KR20220053547A - 고전력 저주파 코일들 - Google Patents

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KR20220053547A
KR20220053547A KR1020227001279A KR20227001279A KR20220053547A KR 20220053547 A KR20220053547 A KR 20220053547A KR 1020227001279 A KR1020227001279 A KR 1020227001279A KR 20227001279 A KR20227001279 A KR 20227001279A KR 20220053547 A KR20220053547 A KR 20220053547A
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wire
coil
coil form
windings
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KR1020227001279A
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커크우드 러프
아론 컷티노
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코멧 테크놀로지스 유에스에이, 인크.
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Abstract

코일 본체 및 그 코일 본체 둘레에 배치되는 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들을 갖는 코일로서, 와이어는 와이어의 반경의 약 .25 내지 1.0의 인접 턴들 사이의 이격을 갖는다. 또한, 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일로서, 코일은, 코일 본체 및 그 코일 본체 둘레에 배치되는 와이어의 복수의 동심 원통형 단면 와인딩들을 가지며, 와이어는, 와이어의 반경의 약 .25 내지 1.0의 인접 턴들 사이의 이격 및 약 2:1 내지 약 3:1의 직경 대 길이 비율을 갖는다.

Description

고전력 저주파 코일들
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2019년 8월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/893,066호 및 2020년 8월 28일자로 출원된 미국 비-가특허 출원 제17/006,693호에 대한 우선권을 주장하고, 이들의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
상이한 타입들의 필름들을 에칭하고 낮은 프로세싱 온도 내지 중간 프로세싱 온도에서 얇은 필름들을 퇴적시키며 표면 처리 및 세정을 수행하기 위해 라디오 주파수(radio frequency)(RF) 플라즈마 향상 프로세싱이 반도체 제조에서 광범위하게 사용된다. 그러한 프로세스들의 특징은, 반응 챔버 내측의 전구체들로부터 중성 종들 및 이온들을 발생시키거나, 이온 충격을 위한 에너지를 제공하거나, 그리고/또는 다른 액션들을 수행하는 데 사용되는 플라즈마, 즉, 부분적으로 이온화된 가스의 채용이다.
본 개시내용은 첨부 도면들과 함께 판독할 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 업계의 표준 관례에 따르면, 다양한 피처(feature)들이 일정한 비율로 그려지지 않는다는 것이 강조된다. 실제로, 다양한 피처들의 치수들이 논의의 명료성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수도 있다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 RF 플라즈마 프로세싱 시스템의 개략적 표현이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일의 측면도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예들에 따른 도 2의 코일의 측면 입면도(side elevation view)이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 도 2의 코일의 단부도(end view)이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 도 2의 코일의 측면 투시도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예들에 따른 도 2의 코일의 측면도이다.
도 7은 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일 블록에서의 코일의 측면도이다.
도 8은 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일 블록에서의 도 7의 코일의 상승된 투시도의 개략적 표현이다.
도 9는 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일의 개략적 단면 표현이다.
도 10은 본 개시내용의 실시예들에 따른 트리파일러 인덕터(trifilar inductor)의 개략적 표현이다.
도 11은 본 개시내용의 실시예들에 따른 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법의 흐름도이다.
아래에 청구된 대상물의 예시적인 예들이 이제 개시될 것이다. 명확성을 위해, 실제 구현의 모든 피처들이 본 명세서에 설명되지는 않는다. 임의의 그러한 실제 구현의 전개에서, 구현마다 달라질, 시스템 관련 및 비즈니스 관련 제약들의 준수와 같은, 개발자들의 특정 목표들을 달성하기 위해 수많은 구현 특정 판정들이 이루어질 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 더욱이, 그러한 개발 노력은, 비록 복잡하고 시간 소모적일지라도, 본 개시내용의 이익을 갖는 본 기술분야의 통상의 기술자들에게는 일상적인 작업일 것이라는 것이 인식될 것이다.
추가로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 관사 "a"는 특허 기술들에서 그의 통상적인 의미, 즉, "하나 이상(one or more)"을 갖는 것으로 의도된다. 본 명세서에서, "약(about)"이라는 용어는 값에 적용될 때 일반적으로, 값을 생성하는 데 사용되는 장비의 공차 범위(tolerance range) 내를 의미하거나, 또는 일부 예들에서, 달리 명확히 특정되지 않는 한, 플러스 또는 마이너스 10%, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 또는 플러스 또는 마이너스 1%를 의미한다. 추가로, 본 명세서에서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "실질적으로(substantially)"라는 용어는, 과반수, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는, 예를 들어, 약 51% 내지 약 100%의 범위를 갖는 양을 의미한다. 더욱이, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도되고 제한으로서가 아니라 논의 목적들을 위해 제시된다.
