KR101448972B1

KR101448972B1 - Ｖｈｆ 임피던스 매치 튜닝을 위한 장치

Info

Publication number: KR101448972B1
Application number: KR1020127005355A
Authority: KR
Inventors: 카르틱 라마스와미; 히로지 하나와; 케네스 에스. 콜린스; 로렌스 웡; 사머 반나; 앤드류 응우옌
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2014-10-13
Also published as: TWI450495B; CN102474973A; CN102474973B; WO2011016979A2; KR20120046761A; US8578879B2; WO2011016979A3; US20110023780A1; TW201108604A

Abstract

임피던스 매칭 네트워크들의 실시예들이 여기서 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 임피던스 매칭 네트워크는 내측 도체 및 외측 도체를 갖는 동축 공진기를 포함할 수 있다. 상기 동축 공진기의 공진 주파수를 가변적으로 제어하기 위해 튜닝 캐패시터가 제공될 수 있다. 제 1 튜닝 전극과 제 2 튜닝 전극 및 개재하는 유전체에 의해 상기 튜닝 캐패시터가 형성될 수 있으며, 상기 제 1 튜닝 전극은 상기 내측 도체의 일부에 의해 형성된다. 상기 내측 도체로부터 부하로 에너지를 가변적으로 커플링시키기 위해 부하 캐패시터가 제공될 수 있다. 상기 내측 도체, 조정 가능한 부하 전극, 및 개재하는 유전체에 의해 상기 부하 캐패시터가 형성될 수 있다.

Description

ＶＨＦ 임피던스 매치 튜닝을 위한 장치{APPARATUS FOR VHF IMPEDANCE MATCH TUNING}

본 발명의 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 강화 프로세스 챔버들에 관한 것으로, 특히, 초단파(VHF) 전력원들을 이용하는 프로세스들을 위한 임피던스 매칭 네트워크들에 관한 것이다.

집적 디바이스들의 제조에서, 플라즈마 강화 기판 프로세스 챔버들이 널리 사용된다. 몇몇 플라즈마 강화 기판 프로세스 챔버들에서, 플라즈마를 형성 및 제어하기 위해, 다수의 무선 주파수(RF) 생성기들이 이용된다. 매칭 네트워크를 통해 기판 프로세스 챔버에 각각의 생성기가 접속된다. 고주파수들(HF)을 사용하는 프로세스들에 있어서, 매칭 네트워크들은 일반적으로, 상업적으로 이용 가능한 캐패시터들과 같은 집중 엘리먼트(lumped element)들을 사용한다.

그러나, 100 MHz보다 더 높은 VHF 주파수들을 사용하는 프로세스들에 있어서, 캐패시터들과 같은 종래의 집중 엘리먼트들은, 그러한 컴포넌트들의 값들이 용이하게 실현 가능하지 않기 때문에 실용적이지 않다. 이러한 주파수들에서, 전송 라인들에 기초한 분산형 엘리먼트(distributed element)들이 전형적으로 사용된다. 그러나, 이러한 주파수들에서 RF 전송 라인은 길고, 따라서, 전체(full) 파장 또는 1/4(quarter) 파장에 기초한 디바이스들도 또한 크다. 부가하여, 이러한 매칭 네트워크들은 전통적으로 고정되어 있고, 서큘레이터(circulator)들 및 아이솔레이터(isolator)들과 같은 비-가역(non-reciprocal) 디바이스들에서, 반사된 전력이 흡수된다.

따라서, VHF 매치 튜닝을 위한 개선된 장치에 대한 필요성이 존재한다.

본 명세서에서는 임피던스 매칭 네트워크들의 실시예들이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 임피던스 매칭 네트워크는 내측 및 외측 도체를 갖는 동축 공진기를 포함할 수 있다. 동축 공진기의 공진 주파수를 가변적으로 제어하기 위해 튜닝 캐패시터가 제공될 수 있다. 제 1 튜닝 전극과 제 2 튜닝 전극 및 개재하는(intervening) 유전체에 의해 튜닝 캐패시터가 형성될 수 있으며, 제 1 튜닝 전극은 내측 도체의 일부에 의해 형성된다. 내측 도체로부터 부하(load)로 에너지를 가변적으로 커플링시키기 위해 부하 캐패시터가 제공될 수 있다. 내측 도체, 조정 가능한 부하 전극, 및 개재하는 유전체에 의해 부하 캐패시터가 형성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 기판 프로세싱 시스템은, 프로세스 챔버 ― 상기 프로세스 챔버는 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지부를 가짐 ―; 상기 프로세스 챔버 내로 RF 전력을 커플링시키기 위한 하나 또는 둘 이상의 전극들; 및 위에서 요약된 바와 같은 임피던스 매칭 네트워크를 통해 상기 하나 또는 둘 이상의 전극들에 커플링된 하나 또는 둘 이상의 RF 전력원들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판 프로세싱 시스템은, 기판 프로세싱 시스템의 동작 동안에, 부하로부터 반사된 RF 전력의 크기 및 극성을 감지하기 위한 하나 또는 둘 이상의 검출기들을 더 포함할 수 있다. 반사된 RF 전력의 감지된 위상에 대응하는 신호에 응답하여 튜닝 캐패시터를 변화시키고, 반사된 RF 전력의 감지된 크기에 대응하는 신호에 응답하여 부하 캐패시터를 변화시키기 위해, 제어기가 제공될 수 있다.

위에서 간단하게 요약되고 아래에서 더 상세하게 논의되는 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들에서 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들이 본 발명의 예시적인 실시예들만을 예시하고, 따라서, 본 발명이 다른 동등하게 유효한 실시예들을 인정할 수 있기 때문에, 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 고려되지 않는다는 것이 주목된다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크의 다양한 구성들을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 캐패시터를 도시한다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 부하 캐패시터를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 동축 공진기(coaxial resonator)의 다양한 구성들을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해, 가능하다면 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 척도대로 도시되지 않았고, 명료함을 위해 간략화될 수 있다. 추가의 기재 없이 일 실시예의 엘리먼트들 및 피쳐들이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.

