KR20220006662A

KR20220006662A - 가변 인덕터 디바이스

Info

Publication number: KR20220006662A
Application number: KR1020227000597A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 마이클 프렌치
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2022-01-17
Also published as: WO2020247135A1; CN113924693A; JP2022535129A; US20220230802A1

Abstract

일부 예들에서, 가변 인덕터 디바이스는 제 1 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 1 평면 루프, 및 제 2 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 2 평면 루프를 포함한다. 제 1 평면 루프는 가변 인덕턴스 디바이스의 인덕턴스를 가변시키도록 제 2 평면 루프로부터 분리 가능하다. 일부 예들에서, 제 1 평면 및 제 2 평면은 디바이스의 폐쇄 구성에서 서로 오버랩한다.

Description

가변 인덕터 디바이스

본 개시는 가변 인덕터 디바이스에 관한 것이고, 일부 예들에서, 반도체 제작 시 임피던스 매칭 네트워크를 튜닝하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 일부 예들은 또한 마이크로기계적 애플리케이션 또는 인쇄 회로 기판 (Printed Circuit Board; PCB) 애플리케이션 및 함께 사용하기 위한 회로들에 관한 것이다.

인덕터들 및 가변 인덕터들은 다양한 중요한 애플리케이션들 및 제품들에서 유용한 회로 엘리먼트들일 수 있다. 예를 들어, 인덕터들 및 가변 인덕터들은 많은 RF-무선 제품들의 필수적인 엘리먼트들이다. 일부 다른 애플리케이션들에서, 이들은 반도체 제작 동작 시 RF 공급 시스템들을 매칭하고 로딩하기 위해 사용된다. 예를 들어, 반도체 프로세싱을 위한 플라즈마 시스템은 통상적으로 하나 이상의 복수의 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 소스들, 임피던스 매칭, 및 플라즈마 반응기를 포함한다. 워크피스 (예를 들어, 웨이퍼) 는 플라즈마 챔버 내부에 배치되고, 플라즈마가 워크피스를 프로세싱하기 위해 플라즈마 챔버 내에서 생성된다. 워크피스가 유사하거나 균일한 방식으로 프로세싱되는 것이 중요하다. 그렇게 하기 위해, RF 소스들과 임피던스 매칭이 튜닝되는 것이 중요하다.

몇몇 어려움들이 튜닝 시스템들의 개발을 방해한다. 특히 인덕터들에 관하여, 일 파라미터 (예를 들어, 인덕턴스 L, 커패시턴스 C, 또는 저항 R) 의 성능 개선은 통상적으로 다른 파라미터를 희생하여 획득된다. 특정한 고전력 애플리케이션들에서, 진공 가변 커패시터들은 이러한 커패시터들의 저항 손실이 매우 낮기 때문에 사용된다. 튜닝 가능한 인덕터가 필요하다면, 진공 가변 커패시터는 고정 인덕터와 직렬로 사용될 수 있고 시스템의 총 리액턴스가 포지티브 (유도성) 인 영역에서 동작될 수 있다. 이러한 구성은 가변 인덕터 단독일 때와 비교하여 부가적인 회로 엘리먼트를 필요로 한다. 또한, 이 구성은 직렬 커패시터의 존재로 인해 직류 (Direct Current; DC) 차단을 발생시킨다; 따라서, 저주파수 신호는 커패시터에 의해 차단될 것이다. 저주파수 신호들이 회로를 통과한다면, 회로 구성을 상당히 복잡하게 할 수 있는 부가적인 회로 엘리먼트들이 필요하다.

본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시한다. 이 섹션에 기술된 정보는 이하의 개시된 주제에 대한 일부 맥락을 숙련된 기술자에게 제공하도록 제시된다는 것에 유의해야 하고, 인정된 종래 기술로 간주되지 않아야 한다. 보다 구체적으로, 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.

우선권 주장

본 출원은 2019년 6월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 62/858,568 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된다.

본 개시는 일반적으로 가변 인덕터 디바이스에 관한 것이다. 일부 실시 예들에서, 디바이스는 튜닝 가능한 공진기 (resonator), 또는 지연 라인으로서 작용한다. 디바이스의 일부 예들은 송신 라인의 2 개의 평면들 사이의 각도 간격이 송신 라인의 인덕턴스, 커패시턴스, 또는 임피던스를 변경하도록 가변하는 단락된 평행 플레이트 타입 송신 라인을 포함한다. 동작 주파수 및 디바이스가 사용될 회로의 상세들에 따라, 디바이스는 전기 길이가 (n-1)/4 내지 (n)/4 유도 파장들 (guided wavelengths) (여기서 n = 1, 3, 5 등) 이면 가변 인덕터, 또는 전기 길이가 (n-1)/4 내지 (n)/4 유도 파장들 (여기서 n = 2, 4, 6 등) 이면 커패시터로서 거동할 수 있다.

