KR20110102494A - 플라즈마 처리기용 코일 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리기용 코일은 저항성분을 가지고(ohmically) 또는 오직 리액턴스 성분을 가지고(reactively) 동일 평면의 인터리브(interleave)된 나선형이며 권선체들에 병렬로 연결된 다수의 다중-권선과 결합하는 단락 권선을 포함할 수 있다. 분리된 커패시터들은 권선체의 한 부분에서 다른 부분까지 전류를 분로(shunt)하기 위해 각 권선체들과 결합할 수 있다. 각각의 권선체의 외주부의 인접한 권선 사이의 거리는 각각의 권선체 내부의 인접한 권선 사이의 거리와 다를 수 있다. 코일은 코일에 대한 RF 여기의 파장에 비해 짧은 길이를 가질 수 있다.

Description

플라즈마 처리기용 코일 {Plasma Processor Coil}
공동 계류중인 출원과의 관계
본 출원은, 공동으로 양도되어 계류중인 출원 (2001년 9월 14일 출원) 으로 가출원 번호 60/322,581의 명칭이 "은하 TCP 코일(Galaxy TCP Coil)"인 CIP(Continuation-in-part)이다.
본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리기 코일에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 특별한 관점은, 회로소자, 바람직하게는 단락 권선(shorting turn)과 결합하여, 실질적으로 코일의 하나의 세그먼트로 자기장을 한정하기 위한 코일에 관한 것이다. 본 발명의 부가적인 관점은, 코일 외주부에서의 인접 권선들 간의 거리가 코일 내부에서의 인접 권선들 간의 거리와 다른 그러한 코일에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 관점은, 권선체들 각각 상의 한쌍의 지점에 연결된 개별 회로 소자와 결합되고, 코일의 제 1 및 제 2 여기 단자에 병렬로 연결된 복수의 다중-권선 권선체들을 포함하는 그러한 코일에 관한 것이다. 여기서 회로 소자는 하나의 유형이고, 하나의 값을 가지며, 동일 권선체의 다른 부분들에서 흐르는 전류가 다르도록 야기하는 연결들을 가진다.
진공 챔버에서 RF 플라즈마로 피처리물을 처리하는 하나의 유형은 RF 소스에 응답하는 코일을 포함한다. 코일은 RF소스에 응답하여 챔버안의 가스를 플라즈마로 여기시키는 전자기장을 만든다. 보통, 코일은 평면이고, 일반적으로 처리된 피처리물의 표면을 수평으로 연장한 평면에 평행한 방향으로 연장되는 유전체 윈도의 외부면 위 또는 인접한 곳에 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 코일은 반구 형태이고 윈도는 반구 형태이거나 평면 형태이다. 여기된 플라즈마는 피처리물 상의 물질을 에칭, 변형 또는 증착하기 위해, 즉 피처리물을 처리하기 위해, 챔버 안내에서 피처리물와 반응한다. 피처리물은 예를 들면 평면 패널 디스플레이에 사용되는 정사각형 유리 기판 또는 금속판과 같은 평면, 원형면, 혹은 고체 유전판을 가지는 반도체 웨이퍼이다.
발명자 오글(Ogle)의 미국 특허 번호 4,948,458은 상기 결과를 달성하는 다중-권선 나선형 코일을 개시한다. 일반적으로 아르키메데스형인 상기 나선형은 임피던스 정합 네트워크를 경유하여 RF 소스에 연결된 내부단자와 외부단자 사이에서 반경방향과 원주방향으로 연장된다. 이러한 일반적인 유형의 코일은, 전기장과 자기장 성분을 모두 가지며 윈도에 가까운 챔버 내 플라즈마 부분에서 기체내의 전자들을 가열하기 위해 유전 윈도를 통과하는, 진동 RF 장들을 생성한다. 진동 RF 장은 플라즈마 안에서 전자들을 가열시키는 플라즈마 전류를 유도한다. 윈도 근처의 플라즈마 부분안에서 자기장의 공간분포는, 플라즈마에서 유도된 것들을 포함하여, 코일의 각 권선과 다른 전류들에 의해 생성된 각각의 전자장 성분의 합의 함수이다. 각 권선에 의해 생성된 자기장 성분은, 소실, 임피던스, RF 소스의 주파수에서의 코일에 따른 전송선 효과 때문에 다른 권선마다 다른, 각 권선에서의 RF 전류의 크기들의 함수이다.
발명자 오글(Ogle)의 '458 특허에서 개시되고 기초된 나선형 디자인에 대해, 나선형 코일 안의 RF 전류는 분산되어 기체가 전력을 흡수하여 플라즈마로 여기되는 윈도 근처의 플라즈마 부분안에서 도넛형(환형)의 자기장 영역을 만든다. 1.0에서 10 밀리토르(mT) 영역의 낮은 압력에서, 고리형 영역으로부터 플라즈마의 전체적인 확산은 피처리물 바로 위에서 실질적으로 균일한 플라즈마 밀도를 생성한다. 10에서 100 밀리토르(mTorr)의 중간 압력영역에서, 플라즈마 밀도는 코일과 같은 축에 있는 피처리물의 중심부 위에서 최고치를 나타내는 경향이 있다. 100 밀리토르(mTorr) 이상의 고압에서, 플라즈마 내의 전자, 이온과 중성자들의 기체상(gas phase)의 충돌은 환형(torroidal) 생성 영역의 외부에서 플라즈마로 대전된 입자들의 확산을 감소시킨다. 결과적으로, 피처리물과 축이 같거나 윗부분에 있는 환형 영역에서는 상대적으로 높은 플라즈마 플럭스(flux)가 있고, 피처리물의 중앙과 주변의 윗부분에서는 낮은 플라즈마 플럭스가 있다.
이러한 다른 작동 조건들은 실질적으로 환형면과 환형면의 내부 및 외부의 부피간에 큰 플라즈마 플럭스(다시 말해, 플라즈마 밀도) 변화를 일으켜서, 피처리물에 입사하는 플라즈마 플럭스의 실질적으로 불균일한 공간분포를 야기시킨다. 실질적으로 피처리물에 입사하는 플라즈마 플럭스의 불균일한 공간분포는 불균일한 피처리물 처리, 즉 피처리물의 다른 부분이 다른 정도로 에칭되도록 하거나 및/또는 그것 위에 증착된 분자들이 다른 양을 갖도록 하는 경향을 가진다.
많은 코일들은 오글(Ogle) 유형의 코일에 의해 생성된 플라즈마의 균일성을 향상시키도록 설계되어 왔고 이는 다음의 미국 특허들에서 볼 수 있다.; 하마(Hama)의 5,525,159; 오쿠무라(Okumura) 등의 5,558,722; 바네스 (Barnes) 등의 5,589,737; 오쿠무라(Okumura) 등의 5,711,850; 하마(Hama) 등의 5,716,451 ; 게이츠(Gates)의 5,731,565; 홀랜드(Holland) 등의 5,759,280; 퀴안(Qian) 등의 5,919,382; 홀랜드(Holland) 등의 5,800,619; 게이츠(Gates) 등의 5,874,704; 홀랜드(Holland) 등의 5,975,013; 홀랜드(Holland) 등의 6,027,603; 카터(Khater) 등의 6,028,285; 게이츠(Gates) 등의 6,184,488; 홀랜드(Holland) 등의 6,268,700; 니(Ni) 등의 6,229,264; 퀴안(Qian) 등의 6,297,468; 첸(Chen) 등의 6,164,241, 및 홀랜드(Holland) 등의 6,028,395. 이러한 많은 선행 기술 특허에서, 코일은 한쌍의 코일 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 복수의 권선체들을 포함한다. 일부 특허에서의 복수 권선체들은 실질적으로 코일의 최내각 지점과 최외각 지점에서 제 1 ,제 2 여기 단자 사이에 반경방향과 원주방향으로 연장하는 동일 평면 나선에 인터리빙된다.
이 광범위한 성과에도 불구하고, 코일이 여기된 진공 플라즈마 처리 챔버안에서 피처리물에 대한 균일한 플라즈마 밀도를 얻음에 있어서 여전히 개선된 결과가 가능하다. 이 특허들 중 어느 것도 코일의 한 부분에서 발생된 장(field)을 다음 것들로부터 고립시키는 것을 고려하지 않았다: (1) 코일의 다른 부분에서 발생된 장, (2) 각 권선체의 최내각 권선안의 영역, (3) 각 권선체의 최외각 권선의 바깥 영역. 한쌍의 코일 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 복수의 권선체들을 가지는 대부분의 이러한 코일속의 배열은 피처리물 중심부의 플라즈마 밀도가 중심부 이외의 부분에서의 플라즈마 밀도보다 대체적으로 높게 하기 위한 것이다. 반면에 미국 특허 5,800,619와 5,975,013에서 홀랜드 등은 실제적으로 동일 평면상의 병렬 나선 권선체들이 다수 얽혀진 코일 중심부의 금속 디스크를 개시하고, 홀랜드 등의 목적은 금속 디스크를 (정합 네트워크와 코일 내외부 단자 사이에 연결된 납판을 흐르는 전류와 관련된 자기장) 코일의 잔여물로부터 고립시키는 것이다.
오쿠무라(Okumura) 등의 미국 특허 5,558,722 와 5,711,850 은 나선형 권선체들의 양쪽 끝이 고주파수 전력원과 접지에 각각 연결된 제 1 ,제 2 환형코일에 연결되도록 하기 위해, 같은 간격으로 원주로 배열된 복수의 나선 방전 요소를 포함한 나선형 코일을 개시한다. '722와 '850 특허는 또한 환형 코일로부터 바깥쪽으로 연결된 정상 나선코일과 환형 코일에 연결되는 나선형 방전 코일 소자를 포함하는 다중 나선형 코일을 개시한다. 명백히, 환형 방전 코일 소자의 내부에서 공통 단자는 정합 네트워크의 한 개의 출력 단자에 연결되고, 정상 나선 코일의 끝은 접지에 연결된다. '722특허의 또 다른 배열에서, 환형 코일에 내부 끝이 연결된 다중 환형 코일이 있다. 정상 나선 코일은 환형 코일로부터 안쪽으로 연결된다. 명백히, 배열 중심에서 정상 나선 코일의 끝은 정합 네트워크의 한개의 출력 단자에 연결되고, 배열의 외주부에서 다중 나선형 코일의 끝은 접지된다. '722 특허는 환형코일이 그것에 대하여 약간의 차폐 혹은 장(field) 절연 기능을 수행할 것을 나타내지 않는다. 실질적으로, '722 특허의 나선 코일 배열의 중심과 외부는 물론, 나선형 코일 배열의 내부와 외부에 상당한 자기장이 있다.
본 발명의 목적은 진공 플라즈마 처리기를 위한 새롭고 향상된 코일을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 한쌍의 코일 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 다중 권선체들을 가지는 새롭고 향상된 코일을 진공 플라즈마 처리기에 제공하는 데 있으며, 여기서 코일은 코일의 한 부분에서 발생된 RF 장이 실질적으로 코일의 다른 부분으로부터, 및/또는 코일의 최외각부 및/또는 최내각부 내의 영역들로부터 분리되도록 하기 위해 배열된다.
본 발명의 부가적인 목적은, 진공 플라즈마 처리기에, 한 쌍의 코일 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 다중 권선체들을 가지는 코일을 제공하는 것이며, 여기에서 권선체들의 권선들은, 권선체들의 다른 부분로부터 결합된 자기장들이 상대적으로 균일한 밀도를 가지는 피처리물 처리 플라즈마를 제공하는 것을 돕기 위해 다른 자속 밀도들을 가지도록 배열된다.
