CN1520245A - 等离子体处理器装置和方法，以及天线 - Google Patents

Abstract

一种包括激发端的天线，该激发端能响应RF源向在真空腔室中处理工件的等离子体提供RF电磁场。匹配网络包括分别连接在源和激发端之间以及激发端和天线等离子体激发线圈之间的第一和第二部分。响应在源和它的负载之间的阻抗匹配的指示，在(1)第一部分和端点之间，以及(2)端点和线圈之间的流动的电流可以被控制使得后者超过前者。该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频率。线圈可以包括一个变压器，该变压器具有与激发端相耦合的初级绕组和多匝等离子体激发次级绕组。

Description

等离子体处理器装置和方法，以及天线

                  相关的共同代批专利申请

本申请的某些方面包括在共同待批的、共同由Howald等人代理的、2002年8月26日提交申请序列号为10/227,275(美国专利6,441,555的继续)和2002年7月22日提交申请序列号为10/200,833中所披露的主题内容。

                          发明领域

本发明主要涉及等离子体处理器的天线，以及涉及用于操作等离子体处理器的方法和装置，更具体地说，涉及等离子体处理器天线，该天线具有一个元件，使得在天线的等离子体激发线圈中所流动的电流超过在天线的激发终端中所流动的电流。(在本文件的下文中，该电流是指在一个AC周期中的RMS电流或峰值正的或负的电流，除非有特殊的说明。)本发明的另一方面涉及一种等离子体处理器的天线，它具有初级和次级绕组。

                          背景技术

一种典型的现有技术的工件处理器，如图1所示，它包括：真空等离子体腔室部件10；一个第一电路12，用于驱动平面激发天线48，该天线48是由一个用于激发在腔室部件10中的可离子化气体进入等离子体状态的线圈所构成；一个第二电路14，用于将RF偏置施加在腔室部件10中的工件支架上；以及控制器结构16，它响应与腔室部件10的各种参数有关的传感器，用于产生影响在腔室部件10中等离子体的设备的控制信号。控制器16包括：微处理器20，它响应与腔室部件10以及电路12和14相关的各种传感器以及操作者所输入22的信号，该操作者输入的形式可以是，例如，键盘。微处理器20与存储***24相耦合，该存储***可以包括硬盘26、随机存储器(RAM)28和只读存储器(ROM)30。微处理器20响应提供给它的各种信号以驱动显示器32，该显示器可以是一个典型的计算机监视器。

硬盘26和ROM30存储着程序，该程序可用于控制微处理器20的操作以及预置与在腔室部件10中所进行处理的各种不同处理方法有关的数据。各种不同的处理方法涉及到在不同的处理过程中施加到腔室部件10中的气体种类和气流比例、在电路12和14中所包括的AC源的输出功率、施加在腔室部件10的内部真空、以及在电路12和14的匹配网络中所包括的可变感抗的初始数值。

等离子体腔室部件10包括腔室40，它具有非磁性的圆柱形侧壁42和非磁性的基座44，这两者通常是金属材料制成且电气接地。绝缘体，通常是石英的窗口46固定定位在侧壁42的上边缘。

侧壁42、基座44和窗口46采用适当的垫圈相互紧密地连接在一起，以便于在腔室40的内部建立真空。等离子体激发天线48包括线圈49，该线圈可以是平面的或者是半球形的，以及可以依照Ogle等人发明的美国专利No.4,948,458或者Holland等人发明的美国专利No.5,759,280或者Holland等人发明的美国专利No.5,800,619中所披露的方法构成，它设置窗口46的上面或者设置在非常接近窗口46的上面。天线48感应地向腔室40内部提供磁和电的RF场，以便于将在腔室内的可离子化气体激发成等离子体，正如在图1中采用参考数字59所示意说明的。

基座44的上面放置着适用于工件54的支架(即，卡盘)，工件一般是圆形的半导体晶片、例如在平板显示器中使用的矩形绝缘基板或者金属基板。工件的支架52一般可包括金属平板的电极56，该金属平板电极附有绝缘层58并放置在绝缘层60上，该绝缘层60放置在基座44的上面。工件的固定机构(未显示)将工件54放置在绝缘层58的上面。通过从适当的气源62沿着电极56中的导管64和槽(未显示)向绝缘层58的下面提供氦气来冷却工件54。将工件54放置在绝缘层58上，DC源66就可以通过开关(未显示)向电极56提供适当的电压，使工件夹住，即，将工件卡住在支架52上。

将工件54牢固地放置在支架52上，一种或多种可离子化气体从一个或多个源68通过在侧壁42中的导管70和端口72流入腔室40的内部。为了简化起见，在图1中仅仅只显示了一种气源68。导管70的内部还包括阀门74和流量规76，用于分别控制通过端口72流入腔室40的气体流量以及测量通过端口72的气体的流量。阀门74可以响应微处理器20所输出的信号，同时流量规76可以向微处理器提供指示在导管70中的气体流量的电信号。对于在腔室40中被处理的每一个工件54的每一种处理方法存储***24存储着指示在导管70中所需气体流量的一个信号。微处理器20响应存储***24存储的对于所需流量的信号并监测流量规76所输出的流量信号，以相应地控制阀门74。

真空泵80，通过导管84与腔室40的基座44中的端口82相连接，以便于将腔室内部排空至适当的压力，典型地是在1至100mTorr的范围内。压力规86，设置在腔室40的内部，向微处理器20提供一指示腔室40内部真空压力的信号。

对每一种处理方法存储***24存储着适用于表示腔室40内部所需真空压力的一个信号。微处理器响应于由存储***24对每一种处理方法导出的所存储的所需压力信号，以及响应压力规86输出的电信号向真空泵80提供电信号，以将腔室40的压力对每一种处理方法维持在设定点或预定的数值上。

光谱仪90通过响应等离子体所发射的光能量和通过侧壁42中的窗口90与光谱仪相耦合来监视等离子体50的光发射。光谱仪90响应等离子体50所发射的光能量向微处理器20提供一个电信号。微处理器20响应光谱仪90所输出的信号来检测对工件54进行等离子体50处理(刻蚀或沉积)的结束位置。微处理器20响应光谱仪90所输出的信号以及存储***24所存储的表示与结束位置有关的光谱仪输出特性的信号，向存储器提供一个表示该处理方法已经被完成的适当信号。随后，微处理器20响应来自存储***24的信号，停止与完成的处理方法有关的某些活动，以及开始对原先在腔室40中处理的工件进行新的处理方法或者命令从支架52上释放工件，并将新的工件传递到支架，接着准备进入其它系列的处理方法。

激发电路12用于驱动天线48的线圈49，该电路包括恒定或可变频率的RF源100(见Bames等人的美国专利5,892,198)，其典型的频率为4.0±10％MHz或13.56±10％MHz。源100驱动可变增益功率放大器102，该放大器典型的输出功率在100和3000W之间的范围内。放大器102一般具有50欧姆的输出阻抗，且所有的输出阻抗都是阻性的并没有感性的。因此，从放大器102的输出端所看到的阻抗一般可表示为(50+j0)欧姆，并且电缆106可选择具有50欧姆的特性阻抗的电缆。

对于任何特殊的处理方法来说，存储***24都存储着放大器102所需输出功率的信号。存储***24籍助于微处理器20向放大器提供放大器102所需的输出功率。放大器102的输出功率可根据在存储***24所存储的信号以开环的方式进行控制，或者放大器102输出功率的控制可以基于闭环反馈，正如在本领域中都已知的。

