專利名稱：等離子體處理器裝置和方法，以及天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及等離子體處理器的天線，以及涉及用于操作等離子體處理器的方法和裝置，更具體地說，涉及等離子體處理器天線，該天線具有一個(gè)元件，使得在天線的等離子體激發(fā)線圈中所流動(dòng)的電流超過在天線的激發(fā)終端中所流動(dòng)的電流。(在本文件的下文中，該電流是指在一個(gè)AC周期中的RMS電流或峰值正的或負(fù)的電流，除非有特殊的說明。)本發(fā)明的另一方面涉及一種等離子體處理器的天線，它具有初級(jí)和次級(jí)繞組。
背景技術(shù)：
一種典型的現(xiàn)有技術(shù)的工件處理器，如

圖1所示，它包括真空等離子體腔室部件10；一個(gè)第一電路12，用于驅(qū)動(dòng)平面激發(fā)天線48，該天線48是由一個(gè)用于激發(fā)在腔室部件10中的可離子化氣體進(jìn)入等離子體狀態(tài)的線圈所構(gòu)成；一個(gè)第二電路14，用于將RF偏置施加在腔室部件10中的工件支架上；以及控制器結(jié)構(gòu)16，它響應(yīng)與腔室部件10的各種參數(shù)有關(guān)的傳感器，用于產(chǎn)生影響在腔室部件10中等離子體的設(shè)備的控制信號(hào)?？刂破?6包括微處理器20，它響應(yīng)與腔室部件10以及電路12和14相關(guān)的各種傳感器以及操作者所輸入22的信號(hào)，該操作者輸入的形式可以是，例如，鍵盤。微處理器20與存儲(chǔ)系統(tǒng)24相耦合，該存儲(chǔ)系統(tǒng)可以包括硬盤26、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)28和只讀存儲(chǔ)器(ROM)30。微處理器20響應(yīng)提供給它的各種信號(hào)以驅(qū)動(dòng)顯示器32，該顯示器可以是一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。
硬盤26和ROM30存儲(chǔ)著程序，該程序可用于控制微處理器20的操作以及預(yù)置與在腔室部件10中所進(jìn)行處理的各種不同處理方法有關(guān)的數(shù)據(jù)。各種不同的處理方法涉及到在不同的處理過程中施加到腔室部件10中的氣體種類和氣流比例、在電路12和14中所包括的AC源的輸出功率、施加在腔室部件10的內(nèi)部真空、以及在電路12和14的匹配網(wǎng)絡(luò)中所包括的可變感抗的初始數(shù)值。
等離子體腔室部件10包括腔室40，它具有非磁性的圓柱形側(cè)壁42和非磁性的基座44，這兩者通常是金屬材料制成且電氣接地。絕緣體，通常是石英的窗口46固定定位在側(cè)壁42的上邊緣。
側(cè)壁42、基座44和窗口46采用適當(dāng)?shù)膲|圈相互緊密地連接在一起，以便于在腔室40的內(nèi)部建立真空。等離子體激發(fā)天線48包括線圈49，該線圈可以是平面的或者是半球形的，以及可以依照Ogle等人發(fā)明的美國(guó)專利No.4,948,458或者Holland等人發(fā)明的美國(guó)專利No.5,759,280或者Holland等人發(fā)明的美國(guó)專利No.5,800,619中所披露的方法構(gòu)成，它設(shè)置窗口46的上面或者設(shè)置在非常接近窗口46的上面。天線48感應(yīng)地向腔室40內(nèi)部提供磁和電的RF場(chǎng)，以便于將在腔室內(nèi)的可離子化氣體激發(fā)成等離子體，正如在圖1中采用參考數(shù)字59所示意說明的。
基座44的上面放置著適用于工件54的支架(即，卡盤)，工件一般是圓形的半導(dǎo)體晶片、例如在平板顯示器中使用的矩形絕緣基板或者金屬基板。工件的支架52一般可包括金屬平板的電極56，該金屬平板電極附有絕緣層58并放置在絕緣層60上，該絕緣層60放置在基座44的上面。工件的固定機(jī)構(gòu)(未顯示)將工件54放置在絕緣層58的上面。通過從適當(dāng)?shù)臍庠?2沿著電極56中的導(dǎo)管64和槽(未顯示)向絕緣層58的下面提供氦氣來(lái)冷卻工件54。將工件54放置在絕緣層58上，DC源66就可以通過開關(guān)(未顯示)向電極56提供適當(dāng)?shù)碾妷海构ぜA住，即，將工件卡住在支架52上。
將工件54牢固地放置在支架52上，一種或多種可離子化氣體從一個(gè)或多個(gè)源68通過在側(cè)壁42中的導(dǎo)管70和端口72流入腔室40的內(nèi)部。為了簡(jiǎn)化起見，在圖1中僅僅只顯示了一種氣源68。導(dǎo)管70的內(nèi)部還包括閥門74和流量規(guī)76，用于分別控制通過端口72流入腔室40的氣體流量以及測(cè)量通過端口72的氣體的流量。閥門74可以響應(yīng)微處理器20所輸出的信號(hào)，同時(shí)流量規(guī)76可以向微處理器提供指示在導(dǎo)管70中的氣體流量的電信號(hào)。對(duì)于在腔室40中被處理的每一個(gè)工件54的每一種處理方法存儲(chǔ)系統(tǒng)24存儲(chǔ)著指示在導(dǎo)管70中所需氣體流量的一個(gè)信號(hào)。微處理器20響應(yīng)存儲(chǔ)系統(tǒng)24存儲(chǔ)的對(duì)于所需流量的信號(hào)并監(jiān)測(cè)流量規(guī)76所輸出的流量信號(hào)，以相應(yīng)地控制閥門74。
真空泵80，通過導(dǎo)管84與腔室40的基座44中的端口82相連接，以便于將腔室內(nèi)部排空至適當(dāng)?shù)膲毫?，典型地是?至100mTorr的范圍內(nèi)。壓力規(guī)86，設(shè)置在腔室40的內(nèi)部，向微處理器20提供一指示腔室40內(nèi)部真空壓力的信號(hào)。
對(duì)每一種處理方法存儲(chǔ)系統(tǒng)24存儲(chǔ)著適用于表示腔室40內(nèi)部所需真空壓力的一個(gè)信號(hào)。微處理器響應(yīng)于由存儲(chǔ)系統(tǒng)24對(duì)每一種處理方法導(dǎo)出的所存儲(chǔ)的所需壓力信號(hào)，以及響應(yīng)壓力規(guī)86輸出的電信號(hào)向真空泵80提供電信號(hào)，以將腔室40的壓力對(duì)每一種處理方法維持在設(shè)定點(diǎn)或預(yù)定的數(shù)值上。
光譜儀90通過響應(yīng)等離子體所發(fā)射的光能量和通過側(cè)壁42中的窗口90與光譜儀相耦合來(lái)監(jiān)視等離子體50的光發(fā)射。光譜儀90響應(yīng)等離子體50所發(fā)射的光能量向微處理器20提供一個(gè)電信號(hào)。微處理器20響應(yīng)光譜儀90所輸出的信號(hào)來(lái)檢測(cè)對(duì)工件54進(jìn)行等離子體50處理(刻蝕或沉積)的結(jié)束位置。微處理器20響應(yīng)光譜儀90所輸出的信號(hào)以及存儲(chǔ)系統(tǒng)24所存儲(chǔ)的表示與結(jié)束位置有關(guān)的光譜儀輸出特性的信號(hào)，向存儲(chǔ)器提供一個(gè)表示該處理方法已經(jīng)被完成的適當(dāng)信號(hào)。隨后，微處理器20響應(yīng)來(lái)自存儲(chǔ)系統(tǒng)24的信號(hào)，停止與完成的處理方法有關(guān)的某些活動(dòng)，以及開始對(duì)原先在腔室40中處理的工件進(jìn)行新的處理方法或者命令從支架52上釋放工件，并將新的工件傳遞到支架，接著準(zhǔn)備進(jìn)入其它系列的處理方法。
激發(fā)電路12用于驅(qū)動(dòng)天線48的線圈49，該電路包括恒定或可變頻率的RF源100(見Bames等人的美國(guó)專利5,892,198)，其典型的頻率為4.0±10％MHz或13.56±10％MHz。源100驅(qū)動(dòng)可變?cè)鲆婀β史糯笃?02，該放大器典型的輸出功率在100和3000W之間的范圍內(nèi)。放大器102一般具有50歐姆的輸出阻抗，且所有的輸出阻抗都是阻性的并沒有感性的。因此，從放大器102的輸出端所看到的阻抗一般可表示為(50+j0)歐姆，并且電纜106可選擇具有50歐姆的特性阻抗的電纜。
對(duì)于任何特殊的處理方法來(lái)說，存儲(chǔ)系統(tǒng)24都存儲(chǔ)著放大器102所需輸出功率的信號(hào)。存儲(chǔ)系統(tǒng)24籍助于微處理器20向放大器提供放大器102所需的輸出功率。放大器102的輸出功率可根據(jù)在存儲(chǔ)系統(tǒng)24所存儲(chǔ)的信號(hào)以開環(huán)的方式進(jìn)行控制，或者放大器102輸出功率的控制可以基于閉環(huán)反饋，正如在本領(lǐng)域中都已知的。
放大器102的輸出功率通過電纜106和匹配網(wǎng)絡(luò)108來(lái)驅(qū)動(dòng)線圈49。匹配網(wǎng)絡(luò)108構(gòu)成為“T”型，它包括兩個(gè)含有可變電容器112和116的串聯(lián)支路，以及含有固定電容器114的并聯(lián)分路。天線48包括激發(fā)端122和124，分別連接著(1)線圈49的第一端和電容器112的一個(gè)電極，以及(2)線圈49的第二端和串聯(lián)電容器126的第一電極，該電容器的第二電極接地；或者端口124可以直接與接地點(diǎn)相連接。電容器126的數(shù)值較佳地是按在原先已提及的共同轉(zhuǎn)讓的Holland等人的200專利中所討論的方法來(lái)選擇。
電機(jī)118和120較佳的是步進(jìn)電機(jī)，它可響應(yīng)微處理器20的輸出信號(hào)，將電容器112和116的數(shù)值控制在相對(duì)較小的增量中，以保持在從放大器102輸出端往電纜106所看到的和從電纜106往放大器102輸出端所看到的之間的阻抗匹配。因此，對(duì)于原先所討論的放大器102的(50+j0)歐姆輸出阻抗和電纜106的50歐姆特性阻抗來(lái)說，微處理器20控制電機(jī)118和120，使得從電纜106往匹配網(wǎng)絡(luò)108所看到的阻抗能盡可能地接近匹配阻抗(50+j0)歐姆。另外，微處理器20控制源100的頻率和電容器116的容抗，使之達(dá)到在源和源所驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間的匹配阻抗。獲得匹配阻抗的結(jié)果是，流過電容器112和126以及將電容器與端點(diǎn)122和124相連接的引線的電流一般都在它的非常大的最大值的百分之幾的范圍內(nèi)。在這些引線中的非常大的電流會(huì)對(duì)等離子體50的密度均勻性產(chǎn)生不利的影響。