전형적인 원통형 단층 코일들은 사용에 있어서 다수의 이슈들 및 제한들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 전통적인 원통형 단층 코일들은 길이가 직경보다 더 클 때 감소된 Q 팩터(factor)를 가질 수도 있다. 부가적으로, 그러한 코일들은 유전체 실린더 상에서 와인딩될 때 실린더 코일 폼(cylinder coil form)에 인접한 트래핑된 공기(trapped air)로 인해 열악한 냉각을 경험하였다. 코일들은, 더 낮은 Q 값들을 발생시키는 소용돌이 손실(eddy loss)들을 생성하는 알루미늄 차폐 하우징 벽들에 대한 높은 커플링 계수를 발생시킬 수도 있는 비교적 긴 자기장 복귀 경로를 또한 가질 수도 있다. 전형적인 코일들은, 더 낮은 Q 값들을 발생시킬 수도 있는 와이어의 단위 길이당 더 낮은 인덕턴스를 또한 가질 수도 있다. 그러한 코일들은, 덜 예측가능한 제조 공차들을 또한 가질 수도 있다.
본 개시내용의 실시예들은 고전력에서 전압 및 전류의 손실들을 감소시킬 수도 있는데, 이는 더 양호한 저장 대 소산 에너지 비율(stored to dissipated energy ratio)들로 인해 더 양호한 Q 값들을 발생시킨다. 본 개시내용의 실시예들은 또한 유리하게는, 사용된 와이어의 단위 길이당 인덕턴스를 최대화하여, 그에 의해 더 양호한 Q 값들을 발생시킬 수도 있다. 그러한 실시예들은 와인딩들에 걸친 분산된 전압을 추가로 감소시켜, 그에 의해 내부적으로 전압 응력 전위들을 감소시킬 수도 있다. 실시예들은 자기장 복귀 경로들을 최적화시킴으로써 알루미늄 차폐 하우징에 대한 자기장 커플링을 추가로 감소시켜, 그에 의해 차폐에 대한 커플링된 소용돌이 손실들을 감소시킬 수도 있다. 실시예들은 냉각을 개선시키기 위해 인덕터 와이어 주위의 기류를 또한 증가시킬 수도 있다. 다른 이점들은, X, Y, 및 Z 방향들로 예측가능한 와이어 치수 이격(wire dimensional spacing)을 제공하여 더 엄격한 제조 공차 분포를 발생시키는 기계적 폼을 포함할 수도 있다. 모든 실시예들이 이들 특성들을 모두 나타내는 것은 아니며, 이들이 하나 초과의 특성을 나타내는 정도에서, 이들이 동일한 정도로 그렇게 하지 않을 수도 있다는 것에 주목한다.
본 개시내용의 실시예들은, 예를 들어, 약 400k의 주파수를 갖는 코일들과 같은 비교적 고전력 저주파 코일들을 제공할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 코일들은 적용예에 따라 400k 미만 및/또는 400k 초과의 주파수들을 가질 수도 있다. 부가적으로, 개시된 지오메트리는 코일을 둘러싸는 차폐 벽들과의 커플링 상호작용들을 감소시키도록 자기장들을 콤팩트하게 한다. 게다가, 동일한 면으로부터의 각각의 와인딩의 정합(register)된 시작이 층 간의 전압 응력을 감소시켜, 좌우로 가로지르는 다수의 층들의 연속 필라멘트의 순차적으로 와인딩된 코일보다 더 높은 전압 동작을 가능하게 한다. 동일한 이격을 위한 와이어들의 기하학적 포지셔닝은, +/- 1 퍼센트에 근접한 정밀 공차 반복성을 또한 발생시킬 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 RF 플라즈마 프로세싱 시스템(100)의 측면도의 개략적 표현이 도시되어 있다. RF 플라즈마 프로세싱 시스템(100)은 제1 RF 발생기(105) 및 제2 RF 발생기(110), 제1 임피던스 매칭 네트워크(first impedance matching network)(115), 제2 임피던스 매칭 네트워크(120), 시스(sheath)(125), 플라즈마 전력공급 디바이스 예컨대 샤워헤드(130) 또는 등가의 전력공급된 요소 예컨대 전극, 및 페데스탈(pedestal)(135)을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 플라즈마 전력 디바이스들은, 플라즈마를 발생시키기 위해 전력을 도입시키는 임의의 디바이스를 지칭할 수도 있고, 예를 들어, 샤워헤드(130) 및/또는 다른 타입들의 전극들뿐만 아니라, 안테나 및 이와 유사한 것을 포함할 수도 있다.