본 발명의 실시예들은 일반적으로, 초단파(VHF) 임피던스 매치 튜닝을 위한 장치에 관한 것이다. 여기서 사용되는 바와 같이, VHF라는 용어는 약 30 내지 약 300 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호들을 지칭한다. 본 발명의 임피던스 매칭 네트워크들은, 하나 또는 둘 이상의 전력원들의 출력 임피던스를 플라즈마의 부하 임피던스에 매칭시키기 위해 매치 튜닝 네트워크의 정밀도 및 유효성을 증가시킴으로써 플라즈마 강화 프로세싱의 생산성 및 효율성을 유리하게 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 임피던스 매칭 네트워크들은, 상기 장치를 위해 요구되는 물리적인 풋프린트(footprint)를 유리하게 감소시키는 콤팩트한(compact) 디자인을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 임피던스 매칭 네트워크들은, 입력 신호 생성기의 보호를 용이하게 하는, 보다 저주파(lower frequency)들에 대한 필터로서 작용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 시스템을 도시한다. 여기서 제공되는 교시들과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 프로세싱 시스템은, 캘리포니아, 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼즈 사로부터 이용 가능한 ENABLER® 프로세싱 챔버이다. 여기서 개시되는 본 발명의 임피던스 매칭 네트워크들을 사용하기 위해, 다른 플라즈마 프로세싱 챔버들이 변형될 수 있다.

도 1을 참조하면, 예시적인 시스템(100)은 일반적으로 기판 지지부(105)를 갖는 프로세스 챔버(102)를 포함하며, 상기 기판 지지부(105)는 기판 지지부(105) 위에 배치된 프로세싱될 기판(110)을 지지한다. 반도체 링(115)은 기판(110)을 둘러싼다. 유전체 링(120)에 의해, 접지된 챔버 바디(127) 상에서 반도체 링(115)이 지지된다. 접지된 챔버 바디(127) 상의 기판(110) 위에서 미리 결정된 갭 길이로 유전체 시일(130)에 의해 지지된 디스크 형상 오버헤드 전극(125)에 의해, 프로세스 챔버(102)가 상부에서 제한된다. RF 생성기(182)는 매치 네트워크(184)를 통해 기판 지지부(105)에 RF 전력을 제공한다. 프로세스 챔버(102) 내의 압력을 제어하기 위해, 프로세스 챔버(102)에 진공 펌프(132)가 커플링될 수 있다.

RF 생성기(150)는 동축 스터브(coxaial stub)(135)를 통해 오버헤드 전극(125)에 RF 전력을 제공한다. 동축 스터브(135)는 고정된 임피던스 매칭 네트워크이다. 동축 스터브(135)는, 특성 임피던스, 공진 주파수를 갖고, 오버헤드 전극(125)과 RF 전력 생성기(150) 사이에 근사(approximate) 임피던스 매치를 제공한다. RF 생성기(150)의 RF 리턴(RF 접지)에 챔버 바디(127)가 접속된다. 오버헤드 전극(125)으로부터 RF 접지로의 RF 경로는, 반도체 링(115), 유전체 링(120), 및 유전체 시일(130)의 캐패시턴스에 의해 영향을 받는다. 기판 지지부(105), 기판(110), 및 반도체 링(115)은, 오버헤드 전극(125)에 인가되는 RF 전력에 대한 1차(primary) RF 리턴 경로를 제공한다.

동축 스터브(135)는 전체 시스템 안정성을 촉진시키도록 구성된다. 동축 스터브(135)는 일반적으로, 내측 실린더형 도체(140), 외측 실린더형 도체(145), 및 상기 내측 도체(140)와 상기 외측 도체(145) 사이의 공간을 충진하는 절연체(147)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 절연체(147)는 약 1의 비유전율(relative dielectric constant)을 갖는다.

내측 및 외측 도체들(140, 145)은, 특정한 프로세스 환경을 견딜 수 있는 임의의 적합한 전도성 재료로 구성될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예들에서, 내측 및 외측 도체들(140, 145)은 니켈-코팅된 알루미늄을 포함할 수 있다. 동축 스터브(135)의 특성 임피던스를 조정하기 위해, 내측 및 외측 도체들(140, 145)의 반경들이 변화될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예들에서, 외측 도체(145)는 약 4.32 인치의 직경을 가지며, 내측 도체(140)는 약 1.5 인치의 직경을 갖는다.

몇몇 실시예들에서, 공진을 달성하기 위해, 시스템(100)의 동작 주파수에 대하여, 동축 스터브(135)의 축 길이(axial length)가 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 동작 주파수의 전체 파장(λ), 반 파장(λ/2), 또는 1/4 파장(λ/4)에 따라, 동축 스터브(135)의 축 길이가 계산될 수 있다. 예컨대, 시스템의 동작 주파수가 162 MHz인 실시예들에서, 동축 스터브(135)의 축 길이는 약 1.85 m(λ), 0.96 m(λ/2), 또는 0.46 m(λ/4)일 수 있다. 예컨대, 도 6a 내지 도 6c에 대하여 아래에서 설명되는 동축 공진기와 유사한 몇몇 실시예들에서, 동축 스터브(135)는 폴딩된(folded) 내측 및 외측 도체들(140, 145)을 포함할 수 있고, 따라서, 동축 스터브(135)의 전체 길이를 감소시킨다.

RF 생성기(150)로부터 동축 스터브(135)로 RF 전력을 인가하기 위해, 동축 스터브(135)의 축 길이를 따라 특정한 포인트들에서 하나 또는 둘 이상의 탭들(160)이 제공된다. RF 생성기(150)의 RF 전력 단자(150a) 및 RF 리턴 단자(150b)는 스터브(135) 상의 탭(160)에서 내측 및 외측 도체들(140, 145)에 각각 접속된다. 생성기(150)의 출력 임피던스(즉, 50 Ω)에 매칭하는 특성 임피던스를 갖는 생성기-대-스터브 동축 케이블(162)을 통해 이러한 접속들이 이루어진다. 스터브(135)의 원단(far end)(135a)에서 종단 도체(165)는 내측 및 외측 도체들(140, 145)을 함께 단락(short)시켜서, 스터브(135)의 원단(135a)에서 스터브(135)가 단락된다. 스터브(135)의 근단(near end)(135b)에서, 환상(annular) 전도성 하우징 또는 지지부(175)를 통해 챔버 바디(127)에 외측 실린더형 도체(145)가 접속되는 한편, 전도성 실린더 또는 지지부(176)를 통해 전극(125)의 중심에 내측 도체(140)가 접속된다. 몇몇 실시예들에서 약 1.3 인치의 두께 및 약 9의 유전율을 갖는 유전체 링(180)이, 전도성 실린더(176)와 전극(125) 사이에서 유지되고, 전도성 실린더(176) 및 전극(125)을 분리시킨다.