본 발명의 다른 목적은 한 쌍의 여기 단자 사이에서 병렬로 연결된 다중 권선체들을 갖는 새롭고 향상된 코일을 진공 플라즈마 처리기에 제공하는 것이며, 여기에서 권선체에 연결된 회로 소자들은, 권선체의 다른 부분들이, 상대적으로 균일한 밀도를 가지는 피처리물 처리 플라즈마를 제공하는 것을 돕기 위해 플라즈마에 대해 다른 자속밀도들을 가지는 자기장들에 결합하도록 야기한다.
발명의 한 측면에 의하면, 플라즈마 처리기를 위한 코일은 (1) 복수의 RF여기 회로 출력 단자에 연결하기 위한 복수의 여기 단자, (2) 코일 여기 단자와 병렬로 연결된 다수의 다중-권선 권선체들, 여기서 각 권선체들은 일반적으로 코일의 내부와 외주부사이에서 반경방향과 원주 방향으로 연장됨, (3) 코일의 한 세그먼트 내의 자기장이 또다른 영역에 결합되는 것을 실질적으로 방지하기 위한 임피던스 소자, 바람직하게는 단락 권선을 포함한다.
발명의 다른 실시예에 의하면, 단락 권선은 코일의 최내각부의 내부에, 또는 코일의 최외각 지점의 외부에, 또는 코일의 내부와 외부 사이에 위치된다. 단락 권선은 코일 여기 단자에 연결된 코일의 권선체에 저항성분을 가지고 연결될 수 있거나, 부유, 즉 코일의 다른 부분과 리액턴스 성분만을 가지고 결합될 수 있다. 단락 권선이 코일에 연결될 때, 단락 권선은 코일 안에 포함된 인터리빙된 권선체들의 유사 부분들에 연결된다. 단락 권선을 코일의 최내각 권선에 연결하는 것은 실질적으로 코일의 최내각 권선에서 방전이 일어나는 경향을 감소시킨다. RF여기 회로에 의해 유도된 RF를 위한 단락 권선의 RF 임피던스는, 바람직하게는 RF 전압이 실질적으로 권선에 연결된 권선체 각각의 유사부분들에서 실질적으로 동일하다.
발명의 또다른 측면은 (1) RF 여기 회로의 반대편에 위치된 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 제 1 및 제 2 여기 단자, (2) 제 1 및 제 2 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 복수의 다중-권선 권선체들을 포함하고, 여기서 권선체들 각각은 일반적으로 코일의 내부와 외주부 사이에서 반경방향과 원주방향으로 연장되고, 코일의 외주부에서의 또는 그에 가까운 권선체들의 부분들의 인접 권선들 간의 간격은 코일의 내부에서의 또는 그에 가까운 권선체들의 인접 권선들 간의 간격보다 작다. 그러한 배열은 피처리물이 처리되는 챔버 내에서 자속과 플라즈마 밀도의 감소를 야기한다.
홀랜드 등 미국 특허 6,208,395와 6,298,700은 여기 단자 사이에 평행하게 연결된 다수의 나선 같은 권선체을 가지는 플라즈마 처리 코일을 개시하며, 여기서 권선체들은 코일의 다른 부분들에서 다른 피치들을 가진다. 그러나, 이 홀랜드 등의 특허에서 코일은 코일의 중앙과 피처리물안에서의 과도한 자속과 플라즈마와 관련이 없다. 대신에, 그 반대는, 이러한 홀랜드 등의 특허내의 코일들이 코일 및 피처리물의 중앙들에서의 자속과 플라즈마 플럭스를 증가시키기 위해 설계된다. 이러한 홀랜드 등의 특허에서, 코일의 중앙부에서 권선체의 피치는 코일의 외주부의 권선체의 피치보다 조밀하다.
본 발명의 부가적인 측면은 (1)RF 여기 회로의 반대편에 위치된 제 1 단자와 제 2 단자에 연결하기 위한 첫번째와 두번째 여기 단자, (2)제 1와 제 2 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 다수의 다중-권선 권선체들, 여기서 권선체들 각각은 코일의 내부와 외주부 사이에서 일반적으로 반경방향과 원주방향으로 연장됨, (3)각 권선체들상의 한 쌍의 지점에 각각 연결된 개별 회로 소자들을 포함하고, 개별 회로 소자는 같은 유형이고 같은 값을 가지며 권선체의 다른 지점에서 흐르는 전류를 다르게 하기 위한 연결들을 가진다. 전형적으로 각 회로 소자는 각 권선체의 최내각 지점과 중간 지점을 가로질러 분로에서 연결된 커패시터를 포함한다.
또한 발명자 게이츠(Gates)에 의한 미국 특허 5,731,565는 다중권선으로 된 하나의 권선체를 가지는 코일을 개시하며, 여기에서 권선체 하나의 내부 권선들은 조절할 수 있는 커패시터에 의해 단락된다. 커패시터는 내부 권선들을 통과하여 다른 방향으로 흐르는 전류들을 감소시킨다. 커패시터의 값을 바꾸는 것은 플라즈마가 코일의 내부 권선 아래의 챔버 영역에서 발생되는 비율을 바꾸기 위해 내부 권선을 통과하여 흐르는 전류를 바꾼다. 그러나, '565'특허의 플라즈마 밀도 균일성은 실질적으로 코일 여기 단자 사이에 병렬로 연결된 복수의 권선체들에 연결된 회로 소자를 가지고 달성할 수 있는 것보다 작다. 또한 커패시터와 같은 회로 소자들을 복수의 권선체를 가지는 한 개 이상의 권선 사이에 연결하는 것은 코일이 플라즈마에 제공하는 자속의 공간관계를 잘 통제할 수 있는 이점이 있어 피처리물와 관련있는 플라즈마 밀도의 공간 분포를 잘 통제할 수 있다. 예를 들면 각 권선체 위에서 대응되는 대칭 지점 사이에 회로소자를 연결하는 것은 자속에서 대칭적인 변화를 유발할 수 있다. 그러나 만약 특별한 상황이 비대칭 자속 관계를 허락한다면, 다른 권선체들과 관련된 회로소자들은 각각으로부터 다른 공간 관계를 가지는 다른 권선체들 상의 지점에 연결될 것이다.
본 발명의 다른 측면은 제 1 및 제 2 코일 여기 단자에 병렬로 연결된 복수의 다중권선 나선 권선체를 가지는 플라즈마 처리 코일에 관한 것이며, 여기서 권선체 각각의 권선은 일반적으로 코일의 내부와 외주부 사이에서 반경방향과 원주방향으로 아치형으로 연장되고 권선체들 중 적어도 하나는 복수의 피치들을 가진다. 특정 제 1 및 제 2 실시예에서, 코일내부의 피치는 코일의 외부의 피치를 초과하고 그 역도 성립한다. 바람직하게 다중권선 권선체들이 인터리빙되고, 각 권선체들은, (1) 다른 피치들과 (2)실질적으로 동일한 구성을 가지며, (3)코일의 중심점에 관해 대칭적인, 대략적으로 아르키메데스 나선(Archimedes spiral)들인 복수의 인접부분들을 포함한다. 다른 피치 아르키메데스 나선들은 또한 단 하나의 권선체를 가지는 코일 안에 통합될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 아르키메데스 나선의 제 1 및 제 2 부분은 각각 실질적으로, θ가 θ1에서 θ2보다 약간 작은 각까지의 θ인 경우 R=k 1 θ로, θ가 θ2 보다 약간 큰 각에서 θ3과 동일한 각까지의 θ인 경우 R=k 2θ로, 극좌표로 표현되는데, 여기서 R은 코일의 중심으로부터 권선체의 반지름이고, θ는 권선체 둘레의 래디안각이며, k 1 ≠k 2 이고, θ2보다 약간 작은 각과 θ2보다 약간 큰 각 사이의 R은 θ2에서 제 1 및 제 2 부분의 기울기들이 같도록 되어 있고, θ1은 θ2보다 약간 작은 권선체 상의 지점이며 전형적으로 권선체 중심에 가까이 있고, θ3는 θ2보다 약간 큰 권선체 상의 지점이며, 전형적으로 권선체 중심으로부터 멀리 있다.
본 발명의 상기 및 또 다른 목적, 특성 및 이점은 특히 첨부도면과 관련하여 다음의 몇가지 특정 실시예에 관한 상세한 설명을 고려하면 분명하게 될 것이다.
진공 플라즈마 처리기를 위한 새롭고 향상된 코일을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 코일을 포함하는 진공 플라즈마 처리기의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 코일의 제 1 실시예의 평면도이며, 코일은 코일 권선체들의 최내각부 권선들에 저항성분을 가지고 연결된 단락 권선을 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 코일의 제 2 실시예의 평면도이며, 코일은 권선체들의 길이를 따르는 다른 부분들에서 다른 피치들을 가지는 권선을 구비한 나선형 권선체들을 포함한다.
도 4는 도 3의 코일을 포함하는 코일 집합체의 투시도이다.
도 5는 도 3의 코일의 변형예의 배면도이며, 코일은 중간부 및 외주부 단락 권선들을 포함한다.
도 6은 도 5에 도시된 코일의 중앙부분을 확대한 배면도이다.
도 7은 한쌍의 대칭적으로 배열된 커패시터들과 결합한 도 2의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 평면도이며, 코일은 코일 권선체의 최내각 권선들에 오직 리액턴스 성분을 가지고 연결된 단락 권선을 포함한다.
도 9는 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 평면도이다.
도 1에 예시된 피처리물 처리기는 진공 플라즈마 처리 챔버 어셈블리(10)와, 챔버 어셈블리(10) 안의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 코일을 작동하기 위한 여기 회로(12)와, 챔버 어셈블리(10) 안의 피처리물 홀더에 RF 바이어스를 적용하기 위한 2차 회로(14)와, 챔버 어셈블리(10) 안의 플라즈마에 영향을 미치는 장치들을 위한 콘트롤 신호들을 유도하기 위해 챔버 어셈블리(10)와 관련된 다양한 계수들을 위한 센서에 응답하는 콘트롤러 배열 (16) 을 포함한다. 콘트롤러(16)는 예를 들면 키보드와 같은 형태일 수 있는 조작 입력들(22)로부터의 신호들과, 회로 (12와 14)는 물론 챔버(10)과 관련된 다양한 센서들에 응답하는 마이크로프로세서(20)을 포함한다. 마이크로프로세서(20)는 하드디스크(26)와, 랜덤 액세스 메모리(RAM) (28)와, 읽기전용 메모리(ROM)(30)을 포함하는 메모리 시스템(24)과 결합한다. 마이크로프로세서(20)는 전형적으로 컴퓨터 모니터인 디스플레이(32)를 작동시키기 위해 제공된 다양한 신호들에 응답한다.
하드 디스크(26)과 ROM(30)은 마이크로프로세서(20)의 동작을 통제하기 위한 프로그램을 저장하고, 챔버(10) 안에서 수행된 처리를 위한 다른 방법들과 관련된 데이터를 미리 설정한다. 다른 방법들은 특히 다른 공정 동안 챔버 어셈블리(10)에 적용되는 가스종과 유량, 회로(12와 14) 안에 포함된 RF 소스의 출력 전력과 챔버(10)의 내부에 적용되는 진공과, 회로(12와 14)들의 정합 네트워크 안에 포함된 가변 저항의 초기값들과 관계된다.