RF 플라즈마 프로세싱 시스템(100)은, 하나 이상의 임피던스 매칭 네트워크들(115, 120)을 통해 반응 챔버(140)에 전력을 전달하는 하나 이상의 제1 및 제2 RF 발생기들(105, 110)을 포함할 수도 있다. RF 전력은 제1 RF 발생기(105)로부터 임피던스 매칭 네트워크(115)를 통해 샤워헤드(130)로 반응 챔버(140)에서의 플라즈마 내로, 샤워헤드(130) 이외의 전극(도시되지 않음)으로, 또는 플라즈마로 전력을 전자기적으로 제공하는 유도성 안테나(도시되지 않음)로 유동하고, 그 후에 전력이 플라즈마로부터 접지로 그리고/또는 페데스탈(135)로 그리고/또는 제2 임피던스 매칭 네트워크(120)로 유동한다. 일반적으로, 제1 임피던스 매칭 네트워크(115) 내의 반응성 컴포넌트들(별개로 도시되지 않음), 예를 들어, 가변 커패시터들을 조정함으로써, 제1 임피던스 매칭 네트워크(115)와 샤워헤드(130)의 조합된 임피던스가 제1 RF 발생기(105)의 출력, 예를 들어, 50 옴과 동일해지도록 제1 임피던스 매칭 네트워크(115)가 반응 챔버(140) 내측의 부하 임피던스의 변화들을 보상한다.
임피던스 매칭 네트워크들(115, 120)은 부하 임피던스가 소스 임피던스와 매칭되도록 이들의 내부 반응성 요소들을 조정하도록 설계된다. 본 개시내용의 실시예들은 임피던스 매칭 네트워크들(115, 120), 필터들(도시되지 않음), 공진기들(도시되지 않음), 및 이와 유사한 것에서 사용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일의 측면도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 6개의 코일 폼 연장부들(210)이 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 코일 폼(205)은 3개, 4개, 5개, 7개, 또는 그 이상의 코일 폼 연장부들(210)이 있을 수도 있다. 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼 중심(215)으로부터 반경방향으로 외향으로(outward) 돌출될 수도 있다. 코일 폼 중심(215)은, 코일(200)을, 아래에 예시될 블록(도시되지 않음)에 부착하는 데 사용될 수도 있다.
도 3 및 도 5에 가장 잘 도시된 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(inward spacer)(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다. 스페이서들(220/222)은 코일 폼(205)과 동일한 재료로부터 형성될 수도 있거나, 또는 다른 실시예들에서 다른 재료들로부터 형성될 수도 있다.
와이어(225)가 중심에서, 즉, 코일 폼(205)의 반경방향 외향 에지에서 시작하여, 코일 폼(205) 및 코일 폼 연장부들(210) 둘레에 동심으로(concentrically) 감길 수도 있다. 그 후에, 내향 스페이서(220)가 코일 폼(205)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 내향 스페이서(220)를 통해 감길 수도 있다. 그 후에, 외향 스페이서(222)가 내향 스페이서(200)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 외향 스페이서(222)를 통해 감길 수도 있다.
다른 실시예들에서, 하나 초과의 와이어(225)가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제1 와이어가 코일 폼(205) 둘레에 감길 수도 있다. 제2 와이어가 내향 스페이서(220) 둘레에 감길 수도 있고 제3 와이어가 외향 스페이서(222) 둘레에 감길 수도 있다. 그 후에, 3개의 와이어들이 전기 버스와 같은 하나 이상의 전기 커넥터들을 사용하여 연결될 수도 있다.
동작 시에, 코일(200)은, 다수의 층들을 포함하는 원통형 와인딩을 포함하는데, 이 원통형 와인딩은 이 실시예에서 와인딩들의 3개의 층들을 포함한다. 와인딩은 가장 내측의 직경에서 시작하고, 와인딩은 7회의 턴(turn)들 동안 계속되는데, 이는 아래에 더욱 상세히 예시될 것이다. 가장 내측의 직경의 단부에서, 와이어(225)는 코일 폼(205)의 중심을 통해 다시 시작 포지션으로 복귀한 후에, 제1 와인딩을 오버레이하여, 제1 와인딩이 시작된 곳에서 제2 와인딩을 시작한다. 제2 와인딩은 그의 단부까지 계속되는데, 이 제2 와인딩은 이 실시예에서 8회의 턴들을 포함한다. 제2 와인딩은, 일단 단부에 도달하면, 코일 폼(205)의 중심을 통해 복귀한다. 그 후에, 와이어(225)는 제3 와인딩을 위해 계속될 수도 있는데, 이 제3 와인딩은 이 실시예에서 9회의 턴들을 포함한다. 제3 와인딩의 단부에서, 와이어는, 예를 들어, 러그(lug)(도시되지 않음) 또는 다른 타입들의 전기 커넥터들을 통해 다른 컴포넌트들에 전기적으로 연결되도록 코일(200)을 빠져나갈 수도 있다.
3개의 연속 와인딩들을 제공함으로써, 사용되는 층들의 수가 감소된다. 이와 같이, 3개의 와인딩들을 사용함으로써, 전압 응력이 3의 팩터로 분할될 수도 있다. 각각의 와인딩이 동일한 길이의 턴들을 포함한 경우, 와이어(225)는 결국 그것에 걸쳐 동일한 양의 전압을 갖게 될 것이다. 부가적으로, 그러한 지오메트리는, 예컨대, 동작 시에 코일(200)을 둘러싸는 차폐 벽들(도시되지 않음)과의 커플링 상호작용들을 감소시키기 위해, 자기장들을 콤팩트하게 한다.
