特表 2023-511192 プラズマ処理装置のための高周波（ＲＦ）コイルを形成する金型および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-16

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置のための高周波（ＲＦ）コイルを形成する金型および方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230309BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022544684

(86)(22)【出願日】2020-10-26

(85)【翻訳文提出日】2022-09-06

(86)【国際出願番号】 US2020057284

(87)【国際公開番号】W WO2021150281

(87)【国際公開日】2021-07-29

(31)【優先権主張番号】16/752,446

(32)【優先日】2020-01-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】514028776

【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】ハンメル，マイケル

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA03

2G084AA04

2G084AA05

2G084BB02

2G084BB05

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC33

2G084DD03

2G084DD13

2G084DD63

2G084DD64

(57)【要約】

高周波（ＲＦ）コイルを製作するための金型および方法の様々な実施形態が本明細書に開示される。開示される金型は、円筒内側コアの外面内に形成された第１のらせん状の溝を有する円筒内側コアと、２ピース圧縮スリーブの内面内に形成された第２のらせん状の溝を有する２ピース圧縮スリーブとを備える。２ピース圧縮スリーブの部分同士が互いに取り付けられると、２ピース圧縮スリーブは、ＲＦコイルを製作するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体に圧縮力をかける。いくつかの実施形態では、３次元（３Ｄ）印刷プロセスが、金型の各ピースを別々に製作するために使用され得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置内で使用される高周波（ＲＦ）コイルを製作するための金型であって、
円筒状内側コアの外表面内に形成された第１のらせん状溝を有する円筒状内側コアと、
２ピース圧縮スリーブであって、該２ピース圧縮スリーブの内表面内に形成された第２のらせん状溝を有し、前記２ピース圧縮スリーブの部分同士が互いに取り付けられた際に、前記２ピース圧縮スリーブは、前記円筒状内側コアを取り囲み、前記第１および第２のらせん状溝内に配置された導体に、圧縮力を提供するように構成され、前記ＲＦコイルが製作される、２ピース圧縮スリーブと、
を備える、金型。

【請求項2】

前記２ピース圧縮スリーブは、第１の部分と、第２の部分とを有し、
前記第２の部分は、１または２以上の機械的締結具により、前記第１の部分に取り外し可能に取り付けられる、請求項１に記載の金型。

【請求項3】

前記２ピース圧縮スリーブは、前記形成されるＲＦコイルを所望のネガティブ形状にすることを容易にする、上下半型（cope and drag）圧縮スリーブを有する、請求項１に記載の金型。

【請求項4】

前記円筒状内側コアは、５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～８インチ（２０３．２ミリメートル）の高さ、および１インチ（２５．４ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径を有する、請求項１に記載の金型。

【請求項5】

前記第１および第２のらせん状溝は、各々、１～１００の巻数、および５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有する、請求項１に記載の金型。

【請求項6】

前記円筒状内側コアおよび前記２ピース圧縮スリーブは、１００℃超のガラス転移温度および２００ＭＰａ超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料を３次元（３Ｄ）印刷することにより製作される、請求項１に記載の金型。

【請求項7】

前記導体は、銅またはアルミニウムを含む、請求項１に記載の金型。

【請求項8】

プラズマ処理装置内で使用される高周波（ＲＦ）コイルを形成する方法であって、
３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して、円筒状内側コアおよび２ピース圧縮スリーブを有する金型を製作するステップであって、前記円筒状内側コアの外表面内に第１のらせん状溝が形成され、前記２ピース圧縮スリーブの内表面内に第２のらせん状の溝が形成される、ステップと、
前記円筒状内側コアの周囲に導体の部分を巻き付けるステップであって、前記導体の前記部分は、前記第１のらせん状溝内に配置される、ステップと、
前記円筒状内側コアに前記２ピース圧縮スリーブを取り付けるステップであって、前記２ピース圧縮スリーブは、前記円筒状内側コアを取り囲み、前記第１および第２のらせん状溝内に配置された前記導体の前記部分に圧縮力を提供し、前記ＲＦコイルが形成される、ステップと、
を有する、方法。

【請求項9】

さらに、
前記円筒状内側コアおよび前記ＲＦコイルから、前記２ピース圧縮スリーブを取り外すステップと、
前記ＲＦコイルまたは前記円筒状内側コアの少なくとも一つを互いに対して回転させることにより、前記金型から前記ＲＦコイルを取り外すステップと、
を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記円筒状内側コアに前記２ピース圧縮スリーブを取り付けるステップは、
前記円筒状内側コアの第１の側に前記２ピース圧縮スリーブの第１の部分を取り付けるステップと、
前記円筒状内側コアの第２の側に前記２ピース圧縮スリーブの第２の部分を取り付けるステップであって、前記第２の部分および前記第１の部分は、前記円筒状内側コアおよび前記導体の前記部分を取り囲む、ステップと、
１または２以上の機械的締結具により、前記第２の部分に前記第１の部分を取り付け、前記第１および第２のらせん状溝内に配置された前記導体の前記部分に前記圧縮力を印加するステップと、
を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