몇몇 실시예들에서, 내측 도체(140)는 프로세스 가스들 및 냉각제(coolant)와 같은 유틸리티들을 위한 도관을 제공할 수 있다. 이 피쳐는 유리하게, 가스 라인(170) 및 유체 라인(173)으로 하여금, 큰 전기 전위 차이들을 크로스(cross)할 필요 없이, 가스 및 냉각제 열 전달 유체를 제공하도록 허용한다. 따라서, 가스 및 유체 라인들은, 그러한 목적을 위한 덜 고가이고 더 신뢰성 있는 재료인 금속으로 구성될 수 있다. 가스 라인은 오버헤드 전극(125) 근처에 있는 또는 오버헤드 전극(125)에 있는 가스 유입구들(172)에 공급(feed)하는 한편, 냉각제 라인은 오버헤드 전극(125) 내부에 있는 냉각제 통로들 또는 재킷들(174)에 공급한다.

몇몇 실시예들에서, 도 2 내지 도 5에 대하여 아래에서 더 완전하게 설명되는 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)가, 프로세스 챔버(102)에서 생성되는 부하 임피던스와 RF 생성기(150)의 출력 임피던스를 매칭시키는 것을 용이하게 하기 위해, 동축 케이블(162)을 통해 RF 생성기(150)와 동축 스터브(135) 사이에 커플링될 수 있다. 입력(194)은 RF 생성기(150)로부터의 RF 전력을 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)에 제공하며, 출력(196)은 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)로부터의 RF 전력을 동축 스터브(135)에 제공한다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 동축 스터브(135) 없이 프로세스 챔버들에서, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크가 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크는 RF 전력이 커플링될 전극(125)과 RF 전력 공급기 사이에 커플링될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)는 일반적으로, 튜닝 가능한 공진 및 튜닝 가능한 임피던스를 갖는 동축 공진기를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 동축 공진기는, 공진기의 전기적인 길이보다 더 짧은 물리적인 길이를 제공하는 폴딩된 동축 공진기일 수 있다. 본 발명의 실시예들과 관련하여 사용하기에 적합한 폴딩된 동축 공진기들에 관한 세부사항들은, Kartik Ramaswamy 등에 의해 2009년 2월 16일자로 출원된 발명의 명칭이 "Folded Coaxial Resonators"인 미국 특허 출원 제 12/371,864 호에서 개시되며, 이 미국 특허 출원은 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.

몇몇 실시예들에서, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)는, 중심 주파수에 대해 공진 피크를 이동시키는 것을 용이하게 하기 위해, 조정 가능한 튜닝 캐패시터를 포함한다. 예컨대, RF 생성기의 소정의 주파수(예컨대, 도 1의 예시적인 시스템(100)에서의 162 MHZ)에 있어서, 회로는 유도성 션트(shunt) 엘리먼트(생성기 주파수가 공진 주파수보다 더 낮은 경우) 또는 용량성 션트 엘리먼트(생성기 주파수가 공진 주파수보다 더 높은 경우)를 나타낸다. 튜닝 캐패시터는, RF 입력에 커플링된 제 1 전극과 접지에 커플링된 제 2 전극 사이에 배치된 유전체를 포함할 수 있다. 튜닝 캐패시터 값의 제어를 용이하게 하기 위해, 전극들 및 유전체의 유전체 값, 기하 형상(또는 상대적인 위치들) 등 중 하나 또는 둘 이상을 조정함으로써, 튜닝 캐패시터가 조정 가능할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)는, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 임피던스를 제어하는 것을 용이하게 하기 위해, 조정 가능한 부하 캐패시터를 포함한다. 부하 캐패시터는, RF 입력에 커플링된 제 1 전극과 RF 출력에 커플링된 제 2 전극 사이에 배치된 유전체를 포함할 수 있다. 부하 캐패시터 값의 제어를 용이하게 하기 위해, 전극들 및 유전체의 유전체 값, 기하 형상(또는 상대적인 위치들) 등 중 하나 또는 둘 이상을 조정함으로써, 부하 캐패시터가 조정 가능할 수 있다.

예컨대, 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 단면도(cross sectional top view)를 도시한다. 도 2a는 도 2에서 도시된 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 라인 "a"의 관점에서의 단면도를 도시한다. 도 2 및 도 2a에서 도시된 실시예들, 뿐만 아니라, 도 3 내지 도 6c에 대하여 아래에서 묘사되는 실시예들은 단지 예시적일 뿐이며, 이러한 실시예들의 변화들 및 조합들이 여기서 제공된 교시들에 따라 구체적으로 고려된다. 예컨대, 폴딩된 동축 공진기의 상이한 기하 형상들, 튜닝 캐패시터의 상이한 구성들, 및/또는 부하 캐패시터의 상이한 구성들이 이용될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도 2에서 도시된 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)는 일반적으로, 동축 공진기(203), 동축 공진기(203)의 공진 주파수를 제어하기 위한 튜닝 캐패시터(204), 및 동축 공진기(203)로부터 출력(196)으로 에너지를 커플링시키기 위한 부하 캐패시터(206)를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 내측 도체(208) 및 외측 도체(220)가 동축 공진기(203)를 형성한다. 내측 및 외측 도체들(208, 220)은 동축 구조를 형성하기에 적합한 임의의 형상일 수 있다. 예컨대, 내측 및 외측 도체들(208, 220)은 실린더형, 타원형, 정사각형, 직사각형 등일 수 있다. 도 2에서 도시된 실시예에서, 내측 및 외측 도체들은 실린더형이다. 접지된 전도성 엔클로저(enclosure)(202)는 내측 도체(208) 및 외측 도체(220)를 둘러싼다. 전도성 엔클로저(202)는 동축 공진기(203)의 컴포넌트들을 지지하기에 적합한 임의의 형상으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 전도성 엔클로저(202)는 큐브(cube), 직사각형 프리즘, 실린더 등일 수 있다. 내측 도체(208), 외측 도체(220), 및 전도성 엔클로저(202)는 금속과 같은 임의의 적합한 전도성 재료들로부터 제조될 수 있다. 몇몇 비한정적인 실시예들에서, 내측 도체(208), 외측 도체(220), 및 전도성 엔클로저(202)는 알루미늄(Al)으로부터 제조될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 동축 공진기(203)는 선형 디자인으로 이루어질 수 있다. 즉, 내측 도체(208) 및 외측 도체(220)는 실질적으로 직선형의 구성으로 형성된다. 대안적으로, 도 2에서 도시된 바와 같은, 그리고, 도 6a 내지 도 6c에 대하여 아래에서 더 완전하게 설명되는 바와 같은 몇몇 실시예들에서, 동축 공진기(203)는 폴딩된 디자인일 수 있다. 즉, 내측 도체(208) 및 외측 도체(220)는, 각각의 도체들이 폴딩되는 방식으로 형성되고, 이로 인해, 더 긴 전기적인 길이를 가지면서 전체적으로 더 짧은 물리적인 길이를 갖는 동축 공진기(203)를 제공한다.