코일(200)의 양태들은, 코일(200), 코일 폼(205), 및 코일 폼 연장부들(210)의 동일한 면으로부터 시작하는 각각의 와인딩의 시작을 또한 포함할 수도 있다. 코일(200)의 동일한 면으로부터 시작함으로써, 전압 응력이 층 간에서 감소되어, 다수의 층들이 좌우로 가로지르는 연속 필라멘트의 순차적으로 와인딩된 코일보다 더 높은 전압 동작을 가능하게 할 수도 있다. 부가적으로, 와이어들의 기하학적 포지셔닝은 동일한 이격을 제공하는데, 이는 대략 1 퍼센트의 범위에 있는 정밀 공차 반복성을 발생시킨다. 멀티파일러 코일로서의 코일(200)의 특정 설계 양태들이 아래에 상세히 논의될 것이다.
도 3을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일(200)의 측면 입면도가 도시되어 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼 중심(215)으로부터 반경방향으로 외향으로 돌출된다. 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다.
와이어(225)가 중심에서, 즉, 코일 폼(205)의 반경방향 외향 에지에서 시작하여, 코일 폼(205) 및 코일 폼 연장부들(210) 둘레에 동심으로 감길 수도 있다. 그 후에, 내향 스페이서(220)가 코일 폼(205)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 내향 스페이서(220)를 통해 감길 수도 있다. 그 후에, 외향 스페이서(222)가 내향 스페이서(200)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 외향 스페이서(222)를 통해 감길 수도 있다.
와이어(225)의 양측 단부들은 러그들과 같은 전기 커넥터들(230)을 포함할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 전기 커넥터들(230)은, 예를 들어, 암수 커넥터(male-female connector)들, 나사 커넥터들, 볼트 커넥터들, 및/또는 본 기술분야에서 사용되거나 또는 적합한 임의의 다른 타입들의 전기 커넥터들(230)과 같은 다른 타입들의 커넥터들을 포함할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 전기 커넥터들(230)은 동작 요건들에 따라, 절연되거나 또는 부분적으로 절연될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일(200)의 단부도가 도시되어 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼 중심(215)으로부터 반경방향으로 외향으로 돌출된다. 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다.
와이어(225)가 중심에서, 즉, 코일 폼(205)의 반경방향 외향 에지에서 시작하여, 코일 폼(205) 및 코일 폼 연장부들(210) 둘레에 동심으로 감길 수도 있다. 그 후에, 내향 스페이서(220)가 코일 폼(205)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 내향 스페이서(220)를 통해 감길 수도 있다. 그 후에, 외향 스페이서(222)가 내향 스페이서(200)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 외향 스페이서(222)를 통해 감길 수도 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 제3 와인딩, 즉, 가장 외측의 반경방향 와인딩은 9개의 와인딩들을 포함한다. 상기에 논의된 바와 같이, 중간 또는 제2 와인딩은 8개의 와인딩들을 포함하는 한편, 가장 내측의 반경방향 와인딩은 7개의 와인딩들을 포함한다. 이와 같이, 삼각형 와인딩 폼이 발생되는데, 이는 상기에 논의된 이점들 중 하나 이상을 제공할 수도 있다. 삼각형 와인딩 폼은 아래에 더욱 상세히 예시되고 논의될 것이다.
도 5를 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일(200)의 측면 투시도가 도시되어 있다. 도 5에서, 와이어(225)의 특정 부분들이 코일 폼(205) 및 스페이서들(220/222)과 같은 다른 컴포넌트들의 기하학적 구조체에 대한 명료성을 위해 제거되었다. 상기에 논의된 바와 같이, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼 중심(215)으로부터 반경방향으로 외향으로 돌출된다. 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다.
와이어(225)가 중심에서, 즉, 코일 폼(205)의 반경방향 외향 에지에서 시작하여, 코일 폼(205) 및 코일 폼 연장부들(210) 둘레에 동심으로 감길 수도 있다. 그 후에, 내향 스페이서(220)가 코일 폼(205)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 내향 스페이서(220)를 통해 감길 수도 있다. 그 후에, 외향 스페이서(222)가 내향 스페이서(200)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 외향 스페이서(222)를 통해 감길 수도 있다.
도 6을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일(200)의 측면도가 도시되어 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼 중심(215)으로부터 반경방향으로 외향으로 돌출된다. 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다.
와이어(225)가 중심에서, 즉, 코일 폼(205)의 반경방향 외향 에지에서 시작하여, 코일 폼(205) 및 코일 폼 연장부들(210) 둘레에 동심으로 감길 수도 있다. 그 후에, 내향 스페이서(220)가 코일 폼(205)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 내향 스페이서(220)를 통해 감길 수도 있다. 그 후에, 외향 스페이서(222)가 내향 스페이서(200)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 외향 스페이서(222)를 통해 감길 수도 있다.