피처리물(54)을 처리하기 위한 플라즈마 챔버 어셈블리(10)는 금속의 비자기 원통형 측벽(42)과, 측벽(42) 위로 연장하는 비자기 금속 차폐기둥(43)과, 금속 비자기 하판(44)을 가진 챔버(40)를 포함하고 이 모든 것들은 전기적으로 접지된다. 전형적으로 수정인 유전체 윈도(46)는 측벽(42)의 맨위 가장자리와 기둥(43) 사이에 고정되어 위치한다. 측벽(42), 하판(44)과 윈도(46)는 챔버(40) 내부가 진공이 될 수 있도록 적절한 개스켓(gaset)에 의해 단단하게 고정된다. 코일 집합체(48)는 병렬로 연결되어 인터리빙된 복수의 나선 권선체들을 포함하는 평면 플라즈마 여기 코일로 구성된다. 집합체(48)의 코일은 윈도(46)의 상부면 즉, 챔버(40)의 외부에 다소 가깝게 위치한다. 코일(46)은 참고 번호(50)의 도 1에 대략적으로 도시된 것과 같이 챔버 안의 기체를 플라즈마로 여기시키기 위하여 챔버(40)의 내부에 리액턴스 성분을 가지고 전자기장을 공급한다.
하판(44)의 윗면은 피처리물(54)을 위한 피처리물 홀더(52)를 수용하고, 코일 집합체(48)의 바람직한 실시예에 대한 피처리물은 전형적으로 둥근 반도체 웨이퍼이다. 다른 코일 배열에 대해, 피처리물(54)은 평판 디스플레이 혹은 금속판에서 사용되는 것과 같은 정사각형 유전판일 수 있다. 피처리물 홀더(52)는 보통 유전층(58)을 수용하고 유전체 층(60) 위에 놓여지는 금속판 전극(56)을 포함하며, 기저부(44)의 윗면에 의해 수용된다. 피처리물을 처리하는 메커니즘(도시되지 않음)은 피처리물(54)을 유전층(58)의 상부면에 놓는다. 피처리물(54)은 적절한 소스(62)로부터 도관(64)과 전극(56)의 홈(도시되지 않음)을 경유하여 유전층(58)의 밑면으로 헬륨을 공급함으로써 냉각된다. 유전층(58)에 놓여진 피처리물(54)을 가지고, DC 소스(66)는, 고정시키기 위해, 예를 들면 홀더에 피처리물(54)를 고정(chuck)하기 위해, 스위치(도시되지 않음)를 통하여 적절한 전압을 전극(56)에 공급한다.
척(52)에 놓여 고정된 피처리물(54)를 가지고, 하나 또는 그 이상의 소스들(68)로부터 하나 또는 그 이상의 이온화된 기체들은 측벽(42)에서의 도관(70)과 포트(72)를 통해 챔버(40)로 흐른다. 편의를 위해, 단지 하나의 기체 소스(68)가 도 1에 포함되어 있다. 도관(84)에 의해 챔버(40)의 기저부(44) 안에서 포트(82)에 연결된 진공펌프(80)는 챔버의 내부를 적절한 압력, 보통 0.1에서 1000 밀리토르의 범위로 압력을 낮춘다.
코일(48)을 작동시키기 위한 여기 회로(12)는 바람직하게는 2-4MHz 범위의 주파수를 가지는 RF 소스(100)를 포함한다. 소스(100)의 주파수와 코일(48)의 권선체들의 길이는 바람직하게는 각 권선체들이 소스의 파장의 약 1/8보다 작아서, 권선체 안에서 실제적인 전송선 효과가 없으며 각 권선체들 간의 전압은 대체적으로 선형 방법으로 변한다. 소스(100)는 보통 100에서 3000와트(watt) 사이의 범위에서 어떤 지점의 전력 출력을 가지는, 가변 이득 전력 증폭기(102)를 작동시킨다. 한 실행에서, 증폭기(102)는 보통 50 옴의 출력 임피던스를 가지고, 이 모든 것은 저항성분이며, 리액턴스 성분은 없다. 그러므로 증폭기(102)의 출력 단자쪽으로 보이는 임피던스는 보통 (50+ j0) Ω으로 나타낸다.
어떤 특별한 방법에 대해, 기억 시스템(24)은 증폭기(112) 원하는 출력 전력을 위해 시그널을 저장한다. 기억 시스템(24)은 증폭기 원하는 출력 전력을 위한 시그널을 마이크로프로세서(20)를 통하여 증폭기에 공급한다. 증폭기(102)의 출력 전력은 기억 시스템(24)에 저장된 시그널에 응답하여 개방 루프 방식으로 조절되거나 증폭기(102)의 출력 전력 조절은 폐쇄 루프 피드백 원리로 할 수 있다.
증폭기(102)의 출력 전력은 보통 케이블(106)과 정합 네트워크(108)을 경유하여 코일 집합체(48)를 작동할 수 있다. 정합 네트워크(108)는 바람직하게는 고정 된 커패시터(114)를 포함하는 분로 다리(shunt leg)와 마찬가지로 가변 커패시터들(112와 116)을 각각 포함하는 두개의 직렬다리를 포함한 "T"자 형태를 하고 있다. 코일 집합체(48)는 커패시터(112)의 일 전극과 접지된 제 2 전극을 가지는 가변 직렬 커패시터(126)의 제 1 전극에 각각 연결되는 입력 단자와 출력 단자(112와 114)를 포함한다. 단자(124)는 또한 접지에 직접적으로 연결되거나 또는 단자(122와 124)는 정합 네트워크(108)에 의해 작동하는 주요한 권선체를 가지는 변압기의 2차 권선체에 의해 작동될 수 있음이 명백하다. 코일은 또한 다른 배열에 의해 RF 소스에 연결될 수 있고, 종래의 정합 네트워크를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
코일(48)의 병렬 권선체들은 단자들(122와 124)을 흐르는 전류에 의해 작동한다. 권선체들의 RF 임피던스들은 대략(바람직하게는 가깝게) 같아서 단자들(122와 124)을 흐르는 전류는 다른 권선체들로 대략 같게 나누어진다. 콘트롤러(24)는 각각 단자(122와 124)에서 RF 전압을 모니터하기 위해 연결된 전압 프로브들(127과 128)에 의해 유도된 시그널에 응답한다. 콘트롤러(24)는 커패시터(126)의 용량을 변화시키는 스텝모터(129)를 제어하는 프로브들(127과 128)의 신호에 응답하여, 동작의 균형 모드에서, 단자들(122와 124)에서의 RF 전압들이 실질적으로 반대 극성이지만 같은 크기를 갖는다.
바람직하게 스텝(step) 형태인, 전기모터들(118과 120)은 증폭기(102)의 출력 단자로부터 케이블(106) 측을 봄으로서 보이는 임피던스와 케이블(106)으로부터 증폭기의 출력 단자(102) 측을 봄으로서 보이는 임피던스 간의 임피던스 정합을 유지하기 위하여 커패시터(112와 116)의 값을 상대적으로 작게 증가하도록 조정하는 마이크로프로세서(20)로부터의 신호에 응답한다.
전극(56)을 통해 피처리물(54)에 RF 바이어스를 제공하기 위한 회로(14)는 회로(12)와 유사한 구조를 가진다. 회로(14)는 보통 400kHz, 2.0MHz 혹은 13.56MHz와 같이 일정한 주파수를 가지는 RF 소스(130)를 포함한다. 소스(130)의 고정 주파수 출력은 가변 이득 전력 증폭기(132)를 동작시키고, 이는 번갈아 케이블(136)과 정합 네트워크(138)를 포함하는 중첩된 장치들을 동작시킨다. 모터들(148과 150)은 마이크로프로세서(20)로부터의 신호에 응답하여 각각 정합 회로 커패시터 (142와 146) 의 값을 변화시킨다.
정합 네트워크(138)의 출력 단자(152)는 정합 네트워크(138)를 DC 소스(66)의 고정(chucking) 전압으로부터 고립시키는 직렬 결합 커패시터(154)에 의해 전극(56)에 RF 바이어스 전압을 공급한다. 회로(14)가 전극(56)에 제공하는 RF 에너지는 유전층(58)을 통해 용량적으로 결합되고, 피처리물(54) 및 피처리물과 플라즈마 사이의 플라즈마 외장을 통해 척(52)과 근접한 플라즈마의 일부에 결합되어 있다. 플라즈마(50)와 결합한 RF 에너지 척(52)은 플라즈마의 DC 바이어스 전압을 만들고; DC 바이어스 전압은 보통 -50에서 -1000 볼트 사이의 값을 갖는다. 회로(14)가 전극(52)에 가하는 RF에너지로부터 발생한 DC 바이어스 전압은 플라즈마(50) 안의 이온을 피처리물(54) 측으로 가속시킨다.
마이크로프로세서(20)는 정합 네트워크(108)의 커패시터들(112와 116)의 제어에 관하여 위에서 설명한 것과 비슷한 방법으로 모터들(148과 150)과 커패시터들(142와 146)의 값을 조종하는 센서(134) 안에 포함된 회로(도시되지 않음)에 의해 유도된 신호에 응답한다. 따라서, 센서(134)에 포함된 회로들은 반사된 전압과 전류 사이의 위상각과 마찬가지로 증폭기(132)의 출력 단자에 되돌아온 케이블(136)의 전류와 전압을 표시하는 신호를 유도한다.
코일 집합체(48)는 동일 평면에 인터리빙된 다중 권선 나선, 코일 중심점(176)에 관하여 대칭적으로 배열되는 비자기 금속(예를 들면 구리)권선체들(172와 174)을 포함하는 코일을 포함하는 것으로 도 2에 참조된다. 권선체들(172와 174)의 최내각 지점들(178와 180)은 각각 중심점(176)으로부터 R0 거리만큼 이격되어 정반대편에 위치한다. 권선체들(172와 174)의 최외각 지점들(182와 184)은 각각 중심점(176)으로부터 R1 거리만큼 이격되어 정반대편에 위치하므로, 지점들(178,180,182와 184)이 중심점(176)을 가로지르는 공통선 상에 놓이게 된다. 각 권선체들(172와 174)은 방정식 r= R0 + aθ(여기서 r은 중심점(176)으로부터 나선상의 어떤 지점까지의 거리이고, "a" 는 나선의 피치와 관련된 상수이며, θ는 특정 나선 주위에서 각 나선의 최내각 지점에서부터 래디안 각으로 0과 12π사이의 값이다.)에 의해 극좌표계로 표현될 수 있는 6개의 권선 고정 피치 아르키메데스 나선이다. "a"는 권선체들(172와 174)을 따라 모든 지점에 대해 동일하기 때문에, (1) 권선체(172)의 인접한 권선들 간의 반지름 거리는 같고(예를 들면, 상수이다), (2) 권선체(174)의 인접한 권선들 간의 반지름 거리는 상수이며, (3)권선체들(172와 174) 사이의 인접한 권선들 사이의 반지름 거리는 권선체(172) 또는 권선체(174)의 인접한 권선들 간의 반지름 거리의 1/2와 같은 상수이다.
권선체들(172와 174) 각각의 길이는 고정 주파수 RF 소스(100)의 파장과 관련되며, 예를 들면 소스 파장의 1/8이상이 되지 않도록 하는 것과 같이, 권선체들(172와 174)의 길이 방향을 따라 실질적으로 권선체들(172와 174) 안에서 선형 RF 전류와 전압 변화를 일으키는 전송선 효과가 없도록 하기 위해 짧은 것이 바람직하다. 결과적으로 권선체들(172와 174) 각각의 등가회로는 분산된 계수 인덕터, 커패시터, 레지스터들로 형성되는 수개의 섹션이라기보다 한 무더기의 인덕터와 레지스터의 직렬 조합체이다. 예를 들면 각 권선체들(172와 174)의 전형적인 길이가 약 π(R0+R1)N1 와 동일한 나선 통로 길이로부터 유래된 약 195인치일지라도 소스(100)의 주파수가 2-4MHz로 상대적으로 낮기 때문에 그러한 결과가 발생한다. (여기서 N은 각 권선체의 권선수이고 각각의 권선체에 대한 R0와 R1은 각각 2인치와 8인치이다.)