放大器102的输出功率通过电缆106和匹配网络108来驱动线圈49。匹配网络108构成为“T”型，它包括两个含有可变电容器112和116的串联支路，以及含有固定电容器114的并联分路。天线48包括激发端122和124，分别连接着(1)线圈49的第一端和电容器112的一个电极，以及(2)线圈49的第二端和串联电容器126的第一电极，该电容器的第二电极接地；或者端口124可以直接与接地点相连接。电容器126的数值较佳地是按在原先已提及的共同转让的Holland等人的200专利中所讨论的方法来选择。

电机118和120较佳的是步进电机，它可响应微处理器20的输出信号，将电容器112和116的数值控制在相对较小的增量中，以保持在从放大器102输出端往电缆106所看到的和从电缆106往放大器102输出端所看到的之间的阻抗匹配。因此，对于原先所讨论的放大器102的(50+j0)欧姆输出阻抗和电缆106的50欧姆特性阻抗来说，微处理器20控制电机118和120，使得从电缆106往匹配网络108所看到的阻抗能尽可能地接近匹配阻抗(50+j0)欧姆。另外，微处理器20控制源100的频率和电容器116的容抗，使之达到在源和源所驱动负载之间的匹配阻抗。获得匹配阻抗的结果是，流过电容器112和126以及将电容器与端点122和124相连接的引线的电流一般都在它的非常大的最大值的百分之几的范围内。在这些引线中的非常大的电流会对等离子体50的密度均匀性产生不利的影响。

为了能控制电机118和120和源100的频率以及电机120保持在所看到的放大器102输出端的阻抗和放大器102所驱动阻抗之间的匹配条件，微处理器20响应常规传感器结构104的输出信号。该信号指示了从电缆106往匹配网络108所看到的阻抗；该信号通常代表了从电容器118反射到传感器的电流和电压的绝对值，以及在反射电流和电压之间的相位角。另外，所提供的传感器，用于获取表示放大器102提供给它的输出端的功率和电缆106反射回放大器输出的功率的信号。微处理器20以几种已知方法中的一种方法响应传感器结构104所获得的检测信号，来控制电机118和120或者源100的频率以及电机120保持匹配的条件。

因为腔室40内的条件变化会影响等离子体50，所以等离子体具有可变的阻抗。该条件是通过端口72流入的气体流量和种类的误差，腔室40中的压力误差以及其它因素等等。此外，噪声有时也会提供给电机118和120，从而使得电机改变电容器112和116的数值。所有这些因素都会影响到包括等离子体50的负载向放大器102输出端反射的阻抗。微处理器20响应传感器104的输出信号，改变电容器112和116的数值或者源100的频率，来保持放大器102的输出端所驱动的阻抗与放大器的输出阻抗相匹配。

电路14通过电极56向工件54提供RF偏置，该电路的结构稍微有些类似于电路12的结构。电路14包括恒定频率RF源130，它所具有的典型频率为400kHz，2.0MHz或13.56MHz。源130的恒定频率输出驱动可变增益功率放大器132，它依次驱动包括方向耦合器134、电缆136和匹配网络138的级连结构。匹配网络138包括一个含有固定电感器140和可变电容器142的串联组合的串联支路，以及一个含有固定电感器144和可变电容器146的并联分路。电机148和150最好是步进电机，且能够响应来自微处理器20的信号分别改变电容器142和146的数值。

匹配网络138的输出端152通过串联耦合电容器154向电极56提供一个RF偏置电压，该串连耦合电容器将匹配网络138与DC源66的卡盘电源相隔离。施加在电极56上的RF能量电路14通过绝缘层48、工件54以及在工件和等离子体之间的等离子体外层与接近于支架52的等离子体50的一部分容性相耦合。与等离子体50相耦合的RF能量支架52在等离子体中建立了一个DC偏置；该DC偏置一般具有在50和100伏之间的数值。RF能量电路14施加在支架52上所产生的DC偏置使等离子体中的离子加速到工件54上。

微处理器20响应表示从电缆136往匹配网络138所看到的阻抗的信号，正如由已知传感器结构139所获得的信号，以类似于上述所讨论的与匹配网络108的电容器112和116的控制有关的方式来控制电机148和150和电容器142和146的数值。

对于各种处理方法来说，存储***24存储着从方向耦合器134流入电缆136的净功率设定点信号。该从方向耦合器134流入到电缆136的净功率等于放大器132的输出功率减去从负载和匹配网络138通过电缆136反射到连接着电缆136的方向耦合器134的功率。存储***28提供与电路14至微处理器20有关的净功率设定点信号。微处理器20响应与电路14有关的净功率设定点信号以及方向耦合器134提供给功率传感器结构141的输出信号。功率传感器结构141获得表示放大器132的输出功率的信号和表示由电缆136向放大器132的输出端反射功率的信号。

图2是一个天线的透视图，该天线是由先前所提及的’619专利的图6所示意说明一类的平面线圈构成的，并且已经合并构成了类似于图1所示意说明一类在处理器内的天线48。图2所说明的线圈包括单个绕组160，该绕组含有内外同心的金属匝数162和164，每一匝都具有正方形的截面并且形成一个沿着角度接近于340度的圆所延伸的扇形形状。匝162和164的另一端分别包括激发端166和168，且分别由金属柱(即，电流馈线)170和172连接着匹配网络108的电容器112的一个电极和电容器126的一个电极；另外，金属柱172将激发端168直接接地。因此，在金属柱170和172中流动的RF(即，AC)电流是大致等于在匝162和164中所流动的RF电流。可以采用一个直的金属支架174将远离激发端166和168的匝162和164的各端相互连接起来，该金属支架174一般是在162和164之间径向延伸的并且具有与匝相似的同样剖面的结构。

图2所显示的两匝线圈不同于一个理想的两匝线圈，理想的两匝线圈是由两个同轴的圆环所构成并且流过各个环路长度的电流具有恒定的、相等的RF幅度。这种理想的两匝线圈可以向腔室40内的等离子体50提供完全圆柱对称的电场和磁场。图2所示的线圈，以及能够作为天线48的线圈所使用的实际线圈，在线圈所包括的任意环路或绕组之间具有一个连接(例如，连接着匝162和164的支架)，以及电流馈入点，例如，连接着匝162和164的金属柱170和172的激发端点166和168。这些连接避免了所有实际线圈具有理想线圈的完全圆柱形对称。

在图2所示实际线圈中的电流可以采用在线圈的理想部分(即，匝162和164)中的电流加上在包括端点166和168、金属柱170和172以及支架174的假设的扰动线圈中的电流。于是，假设的扰动线圈包括了由金属柱170和172所形成的电流馈入的效应，由匝162和164所形成环路的“失去”部分的效应，以及形成在匝162和164所构成环路之间连接的支架174的效应。在假设的扰动线圈中流过的电流，可包括在由金属柱170和172所形成的电流馈入中流动的大电流，它具有在由线圈耦合到等离子体的磁场中产生方位角非对称的趋势，从而在处理工件的等离子体的密度中引起方位角的非对称。