도 5와 관련하여 논의된 바와 같이, 가장 외측의 와인딩(235)은 다른 디바이스에 연결되도록 코일(200)을 빠져나가기 전에 와인딩의 중심(240)으로 복귀한다. 유사하게, 중간 와인딩(245)이 제3 와인딩(240)으로 와인딩되기 전에 와인딩의 중심(240)으로 또한 복귀한다. 가장 내측의 와인딩(250)은 와인딩의 중심(240)으로 또한 복귀하여 중간 와인딩(245)으로 와인딩된다.
도 7을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일 블록에서의 코일의 측면도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼의 코일 중심으로부터 반경방향으로 외향으로 돌출된다. 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다.
이 예시에서, 코일(200)은 코일 블록(255) 내에 배치된 것으로 도시되어 있다. 코일(200)은, 예를 들어, 볼트들과 같은 다양한 타입들의 기계적 부착물들(260)을 통해 코일 블록(255)에 연결될 수도 있다. 코일 블록(255)은, 코일(200)이 형성되는 것들을 포함하는 다양한 재료들로부터 형성될 수도 있다. 코일 블록(255)은 동작 동안 코일(200)을 제자리에 보유하는 데 사용될 수도 있고, 하나 이상의 부착 포인트들(265)을 사용하여 하우징(도시되지 않음) 또는 다른 컴포넌트들에 연결될 수도 있다. 코일 블록(255) 및 와이어(225) 와인딩들은 도 8과 관련하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 8을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일의 개략적 단면 표현의 일 면이 도시되어 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 코일(200)은, 6개의 코일 폼 연장부들(210)을 갖는 것으로 도시되어 있는 코일 폼(205)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 폼 연장부들(210)은 코일 폼 중심(215)으로부터 반경방향으로 외향으로 돌출된다. 하나 이상의 스페이서들(220/222)이 하나 이상의 코일 폼 연장부들(210)의 반경방향 외향 에지 상에 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 2개의 스페이서들(220/222)이 예시되어 있는데, 이때 하나의 내향 스페이서(220)가 반경방향으로 내향으로 배치되고 제2 외향 스페이서(222)가 반경방향으로 외향으로 배치된다.
와이어(225)가 중심에서, 즉, 코일 폼(205)의 반경방향 외향 에지에서 시작하여, 코일 폼(205) 및 코일 폼 연장부들(210) 둘레에 동심으로 감길 수도 있다. 그 후에, 내향 스페이서(220)가 코일 폼(205)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 내향 스페이서(220)를 통해 감길 수도 있다. 그 후에, 외향 스페이서(222)가 내향 스페이서(200)의 상부 상에 배치될 수도 있고, 와이어(225)가 외향 스페이서(222)를 통해 감길 수도 있다. 와이어(225)는, 코일 폼(205), 내향 스페이서(220), 및 외향 스페이서(222)에 형성되는 홈들(223)의 개개의 세트를 통과할 수도 있다.
코일(200)은 또한 2개의 전기 커넥터들(230/232)을 갖는 것으로 예시되어 있다. 제1 전기 커넥터(230)는 가장 내측의 제1 와인딩을 시작하는 한편, 제2 전기 커넥터는 가장 외측의 것으로서의 제3 와인딩을 종료한다. 도시된 바와 같이, 전기 커넥터들(230/232) 양측 모두가 러그들로서 도시되어 있지만, 상술된 것들과 같은 다른 전기 커넥터들이 또한 사용될 수도 있다.
이 예시에서, 코일(200)은 코일 블록(255) 내에 배치된 것으로 도시되어 있다. 코일(200)은, 예를 들어, 볼트들과 같은 다양한 타입들의 기계적 부착물들(260)을 통해 코일 블록(255)에 연결될 수도 있다. 코일 블록(255)은, 코일(200)이 형성되는 것들을 포함하는 다양한 재료들로부터 형성될 수도 있다. 코일 블록(255)은 동작 동안 코일(200)을 제자리에 보유하는 데 사용될 수도 있고, 하나 이상의 부착 포인트들(265)을 사용하여 하우징(도시되지 않음) 또는 다른 컴포넌트들에 연결될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 코일(200)의 개략적 단면 표현이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 코일(200)은 와이어(225)의 3개의 와인딩들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 가장 내측의 제1 와인딩(250), 중간의 제2 와인딩(245), 및 가장 외측의 제3 와인딩(235). 각각의 인접 와이어와 관련하여 와인딩되는 각각의 와인딩은 고정된 거리에서 축방향으로 그리고 반경방향으로 양측 모두에서 이격되어, 와인딩의 완성된 동심 층들의 단면이, 모든 컨덕터(conductor) 중심들의 배치인 일변 삼각형(unilateral triangle)을 형성하도록 한다. 일변 삼각형 지오메트리는 참조 문자 270으로 예시되어 있다. 그에 의해, 층당 1 턴의 와인딩 턴 카운트의 진행이 필드 복귀 경로를 최적화시킬 수도 있다. 층당 1 턴의 와인딩 턴 카운트는 참조 문자 275로 예시되어 있다.
