. 커패시터(84, 86)는 단자(48, 52)와 접속된 제 1 단부 플레이트(140)와 쉴드(119)에 접속된 제 2 단부 플레이트(142)를 가진다. 리드(111, 113)는 전기적으로 전도성있는 금속으로, 바람직하게는 은 도금된 구리로 구성되어 있고, 스레디드 중심 보어(threaded center bore)를 가진 실린더로 작동된다. 리드(111, 113)는 전류 센서(110, 112)의 중심 개구에 삽입되는데, 이는 또한 절연 디스크(148)상에 탑재되거나 그것에 의해 지지된다. 단자(48, 52)로부터의 동일한 전류가 커패시터(84, 86), 쉴드(119), 리드(111 혹은 113) 를 통해 결국 하우징(housing)(117)의 접지 플레이트(115)로 흐르도록 리드(111 혹은 113)내의 스레디드 홀안으로 금속 스크류들(144, 145)을 조임으로써 전기적 접속을 행한다. 전에 설명한 것처럼, 리드(111 혹은 113)를 통해 흐르는 전류는 차례로 환상 권선(214)에 유도 전류를 생성하는, 시변 자기장을 생성한다. 센서들(110 혹은 112)의 리드 와이어들은 실린더형의 쉴드(121)에 의해 동봉된 영역에서 접지 플레이트(115)에 탑재된, 전기적인 커넥터(미도시)에 접속된다.
접지된 전자기 쉴드들(114, 116)은 남은 장치의 RF 필드들로부터, 특히 권선들(40, 42)로부터 전자기 간섭을 최소화하기 위해, 전류 센서들(110, 112)과 커패시터들(84, 86) 사이에 각각 개재된다. 쉴드(114 혹은 116)는 링형상 금속 플레이트(119)와 쉴드(121)로 구성된다. 쉴드(119)는 리드(111 혹은 113)를 관통시키기 위한 개구를 갖는다. 쉴드(121)는 수평으로 센서(110 혹은 112)와 리드(111 혹은 113)를 동봉하는 금속 실린더이다. 수직으로 센서를 샌드위치한 쉴드(119) 및 플레이트(115)와 함께, 센서(110, 112)와 리드(111 혹은 113)는 완벽하게 주변 RF필드들로부터 쉴드되며, 이로써 전류 센서의 정확도가 크게 향상된다. 쉴드들(119, 121)은 바람직하게는 은 도금된 구리로 구성된다. 쉴드(121)는 기계적으로 그리고 전기적으로 플레이트(115)에만 접속된다. 권선들(40, 42)의 출력단자들에서의 모든 전압들은 리드들(111, 113)에 접속된 커패시터들의 단부 플레이트들(142)이 접지에 사실상 있도록 커패시터 (84, 86) 를 지난다. 쉴드들(114, 116)과 전류 검출기들(110, 112)은 금속 하우징(117)에서 검출기(43), 커패시터들(100, 102, 104), 코일(106) 및 검출기들(108, 109)과 함께 배열된다.
도면의 도 4를 다시 참조하면, 각 커패시터들(84, 86, 100, 102, 104)은 RF소스(26)에서 권선들(40, 42)로 흐르는 비교적 큰 전류들을 처리할 수 있는 진공 커패시터이다. 4MHz에서 각 권선들(40, 42)의 상대적으로 짧은 전기 길이 때문에, 상대적으로 큰 커패시턴스 값들이 커패시터들(84, 86)에 요구되며, 일반적으로는 최대 커패시터들의 값은 2500pF이다. 션트 로드(load) 커패시터(102)는 병렬 브랜치들(40, 42)의 낮은 임피던스와 정합시키기 위해 1400pF의 상대적으로 큰 최대값을 갖는다. 직렬 커패시터(104)는 병렬 브랜치들(81, 83)의 낮은 유도성 리액턴스들을 튜닝하기 위해 1500pF의 최대값을 가지는, 상대적으로 큰 커패시터이다.