さらに、
前記１または２以上の機械的締結具を取り外すステップと、
前記円筒状内側コアおよび前記ＲＦコイルから、前記２ピース圧縮スリーブの前記第１および第２の部分を取り外すステップと、
前記ＲＦコイルまたは前記円筒状内側コアの少なくとも一つを互いに対して回転させることにより、前記金型から前記ＲＦコイルを取り外すステップと、
を有する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して、前記金型を製作するステップは、
１００℃超のガラス転移温度および２００ＭＰａ超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料を使用し、前記３Ｄ印刷プロセスを用いて、前記円筒状内側コア、前記２ピース圧縮スリーブの第１の部分、および前記２ピース圧縮スリーブの第２の部分を別々に製作するステップ、
を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して、前記金型を製作するステップは、
５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～８インチ（２０３．２ミリメートル）の高さ、および１インチ（２５．４ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径を有する前記円筒状内側コアを製作するステップ
を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項14】

前記３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して、前記金型を製作するステップは、
１～１００の巻数、および５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有する前記第１および第２のらせん状溝を製作するステップ
を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項15】

プラズマ処理装置内で使用される高周波（ＲＦ）コイルを形成する方法であって、
３次元（３Ｄ）印刷プロセスを用いて、円筒状内側コアおよび２ピース圧縮スリーブを有する金型を製作するステップであって、前記円筒状内側コアの外表面内に第１のらせん状溝が形成され、前記２ピース圧縮スリーブの内表面内に第２のらせん状溝が形成される、ステップと、
前記円筒状内側コアの周囲に導体の部分を巻き付けるステップであって、前記導体の前記部分は、前記第１のらせん状溝内に配置される、ステップと、
前記円筒状内側コアに前記２ピース圧縮スリーブを取り付けるステップであって、前記２ピース圧縮スリーブは、前記円筒状内側コアを取り囲み、前記第１および第２のらせん状溝内に配置された前記導体の前記部分に圧縮力が提供され、前記ＲＦコイルが形成される、ステップと、
前記円筒状内側コアおよび前記ＲＦコイルから、前記２ピース圧縮スリーブを取り外すステップと、
前記ＲＦコイルまたは前記円筒状内側コアの少なくとも一つを互いに対して回転させることにより、前記金型から前記ＲＦコイルを取り外すステップと、
を有する、方法。

【請求項16】

前記円筒状内側コアに前記２ピース圧縮スリーブを取り付けるステップは、
前記円筒状内側コアの第１の側に、前記２ピース圧縮スリーブの第１の部分を取り付けるステップと、
前記円筒状内側コアの第２の側に、前記２ピース圧縮スリーブの第２の部分を取り付けるステップであって、前記第２の部分および前記第１の部分は、前記円筒状内側コアおよび前記導体の前記部分を取り囲む、ステップと、
１または２以上の機械的締結具により、前記第２の部分に前記第１の部分を取り付け、前記第１および第２のらせん状溝内に配置された前記導体の前記部分に前記圧縮力を印加するステップと、
を有する、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記２ピース圧縮スリーブを取り外すステップは、
前記１または２以上の機械的締結具を取り外すステップと、
前記円筒状内側コアおよび前記ＲＦコイルから、前記２ピース圧縮スリーブの前記第１および第２の部分を取り外すステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記金型を製作するステップは、
１００℃超のガラス転移温度および２００ＭＰａ超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料を使用するステップ
を有する、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記金型を製作するステップは、５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～８インチ（２０３．２ミリメートル）の高さ、および１インチ（２５．４ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径を有する前記円筒状内側コアを製作するステップを有する、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

前記金型を製作するステップは、１～１００の巻数、および５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有するように、前記第１および第２のらせん状溝を製作するステップを有する、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１月２４日に出願された米国特許出願第１６／７５２，４４６号明細書に対する優先権およびその出願日の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

本開示は、プラズマ処理装置で使用するための高周波（ＲＦ）コイルに関する。特に、本開示は、ＲＦコイルを形成する金型および方法の様々な実施形態を提供する。

【0003】

半導体デバイスおよび他の電子デバイスの製作にプラズマ処理装置が広く使用されている。このような装置では、エッチング、堆積、酸化、スパッタリングなどの処理を行うために、比較的低温で処理ガスが良好に反応するようにプラズマが使用される。このような目的で使用される従来のプラズマ処理装置としては、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）装置および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置が挙げられるが、これらに限定されない。

【0004】

一般に、プラズマは真空チャンバ内で発生され、プラズマを発生するための手段は、ＲＦ電力が印加されたときのプラズマ電位の擾乱を抑制するために、チャンバの外部または保護壁内のいずれかに配置される。例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置では、コイル状のＲＦアンテナが、発生したプラズマのための真空チャンバとしての役割を果たす処理チャンバの壁内に形成された誘電体窓の外部に配置され得る。ターゲット基板（例えば、半導体ウェーハまたはガラス基板）は、処理チャンバ内の中央領域に供給される。