本发明的一个目的是一种新型改进的等离子体处理器，该处理器可具有减小方位角非对称密度的等离子体。

本发明的另一目的是提供一种新型改进的天线结构，它适用于等离子体处理器。

另外一个目的是提供一种新型改进的处理器天线结构，它能够使处理器的等离子体具有相对较低非对称密度。

本发明一个附加目的是提供一种适用于等离子体处理器的新型改进的天线结构，其特征是，与现有的典型技术结构相比，所构成的天线结构可减小向天线结构提供电流所引起的RF扰动效应。

本发明的另外一个目的是提供一种新型改进的等离子体处理器，其特征是，在连接天线与驱动该天线的电路的引线中所流动着非常小幅度的电流的同时，在天线的等离子体激发线圈中流动着相当大幅度的电流。

                          发明内容

本发明的一个方面涉及由AC电源功率所驱动的等离子体处理器天线。该天线包括：第一和第二激发端，用于提供来自源功率的功率；以及等离子体激发线圈，构成了可通过天线之外的电路采用与第一和第二激发端相耦合的功率来被赋能。该天线具有连接段和感抗，其感抗数值使得通过天线之外的电路流入激发端的电流小于在线圈的等离子体激发绕组中流动的电流。该天线的激发端是由AC源的功率通过天线之外的电路来驱动并提供在天线内部电路的功率。

本发明的另一方面涉及一种采用等离子体处理工件的装置。该装置包括：一个真空腔室，构成了可采用AC等离子体来处理工件；一个天线，用于向等离子体提供一个AC电磁场；以及一个AC等离子体激发源。该天线包括一个等离子体激发线圈，它用于向等离子体提供等离子体激发的电磁场。一个控制器使得在AC源和天线激发端之间的耦合电路中流动的电流小于在线圈中流动的电流。

本发明的另一方面涉及真空等离子体处理器的操作方法，该真空等离子体处理器具有一个包括处理工件的AC等离子体的真空腔室。AC等离子体是通过天线向等离子体提供了一个AC电磁场来激发。该天线是由来自AC等离子体激发源并通过在源和端之间的耦合电路耦合到第一和第二激发端的功率来驱动的。该操作方法包括使得在天线的等离子体激发线圈中所流动的电流超过在耦合电路和天线激发端之间所流动的电流。

典型的是，耦合电路一般包括在源和激发端之间的匹配网络部分。通过调节匹配网络部分的可变阻抗使得源的输出阻抗至少能与源的负载阻抗近似匹配，就能使得在线圈中流动的电流超过在耦合电路和天线激发端之间流动的电流。

在一个实施例中，源具有可变的频率，并且通过调节源的可变频率可使得在线圈中所流动的电流超过在耦合电路和天线激发端之间所流动的电流。

在另一实施例中，耦合电路包括匹配网络的第一和第二部分，它们分别耦合在源和激发端之间和激发端和线圈之间。通过调节第一部分的第一可变阻抗和调节第二部分的第二可变阻抗，可以使得在线圈中流动的电流超过在耦合电路和天线激发端之间所流动的电流。

在较佳实施例中，引申出了在源和源的负载之间阻抗匹配的表达式。根据该阻抗匹配表达式，(1)调节第一和第二部分的阻抗，使得源阻抗与源的负载阻抗相匹配，或(2)调节第一部分的阻抗和源的频率，使得源阻抗与源的负载相匹配。

另外，可以调节匹配网路的阻抗或在第一部分中的匹配网络阻抗以及源的频率，使得在线圈中所流动的电流最大化或接近于最大化。

典型的是，在等离子体激发绕组中流动的电流至少是通过天线之外的耦合电路流入到激发端的电流的三倍。

在某些实施例中，天线的环路包括等离子体激发绕组，它能响应在源的频率范围内的频率。在本文件中，激发绕组被认为是能够响应源的频率，只要源所驱动(包括等离子体激发绕组和等离子体)的负载的阻抗(在源的频率下)所具有的数值能够在源的频率下使得在激发绕组中流动的电流达到最大值。

该天线可以包括第一电容器和第二电容器，其中，第一电容器与在第一和第二激发端之间的线圈相串联，第二电容器连接在第一和第二激发端之间，从而只有在第一电容器和等离子体激发线圈中流动的一部分电流流入到第二电容器。第一电容器可以连接在激发端的一端和线圈的一端，使得流过第一电容器和线圈的电流是相同的。第一电容器也可以串联在绕组的第一和第二分段之间，使得流过第一电容器以及第一和第二分段的电流是相同的。

在其它实施例中，线圈包括一个变压器，它具有一个初级绕组和一个与初级绕组感应耦合的等离子体激发次级绕组。典型的是，初级绕组的两端分别连接着第一和第二激发端。在绕组之间的耦合系数是很重要的，较佳的是采用次级绕组与初级绕组的阻抗耦合松散的变压器，该耦合系数通常是在约0.1至0.3的范围内。

较佳的是，至少一个电容器是与等离子体激发次级绕组相串联的，以提供一个能与源频率谐振的闭环环路。

本发明的另一方面涉及一种用于等离子体处理器的天线。该天线采用来自AC源的功率驱动以激发等离子体，并包括第一和第二激发端，以及一个线圈，该线圈可包括(1)具有两端分别与第一和第二激发端相耦合的初级绕组，以及(2)与初级绕组感应耦合的次级绕组。一个电容器具有分别与次级绕组相串联的相对的第一电极和第二电极。

本发明的还有一个方面涉及一种适用于等离子体处理器的天线。该天线采用来自AC源的功率驱动以激发等离子体，并包括第一和第二激发端，以及一个线圈，该线圈可包括(1)具有相对的两端分别与第一和第二激发端相耦合的初级绕组，以及(2)与初级绕组感应耦合的次级绕组。该次级绕组包括多匝。

较佳的是，该匝是处在用于和处理器的真空腔室的耦合窗口空间平行的不同平行平面上的。较佳的是，该多匝是与线圈的轴同心的。在这种情况下，初级绕组至少包括另一个匝，它是与线圈轴相互同心的，并且是在空间上与次级绕组的多匝相互平行的平面上，以及次级绕组还在每个平面中包括了多匝。次级绕组的匝较佳地是相互串联起来，并且被构成为根据初级绕组的激发所引入的AC电流是以相同的电流方向流过从轴延伸至匝的半个平面。

通过以下几个特殊实施例，特别是结合附图的实施例的详细讨论将使本发明的上述以及其它目的、性能和优点变得更加清晰。

                       附图的简要描述

图1，正如以上所讨论的，它是现有技术的真空等离子体处理器的示意图；

图2，正如以上所讨论的，它是在图1所示的真空等离子体处理器中一直所采用的一类天线线圈的透视图；

图3-12是依照本发明的较佳实施例，与几个天线实施例相组合的驱动网络的不同实施例的示意图；

图13是在图3、4和8所示实施例中所包括的天线的透视图；

图14是图5和图7所示实施例中所包括的天线的透视图；

图15是如图10和11所示意说明的包括具有初级和次级绕组的变压器的天线的透视图；

图16是如图12所示意说明的包括具有初级绕组和四匝次级绕组的变压器的天线的透视图。

                   较佳实施方式的说明

现在参照图3所示的示意图进行说明。在图3中，固定频率RF源232(一般具有的频率为4.0MHz或13.56MHz)，它具有用于驱动电缆106的一个输出，并通过传感器104，使输出连接到匹配网络211的可变串联电容器212的一个电极。而电容器212的第二电极通过电流馈线或金属柱213连接到天线215的激发端214，天线251包括线圈216，该天线215的详细结构由图13说明。天线215取代了图1所示的天线48。线圈216的第一端通过安培计228和固定电容器426(该电容器等效于图1所示的电容器126)串联连接到接地的激发端220。在图3中，等离子体50的阻抗是由在线圈216的第一端和电容器426之间的串联阻抗Zp(方框218)来表示。可变电容器223较佳的是可以通过所施加在控制电极上的电压来控制的电子控类型的半导体，以串联的方式连接着激发端214和线圈216的第二端。固定电容器224相对的两个电极分别连接着激发端214和220。电容器212、223和224形成了一个阻抗匹配网络211，它类似于图1所示的阻抗匹配网络108。然而，电容器223和224被调整配置在天线215上，使得在这些电容器中流动的相当大的电流并不会流向rf馈入端213和222。与此相比较，现有技术中的匹配网络108的电容器112和114被从天线48处实际移去，并且流过电容器112和114的相当大的电流也会通过与电容器112和114连接的rf引线流向天线48。