코일(170)은 또한 바람직하게는 원형의 비자기 고전도성 금속(예를 들면 구리)RF 단락 권선 또는 도 2의 실시예에서 (1)실질적으로 권선체들(172와 174)과 동일 평면에 있고, (2) 중심점(176)과 같은 축에 있으며, (3) R0 와 같은 반지름을 가지고, (4) 권선체들(172와 174)의 최내각 지점에 저항 성분으로 연결된 고리(186)을 포함한다. 단락 권선(186)(회로 소자로서 생각될 수 있음)은 사실상 무시할 수 있는, 즉 권선체(172와 174)의 실질적으로 같은 RF임피던스들보다 훨씬 작은 RF 임피던스를 가진다. 그러한 결과는 단락 권선을 (1) 그 단면이 권선체(172와 174)의 단면의 외주부와 같거나 큰 외주부를 가지고, (2)그것의 길이가 각각의 권선체들(172와 174)의 실질적으로 같은 길이보다 상당히 짧도록 조절함으로써 얻을 수 있다.
권선(186)은 예를 들면 , 권선체들(172와 174)의 비슷하거나 일치하는 공간 부분인 각각 권선체들(172와 174)의 최내각 지점(178과 180)에 각각 결합하거나 저항성분을 가지고 연결되는 단자들(188과 190)을 포함한다. 같은 길이의 비자성 금속체(예를 들면, 구리) 받침대(192와 194)는 단자들(188과 190)을 단자(122)에 전기적으로 연결시키고, 소스(100)의 RF 출력에 응답하는 정합 네트워크(108)의 접지되지 않은 출력 단자에 번갈아 연결되어 증폭기(102), 케이블(106)과 센서(104)에 의한 정합 네트워크와 결합한 것처럼 된다. 결과적으로 받침대(192와 194)는 같은 순간진폭과 위상을 가지는 RF 전압과 전류를 단자들(188과 190)에 동시에 전달한다. RF 여기 회로로 유도된 RF에 대한 단락 권선의 RF 임피던스는 RF 전압이 언급된 권선체들 각각의 대응하는 각에서 실질적으로 같기 때문이다. 달리 말하면, 순간 단자(188)로부터 각 θa 만큼 떨어진 지점에서 권선체(172)의 RF전압 및 전류는 단자(190)에서 각 θa 만큼 떨어진 지점에서 권선체(174)의 RF 전압 및 전류와 같다. 단락 권선(186)은 방위각 등전위 지역(즉, 등전위 RF 고리)을 형성하고 권선(186)의 내부지역에서 자속유입을 감소시킴으로써, 코일 중앙에 가까운 구조물들, 즉, 권선(186)의 내부에서 아킹(arcing)될 경향을 감소하도록 돕는다.
각 단자(188과 190)가 권선체들(172와 174)에 공급하는 전류들은, 권선체들의 최내각 (178과 180)에서부터 최외각 권선 지점(182와 184)까지 권선체를 통해서 흐른다. 권선체들(172와 174)에서 흐르는 전류에 응답하여, 자기장들은 권선체들의 각 권선을 둘러싸는 지역으로 유입된다. 유입된 자기장은 플라즈마(50)의 여기를 일으키기 위한 챔버(40) 안의 기체와 결합한다. 권선체들(172와 174)의 길이방향을 따라 상대적으로 낮은 전압 변화때문에, 권선체들의 인접한 권선 사이의 전압변화는 중요하지 않고 권선체들부터 챔버(40) 안의 가스와 결합한 상대적으로 낮은 전자장이 있다. 이러한 전자장 성분들은, 부유하거나 접지된 정전(예를 들면, 패러데이(Faraday)) 차폐물이 윈도(46)의 평면과 병렬로 결합하는 것이 충족된다면 보다 잘 제어될 수 있다.
받침대(192와 194)는 같은 진폭과 위상을 가진 RF 전압, 전류를 단자들(188과 190)에 공급하고 사실상 무시할 수 있는 단락 권선(186)의 RF 저항 때문에 단락 권선(186) 내의 영역으로부터 권선체들(172와 174) 안을 흐르는 전류와 생기는 RF 자기장의 실제적인 분리가 있다. 결과적으로, 나선 권선체들의 중앙 안에서 높은 자속(magnetic flux)이 생기는 경향은 처리과정동안 코일 중앙부(176)로 조정된 중앙부에서 극복되어 결과적으로 원형 피처리물(54)상에서 플라즈마 선속이 대체적으로 균일해진다.
권선체들(172와 174)의 최외각 지점들(182와 184)은 각각 결합되어 단자들(196과 198)에 연결된다. 같은 길이의 금속 받침대(200과 202)는 전기적으로 단자들(196과 198)을 단자(124)에 연결하고, 단자(124)는 가변 커패시터(126)의 접지되지 않은 (ungounded) 단자와 접지된(예를 들면 기준 전위) 다른 단자에 차례로 연결된다. 커패시터(126)의 값은 모터(도 1의 127)에 의해 단자들(122와 124)에서 상대적으로 낮은(실질적으로 같도록) 전압을 유지시키고 소스가 작동시키는 부하를 가지고 소스(100)의 주파수를 공명하는 것을 보조하도록 조정된다. (1)받침대들(192,194,200 및 202)은 길이가 같고, (2) 권선체들(172와 174)은 길이가 같으며 (3) 권선체들(172와 174)은 각각에 대해 대칭적이기 때문에 (예를 들면, 권선체들(172와 174)의 중앙부(176)을 통과해 뻗어나가는 어떤 선에 관하여 거울상(mirror image)이다.) 권선체들(172와 174)의 대응되는 지점에서 전류와 전압은 단자들(188과 190)에서의 전압과 전류들의 진폭과 위상과 단지 약간 다른 같은 진폭과 위상을 갖는다. 결과적으로 권선체들(177과 174)의 권선 간에 아킹될 가능성들은 대체적으로 미연에 방지된다.
참조는 코일집합체(48)의 코일의 제 2 실시예의 정면도를 포함하는 도 3에 나와있다. 도 3에서 도시되는 코일(210)은 동일 평면에 인터리빙된 다중권선 나선 비자기 금속 권선체들(212와 214)을 포함하고, 여기서 이 권선체들은 코일 중심부(216)에 관하여 대칭적으로 배치되어 있다. 권선체들(212와 214)의 최내각 지점 각각은 중심점(216)으로부터 거리 R0 만큼 떨어져 있고 정반대된다. 권선체들(212와 214)의 최외각 지점(222와 224)은 중심부(216)로부터 R1 만큼 떨어져 위치하고 정반대되어 있는 지점들(216,218,229,222와 224)은 중심부(216)에서 교차하는 공통선상에 있게 된다. (이전의 실시예에서 도 2와 도 3에 대한 R0 와 R1은 같다.) 코일(210)은 또한 실질적으로 도 2의 짧은 금속 고리과 같은 특성을 가지고 같은 기능을 하는 대체적으로 동일한 짧은 비자기 금속 고리(225)을 포함하고, 권선체들(212와 214)의 최내각 지점들(222와 224)에 저항성분을 가지고 연결된다.
권선체들(212와 214) 각각은 두 인접한 내부와 외부를 포함하며, 이들 각각은 다중권선 상수 피치 아르키메데스 나선이다. 권선체(212)의 내부는 두 권선(226과 228)을 포함하며, 권선체(214)의 내부는 두 권선(230과 232)을 포함한다. 권선체(212)의 외부는 네 개의 권선들(234,236,238 및 240)을 포함하며, 권선체(214)의 외부는 4개의 권선들(242,244,246,248 및 250)을 포함한다.
각 권선체들(212와 214)의 나선들은 실질적으로 극좌표계에서 방정식 r=R0+bθ(θ는 0이상 4π래디안 이하의 래디안각이다)와 방정식 r=R0 + cθ(θ는 4π래디안 이상 12π래디안 이하의 래디안 각이다.)로 표현되고; 여기서 r은 중심부(216)로부터 양 나선상의 어느 지점까지의 거리이며, "b"는 각 권선체들(212와 214) 내부 나선의 피치와 관련된 상수이며, 즉, θ=0에서 4π보다 작은 값일 때, "c"는 각 권선체들(212와 214)의 외부 나선의 피치와 관련된 상수이며, 다시 말해, θ=4π에서 12π보다 작은 값일 때, θ는 특정 나선을 에워싸는 각 나선의 최내각 지점으로부터의 래디안각이고; 권선체들(212와 214)의 6개의 나선들 각각과 0≤θ≥12π 래디안에 대한 것이다. 권선들(226-232)의 피치가 권선(234-250)의 피치보다 크기 때문에 b 값은 c값보다 크다. 결과적으로, 인접한 권선(226-232) 사이의 반지름거리는 같고, 인접한 권선들(234-250) 사이의 같은 반지름 공간보다 크다.
권선체들 내부와 외부 사이의 변환이 발생하는 영역에서, 예를 들면 θ는 4π보다 약간 작거나 약간 클 때, θ=4π에서 인접한 권선부의 기울기가 같기 위해 권선체들(212와 214)의 모양은 방정식에 의해 주어지는 대체적인 아르키메데스 나선 관계로부터 벗어난다. 결과적으로, 엉킴(kinks)없이 권선(228)부터 권선(234)까지 또한 권선(230)부터 권선(242)까지 엉킴없이 완만한 변환이 있다. 완만한 변환은 권선체들의 권선 사이의 아킹 가능성을 감소시키는 것을 돕는다.
각 권선체들(212와 214)의 길이는 바람직하게는 일정한 주파수 RF 소스(100)의 파장에 비해 짧은데, 예를 들면 소스 파장의 1/8 이상이 되지 않도록 하여 권선체들(212와 214) 안에서 권선체들(212와 214)의 길이를 따라 상당하게 선형 전류와 전압 변화를 야기시키는 많은 전송선 효과가 없도록 하기 위함이다. 그러한 결과는 비록 각각의 권선체들(172와 174)의 전형적인 R0 와 R1 값이 각각 2인치와 8인치라 하더라도 소스(100)의 주파수가 예를 들면, 2-4MHz와 같이 실질적으로 낮기 때문에 일어난다.
권선들(226-232)의 인접쌍들은 권선들(234-250)의 인접쌍 간의 공간보다 더 큰 양만큼 떨어져 분포하고 권선체들(212와 214) 안에 흐르는 순간전류는 권선체들을 통해 실질적으로 같기 때문에 챔버(40)의 중간부와 외주부와 결합한 권선들(234-250)의 자속밀도는 챔버의 내부와 결합한 권선들(226-232)의 자속밀도보다 크다. 그러므로, 권선체들(212와 214)의 권선체들 내부와 외부의 다른 피치들은 챔버(40)의 중앙에서 자속밀도와 플라즈마 밀도가 챔버(40) 중간부와 외측부에서의 자속밀도와 플라즈마 밀도를 능가하는 경향을 극복하도록 도와준다. 다른 피치들과 짧은 고리(225)의 조합체는 이러한 목적에 매우 효과적이다.
권선체(212)의 최내각과 최외각 지점들(218과 222)은 단자들(252와 254)에 일치하고 각각 저항성분으로 연결되어 있는 반면 권선체(212)의 최내각과 최외각 지점들(220과 224)은 단자들(256과 258)에 부합하고 저항성분으로 연결된다. 단자들(252와 256)은 각각 단자(124)에 공통 접속을 가진 같은 길이의 받침대들(200과 202)에 연결되며, 교대로 가변 커패시터(126) 또는 직접적인 연결을 통하여 접지에 연결된다. 단자들(254와 258)은 각각 정합 네트워크(108)의 접지되지 않은 출력에서 단자(122)에 공통의 연결을 가진 같은 길이의 받침대들(200과 202)에 연결된다.