몇몇 실시예들에서, 내측 도체(208)의 일 단부를 전도성 엔클로저(202)의 단부 벽(205)에 커플링시키는 것을 통해, 내측 도체(208)는 전도성 엔클로저(202)의 중심 근처에서 캔틸레버(cantilever)될 수 있다. 전도성 엔클로저(202)의 내측 단면 치수들과 실질적으로 동일한 치수들을 갖는 전도성 플레이트(236)는, 전도성 엔클로저(202)의 내부에 배치되고, 전도성 엔클로저(202)의 벽들에 커플링된다. 외측 도체(220)의 일 단부(223)를 상기 플레이트(236)에 커플링시키는 것을 통해, 외측 도체(220)는 전도성 엔클로저(202)의 중심 근처에서 캔틸레버된다. 외측 도체(220)가 내측 도체(208)의 적어도 일부를 실질적으로 동축으로 둘러싸도록, 외측 도체(220)가 위치된다. 도체(222)는, 외측 도체(220)에 커플링되고, RF 소스(예컨대, 도 1에서 도시된 RF 생성기(150))로부터 RF 전력을 제공하기 위한 입력(194)에 접속된다. 입력 접속의 위치는, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 임피던스를 제어하는 것을 용이하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 입력(194)의 위치가 선택되면, 위치가 고정될 수 있다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 증가된 동작 범위를 제공하는 것을 용이하게 하기 위해, 입력의 위치가 변화될 수 있다.

도 2a에서 도시된 바와 같이, 플레이트(236)는 플레이트(236)의 중심 근처에서 관통 홀(through hole)(221)을 가지며, 여기서, 관통 홀(221)은, 내측 도체(208)로 하여금, 플레이트(236)와 접촉하지 않으면서 관통하도록 허용하기에 실질적으로 충분한 사이즈를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 홀은 외측 도체(220)의 내측 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는다.

다시 도 2를 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 내측 도체(208), 조정 가능한 전극들(218, 218A)(일괄적으로 218), 및 개재하는 유전체 재료에 의해, 튜닝 캐패시터(204)가 형성될 수 있다. 조정 가능한 전극들(218)은, 임의의 적합한 전도성 재료, 예컨대 금속으로부터 제조된다. 몇몇 비한정적인 실시예들에서, 조정 가능한 전극들(218)은, 구리(Cu), 또는 구리(Cu)-베릴륨(Be) 합금들과 같은 구리(Cu)의 합금들 등으로부터 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 조정 가능한 전극들(218)은 내측 도체(208)의 외측 표면과 인터페이스하도록 형상화될 수 있다(예컨대, 도 4a 참조). 몇몇 실시예들에서, 조정 가능한 전극들(218)은 완전히 폐쇄된 위치에서 조정 가능한 전극들(218)이 내측 도체(208)에 접촉하지 않도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 조합으로, 몇몇 실시예들에서, 내측 도체(208)의 외측 표면과 조정 가능한 전극들(218)의 대면하는 표면 사이의 전기적인 접촉을 방지하기 위해, 유전체 층 또는 코팅(미도시)은 내측 도체(208)의 외측 표면 또는 조정 가능한 전극들(218)의 대면하는 표면 중 적어도 하나 위에 제공될 수 있다. 완전히 폐쇄된 위치에서, 조정 가능한 전극들(218)이 서로 접촉하지 않도록, 조정 가능한 전극들(218)이 크기 설정 또는 구성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도 2에서 도시된 바와 같이, 개재하는 유전체는 공기(air)일 수 있다. 대안적으로 또는 조합으로, 몇몇 실시예들에서, 개재하는 유전체는, 캐패시터 전극들(예컨대, 208 및 218) 사이에 배치된, 및/또는 내측 도체(208)의 외측 표면 또는 조정 가능한 튜닝 전극들(218)의 대면하는 표면 중 하나 또는 둘 이상의 위에 배치된, 고체 유전체 재료일 수 있다. 유전체 재료는, 폴리머들, 또는 플루오로폴리머들, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(예컨대, Teflon®), 폴리스티렌(예컨대, Rexolite®) 등을 포함하는 임의의 적합한 프로세스 호환 가능한 유전체 재료를 포함할 수 있다.

가요성(flexible) 도체들(215, 215A)은 조정 가능한 전극들(218)로부터 접지로의 접속을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 가요성 도체들(215, 215A)은 접지된 전도성 엔클로저(202)에 커플링될 수 있다. 가요성 도체들은 임의의 적합한 가요성 재료로부터 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가요성 도체들(215, 215A)은 가요성 금속 편조 와이어(braided wire)일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 조정 가능한 전극들(218)의 제어를 통해(예컨대, 전극들(218)과 내측 도체(208) 사이에서 유전체 갭을 한정함으로써), 튜닝 캐패시터(204)의 조정 가능한 유전체가 제어될 수 있다. 예컨대, 도 2에서 도시된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 위치 제어 메커니즘들(224, 224A)에 의해, 조정 가능한 전극들(218)과 내측 도체(208) 사이의 거리가 제어될 수 있다. 위치 제어 메커니즘들(224, 224A)은, 액추에이터(216, 216A)에 각각 개별적으로 커플링된 하나 또는 둘 이상의 샤프트들(214, 214A)을 포함할 수 있다. 액추에이터들(216, 216A)은 수동으로 제어될 수 있거나, 또는 제어 라인(217)을 통해 액추에이터들(216, 216A)에 커플링된 (도 1에서 도시된 제어기(188)와 같은) 제어기로부터의 신호를 통해 제어될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 원하는 경로를 따라, 조정 가능한 전극들(218)의 이동을 제약하기 위해(예컨대, 선형 운동(motion)을 제공하기 위해, 및/또는 조정 가능한 전극들(218)의 회전, 벤딩(bending), 플렉싱(flexing) 등을 방지하기 위해), 하나 또는 둘 이상의 지지부들 및/또는 가이드들이 제공될 수 있다.