一个包括微处理器229的控制器控制着电容器212和223的数值，使之(1)达到在安培计228中的最大电流，或等效地，(2)在电缆106的输入处，达到在源的输出和它所驱动的负载之间的阻抗匹配。为了能获得这些结果，微处理器229根据安培计228或传感器104的输出，来调整(1)电容器212和223的电容数值，使之直到源232输出阻抗和源驱动阻抗相匹配，或(2)直到线圈216中的电流(如安培计228所测量的)为最大值。依照所能达到的这些准则中的一个条件，通常可以迭代方式，使得在馈入端中的电流低于在分支中的电流(典型的约为二分之一至五分之一)，并且可以避免预先所讨论的在馈入端213和222中流动大电流的相关问题。在线圈216中的一些电流也在电容器224中流动，而一些电流则在馈入端213和222中流动。在分支225中流动的瞬时电流的相位不同于馈入端213和222，使得在线圈216中的瞬时电流的相位与在馈入端213和222的瞬时电流的相位相差约90°。微处理器229响应由安培计228所检测到的电流幅值的指示，或者如传感器104的输出信号所指示的相位角、电压幅值和电流幅值的指示。微处理器229响应安培计228的输出信号或传感器104的输出信号，来控制电容器212和223的电容数值，使得在线圈中的电流达到最大值，或者说的从电缆106往传感器104看到的阻抗等于电缆106的特性阻抗，即，达到匹配。如果需要，微处理器229响应安培计228的输出信号或传感器的输出信号，来迭代控制电容器212和223的电容数值，使得在线圈216中的电流达到最大值，以及源210的输出阻抗与它所驱动的负载相匹配。线圈216中的电流最大化或近似最大化使得线圈提供给等离子体的电磁场也能最大化。

参照附图4的示意图来说明，该图的实施例类似于图3所示的实施例。图4与图3相同，除了去掉了天线228以及采用微处理器230替代了微处理器229。微处理器230包括用于控制等离子体处理器的匹配网络阻抗的常规的现存的算法。于是，微处理器230可以像图1所示的微处理器20一样的工作。

微处理器230控制电容器223，它是天线215的一部分也是匹配网络211的一部分，用于获得在源232和它所驱动的负载之间的阻抗匹配。可以采用在线圈216中流动的电流大于从天线215的外电路流入到馈入端213和222的电流的方法来获得这样一种阻抗匹配。典型的是，线圈电流是在馈入端213和222中所流动电流的两倍至五倍。

当微处理器230已控制电容器212和233以获得源232的阻抗与它所驱动的阻抗相匹配时，在线圈216中流动的电流达到最大值。很显然，获得源232的输出阻抗与源所驱动的负载之间匹配的条件是当线圈216中的电流(I_c)与从天线215的外电路流入到馈入端213和222的电流相关且满足：

$\frac{I_r}{I_{\mathrm{IN}}}=\sqrt{\frac{R_o}{R_p}}$

式中：R_o＝电缆106的特性阻抗，和

R_p＝与线圈216相耦合的等离子体50的阻抗Z_p的实部。

R_o和R_p的典型数值分别为50欧姆和2-10欧姆，代入得：

$\frac{I_r}{I_{\mathrm{IN}}}=\sqrt{\frac{50}{2}}=\sqrt{25}=5$

和

$\frac{I_r}{I_{\mathrm{IN}}}=\sqrt{\frac{50}{10}}=\sqrt{5}=2.2$

这里，对于最佳的阻抗匹配和线圈216中的最大电流(即，对于源216所驱动的负载的谐振条件)来说，在线圈216中的电流典型的是通过馈入端213和224流过激发端214和222的电流的两倍至五倍。然而，对于非最佳的条件来说，即，在源232和它驱动的负载之间存在稍微的阻抗不匹配或者在线圈216中所流动的电流稍微小于适用于源232频率的线圈中能够流动的最大电流，则如果等离子体阻抗小于10欧姆，在线圈216中的电流也约是通过馈入端213和224流过激发端214和220的电流的两倍。

很显然，产生在源232输出阻抗和源驱动负载之间匹配的条件是：

$\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_3}=\mathrm{\ωL}+\mathrm{\ω}{L}_p-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2}\±\sqrt{\frac{R_p}{R_0{\mathrm{\ω}}^2{C}_2^2}-{R_p}^2}$

和

$\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1}=\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2}\±\sqrt{\frac{R_n}{R_p{\mathrm{\ω}}^2{c}_1^2}-R_n^2}$

式中：ω＝2π×f

f＝源232的频率

C₁＝电容器212的电容值

C₂＝电容器224的电容值

C₃＝电容器223和426的串联电容值

L＝线圈216的电感值

R_p＝有效等离子体阻抗Z_p(218)的实部，以及

L_p＝有效等离子体阻抗Z_p(218)的电感值。

典型的数值是：f＝13.65MHz，R_o＝50欧姆，R_p＝5欧姆，C₂＝100pf，L＝2.2μH，以及，L_p＝-0.2μH，C₁＝47pf和C₃＝131pf(取C₁和C₃数值的平方根的正数数值)。

参照附图5来说明，该图类似于图4，除了线圈216和电容器223分别采用线圈240和可变电容器242来替代。电容器212和242的电容值是由微处理器(图5中未显示)采用与微处理器230控制电容器212和223相同的方法来控制的。

线圈240包括两个串联部分244和246，且在该两部分之间留有间隙。该间隙是由线圈240的一对端点248和250所定义的。端点248和250分别与电容器的两个电极相连接，使得电容器242与分段244和246相串联。在端点248和250之间的间隙较佳的是位于线圈240能沿着线圈的长度方向提供最佳的电流和电压分布的位置上，如美国专利6,441,555中所讨论的。

参照附图6来说明，该图类似于图5，除了可变电容器242采用可变电容器602和固定电容器604来替代。电容器212和602是由微处理器(图6中未显示)采用与微处理器230控制电容器212和223相同的方法来控制的。

可变电容器602连接在端点214和线圈分段244的一端之间，该分段的另一端连接着电容器604的一个电极。而电容器604的第二电极连接着线圈部分246的一端。电容器604在线圈240中的位置一般不同于电容器242的位置，因为电容器602改变了线圈中的电压和电流的分布。