지금 참조는 도 3의 코일(210)을 포함하는 코일 집합체(28)의 투시도인 도 4에 나와있다. 실질적으로 코일집합체(48)는 암들(261-264)을 포함하는 평면이고 수평으로 확장되며 전기적으로 절연되고 비자성체인(예를 들면 렉산(lexan))지지 구조물(260)을 포함한다. 암들(261-264)은 각각에 대해 오른쪽 각으로 연장되고 권선들의 바닥부분의 가장자리가 윈도우(46)의 윗면에서 약간 위에 있도록 하기 위해 권선들을 제자리에 고정하는 아래방향으로 매달린 고정된 막대기들(266)을 포함한다. 지지 구조물(260)의 암들(261-264)은 지지구조물의 중심에 대해 대칭적으로 배열되어 있고, 이는 코일(210)의 중심점(216)에 수직으로 맞추어져 있다. 받침대들(268)은 암들(261-264)의 바깥 끝으로부터 아랫방향으로 매달려있고 코일 집합체(48)에 안정된 지지를 제공하는 챔버(40)의 벽(43)에 부착된 수평으로 뻗은 테투리에 대해 무게를 지탱하는 발(270)을 포함한다.
지지구조물(260)의 내부는 받침대들(192와 194)을 수용하며, 이는 지지구조물에 기계적으로 연결되고 (1)전기적으로 및 기계적으로 단자들(252와 262)에 연결되어 지지구조물을 통해 아랫방향으로 연장되고, (2) 지지구조물로부터 윗방향으로 연장하는 같은 길이의 비자성 금속 (예를 들면 구리) 기둥으로 형성된다. 받침대들(192와 194)을 형성하는 기둥들은 지지 구조물의 중앙으로부터 같은 거리로 떨어져 있으며 암들(262와 264)과 일렬로 정렬된다.
실질적으로 수평으로 연장하는 평면 비자성 금속 이어(ear)(272)는 받침대들(192와 194)을 함께 형성하는 기둥들의 상단부를 전기적으로 및 자기적으로 연결한다. 이어(272)는 암(263)의 끝부분을 향하고 지지 구조물(260)의 중앙부로부터 떨어져 연장하는 중앙부를 가지며, 커패시터(126)의 접지되지 않은 단자가 연결된 단자(124)을 형성하는 아랫방향으로 매달린 탭(274)을 포함한다. 받침대(192와 194)를 형성하는 이어(272)와 기둥들은 받침대(192)를 형성하는 이어와 단자들(124와 252) 사이의 거리가 받침대(194)를 형성하는 이어와 기둥을 통해 단자들(124와 252) 사이의 거리와 같도록 설계된다. 이 설계는 단자들(252와 256)에서 전압과 전류들이 동시에 같은 순시값과 위상을 가질 수 있도록 보조한다.
암들(262와 264)의 외부는 받침대들(200과 202)를 수용하고,이는 기계적으로 지지구조물(260)에 연결되고 (1) 단자들(254와 258)에 연결된 암들을 통해 아래방향으로 연장되고 (2)암들로부터는 위로 연장하는 같은 길이의 금속 기둥들로서 형성된다. 받침대들(200과 202)을 형성하는 기둥들은 지지구조물의 중심부로부터 같은 거리에 위치하며, 받침대들(192와 194)을 형성하는 기둥과 각각에 대해 일렬로 배열된다.
비자성 금속(예를 들면 구리) 다리(276)는 기계적 및 전기적으로 받침대들(200과 202)을 형성하는 기둥들의 상단부에 함께 연결된다. 다리(276)는 두개의 외부(278과 280), 두개의 위로 기울기진 부분들(282)과 중심에서 수평으로 연장하는 부분(284)을 포함하여 부분들(278-284)은 챔버의 수직축에 대해 대칭이다. 다리 부분들(278과 280)의 바깥 끝부분은 각각 받침대들(200과 202)를 형성하는 기둥들의 상부 끝부분에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 단자(122)를 형성하는 탭(286)은 다리(276)의 수평으로 연장하는 부분(284)의 가운데로부터 윗방향으로 연장된다. 받침대들(200과 202)을 형성하는 다리(276)와 기둥은 받침대(200)를 형성하는 다리와 기둥을 통해 단자들(122와 254) 사이의 거리가 받침대(202)를 형성하는 다리와 기둥을 해 단자들(122와 258) 사이의 거리와 같도록 설계된다. 이 구조는 단자들(254와 258)에서 전압과 전류가 동시에 같은 순시값과 위상을 갖도록 보조한다.
받침대들(192와 194)을 형성하는 기둥들은 이어(272)가 다리(276)의 어느 부분보다 코일(210)의 최상부 가장자리를 형성하는 평면과 가까운 평면에 놓이도록 받침대들(200과 202)를 형성하는 기둥들보다 상당히 짧다. 결과적으로, 탭들이 일반적으로 지지 구조물(260)의 중앙부에 일렬로 배열되더라도 탭들(274와 286)과 단자들(122와 124) 사이에는 실질적인 분리가 있다. 앞서 말한 탭들(274와 286)의 위치는 단자들(122와 124)에서 전압과 전류의 교차 결합을 방지하도록 보조한다. 받침대들(192,194,200과 202)을 형성하는 기둥들은 수직으로 연장하기 때문에, 즉 코일(210) 안에서 전류 흐름의 수평방향에 대해 오른쪽 각도에서 기둥 안을 흐르는 전류에서 발생한 자속들은 실질적으로 코일안에서 흐르는 전류에서 발생된 자속들과 분리된다.
지지구조물(260)과 도 4에 도시된 것처럼 받침대들(192,194,200과 202)을 형성하는 기둥들 또는 도 4에 도시된 것들과 매우 유사한 구조물들과 같이 관련 구조물들은 바람직하게는 도 2와 도 5-9의 실시예 각각에서 기술된 코일과 연결되며, 도 4에 도시된 구조물들은 도 3의 코일(21)로 제한되지 않는다.
도 3의 코일(210)의 변형물인 코일(290)의 배면도가 도 5에 참조된다. 코일(290)은 코일(210)처럼 모든 같은 부분들을 포함하기 때문에 같은 참고 인용 숫자들은 두개의 코일의 도면과 설명에 함께 사용된다.
코일(290)은 중심부와 외주부의 비자성 금속의 단락 권선 도는 고리(292와 294)(이는 회로 소자로 생각될 수 있음)를 포함하기 때문에 코일(210)과 다르다. 단락 권선(292)은 단락 권선(292) 내에서 코일에 의해 챔버(40)의 부분과 결합한 RF 자기장이 실질적으로 단락 권선(292)의 바깥부분에서 챔버(40)부분에 결합한 RF 자기장과 절연되도록 하기 위해 코일(290)의 잔여부에 전기저항으로 연결된다. 단락 권선(294)은 코일에 의해 챔버(40)과 결합한 RF 자기장이 차폐물(43)의 차폐효과를 증가시키기 위해 챔버(40)의 외주부를 넘어선 영역으로부터 대부분 분리되도록 위치하고 설계되고 코일(290)의 잔여부에 연결된다.
권선들(292와 294)은 안정된 자기장 분리 효과를 제공하기 위해 코일(290)의 잔여물 밑의 가장자리와 유전성 윈도(46)의 상부면 사이에 위치한다. 한 배열에서, 권선들(292와 294)은 코일(290)의 잔여물과 윈도(46) 사이에서 실질적으로 수평인 평면 안에 위치한다. 이 경우, 단락 권선들(292와 294)은 (1) 한쌍의 수직으로 연장한 비자성 금속 기둥(post)(도시되지 않음)에 의해 코일(290)의 잔여물에 저항성분으로 연결되고 (2) 수직으로 연장한 전기 절연 기둥들(도시되지 않음)에 의한 것과 마찬가지로 금속기둥들에 의해 코일(290)의 잔여물에 기계적으로 연결되고; 이러한 금속과 절연기둥들은 길이가 같다.
대체적으로, 단락 권선들(292와 294)은 코일의 나선 권선체들의 바닥면위에 정반대로 반대되는 위치에 금속으로 부착된(예를 들면 납땜)단락 권선들의 상부면에 의해 한쌍의 코일(290)의 잔여물에 저항성분으로 연결된다. 이러한 경우 전기적으로 연결된 부분에서 단락 권선들(292와 294)과 코일(290)의 나선 권선체들(212와 214) 사이에 완만한 변형이 있다. 완만한 변형을 얻기 위해서 단락 권선들(292와 294)과 수평으로 연장하는 평면 나선 권선체들(212와 214) 사이에 다른 길이의 수직으로 연장하는 절연 기둥들(도시되지 않음)을 사용함으로써 얻어지는 결과인 수직방향으로 다른 공간들이 있다.
실질적으로 수평면안에 권선들(292와 294)을 위치시키는 것은 기계적인 단순성의 장점이 있다. 권선들(292와 294)은 (1) 코일이 플라즈마(50)와 결합시키는 자기장의 방위각과 (2)플라즈마 밀도의 방위각 비대칭을 피하기 위해, 윈도(46)의 평면에 평행하거나 평면 안에 있는 것이 바람직하다.
단락 권선(292)은 코일(290)이 중심점(216)과 일치하는 중심을 가지는 원형 고리의 형상이다. 도 5에서 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 코일(290)과 권선(292) 내부의 확대 배면도는 각각 원형의 단락 권선이 권선체들(212와 214)의 나선형 권선들(228과 232)와 겹치도록 하는 반경을 가진다.
단락 권선(292)은 순시전압과 전류의 크기와 위상이 같은 나선 권선들(228과 232) 상의 지점들(296과 298)에서 나선 권선들(228과 232)(이미 언급한대로)에 저항성분으로 연결되는데, 그 지점은 코일(290)의 권선체들(212와 214)의 유사 공간 세그먼트에 있다. 도 5와 6에 도시된 특수한 코일(290)에서, 나선권선(228)에 대한 단락 권선(292)의 연결지점(296)은 권선체(212)의 최내각 지점(218)으로부터 각 7/2π 래디안에 있으며, 반면에 나선권선(232)에 대해 단락 권선(292)의 연결지점(298)은 권선체(214)의 최내각 지점으로부터 각 7/2π 래디안에 있다.
단락 권선(292)은 사실상 무시할 수 있는 RF 임피던스를 가지는데, 즉, RF임피던스는 바람직하게는 권선체들(212와 214)의 단면적의 원주와 같거나 큰 원주를 가지며 각 권선체들(212와 214)의 실질적으로 같은 길이보다 상당히 짧은 길이를 가진 단락 권선때문에 권선체들(212와 214)의 실제 같은 RF 임비던스보다 상당히 작다. 지점들(296과 298)에서 저항연결은 동시에 같은 순간진폭과 위상을 가지는 전압과 전류를 지점들(296과 298)과 단락 권선(292)의 사실상 무시할 수 있는 RF 임피던스에 대해 제공하기 때문에 단락 권선(292) 안의 영역으로부터 단락 권선 외부의 영역 기타등등으로 권선체들(212와 214) 안에서 흐르는 RF 전류로부터 발생된 RF 자기장의 실제적인 분리가 있다. 결과적으로, 나선 권선체들(212와 214)의 중심안에서 높은 자속이 생기는 경향은 원형의 피처리물(54)위에 실질적으로 균일한 플라즈마 플럭스를 제공하는 것을 더욱 보조하기 위해 보다 감소된다. 단락 권선(292)과 유사한 중간부의 단락 권선은 원하는 바대로 코일의 다른 영역부터 챔버(40)의 내부까지 자기 결합을 맞추기 위해 어느 원하고 적절한 위치에 놓일 수 있다.