일부 예들에서, 가변 인덕터로서 사용될 때, 송신 라인 (또는 디바이스) 길이는 1/4 파장보다 짧아 저항 손실을 최소화할 수도 있다. 일부 실시 예들은 특히 팬 냉각과 함께 사용될 때, 15 내지 25 A 범위의 RF 전류를 사용하여 25 내지 30 ㎒ 범위의 주파수에서 동작할 수 있다. 일부 디바이스 실시 예들은 기준 인덕턴스의 3 배보다 큰 튜닝 가능 범위를 나타내는 30 내지 100 nH 범위의 튜닝 가능 인덕턴스를 갖는다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스가 제공된다. 예시적인 가변 인덕터 디바이스는 가변 인덕터 디바이스의 인덕턴스를 가변시키기 위한 가변 기하 구조를 갖는 단락된 송신 라인을 포함할 수도 있고, 가변 인덕터 디바이스는 회로 내에서 가변 인덕터로서 작용하도록 회로에 접속 가능하다.

일부 실시 예들에서, 단락된 송신 라인은 평행 플레이트 송신 라인을 포함한다.

일부 실시 예들에서, 평행 플레이트 송신 라인은 적어도 하나의 평평한 전도체를 포함한다.

일부 실시 예들에서, 예시적인 가변 인덕터 디바이스는 제 1 평면 (planar face) 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 1 평면 루프 (planar loop), 제 2 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 2 평면 루프를 포함할 수도 있고, 제 1 평면 루프는 가변 인덕턴스 디바이스의 인덕턴스를 가변시키도록 제 2 평면 루프로부터 분리 가능하고, 그리고 제 1 평면 및 제 2 평면은 가변 인덕턴스 디바이스의 폐쇄 구성에서 서로 오버랩한다.

일부 실시 예들에서, 제 1 평면 루프는 힌지 지점을 중심으로 피봇함으로써 (pivot) 제 2 평면 루프로부터 분리 가능하다.

일부 실시 예들에서, 제 1 평면 루프 및 제 2 평면 루프는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 선택적으로 분리 가능하고, 폐쇄 위치는 가변 인덕턴스 디바이스의 폐쇄 구성에 대응하고, 개방 위치는 가변 인덕터 디바이스의 목표된 인덕턴스 값에 대응한다.

일부 실시 예들에서, 개방 위치 및 폐쇄 위치는 0°로부터 20° 범위의 제 1 평면 루프와 제 2 평면 루프 사이의 분리 각도에 대응한다.

일부 실시 예들에서, 실질적으로 제 1 평면 루프의 전체가 폐쇄 위치에서 제 2 평면 루프와 오버랩한다.

일부 실시 예들에서, 실질적으로 제 1 평면 루프의 전체가 폐쇄 위치에서 실질적으로 제 2 평면 루프의 전체와 오버랩한다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스는 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프 중 하나가 가변 인덕터 디바이스, 또는 다른 평면 루프에 대해 힌지되는 (hinge) 힌지를 더 포함한다.

일부 실시 예들에서, 힌지는 제 1 평면 루프 및 제 2 평면 루프의 종단 지점에 제공된다.

일부 실시 예들에서, 힌지는 가변 인덕터 디바이스의 RF 전력 단자에 제공된다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스의 폐쇄 구성은 가변 인덕터 디바이스의 기준 (base) 또는 최소 인덕턴스 값에 대응한다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스의 개방 구성은 가변 인덕터 디바이스의 최대 인덕턴스 값에 대응한다.

일부 실시 예들에서, 최대 인덕턴스 값은 기준 또는 최소 인덕턴스 값보다 3 배 내지 7 배 크다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스는 제 1 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 1 평면 루프; 제 2 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 2 평면 루프; 힌지를 포함하고, 그리고 제 1 평면 루프는 가변 인덕턴스 디바이스의 인덕턴스를 가변시키도록 힌지를 중심으로 피봇함으로써 제 2 평면 루프로부터 분리 가능하다.

일부 실시 예들에서, 제 1 평면 및 제 2 평면은 디바이스의 폐쇄 구성에서 서로 오버랩한다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스의 폐쇄 구성은 가변 인덕터 디바이스의 기준 또는 최소 인덕턴스 값에 대응한다.

일부 실시 예들에서, 가변 인덕터 디바이스는 제 1 평면 루프 및 제 2 평면 루프 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 액추에이터를 더 포함한다.

일부 실시 예들은 첨부된 도면의 도면들에 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 일부 예들에 따른, 본 개시의 방법들의 일부 예들이 채용될 수도 있는 반응 챔버의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시 예에 따른, 각각의 개방 구성 및 폐쇄 구성의 가변 인덕터 디바이스의 화도들 (pictorial views) 이다.
도 3a 및 도 3b는 예시적인 실시 예들에 따른, 평면 루프들의 평면도들을 도시한다.
도 4는 예시적인 실시 예에 따른, 분리 각도에 대한 ESR (Equivalent Series Resistance) 값들의 그래프를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시 예에 따른, 분리 각도에 대한 인덕턴스 값들의 그래프를 도시한다.
도 6은 예시적인 실시 예에 따른, 가변 인덕터 디바이스의 화도이다.
도 7은 예시적인 실시 예에 따른, 분리 각도에 대한 ESR 값들 및 인덕턴스 값들의 그래프를 도시한다.
도 8은 예시적인 실시 예에 따른, 전류에 대한 인덕터 가열의 그래프를 도시한다.