【0005】

プラズマプロセスを行うために、処理ガスが、誘電体窓と基板との間に形成された処理空間内に供給される。高周波交流（ＡＣ）電流がコイル状のＲＦアンテナに供給されてＲＦ磁場を誘導し、ＲＦ磁場は、誘電体窓を介してチャンバ内の処理空間に伝わる。ＲＦ磁場が時間とともに変化すると、誘導電場が処理空間内で方位角方向に発生して、強いプラズマが発生する。

【0006】

場合によっては、プラズマの密度および再現性に影響を与えるために、コイル状のＲＦアンテナの特性（例えば、巻数、ピッチ、曲げ半径、コイル直径、コイル長、コイル同心度など）が変更され得る。例えば、コイルの幾何学的形状を変化させることは、ピッチ、直径、長さなどの特徴を変化させることに基づいて、プラズマ特性に影響を与える（例えば、コイルのピッチを大きくすることにより、プラズマ発生領域、プラズマ密度、およびプラズマ均一性が変化する）。

【0007】

ＲＦコイルの設計は、通常、手曲げと巻線機との組み合わせを含む製造工程を介する製作のために外部ベンダに送られる。残念ながら、（巻線機を用いるか否かにかかわらず）手作業によるＲＦコイルの製作はあまり正確ではなく、プラズマプロセスで要求される厳しい公差を達成できないことが多い。また、製造プロセスは、平らでない表面および歪んだ幾何学的形状（例えば、変形したコイル形状）を生じやすく、そうすると、製作されたＲＦコイルの近接場の挙動に影響が及ぶことがある。

【0008】

場合によっては、ＲＦコイルの設計を完成させるには、何回かの繰り返しを必要とすることがある。例えば、小さな曲げ半径、コイル同心度、およびコイル直径は、特に予測が難しく、設計プロセス全体を通して調整される必要があり得る。例えば、同心度からのわずかな逸脱でさえも、プラズマプロセスにおける不均一性、劣悪な点火挙動、または異常な放電につながり得る。しかしながら、多くの外部ベンダはリードタイムが長く（例えば、約４～６週間）、このことにより、特にＲＦコイルの設計を完成させるのに複数回の繰り返しが必要とされる場合、設計時間が大幅に増加し得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従来の製造プロセスよりも正確で、再現性が高く、時間／費用効率の高い、ＲＦコイルの改良された製作方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

ＲＦコイルを製作するための金型および方法の様々な実施形態が本明細書に開示される。より具体的には、本開示は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを製作する金型および方法の様々な実施形態を提供する。以下に詳述するように、開示される金型は、一般に、円筒内側コアの外面内に形成された第１のらせん状の溝を有する円筒内側コアと、２ピース圧縮スリーブの内面内に形成された第２のらせん状の溝を有する２ピース圧縮スリーブとを備え得る。２ピース圧縮スリーブの部分同士が互いに取り付けられると、２ピース圧縮スリーブは、ＲＦコイルを製作するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体に圧縮力をかける。

【0011】

いくつかの実施形態では、３次元（３Ｄ）印刷プロセスが、金型の各ピースを別々に製作するために使用され得る。本開示は、本明細書に開示される金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを使用することにより、従来の製造プロセスよりも正確で、再現性が高く、時間／費用効率の高い、ＲＦコイルを製作するための方法を提供する。

【0012】

一実施形態によれば、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを製作するための金型が、一般に、円筒内側コアと２ピース圧縮スリーブとを備え得る。円筒内側コアは、円筒内側コアの外面内に形成された第１のらせん状の溝を有し得る。２ピース圧縮スリーブは、２ピース圧縮スリーブの内面内に形成された第２のらせん状の溝を有し得る。２ピース圧縮スリーブの部分同士が互いに取り付けられると、２ピース圧縮スリーブは、ＲＦコイルを製作するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体に圧縮力をかけるように構成され得る。いくつかの実施形態では、導体は、例えば、銅、アルミニウム、または鉄を含むがこれらに限定されない、鉄系合金および非鉄金属を含み得る。

【0013】

いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブは、第１の部分と、１または２以上の機械的締結具を用いて第１の部分に取り外し可能に取り付けられた第２の部分とを備える。いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブは、部品をネガティブ形状に成形すること、および部品を所望の形状（例えば、空洞直径、コイル外径、およびコイルピッチなど。）に形成することを容易にする上下半型部品（ｃｏｐｅ ａｎｄ ｄｒａｇ ｐａｒｔｓ）を備え得る。

【0014】

いくつかの実施形態では、金型は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを形成するように形状および寸法を定められ得る。このような実施形態では、円筒内側コアは、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～１２インチ（３０４．８ミリメートル）の高さ、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径、１～１００の巻数、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有し得る。

【0015】

いくつかの実施形態では、金型は、金型の各ピースを別々に製作するために３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して製作され得る。例えば、円筒内側コア、２ピース圧縮スリーブの第１の部分、および２ピース圧縮スリーブの第２の部分はそれぞれ、いくつかの実施形態では、１００℃超のガラス転移温度および２００メガパスカル（ＭＰａ）超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料を３Ｄ印刷することによって製作され得る。他の実施形態では、他の材料（限定するものではないが、例えば、炭素繊維ＰＣ、炭素繊維、アルミニウム、ステンレス鋼、インコネルなど）も３Ｄ印刷可能であり、使用されてもよい。金属は一般により強度が高く、より良好且つより安定な最終形状をもたらす。