샤프트들(214, 214A)은, 적절한 지지부를 조정 가능한 전극들(218)에 제공할 수 있는 임의의 강성(rigid) 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 샤프트들(214, 214A)은 구리(Cu)와 같은 금속을 포함한다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 샤프트들(214, 214A)은, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI)(예컨대, Ultem®) 등과 같은 폴리머릭 재료를 포함할 수 있다.

액추에이터(216, 216A)는 조정 가능한 전극들(218)의 위치를 정확하게 제어할 수 있는 임의의 적합한 액추에이터일 수 있다. 예컨대, 액추에이터(216, 216A)는 공압식(pneumatic), 유압식(hydraulic), 전기식, 또는 다른 적합한 액추에이터일 수 있다. 액추에이터들(216, 216A)은, 임의의 적합한 방식으로, 예컨대, 샤프트들(214, 214A)의 선형 이동에 의해, 또는 맞물리는 나사산식(mating threaded) 부분들을 샤프트들(214, 214A) 및 전극들(218) 상에 제공하는 것과 조합되는, 샤프트들(214, 214A)의 회전에 의해, 전극들(218)의 각각의 위치들을 제어할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 액추에이터들(216, 216A)은 서보 모터들 또는 스테퍼(stepper) 모터들과 같은 전기 회전식(rotary) 액추에이터들이다.

동작 시에, 튜닝 캐패시터(204)는, 동축 공진기(203)에 공급된 RF 전력의 중심 주파수에 대해 동축 공진기(203)의 공진 피크의 조정을 허용한다. 예컨대, 조정 가능한 튜닝 전극들(218, 218A)이 내측 도체(208)에 더 근접하게 이동됨에 따라, 동축 공진기(203)의 공진 피크가 낮아질 수 있다. 조정 가능한 튜닝 전극들(218, 218A)이 내측 도체(208)로부터 더 멀어지게 이동됨에 따라, 동축 공진기(203)의 공진 피크가 증가될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도 3에서 도시된 바와 같이, 튜닝 캐패시터(204)는 대안적으로 유전체 튜브(306)를 포함할 수 있으며, 이러한 유전체 튜브(306)는 내측 도체(208)와 외측 도체(220) 사이에 배치되며, 유전체 튜브(306)와 내측 및 외측 도체들(208, 220) 사이의 오버랩의 양이 제어될 수 있도록 이동 가능하게 위치될 수 있다. 유전체 튜브(306)와 내측 및 외측 도체들(208, 220) 사이의 오버랩의 양은, 내측 도체(208)와 외측 도체(220) 사이의 유전체 공간의 총 유전율을 제어한다. 유전체 튜브(306)는, 내측 도체(208)와 외측 도체(220) 사이의 유전체 공간의 총 유전율의 원하는 범위를 제공하기 위한 임의의 적합한 길이를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유전체 튜브(306)는 약 1 내지 1.5 인치의 길이를 가질 수 있다. 유전체 튜브(306)는, 임의의 적합한 유전체 재료, 예컨대 실리콘 질화물(Si₃N₄), 알루미늄 산화물(Al₂O₃), PEEK 등과 같은 하이-K(high-K) 유전체 재료로 구성될 수 있다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 유전체 튜브는 PTFE, 폴리스티렌 등과 같은 로우-K(low-K) 유전체 재료를 포함할 수 있다.

하나 또는 둘 이상의 (2개가 도시된) 가이드 핀들 또는 샤프트들(302)은, 유전체 튜브(306)의 위치를 제어하기 위해, 액추에이터(304)에 유전체 튜브(306)를 커플링시킬 수 있다. 유전체 튜브(306)가 내측 도체(208)와 외측 도체(220) 사이에서 자유롭게 이동하게 허용하기 위해, 유전체 튜브(306)는 일반적으로, 내측 도체(208) 및 외측 도체(220)에 대하여, 외측 도체(220)의 내경보다 더 작은 외경, 및 내측 도체(208)의 외경보다 더 큰 내경을 갖는다.

액추에이터(304)는, 튜닝 캐패시터에 대하여 위에서 논의된 액추에이터들 중 임의의 액추에이터와 같은, 유전체 튜브의 위치를 정확하게 제어할 수 있는 임의의 적합한 액추에이터일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 액추에이터(304)는 서보 모터 또는 스테퍼 모터와 같은 전기 회전식 액추에이터일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도 4 및 도 4a에서 도시된 바와 같이, 튜닝 캐패시터(204)는, 조정 가능한 전극들(218, 218A)의 외향(outer facing) 표면들에 각각 커플링된 지지 블록들(402, 402A)을 포함할 수 있다. 지지 블록들(402, 402A)은 적절한 지지를 조정 가능한 튜닝 전극들(218)에 제공할 수 있는, 폴리머와 같은 임의의 적합한 강성 재료를 포함할 수 있다. 지지 블록들(402, 402A)에 대한 적합한 재료들의 비한정적인 예들은, 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리옥시메틸렌(POM) 등을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 위치 제어 메커니즘(224)은 단일 샤프트(214)를 포함할 수 있으며, 이러한 단일 샤프트(214)는 내측 도체(208) 내에 제공된 관통 홀을 통해 배치되며, 내측 도체(208)에 대한 조정 가능한 전극들(218, 218A) 양자 모두의 거리를 동시에 제어하기 위해, 조정 가능한 전극들(218, 218A) 양자 모두에 커플링된다. 그러한 실시예들에서, 샤프트(214)는, 조정 가능한 전극들(218, 218A)이 위치된 샤프트(214)의 각각의 부분들에서, 대향하는 나사산(thread)들과 나사 결합될 수 있다. 조정 가능한 전극들(218, 218A) 및 지지 블록들(402, 402A)은 샤프트(214)의 나사산들과 인터페이스하기 위한, 맞물리는 나사산식 홀(mating threaded hole)을 포함할 수 있다. 샤프트(214)의 회전을 제어하기 위해, 액추에이터(216), 예컨대 스테퍼 모터, 서보 모터 등에 샤프트(214)의 하나의 단부가 커플링된다. 동작 시에, 액추에이터가 나사산식(threaded) 샤프트(214)를 회전시켜서, 조정 가능한 튜닝 전극들(218, 218A)로 하여금 내측 도체(208)에 더 근접하게 또는 내측 도체(208)로부터 더 멀어지게 동시에 이동하게 한다.