이하의 기술 (description) 은 본 개시의 예시적인 실시 예들을 구현하는 시스템들, 방법들, 기법들, 인스트럭션 시퀀스들, 및 컴퓨팅 머신 프로그램 제품들을 포함한다. 이하의 기술에서, 설명의 목적들을 위해, 예시적인 실시 예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 당업자에게 본 개시가 이들 구체적 상세들 없이 실시될 수도 있다는 것이 분명할 것이다.

본 특허 문헌의 개시의 일부는 저작권 보호를 받는 자료를 포함할 수도 있다. 저작권자는 특허 문헌 또는 특허 개시가 특허청 특허 서류들 또는 기록들에 나타나기 때문에, 특허 문헌 또는 특허 개시의 누군가에 의한 복사 (facsimile reproduction) 를 반대할 수 없지만, 모든 저작권 권리들을 보유한다. 이하의 공지는 본 문헌의 일부를 형성하는 이하 및 도면들에 기술된 바와 같은 모든 데이터에 적용된다: 저작권 Lam Research Corporation, 2019-2020, 판권 소유.

가변 인덕터 디바이스의 일부 실시 예들은 마이크로기계적 애플리케이션 또는 PCB (Printed Circuit Board) 애플리케이션 및 함께 사용하기 위한 회로들에서 사용될 수도 있다. 다른 예들은 반도체 제작 시 임피던스 매칭 네트워크를 튜닝하기 위한 시스템들 및 방법들에 사용될 수도 있다. 이와 관련하여, 이제 첨부한 도면들 중 도 1에 대한 참조가 이루어진다. 막 증착 및 제어 테스트를 위해 적절한 챔버 수정들과 함께, 본 개시의 일부 예들이 채용될 수도 있는 예시적인 챔버가 첨부된 도면들 중 도 1에 도시된다. 통상적인 플라즈마 에칭 (또는 증착) 장치가 챔버가 있는 반응기를 포함하고, 챔버를 통해 반응 가스 또는 가스들이 흐른다. 챔버 내에서, 가스들은 통상적으로 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 에너지에 의해 플라즈마로 이온화된다. 플라즈마 가스의 매우 반응성인 이온들은 집적 회로들 (Integrated Circuits; IC's) 로 프로세싱될 반도체 웨이퍼의 표면 상의 폴리머 마스크와 같은, 재료와 반응할 수 있다. 에칭 전에, 웨이퍼는 챔버 내에 배치되고, 웨이퍼의 상단 표면을 플라즈마 가스에 노출하는 적절한 위치에 척 또는 홀더에 의해 홀딩된다. 당업계에 공지된 몇몇 타입들의 척들이 있다. 척은 등온 표면을 제공하고 웨이퍼를 위한 열 싱크로서 역할한다. 일 타입에서, 반도체 웨이퍼가 기계적 클램핑 수단에 의해 에칭을 위해 제자리에 홀딩된다. 또 다른 타입의 척에서, 반도체 웨이퍼는 척과 웨이퍼 사이의 전기장에 의해 생성된 정전기력에 의해 제자리에 홀딩된다. 본 방법들은 모든 타입의 척에 적용 가능하다.

도 1은 기판을 에칭하기 위해 통상적으로 채용되는 타입들의 예시적인 플라즈마 프로세싱 챔버를 나타내는, 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 를 예시한다. 이제 도 1을 참조하면, 척 (102) 은 웨이퍼 (104) 와 같은 기판이 에칭 또는 증착 동안 상부에 위치되는 워크피스 홀더를 나타낸다. 척 (102) 은 임의의 적합한 척킹 기법, 예를 들어, 정전기적, 기계적, 클램핑, 진공, 등에 의해 구현될 수도 있다. 에칭 또는 증착 동안, 척 (102) 은 통상적으로 듀얼 주파수 소스 (106) 에 의해 에칭 또는 증착 동안 듀얼 RF 주파수들 (저주파수 및 고주파수), 예를 들어, 2 ㎒ 및 27 ㎒를 동시에 공급받는다. 진공 이송 모듈 (Vacuum Transfer Module; VTM) (미도시) 이 웨이퍼 (104) 를 척 (102) 상에 배치하고 센터링하도록 (center) 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, VTM은 웨이퍼 (104) 가 척 (102) 상에 배치될 때 웨이퍼 (104) 를 조작하기 위해 하나 이상의 로봇 제어기들 또는 암들을 포함한다.

다시 도 1을 참조하면, 상부 전극 (108) 이 웨이퍼 (104) 위에 위치된다. 상부 전극 (108) 은 접지된다. 도 1은 상부 전극 (108) 의 표면이 척 (102) 및 웨이퍼 (104) 의 표면보다 큰 에칭 반응기를 예시한다. 에칭 동안, 플라즈마 (110) 는 가스 라인 (112) 을 통해 공급되고 배기 라인 (114) 을 통해 펌핑 아웃되는 에천트 (etchant) 소스 가스로 형성된다. 전기 절연체 링 (109) 이 접지된 챔버 (100) 로부터 상부 전극 (108) 을 절연한다.