【0016】

別の実施形態によれば、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを形成するための方法が提供される。いくつかの実施形態では、本方法は、円筒内側コアと２ピース圧縮スリーブとを備える金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを使用することによって開始され得る。第１のらせん状の溝は円筒内側コアの外面内に形成され、第２のらせん状の溝は２ピース圧縮スリーブの内面内に形成される。本方法はまた、円筒内側コアの周囲に導体の部分を巻き付けて、導体の部分が第１のらせん状の溝内に配置されるようにすることを含み得る。本方法は、円筒内側コアに２ピース圧縮スリーブを取り付けて、２ピース圧縮スリーブが、ＲＦコイルを形成するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体の部分に圧縮力をかけるようにすることを更に含み得る。

【0017】

いくつかの実施形態では、金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを上記使用することは、金型の各ピースを別々に製作するために３Ｄ印刷プロセスを使用することを含み得る。例えば、円筒内側コア、２ピース圧縮スリーブの第１の部分、および２ピース圧縮スリーブの第２の部分はそれぞれ、いくつかの実施形態では、１００℃超のガラス転移温度および２００ＭＰａ超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料を３Ｄ印刷することによって製作され得る。他の実施形態では、他の材料（限定するものではないが、例えば、炭素繊維ＰＣ、炭素繊維、アルミニウム、ステンレス鋼、インコネルなど）も３Ｄ印刷可能であり、使用されてもよい。金属は一般により強度が高く、より良好且つより安定な最終形状をもたらす。

【0018】

いくつかの実施形態では、金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを上記使用することは、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～１２インチ（３０４．８ミリメートル）の高さ、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径、１～１００の巻数、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有するように円筒内側コアを形成するために３Ｄ印刷プロセスを使用することを含み得る。

【0019】

いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、円筒内側コアの第１の側に２ピース圧縮スリーブの第１の部分を取り付けることと、円筒内側コアの第２の側に２ピース圧縮スリーブの第２の部分を取り付けて、第２の部分および第１の部分が円筒内側コアおよび導体の部分を囲むようにすることとを含み得る。いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることはまた、１または２以上の機械的締結具を用いて第２の部分に第１の部分を取り付けて、第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体の部分に圧縮力をかけることを含み得る。

【0020】

いくつかの実施形態では、本方法は、１または２以上の機械的締結具を取り外すことと、円筒内側コアおよびＲＦコイルから２ピース圧縮スリーブの第１および第２の部分を取り外すことと、ＲＦコイルまたは円筒内側コアの少なくとも一方を互いに対して回転させることによって金型からＲＦコイルを取り外すこととを更に含み得る。

【0021】

別の実施形態によれば、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを形成するための方法が提供される。いくつかの実施形態では、本方法は、円筒内側コアと２ピース圧縮スリーブとを備える金型を製作することによって開始されて、第１のらせん状の溝が円筒内側コアの外面内に形成され、第２のらせん状の溝が２ピース圧縮スリーブの内面内に形成されるようにし得る。本方法はまた、円筒内側コアの周囲に導体の部分を巻き付けて、導体の部分が第１のらせん状の溝内に配置されるようにすることと、円筒内側コアに２ピース圧縮スリーブを取り付けて、２ピース圧縮スリーブが、ＲＦコイルを形成するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体の部分に圧縮力をかけるようにすることとを含み得る。本方法は、円筒内側コアおよびＲＦコイルから２ピース圧縮スリーブを取り外すことと、ＲＦコイルまたは円筒内側コアの少なくとも一方を互いに対して回転させることによって金型からＲＦコイルを取り外すこととを更に含み得る。

【0022】

いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、円筒内側コアの第１の側に２ピース圧縮スリーブの第１の部分を取り付けることと、円筒内側コアの第２の側に２ピース圧縮スリーブの第２の部分を取り付けて、第２の部分および第１の部分が円筒内側コアおよび導体の部分を囲むようにすることとを含み得る。いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、１または２以上の機械的締結具を用いて第２の部分に第１の部分を取り付けて、第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体の部分に圧縮力をかけることを更に含み得る。このような実施形態では、２ピース圧縮スリーブを上記取り外すことは、１または２以上の機械的締結具を取り外すことと、円筒内側コアおよびＲＦコイルから２ピース圧縮スリーブの第１および第２の部分を取り外すこととを含み得る。

【0023】

本発明およびその利点のより完全な理解は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって得ることができ、図面では、同様の参照番号が同様の特徴を指す。しかしながら、開示される概念は他の同等に効果的な実施形態を含み得るため、添付の図面は、開示される概念の例示的な実施形態を示すに過ぎず、したがって範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本開示の一実施形態による、ＲＦコイルを製作するための金型の３次元斜視図である。