参照附图中的图7来说明，该图与图5相同，除了可变频率源233替代了固定频率源232，微处理器231替代了图5中的微处理器以及固定电容器702替代了可变电容器242。可变频率源233一般可具有的频率范围约为源的中心频率的±10％。微处理器231响应由传感器104输出的指示，来控制(采用已知的方式)源233的频率和电容器212的电容值，直至微处理器检测到在源和它驱动负载之间阻抗匹配。传感器104输出指示的组合表示了在源233和它驱动负载之间的阻抗匹配。作为微处理器231控制源233的频率和电容器212的电容值以达到阻抗匹配的结果，等离子体阻抗218，电容器426和702，以及线圈部分244和246所具有的阻抗使得在线圈部分244和246中流动的电流超过从天线215的外部电路流过馈入端213和222的电流，典型的是，在线圈分段244和246中所流动的电流大约是在馈入端213和222中流动电流的两倍至五倍，因为：

$\frac{I_r}{I_{\mathrm{IN}}}=\sqrt{\frac{R_o}{R_p}}$

而R_o和R_p的典型数值一般为以上所阐述的数值。可以理解到，源233的频率可以根据所检测到的分支225中最大电流的信号来作另一种方式的控制，如结合图3所讨论的。

参照附图8来说明，该图与图4相同，除了可变频率源233替代了固定频率源232，微处理器(图8中未显示)与微处理器231相同，用于替代了微处理器230以及固定电容器802替代了可变电容器223。图8中的微处理器控制源233的频率和电容器212的电容值，如结合图7所讨论的。

参照附图9来说明，该图与图6相同，除了可变频率源233替代了固定频率源232，微处理器(未显示)与微处理器231相同，用于替代了图6中的微处理器以及固定电容器902替代了可变电容器602。图9中的微处理器控制源233的频率和电容器212的电容值，如结合图7所讨论的。

参照附图10来说明，在该图中改进了图4的天线，该天线包括一个空芯变压器，该变压器具有初级绕组1004和次级绕组1006并且次级绕组驱动等离子体负载阻抗218和与可变电容器1008相串联。初级绕组1004的两端连接着激发端214和220，使得初级绕组与匹配网络的可变电容器212相串联。于是，初级绕组1004可以认为是匹配网络的一部分。固定频率源232与电缆106，可变电容器212，RF馈入端213和214以及绕组1004相串联，使得在绕组1004中所流动的电流基本上与源232所输出的电流相同。

次级绕组1006，可变电容器1008和等离子体阻抗218是以近似谐振闭环环路1010的方法相串联。微处理器(未显示)与微处理器230相同，根据传感器104的输出信号，来控制电容212和1008。该控制使得在源232和源驱动负载之间阻抗匹配。当形成匹配时，环路1010具有谐振频率几乎与源的频率相同的阻抗，即，负载1010几乎是谐振在源232的固定频率上。

为了能避免在环路1010中所流动的高幅值、近似谐振的电流耦合到初级绕组1004以及馈入端213和214，绕组1004和1006可以不紧密地相耦合。在绕组1004和1006之间不紧密的耦合使得几乎谐振在源232的频率上的环路1010阻抗以大的阻抗分量与绕组1004相耦合。因此，通过馈入端213和224流动的电流所具有的幅值在环路1010中流动的电流幅值要小得多。为了能达到所希望的不紧密耦合效果并能提供从绕组1004到绕组1006相对有效的功率转换，在绕组1004和1006之间所具有的典型耦合系数在大约0.1至0.3的范围内。该系数范围使得变压器1002能具有的效率大约为70％至90％。

参照附图11来说明，该图是图10的改进，其中，可变频率源233替代了固定频率源232，微处理器(未显示)的配置与微处理器231相同，用于替代了图10中的微处理器以及固定电容器1102替代了可变电容器1008。微处理器233根据传感器104的输出信号来控制(1)电容器212的数值和源233的频率，以提供在源232和它所驱动的负载之间的阻抗匹配。当形成匹配时，源233的频率和环路1010的谐振频率几乎相同。

参照附图12来说明，该图与图11相同，除了天线包括一个空芯变压器257，该变压器具有初级绕组258和次级绕组346和348，这两个绕组(1)与初级绕组是不紧密耦合，并且(2)驱动等离子体阻抗218。如结合图16所讨论的，耦合在绕组346和348与等离子体阻抗218之间的感抗和容抗都大于耦合在绕组258和等离子体阻抗之间的感抗和容抗。次级绕组346和348与固定电容器254和256相串联，以形成闭环环路2002。电容器254和256设置在能沿着由绕组346和348以及电容器254和256所形成的闭环1202的长度方向提供所需的电流和电压分布的位置上。在绕组258和绕组346和348之间的组合耦合系数近似在0.1至0.3范围内。微处理器(未显示)相同于微处理器231，它根据传感器104的输出信号来控制电容器212的数值以及源233的频率，以提供在源232和它驱动的负载之间的阻抗匹配。当形成阻抗匹配时，源的频率和环路1202的谐振频率是几乎相同的。

可以理解，安培计可以连接到环路1010和1202，以控制电容器1008的电容值(图10)和源233的频率(图11和12)，使得在环路1010和1202中的电流能达到最大值。环路1010和1202中的电流最大化是环路的阻抗能与源232和233的频率相谐振的结果。

也可以理解，尽管存在着从线圈到等离子体的电磁能量有效转换的最需要的条件，但是并不一定要在等离子体激发线圈中的电流最大化或与图10-12中的固定或可变频率源的频率几乎谐振或者通过获得严格的阻抗匹配来使得在激发线圈中流动的电流超过通过天线外部电路流过引脚213和222的电流。可以采用能使得线圈电流超过在RF馈入端中电流的其它结构，来调整与线圈相串联的可变电容器的数值和源的频率。例如，源频率和与线圈相串联的电容器可以固定在能使得线圈电流超过在RF馈入端中电流的数值上并且能够通过控制仅仅一个电容器212的数值来获得近似的匹配。

在图10-12所示的变压器中，初级和次级绕组都只是相互间的感应耦合，并且从次级绕组262至RF源没有直接的连接。次级绕组1006是充分的接近于窗口46，使得次级绕组1006是等离子体50的磁场和电场的主要提供者，即，次级绕组1006为等离子体提供了比初级绕组1004要大得多的磁场和电场。绕组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。

在图12所示的较佳实施例中，初级绕组258包括一个在第一平面上的单环路，而次级绕组346和348一起由四个同轴的匝所构成，这些匝也与初级绕组258的单环路保持同轴且关于它们自己是闭合的。绕组346和348的同轴匝的结构使得绕组346的两匝是在第二平面上以及绕组348的两匝是在第三平面上；第二和第三平面是与第一平面相互平行的。绕组258，346和348的匝的平面都平行于窗口46面的平面，从而次级绕组346和348的平面能比初级绕组258的平面更加接近于窗口46，而绕组348又比绕组346更加接近于窗口。绕组346和348的同轴匝相互连接，使得瞬时电流以相同的方向在与初级绕组258的环路和绕组346和348的匝的共同轴相交的半平面中的绕组346和348的匝中流动。

参照附图中的图13来说明，该图是图3、4和8中的天线与电流馈入端和金属柱213和222相组合的透视图。(为了能简化图13的画法，省略了图3中的安培计228)。天线线圈216包括一个单一平面的、基本上是圆形非磁性金属环路310，形成了一个圆形的扇形，其中，该扇形具有接近于340度的范围。环路310可设置在平行的平面上并且尽可能接近于窗口46的上面。环路310具有一个垂直延伸的中心轴，当工件适当地放置于支架52上时，该中心轴与工件54的中心同心。