단락 권선(294)은 중심부로부터 권선체들(212와 214)의 최외각 지점들(222와 224)의 거리를 약간 초과하는 반경과 코일(290)의 중심부(216)와 일치하는 중심을 가지고 있는 원형 고리의 모양이다. 단락 권선(294)의 정반대 지점은 권선체들(212와 214)에 의해 권선(294)의 연결지점에 공급되는 전압과 전류들이 동시에 순간 진폭과 위상을 가지도록 하기 위해 전기적으로 정반대로 되는 최외각 지점들(222와 224)에 (다시 말하면, 코일(290)의 권선체들(212와 214)의 유사한 공간 세그먼트에) 연결된다. 또한 권선체들(212와 214)의 단면적 외주부와 같거나 큰 원주를 가지는 단면적과 권선체들(212와 214) 각각의 길이보다 상당히 짧은 길이를 가지는 단락 권선에 의해, 단락 권선(294)은 사실상 무시할 수 있는 RF 임피던스를 가진다. 지점들(222와 224)에서의 연결들은 동시에 같은 순간진폭과 위상을 갖는 RF 전압과 전류를 지점들(222와 224)과 단락 권선(294)의 사실상 무시할 수 있는 RF 임피던스에 제공하기 때문에 단락 권선(294)의 외부영역으로부터 권선체들(212와 214) 안에서 흐르는 전류를 발생하는 RF 자기장의 실제적인 분리가 있다.
코일(290)은 세개의 단락 권선들(225,292와 294)을 포함하는 것으로 도시된 반면, 어떤 상황에서 특수한 코일 안에 단지 하나 또는 둘 혹은 셋 이상의 단락 권선들을 사용하는 것이 바람직할 수도 있음을 알고 있다. 덧붙여, 어떤 상황 하에서, 단락 권선 혹은 원형과 다른 형태를 가지는 권선에 대해 바람직할 수 있는데, 예를 들면 타원형 단락 권선을 사용하거나 같은 순간 진폭과 위상에서 동시에 전압과 전류를 가지는 코일의 다른 권선체들 상의 지점에 선택적으로 연결된 직사각형, 정사각형 또는 어떤 임의적인 형태의 단락 권선을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2의 코일(170)은 바람직하게는 커패시터들(300과 302)과 같이 같은 값을 가지는 회로 소자들을 포함시키기 위해 변형되어 도 7에 참조된다. 커패시터들(300과 302)은 거기서부터 길이방향을 통해 같은 피치와 함께 권선(172와 174)을 가지는 코일(170)이 다른 피치와 함께 권선들(212와 214)을 가지는 코일(210)에 의한 챔버(10)과 연결된 자기장과 유사한 챔버(40)의 자기장에 코일(170)을 연결할 수 있게 한다. 일반적으로, 커패시터들(300과 302)에 대응되는 전극들은 대칭적인 장들이 도 7의 코일부터 플라즈마(50)까지 연결되는 것을 가능하게 하기 위해 권선들(172와 174)위의 대응되는 등전위지점에 연결된다. 도 7의 특별한 구성에서, 커패시터(300)의 한 전극은 나선 권선체(172)의 시작부에서, 즉, θ=0 래디안에서 지점(304)에 연결되는 반면에 커패시터(300)의 한 전극은 나선 권선체(172)의 시작부에서, 다시 말하면 θ=0 래디안에서 지점(304)에 연결되며, 커패시터(302)의 한 전극은 나선 권선체(174)의 시작부에서, 다시 말하면 θ=0 래디안에서 지점(306)에 연결된다. 지점들(304와 306)은 정반대방향으로 코일(107)의 중심점(176)에 대해 각각 반대된다. 커패시터(300)의 제 2 전극은 권선체(172)의 제 2 권선의 시작부 즉 θ=2π 래디안에서 지점(308)에 연결되는 반면에 커패시터(302)의 제 2 전극은 권선체(174)의 제 2 권선의 시작부 즉, θ=2π 래디안에서, 지점(310)에 연결된다. 지점들(308과 310)은 코일의 중심점(176)에 대하여 각각 정반대방향이다. (1) 커패시터들(300과 302)의 제 2 전극들은 각자 권선체들(172와 174) 상의 대응되는 지점에 연결될 수 있고, (2) 커패시터들(300과 302)의 제 1 전극들은 θ=0 이 아닌 지점에서 권선체들(172와 174)에 연결될 수 있으며, (3) 커패시터들의 전극들은 만약 비대칭 장들이 코일부터 플라즈마(50)까지 바람직하게 연결된다면 예를 들어 그러한 장들은 피처리물(54)위에서 보다 균일한 플라즈마 플럭스를 제공하는 것을 보조할 것이기 때문에 권선체들(172와 174)위에 대응되는 지점들에 연결될 필요가 없다는 것은 물론이다.
커패시터들(300과 302)은 권선체들(172와 174) 각각의 제 1 권선을 통해 흐르고 권선체들의 남아있는 권선들에 전류를 연결시키는 약간의 전류를 분로시킨다. 권선체들의 제 1 권선들의 같은 임피던스들과 커패시터들의 같은 값과 마찬가지로 코일 중심부(176)와 관련된 커패시터들(300과 302)의 전극들은 권선체들(172와 174)의 제 1 권선 안에서 거의 같은 양의 전류를 흐르게 한다. 결과적으로, 권선체들(172와 174)의 제 1 권선은 챔버(40)에 실질적으로 같은 양의 자속을 연결한다. 커패시터(300)와 권선체(172)의 남아있는 권선들을 연결한 전류의 총합은 실질적으로 커패시터(302)와 권선체(174)가 권선체(174)의 남아있는 권선에 공급하는 전류의 총합과 실질적으로 같다. 커패시터들(300과 302)의 제 2 전극이 권선체들(172와 174)의 제 2 권선들의 시작부와 권선체들의 남아있는 권선의 동일한 임피던스에 대칭적으로 연결되기 때문에 같은 양의 전류가 권선체들(172와 174)의 남아있는 권선안에서 흐른다. 결과적으로 도 3의 코일에 의해 제공된 것과 유사한 자속 패권선을 제공하기 위해 도 7의 코일에서 챔버(40)에 각 권선체들(172와 174)의 제 1권선에 의해 결합한 자속은 도 2의 코일에 의한 권선체들(172와 174) 각각의 제 1권선에 의해 결합된 자속에 비해 감소한다.
도 2의 코일과 유사한 코일(171)의 평면도가 도 8에 참조된다. 도 8의 코일은 중심점(176)과 축이 같은 중앙의 원형고리 모양 비자성의 짧은 금속 권선(173)을 포함하고 코일(171)의 잔여부에 단지 리액턴스 성분을 가지고 결합되며, 즉, 단락 권선(173)과 양 권선체들(172와 174) 사이에 저항 연결이 없다. 권선(173)은 중심점(176)으로부터 권선체들(173과 174) 상에서 최내각 지점들(177과 179)의 공간보다 작은 외부 직경을 가진다. 단자들(189와 191)과 지점들(177과 179)과 일치하고 각각 받침대들(192와 194)을 지점들(177과 179)에 연결한다. 단락 권선(173)은 단락 권선(186)과 마찬가지로 동일한 절연 또는 분리 기능을 수행하지만, 권선체들(172와 174) 안에서 동일하지 않은 전류 흐름을 가능하게 하지 않는다. 도 9와 마찬가지로 도 3과 도 5-7안에 도시된 저항성분으로 연결된 단락 권선들은 코일의 잔여부와 단지 리액턴스 성분을 가지고 연결되는 단락 권선들에 의해 대체될 수 있다. 효과적인 자속 배제 정도는 (1) 윈도우, (2) 코일의 잔여부와 (3)플라즈마에 대한 단락 권선의 근접성에 달려있다. 단락 권선은 (1) 윈도와 가까운 코일 아래 또는 (2) 코일 위에 또는 (3) 코일 평면안에 코일의 일부분부터 플라즈마의 다른 영역까지 요구되는 장의 절연 정도에 의존하면서 배치될 수 있다.
코일 집합체(48)의 코일의 다른 실시예가 코일(320)의 평면도를 포함하는 도 9에 참조된다. 코일(320)은 동일 평면의 인터리빙된 다중-권선 나선형 비자성 금속 권선체들(322와 324)을 포함하며, 이들은 코일 중심점(176)에 대해 대칭적으로 배열된다. 권선체들(322와 324)의 최내각 지점들(178과 180)은 각자 중심점(176)으로부터 거리 R0만큼 정반대방향으로 위치한다. 권선체들(322와 324)의 최외각 지점들(182와 184)은, 지점들(176,178,180,182와 184)이 중심점(176)과 교차하는 공통 라인에 놓이도록 하기 위해 각각 중심점(176)으로부터 거리 R1만큼 떨어져 정반대방향으로 위치한다. (이전의 실시예에서, 도 2,3과 9에 대한 R0와 R1은 동일하다) 코일(320)은 또한 도 2의 짧은 금속고리(186)과 실제적으로 같은, 같은 특성을 가지고 같은 기능을 수행하는 저항성분을 가지고 연결된 비자성 금속의 짧은 고리(186)를 포함한다.
각 권선체들(322와 324)은 두개의 인접한 내부와 외부 세그먼트를 포함하며 각각의 세그먼트들은 피치 아르키메데스 나선이다. 권선체(322)의 내부는 네개의 권선들(331-334)을 포함하고 권선체(324)의 내부는 네개의 권선들(341-344)을 포함한다. 권선체(322)의 외부는 두 개의 권선들(335와 336)을 포함하고, 권선체(324)의 외부는 두개의 권선들(345와 346)을 포함한다.
각 권선체들(322와 324)의 나선들은 극좌표계에서 실질적으로 θ가 0과 8π래디안 사이의 어떤 각에 대해 방정식 r=R0+dθ로 표현되고 θ가 8π 이상과 12π 사이의 어떤 각에 대해 r=R0+eθ로 표현되며, 여기서 r은 중심점(216)으로부터 나선상의 어떤 지점까지의 거리이고, "d"는 각각의 권선체들(322와 324)의 즉, θ=0부터 8π 래디안 이하의 어떤 각을 가지는 내부 세그먼트 안에서의 나선 피치와 관련되는 상수이고, "e"는 각각의 권선체들(322와 324)의 즉, θ가 8π부터 12π 래디안까지의 어떤 값을 가지는 외부 세그먼트 안에서의 나선 피치와 관계되는 상수이며, θ는 특별한 나선을 에워싸는 각 권선의 최내각 지점으로부터의 래디안 각이고; 권선체들(322와 324)의 6개 권선 나선들 각각에 대한 것이로 0≤θ≤12π래디안 이다. 권선들(331-334과 341-344)의 피치는 권선들(335,336,345와 346)의 피치보다 크기 때문에 e값은 d값을 초과한다. 결과적으로 인접한 권선들(335,336,345,346) 사이의 반지름 거리는 인접한 권선들(331-334와 341-344) 사이의 같은 반지름 간격과 같거나 크다.
권선체들의 내부와 외부 사이에서 변형이 일어나는 영역, 즉 θ는 8π보다 약간 크거나 작은 영역에서 권선체들(322와 324)의 모양들은 인접한 나선부분의 기울기가 같기 위해 방정식에 의해 주어진 실질적인 아르키메디스 나선 관계에서 벗어난다. 결과적으로, 권선(334)에서 권선(335)까지와 권선(344)에서 권선(345)까지 엉킴없이 완만한 변형이 있다. 완만한 변형은 플라즈마와 결합하는 균일한 자속을 제공하는 것을 도와주고 권선체들의 권선 사이에서 아킹이 발생할 가능성을 감소시킨다.