도 2를 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 내측 도체(208), 조정 가능한 부하 전극(228), 및 개재하는 유전체 재료에 의해, 부하 캐패시터(206)가 형성될 수 있다. 도체(226)는, 조정 가능한 부하 전극(228)에 커플링되고, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)로부터 출력(196)으로 에너지를 커플링하는 것을 용이하게 한다. 도체(226)는 임의의 적합한 가요성 전도성 재료로부터 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도체(226)는 가요성 금속 편조 와이어를 포함한다.

조정 가능한 부하 전극(228)은, 금속, 예컨대 구리(Cu), 베릴륨(Be), 또는 이들의 조합물들과 같은 적합한 전도성 재료로부터 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 2에서 도시된 바와 같이, 개재하는 유전체는 공기일 수 있다. 대안적으로 또는 조합으로, 몇몇 실시예들에서, 개재하는 유전체는, 내측 도체(208)의 외측 표면, 또는 조정 가능한 부하 전극(228)의 대면하는 표면 중 하나 또는 둘 이상의 위에 배치된 유전체 재료일 수 있다. 유전체 재료는, 폴리머들 또는 플루오로폴리머들, 예컨대 PTFE, 폴리스티렌 등의 비한정적인 예들 등을 포함하는 임의의 적합한 프로세스 호환 가능한 유전체 재료를 포함할 수 있다.

조정 가능한 부하 전극(228)과 내측 도체(208) 사이의 거리는 위치 제어 메커니즘(230)에 의해 제어될 수 있고, 이로 인해, 부하 캐패시터 전극들 사이의 공간의 유전율을 제어하고, 그리고, 이로 인해, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 출력 캐패시턴스를 제어한다. 위치 제어 메커니즘(230)은 조정 가능한 부하 전극(228)의 위치를 제어하기 위한 액추에이터(234)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 조정 가능한 부하 전극(228)을 액추에이터(234)에 커플링시키기 위해 샤프트(232)가 제공될 수 있다. 제어 라인(235)을 통해 액추에이터(234)에 커플링된 (도 1에 대하여 설명된 제어기(188)와 같은) 제어기로부터의 신호를 통해, 또는 수동으로 액추에이터(234)가 제어될 수 있다. 샤프트(232)는 금속, 폴리머 등과 같은 임의의 적합한 강성 재료로부터 형성될 수 있다. 액추에이터(234)는, 튜닝 캐패시터에 대하여 위에서 논의된 액추에이터들 중 임의의 액추에이터와 같은, 조정 가능한 부하 전극(228)의 위치를 정확하게 제어할 수 있는 임의의 적합한 액추에이터일 수 있다.

도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같은 몇몇 실시예들에서, 나사산식 샤프트(232)에 커플링된 회전 액추에이터(234)에 의해, 내측 도체(208)와 부하 전극(228) 사이의 거리가 제어될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 부하 전극(206)은 나사산식 관통 홀(threaded through hole)을 포함하고, 이러한 나사산식 관통 홀은 부하 전극(206)의 중심부 근처에 배치되며 샤프트(232)의 나사산들과 인터페이스하도록 구성된다. 동작시에, 회전 액추에이터(234)는 샤프트(214)를 회전시키고, 이로 인해, 내측 도체(208)에 더 근접하게 또는 더 멀어지게 부하 전극(106)을 이동시킨다.

도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 부하 캐패시터(206)의 상세도를 도시한다. 부하 캐패시터(206)는 일반적으로, 내측 도체(208), 조정 가능한 부하 전극(228), 및 개재하는 유전체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 조정 가능한 부하 전극(228)은, 내측 도체(208)의 단부 위에서 선형적으로 이동 가능하게 배치된 유전체 새들(saddle)(510) 주위에 배치된, 구리 링과 같은 전도성 링을 포함할 수 있다. 전도성 링은 임의의 적합한 전도성 재료, 예컨대 금속일 수 있다. 몇몇 비한정적인 실시예들에서, 전도성 링은 구리(Cu), 또는 구리(Cu)-베릴륨(Be) 합금들과 같은 구리(Cu)의 합금들 등을 포함할 수 있다. 유전체 새들(510)(및 조정 가능한 부하 전극(228))의 이동을 제어하기 위해, 위치 제어 메커니즘(230)에 커플링된 나사산식(threaded) 샤프트(232)가 제공될 수 있다. 예컨대, 샤프트(232)의 회전이 유전체 새들(510) 및 조정 가능한 부하 전극(228)의 선형 이동을 제어하도록, 나사산식 샤프트(232)는 유전체 새들(510) 및 지지 블록(516)(존재하는 경우) 내에 배치된 나사산식 관통 홀들을 경유하여, 유전체 새들(510) 및 선택적으로 지지 블록(516)을 통해 배치될 수 있다. 유전체 새들(510)과 내측 도체(208) 사이의 회전을 방지하기 위해, 유전체 새들(510) 및 내측 도체(208)를 통해 핀(514)이 제공될 수 있다. 슬롯(504)은, 유전체 새들(510)의 종축(longitudinal axis)을 따라 제공될 수 있으며, 유전체 새들(510)이 내측 도체(208)에 대하여 종축을 따라 선형적으로 이동할 수 있도록 핀(514)을 포함할 수 있다. 따라서, 위치 제어 메커니즘(230)에 의해, 조정 가능한 전극(228)과 내측 도체(208) 사이의 오버랩의 양이 제어될 수 있다. 조정 가능한 전극(228)과 내측 도체(208) 사이의 오버랩의 양은, 부하 캐패시터(206)의 전극들의 유효 표면적, 및 이에 따른 캐패시턴스를 제어한다.

몇몇 실시예들에서, 내측 도체(208)의 외측 표면 상에, 유전체 재료로부터 형성된 절연체 슬리브(502)가 배치될 수 있다. 유전체 새들(510) 및 절연체 슬리브(502)는 동일한 또는 상이한 유전체 재료들로부터 제조될 수 있다. 예컨대, 유전체 새들(510) 및/또는 절연체 슬리브(502)는, 폴리머 또는 플루오로폴리머, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리스티렌 등을 포함할 수 있다. 도 5a에서 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 내측 도체(108) 및 절연체 슬리브(502)는, 내측 도체(208)와 내측 도체(208)의 단부 근처에 위치된 다른 전도성 컴포넌트들 사이에서 전기 에너지의 아킹을 회피하기 위해, 라운딩된 코너들을 가질 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 동축 공진기의 다양한 구성들을 도시한다. 동축 공진기의 다양한 구성들의 상세한 설명은, 이전에 통합된 2008년 2월 29일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 61/032,793 호에서 제공된다.