바람직하게는 200pF의 값을 가지는, 직렬 접속된 고정된 입력 커패시터(100)는 코일(24)의 병렬 권선들(40, 42)과 소스(26) 사이의 임피던스 변환의 일부를 제공한다. 커패시터(100)는 션트된, 로드 커패시터(102)를 보다 합리적인 값을 갖게 하도록 포함되고, 만약 그렇지 않다면, 커패시터(102)는 1400pF의 최대값을 가지는 커패시터와 연관된 값들보다 상당히 더 높은 커패시턴스 값을 가질 것이다. 고정된 커패시터(100)는 또한 코일(24)의 병렬 권선들(40, 42)로 정합 회로(28)의 더 나은 공진 튜닝을 획득하기 위해, 더 나은 튜닝 레졸루션(resolution)을 제공한다.
바람직하게는 3.5마이크로헨리(mH)의 상대적으로 큰 값을 가지는 고정된 인덕터(106)는 정합 네트워크(28)의 튜닝 범위를 연장한다. 하우징(117) 외부에 있고 내부 권선(40)에 최적으로 접속되는 인덕터(11)는 권선들(40, 42)과 연관되는 병렬 브랜치들(81, 83)을 위해 실질적으로 동일한 임피던스들을 제공하도록 사용될 수 있다. 만일 권선(42)이 권선(40)의 인덕턴스(inductance)보다 실질적으로 더 큰 인덕턴스를 갖는다면 인덕터가 사용된다.
전압 검출기(108)와 전류 센서들(110, 112)은 마이크로프로세서(33)에 신호들을 공급한다. 마이크로프로세서(33)는 전압 검출기(108), 전류 센서들(110, 112) 및 위상 지시 검출기(109)로부터의 신호들에 응답하여 총 출력 전력 RF 소스(26)의 지시를 도출한다. 총 전력의 지시는 표 1과 2에 의해 지시된 전력이 달성되게 하기 위해 RF 발생기 (26) 의 출력 전력을 제어한다. 전류 센서들(110, 112)이 도출한 신호들은, 표 1과 2에서 특정된 전류들을 달성하기 위해 권선 (40, 42)에서 적당한 전류들이 흐르는 것을 가정하도록 커패시터들(84, 86)의 커패시턴스들을 변경하는 모터들을 제어하기 위해 마이크로프로세서(33)에 의해 사용된다.
프로세서가 제조될 때, 내부 권선(40)은 방위 전기장 분포 및 방위 플라즈마 밀도 분포를 제어하는데 도움을 주기 위해 외부 권선(42)에 대하여 턴된다. 권선(40)은, 단자 (46, 48) 가 도 2 에 나타내진 것과 상이한 위치에 있을 수 있도록 축(44)에 대해 턴된다. 권선(40)은 만일 동일한 유형의 프로세서들이 전체 프로세서에 일관된 방위 전기장 및 플라즈마 밀도 분포들을 갖는다면 소정의 위치로 턴될 수 있다. 그러나, 만일 동일한 유형의 다른 프로세서들이 전체 프로세서에 다른 방위 전기장 및 플라즈마 밀도 분포들을 갖는다면, 권선(40)은, 테스트들이 각 특정 프로세서에서 최적의 균일 플라즈마 분포가 달성되었다는 것을 지시할 때까지, 권선(42)에 대하여 턴된다.
본 발명의 특정한 실시형태들이 설명되고 도시되었지만, 명확하게 도시되고 설명된 실시형태들의 세부 사항에서 변형들이 첨부된 청구항들에서 정의된 것처럼 본 발명의 실질적인 취지와 범위로부터 벗어남 없이 만들어질 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 다수의 원리들은 2개의 동심적인 권선들을 가지는 코일들에서 제한되는 것이 아니라 하나 혹은 그 이상의 권선들을 가지는 코일들에 적용할 수 있다.