為了能控制電機(jī)118和120和源100的頻率以及電機(jī)120保持在所看到的放大器102輸出端的阻抗和放大器102所驅(qū)動(dòng)阻抗之間的匹配條件，微處理器20響應(yīng)常規(guī)傳感器結(jié)構(gòu)104的輸出信號(hào)。該信號(hào)指示了從電纜106往匹配網(wǎng)絡(luò)108所看到的阻抗；該信號(hào)通常代表了從電容器118反射到傳感器的電流和電壓的絕對(duì)值，以及在反射電流和電壓之間的相位角。另外，所提供的傳感器，用于獲取表示放大器102提供給它的輸出端的功率和電纜106反射回放大器輸出的功率的信號(hào)。微處理器20以幾種已知方法中的一種方法響應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)104所獲得的檢測(cè)信號(hào)，來(lái)控制電機(jī)118和120或者源100的頻率以及電機(jī)120保持匹配的條件。
因?yàn)榍皇?0內(nèi)的條件變化會(huì)影響等離子體50，所以等離子體具有可變的阻抗。該條件是通過端口72流入的氣體流量和種類的誤差，腔室40中的壓力誤差以及其它因素等等。此外，噪聲有時(shí)也會(huì)提供給電機(jī)118和120，從而使得電機(jī)改變電容器112和116的數(shù)值。所有這些因素都會(huì)影響到包括等離子體50的負(fù)載向放大器102輸出端反射的阻抗。微處理器20響應(yīng)傳感器104的輸出信號(hào)，改變電容器112和116的數(shù)值或者源100的頻率，來(lái)保持放大器102的輸出端所驅(qū)動(dòng)的阻抗與放大器的輸出阻抗相匹配。
電路14通過電極56向工件54提供RF偏置，該電路的結(jié)構(gòu)稍微有些類似于電路12的結(jié)構(gòu)。電路14包括恒定頻率RF源130，它所具有的典型頻率為400kHz，2.0MHz或13.56MHz。源130的恒定頻率輸出驅(qū)動(dòng)可變?cè)鲆婀β史糯笃?32，它依次驅(qū)動(dòng)包括方向耦合器134、電纜136和匹配網(wǎng)絡(luò)138的級(jí)連結(jié)構(gòu)。匹配網(wǎng)絡(luò)138包括一個(gè)含有固定電感器140和可變電容器142的串聯(lián)組合的串聯(lián)支路，以及一個(gè)含有固定電感器144和可變電容器146的并聯(lián)分路。電機(jī)148和150最好是步進(jìn)電機(jī)，且能夠響應(yīng)來(lái)自微處理器20的信號(hào)分別改變電容器142和146的數(shù)值。
匹配網(wǎng)絡(luò)138的輸出端152通過串聯(lián)耦合電容器154向電極56提供一個(gè)RF偏置電壓，該串連耦合電容器將匹配網(wǎng)絡(luò)138與DC源66的卡盤電源相隔離。施加在電極56上的RF能量電路14通過絕緣層48、工件54以及在工件和等離子體之間的等離子體外層與接近于支架52的等離子體50的一部分容性相耦合。與等離子體50相耦合的RF能量支架52在等離子體中建立了一個(gè)DC偏置；該DC偏置一般具有在50和100伏之間的數(shù)值。RF能量電路14施加在支架52上所產(chǎn)生的DC偏置使等離子體中的離子加速到工件54上。
微處理器20響應(yīng)表示從電纜136往匹配網(wǎng)絡(luò)138所看到的阻抗的信號(hào)，正如由已知傳感器結(jié)構(gòu)139所獲得的信號(hào)，以類似于上述所討論的與匹配網(wǎng)絡(luò)108的電容器112和116的控制有關(guān)的方式來(lái)控制電機(jī)148和150和電容器142和146的數(shù)值。
對(duì)于各種處理方法來(lái)說，存儲(chǔ)系統(tǒng)24存儲(chǔ)著從方向耦合器134流入電纜136的凈功率設(shè)定點(diǎn)信號(hào)。該從方向耦合器134流入到電纜136的凈功率等于放大器132的輸出功率減去從負(fù)載和匹配網(wǎng)絡(luò)138通過電纜136反射到連接著電纜136的方向耦合器134的功率。存儲(chǔ)系統(tǒng)28提供與電路14至微處理器20有關(guān)的凈功率設(shè)定點(diǎn)信號(hào)。微處理器20響應(yīng)與電路14有關(guān)的凈功率設(shè)定點(diǎn)信號(hào)以及方向耦合器134提供給功率傳感器結(jié)構(gòu)141的輸出信號(hào)。功率傳感器結(jié)構(gòu)141獲得表示放大器132的輸出功率的信號(hào)和表示由電纜136向放大器132的輸出端反射功率的信號(hào)。
圖2是一個(gè)天線的透視圖，該天線是由先前所提及的’619專利的圖6所示意說明一類的平面線圈構(gòu)成的，并且已經(jīng)合并構(gòu)成了類似于圖1所示意說明一類在處理器內(nèi)的天線48。圖2所說明的線圈包括單個(gè)繞組160，該繞組含有內(nèi)外同心的金屬匝數(shù)162和164，每一匝都具有正方形的截面并且形成一個(gè)沿著角度接近于340度的圓所延伸的扇形形狀。匝162和164的另一端分別包括激發(fā)端166和168，且分別由金屬柱(即，電流饋線)170和172連接著匹配網(wǎng)絡(luò)108的電容器112的一個(gè)電極和電容器126的一個(gè)電極；另外，金屬柱172將激發(fā)端168直接接地。因此，在金屬柱170和172中流動(dòng)的RF(即，AC)電流是大致等于在匝162和164中所流動(dòng)的RF電流?？梢圆捎靡粋€(gè)直的金屬支架174將遠(yuǎn)離激發(fā)端166和168的匝162和164的各端相互連接起來(lái)，該金屬支架174一般是在162和164之間徑向延伸的并且具有與匝相似的同樣剖面的結(jié)構(gòu)。
圖2所顯示的兩匝線圈不同于一個(gè)理想的兩匝線圈，理想的兩匝線圈是由兩個(gè)同軸的圓環(huán)所構(gòu)成并且流過各個(gè)環(huán)路長(zhǎng)度的電流具有恒定的、相等的RF幅度。這種理想的兩匝線圈可以向腔室40內(nèi)的等離子體50提供完全圓柱對(duì)稱的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。圖2所示的線圈，以及能夠作為天線48的線圈所使用的實(shí)際線圈，在線圈所包括的任意環(huán)路或繞組之間具有一個(gè)連接(例如，連接著匝162和164的支架)，以及電流饋入點(diǎn)，例如，連接著匝162和164的金屬柱170和172的激發(fā)端點(diǎn)166和168。這些連接避免了所有實(shí)際線圈具有理想線圈的完全圓柱形對(duì)稱。
在圖2所示實(shí)際線圈中的電流可以采用在線圈的理想部分(即，匝162和164)中的電流加上在包括端點(diǎn)166和168、金屬柱170和172以及支架174的假設(shè)的擾動(dòng)線圈中的電流。于是，假設(shè)的擾動(dòng)線圈包括了由金屬柱170和172所形成的電流饋入的效應(yīng)，由匝162和164所形成環(huán)路的“失去”部分的效應(yīng)，以及形成在匝162和164所構(gòu)成環(huán)路之間連接的支架174的效應(yīng)。在假設(shè)的擾動(dòng)線圈中流過的電流，可包括在由金屬柱170和172所形成的電流饋入中流動(dòng)的大電流，它具有在由線圈耦合到等離子體的磁場(chǎng)中產(chǎn)生方位角非對(duì)稱的趨勢(shì)，從而在處理工件的等離子體的密度中引起方位角的非對(duì)稱。
本發(fā)明的一個(gè)目的是一種新型改進(jìn)的等離子體處理器，該處理器可具有減小方位角非對(duì)稱密度的等離子體。
本發(fā)明的另一目的是提供一種新型改進(jìn)的天線結(jié)構(gòu)，它適用于等離子體處理器。
另外一個(gè)目的是提供一種新型改進(jìn)的處理器天線結(jié)構(gòu)，它能夠使處理器的等離子體具有相對(duì)較低非對(duì)稱密度。
本發(fā)明一個(gè)附加目的是提供一種適用于等離子體處理器的新型改進(jìn)的天線結(jié)構(gòu)，其特征是，與現(xiàn)有的典型技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，所構(gòu)成的天線結(jié)構(gòu)可減小向天線結(jié)構(gòu)提供電流所引起的RF擾動(dòng)效應(yīng)。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種新型改進(jìn)的等離子體處理器，其特征是，在連接天線與驅(qū)動(dòng)該天線的電路的引線中所流動(dòng)著非常小幅度的電流的同時(shí)，在天線的等離子體激發(fā)線圈中流動(dòng)著相當(dāng)大幅度的電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及由AC電源功率所驅(qū)動(dòng)的等離子體處理器天線。該天線包括第一和第二激發(fā)端，用于提供來(lái)自源功率的功率；以及等離子體激發(fā)線圈，構(gòu)成了可通過天線之外的電路采用與第一和第二激發(fā)端相耦合的功率來(lái)被賦能。該天線具有連接段和感抗，其感抗數(shù)值使得通過天線之外的電路流入激發(fā)端的電流小于在線圈的等離子體激發(fā)繞組中流動(dòng)的電流。該天線的激發(fā)端是由AC源的功率通過天線之外的電路來(lái)驅(qū)動(dòng)并提供在天線內(nèi)部電路的功率。