도 6a는 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 폴딩된 동축 공진기(620)를 도시한다. 폴딩된 동축 공진기(620)는 일반적으로, 내측 도체(623), 중간 도체(625), 및 외측 도체(627)를 포함한다. 도체(222)는 중간 도체(625)에 커플링되고, 입력(194)으로부터 전력을 수용하도록 구성된다. 폴딩된 동축 공진기(620)는 단락 회로 단부(622) 및 개방 회로 단부(624)에 의해 대향하는 단부들에서 종단되며, 단락 회로 단부(622) 및 개방 회로 단부(624)는 전류 및 전압 노드 경계들로서 각각 기능한다.

폴딩된 동축 공진기(620)의 길이는 수반하는 시스템과의 공진을 달성하기 위해 상기 수반하는 시스템의 동작 주파수에 대하여 변화될 수 있다. 예컨대, 위에서 논의된 바와 같이, 시스템의 동작 주파수가 162 MHz인 몇몇 실시예들에서, 폴딩된 동축 공진기(620)의 축 길이는, 폴딩되지 않은 동축 공진기(620)의 길이의 절반(L/2)일 수 있거나, 또는 전체 파장의 함수로서 계산되는 경우에 약 0.92 m일 수 있다.

내측 도체(623), 조정 가능한 부하 전극(228), 및 개재하는 유전체에 의해 형성된 부하 캐패시터(206)가, 폴딩된 동축 공진기(620)의 개방 회로 단부(624) 근처에 배치된다. 튜닝 캐패시터(204)는, 내측 도체(623)와 중간 도체(625) 사이에 위치되고 하나 또는 둘 이상의 (2개가 도시된) 샤프트들(302)에 커플링되는 유전체 튜브(306), 및 내측 도체(623)와 중간 도체(625)에 대하여 유전체 튜브(306)의 선형 이동을 제어하기 위한 액추에이터(304)를 포함한다. 부하 캐패시터(206) 및 튜닝 캐패시터(204) 양자 모두는 도 1 내지 도 5에 대하여 위에서 완전하게 설명된다.

도 6b는 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 폴딩된 동축 공진기(630)의 다른 예를 도시한다. 폴딩된 동축 공진기(630)는, 도 6a에 대하여 위에서 설명된 폴딩된 동축 공진기(620)와 유사한 물리적인 치수들을 포함한다. 그러나, 대조적으로, 공진기 구조물(630)은, 개방 회로 단부(634)에서 단락된, 내측 도체(633) 및 중간 도체(635)를 갖는다. 도 6a의 동축 공진기(620)와 마찬가지로단락 회로(632)가 배치되는데, 이러한 단락 회로(632)는 폴딩된 동축 공진기(630)의 대향하는 단부에 배치된다. 도 6a에서 설명된 폴딩된 동축 공진기(620)와 유사하게, 내측 도체(633), 조정 가능한 부하 전극(228), 및 개재하는 유전체(미도시)에 의해 형성된 부하 캐패시터(206)가 개방 회로 단부(634) 근처에 배치된다. 부가하여, 도 6a에서 설명된 폴딩된 동축 공진기(620)와 또한 유사하게, 하나 또는 둘 이상의(2개가 도시된) 샤프트들(302)에 커플링된 유전체 튜브(306)를 포함하는 튜닝 캐패시터(204)가, 내측 도체(633)와 중간 도체(635) 사이에 위치되고, 액추에이터(304)를 통해 선형적으로 이동된다.

도 6c는 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기 위한 폴딩된 동축 공진기(640)의 또 다른 예를 도시한다. 공진기 구조물(640)은, 몇몇 실시예들에 따른 폴딩된 동축 공진기 구조물의 전기적인 및 물리적인 길이들 사이에서 이루어질 수 있는 특정한 트레이드오프(tradeoff)들을 예시한다. 구체적으로, 동축 공진기 구조물(640)은, 제 1 물리적인 길이의 외측 도체 섹션(647), 및 양자 모두 제 2 물리적인 길이인, 내측 도체 섹션(643)과 중간 도체 섹션(645)을 포함한다. 도 6a 및 도 6b에서 설명된 위의 실시예들과 유사하게, 폴딩된 동축 공진기(640)는, 폐쇄 회로 단부(642) 및 개방 회로 단부(644), 개방 회로 단부(644) 근처에 배치된 부하 캐패시터(206), 및 튜닝 캐패시터(204)를 포함한다.

도 6a 내지 도 6c가 본 발명의 몇몇 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 동축 공진기의 구성들의 다양한 예시적인 실시예들을 도시하지만, 임의의 특정 애플리케이션에 맞도록 치수들(즉, 길이 및 직경)을 적절하게 구성함으로써, 복수의 실시예들이 달성 가능하다는 것이 고려된다.

도 1로 돌아가면, 제어기(188)는 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 동작을 제어하기 위해, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)에 커플링될 수 있다. 제어기(188)는 시스템(100) 또는 시스템(100)의 부분들을 동작시키기 위한 제어기일 수 있거나, 또는 제어기(188)는 별개의 제어기일 수 있다. 제어기(188)는 일반적으로, 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(191), 메모리(190), 및 CPU(191)를 위한 지원 회로들(189)을 포함한다. 제어기(188)는, 특정한 프로세스 챔버 및/또는 지원 시스템 컴포넌트들과 연관된 컴퓨터들(또는 제어기들)을 통해, 또는 직접적으로(예컨대, 디지털 제어기 카드를 통해), 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)를 제어할 수 있다. 제어기(188)는, 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한 산업적인 세팅에서 사용될 수 있는 범용 컴퓨터 프로세서의 임의의 형태 중 하나일 수 있다. CPU(191)의 메모리 또는 컴퓨터 판독가능 매체(190)는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 플래시, 또는 로컬 또는 원격식의 디지털 저장기의 임의의 다른 형태와 같은 쉽게 이용 가능한 메모리 중 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 지원 회로들(189)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(191)에 커플링된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급기들, 클록(clock) 회로들, 입력/출력 회로 및 서브시스템들 등을 포함할 수 있다.