권선체들(322와 324) 각각의 길이는 실질적으로 권선체들(322와 324)의 길이방향을 따라 선형 전류와 전압변화를 야기하는 권선체들(322와 324) 안에서의 실질적인 전송선 효과가 없도록 하기 위해 예를 들면 단지 소스 파장의 1/8일 정도로 고정 주파수 RF 소스(100)의 파장에 비해 짧다. 이러한 결과는 소스(100)가 코일에 제공하는 파장이 권선체들(322와 324)의 각각의 길이에 비해 상대적으로 길기 때문에 일어난다. 예를 들면, 소스(100)의 주파수는 2-4MHz 영역 안에 있고(그래서 소스가 약 100미터의 자유 거리 파장을 가진다) 권선체들(172와 174) 각각의 길이는 대략 5미터이다.
권선들(335,336,345와 346)의 인접한 쌍들은 각각 권선들(331-334와 341-344)의 인접한 쌍들 사이의 거리보다 각각 훨씬 많이 떨어져 있고, 권선체들(332와 324) 안을 흐르는 순간 전류는 실질적으로 권선체들을 통해 같으며, 권선들(331-334와 341-344)이 챔버(40)의 내부와 중간부에 결합시키는 자속밀도는 권선들(335,336,345와 346)이 결합시키는 자속 밀도보다 크다. 그러므로, 권선체들(322와 324)의 내부와 외부의 다른 피치들은 챔버(40)의 중심과 중간부에서 자속밀도와 플라즈마 밀도가 챔버(40) 외부의 자속밀도와 플라즈마 밀도보다 작게 되는 경향을 극복하도록 돕는다.
권선체(322)의 최내각 지점과 최외각 지점들(178과 182)은 일치하고, 각자 단자들(188과 196)에 전기적으로 연결되는 반면, 권선체(324)의 최내각 지점과 최외각 지점들(180과 184)은 일치하고 단자들(190과 198)에 전기적으로 연결된다. 단자들(188과 190)은 각자 정합 네트워크(108)의 접지되지 않은 출력에서 가변 커패시터(126)에 의해 접지에 연결되는 단자(122)에 공통 연결선을 가지는 같은 길이의 받침대(192와 194)에 각자 연결된다. 단자들(196과 198)은 각자 단자(122)에 공통 연결선을 가지는 같은 길이의 받침대(200과 202)에 연결된다.
몇 가지 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 이들 특정 실시예의 구체적인 변형이, 첨부된 청구범위에 규정된 것과 같은 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않음은 물론이다. 예를 들면 단락 권선은 오직 한개의 권선을 가지는 코일들 안에서 사용될 수 있다. 또한 권선들의 수는 필요에 따라 증가하거나 감소할 수 있으며 예를 들면 단락 권선(186)에 대한 저항 연결지점이 도 2,3,5-7과 9에 도시된연결지점에 대해 오른쪽 각에 있을 수 있는 것처럼 저항 연결지점들이 실질적으로 각각 정반대 방향에 위치하는 한 복수의 병렬 권선체들을 가지는 코일의 최내각 지점에서 단락 권선들에 대한 저항 연결 지점은 특정하게 도시된 것들과 다를 수 있다. 또한 정합 네트워크 고전압 RF 출력단자가 코일의 최외각 지점에 연결될 것인지 또는 최내각 지점에 연결될 것인지는 중요하지 않다. 또한, 코일은 다른 RF c출력단자에 연결될 수 있는 2개 이상의 여기 단자를 포함할 수 있하다. 예를 들면, 제 1 정합 네트워크의 제 1 RF 출력단자는 도 3의 내부고리(225)의 단자들(252와 256)에 병렬로 연결될 수 있고, 제 1 정합 네트워크의 제 2 출력 단자는 기둥들(296과 298)에 평행하게 연결될 수 있으며, 제 2 정합 네트워크의 제 2 출력 단자는 단자들(254와 258)에 평행하게 연결될 수 있다. 그러므로 청구항들 안의 용어 "제 1 및 제 2 여기 단자들" 은 단지 코일이 적어도 2개의 여기 단자들을 가지는 것을 의미하며, 코일이 오직 2개의 여기 단자들을 가지는 것으로 한정하지 않는다. 접지된 RF 출력 단자를 가지는 하나의 정합 네트워크는 커패시터(120)가 사용되지 않는 경우에 반대편 코일 여기 단자들에 푸시풀(PUSH-PULL) 방식의 출력 단자들을 가지는 정합 네트워크로 대체될 수 있음은 당연하다. 또한 얽혀있는 나선형 권선체들의 수는 2보다 클 것이고, 코일 중심부로부터 반경 R1인 지점에서 권선체들의 내부 단자들은 바람직하게 각각 2π/N으로 떨어져 있고, 반경 R2에서 권선체들의 외부 단자들은 바람직하게 서로 2π/N으로 떨어져 있으며, 여기서 N은 코일 안에서 권선체들의 수이다. 만약 코일이 커패시터들(300과 302)이 사용되는 것처럼 2개 이상의 권선체들과 임피던스 소자들을 가진다면, 그러한 임피던스 소자들의 수는 대응하여 증가한다. 커패시터들(300과 302) 같이 다중 임피던스 소자들은 각 권선체들의 각각 다른 부분에서 흐르는 전류를 제어하기 위해 각각의 권선체들의 다른 부분에 분로로 결합된다. 다중 임피던스 소자들은 다른 전류들이 다른 권선체들이 플라즈마의 다른 영역에 연결하는 장의 세기를 제어하기 위해 다른 권선체 부분안에서 흐르도록 한다. 권선체 각각에 연결되는 다중 임피던스 소자들의 값은 바람직하게 선택되고/선택되거나 컴퓨터는 코일의 임피던스가 마치 알려진 센서의 출력신호에 응답하여 코일 여기 단자들을 조사하거나 탐지한 것처럼 임피던스 소자의 모두 다른 공간 배열에 대해서도 대략 같게 남아있도록 하기 위해 제어된다. 발명의 많은 원리들은 (1) 가변 주파수 RF 소스에 적용되고, RF 와 정합 네트워크(예를 들면 튜닝 성분)는 RF 소스사이에서 긴 케이블에 대한 요구를 피하기 위해 프로세서 챔버와 각자에 직접적으로 근접한 곳에 위치할 수 있으며, (2) 50+j0 출력 임피던스에 기반하지 않은 환경에도 적용될 수 있음은 물론이다.
48 : 코일 집합체 108 : 정합 네트워크
126 : 가변 캐패시터 170 : 코일
172, 174 : 권선 196 : 코일 중심점
186, 292, 294 : 단락 권선

Claims (55)

  1. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 여기 단자들;
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자들에 연결된 하나 이상의 권선체; 및
    상기 하나 이상의 권선체에 연결된 단락 권선 (shorting turn) 을 포함하고,
    상기 하나 이상의 권선체는 상기 코일의 내부와 외주부 사이에서 일반적으로 반경 방향 및 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 1 여기 단자에 직접적으로 연결된 최내각부를 가지며,
    상기 단락 권선은 상기 코일의 상기 최내각부에 연결된, 플라즈마 처리기용 코일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 권선체는 상기 코일의 내부와 외주부 사이에서 일반적으로 반경 방향 및 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 2 여기 단자는 상기 코일의 외부에 있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 RF 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 병렬로 연결되도록 배열된 복수의 다중-권선 권선체들을 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다중-권선 권선체들은 인터리빙 (interleave) 된 나선형들인, 플라즈마 처리기용 코일.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 RF 여기 회로에 의해 유도된 RF 용 상기 단락 권선의 RF 임피던스는, 상기 권선체들 각각의 대응되는 각들에서 RF 전압이 실질적으로 동일하도록 되어있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 권선체들 각각의 인접한 권선들 사이의 간격이 다른, 플라즈마 처리기용 코일.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코일의 외주부에서의 상기 권선체들의 부분들의 인접한 권선들 사이의 간격은, 상기 코일의 내부에서의 상기 권선체들의 부분들의 인접한 권선들 사이의 간격과는 다른, 플라즈마 처리기용 코일.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 권선체들 각각의 인접한 권선들 사이의 상기 간격은 상기 내부에서 보다 상기 외주부에서 더 작은, 플라즈마 처리기용 코일.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 권선체들 각각의 인접한 권선들 사이의 상기 간격은 상기 내부에서 보다 상기 외부에서 더 큰, 플라즈마 처리기용 코일.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 권선체들 상의 상이한 지점에 연결된 반대편 끝을 갖는 개별 회로 소자를 더 포함하고,
    상기 개별 회로 소자는, (a) 하나의 유형이고, (b) 하나의 값을 가지며, (c) 상기 동일한 권선의 상이한 부분에서 흐르는 전류가 다르게 하기 위한 연결들을 가지는, 플라즈마 처리기용 코일.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회로 소자들의 각각은, 상기 권선체 상의 대응되는 등전위 지점들 사이에서 저항성분을 가지고 연결된 캐패시터를 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 단락 권선 및 상기 코일 권선체들의 상기 최내각부는 상기 코일의 중심 지점으로부터 반경 방향으로 떨어진, 플라즈마 처리기용 코일.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 권선은 상기 하나 이상의 권선체에 저항성분을 가지고 연결된, 플라즈마 처리기용 코일.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 RF 여기 회로의 상기 단자들에 병렬로 연결되도록 배열된 복수의 다중-권선 권선체들을 포함하고,
    상기 권선체들 각각은 상기 코일의 상기 최내각부와 상기 외주부 사이에서 일반적으로 반경 방향 및 원주 방향으로 연장되며,
    상기 단락 권선은 상기 권선체들 각각의 유사 공간 세그먼트들에 저항성분을 가지고 연결된, 플라즈마 처리기용 코일.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단락 권선 및 상기 코일 권선체들의 상기 최내각부는 상기 코일의 중심 지점으로부터 반경 방향으로 떨어진, 플라즈마 처리기용 코일.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상이한 권선체들의 상기 최내각부는, 서로 이격되고 상기 코일의 상기 중심으로부터 이격된 여기 단자들을 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 권선은 상기 코일의 다른 부분들과 단지 리액턴스 성분을 가지고 결합되는, 플라즈마 처리기용 코일.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 RF 여기 회로 및 플라즈마로 피처리물을 처리하기 위해 배치된 진공 챔버를 포함하는 플라즈마 처리기와 결합되어 있고,
    상기 진공 챔버는 윈도우를 포함하고,
    상기 코일은, 상기 윈도우에서 상기 챔버 내부로 통하는 자기장을 결합하기 위해 상기 윈도우에 근접하게 위치한 상기 챔버의 외부에 탑재되며,
    상기 RF 여기 회로는 상기 제 1 및 제 2 여기 단자에 연결되고 반대편에 위치된 제 1 및 제 2 단자를 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 RF 여기 회로는 정합 회로 및 캐패시터를 포함하고,
    상기 정합 회로는, 상기 RF 여기 회로의 상기 제 1 단자를 형성하고 상기 여기 단자들 중 제 1 여기 단자들에 연결된 접지되지 않은 단자를 가지며,
    상기 캐패시터는, 상기 여기 단자들 중 제 2 여기 단자들에 연결된 제 1 전극 및 상기 RF 여기 회로의 상기 제 2 단자에 연결된 제 2 전극을 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 RF 여기 회로는, 상기 정합 회로의 입력 단자에 연결된 제 1 및 제 2 출력 단자 및 상기 RF 여기 회로의 상기 제 2 단자를 형성하는 접지되지 않은 출력 단자를 갖는, RF 소스를 포함하고,
    상기 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 연결되도록 각각 배열된 상기 제 1 및 제 2 여기 단자들 사이의 상기 권선체들 각각의 길이에 따른 RF 전압 및 전류가 대체적으로 선형 방법으로 변하도록, 상기 RF 소스는 하나의 주파수를 갖고 상기 권선체들 각각은 하나의 길이를 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자들 사이의 상기 권선체들 각각의 상기 길이는 상기 RF 소스 주파수의 파장의 대략 1/8 보다 길지 않은, 플라즈마 처리기용 코일.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 연결되도록 각각 배열된 상기 제 1 및 제 2 여기 단자들의 RF 전압이 실질적으로 동일하도록, 상기 캐패시터가 하나의 값을 가지는, 플라즈마 처리기용 코일.