环路310包括一对端点312和314，它们与激发端214和220电气耦合。激发端214和220是处在端点上并且与从环路310的平面向上突出垂直延伸的电流馈入端和金属柱213和222欧姆连接。电容器224跨接在激发端214和220之间的间隙上，而电容器223跨接在激发端214和端点312之间的环路310的间隙上。激发端220和端点314是一致的。

参照附图中的图14来说明，该图是图5-7中的天线与电流馈入端和金属柱213和222相组合的透视图。图14中的天线包括线圈240，该线圈具有一个单一平面的、基本上是圆形非磁性金属环路316，形成了两个扇形的圆，其中，两个扇形具有接近于340度的组合范围。两个扇形形成分段244和246。环路316可设置在平行的平面上并且尽可能接近于窗口46的上面。环路316具有一个垂直延伸的中心轴，当工件适当地放置于支架52上时，该中心轴与工件54的中心同心。

环路316包括一对端点318和320，它们分别与激发端214和220相一致。电容器234跨接在激发端214和220之间的间隙上，而电容器242跨接在环路316的端点248和250之间的间隙上。各个间隙都具有大约10度的弧形范围。当在如图14所说明的端点248和250之间环路316中的间隙以直径方向面对着在激发端214和220之间的间隙时，可以理解，在环路316中的间隙较佳的是在能使环路中的电流和电压产生最佳分布的环路的位置上。同样，也可以理解，环路310和316都可以在其端点之间具有多个电容器。例如，图6和图9所示的实施例是通过图13和14的组合来实现的。

参照附图中的图15来说明，该图是图10和11所说明的天线的透视图。图8中的天线，正如与电流馈入端213和222相组合的图15中所说明的，包括了初级绕组1004和次级绕组1006。次级绕组1006与初级绕组1004仅仅是感应耦合，使得从源232或233或初级绕组到次级绕组之间没有欧姆连接。初级绕组1004包括一个单一平面、非磁性、金属的基本圆形的环路1502，形成了一个扇形的圆，其中，该扇形具有大约350度的范围。初级绕组1004具有一对相对的端点，它们与激发端276和278相一致并且与之欧姆连接，激发端分别连接着向上突出的电流馈入端213和222。次级绕组1006包括一个单个平面、非磁性、金属的圆环路1504，该圆环路在一对端点1506和1508之间具有间隙。电容器1008(图10)和1102(图11)设置在该间隙上，使得其一对电极分别与端点1506和1508相连接。其次，可以理解，环路326可以包括多个间隙，各个间隙都包括一个单独的电容器。

环路1502和1504，以及窗口46的上面，都处于相互平行的平面上，使得环路1504能充分接近窗口46，而环路1506则远离窗口46。将环路1506和窗口46相分开的距离要足以使得环路1506产生的磁场和电场基本上不会与真空腔室40中的等离子体50相耦合。

在环路1506和窗口46之间的距离要使得环路1506产生的磁场和电场能与等离子体50基本上相耦合。在环路1504和1506之间的距离要使得在这些环路之间的变压器耦合系数在0.1至0.3之间。典型的是，环路1506具有比环路1504大的直径，这有利于提供从环路1504至环路1506之间磁场的适当耦合。在一个实施例中，环路1506所具有的直径约为150mm(即，大约6英寸)，可提供具有200mm和300mm直径的工件的等离子体处理。环路1504和1506是同轴的，因此当工件适当地放置在支架52上时，就形成了一个与工件54的中心相交叉的共同轴。因为环路1506是圆形的，并且基本上是封闭的，所以环路1506接近于一个较佳的线圈，能以接近于方位角对称的磁场来提供等离子体50。

参照附图中的图16来说明，该图是图12所说明的包括变压器257的天线的示意透视图。如图16所示的次级绕组346和348的组合感抗基本上是大于如图15所示的次级绕组1006的感抗。次级绕组346和348的较大的组合感抗有利于与图16中的线圈相关的阻抗能与源232或233的频率相谐振。

初级绕组258，基本上具有与初级绕组1004相同的结构，它包括平面的非磁性的金属环路324，该环路具有端点276和278，这些端点分别与端点214和220相一致的并与电流馈入端213和222欧姆连接。

次级绕组346和348都包括四个基本上是圆形的非磁性金属平面环路(即，匝)341-344，各个匝都形成了一个扇形的圆，其中各个扇形都具有大约340度的范围。绕组346的匝341和342是在第一平面上共面的，而绕组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。包括绕组346和348的平面也平行于变压器257的初级绕组258的平面环路324。各个环路324、341和343都具有相同的直径，该直径会有点稍微小于环路342和344的相同直径。所有的环路258和341-344都是与垂直延伸的轴350同轴的，当工件正确地放置与支架52时，该垂直延伸的轴与工件54的中心相交叉。

包括绕组346和348的平面相当接近于窗口46的上表面，而平面346比平面348离窗口更远。包括绕组346和348的平面被认为比环路324的平面更加接近于窗口46，从而来自环路341-344的磁通量基本上都能耦合到等离子体50，而来自环路324的相对较小的磁通量能直接耦合到等离子体50。然而，包括绕组346和348的平面能充分地接近于环路324的平面，使得来自环路324的磁通量能基本上耦合到环路341-344，以使得在包括环路324的初级绕组和包括环路341-344的次级绕组之间的变压器耦合系数在大约0.1至0.3的范围内。

环路341-344相互是串联连接，使得根据RF电流在初级绕组258中流动所产生的磁通量在这些环路中感应的RF电流能在以轴350为起源和沿着环路341-344延伸的半个垂直平面中以相同的方向流动。于是，在一瞬时，在环路341-344的右半部分中的电流(如图16所示)是在向着观众的水平平面上流动。在同一瞬时，在匝341-344的左半部分中的电流是在远离观众的水平平面上流动。因此，匝341-344所起源的磁通量附加在等离子体50上。

为了这个目的，环路341包括第一端352，它采用垂直延伸的引线354连接到环路343的第一端356；以及采用引线360使第二端358连接到环路344的第一端362。引线360是与环路343和344共面的。匝344具有第二端364，它采用垂直延伸的引线366连接着环路342的第一端368。匝342具有第二端370，它采用引线371-373连接着环路341的第二端376。引线371和引线373垂直延伸通过包括环路324的平面并且在环路324的平面上具有端点。引线371和373的上端点都采用水平延伸的引线372连接在一起。以这样的方式来定位引线371-373可减小在这些引线中所流动着的电流对提供给等离子体50的磁通量影响的趋势。环路341-344以相互串联的方式并采用引线354、356、366和371-377与电容器254和256相连接，以这样的方式使得环路341和344能相互闭合。整个串联电路形成了在图16所示天线中的闭环环路。匝341-344相互闭合并且基本上是圆形的事实，有利于提供耦合到等离子体50所需的基本对称的方位角磁通量以及等离子体50的基本对称方位角密度。

环路342和343包括间隙，使得在环路342中的间隙是由端点268和270所定义，而在环路343中的间隙是由端点272和274所定义。端点270与环路342的端点368是基本相一致的，而端点274与环路343的端点356是基本相一致的。