따라서, 본 개시내용의 실시예들은 임의의 인접 턴 사이의 이격이 동일하고 사용된 와이어의 대략 .25 내지 1 반경이 되도록 와이어의 복수의 동심 실린더 또는 다각형 단면 와인딩들을 제공할 수도 있다. 그러한 실시예들은, 제1 와인딩의 시작이 마무리 턴(finish-turn)까지 계속된 후에 제1 와인딩의 동일한 시작 단부로 축방향으로 복귀하여 제1 와인딩과 동심인 새로운 더 큰 직경의 원통형 와인딩 층을 시작하여, 그에 의해 제1 와인딩을 둘러싸도록 연결되는 와이어의 동심 실린더들을 포함할 수도 있다. 제2 와인딩의 시작은 마무리 턴까지 계속된 후에 제1 및 제2 와인딩과 동일한 시작 단부로 축방향으로 복귀하여 제2 및 제1 와인딩과 동심인 새로운 실리더의 와인딩을 시작한다.
그에 의해, 동심 코일들은 각각의 와인딩의 공통적인 정합된 시작들 및 마무리들을 가질 수도 있다. 와인딩들의 집합적 단면은, 2:1 내지 3:1, 그리고 특정 실시예들에서는 2.4:1 내지 2.5:1, 그리고 또 다른 실시예들에서는 약 2.46:1의, 평균 직경인 직경 대 길이(285) 비율을 집합적으로 형성하는 길이 및 직경(280)을 포함한다.
와이어 턴들은 5/6 턴 동안 코일 축에 평행하고 이에 수직일 수도 있고, 1/6 턴 동안 하나의 가이드 홈으로부터 다음 가이드 홈으로 스테핑(step)할 수도 있다. 그에 의해, 그러한 기계적 기법은 제조 동안 코일의 구성을 단순화시킬 수도 있다. 그에 의해, 층당 1 턴 증가는 개선된 자기장 커플링의 이점들을 제공할 수도 있고, 와이어가 하위 층으로부터 추후에 다음 층으로 반경방향으로 상승할 때 와이어 분리가 유지될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 트리파일러 인덕터의 개략적 표현이 도시되어 있다. 예시된 바와 같이, 이 실시예에서 제1 러그인 제1 전기 커넥터(230)가 전원(도시되지 않음)에 연결된다. 그 후에, 와이어(225)가 3개의 동심 와인딩들로 와인딩된다. 제1 와인딩(250)은 7회의 턴들을 포함하고 코일의 가장 내측의 부분을 형성한다. 제2 와인딩(245)은 8회의 턴들을 포함하고 코일의 중간 부분을 형성한다. 제3 와인딩(235)은 9회의 턴들을 포함하고 코일의 가장 외측의 부분을 형성한다. 그 후에, 와이어(225)는 코일을 빠져나가고 제2 단부 커넥터(232)에서 절단된다.
도 11을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들에 따른 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 이 방법은, 코일 폼의 코일 폼 중심 부분을 통해 와이어를 공급하는 단계(블록 305)를 포함한다. 코일 폼의 중심 부분은, 와이어가 코일 폼을 통과하게 하는 하나 이상의 애퍼처(aperture)들을 포함할 수도 있다.
이 방법은, 제1 와인딩을 형성하기 위해 코일 폼 둘레에 와이어를 와인딩하는 단계(블록 310)를 더 포함할 수도 있다. 와이어가 초기에는 코일 폼에서의 애퍼처를 통과한 후에, 코일 폼의 반경방향 외향 부분 둘레에 감길 수도 있다. 와이어는, 동작 요건들에 따라, 코일 폼에 미리 형성되는 홈들을 통과할 수도 있거나, 또는 코일 폼에 대해 가압될 수도 있다.
이 방법은, 코일 폼의 코일 폼 중심의 중심 부분으로 와이어를 복귀시키는 단계(블록 315)를 더 포함할 수도 있다. 그에 의해, 와이어는 제1 와인딩이 시작된 곳과 동일한 면 상의 위치에서의 중심 부분으로 복귀할 수도 있다. 제1 와인딩의 최종 위치는, 코일 폼의 동일한 면 상에 있지만, 와이어가 최초로 통과한 애퍼처에 대한 상이한 위치에 길이방향으로 위치될 수도 있다.
이 방법은, 제1 와인딩보다 코일 폼 중심의 중심 부분으로부터 반경방향으로 더 멀리 있는 제2 와인딩을 형성하기 위해 코일 폼 둘레에 와이어를 와인딩하는 단계(블록 320)를 더 포함할 수도 있다. 이와 같이, 제2 와인딩은 제1 와인딩 외측에 있다. 제2 와인딩은 제1 애퍼처와는 동일한 면의 코일 폼 상에 있지만 상이한 길이방향 위치에 있을 수도 있는 제2 애퍼처를 통과함으로써 시작할 수도 있다.