한정 링들 (confinement rings) (116) 이 상부 전극 (108) 과 도 1의 척 (102) 과 같은, 하부 전극 사이에 배치될 수도 있다. 일반적으로, 한정 링들 (116) 은 프로세스 제어를 개선하고 반복성을 보장하도록 에칭 플라즈마 (110) 를 웨이퍼 (104) 위의 영역으로 한정하는 것을 돕는다.

RF 전력이 RF 전력 소스 (106) 로부터 척 (102) 에 공급될 때, 등전위장 라인들 (equipotential field lines) 이 웨이퍼 (104) 위에 설정된다. 등전위장 라인들은 웨이퍼 (104) 와 플라즈마 (110) 사이에 있는 플라즈마 시스 (sheath) 를 가로지르는 전기장 라인들이다. 일부 예들에서, 등전위 표면들 및 전기장 라인들은 서로에 대해 수직이다. 웨이퍼 (104) 와 플라즈마 (110) 사이에 등전위 표면들이 있다. 전기장 라인들은 이들 등전위 표면들을 가로질러 대전된 입자들을 가속화한다. 플라즈마 프로세싱 동안, 포지티브 이온들은 웨이퍼 (104) 의 표면 상에 충돌하도록 (impinge) 등전위장 라인들을 가로질러 가속화되고, 이에 따라 에칭 방향성을 개선하는 것과 같은 목표된 에칭 효과를 제공한다. 상부 전극 (108) 및 척 (102) 의 기하 구조로 인해, 장 라인들 (field lines) 은 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일하지 않을 수도 있고, 웨이퍼 (104) 의 에지에서 상당히 가변할 수도 있다. 따라서, 에지 (또는 포커스) 링 (118) 이 통상적으로 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 프로세스 균일성을 개선하도록 제공된다. 도 1을 참조하면, 웨이퍼 (104) 는 세라믹, 석영, 플라스틱, 등과 같은 적합한 유전체 재료로 형성될 수도 있는 에지 링 (118) 내에 배치되는 것으로 도시된다. 따라서, 에지 링 (118) 의 존재는 등전위장 라인들로 하여금 웨이퍼 (104) 의 전체 표면 위에 실질적으로 균일하게 배치되게 한다.

전기 전도성 차폐부 (120) 가 실질적으로 포커스 링 (118) 을 둘러싼다. 전기 전도성 차폐부 (120) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 내에서 실질적으로 접지되도록 구성된다. 차폐부 (120) 는 에지 링 (118) 외부의 원치 않은 등전위장 라인들의 존재를 방지한다.

RF 매칭 네트워크 (122) 는 RF 전력 소스 (106) 와 연관된다. RF 매칭 네트워크는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 에 공급하는 RF 전력 네트워크를 튜닝하도록 사용될 수도 있다. RF 매칭 네트워크 (122) 를 구성하고 적절히 튜닝하기 위해, RF 매칭 네트워크 (122) 는 하나 이상의 필터들 (124) 을 포함할 수도 있다. 필터들은 예를 들어, 인덕터들, 커패시터들 및 레지스터들을 포함할 수도 있다. 다른 디바이스들이 가능하다. 본 개시의 하나 이상의 가변 인덕터 디바이스들이 필터들 (124) 내에 포함될 수도 있다.

상기 언급된 바와 같이, 튜닝 시스템들 개발에 문제들이 있다. 튜닝 가능한 인덕터를 만들기 위한 현재 기술은 배리오미터 (variometer) 의 사용을 포함할 수도 있지만, 이들은 고주파수들 또는 저인덕턴스들에서 유용하지 않다. 다른 접근법들은 인덕터 코일 내에 배치된, 금속 또는 자기 재료 (magnetic material) 로 이루어진 이동 가능한 슬러그 (slug) 를 포함한다. 이들 디바이스 타입들은 매우 좁은 튜닝 범위를 갖고, 고전류 레벨들에서 과열되기 쉽다. 인덕터 코일의 포화 가능한 자기 재료는 인덕턴스를 변경하기 위해 회로 상의 또 다른 권선 또는 자기장에 의해 바이어스될 수 있지만, 이들 인덕터들은 또한 고전류 레벨들에서 과열된다. 이들은 또한 큰 온도 계수들 및 불량한 열적 안정성을 겪을 수 있다.

본 개시의 가변 인덕터 디바이스의 일부 실시 예들은 네트워크 또는 회로에서 튜닝 가능한 엘리먼트로서, 그리고 일부 예들에서 고전력 가능한 튜닝 가능한 인덕터로서 역할할 수도 있다. 가변 인덕터 디바이스의 일부 예들은 자기 재료를 포함하지 않고, 따라서 감소된 온도 감도를 갖는다. 디바이스-투-디바이스 (device-to-device) 유닛 가변성은 일부 경우들에서 기하 구조 및 제작 오차들에 의해서만 결정될 수도 있다. PCB-제작된 예들에 대해, 유전체 재료의 속성들의 고유한 변동들이 전체 디바이스 인덕턴스에 약간의 영향을 줄 수도 있지만, 이 문제는 이러한 애플리케이션들에서 적절하게 고품질 저변동 유전체 재료를 활용함으로써 해결될 수 있다.