  23. 제 19 항에 있어서,
    센서 배열 및 상기 캐패시터의 값을 위한 콘트롤러를 더 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는, 상기 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 연결되도록 각각 배열된 상기 제 1 및 제 2 여기 단자들의 RF 전압 크기가 실질적으로 동일하도록 유지하기 위한 상기 센서 배열에 응답하도록 배열된, 플라즈마 처리기용 코일.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 RF 회로는 RF 소스를 포함하고,
    상기 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 연결되도록 각각 배열된 상기 제 1 및 제 2 여기 단자들 사이의 다른 권선체들 각각의 길이에 따른 RF 전압 및 전류가 대체적으로 선형 방법으로 변하도록, 상기 RF 소스는 하나의 주파수를 갖고 상기 권선체들 각각은 하나의 길이를 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자들 사이의 상기 권선체들 각각의 상기 길이는, 상기 RF 소스 주파수의 파장의 대략 1/8 보다 길지 않은, 플라즈마 처리기용 코일.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 RF 여기 회로의 상기 단자들에 병렬로 연결되도록 배열된 복수의 다중-권선 권선체들을 포함하고,
    상기 권선체들 각각은 상기 코일의 상기 최내각부와 외부 사이에서 일반적으로 반경 방향 및 원주 방향으로 연장되고,
    상기 코일은 중심 지점을 가지고, 상기 권선체들은 실질적으로 동일 평면에 있으며,
    상기 권선체들 각각의 상기 최내각부는 상기 코일 중심 지점으로부터 대략 동일한 거리만큼 이격되고, 최외각부는 상기 코일 중심 지점으로부터 대략 동일한 거리만큼 이격된, 플라즈마 처리기용 코일.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 단락 권선은 상기 코일 중심 지점을 둘러싸는, 플라즈마 처리기용 코일.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 단락 권선은, 상기 코일의 상기 중심 지점과 실질적으로 일치하는 중심을 갖는 고리로서 형성되는, 플라즈마 처리기용 코일.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 권선체들은 상기 코일의 상기 중심 지점에 대해 실질적으로 대칭인, 플라즈마 처리기용 코일.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 단락 권선은 상기 권선체들과 실질적으로 동일 평면에 있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 권선은 상기 하나 이상의 권선체와 실질적으로 동일 평면에 있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 권선은 상기 하나 이상의 권선체와 동일 평면에 있지 않은, 플라즈마 처리기용 코일.
  34. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 여기 단자들;
    상기 RF 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 병렬로 연결되도록 배열된 복수의 다중-권선 권선체들로서, 상기 권선체들 각각은 상기 코일의 내부 및 외주부 사이에서 일반적으로 반경 방향 및 외주부 방향으로 연장되고, 상기 각 권선체의 상기 최내각부는 상기 RF 여기 단자의 상기 제 1 단자에 직접 연결되고 상기 코일의 중심 지점으로부터 반경방향으로 떨어져 있는, 상기 복수의 다중-권선 권선체들; 및
    상기 코일의 바로 인접한 영역 또는 상기 코일 내의 영역으로부터의 상기 코일의 세그먼트에서 유래한 장 (field) 들을 분리하기 위한, 상기 다중-권선 권선체들의 적어도 일부에 연결된 회로 소자로서, 상기 코일의 바로 인접한 영역은 상기 코일의 상기 최내각부의 내부인, 상기 회로 소자를 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 회로 소자는 단락 권선을 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 RF 여기 회로에 의해 유도된 RF 용 상기 단락 권선의 RF 임피던스는, 유사 세그먼트들의 각각에서 RF 전압이 동일하도록 되어있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 단락 권선 및 상기 코일 권선체의 상기 최내각부는 상기 코일의 중심 지점으로부터 반경 방향으로 떨어진, 플라즈마 처리기용 코일.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상이한 권선체들의 상기 최내각부는, 서로 이격되고 상기 코일의 상기 중심으로부터 이격된 여기 단자들을 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 회로 소자는, 상기 다중-권선 권선체들의 적어도 일부의 유사 공간 세그먼트들에 저항 성분을 가지고 연결된, 플라즈마 처리기용 코일.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 회로 소자는 상기 코일의 다른 부분들과 단지 리액턴스 성분을 가지고 결합되는, 플라즈마 처리기용 코일.
  41. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 여기 단자들;
    상기 RF 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자 사이에 병렬로 연결되도록 배열된 복수의 다중-권선 권선체들로서, 상기 권선체들 각각은 상기 코일의 내부 및 외주부 사이에서 일반적으로 반경 방향 및 외주부 방향으로 연장되고, 상기 코일의 외주부 영역에서의 상기 권선체들의 부분들의 인접한 권선들 사이의 공간은 상기 코일의 내부 영역에서의 상기 권선체들의 부분들의 인접한 권선들 사이의 공간보다 더 작은, 상기 복수의 다중-권선 권선체들; 및
    상기 권선체들 각각의 유사 공간 세그먼트에 연결된 단락 권선으로서, 상기 단락 권선은 상기 권선이 연결된 상기 권선체들 각각의 상기 유사 공간 세그먼트와 실질적으로 동일한 평면에 있는, 상기 단락 권선을 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 여기 회로의 상기 제 1 및 제 2 단자에 연결되도록 각각 배열된 상기 여기 단자 중 제 1 및 제 2 여기 단자는, 각각 상기 코일의 상기 내부 및 외부에 있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 다중-권선 권선체들 각각은 아르키메데스 나선형 배열을 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 다중-권선 권선체들은 서로 인터리빙 (interleave) 되는, 플라즈마 처리기용 코일.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 다중-권선 권선체들 각각은 상이한 피치를 갖는 제 1 및 제 2 인접 아르키메데스 나선형 배열을 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  46. 제 41 항에 있어서,
    상기 다중-권선 권선체들 각각은 상이한 피치를 갖는 제 1 및 제 2 인접 아르키메데스 나선형 배열을 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  47. 제 41 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 RF 여기 회로 및 플라즈마로 피처리물을 처리하기 위해 배치된 진공 챔버를 포함하는 플라즈마 처리기와 결합되어 있고,
    상기 진공 챔버는 윈도우를 포함하고,
    상기 코일은, 상기 윈도우에서 상기 챔버 내부로 통하는 자기장 및 전기장을 결합하기 위해 상기 윈도우에 근접하게 위치한 상기 챔버의 외부에 탑재되며,
    상기 RF 여기 회로는 상기 제 1 및 제 2 여기 단자에 연결되고 반대편에 위치된 제 1 및 제 2 단자를 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  48. 제 41 항에 있어서,
    상기 단락 권선 및 상기 코일 권선체들의 상기 최내각부는 상기 코일의 중심 지점으로부터 반경 방향으로 떨어진, 플라즈마 처리기용 코일.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상이한 권선체들의 상기 최내각부는, 서로 이격되고 상기 코일의 상기 중심으로부터 이격된 여기 단자들을 갖는, 플라즈마 처리기용 코일.
  50. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 제 1 및 제 2 여기 단자;
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자에 연결되는 하나 이상의 권선체; 및
    상기 하나 이상의 권선체에 연결되는 단락 권선(shorting turn)을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자 사이에서의 상기 권선체들 각각의 길이는 RF 소스 주파수 파장의 1/8 보다 짧거나 같은, 플라즈마 처리기용 코일.
  51. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 제 1 및 제 2 여기 단자;
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자에 연결되는 하나 이상의 권선체로서, 상기 하나 이상의 권선체는 상기 제 1 여기 단자에 직접 연결되는 최내각부를 갖는, 하나 이상의 권선체; 및
    상기 하나 이상의 권선체의 상기 최내각부에 연결되는 단락 권선 (shorting turn) 을 포함하고,
    상기 코일은 상기 제 1 및 제 2 여기 단자에 병렬로 연결된 복수의 다중-권선 권선체들을 포함하며,
    상기 코일은 상기 권선체들 상의 상이한 지점들에 연결된 대향하는 단부들을 가지는 개별 회로 소자를 더 포함하고,
    상기 개별 회로 소자는 (a) 하나의 유형이고, (b) 하나의 값을 가지며, (c) 같은 권선체의 상이한 부분에서 흐르는 전류가 상이하도록 하기 위한 연결들을 가지는, 플라즈마 처리기용 코일.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 회로 소자들 각각은, 상기 제 1 및 제 2 여기 단자들이 RF 여기 소스에 연결되어 있는 동안 같은 RF 전압을 가지도록 구성된 상기 권선체들 상의 대응되는 등전위 지점들 사이에서 저항성분을 가지고 연결된 커패시터를 포함하는, 플라즈마 처리기용 코일.
  53. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 제 1 및 제 2 여기 단자, 및
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자에 연결된 하나 이상의 다중-권선 평면 나선 권선체를 포함하고,
    상기 하나 이상의 권선체의 권선들은 상기 코일의 내부와 외주부 사이에서 일반적으로 반경방향과 원주방향으로 아치형으로 연장되고,
    상기 하나 이상의 권선체는 복수의 피치들을 가지고,
    각 권선체의 제 1 세그먼트는, θ1 에서부터 θ2 보다 작은 각인 θ 의 완만하고 연속적인 제 1 함수인 R 에 의해 극좌표로 표현되며,
    각 권선체의 제 2 세그먼트는, θ2 보다 크고 θ3 와 같은 θ 의 완만하고 연속적인 제 2 함수인 R 에 의해 극좌표로 표현되고,
    R 은 상기 코일의 중심으로부터의 각 권선체의 반지름이고, θ는 상기 권선체 둘레의 래디안 각이며, θ2 보다 작은 각과 θ2 보다 큰 각 사이의 R 은 θ2 에서의 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 기울기들이 동일하도록 되어 있는, 플라즈마 처리기용 코일.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 권선체들 각각의 최내각부는, 상기 제 1 여기 단자에 직접 연결되는 여기 단자를 포함하는, 플라즈마 처리용 코일.
  55. 플라즈마 처리기용 코일로서,
    상기 코일은,
    반대편에 위치된 RF 여기 회로의 제 1 및 제 2 단자에 연결하기 위한 제 1 및 제 2 여기 단자, 및
    상기 제 1 및 제 2 여기 단자와 병렬로 연결된 복수의 다중-권선 아르키메데스 나선 평면 권선체들을 포함하고,
    상기 각 권선체들의 권선들은 코일의 내부와 외주부 사이에서 일반적으로 반경방향과 원주방향으로 아치형으로 연장되고, 상기 권선체들 중 하나 이상은 복수의 피치를 가지며,
    상기 각 권선체의 제 1 및 제 2 세그먼트들 각각은, θ가 θ1에서 θ2 보다 작은 각까지인 경우 R=k1θ, θ가 θ2보다 크고 θ3까지인 경우 R=k2θ 에 의해, 실질적으로 극좌표로 표현되며,
    R 은 상기 코일의 중심부터 각 권선체의 반지름이고, θ 는 상기 권선체 둘레의 래디안 각이며, k1≠k2이고, θ2 보다 작은 각으로부터 θ2 보다 큰 각 사이의 R 은 θ2 에서의 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 기울기들이 동일하도록 되어 있는, 플라즈마 처리기용 코일.
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