이 방법은, 코일 폼의 코일 폼 중심의 중심 부분으로 와이어를 복귀시키는 단계(블록 325)를 더 포함할 수도 있다. 그에 의해, 와이어는 제1 와인딩이 시작되고 종료된 곳과 동일한 면 상의 위치에서의 중심 부분으로 복귀할 수도 있다. 제2 와인딩의 최종 위치는, 코일 폼의 동일한 면 상에 있지만, 제2 와인딩을 시작하기 위해 와이어가 최초로 통과한 애퍼처에 대한 상이한 위치에 길이방향으로 위치될 수도 있다.
이 방법은, 제2 와인딩보다 코일 폼 중심의 중심 부분으로부터 반경방향으로 더 멀리 있는 제3 와인딩을 형성하기 위해 코일 폼 둘레에 와이어를 와인딩하는 단계(블록 330)를 더 포함할 수도 있다. 그에 의해, 와이어는 제1 및 제2 와인딩들이 시작되고 종료된 곳과 동일한 면 상의 위치에서의 중심 부분으로 복귀할 수도 있다. 제3 와인딩의 최종 위치는, 코일 폼의 동일한 면 상에 있지만, 제1 및/또는 제2 와인딩들을 시작하기 위해 와이어가 최초로 통과한 애퍼처에 대한 상이한 위치에 길이방향으로 위치될 수도 있다.
특정 실시예들에서, 제1 와인딩은 코일 폼의 적어도 일 부분 상에 배치되고, 제2 와인딩은 제1 스페이서의 적어도 일 부분 상에 배치되고, 제1 스페이서는 코일 폼의 반경방향 원위 부분(radially distal portion) 상에 배치되고, 제3 와인딩은 제2 스페이서의 적어도 일 부분 상에 배치되고, 제2 스페이서는 제1 스페이서 상에 배치된다. 제1 스페이서는 제1 와인딩이 발생한 후에 코일에 부가될 수도 있다. 제2 스페이서는 제2 와인딩이 발생한 후에 코일에 부가될 수도 있다. 스페이서들이 순차적으로 부가되기 때문에, 임의의 주어진 와인딩 동안 코일의 반경방향으로 가장 외측의 에지에 접근하는 것으로 인해, 코일의 조립이 더 용이해질 수도 있다.
특정 실시예들에서, 제1 와인딩은 7회의 턴들을 포함할 수도 있고, 제2 와인딩은 8회의 턴들을 포함할 수도 있으며, 제3 와인딩은 9회의 턴들을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 임의의 주어진 와인딩에 대한 턴들의 수는 코일 폼 연장부들의 수, 및 특정 동작의 원하는 결과들에 기초하여 달라질 수도 있다. 예를 들어, 특정 구현들에서, 코일은 4개, 5개, 및 6개의 와인딩의 3개의 프로그레시브 와인딩(progressive winding)들을 포함할 수도 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 용이한 와인딩을 위한 턴들의 수에 대한 변동들이 원하는 결과들에 따라 달라질 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 고전력에서의 전압 및 전류의 감소된 손실들을 제공할 수도 있다. 그에 의해, 고전력에서의 전압 및 전류의 감소된 손실은 전형적인 원통형 단층 코일들에 비해 증가된 품질 팩터를 발생시킬 수도 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 저장 대 소산 에너지 비율들로 인해 증가된 품질 팩터를 제공할 수도 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 사용된 와이어의 단위 길이당 최적화된/최대화된 인덕턴스를 제공할 수도 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 와인딩들에 걸친 감소된 분산된 전압을 제공하여 내부 전압 응력 전위들을 감소시킬 수도 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 자기장 복귀 경로를 최적화시킴으로써 알루미늄 차폐 하우징에 대한 감소된 자기장 커플링을 제공하여, 그에 의해 차폐에 대한 커플링된 소용돌이 손실들을 감소시킬 수도 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 개선된 냉각을 위해 인덕터 와이어 주위에 증가된 기류를 제공할 수도 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용의 이점들은 X축, Y축, 및 Z축을 따라 예측가능한 와이어 치수 이격을 제공하는 기계적 폼을 제공하여, 그에 의해 더 엄격한 제조 공차 분포를 발생시킬 수도 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적들을 위해, 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용하였다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들을 실시하기 위해 특정 세부사항들이 요구되지 않는다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 특정 예들의 전술한 설명들은 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시된다. 이들은 설명된 정밀한 형태들로 본 개시내용을 제한하거나 또는 총망라하도록 의도되지 않는다. 명백하게, 상기의 교시의 관점에서 많은 수정들 및 변형들이 가능하다. 예들은 본 개시내용의 원리들 및 실제 적용예들을 가장 잘 설명하기 위해 도시 및 설명되어, 그에 의해 본 기술분야의 통상의 기술자들이, 고려된 특정 용도에 적합한 다양한 수정들을 갖는 다양한 예들 및 본 개시내용을 가장 잘 이용하는 것을 가능하게 한다. 본 개시내용의 범주는 아래의 청구범위 및 그 등가물들에 의해 정의되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 코일에 있어서,
    코일 폼(coil form); 및
    상기 코일 폼 둘레에 배치되는 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩(concentric cross-section winding)들