이하에 더 기술된 일부 예들에서, 가변 인덕터 디바이스의 인덕턴스 가변성 (튜닝 가능성, 또는 인덕턴스 변화) 은 최소값으로부터 기준 (또는 최소) 값보다 몇 배 높은 최대값까지의 범위들이다. 일부 예들은 다른 네트워크 파라미터들에 영향을 주지 않고 RF 매칭 네트워크 (예를 들어, 상기 RF 매칭 네트워크 (122)) 의 다른 컴포넌트들과 실질적으로 독립적으로 동작할 수 있는 튜닝 가능한 인덕터를 제공한다. 예들은 예를 들어, RF 매칭 네트워크 (122) 에서 진공 가변 커패시터들을 활용하는 비용을 방지하기 위해 저비용 PCB 기반 기법들을 사용하여 제작될 수 있다.

가변 인덕터 디바이스 (200) 의 예가 도 2a 및 도 2b에 도시된다. 도 2a는 디바이스 (200) 의 개방 구성을 도시한다. 도 2b는 디바이스 (200) 의 폐쇄 구성을 도시한다. 디바이스는 2 개의 루프들 (202 및 204) 을 포함한다. 루프들 (202 및 204) 은 평면들 (planar faces) 또는 부분들을 갖는다. 이러한 점에서, 가변 인덕터 디바이스는 "평행 플레이트" 송신 라인의 형태로 간주될 수도 있지만, 이 평행 구성은 일반적으로 디바이스 (200) 가 이하에 더 논의된 폐쇄 구성에 있을 때만 채택된다. 루프들 (202 및 204) 은 종단 지점 (206) 에 접속된다 (단락된다). RF 전력은 단자들 (208 및 210) 에 접속된 루프들 (202 및 204) 에 공급될 수도 있다. 루프 (202 및 204) 각각은 도시된 바와 같이 평면 내에 놓이고, 일반적으로 구불구불한 형상을 취할 수도 있다. 다른 루프 형상들 및 구성들은 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적인 루프들 (202) (또는 204) 의 상대적으로 타이트하거나 개방된 벤드들 (bends) 로 도시된 바와 같이 가능하다.

일부 예들에서, 디바이스 (200) 의 루프들 (202 및 204) 은 이하에 보다 완전히 설명된 바와 같이, 디바이스 (200) 의 인덕턴스를 가변시키도록 개방 위치 및 폐쇄 위치의 범위에서 서로 멀어지게 선택적으로 조정 가능하다 (개방 가능하거나, 힌지 지점을 중심으로 피봇 가능하다). 예시된 예에서, 루프들 (202 및 204) 의 평면들은 분리 각도 (218) 만큼 서로 이격된다. 루프 (202 또는 204) 의 주어진 길이 (또한 배선 길이로 지칭됨) 또는 구성에 따라, 분리 각도 (218) 의 선택된 크기는 루프들의 원위 단부들에 연관되거나 비례하는 갭 (216) 을 제공한다. 다른 분리 각도들 (218) 및 갭들 (216) 이 가능하고, 이들은 사용 시 가변 인덕터 디바이스 (200) 의 목표된 인덕턴스 특성 또는 튜닝 가능성에 기초하여, 고정 구성 또는 가변 구성에서 선택될 수도 있다. 가변 인덕터 디바이스 (200) 는 예를 들어, 인덕턴스를 가변시켜 RF 매칭 네트워크 (122) 의 튜닝을 보조하도록 이 방식으로 조정될 수도 있다. 다른 네트워크 튜닝 또는 회로 애플리케이션들이 가능하고, 일부는 마이크로기계적 레벨이다. 일반적으로 말하면, 디바이스 (200) 의 인덕턴스 크기는 루프들 (202 및 204) 사이의 분리 각도 (218) 에 선형비 (linear ratio) 또는 정비 (direct ratio) 로서 또는 달리 비례한다, 즉, 일반적으로 각도가 클수록 인덕턴스가 보다 높다.