电容器254和356分别处于环路342和343的间隙中。该电容器254和256的位置使得在电容器的两端之间的匝的感抗基本上相等，在沿着包括次级绕组346和348的闭合环路的长度方向上产生较佳的电流和电压的分布。电容器254和256的数值、环路258和341-344的感抗以及在环路258和环路341-344之间的互感，都使得包括次级绕组346和348的闭环环路1202的感抗所具有的谐振频率等于源233能够驱动的频率范围中的频率。微处理器231控制源233的频率，使得源233的阻抗与源驱动负载的阻抗相匹配，进一步使得源231的频率近似等于闭环环路1202的谐振频率。

在讨论和说明本发明的特殊实施例的同时，不脱离本发明的精神和范围的情况下，对所特别说明和讨论的实施例细节上的各种变化都是显而易见的。例如，匹配网络可以具有不同于图3-12中特别讨论的结构，也可以采用一种“L”或“TT”的结构。天线的传输线效应在13.56MHz时是很显著的，但为了简化分析而省略了。

Claims (73)

1.一种等离子体处理器天线，它采用AC源的功率驱动，该天线包括适用于由源的功率来提供功率的第一和第二激发端，构成通过天线之外的电路由耦合至所述第一和第二激发端的功率赋能的等离子体激发线圈，该天线所具有的连接和阻抗的数值使得通过天线之外电路流过激发端的电流小于在所述线圈的等离子体激发绕组中流动的电流。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述连接和阻抗使得所述天线和它的负载能与源阻抗匹配或近似阻抗匹配。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述连接和阻抗使得在所述等离子体激发绕组中流动的电流最大化或近似最大化。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述连接和阻抗使得在所述等离子体激发绕组中流动的电流至少是通过天线之外的电路流过激发端的电流的两倍。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述源至少具有在其频率范围中的一个频率，所述连接和阻抗使得包括所述等离子体激发绕组的天线环路所具有的谐振频率等于或近似等于该范围中的一个频率。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述连接和阻抗使得包括等离子体激发绕组的天线环路所具有的谐振频率等于或近似等于该范围中的一个频率，该环路包括与所述等离子体激发绕组相串联的第一电容器。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第一电容器串联在绕组的第一和第二分段之间，使得相同的电流流过所述第一电容器和所述第一和第二分段。

8.如权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括与在所述第一和第二激发端之间的线圈相串联的第一电容器，以及连接在所述第一和第二激发端之间的第二电容器，使得只有在所述第一电容器和所述等离子体激发绕组中流动的一些电流在所述第二电容器中流动。

9.如权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第一电容器连接在所述激发端的一端和所述绕组的一端之间，使得相同的电流能流过所述第一电容器和所述绕组。

10.如权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第一电容器串联在所述绕组的第一和第二分段之间，使得相同的电流流过所述第一电容器和所述第一和第二分段。

11.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述线圈包括一个变压器，它具有一个初级绕组和一个与所示初级绕组感应耦合的等离子体激发次级绕组。

12.如权利要求11所述的线圈，其特征在于，所述初级绕组具有与所述第一和第二激发端相连接的两个端点。

13.如权利要求12所述的线圈，其特征在于，在所述绕组之间的耦合系数使之存在着一个所述次级绕组对所述初级绕组的阻抗耦合不紧密的变压器。

14.如权利要求13所述的线圈，其特征在于，所述耦合系数是在约为0.1至0.3的范围内。

15.如权利要求11所述的线圈，其特征在于，在所述绕组之间的耦合系数使之存在着一个所述次级绕组对所述初级绕组的阻抗耦合不紧密的变压器。

16.如权利要求11所述的线圈，其特征在于，一个电容器与所述等离子体激发次级绕组相串联。

17.如权利要求16所述的线圈，其特征在于，所述电容器和等离子体激发次级绕组是以闭环环路的方式相连接。

18.如权利要求17所述的线圈，其特征在于，所述次级绕组包括多匝。

19.如权利要求18所述的线圈，其特征在于，所述多匝是在平行于处理器的腔室的耦合窗的不同的平面上。

20.如权利要求19所述的线圈，其特征在于，所述匝是串联连接并构成，使得响应于在所述初级绕组中流动的AC电流所产生的感应电流在一个闭环的环路中流动。

21.如权利要求13所述的线圈，其特征在于，所述次级绕组包括多匝。

22.如权利要求21所述的线圈，其特征在于，所述多匝与所述线圈的轴相同心，包括至少一个其它匝的初级绕组与线圈的轴同心并且处在空间上平行于所述次级绕组的所述多匝的平面上。

23.一种包括如权利要求1所述天线的等离子体处理器，该处理器包括一个AC源和一个真空腔室，该腔室的内部构成了能响应于由根据AC源所激发的天线来驱动电磁场的结构

24.一种用于等离子体处理器的天线，该天线可适用于采用激发等离子体的AC源的功率来驱动，它包括第一和第二激发端；一个线圈，该线圈包括(a)一个具有两个端点分别与所述第一和第二激发端相耦合的初级线圈，以及(b)一个与所述初级绕组感应耦合的次级绕组；以及具有分别与次级绕组相串联的第一和第二相对电极的电容器。

25.如权利要求24所述的天线，其特征在于，所述次级绕组的结构构成了只能通过与所述初级绕组感应耦合的AC源来激发。

26.如权利要求25所述的天线，其特征在于，在所述绕组之间的耦合系数使之存在着一个所述次级绕组对所述初级绕组的阻抗耦合不紧密的变压器。

27.如权利要求26所述的天线，其特征在于，所述耦合系数是在大约0.1至0.3的范围内。

28.如权利要求27所述的天线，其特征在于，所述次级绕组包括多匝。

29.如权利要求28所述的天线，其特征在于，所述多匝是处在空间上平行于所述处理器的真空腔室的耦合窗口的不同平行平面上。

30.如权利要求29所述的天线，其特征在于，所述多匝与所述线圈的轴相同心，包括至少一个其它匝的初级绕组与线圈的轴同心并且处在空间上平行于所述次级绕组的所述多匝的平面上。

31.如权利要求30所述的天线，其特征在于，所述次级绕组包括在每个平面上的多个匝。

32.如权利要求31所述的天线，其特征在于，所述次级绕组的匝相互间串联连接，其结构构成根据在所述初级绕组激发所感应流动的AC电流在从轴到匝延伸的半个平面上以相同的方向流动。

33.如权利要求32所述的天线，其特征在于，所述次级绕组的匝是关于它们自己闭合的。

34.如权利要求24所述的天线，其特征在于，所述次级绕组包括关于它们自己闭合的多匝。

35.一种包括如权利要求24所述的天线的等离子体处理器，该处理器包括所述AC源和一个真空腔室，该腔室的内部构成了能响应由根据AC源所激发的天线来驱动电磁场的结构

36.一种适用于等离子体处理器的天线，该天线可适用于采用激发等离子体的AC源的功率来驱动，它包括第一和第二激发端；一个线圈，该线圈包括(a)一个具有两个相对端点分别与所述第一和第二激发端相耦合的初级绕组，以及(b)一个与所述初级绕组感应耦合的次级绕组，所述次级绕组包括多匝。