오버헤드 전극(125)으로부터 반사된 RF 전력의 위상 및 크기를 검출하기 위해, 위상 및 크기 검출기(192), 또는 독립적인 위상 및 크기 검출기들이 제공될 수 있다. 위상 및 크기 검출기(192)는, 제어기(188)에 커플링되고, 반사된 RF 전력의 위상(극성) 및 크기를 표현하는 신호들을 제공한다. 대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 방향성 커플러(coupler)들(미도시) 등과 같은 다른 검출기들이 위상 및 크기 검출기들 대신에 사용될 수 있다. 동작시에, 위상 및 크기 검출기(192)는, 반사된 RF 전력의 위상 및 크기를 결정하고, 대응하는 신호들을 제어기(188)에 제공한다. 동작 동안에 오버헤드 전극(125)으로부터 반사되는 RF 전력을 최소화하기 위해, 그러한 신호들에 응답하여, 제어기(188)는 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 튜닝 캐패시터의 위치를 제어하기 위해 (예컨대, 위에서 논의된 바와 같은 스테퍼 모터를 사용하여) 위상 신호가 이용될 수 있으며, 부하 캐패시터를 제어하기 위해 (예컨대, 위에서 논의된 바와 같은 스테퍼 모터를 사용하여) 크기 신호가 이용될 수 있다.

대안적으로, 몇몇 실시예들에서, 소프트웨어 기반 켤레 구배 탐색 방법(software based conjugate gradient search method)이 사용될 수 있으며, 이로 인해, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 각각의 튜닝 가능한 엘리먼트가 순차적으로 조정된다. 조정시 마다, 위상 및 크기 검출기(192)에 의해, 반사된 전력이 결정되고, 반사된 전력이 증가하는지 또는 감소하는지에 기초하여, 튜닝 가능한 임피던스 매칭 네트워크(101)의 다음의 튜닝 가능한 엘리먼트가 조정된다.

전술한 바가 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 기본적인 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들이 안출될 수 있다.

Claims

임피던스 매칭 네트워크로서,
내측 도체 및 외측 도체를 갖는 동축 공진기;
제 1 튜닝 전극과 제 2 튜닝 전극 및 개재하는(intervening) 유전체에 의해 형성된 상기 동축 공진기의 공진 주파수를 가변적으로 제어하기 위한 튜닝(tuning) 캐패시터 ― 상기 제 1 튜닝 전극은 상기 내측 도체의 일부에 의해 형성됨 ―; 및
상기 내측 도체로부터 부하(load)로 에너지를 가변적으로 커플링시키기 위한 부하 캐패시터 ― 상기 부하 캐패시터는 상기 내측 도체, 조정 가능한 부하 전극, 및 개재하는 유전체에 의해 형성됨 ―
를 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 튜닝 전극은 접지로의 접속부를 가지며,
상기 부하 캐패시터는 부하에 접속되도록 구성된 출력을 갖는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 도체는, 상기 내측 도체의 외측 표면 상에 배치된 유전체 재료를 더 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 튜닝 캐패시터는,
상기 내측 도체로부터 이격된 관계로 이동 가능하게 배치된 조정 가능한 튜닝 전극을 더 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 4 항에 있어서,
상기 조정 가능한 튜닝 전극은, 상기 내측 도체의 외측 표면과 인터페이스하도록 형상화되는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 4 항에 있어서,
상기 튜닝 캐패시터는, 상기 내측 도체로부터의 상기 조정 가능한 튜닝 전극의 거리를 조정하기 위한 위치 제어 메커니즘을 더 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 6 항에 있어서,
상기 위치 제어 메커니즘은,
상기 조정 가능한 튜닝 전극에 이동 가능하게 커플링된 나사산식(threaded) 샤프트; 및
상기 나사산식 샤프트의 회전을 제어하기 위해 상기 나사산식 샤프트에 커플링되는 액추에이터를 더 포함하며,
상기 나사산식 샤프트의 회전은 상기 조정 가능한 튜닝 전극의 위치를 제어하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 부하 캐패시터는, 상기 조정 가능한 부하 전극과 상기 내측 도체 사이에 한정되는 거리를 제어하기 위한 위치 제어 메커니즘을 더 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 8 항에 있어서,
상기 부하 캐패시터는,
상기 내측 도체의 단부 위로 배치되며, 상기 내측 도체에 대하여 종축(longitudinal axis)을 따라 이동 가능한 유전체 새들(saddle)을 더 포함하며,
상기 조정 가능한 부하 전극은 상기 유전체 새들의 외측 표면 주위에 배치된 전도성 링을 포함하고, 상기 위치 제어 메커니즘은 상기 전도성 링과 상기 내측 도체의 단부 사이의 오버랩(overlap)을 제어하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 도체는 라운딩된(rounded) 단부를 더 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 동축 공진기는 상기 동축 공진기의 전기적인 길이와 비교할 때 더 짧은 물리적인 길이를 제공하는 폴딩된(folded) 구조를 갖는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 1 항에 있어서,
상기 튜닝 캐패시터의 상기 개재하는 유전체는 유전체 튜브를 포함하며, 상기 유전체 튜브는 상기 제 1 튜닝 가능한 전극과 제 2 튜닝 가능한 전극 사이에서 이동 가능하게 배치되고 상기 제 1 및 제 2 튜닝 가능한 전극과의 제어 가능한 오버랩을 가지며, 상기 오버랩의 양은 상기 개재하는 유전체의 총 유전체 값을 한정하는,
임피던스 매칭 네트워크.
제 12 항에 있어서,
상기 내측 도체 및 상기 외측 도체에 대하여 상기 유전체 재료의 위치를 조정하기 위한, 상기 유전체 재료에 커플링된 위치 제어 메커니즘을 더 포함하는,
임피던스 매칭 네트워크.
기판 프로세싱 시스템으로서,
프로세스 챔버 ― 상기 프로세스 챔버는 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지부를 가짐 ―;
상기 프로세스 챔버 내로 RF 전력을 커플링시키기 위한 하나 또는 그 초과의 전극들; 및
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 임피던스 매칭 네트워크를 통해, 상기 하나 또는 그 초과의 전극들에 커플링된 하나 또는 그 초과의 RF 전력원들
을 포함하는,
기판 프로세싱 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 기판 프로세싱 시스템의 동작 동안에, 부하로부터 반사된 RF 전력의 크기 및 극성을 감지하기 위한 하나 또는 그 초과의 검출기들; 및
상기 반사된 RF 전력의 감지된 위상에 대응하는 신호에 응답하여 상기 튜닝 캐패시터를 변화시키고, 상기 반사된 RF 전력의 상기 감지된 크기에 대응하는 신호에 응답하여 상기 부하 캐패시터를 변화시키기 위한 제어기
를 더 포함하는,
기판 프로세싱 시스템.