【図2】本開示による、ＲＦコイルを形成するための方法の一実施形態を示すフローチャート図である。

【図3】本開示による、ＲＦコイルを形成するための方法の別の実施形態を示すフローチャート図である。

【図4】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【図5】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【図6】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【図7】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【図8】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【図9】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【図10】図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す、図１に示す金型の３次元斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

ＲＦコイルを製作するための金型および方法の様々な実施形態が本明細書に開示される。より具体的には、本開示は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを製作する金型および方法の様々な実施形態を提供する。以下に詳述するように、開示される金型は、一般に、円筒内側コアの外面内に形成された第１のらせん状の溝を有する円筒内側コアと、２ピース圧縮スリーブの内面内に形成された第２のらせん状の溝を有する２ピース圧縮スリーブとを備え得る。２ピース圧縮スリーブの部分同士が互いに取り付けられると、２ピース圧縮スリーブは、ＲＦコイルを製作するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体に圧縮力をかける。本明細書で論じる場合、「円筒」構造が説明される。本明細書で使用される場合、「円筒」とは、完全な円筒形構造からの半径の変動が２０％以下である円筒状の構造を包含する。

【0026】

いくつかの実施形態では、３次元（３Ｄ）印刷プロセスが、金型の各ピースを別々に製作するために使用され得る。本開示は、本明細書に開示される金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを使用することにより、従来の製造プロセスよりも正確で、再現性が高く、時間／費用効率の高い、ＲＦコイルを製作するための方法を提供する。

【0027】

図１は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを製作するために使用され得る金型１０の一実施形態を示す。図１に示すように、金型１０は、円筒内側コア１２と、第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂから構成された２ピース圧縮スリーブとを備え得る。円筒内側コア１２は、その一方の端部にあるベースプレート１４と、円筒内側コア１２の外面内に形成された第１のらせん状の溝１６とを備え得る。２ピース圧縮スリーブは、２ピース圧縮スリーブの内面内に形成された第２のらせん状の溝２２と、２ピース圧縮スリーブの部分同士を一緒に取り付けるための手段（例えば、アタッチメントガイド２４および孔２６）とを備え得る。２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂが互いに取り付けられると、２ピース圧縮スリーブは、ＲＦコイルを製作するように円筒内側コア１２を囲んで第１のらせん状の溝１６および第２のらせん状の溝２２内に配置された導体３０に圧縮力をかける。

【0028】

図１に示すように、２ピース圧縮スリーブは、第１の部分２０ａと、１または２以上の機械的締結具２８を用いて第１の部分に取り付けたり取り外したりできる第２の部分２０ｂとを備える。いくつかの実施形態では、図７に示すように、２ピース圧縮スリーブ内に形成されたアタッチメントガイド２４および孔２６内に１または２以上の機械的締結具２８（例えば、ボルトおよびワッシャ）を挿入することによって、第１の部分２０ａが、第２の部分２０ｂに（またはその逆に）取り付けられ得る。その後、１または２以上の機械的締結具２８が締め付けられると、２ピース圧縮スリーブは、導体３０に圧縮力をかけて、導体がＲＦコイルに対して所望されている形状および寸法に適合するようにする。金型１０からＲＦコイルを取り外すために、図８に示すように、１または２以上の機械的締結具２８は、アタッチメントガイド２４および孔２６から取り外されて、第１の部分２０ａが第２の部分２０ｂから（またはその逆に）取り外され得るようにし得る。

【0029】

本明細書では、２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂを一緒に取り付けるための特定の手段（例えば、アタッチメントガイド２４、孔２６、および機械的締結具２８）が図示および説明されているが、ＲＦコイルを形成するために必要な圧縮力をかけるために代替的な取付手段が使用されてもよいことを認識されたい。例えば、より強く、より均一な圧縮力をかけるために万力で組立体を挟むことも１つのやり方であるし、または油圧プレスにおいて部品を使用できるようにするために金型タイプのフレームを使用することもできる。

【0030】

金型１０は、一般に、特定の特性（例えば、形状、サイズ、ピッチ、長さなど）を有するＲＦコイルを作成するように設計され得る。例えば、多くのＲＦコイルの設計は、特定の用途に対して最良のコイルの形状、サイズ、ピッチ、長さなどを決定する、物理学に基づくＲＦ／電磁波（ＥＭ）シミュレーションによってなされている。ＲＦコイルの設計が特定の用途のために選択されると、ＲＦコイルの設計の特性が、金型１０の設計および製作に使用され得る。

【0031】

例えば、プラズマ処理装置で使用されるＲＦコイルは、通常、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～１２インチ（３０４．８ミリメートル）の高さ（Ｈ１）、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径（Ｄ１）、１～１００の巻数、１／８インチ（３．１７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有するように形成される。これらの特性のうちのいずれか１つが、ＲＦコイルによって発生する電場およびプラズマ処理装置内で発生するプラズマを変えるために調整されてもよい。例えば、ＲＦコイルの高さおよび直径が調整されてもよい。一方、ＲＦコイル内で使用される巻数、および／または巻線間のピッチも調整されてもよい。コイルのサイズおよび形状を変えることにより、コイルの電場およびインダクタンスが変わり、ひいてはプラズマ密度が変わる。