本發(fā)明的另一方面涉及一種采用等離子體處理工件的裝置。該裝置包括一個(gè)真空腔室，構(gòu)成了可采用AC等離子體來(lái)處理工件；一個(gè)天線，用于向等離子體提供一個(gè)AC電磁場(chǎng)；以及一個(gè)AC等離子體激發(fā)源。該天線包括一個(gè)等離子體激發(fā)線圈，它用于向等離子體提供等離子體激發(fā)的電磁場(chǎng)。一個(gè)控制器使得在AC源和天線激發(fā)端之間的耦合電路中流動(dòng)的電流小于在線圈中流動(dòng)的電流。
本發(fā)明的另一方面涉及真空等離子體處理器的操作方法，該真空等離子體處理器具有一個(gè)包括處理工件的AC等離子體的真空腔室。AC等離子體是通過天線向等離子體提供了一個(gè)AC電磁場(chǎng)來(lái)激發(fā)。該天線是由來(lái)自AC等離子體激發(fā)源并通過在源和端之間的耦合電路耦合到第一和第二激發(fā)端的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)的。該操作方法包括使得在天線的等離子體激發(fā)線圈中所流動(dòng)的電流超過在耦合電路和天線激發(fā)端之間所流動(dòng)的電流。
典型的是，耦合電路一般包括在源和激發(fā)端之間的匹配網(wǎng)絡(luò)部分。通過調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)部分的可變阻抗使得源的輸出阻抗至少能與源的負(fù)載阻抗近似匹配，就能使得在線圈中流動(dòng)的電流超過在耦合電路和天線激發(fā)端之間流動(dòng)的電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，源具有可變的頻率，并且通過調(diào)節(jié)源的可變頻率可使得在線圈中所流動(dòng)的電流超過在耦合電路和天線激發(fā)端之間所流動(dòng)的電流。
在另一實(shí)施例中，耦合電路包括匹配網(wǎng)絡(luò)的第一和第二部分，它們分別耦合在源和激發(fā)端之間和激發(fā)端和線圈之間。通過調(diào)節(jié)第一部分的第一可變阻抗和調(diào)節(jié)第二部分的第二可變阻抗，可以使得在線圈中流動(dòng)的電流超過在耦合電路和天線激發(fā)端之間所流動(dòng)的電流。
在較佳實(shí)施例中，引申出了在源和源的負(fù)載之間阻抗匹配的表達(dá)式。根據(jù)該阻抗匹配表達(dá)式，(1)調(diào)節(jié)第一和第二部分的阻抗，使得源阻抗與源的負(fù)載阻抗相匹配，或(2)調(diào)節(jié)第一部分的阻抗和源的頻率，使得源阻抗與源的負(fù)載相匹配。
另外，可以調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)路的阻抗或在第一部分中的匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗以及源的頻率，使得在線圈中所流動(dòng)的電流最大化或接近于最大化。
典型的是，在等離子體激發(fā)繞組中流動(dòng)的電流至少是通過天線之外的耦合電路流入到激發(fā)端的電流的三倍。
在某些實(shí)施例中，天線的環(huán)路包括等離子體激發(fā)繞組，它能響應(yīng)在源的頻率范圍內(nèi)的頻率。在本文件中，激發(fā)繞組被認(rèn)為是能夠響應(yīng)源的頻率，只要源所驅(qū)動(dòng)(包括等離子體激發(fā)繞組和等離子體)的負(fù)載的阻抗(在源的頻率下)所具有的數(shù)值能夠在源的頻率下使得在激發(fā)繞組中流動(dòng)的電流達(dá)到最大值。
該天線可以包括第一電容器和第二電容器，其中，第一電容器與在第一和第二激發(fā)端之間的線圈相串聯(lián)，第二電容器連接在第一和第二激發(fā)端之間，從而只有在第一電容器和等離子體激發(fā)線圈中流動(dòng)的一部分電流流入到第二電容器。第一電容器可以連接在激發(fā)端的一端和線圈的一端，使得流過第一電容器和線圈的電流是相同的。第一電容器也可以串聯(lián)在繞組的第一和第二分段之間，使得流過第一電容器以及第一和第二分段的電流是相同的。
在其它實(shí)施例中，線圈包括一個(gè)變壓器，它具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)與初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的等離子體激發(fā)次級(jí)繞組。典型的是，初級(jí)繞組的兩端分別連接著第一和第二激發(fā)端。在繞組之間的耦合系數(shù)是很重要的，較佳的是采用次級(jí)繞組與初級(jí)繞組的阻抗耦合松散的變壓器，該耦合系數(shù)通常是在約0.1至0.3的范圍內(nèi)。
較佳的是，至少一個(gè)電容器是與等離子體激發(fā)次級(jí)繞組相串聯(lián)的，以提供一個(gè)能與源頻率諧振的閉環(huán)環(huán)路。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于等離子體處理器的天線。該天線采用來(lái)自AC源的功率驅(qū)動(dòng)以激發(fā)等離子體，并包括第一和第二激發(fā)端，以及一個(gè)線圈，該線圈可包括(1)具有兩端分別與第一和第二激發(fā)端相耦合的初級(jí)繞組，以及(2)與初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的次級(jí)繞組。一個(gè)電容器具有分別與次級(jí)繞組相串聯(lián)的相對(duì)的第一電極和第二電極。
本發(fā)明的還有一個(gè)方面涉及一種適用于等離子體處理器的天線。該天線采用來(lái)自AC源的功率驅(qū)動(dòng)以激發(fā)等離子體，并包括第一和第二激發(fā)端，以及一個(gè)線圈，該線圈可包括(1)具有相對(duì)的兩端分別與第一和第二激發(fā)端相耦合的初級(jí)繞組，以及(2)與初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的次級(jí)繞組。該次級(jí)繞組包括多匝。
較佳的是，該匝是處在用于和處理器的真空腔室的耦合窗口空間平行的不同平行平面上的。較佳的是，該多匝是與線圈的軸同心的。在這種情況下，初級(jí)繞組至少包括另一個(gè)匝，它是與線圈軸相互同心的，并且是在空間上與次級(jí)繞組的多匝相互平行的平面上，以及次級(jí)繞組還在每個(gè)平面中包括了多匝。次級(jí)繞組的匝較佳地是相互串聯(lián)起來(lái)，并且被構(gòu)成為根據(jù)初級(jí)繞組的激發(fā)所引入的AC電流是以相同的電流方向流過從軸延伸至匝的半個(gè)平面。
通過以下幾個(gè)特殊實(shí)施例，特別是結(jié)合附圖的實(shí)施例的詳細(xì)討論將使本發(fā)明的上述以及其它目的、性能和優(yōu)點(diǎn)變得更加清晰。
附圖的簡(jiǎn)要描述圖1，正如以上所討論的，它是現(xiàn)有技術(shù)的真空等離子體處理器的示意圖；圖2，正如以上所討論的，它是在圖1所示的真空等離子體處理器中一直所采用的一類天線線圈的透視圖；圖3-12是依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例，與幾個(gè)天線實(shí)施例相組合的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的不同實(shí)施例的示意圖；圖13是在圖3、4和8所示實(shí)施例中所包括的天線的透視圖；
圖14是圖5和圖7所示實(shí)施例中所包括的天線的透視圖；圖15是如圖10和11所示意說明的包括具有初級(jí)和次級(jí)繞組的變壓器的天線的透視圖；圖16是如圖12所示意說明的包括具有初級(jí)繞組和四匝次級(jí)繞組的變壓器的天線的透視圖。
較佳實(shí)施方式的說明現(xiàn)在參照?qǐng)D3所示的示意圖進(jìn)行說明。在圖3中，固定頻率RF源232(一般具有的頻率為4.0MHz或13.56MHz)，它具有用于驅(qū)動(dòng)電纜106的一個(gè)輸出，并通過傳感器104，使輸出連接到匹配網(wǎng)絡(luò)211的可變串聯(lián)電容器212的一個(gè)電極。而電容器212的第二電極通過電流饋線或金屬柱213連接到天線215的激發(fā)端214，天線251包括線圈216，該天線215的詳細(xì)結(jié)構(gòu)由圖13說明。天線215取代了圖1所示的天線48。線圈216的第一端通過安培計(jì)228和固定電容器426(該電容器等效于圖1所示的電容器126)串聯(lián)連接到接地的激發(fā)端220。在圖3中，等離子體50的阻抗是由在線圈216的第一端和電容器426之間的串聯(lián)阻抗Zp(方框218)來(lái)表示?？勺冸娙萜?23較佳的是可以通過所施加在控制電極上的電壓來(lái)控制的電子控類型的半導(dǎo)體，以串聯(lián)的方式連接著激發(fā)端214和線圈216的第二端。固定電容器224相對(duì)的兩個(gè)電極分別連接著激發(fā)端214和220。電容器212、223和224形成了一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)211，它類似于圖1所示的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)108。然而，電容器223和224被調(diào)整配置在天線215上，使得在這些電容器中流動(dòng)的相當(dāng)大的電流并不會(huì)流向rf饋入端213和222。與此相比較，現(xiàn)有技術(shù)中的匹配網(wǎng)絡(luò)108的電容器112和114被從天線48處實(shí)際移去，并且流過電容器112和114的相當(dāng)大的電流也會(huì)通過與電容器112和114連接的rf引線流向天線48。