디바이스 (200) 의 일부 예들에서, 루프들 (202 및 204) 은 힌지 지점들 (212 및 214) 에 힌지된다. 예를 들어, 루프들 (202 및 204) 은 공통 힌지 지점에서 서로 힌지될 수도 있고, 또는 각각의 별도의 픽스처들 (fixtures) 에서 개별적으로 힌지될 수도 있다. 일 루프 (202 또는 204) 는 데이텀 (datum) 또는 픽스처에 대해 고정으로 홀딩될 수도 있고, 다른 루프는 이동 가능하고, 또는 두 루프들 모두 이동 가능할 수도 있다. 힌지 지점들 (212 및 214) 은 접속된 루프들의 단부들에 제공된 회전 가능하거나 접을 수 있는 힌지들에 의해 규정될 수도 있다. 회전 가능하거나 접을 수 있는 힌지들은 도시된 바와 같이 구성될 수도 있지만, 다른 구성들이 가능하다. 예시된 예에서, 힌지 지점들 (212 및 214) 은 루프들 (202 및 204) 의 폐쇄되고 접속된 단부들에 각각 제공된다. 종단 지점 (206) 은 힌지 지점들 중 하나, 예를 들어 힌지 지점 (214) 과 일치하거나 힌지 지점 (214) 에 위치될 수도 있다. RF 전력 단자들 (208 또는 210) 은 힌지 지점, 예를 들어 힌지 지점 (212) 과 일치하거나 힌지 지점에 위치될 수도 있다. 다른 예들에서, 힌지 지점은 루프를 따라 대안적인 위치들, 예를 들어 구불구불한 벤드의 단부 또는 다른 위치에 제공될 수도 있다. 루프의 일부 부분들은 예를 들어, 루프의 또 다른 부분에 대해 이동 불가능할 수도 있다. 2 개의 루프들의 부분들은 폐쇄된 채 유지될 수도 있지만, 다른 부분들은 예를 들어, 서로 멀어지게 이동할 수 있다.

디바이스 힌지들의 회전 가능하거나 접을 수 있는 특성은 예를 들어, 루프들을 이격된 구성으로 벤딩하는 것을 통해 발생할 수도 있기 때문에, 분리 각도로 하여금 루프 또는 힌지 재료를 변형시키지 않고 형성되고 성장하게 (그리고 루프 (202) 와 루프 (204) 사이에 공간이 형성되게) 할 수도 있다. 따라서 가변 인덕터 디바이스 (200) 의 힌지 또는 루프 재료는 금속 피로에 면역이 있다. 게다가, 저마찰 힌지는 예를 들어, 분리 액추에이터의 유도 (guidance) 하에 분리 각도 (218) (및 이격된 갭 (216)) 의 매끄럽게 연속적이거나 정밀한 증분 조정들을 용이하게 할 수 있다.

가변 인덕터 디바이스 (200) 의 일부 예들에서, 디바이스 (200) 가 폐쇄 구성에 있을 때 루프들 (202 및 204) 의 적어도 일부는 서로 오버랩한다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 디바이스 (200) 의 폐쇄 구성에서, 루프들 (202 및 204) 은 실질적으로 완전히 오버랩한다. 루프 각각의 프로파일, 사이즈 및 구성 (이 예에서 이들은 유사한 구불구불한 구성) 은 루프들로 하여금 폐쇄될 때 완전히 서로 위에 놓이게 하도록 선택된다. 일부 예들에서, 디바이스 (200) 가 폐쇄될 때 루프의 일부분 또는 몇 부분들만이 대향하는 루프의 또 다른 부분 위에 놓일 수도 있다. 이러한 부분적인 루프 오버랩은 예를 들어, 디바이스 (200) 의 각각의 루프들이 반대편 방향의 턴들을 포함할 때, 또는 예를 들어 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 일 루프가 다른 루프와 상이한 형상을 가질 때 발생할 수도 있다. 가변 인덕터 디바이스의 부분적으로 또는 완전히 오버랩하는 루프들 (202 및 204) 의 대향하거나 매칭하는 구성은 사용 시 인덕턴스의 변동 동안 디바이스 (200) 로부터 보다 예측 가능하고 구성 가능한 응답을 유발하는 것으로 여겨진다. 이는 일부 예들에서, 이격된 루프들의 (복수가 아닌) 하나의 공간 파라미터만이 분리 각도 조정 동안 변화된다는 사실로 인한 것일 수도 있다. 루프의 길이를 따라 주어진 지점에 대해, 분리 각도는 루프들 (202 및 204) 의 대향하는 면들이 서로 분리되거나 가깝게 끌어당겨질 때 이들 사이의 상호 대면 (inter-face) 간격에 비례하게 그리고 예측 가능하게 영향을 준다.

일부 예들에서, 힌지들의 구성 및 안정성은 루프들 (202 및 204) 의 개방 위치 및 폐쇄 위치에서 (즉, 디바이스 (200) 의 개방 구성 및 폐쇄 구성에서) 디바이스 (200) 에 매우 반복 가능한 인덕턴스 값들 및 우수한 디바이스-투 디바이스 일관성을 부여할 수 있다. 테스트에서, 예시적인 디바이스 (200) 의 루프들 (202 및 204) 은 위치 각각에서 1 초 지연으로 액추에이터에 의해 수 회 개방되고 폐쇄되었다. 테스트된 디바이스 (200) 는 1600 회 반복적으로 개방되고 폐쇄되었다. 폐쇄될 때 평균 측정된 디바이스 (200) 인덕턴스는 42.52 +/- 0.29 nH였다 (즉, 단지 0.68 ％의 정확도의 변동). 개방될 때 평균 측정된 디바이스 (200) 인덕턴스는 109.69 +/- 0.17 nH였다 (즉, 단지 0.15 ％의 정확도의 변동).