【0032】

プラズマ処理装置で使用されるＲＦコイルを形成するために、金型１０の内側コア１２は、１／４インチ（６．３５ミリメートル）～８インチ（２０３．２ミリメートル）の高さ（Ｈ２）、および１／４インチ（６．３５ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径（Ｄ２）で形成され得る。図１に示すように、高さ（Ｈ２）は、ベースプレート１４の上面と円筒内側コア１２の上端面との間で測定される。直径（Ｄ２）は、円筒内側コア１２の上端面を横断して測定される。加えて、円筒内側コア１２内に形成された第１のらせん状の溝１６と、２ピース圧縮スリーブの各部分内に形成された第２のらせん状の溝２２とはそれぞれ、１～１００の巻数を含み得る。図１には示していないが、第１のらせん状の溝１６の深さおよび第２のらせん状の溝２２の深さはそれぞれ、導体３０の直径の２分の１に実質的に等しくてもよい。

【0033】

導体３０は、一般に、実質的に任意の導電性材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、導体３０は、銅、アルミニウム、または鉄を含むがこれらに限定されない、鉄系合金または非鉄金属であり得る。

【0034】

２ピース圧縮スリーブ２０が円筒内側コア１２に取り付けられ、第１の部分２０ａと第２の部分２０ｂとが機械的締結具２８を介して互いに取り付けられると、導体３０にかけられた圧縮力によって、第１のらせん状の溝１６および第２のらせん状の溝２２の形状および寸法に導体が適合される。第１のらせん状の溝１６および第２のらせん状の溝２２内に配置された導体３０に圧縮力をかけることにより、らせん状のコイル部分３２と、略直線状の２つの端部部分（すなわち、直線端部部分３４および直線端部部分３６）とを有するＲＦコイルが形成される。上述のように、らせん状のコイル部分３２の形状および寸法は、一般に、コイルを形成するために使用される金型１０の特性に依存する。一実施形態では、例えば、らせん状のコイル部分３２は、１／４インチ（６．３５ミリメートル）～８インチ（２０３．２ミリメートル）の高さ（Ｈ１）、１インチ（２５．４ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径（Ｄ１）、１～１００の巻数、５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有するように形成され得る。

【0035】

いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂは、実質的に直線状の端部部分（例えば、３４）のうちの１つを収容および／または支持するために、当接面２９ａおよび当接面２９ｂ内にそれぞれ形成された追加の溝２７ａおよび追加の溝２７ｂをそれぞれ備え得る。他の実施形態では、例えば、ベースプレート１４が取り外され、実質的に直線状の端部部分３４が反対方向に延びるようにされた場合、追加の溝は省略され得る。

【0036】

いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブは、部品をネガティブ形状に成形すること、および部品を所望の形状（例えば、空洞直径、コイル外径、およびコイルピッチなど。）に形成することを容易にする上下半型部品を備え得る。圧縮スリーブは、圧縮力を導体３０にかける際に、ＲＦコイルの平らでない表面および歪んだ幾何学的形状（例えば、変形したコイル形状）を防止する。

【0037】

上述のように、ＲＦコイルは、通常、巻き、曲げ、および巻線機の組み合わせを通してＲＦコイルを製作する外部ベンダによって作られる。残念ながら、大半の外部ベンダによって利用されている製造方法は、精度を欠き、平らでない表面および歪んだ幾何学的形状（例えば、変形したコイル形状）を生じやすく、そうすると、ＲＦコイルの近接場の挙動に影響が及ぶことがある。加えて、多くの外部ベンダはリードタイムが長く（例えば、約４～６週間）、このことにより、特にＲＦコイルの設計を完成させるのに複数回の繰り返しが必要とされる場合、設計時間が大幅に増加する。

【0038】

これらの問題を克服するために、好ましくは、図１に示す金型１０は、３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して形成される。３Ｄ印刷は、コンピュータ支援設計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ、ＣＡＤ）ソフトウェアを使用して、精密な幾何学的形状となるように層を重ねて材料を堆積させるようにハードウェアに命令する積層造形プロセスであり、迅速、正確、且つ低コストで３Ｄ物体を作るために使用され得る。一般に、金型１０の各ピース（例えば、円筒内側コア１２、並びに２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂ）は、３Ｄプリンタを使用して別々に製作され得る。

【0039】

いくつかの実施形態では、金型１０の各ピースは、円筒内側コア１２、第１の部分２０ａ、および第２の部分２０ｂが所望の仕様に形成されるまで、層を重ねて熱可塑性ポリマー材料を堆積させるように３Ｄプリンタに命令することによって製作され得る。３Ｄ印刷プロセスでは実質的に任意の熱可塑性ポリマー材料が使用され得るが、少なくともいくつかの実施形態では、１００℃超のガラス転移温度（Ｔｇ）および２００ＭＰａ超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料が好ましいことがある。一実施形態では、Ｔｇが約１４７℃、且つ圧縮強度が約３２０ＭＰａの炭素繊維ポリカーボネート材料が、金型１０の円筒内側コア１２並びに２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂを形成するために使用され得る。