一個(gè)包括微處理器229的控制器控制著電容器212和223的數(shù)值，使之(1)達(dá)到在安培計(jì)228中的最大電流，或等效地，(2)在電纜106的輸入處，達(dá)到在源的輸出和它所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載之間的阻抗匹配。為了能獲得這些結(jié)果，微處理器229根據(jù)安培計(jì)228或傳感器104的輸出，來(lái)調(diào)整(1)電容器212和223的電容數(shù)值，使之直到源232輸出阻抗和源驅(qū)動(dòng)阻抗相匹配，或(2)直到線圈216中的電流(如安培計(jì)228所測(cè)量的)為最大值。依照所能達(dá)到的這些準(zhǔn)則中的一個(gè)條件，通常可以迭代方式，使得在饋入端中的電流低于在分支中的電流(典型的約為二分之一至五分之一)，并且可以避免預(yù)先所討論的在饋入端213和222中流動(dòng)大電流的相關(guān)問題。在線圈216中的一些電流也在電容器224中流動(dòng)，而一些電流則在饋入端213和222中流動(dòng)。在分支225中流動(dòng)的瞬時(shí)電流的相位不同于饋入端213和222，使得在線圈216中的瞬時(shí)電流的相位與在饋入端213和222的瞬時(shí)電流的相位相差約90°。微處理器229響應(yīng)由安培計(jì)228所檢測(cè)到的電流幅值的指示，或者如傳感器104的輸出信號(hào)所指示的相位角、電壓幅值和電流幅值的指示。微處理器229響應(yīng)安培計(jì)228的輸出信號(hào)或傳感器104的輸出信號(hào)，來(lái)控制電容器212和223的電容數(shù)值，使得在線圈中的電流達(dá)到最大值，或者說的從電纜106往傳感器104看到的阻抗等于電纜106的特性阻抗，即，達(dá)到匹配。如果需要，微處理器229響應(yīng)安培計(jì)228的輸出信號(hào)或傳感器的輸出信號(hào)，來(lái)迭代控制電容器212和223的電容數(shù)值，使得在線圈216中的電流達(dá)到最大值，以及源210的輸出阻抗與它所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載相匹配。線圈216中的電流最大化或近似最大化使得線圈提供給等離子體的電磁場(chǎng)也能最大化。
參照附圖4的示意圖來(lái)說明，該圖的實(shí)施例類似于圖3所示的實(shí)施例。圖4與圖3相同，除了去掉了天線228以及采用微處理器230替代了微處理器229。微處理器230包括用于控制等離子體處理器的匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗的常規(guī)的現(xiàn)存的算法。于是，微處理器230可以像圖1所示的微處理器20一樣的工作。
微處理器230控制電容器223，它是天線215的一部分也是匹配網(wǎng)絡(luò)211的一部分，用于獲得在源232和它所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載之間的阻抗匹配?？梢圆捎迷诰€圈216中流動(dòng)的電流大于從天線215的外電路流入到饋入端213和222的電流的方法來(lái)獲得這樣一種阻抗匹配。典型的是，線圈電流是在饋入端213和222中所流動(dòng)電流的兩倍至五倍。
當(dāng)微處理器230已控制電容器212和233以獲得源232的阻抗與它所驅(qū)動(dòng)的阻抗相匹配時(shí)，在線圈216中流動(dòng)的電流達(dá)到最大值。很顯然，獲得源232的輸出阻抗與源所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載之間匹配的條件是當(dāng)線圈216中的電流(Ic)與從天線215的外電路流入到饋入端213和222的電流相關(guān)且滿足IrIIN=RoRp]]>式中Ro＝電纜106的特性阻抗，和
Rp＝與線圈216相耦合的等離子體50的阻抗Zp的實(shí)部。
Ro和Rp的典型數(shù)值分別為50歐姆和2-10歐姆，代入得IrIIN=502=25=5]]>和IrIIN=5010=5=2.2]]>這里，對(duì)于最佳的阻抗匹配和線圈216中的最大電流(即，對(duì)于源216所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的諧振條件)來(lái)說，在線圈216中的電流典型的是通過饋入端213和224流過激發(fā)端214和222的電流的兩倍至五倍。然而，對(duì)于非最佳的條件來(lái)說，即，在源232和它驅(qū)動(dòng)的負(fù)載之間存在稍微的阻抗不匹配或者在線圈216中所流動(dòng)的電流稍微小于適用于源232頻率的線圈中能夠流動(dòng)的最大電流，則如果等離子體阻抗小于10歐姆，在線圈216中的電流也約是通過饋入端213和224流過激發(fā)端214和220的電流的兩倍。
很顯然，產(chǎn)生在源232輸出阻抗和源驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間匹配的條件是1ωC3=ωL+ωLp-1ωC2±RpR0ω2C22-Rp2]]>和1ωC1=1ωC2±RnRpω2c12-Rn2]]>式中ω＝2π×ff＝源232的頻率C1＝電容器212的電容值C2＝電容器224的電容值C3＝電容器223和426的串聯(lián)電容值L＝線圈216的電感值Rp＝有效等離子體阻抗Zp(218)的實(shí)部，以及Lp＝有效等離子體阻抗Zp(218)的電感值。
典型的數(shù)值是f＝13.65MHz，Ro＝50歐姆，Rp＝5歐姆，C2＝100pf，L＝2.2μH，以及，Lp＝-0.2μH，C1＝47pf和C3＝131pf(取C1和C3數(shù)值的平方根的正數(shù)數(shù)值)。
參照附圖5來(lái)說明，該圖類似于圖4，除了線圈216和電容器223分別采用線圈240和可變電容器242來(lái)替代。電容器212和242的電容值是由微處理器(圖5中未顯示)采用與微處理器230控制電容器212和223相同的方法來(lái)控制的。
線圈240包括兩個(gè)串聯(lián)部分244和246，且在該兩部分之間留有間隙。該間隙是由線圈240的一對(duì)端點(diǎn)248和250所定義的。端點(diǎn)248和250分別與電容器的兩個(gè)電極相連接，使得電容器242與分段244和246相串聯(lián)。在端點(diǎn)248和250之間的間隙較佳的是位于線圈240能沿著線圈的長(zhǎng)度方向提供最佳的電流和電壓分布的位置上，如美國(guó)專利6,441,555中所討論的。
參照附圖6來(lái)說明，該圖類似于圖5，除了可變電容器242采用可變電容器602和固定電容器604來(lái)替代。電容器212和602是由微處理器(圖6中未顯示)采用與微處理器230控制電容器212和223相同的方法來(lái)控制的。
可變電容器602連接在端點(diǎn)214和線圈分段244的一端之間，該分段的另一端連接著電容器604的一個(gè)電極。而電容器604的第二電極連接著線圈部分246的一端。電容器604在線圈240中的位置一般不同于電容器242的位置，因?yàn)殡娙萜?02改變了線圈中的電壓和電流的分布。
參照附圖中的圖7來(lái)說明，該圖與圖5相同，除了可變頻率源233替代了固定頻率源232，微處理器231替代了圖5中的微處理器以及固定電容器702替代了可變電容器242?？勺冾l率源233一般可具有的頻率范圍約為源的中心頻率的±10％。微處理器231響應(yīng)由傳感器104輸出的指示，來(lái)控制(采用已知的方式)源233的頻率和電容器212的電容值，直至微處理器檢測(cè)到在源和它驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間阻抗匹配。傳感器104輸出指示的組合表示了在源233和它驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間的阻抗匹配。作為微處理器231控制源233的頻率和電容器212的電容值以達(dá)到阻抗匹配的結(jié)果，等離子體阻抗218，電容器426和702，以及線圈部分244和246所具有的阻抗使得在線圈部分244和246中流動(dòng)的電流超過從天線215的外部電路流過饋入端213和222的電流，典型的是，在線圈分段244和246中所流動(dòng)的電流大約是在饋入端213和222中流動(dòng)電流的兩倍至五倍，因?yàn)镮rIIN=RoRp]]>而Ro和Rp的典型數(shù)值一般為以上所闡述的數(shù)值?？梢岳斫獾?，源233的頻率可以根據(jù)所檢測(cè)到的分支225中最大電流的信號(hào)來(lái)作另一種方式的控制，如結(jié)合圖3所討論的。
參照附圖8來(lái)說明，該圖與圖4相同，除了可變頻率源233替代了固定頻率源232，微處理器(圖8中未顯示)與微處理器231相同，用于替代了微處理器230以及固定電容器802替代了可變電容器223。圖8中的微處理器控制源233的頻率和電容器212的電容值，如結(jié)合圖7所討論的。
參照附圖9來(lái)說明，該圖與圖6相同，除了可變頻率源233替代了固定頻率源232，微處理器(未顯示)與微處理器231相同，用于替代了圖6中的微處理器以及固定電容器902替代了可變電容器602。圖9中的微處理器控制源233的頻率和電容器212的電容值，如結(jié)合圖7所討論的。
參照附圖10來(lái)說明，在該圖中改進(jìn)了圖4的天線，該天線包括一個(gè)空芯變壓器，該變壓器具有初級(jí)繞組1004和次級(jí)繞組1006并且次級(jí)繞組驅(qū)動(dòng)等離子體負(fù)載阻抗218和與可變電容器1008相串聯(lián)。初級(jí)繞組1004的兩端連接著激發(fā)端214和220，使得初級(jí)繞組與匹配網(wǎng)絡(luò)的可變電容器212相串聯(lián)。于是，初級(jí)繞組1004可以認(rèn)為是匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分。固定頻率源232與電纜106，可變電容器212，RF饋入端213和214以及繞組1004相串聯(lián)，使得在繞組1004中所流動(dòng)的電流基本上與源232所輸出的電流相同。
次級(jí)繞組1006，可變電容器1008和等離子體阻抗218是以近似諧振閉環(huán)環(huán)路1010的方法相串聯(lián)。微處理器(未顯示)與微處理器230相同，根據(jù)傳感器104的輸出信號(hào)，來(lái)控制電容212和1008。該控制使得在源232和源驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間阻抗匹配。當(dāng)形成匹配時(shí)，環(huán)路1010具有諧振頻率幾乎與源的頻率相同的阻抗，即，負(fù)載1010幾乎是諧振在源232的固定頻率上。