    을 포함하고,
    상기 와이어는, 상기 와이어의 반경의 약 .25 내지 1.0의 인접 턴(adjacent turn)들 사이의 이격(spacing)을 갖는 것인, 코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 원통형과 다각형 중 적어도 하나인 것인, 코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은, 제1 와인딩의 시작이 마무리 턴(finish-turn)까지 계속되고 상기 제1 와인딩의 시작 단부로 축방향으로 복귀하여, 상기 제1 와인딩보다 더 큰 제2 와인딩을 시작하도록 연결되는 것인, 코일.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 와인딩은 상기 제1 와인딩을 실질적으로 둘러싸는 것인, 코일.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 와인딩의 시작이 마무리 턴까지 계속되고 제1 및 제2 와인딩의 시작 단부로 축방향으로 복귀하여 제3 와인딩을 시작하는 것인, 코일.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 각각의 와인딩의 공통적인 정합(register)된 시작들 및 마무리들을 갖는 것인, 코일.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 약 2:1 내지 약 3:1의 직경 대 길이 비율을 갖는 것인, 코일.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 약 2.4:1 내지 약 2.5:1의 직경 대 길이 비율을 갖는 것인, 코일.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 약 2.46:1의 직경 대 길이 비율을 갖는 것인, 코일.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들 각각은 고정된 거리에서 축방향으로 그리고 반경방향으로 이격되는 것인, 코일.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은, 모든 컨덕터(conductor) 중심들의 배치로 일변 삼각형(unilateral triangle)을 형성하는 것인, 코일.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 층당 1 턴의 와인딩 턴 카운트의 진행을 포함하는 것인, 코일.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 임피던스 매칭 네트워크(impedance matching network), 필터, 및 공진기 중 적어도 하나에 배치되는 것인, 코일.
  14. 플라즈마 프로세싱 디바이스에 있어서,
    코일 폼; 및
    상기 코일 폼 둘레에 배치되는 와이어의 복수의 동심 원통형 단면 와인딩들
    을 포함하고,
    상기 와이어는, 상기 와이어의 반경의 약 .25 내지 1.0의 인접 턴들 사이의 이격 및 약 2:1 내지 약 3:1의 직경 대 길이 비율을 갖는 것인, 플라즈마 프로세싱 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 약 2.4:1 내지 약 2.5:1의 직경 대 길이 비율을 갖는 것인, 플라즈마 프로세싱 디바이스.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 와이어의 복수의 동심 단면 와인딩들은 약 2.46:1의 직경 대 길이 비율을 갖는 것인, 플라즈마 프로세싱 디바이스.
  17. 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법에 있어서,
    코일 폼의 코일 폼 중심 부분을 통해 와이어를 공급하는 단계;
    제1 와인딩을 형성하기 위해 상기 코일 폼 둘레에 상기 와이어를 와인딩하는 단계;
    상기 코일 폼의 코일 폼 중심의 중심 부분으로 상기 와이어를 복귀시키는 단계;
    상기 제1 와인딩보다 상기 코일 폼 중심의 중심 부분으로부터 반경방향으로 더 멀리 있는 제2 와인딩을 형성하기 위해 상기 코일 폼 둘레에 상기 와이어를 와인딩하는 단계;
    상기 코일 폼의 코일 폼 중심의 중심 부분으로 상기 와이어를 복귀시키는 단계; 및
    상기 제2 와인딩보다 상기 코일 폼 중심의 중심 부분으로부터 반경방향으로 더 멀리 있는 제3 와인딩을 형성하기 위해 상기 코일 폼 둘레에 상기 와이어를 와인딩하는 단계
    를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 와인딩은 상기 코일 폼의 적어도 일 부분 상에 배치되고, 상기 제2 와인딩은 제1 스페이서의 적어도 일 부분 상에 배치되고, 상기 제1 스페이서는 상기 코일 폼의 반경방향 원위 부분(radially distal portion) 상에 배치되고, 상기 제3 와인딩은 제2 스페이서의 적어도 일 부분 상에 배치되고, 상기 제2 스페이서는 상기 제1 스페이서 상에 배치되는 것인, 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 와인딩, 상기 제2 와인딩, 및 상기 제3 와인딩은 상기 코일의 동일한 면 상의 상기 코일 폼 중심의 중심 부분으로 복귀하는 것인, 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 와인딩은 7회의 턴들을 포함하고, 상기 제2 와인딩은 8회의 턴들을 포함하고, 상기 제3 와인딩은 9회의 턴들을 포함하는 것인, 플라즈마 프로세싱 디바이스에 대한 코일을 형성하는 방법.
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