【0040】

設計フェーズでは、当初、炭素繊維ポリカーボネートよりも大幅に低いＴｇ（約５５～６０℃）および圧縮強度（約９４ＭＰａ）を有するポリ乳酸またはポリラクチド（ＰＬＡ）を使用して金型１０を構成した。その後、ＰＬＡ金型を用いてＲＦコイルを形成したとき、ＰＬＡ金型はＲＦコイル領域の付近で変形した。これは、コイル形成プロセス中に発生した熱またはコイルを形成するのに必要な圧縮力に起因する可能性が最も高い。ＰＬＡの代わりに炭素繊維ポリカーボネート材料を使用することによって、金型は、より高い圧縮力および温度に耐えることができ、これによりＰＬＡ金型が被った変形を回避できることが後に判明した。良好な金型１０、ひいては良好なＲＦコイルが炭素繊維ポリカーボネートによって作成されることが示されたが、適切なガラス転移温度および圧縮強度を有する他の熱可塑性ポリマー材料も、金型を形成するために使用され得る。例えば、適切な熱可塑性ポリマー材料としては、限定するものではないがカイロン（Ｋｙｒｏｎ）およびＭＡＸ－ＸＳを含む多種多様な材料が挙げられる。

【0041】

良好な金型１０は、所望の形状、形態、および寸法を有するように熱可塑性ポリマー材料を３Ｄ印刷することによって実用化されたが、金型を形成するために他の材料を使用することもできることに留意されたい。例えば、金型１０は、限定するものではないがアルミニウム、ステンレス鋼、またはインコネルなどの金属を３Ｄ印刷することによって代替的に形成されてもよい。

【0042】

図２～図１０は、図１に示し、上述した金型１０を使用してＲＦコイルを形成する例示的な方法を示す。特に、図２および図３は、本開示による、ＲＦコイルを形成するために使用され得る方法１００および２００の例示的な実施形態を示すフローチャート図である。図４～図１０は、図２および図３に示す方法ステップを実行するために図１に示す金型がどのように使用され得るかを示す。図１に示す金型１０、並びに図２および図３に示す方法１００および２００は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを形成するために使用されるが、同様の金型および／または同様の方法が、他の使用および用途のためのＲＦコイルを形成するために使用されてもよいことに留意されたい。

【0043】

図４～図１０の実施形態は単なる例示であり、追加の方法が、本明細書に記載される技法を利用してもよいことが理解されよう。更に、記載されたステップは排他的であることを意図していないので、図４～図１０に示す方法に、追加のステップを追加することができる。更に、ステップの順序は、異なる順序が生じる場合があり、且つ／または様々なステップが組み合わせで若しくは同時に実施されてもよいため、図に示す順序には限定されない。

【0044】

図２は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを形成する例示的な方法１００を示す。いくつかの実施形態では、図２に示す方法１００は、（ステップ１１０において）円筒内側コアと２ピース圧縮スリーブとを備える金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを使用することによって開始され得る。第１のらせん状の溝は円筒内側コアの外面内に形成され、第２のらせん状の溝は２ピース圧縮スリーブの内面内に形成される。厳密にそのように限定されるものではないが、図１は、３Ｄ印刷プロセスを使用して上述の構造を備えるように製作され得る金型１０の一実施形態を示す。

【0045】

いくつかの実施形態では、（ステップ１１０において）金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを上記使用することは、１００℃超のガラス転移温度および２００ＭＰａ超の圧縮強度を有する熱可塑性ポリマー材料を使用して、円筒内側コア１２、２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａ、および２ピース圧縮スリーブの第２の部分２０ｂを別々に製作するために３Ｄ印刷プロセスを使用することを含む。上記のように、様々な熱可塑性ポリマー材料が使用され得る。

【0046】

いくつかの実施形態では、（ステップ１１０において）金型を製作するために３Ｄ印刷プロセスを上記使用することは、１／４インチ（６．３５ミリメートル）～８インチ（２０３．２ミリメートル）の高さ、および１インチ（２５．４ミリメートル）～２４インチ（６０９．６ミリメートル）の直径を有するように円筒内側コア１２を製作することと、１～１００の巻数、および５／８インチ（１５．８７５ミリメートル）～２インチ（５０．８ミリメートル）のピッチを有するように第１および第２のらせん状の溝１６／２２を製作することとを含む。上記のように、このような形状および寸法を有する金型１０は、プラズマ処理装置で使用するためのＲＦコイルを形成するのに適切であり得る。他の実施形態では、３Ｄ印刷プロセスを使用して製作された金型が、他の使用および用途に適切なＲＦコイルを形成するために使用され得る。

【0047】

ステップ１２０において、方法１００は、円筒内側コアの周囲に導体の部分を巻き付けて、導体の部分が第１のらせん状の溝内に配置されるようにすることを含む。例えば、図４に示すように、導体３０の部分（例えば、コイル部分３２）が、（ステップ１２０において）円筒内側コア１２の周囲に巻き付けられて、導体の部分が第１のらせん状の溝内に配置されるようにしてもよい。