為了能避免在環(huán)路1010中所流動(dòng)的高幅值、近似諧振的電流耦合到初級(jí)繞組1004以及饋入端213和214，繞組1004和1006可以不緊密地相耦合。在繞組1004和1006之間不緊密的耦合使得幾乎諧振在源232的頻率上的環(huán)路1010阻抗以大的阻抗分量與繞組1004相耦合。因此，通過饋入端213和224流動(dòng)的電流所具有的幅值在環(huán)路1010中流動(dòng)的電流幅值要小得多。為了能達(dá)到所希望的不緊密耦合效果并能提供從繞組1004到繞組1006相對(duì)有效的功率轉(zhuǎn)換，在繞組1004和1006之間所具有的典型耦合系數(shù)在大約0.1至0.3的范圍內(nèi)。該系數(shù)范圍使得變壓器1002能具有的效率大約為70％至90％。
參照附圖11來(lái)說明，該圖是圖10的改進(jìn)，其中，可變頻率源233替代了固定頻率源232，微處理器(未顯示)的配置與微處理器231相同，用于替代了圖10中的微處理器以及固定電容器1102替代了可變電容器1008。微處理器233根據(jù)傳感器104的輸出信號(hào)來(lái)控制(1)電容器212的數(shù)值和源233的頻率，以提供在源232和它所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載之間的阻抗匹配。當(dāng)形成匹配時(shí)，源233的頻率和環(huán)路1010的諧振頻率幾乎相同。
參照附圖12來(lái)說明，該圖與圖11相同，除了天線包括一個(gè)空芯變壓器257，該變壓器具有初級(jí)繞組258和次級(jí)繞組346和348，這兩個(gè)繞組(1)與初級(jí)繞組是不緊密耦合，并且(2)驅(qū)動(dòng)等離子體阻抗218。如結(jié)合圖16所討論的，耦合在繞組346和348與等離子體阻抗218之間的感抗和容抗都大于耦合在繞組258和等離子體阻抗之間的感抗和容抗。次級(jí)繞組346和348與固定電容器254和256相串聯(lián)，以形成閉環(huán)環(huán)路2002。電容器254和256設(shè)置在能沿著由繞組346和348以及電容器254和256所形成的閉環(huán)1202的長(zhǎng)度方向提供所需的電流和電壓分布的位置上。在繞組258和繞組346和348之間的組合耦合系數(shù)近似在0.1至0.3范圍內(nèi)。微處理器(未顯示)相同于微處理器231，它根據(jù)傳感器104的輸出信號(hào)來(lái)控制電容器212的數(shù)值以及源233的頻率，以提供在源232和它驅(qū)動(dòng)的負(fù)載之間的阻抗匹配。當(dāng)形成阻抗匹配時(shí)，源的頻率和環(huán)路1202的諧振頻率是幾乎相同的。
可以理解，安培計(jì)可以連接到環(huán)路1010和1202，以控制電容器1008的電容值(圖10)和源233的頻率(圖11和12)，使得在環(huán)路1010和1202中的電流能達(dá)到最大值。環(huán)路1010和1202中的電流最大化是環(huán)路的阻抗能與源232和233的頻率相諧振的結(jié)果。
也可以理解，盡管存在著從線圈到等離子體的電磁能量有效轉(zhuǎn)換的最需要的條件，但是并不一定要在等離子體激發(fā)線圈中的電流最大化或與圖10-12中的固定或可變頻率源的頻率幾乎諧振或者通過獲得嚴(yán)格的阻抗匹配來(lái)使得在激發(fā)線圈中流動(dòng)的電流超過通過天線外部電路流過引腳213和222的電流?？梢圆捎媚苁沟镁€圈電流超過在RF饋入端中電流的其它結(jié)構(gòu)，來(lái)調(diào)整與線圈相串聯(lián)的可變電容器的數(shù)值和源的頻率。例如，源頻率和與線圈相串聯(lián)的電容器可以固定在能使得線圈電流超過在RF饋入端中電流的數(shù)值上并且能夠通過控制僅僅一個(gè)電容器212的數(shù)值來(lái)獲得近似的匹配。
在圖10-12所示的變壓器中，初級(jí)和次級(jí)繞組都只是相互間的感應(yīng)耦合，并且從次級(jí)繞組262至RF源沒有直接的連接。次級(jí)繞組1006是充分的接近于窗口46，使得次級(jí)繞組1006是等離子體50的磁場(chǎng)和電場(chǎng)的主要提供者，即，次級(jí)繞組1006為等離子體提供了比初級(jí)繞組1004要大得多的磁場(chǎng)和電場(chǎng)。繞組1004和1006一般都是平面形的，并且放置在相互平行的平面上和窗口46的平面的面上。
在圖12所示的較佳實(shí)施例中，初級(jí)繞組258包括一個(gè)在第一平面上的單環(huán)路，而次級(jí)繞組346和348一起由四個(gè)同軸的匝所構(gòu)成，這些匝也與初級(jí)繞組258的單環(huán)路保持同軸且關(guān)于它們自己是閉合的。繞組346和348的同軸匝的結(jié)構(gòu)使得繞組346的兩匝是在第二平面上以及繞組348的兩匝是在第三平面上；第二和第三平面是與第一平面相互平行的。繞組258，346和348的匝的平面都平行于窗口46面的平面，從而次級(jí)繞組346和348的平面能比初級(jí)繞組258的平面更加接近于窗口46，而繞組348又比繞組346更加接近于窗口。繞組346和348的同軸匝相互連接，使得瞬時(shí)電流以相同的方向在與初級(jí)繞組258的環(huán)路和繞組346和348的匝的共同軸相交的半平面中的繞組346和348的匝中流動(dòng)。
參照附圖中的圖13來(lái)說明，該圖是圖3、4和8中的天線與電流饋入端和金屬柱213和222相組合的透視圖。(為了能簡(jiǎn)化圖13的畫法，省略了圖3中的安培計(jì)228)。天線線圈216包括一個(gè)單一平面的、基本上是圓形非磁性金屬環(huán)路310，形成了一個(gè)圓形的扇形，其中，該扇形具有接近于340度的范圍。環(huán)路310可設(shè)置在平行的平面上并且盡可能接近于窗口46的上面。環(huán)路310具有一個(gè)垂直延伸的中心軸，當(dāng)工件適當(dāng)?shù)胤胖糜谥Ъ?2上時(shí)，該中心軸與工件54的中心同心。
環(huán)路310包括一對(duì)端點(diǎn)312和314，它們與激發(fā)端214和220電氣耦合。激發(fā)端214和220是處在端點(diǎn)上并且與從環(huán)路310的平面向上突出垂直延伸的電流饋入端和金屬柱213和222歐姆連接。電容器224跨接在激發(fā)端214和220之間的間隙上，而電容器223跨接在激發(fā)端214和端點(diǎn)312之間的環(huán)路310的間隙上。激發(fā)端220和端點(diǎn)314是一致的。
參照附圖中的圖14來(lái)說明，該圖是圖5-7中的天線與電流饋入端和金屬柱213和222相組合的透視圖。圖14中的天線包括線圈240，該線圈具有一個(gè)單一平面的、基本上是圓形非磁性金屬環(huán)路316，形成了兩個(gè)扇形的圓，其中，兩個(gè)扇形具有接近于340度的組合范圍。兩個(gè)扇形形成分段244和246。環(huán)路316可設(shè)置在平行的平面上并且盡可能接近于窗口46的上面。環(huán)路316具有一個(gè)垂直延伸的中心軸，當(dāng)工件適當(dāng)?shù)胤胖糜谥Ъ?2上時(shí)，該中心軸與工件54的中心同心。
環(huán)路316包括一對(duì)端點(diǎn)318和320，它們分別與激發(fā)端214和220相一致。電容器234跨接在激發(fā)端214和220之間的間隙上，而電容器242跨接在環(huán)路316的端點(diǎn)248和250之間的間隙上。各個(gè)間隙都具有大約10度的弧形范圍。當(dāng)在如圖14所說明的端點(diǎn)248和250之間環(huán)路316中的間隙以直徑方向面對(duì)著在激發(fā)端214和220之間的間隙時(shí)，可以理解，在環(huán)路316中的間隙較佳的是在能使環(huán)路中的電流和電壓產(chǎn)生最佳分布的環(huán)路的位置上。同樣，也可以理解，環(huán)路310和316都可以在其端點(diǎn)之間具有多個(gè)電容器。例如，圖6和圖9所示的實(shí)施例是通過圖13和14的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
參照附圖中的圖15來(lái)說明，該圖是圖10和11所說明的天線的透視圖。圖8中的天線，正如與電流饋入端213和222相組合的圖15中所說明的，包括了初級(jí)繞組1004和次級(jí)繞組1006。次級(jí)繞組1006與初級(jí)繞組1004僅僅是感應(yīng)耦合，使得從源232或233或初級(jí)繞組到次級(jí)繞組之間沒有歐姆連接。初級(jí)繞組1004包括一個(gè)單一平面、非磁性、金屬的基本圓形的環(huán)路1502，形成了一個(gè)扇形的圓，其中，該扇形具有大約350度的范圍。初級(jí)繞組1004具有一對(duì)相對(duì)的端點(diǎn)，它們與激發(fā)端276和278相一致并且與之歐姆連接，激發(fā)端分別連接著向上突出的電流饋入端213和222。次級(jí)繞組1006包括一個(gè)單個(gè)平面、非磁性、金屬的圓環(huán)路1504，該圓環(huán)路在一對(duì)端點(diǎn)1506和1508之間具有間隙。電容器1008(圖10)和1102(圖11)設(shè)置在該間隙上，使得其一對(duì)電極分別與端點(diǎn)1506和1508相連接。其次，可以理解，環(huán)路326可以包括多個(gè)間隙，各個(gè)間隙都包括一個(gè)單獨(dú)的電容器。
環(huán)路1502和1504，以及窗口46的上面，都處于相互平行的平面上，使得環(huán)路1504能充分接近窗口46，而環(huán)路1506則遠(yuǎn)離窗口46。將環(huán)路1506和窗口46相分開的距離要足以使得環(huán)路1506產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電場(chǎng)基本上不會(huì)與真空腔室40中的等離子體50相耦合。