진공 챔버에 RF 플라즈마로 피가공물들을 다루기 위한 한 형태의 프로세서는 RF 소스에 대응하는 코일을 포함한다. 본 발명은 RF 여기 코일을 포함한 유도성 플라즈마 프로세서들과 특히 코일의 권선을 포함하는 브랜치의 저전압부와 커플링된 쉴드된 전류 센서를 포함하는 프로세서에 관한 것이다.

Claims (14)

  1. 입력 단자와 출력 단자를 구비하는 권선을 포함하는 RF 플라즈마 여기 코일로서, 상기 권선은 정합 네트워크 및 RF 소스와 하나의 브랜치 (branch) 에서 직렬로 접속된 한 단부 및 리드를 구비한 제 2 단부를 포함하고, 상기 권선의 상기 출력 단자를 통해 흐르는 것과 동일한 전류가 상기 리드를 통해 흐르도록 상기 리드는 접지되는, RF 플라즈마 여기 코일,
    상기 리드에 커플링된 전류 센서, 및
    주변의 RF 환경으로부터의 전자기 간섭을 쉴딩(shielding)하기 위해 상기 전류 센서와 커플링되는 접지된 쉴드를 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 권선으로부터의 전류를 상기 리드를 통해 접지에 커플링하기 위해 상기 코일의 출력단자와 상기 리드 사이에 직렬로 접속된 커패시터를 더 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전류 센서는 환상(toroidal) 구조를 포함하고 상기 커패시터와 접지 사이에 있으며, 상기 전류 센서는 실질적으로 0 인 RF 전압과 RF 필드들을 가지는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 전류 센서는 상기 리드를 둘러싸는 환상 구조를 포함하고, 상기 접지된 쉴드는 실질적으로 상기 환상 구조를 둘러싸는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 환상 구조는 환상 코어를 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 센서는 상기 리드를 둘러싸는 환상 구조를 포함하고, 상기 접지된 쉴드는 실질적으로 상기 환상 구조를 둘러싸는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 환상 구조는 환상 코어를 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 코일은 복수의 권선들을 포함하며, 상기 복수의 권선들 각각은 개별 브랜치에 있고 입력단자와 출력단자를 포함하고, 상기 입력단자들 각각은 상기 RF 소스에 의해 병렬로 구동되도록 접속되어 있고, 상기 출력단자들 각각은 개별 리드에 의해 접지에 접속되고, 개별 전류 센서가 개별 리드들 각각에 커플링되고, 접지된 쉴드 장치는 상기 전류 센서들로부터 RF 필드들을 디커플링하기 위해 각 전류 센서와 커플링되는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  9. 제 8항에 있어서,
    각 브랜치는, 각 브랜치의 권선으로부터의 전류를 각 브랜치의 리드에 커플링하기 위해 상기 각 브랜치의 리드와 상기 각 브랜치의 권선의 출력 단자 사이에 접속된 커패시터를 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전류 센서는 환상 구조를 포함하고 상기 커패시터와 상기 리드 사이에 있으며, 상기 전류 센서는 실질적으로 0 인 RF 전압과 RF 필드들을 가지는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 전류 센서들 각각은 상기 리드를 둘러싸는 환상 구조를 포함하고, 상기 접지된 쉴드들 각각은 상기 접지된 쉴드들 각각에 연관된 환상 구조를 실질적으로 둘러싸는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 환상 구조들 각각은 환상 코일을 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 전류 센서들 각각은 상기 리드를 둘러싸는 환상 구조를 포함하고, 상기 접지된 쉴드들 각각은 상기 접지된 쉴드들 각각에 연관된 환상 구조를 실질적으로 둘러싸는, 유도성 플라즈마 프로세서.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 환상 구조들 각각은 환상 코일을 포함하는, 유도성 플라즈마 프로세서.
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