【0048】

ステップ１３０において、方法１００は、円筒内側コアに２ピース圧縮スリーブを取り付けて、２ピース圧縮スリーブが、ＲＦコイルを形成するように円筒内側コアを囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体の部分に圧縮力をかけるようにすることを含む。いくつかの実施形態では、（ステップ１３０における）２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、（図５に示すように）円筒内側コアの第１の側に２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａを取り付けることと、（図６に示すように）円筒内側コアの第２の側に２ピース圧縮スリーブの第２の部分２０ｂを取り付けて、第２の部分２０ｂおよび第１の部分２０ａが円筒内側コア１２および導体３０の部分（例えば、コイル部分３２）を囲むようにすることとを含み得る。いくつかの実施形態では、（ステップ１３０における）２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、（図７に示すように）１または２以上の機械的締結具２８を用いて第２の部分２０ｂに第１の部分２０ａを取り付けて、第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体３０の部分に圧縮力をかけることを更に含み得る。

【0049】

いくつかの実施形態（図示せず）では、方法１００は、（図８に示すように）１または２以上の機械的締結具２８を取り外すことと、（図８および図９に示すように）円筒内側コア１２およびＲＦコイルから２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂを取り外すことと、（図１０に示すように）ＲＦコイルまたは円筒内側コア１２の少なくとも一方を互いに対して回転させることによって金型からＲＦコイルを取り外すこととを更に含み得る。

【0050】

図３は、プラズマ処理装置内で使用するためのＲＦコイルを形成する例示的な方法２００を示す。いくつかの実施形態では、図３に示す方法２００は、（ステップ２１０において）円筒内側コアと２ピース圧縮スリーブとを備える金型を製作して、第１のらせん状の溝が円筒内側コアの外面内に形成され、第２のらせん状の溝が２ピース圧縮スリーブの内面内に形成されるようにすることによって開始され得る。いくつかの実施形態では、金型は、（ステップ２１０において）上述のように３Ｄ印刷プロセスを使用して製作され得る。しかしながら、方法ステップ２１０は、３Ｄ印刷プロセスに厳密に限定されず、他の適切なプロセスを使用して行われ得ることに留意されたい。

【0051】

ステップ２２０において、方法２００は、円筒内側コアの周囲に導体の部分を巻き付けて、導体の部分が第１のらせん状の溝内に配置されるようにすることを含む。例えば、図４に示すように、導体３０の部分（例えば、コイル部分３２）が、（ステップ２２０において）円筒内側コア１２の周囲に巻き付けられて、導体の部分が第１のらせん状の溝内に配置されるようにしてもよい。

【0052】

ステップ２３０において、方法２００は、円筒内側コアに２ピース圧縮スリーブを取り付けて、２ピース圧縮スリーブが、ＲＦコイルを形成するように円筒内側コアを完全に囲んで第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体の部分に圧縮力をかけるようにすることを含む。いくつかの実施形態では、（ステップ２３０における）２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、（図５に示すように）円筒内側コアの第１の側に２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａを取り付けることと、（図６に示すように）円筒内側コアの第２の側に２ピース圧縮スリーブの第２の部分２０ｂを取り付けて、第２の部分２０ｂおよび第１の部分２０ａが円筒内側コア１２および導体３０の部分（例えば、コイル部分３２）を囲むようにすることとを含み得る。いくつかの実施形態では、（ステップ２３０における）２ピース圧縮スリーブを上記取り付けることは、１または２以上の機械的締結具２８を用いて第２の部分２０ｂに第１の部分２０ａを取り付けて、（図７に示すように）第１および第２のらせん状の溝内に配置された導体３０の部分に圧縮力をかけることを更に含み得る。

【0053】

ステップ２４０において、方法２００は、円筒内側コアおよびＲＦコイルから２ピース圧縮スリーブを取り外すことを含む。例えば、いくつかの実施形態では、２ピース圧縮スリーブは、（図８および図９に示すように）円筒内側コア１２およびＲＦコイルから２ピース圧縮スリーブの第１の部分２０ａおよび第２の部分２０ｂを取り外す前に、（図８に示すように）１または２以上の機械的締結具２８を取り外すことによって（ステップ２４０において）円筒内側コア１２およびＲＦコイルから取り外されてもよい。

【0054】

ステップ２５０において、方法２００は、ＲＦコイルまたは円筒内側コアの少なくとも一方を互いに対して回転させることによって金型からＲＦコイルを取り外すことを含む。例えば、図１０に示すように、ＲＦコイルは、（ステップ２５０において）円筒内側コア１２に対してＲＦコイルを（またはＲＦコイルに対して円筒内側コア１２を）回転させることによって金型１０から取り外されてもよい。

【0055】

本明細書を読めば、本発明の更なる修正形態および代替実施形態が当業者には明らかになるはずである。したがって、本明細書は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実施する方法を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書に例示され、且つ記載された本発明の形態および方法は、現在好ましい実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。本明細書で例示および記載されたものの代わりに均等な技法を使用することができ、本発明の特定の特徴は、他の特徴の使用とは無関係に利用することができ、これらは、全て本発明の本明細書の記載の利益を享受した後に当業者に明らかになるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】