37.如权利要求29所述的天线，其特征在于，所述次级绕组的结构构成了只能通过与所述初级绕组感应耦合的AC源来激发。

38.如权利要求37所述的天线，其特征在于，在所述绕组之间的变压器耦合系数使之在所述次级绕组对所述初级绕组之间存在着阻抗耦合不紧密。

39.如权利要求38所述的天线，其特征在于，所述耦合系数是在大约0.1至0.3的范围内。

40.如权利要求37所述的天线，其特征在于，所述匝处在空间上平行于所述处理器的真空腔室的耦合窗口的不同平行平面上。

41.如权利要求40所述的天线，其特征在于，所述多匝与所述线圈的轴相同心，包括至少一个其它匝的初级绕组与线圈的轴同心并且处在空间上平行于所述次级绕组的所述多匝的平面上。

42.如权利要求41所述的天线，其特征在于，所述次级绕组包括在每个平面上的多个匝。

43.如权利要求42所述的天线，其特征在于，所述次级绕组的匝相互间串联连接，其结构构成根据在所述初级绕组激发所感应流动的AC电流在从轴到匝延伸的半个平面上以相同的方向流动。

44.如权利要求43所述的天线，其特征在于，所述次级绕组的匝是对于它们自己闭合的。

45.如权利要求24所述的天线，其特征在于，所述多匝是对于它们自己闭合的。

46..如权利要求45所述的天线，其特征在于，在所述绕组之间的变压器耦合系数使之在所述次级绕组对所述初级绕组存在着阻抗耦合不紧密。

47.一种包括如权利要求46所述的天线的等离子体处理器，该处理器包括所述AC源和一个真空腔室，该腔室的内部构成了能响应由根据AC源所激发的天线来驱动电磁场的结构。

48.一种包括如权利要求47所述的天线的等离子体处理器，该处理器包括所述AC源和一个真空腔室，该腔室的内部构成了能响应由根据AC源所激发的天线来驱动电磁场的结构。

49.采用等离子体来处理工件的装置，该装置包括：一个构成采用AC等离子体来处理工件的真空腔室；一个用于向等离子体提供AC电磁场的天线，一个AC等离子体激发源，用于将AC源耦合到天线的激发端的电路，该天线包括一个用于向等离子体提供等离子体激发电磁场的等离子体激发线圈，以及一个用于使得在所述耦合电路和所述激发端之间流动的电流小于在线圈中流动的电流的控制器。

50.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述耦合电路包括一个匹配网络，所述匹配网络的第一部分耦合在所述源和所述激发端之间，所述控制器构成了用于调整匹配网络的可变阻抗，使得所述源输出阻抗与所述源负载相匹配。

51.如权利要求50所述的装置，其特征在于，所述源具有一个可变的频率，所述控制器构成了用于调整所述第一可变阻抗和所述源可变频率，使得在所述耦合电路和所述激发端之间流动的电流小于在所述线圈中流动的电流。

52.如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述控制器包括一个传感器的结构，用于获得分别表示与所述源的所需频率和在所述源和所述源负载之间的阻抗匹配有关的第一和第二指示，所述控制器构成了用于响应由传感器结构所获得的指示来控制所述源频率和第一阻抗的数值，以提供所述阻抗匹配。

53.如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述传感器结构构成了用于响应在线圈中流动的最大电流的指示来获得所述第一指示。

54.如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述传感器结构构成了用于响应从所述负载到所述源反射功率的信号指示来获得所述第一和第二指示。

55.如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述控制器包括一个传感器的结构，用于获得在所述源和所述源负载之间阻抗匹配的指示，所述控制器构成了用于响应由传感器结构所获得所述阻抗匹配的指示，来提供阻抗匹配和控制所述源频率，使得所述源频率等于或近似等于包括所述天线的等离子体激发的串联电路的谐振频率。

56.如权利要求50所述的装置，其特征在于，所述匹配网路的第二部分包括一个第二可变阻抗，所述控制器构成了用于调整所述第一可变阻抗和所述第二可变阻抗，使得在所述耦合电路和所述激发端之间流动的电流小于在所述线圈中流动的电流。

57.如权利要求56所述的装置，其特征在于，所述控制器结构包括一个传感器的结构，用于获得在所述源和在所述源和所述源负载之间的阻抗匹配指示，所述控制器构成了用于响应由传感器结构所获得的阻抗匹配指示来控制所述第一和第二阻抗使之达到阻抗匹配。

58.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述天线包括连接在所述第一和第二激发端之间的第一电容器，和与在所述第一和第二激发端之间的所述线圈的等离子体激发绕组相串联的第二电容器，所述第一和第二电容器的连接使得不同的幅值电流在其中流动。

59.如权利要求58所述的装置，其特征在于，具有与其串联的所述第二电容器的所述绕组在一对端点之间具有一个间隙，这对端点中至少有一端不同于所述激发端，第二电容器具有相对的分别连接着所述这对端点的电极。

60.如权利要求59所述的装置，其特征在于，所述这对端点的两端不同于所述第一和第二激发端。

61.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述线圈包括一个变压器，该变压器具有初级和次级绕组，所述初级绕组被连接为由所述耦合电路的驱动，所述次级绕组构成了用于将等离子体激发电磁场耦合到等离子体。

62.如权利要求61所述的装置，其特征在于，还包括与所述次级绕组相串联的电容器。

63.如权利要求62所述的装置，其特征在于，在所述绕组之间的耦合系数使得在所述次级绕组对所述初级绕组存在着阻抗耦合不紧密。

64.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述耦合系数是在大约0.1至0.3的范围内。

65.如权利要求61所述的装置，其特征在于，所述次级绕组包括多匝。

66.如权利要求65所述的装置，其特征在于，所述多匝是在平行于处理器的腔室的耦合窗的不同的平面。

67.如权利要求65所述的装置，其特征在于，所述多匝是串联连接并且构成了使之响应在所述初级绕组中流动的AC电流所感应的电流产生由其形成的有助于等离子体的磁通量。

68.一种操作真空等离子体处理器的方法，该真空等离子体处理器包括一个含有处理工件的AC等离子体的真空腔室，所述AC等离子体是由向等离子体提供AC电磁场的天线来激发，所述天线是由AC等离子体激发源输出的并通过在所述源和所述端点之间的耦合电路耦合到第一和第二激发端的功率来驱动，该方法包括使得在等离子体激发线圈中流动的电流超过在所述耦合电路和所述天线激发端之间流动的电流。

69.如权利要求68所述的方法，其特征在于，所述源具有一个可变的频率，并产生包括调整源可变频率的步骤。

70.如权利要求69所述的方法，其特征在于，所述耦合电路包括耦合在所述源和所述激发端之间的一部分匹配网络，并产生包括调整匹配网络的可变阻抗，使得所述源输出阻抗至少与所述源负载近似相匹配的步骤。

71.如权利要求70所述的方法，其特征在于，还包括获得在所述源和所述源负载之间阻抗匹配的指示，以及响应阻抗匹配的指示，来调整匹配网络部分的阻抗和源频率，使得源阻抗能与源负载相匹配。

72.如权利要求70所述的方法，其特征在于，所述耦合电路包括分别耦合在所述源和所述激发端之间以及在所述激发端和所述线圈之间的匹配网络的第一和第二部分，并产生包括调整第一部分的第一可变阻抗和调整第二部分的第二可变阻抗的步骤。

73.如权利要求72所述的方法，其特征在于，还包括获得在所述源和所述源负载之间的所述阻抗匹配的指示，并且响应阻抗匹配的指示，来调整匹配所述第一和第二部分的阻抗中的一个阻抗，使得源阻抗能与源负载相匹配。

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