在環(huán)路1506和窗口46之間的距離要使得環(huán)路1506產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電場(chǎng)能與等離子體50基本上相耦合。在環(huán)路1504和1506之間的距離要使得在這些環(huán)路之間的變壓器耦合系數(shù)在0.1至0.3之間。典型的是，環(huán)路1506具有比環(huán)路1504大的直徑，這有利于提供從環(huán)路1504至環(huán)路1506之間磁場(chǎng)的適當(dāng)耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)路1506所具有的直徑約為150mm(即，大約6英寸)，可提供具有200mm和300mm直徑的工件的等離子體處理。環(huán)路1504和1506是同軸的，因此當(dāng)工件適當(dāng)?shù)胤胖迷谥Ъ?2上時(shí)，就形成了一個(gè)與工件54的中心相交叉的共同軸。因?yàn)榄h(huán)路1506是圓形的，并且基本上是封閉的，所以環(huán)路1506接近于一個(gè)較佳的線圈，能以接近于方位角對(duì)稱的磁場(chǎng)來(lái)提供等離子體50。
參照附圖中的圖16來(lái)說明，該圖是圖12所說明的包括變壓器257的天線的示意透視圖。如圖16所示的次級(jí)繞組346和348的組合感抗基本上是大于如圖15所示的次級(jí)繞組1006的感抗。次級(jí)繞組346和348的較大的組合感抗有利于與圖16中的線圈相關(guān)的阻抗能與源232或233的頻率相諧振。
初級(jí)繞組258，基本上具有與初級(jí)繞組1004相同的結(jié)構(gòu)，它包括平面的非磁性的金屬環(huán)路324，該環(huán)路具有端點(diǎn)276和278，這些端點(diǎn)分別與端點(diǎn)214和220相一致的并與電流饋入端213和222歐姆連接。
次級(jí)繞組346和348都包括四個(gè)基本上是圓形的非磁性金屬平面環(huán)路(即，匝)341-344，各個(gè)匝都形成了一個(gè)扇形的圓，其中各個(gè)扇形都具有大約340度的范圍。繞組346的匝341和342是在第一平面上共面的，而繞組348的匝343和344是在第二平面上共面的。第一和第二平面都是相互平行的以及平行于窗口46的上面。包括繞組346和348的平面也平行于變壓器257的初級(jí)繞組258的平面環(huán)路324。各個(gè)環(huán)路324、341和343都具有相同的直徑，該直徑會(huì)有點(diǎn)稍微小于環(huán)路342和344的相同直徑。所有的環(huán)路258和341-344都是與垂直延伸的軸350同軸的，當(dāng)工件正確地放置與支架52時(shí)，該垂直延伸的軸與工件54的中心相交叉。
包括繞組346和348的平面相當(dāng)接近于窗口46的上表面，而平面346比平面348離窗口更遠(yuǎn)。包括繞組346和348的平面被認(rèn)為比環(huán)路324的平面更加接近于窗口46，從而來(lái)自環(huán)路341-344的磁通量基本上都能耦合到等離子體50，而來(lái)自環(huán)路324的相對(duì)較小的磁通量能直接耦合到等離子體50。然而，包括繞組346和348的平面能充分地接近于環(huán)路324的平面，使得來(lái)自環(huán)路324的磁通量能基本上耦合到環(huán)路341-344，以使得在包括環(huán)路324的初級(jí)繞組和包括環(huán)路341-344的次級(jí)繞組之間的變壓器耦合系數(shù)在大約0.1至0.3的范圍內(nèi)。
環(huán)路341-344相互是串聯(lián)連接，使得根據(jù)RF電流在初級(jí)繞組258中流動(dòng)所產(chǎn)生的磁通量在這些環(huán)路中感應(yīng)的RF電流能在以軸350為起源和沿著環(huán)路341-344延伸的半個(gè)垂直平面中以相同的方向流動(dòng)。于是，在一瞬時(shí)，在環(huán)路341-344的右半部分中的電流(如圖16所示)是在向著觀眾的水平平面上流動(dòng)。在同一瞬時(shí)，在匝341-344的左半部分中的電流是在遠(yuǎn)離觀眾的水平平面上流動(dòng)。因此，匝341-344所起源的磁通量附加在等離子體50上。
為了這個(gè)目的，環(huán)路341包括第一端352，它采用垂直延伸的引線354連接到環(huán)路343的第一端356；以及采用引線360使第二端358連接到環(huán)路344的第一端362。引線360是與環(huán)路343和344共面的。匝344具有第二端364，它采用垂直延伸的引線366連接著環(huán)路342的第一端368。匝342具有第二端370，它采用引線371-373連接著環(huán)路341的第二端376。引線371和引線373垂直延伸通過包括環(huán)路324的平面并且在環(huán)路324的平面上具有端點(diǎn)。引線371和373的上端點(diǎn)都采用水平延伸的引線372連接在一起。以這樣的方式來(lái)定位引線371-373可減小在這些引線中所流動(dòng)著的電流對(duì)提供給等離子體50的磁通量影響的趨勢(shì)。環(huán)路341-344以相互串聯(lián)的方式并采用引線354、356、366和371-377與電容器254和256相連接，以這樣的方式使得環(huán)路341和344能相互閉合。整個(gè)串聯(lián)電路形成了在圖16所示天線中的閉環(huán)環(huán)路。匝341-344相互閉合并且基本上是圓形的事實(shí)，有利于提供耦合到等離子體50所需的基本對(duì)稱的方位角磁通量以及等離子體50的基本對(duì)稱方位角密度。
環(huán)路342和343包括間隙，使得在環(huán)路342中的間隙是由端點(diǎn)268和270所定義，而在環(huán)路343中的間隙是由端點(diǎn)272和274所定義。端點(diǎn)270與環(huán)路342的端點(diǎn)368是基本相一致的，而端點(diǎn)274與環(huán)路343的端點(diǎn)356是基本相一致的。
電容器254和356分別處于環(huán)路342和343的間隙中。該電容器254和256的位置使得在電容器的兩端之間的匝的感抗基本上相等，在沿著包括次級(jí)繞組346和348的閉合環(huán)路的長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生較佳的電流和電壓的分布。電容器254和256的數(shù)值、環(huán)路258和341-344的感抗以及在環(huán)路258和環(huán)路341-344之間的互感，都使得包括次級(jí)繞組346和348的閉環(huán)環(huán)路1202的感抗所具有的諧振頻率等于源233能夠驅(qū)動(dòng)的頻率范圍中的頻率。微處理器231控制源233的頻率，使得源233的阻抗與源驅(qū)動(dòng)負(fù)載的阻抗相匹配，進(jìn)一步使得源231的頻率近似等于閉環(huán)環(huán)路1202的諧振頻率。
在討論和說明本發(fā)明的特殊實(shí)施例的同時(shí)，不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)所特別說明和討論的實(shí)施例細(xì)節(jié)上的各種變化都是顯而易見的。例如，匹配網(wǎng)絡(luò)可以具有不同于圖3-12中特別討論的結(jié)構(gòu)，也可以采用一種“L”或“TT”的結(jié)構(gòu)。天線的傳輸線效應(yīng)在13.56MHz時(shí)是很顯著的，但為了簡(jiǎn)化分析而省略了。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理器天線，它采用AC源的功率驅(qū)動(dòng)，該天線包括適用于由源的功率來(lái)提供功率的第一和第二激發(fā)端，構(gòu)成通過天線之外的電路由耦合至所述第一和第二激發(fā)端的功率賦能的等離子體激發(fā)線圈，該天線所具有的連接和阻抗的數(shù)值使得通過天線之外電路流過激發(fā)端的電流小于在所述線圈的等離子體激發(fā)繞組中流動(dòng)的電流。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述連接和阻抗使得所述天線和它的負(fù)載能與源阻抗匹配或近似阻抗匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述連接和阻抗使得在所述等離子體激發(fā)繞組中流動(dòng)的電流最大化或近似最大化。
4.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述連接和阻抗使得在所述等離子體激發(fā)繞組中流動(dòng)的電流至少是通過天線之外的電路流過激發(fā)端的電流的兩倍。
5.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述源至少具有在其頻率范圍中的一個(gè)頻率，所述連接和阻抗使得包括所述等離子體激發(fā)繞組的天線環(huán)路所具有的諧振頻率等于或近似等于該范圍中的一個(gè)頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述連接和阻抗使得包括等離子體激發(fā)繞組的天線環(huán)路所具有的諧振頻率等于或近似等于該范圍中的一個(gè)頻率，該環(huán)路包括與所述等離子體激發(fā)繞組相串聯(lián)的第一電容器。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，所述第一電容器串聯(lián)在繞組的第一和第二分段之間，使得相同的電流流過所述第一電容器和所述第一和第二分段。