예시적인 가변 인덕터 디바이스 (200) 의 응답 특성들 및 튜닝 능력에 관하여, 이제 첨부된 도면들 중 도 4 및 도 5에 대한 참조가 이루어진다. 예시적인 가변 인덕터 디바이스 (200) 에 대해, 도 4는 x 축 상의 루프들 (202 및 204) 의 분리 각도 (218) 에 대해 플롯팅된 y 축 상의 디바이스의 ESR 값들을 갖는 그래프 (400) 를 도시한다. 여기서, 도시된 바와 같이, 분리 각도 (218) 는 0°로부터 20°로 이어진다. 분리 각도로서 대응하는 ESR 값들은 대략 0.075 내지 0.113 Ω의 범위이다. 따라서 저항의 증가는 상대적으로 작다. 그러나, 도 5의 그래프 (500) 는 분리 각도 (218) 가 증가함에 따른 인덕턴스의 훨씬 보다 큰 범위의 변화를 도시한다. 인덕턴스의 훨씬 보다 큰 변화가 동일한 범위의 분리 각도들 (0°로부터 20°까지) 에 대해 이 예에서 대략 65로부터 185 nH로의 변화가 관찰될 수도 있다.

가변 인덕터 디바이스 (200) 의 추가 예시적인 구성이 도 6에 도시된다. 루프들 (202 및 204) 의 종횡비는 상기 논의된 예시적인 디바이스들에서 루프들 (202 및 204) 의 대응하는 종횡비보다 높다. 이 예에서, 분리 각도에 대한 ESR 값들 및 인덕턴스 값들의 그래프 (700) 가 도 7에 도시된다. 그래프의 우측에 도시된 ESR 값들은 0°로부터 20° 범위의 분리 각도에 걸쳐 대략 74로부터 82 mΩ의 (즉, 8 mΩ의 변화량 (delta)) 범위이다. 한편, 동일한 범위의 분리 각도 조정에 걸쳐, 디바이스 (200) 의 인덕턴스는 대략 20 nH의 기준 값으로부터 20°의 분리 각도에서 140 nH의 최대값으로 증가된다. 이 최대값은 기준 값에 대해 인덕턴스의 7 배 증가를 나타낸다. 높은 정도의 인덕턴스 가변성은 RF 매칭 네트워크 (122) 에 대응하는 높은 정도의 튜닝 능력을 부여할 수도 있다. 주어진 디바이스 (200) 에 대해, 동일한 범위의 분리 각도 변동에 걸쳐 저항의 최소 변화에 대한 인덕턴스의 상대적으로 높은 범위의 변화는, 상기 더 논의된 경쟁하는 L, C 그리고 R 네트워크 파라미터들 간의 균형 및 절충을 시도하는 종래의 방법들의 단점들과 대조될 수 있다.

가변 인덕터 디바이스의 일부 예들은 복원력이 있고 (resilient), RF 전력 소스에 의한 프로세싱 챔버로의 고전력들 및 고주파수들의 인가를 핸들링하도록 구성된다. 통상적으로, RF 전력 소스 (106) 에 의해 생성된 고전류는 대략 15 A이다. 도 8을 참조하면, 예시된 그래프 (800) 는 도시된 바와 같이 어느 정도의 온도 상승에도 불구하고, 측정되고 모델링된 디바이스들 (200) 이 15 A를 초과하는 전류 값들을 잘 핸들링할 수 있다는 것을 나타낸다.

예들이 구체적인 예시적인 실시 예들 또는 방법들을 참조하여 기술되었지만, 다양한 수정들 및 변화들이 보다 넓은 범위의 본 실시 예들로부터 벗어나지 않고 이들 실시 예들로 이루어질 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다 예시로서 간주된다. 이의 일부를 형성하는 첨부 도면들은 제한이 아닌 예시로서, 주제가 실시될 수도 있는 특정한 실시 예들을 도시한다. 예시된 실시 예들은 당업자들로 하여금 본 명세서에 개시된 교시들을 실시하게 하도록 충분히 상세히 기술된다. 다른 실시 예들은 구조 및 논리적 대용물들 및 변화들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있도록, 이로부터 활용되고 도출될 수도 있다. 이 상세한 기술은 따라서 제한하는 의미로 생각되지 않고, 다양한 실시 예들의 범위는 첨부된 청구항들로 인정되는 등가물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들에 의해서만 규정된다.

본 발명의 주제의 이러한 실시 예들은, 단순히 편의성을 위해 그리고 임의의 단일 발명 또는 실제로 2 개 이상이 개시된다면 발명의 개념으로 본 출원의 범위를 자의적으로 제한하는 것을 의도하지 않고, 용어 "발명"으로 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 참조될 수도 있다. 따라서, 특정한 실시 예들이 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 동일한 목적을 달성하도록 계산된 임의의 구성이 도시된 특정한 실시 예들을 대체할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 본 개시는 다양한 실시 예들의 임의의 그리고 모든 변형들 또는 적응들을 커버하도록 의도된다. 상기 실시 예들 및 본 명세서에 구체적으로 기술되지 않은 다른 실시 예들의 조합들이, 상기 기술을 검토하면 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