8.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，還包括與在所述第一和第二激發(fā)端之間的線圈相串聯(lián)的第一電容器，以及連接在所述第一和第二激發(fā)端之間的第二電容器，使得只有在所述第一電容器和所述等離子體激發(fā)繞組中流動(dòng)的一些電流在所述第二電容器中流動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的天線，其特征在于，所述第一電容器連接在所述激發(fā)端的一端和所述繞組的一端之間，使得相同的電流能流過所述第一電容器和所述繞組。
10.如權(quán)利要求8所述的天線，其特征在于，所述第一電容器串聯(lián)在所述繞組的第一和第二分段之間，使得相同的電流流過所述第一電容器和所述第一和第二分段。
11.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述線圈包括一個(gè)變壓器，它具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)與所示初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的等離子體激發(fā)次級(jí)繞組。
12.如權(quán)利要求11所述的線圈，其特征在于，所述初級(jí)繞組具有與所述第一和第二激發(fā)端相連接的兩個(gè)端點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的線圈，其特征在于，在所述繞組之間的耦合系數(shù)使之存在著一個(gè)所述次級(jí)繞組對(duì)所述初級(jí)繞組的阻抗耦合不緊密的變壓器。
14.如權(quán)利要求13所述的線圈，其特征在于，所述耦合系數(shù)是在約為0.1至0.3的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求11所述的線圈，其特征在于，在所述繞組之間的耦合系數(shù)使之存在著一個(gè)所述次級(jí)繞組對(duì)所述初級(jí)繞組的阻抗耦合不緊密的變壓器。
16.如權(quán)利要求11所述的線圈，其特征在于，一個(gè)電容器與所述等離子體激發(fā)次級(jí)繞組相串聯(lián)。
17.如權(quán)利要求16所述的線圈，其特征在于，所述電容器和等離子體激發(fā)次級(jí)繞組是以閉環(huán)環(huán)路的方式相連接。
18.如權(quán)利要求17所述的線圈，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括多匝。
19.如權(quán)利要求18所述的線圈，其特征在于，所述多匝是在平行于處理器的腔室的耦合窗的不同的平面上。
20.如權(quán)利要求19所述的線圈，其特征在于，所述匝是串聯(lián)連接并構(gòu)成，使得響應(yīng)于在所述初級(jí)繞組中流動(dòng)的AC電流所產(chǎn)生的感應(yīng)電流在一個(gè)閉環(huán)的環(huán)路中流動(dòng)。
21.如權(quán)利要求13所述的線圈，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括多匝。
22.如權(quán)利要求21所述的線圈，其特征在于，所述多匝與所述線圈的軸相同心，包括至少一個(gè)其它匝的初級(jí)繞組與線圈的軸同心并且處在空間上平行于所述次級(jí)繞組的所述多匝的平面上。
23.一種包括如權(quán)利要求1所述天線的等離子體處理器，該處理器包括一個(gè)AC源和一個(gè)真空腔室，該腔室的內(nèi)部構(gòu)成了能響應(yīng)于由根據(jù)AC源所激發(fā)的天線來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)
24.一種用于等離子體處理器的天線，該天線可適用于采用激發(fā)等離子體的AC源的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)，它包括第一和第二激發(fā)端；一個(gè)線圈，該線圈包括(a)一個(gè)具有兩個(gè)端點(diǎn)分別與所述第一和第二激發(fā)端相耦合的初級(jí)線圈，以及(b)一個(gè)與所述初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的次級(jí)繞組；以及具有分別與次級(jí)繞組相串聯(lián)的第一和第二相對(duì)電極的電容器。
25.如權(quán)利要求24所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了只能通過與所述初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的AC源來(lái)激發(fā)。
26.如權(quán)利要求25所述的天線，其特征在于，在所述繞組之間的耦合系數(shù)使之存在著一個(gè)所述次級(jí)繞組對(duì)所述初級(jí)繞組的阻抗耦合不緊密的變壓器。
27.如權(quán)利要求26所述的天線，其特征在于，所述耦合系數(shù)是在大約0.1至0.3的范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求27所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括多匝。
29.如權(quán)利要求28所述的天線，其特征在于，所述多匝是處在空間上平行于所述處理器的真空腔室的耦合窗口的不同平行平面上。
30.如權(quán)利要求29所述的天線，其特征在于，所述多匝與所述線圈的軸相同心，包括至少一個(gè)其它匝的初級(jí)繞組與線圈的軸同心并且處在空間上平行于所述次級(jí)繞組的所述多匝的平面上。
31.如權(quán)利要求30所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括在每個(gè)平面上的多個(gè)匝。
32.如權(quán)利要求31所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組的匝相互間串聯(lián)連接，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成根據(jù)在所述初級(jí)繞組激發(fā)所感應(yīng)流動(dòng)的AC電流在從軸到匝延伸的半個(gè)平面上以相同的方向流動(dòng)。
33.如權(quán)利要求32所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組的匝是關(guān)于它們自己閉合的。
34.如權(quán)利要求24所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括關(guān)于它們自己閉合的多匝。
35.一種包括如權(quán)利要求24所述的天線的等離子體處理器，該處理器包括所述AC源和一個(gè)真空腔室，該腔室的內(nèi)部構(gòu)成了能響應(yīng)由根據(jù)AC源所激發(fā)的天線來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)
36.一種適用于等離子體處理器的天線，該天線可適用于采用激發(fā)等離子體的AC源的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)，它包括第一和第二激發(fā)端；一個(gè)線圈，該線圈包括(a)一個(gè)具有兩個(gè)相對(duì)端點(diǎn)分別與所述第一和第二激發(fā)端相耦合的初級(jí)繞組，以及(b)一個(gè)與所述初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的次級(jí)繞組，所述次級(jí)繞組包括多匝。
37.如權(quán)利要求29所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了只能通過與所述初級(jí)繞組感應(yīng)耦合的AC源來(lái)激發(fā)。
38.如權(quán)利要求37所述的天線，其特征在于，在所述繞組之間的變壓器耦合系數(shù)使之在所述次級(jí)繞組對(duì)所述初級(jí)繞組之間存在著阻抗耦合不緊密。
39.如權(quán)利要求38所述的天線，其特征在于，所述耦合系數(shù)是在大約0.1至0.3的范圍內(nèi)。
40.如權(quán)利要求37所述的天線，其特征在于，所述匝處在空間上平行于所述處理器的真空腔室的耦合窗口的不同平行平面上。
41.如權(quán)利要求40所述的天線，其特征在于，所述多匝與所述線圈的軸相同心，包括至少一個(gè)其它匝的初級(jí)繞組與線圈的軸同心并且處在空間上平行于所述次級(jí)繞組的所述多匝的平面上。
42.如權(quán)利要求41所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括在每個(gè)平面上的多個(gè)匝。
43.如權(quán)利要求42所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組的匝相互間串聯(lián)連接，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成根據(jù)在所述初級(jí)繞組激發(fā)所感應(yīng)流動(dòng)的AC電流在從軸到匝延伸的半個(gè)平面上以相同的方向流動(dòng)。
44.如權(quán)利要求43所述的天線，其特征在于，所述次級(jí)繞組的匝是對(duì)于它們自己閉合的。
45.如權(quán)利要求24所述的天線，其特征在于，所述多匝是對(duì)于它們自己閉合的。
46..如權(quán)利要求45所述的天線，其特征在于，在所述繞組之間的變壓器耦合系數(shù)使之在所述次級(jí)繞組對(duì)所述初級(jí)繞組存在著阻抗耦合不緊密。
47.一種包括如權(quán)利要求46所述的天線的等離子體處理器，該處理器包括所述AC源和一個(gè)真空腔室，該腔室的內(nèi)部構(gòu)成了能響應(yīng)由根據(jù)AC源所激發(fā)的天線來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。
48.一種包括如權(quán)利要求47所述的天線的等離子體處理器，該處理器包括所述AC源和一個(gè)真空腔室，該腔室的內(nèi)部構(gòu)成了能響應(yīng)由根據(jù)AC源所激發(fā)的天線來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。
49.采用等離子體來(lái)處理工件的裝置，該裝置包括一個(gè)構(gòu)成采用AC等離子體來(lái)處理工件的真空腔室；一個(gè)用于向等離子體提供AC電磁場(chǎng)的天線，一個(gè)AC等離子體激發(fā)源，用于將AC源耦合到天線的激發(fā)端的電路，該天線包括一個(gè)用于向等離子體提供等離子體激發(fā)電磁場(chǎng)的等離子體激發(fā)線圈，以及一個(gè)用于使得在所述耦合電路和所述激發(fā)端之間流動(dòng)的電流小于在線圈中流動(dòng)的電流的控制器。
50.如權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，所述耦合電路包括一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)的第一部分耦合在所述源和所述激發(fā)端之間，所述控制器構(gòu)成了用于調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的可變阻抗，使得所述源輸出阻抗與所述源負(fù)載相匹配。
51.如權(quán)利要求50所述的裝置，其特征在于，所述源具有一個(gè)可變的頻率，所述控制器構(gòu)成了用于調(diào)整所述第一可變阻抗和所述源可變頻率，使得在所述耦合電路和所述激發(fā)端之間流動(dòng)的電流小于在所述線圈中流動(dòng)的電流。
52.如權(quán)利要求51所述的裝置，其特征在于，所述控制器包括一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)，用于獲得分別表示與所述源的所需頻率和在所述源和所述源負(fù)載之間的阻抗匹配有關(guān)的第一和第二指示，所述控制器構(gòu)成了用于響應(yīng)由傳感器結(jié)構(gòu)所獲得的指示來(lái)控制所述源頻率和第一阻抗的數(shù)值，以提供所述阻抗匹配。
53.如權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，所述傳感器結(jié)構(gòu)構(gòu)成了用于響應(yīng)在線圈中流動(dòng)的最大電流的指示來(lái)獲得所述第一指示。
54.如權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，所述傳感器結(jié)構(gòu)構(gòu)成了用于響應(yīng)從所述負(fù)載到所述源反射功率的信號(hào)指示來(lái)獲得所述第一和第二指示。
55.如權(quán)利要求51所述的裝置，其特征在于，所述控制器包括一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)，用于獲得在所述源和所述源負(fù)載之間阻抗匹配的指示，所述控制器構(gòu)成了用于響應(yīng)由傳感器結(jié)構(gòu)所獲得所述阻抗匹配的指示，來(lái)提供阻抗匹配和控制所述源頻率，使得所述源頻率等于或近似等于包括所述天線的等離子體激發(fā)的串聯(lián)電路的諧振頻率。
56.如權(quán)利要求50所述的裝置，其特征在于，所述匹配網(wǎng)路的第二部分包括一個(gè)第二可變阻抗，所述控制器構(gòu)成了用于調(diào)整所述第一可變阻抗和所述第二可變阻抗，使得在所述耦合電路和所述激發(fā)端之間流動(dòng)的電流小于在所述線圈中流動(dòng)的電流。
57.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述控制器結(jié)構(gòu)包括一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)，用于獲得在所述源和在所述源和所述源負(fù)載之間的阻抗匹配指示，所述控制器構(gòu)成了用于響應(yīng)由傳感器結(jié)構(gòu)所獲得的阻抗匹配指示來(lái)控制所述第一和第二阻抗使之達(dá)到阻抗匹配。
58.如權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，所述天線包括連接在所述第一和第二激發(fā)端之間的第一電容器，和與在所述第一和第二激發(fā)端之間的所述線圈的等離子體激發(fā)繞組相串聯(lián)的第二電容器，所述第一和第二電容器的連接使得不同的幅值電流在其中流動(dòng)。
59.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，具有與其串聯(lián)的所述第二電容器的所述繞組在一對(duì)端點(diǎn)之間具有一個(gè)間隙，這對(duì)端點(diǎn)中至少有一端不同于所述激發(fā)端，第二電容器具有相對(duì)的分別連接著所述這對(duì)端點(diǎn)的電極。
60.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于，所述這對(duì)端點(diǎn)的兩端不同于所述第一和第二激發(fā)端。
61.如權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，所述線圈包括一個(gè)變壓器，該變壓器具有初級(jí)和次級(jí)繞組，所述初級(jí)繞組被連接為由所述耦合電路的驅(qū)動(dòng)，所述次級(jí)繞組構(gòu)成了用于將等離子體激發(fā)電磁場(chǎng)耦合到等離子體。
62.如權(quán)利要求61所述的裝置，其特征在于，還包括與所述次級(jí)繞組相串聯(lián)的電容器。
63.如權(quán)利要求62所述的裝置，其特征在于，在所述繞組之間的耦合系數(shù)使得在所述次級(jí)繞組對(duì)所述初級(jí)繞組存在著阻抗耦合不緊密。
64.如權(quán)利要求63所述的裝置，其特征在于，所述耦合系數(shù)是在大約0.1至0.3的范圍內(nèi)。
65.如權(quán)利要求61所述的裝置，其特征在于，所述次級(jí)繞組包括多匝。
66.如權(quán)利要求65所述的裝置，其特征在于，所述多匝是在平行于處理器的腔室的耦合窗的不同的平面。
67.如權(quán)利要求65所述的裝置，其特征在于，所述多匝是串聯(lián)連接并且構(gòu)成了使之響應(yīng)在所述初級(jí)繞組中流動(dòng)的AC電流所感應(yīng)的電流產(chǎn)生由其形成的有助于等離子體的磁通量。
68.一種操作真空等離子體處理器的方法，該真空等離子體處理器包括一個(gè)含有處理工件的AC等離子體的真空腔室，所述AC等離子體是由向等離子體提供AC電磁場(chǎng)的天線來(lái)激發(fā)，所述天線是由AC等離子體激發(fā)源輸出的并通過在所述源和所述端點(diǎn)之間的耦合電路耦合到第一和第二激發(fā)端的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)，該方法包括使得在等離子體激發(fā)線圈中流動(dòng)的電流超過在所述耦合電路和所述天線激發(fā)端之間流動(dòng)的電流。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述源具有一個(gè)可變的頻率，并產(chǎn)生包括調(diào)整源可變頻率的步驟。
70.如權(quán)利要求69所述的方法，其特征在于，所述耦合電路包括耦合在所述源和所述激發(fā)端之間的一部分匹配網(wǎng)絡(luò)，并產(chǎn)生包括調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的可變阻抗，使得所述源輸出阻抗至少與所述源負(fù)載近似相匹配的步驟。
71.如權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，還包括獲得在所述源和所述源負(fù)載之間阻抗匹配的指示，以及響應(yīng)阻抗匹配的指示，來(lái)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)部分的阻抗和源頻率，使得源阻抗能與源負(fù)載相匹配。
72.如權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，所述耦合電路包括分別耦合在所述源和所述激發(fā)端之間以及在所述激發(fā)端和所述線圈之間的匹配網(wǎng)絡(luò)的第一和第二部分，并產(chǎn)生包括調(diào)整第一部分的第一可變阻抗和調(diào)整第二部分的第二可變阻抗的步驟。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，還包括獲得在所述源和所述源負(fù)載之間的所述阻抗匹配的指示，并且響應(yīng)阻抗匹配的指示，來(lái)調(diào)整匹配所述第一和第二部分的阻抗中的一個(gè)阻抗，使得源阻抗能與源負(fù)載相匹配。
全文摘要
一種包括激發(fā)端的天線，該激發(fā)端能響應(yīng)RF源向在真空腔室中處理工件的等離子體提供RF電磁場(chǎng)。匹配網(wǎng)絡(luò)包括分別連接在源和激發(fā)端之間以及激發(fā)端和天線等離子體激發(fā)線圈之間的第一和第二部分。響應(yīng)在源和它的負(fù)載之間的阻抗匹配的指示，在(1)第一部分和端點(diǎn)之間，以及(2)端點(diǎn)和線圈之間的流動(dòng)的電流可以被控制使得后者超過前者。該指示控制第一和第二部分的阻抗或者第一部分阻抗和源的頻率。線圈可以包括一個(gè)變壓器，該變壓器具有與激發(fā)端相耦合的初級(jí)繞組和多匝等離子體激發(fā)次級(jí)繞組。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1520245SQ20031012454
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者A·M·豪瓦爾德, A·庫(kù)西, A M 豪瓦爾德 申請(qǐng)人:拉姆研究有限公司