제 1 평면 (planar face) 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 1 평면 루프 (planar loop);
제 2 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 2 평면 루프를 포함하고,
상기 제 1 평면 루프는 가변 인덕턴스 디바이스의 인덕턴스를 가변시키도록 상기 제 2 평면 루프로부터 분리 가능하고, 그리고
상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면은 상기 가변 인덕턴스 디바이스의 폐쇄 구성에서 서로 오버랩하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 평면 루프는 힌지 지점을 중심으로 피봇함으로써 (pivot) 상기 제 2 평면 루프로부터 분리 가능한, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 선택적으로 분리 가능하고, 상기 폐쇄 위치는 상기 가변 인덕턴스 디바이스의 상기 폐쇄 구성에 대응하고, 상기 개방 위치는 상기 가변 인덕터 디바이스의 목표된 인덕턴스 값에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 3 항에 있어서,
상기 개방 위치 및 상기 폐쇄 위치는 0°로부터 20° 범위의 상기 제 1 평면 루프와 상기 제 2 평면 루프 사이의 분리 각도에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항에 있어서,
실질적으로 상기 제 1 평면 루프의 전체가 상기 폐쇄 위치에서 상기 제 2 평면 루프와 오버랩하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 5 항에 있어서,
실질적으로 상기 제 1 평면 루프의 전체가 상기 폐쇄 위치에서 실질적으로 상기 제 2 평면 루프의 전체와 오버랩하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프 중 하나가 상기 가변 인덕터 디바이스, 또는 다른 평면 루프에 대해 힌지되는 (hinge) 힌지를 더 포함하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 6 항에 있어서,
상기 힌지는 상기 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프의 종단 지점에 제공되는, 가변 인덕터 디바이스.
제 6 항에 있어서,
상기 힌지는 상기 가변 인덕터 디바이스의 RF 전력 단자에 제공되는, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 인덕터 디바이스의 상기 폐쇄 구성은 상기 가변 인덕터 디바이스의 기준 (base) 또는 최소 인덕턴스 값에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 인덕터 디바이스의 개방 구성은 상기 가변 인덕터 디바이스의 최대 인덕턴스 값에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 11 항에 있어서,
상기 최대 인덕턴스 값은 상기 기준 또는 최소 인덕턴스 값보다 3 배 내지 7 배 큰, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 1 평면 루프;
제 2 평면 및 전자기 커플링을 지지하는 재료를 포함하는 제 2 평면 루프;
힌지를 포함하고, 그리고
상기 제 1 평면 루프는 상기 가변 인덕턴스 디바이스의 인덕턴스를 가변시키도록 상기 힌지를 중심으로 피봇함으로써 상기 제 2 평면 루프로부터 분리 가능한, 가변 인덕터 디바이스.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면은 상기 디바이스의 폐쇄 구성에서 서로 오버랩하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 선택적으로 분리 가능하고, 상기 폐쇄 위치는 상기 디바이스의 상기 폐쇄 구성에 대응하고, 상기 개방 위치는 상기 가변 인덕터 디바이스의 목표된 인덕턴스 값에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 15 항에 있어서,
상기 개방 위치 및 상기 폐쇄 위치는 0°로부터 20° 범위의 상기 제 1 평면 루프와 상기 제 2 평면 루프 사이의 분리 각도에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 15 항에 있어서,
실질적으로 상기 제 1 평면 루프의 전체가 상기 폐쇄 위치에서 상기 제 2 평면 루프와 오버랩하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 17 항에 있어서,
실질적으로 상기 제 1 평면 루프의 전체가 상기 폐쇄 위치에서 실질적으로 상기 제 2 평면 루프의 전체와 오버랩하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 13 항에 있어서,
상기 힌지는 상기 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프의 종단 지점에 제공되는, 가변 인덕터 디바이스.
제 13 항에 있어서,
상기 힌지는 상기 가변 인덕터 디바이스의 RF 전력 단자에 제공되는, 가변 인덕터 디바이스.
제 13 항에 있어서,
상기 가변 인덕터 디바이스의 폐쇄 구성은 상기 가변 인덕터 디바이스의 기준 또는 최소 인덕턴스 값에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 21 항에 있어서,
상기 가변 인덕터 디바이스의 개방 구성은 상기 가변 인덕터 디바이스의 최대 인덕턴스 값에 대응하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 22 항에 있어서,
상기 최대 인덕턴스 값은 상기 기준 또는 최소 인덕턴스 값보다 3 배 내지 7 배 큰, 가변 인덕터 디바이스.
제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 평면 루프 및 상기 제 2 평면 루프 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 액추에이터를 더 포함하는, 가변 인덕터 디바이스.
가변 인덕터 디바이스의 인덕턴스를 가변시키기 위한 가변 기하 구조를 갖는, 단락된 송신 라인을 포함하고,
상기 가변 인덕터 디바이스는 회로 내에서 가변 인덕터로서 작용하도록 상기 회로에 접속 가능한, 가변 인덕터 디바이스.
제 25 항에 있어서,
상기 단락된 송신 라인은 평행 플레이트 송신 라인을 포함하는, 가변 인덕터 디바이스.
제 26 항에 있어서,
상기 평행 플레이트 송신 라인은 적어도 하나의 평평한 전도체를 포함하는, 가변 인덕터 디바이스.