CN1871373A - 等离子体生成设备和方法以及具有可调工作周期的rf驱动电路 - Google Patents

Abstract

公开了一电抗电路，该电路作为产生高密度等离子体的方法和***的一部分，该方法和***不需要使用动态匹配网络而直接驱动表现出动态阻抗的等离子体。经设计，电抗网络在等离子体电抗是第一等离子体电抗时提供小的总电抗，且在为第二等离子体电抗时表现出不超过具体限值的电抗。第一和第二等离子体电抗覆盖了动态等离子体电抗的预期范围的主要部分。第一和第二等离子体电抗值可以，例如，分别对应于预期的等离子体电抗上限和预期的等离子体电抗下限，或第一等离子体电抗可以对应于预期的等离子体电抗的平均值。

Description

等离子体生成设备和方法以及具有可调工作周期的RF驱动电路

相关申请的参考

本申请要求于2003年6月19日根据35 U.S.C.§119递交的美国临时专利申请60/480,338的优先权，且本申请是于2003年4月17日递交的美国专利申请10/419,052的部分继续申请，申请10/419,052是于2002年10月9日递交的美国专利申请10/268,053的部分继续申请，其根据35U.S.C.§119要求于2001年10月9日递交的美国专利临时申请60/328,249的优先权。所有这些专利文献在此被完整地引为参考。

技术领域

本发明一般性地涉及等离子体发生***的设计和实现。更具体地，本发明涉及用于生成等离子体的射频放大器、天线以及用于连接放大器和天线的有效电路连接。

背景技术

一般认为等离子体是物质四种状态中的一种，其它三种为固态、液态和气态。在等离子体状态中，物质的基本组成主要处于离子化形式。由于这种形式提高了反应性、能量和适于形成定向束等，因此其用于很多应用中。

等离子体发生器常规地用于电子元件、集成电路和医疗设备的制造和各种物品及机器的操作中。例如，等离子体被广泛地用于(i)沉积所需物质层，例如在化学反应后或从源头喷射出的物质层；(ii)高精度地对材料进行蚀刻；(iii)通过等离子体中存在的自由基或由等离子体诱导的自由基对物体进行消毒；以及(iv)改变材料的表面性质。

基于射频(“RF”)电源的等离子体发生器常用于实验和工业装置中，因为它们提供现成的等离子源，且常常是便携的并易于移动。这些等离子体发生器典型地在降低的压力(以及密度)下将RF辐射与一种气体耦合，造成该气体电离。在任何RF等离子体生成***中，当处理条件变化时，等离子体表现为天线末端的可变负载，该天线一般由RF电源驱动。这些可变的处理条件包括工作气体和压力的变化，这些变化影响在天线末端观察到的负载量。此外，RF驱动波形的振幅本身影响等离子体的温度和密度，这些也反过来影响天线的负载。因此对于RF电源，天线/等离子体组合是非恒定的且非线性负载。

一个典型的RF源有大约50欧姆的输出阻抗，因此和表现出匹配的50欧姆阻抗的负载最有效地连接。因为等离子体自感、有效电阻和与天线的互感经常发生难以预测的变化，所以通过重新调谐一些电路元件和可能地调谐等离子体来获得动态电阻匹配，从而实现令人满意的从RF源向生成的等离子体的能量转移。为了实现这一点，典型地使用可调节的阻抗匹配网络、或“匹配盒”补偿由于等离子体状况的变化造成的负载阻抗上的变化。

典型的动态匹配盒包含两个独立的可调谐元件：一个用于调节串联阻抗，另一个用于调节并联阻抗。为了向等离子体实现最佳的电能转移，这些可调谐元件必须彼此合作调节。一般来说，对这些元件的精确调节通常是一个困难的过程。典型地，重调谐需要人工/机械的操作/调节器在等离子阻抗变化时调节一个或多个元件值，并且通常需要精细的反馈电路来实现可能的非常有限程度的自动化。

公知地，将足够大的电场施加到气体上可以将气体原子中的电子与带正电荷的原子核分离，从而将气体电离并形成导电的流体样物质，即为等离子体。通过天线将射频电磁场与气体耦合，在离子化的气体中感应产生电流。这反过来造成气体的进一步电离，由此增加气体电导率，于是提高天线场与气体中的带电颗粒耦合的效率。这导致感应电流的进一步增加，造成渐进的电击穿和气体的充分电离。RF耦合的有效性依赖于使用的具体RF场和/或波。一些适于有效制备大量等离子体的RF场配置和波将在下文描述。

Whistler波是右手旋圆偏振电磁波(有时被称作R-波)，该波可以在位于静磁场B₀中的无限等离子体中传播。如果这些波在有限等离子体如圆柱体中产生，那么边界条件的存在——即***不是无限的这一事实——会造成左旋圆偏振模式(L-波)同时存在，并同时对整个波场产生静电贡献。这些“有界Whistler”被认作螺旋波。见Boswell，R.W.，Plasma Phys.26，1147(1981)。它们有益和有用的性质包括：(1)以比其它RF等离子体制备技术更高的效率制备和维持相对高密度的等离子体；(2)在RF输入电能仅为几kW的相对小的设备中等离子体的密度达到N_p～10¹⁴个颗粒每立方厘米；(3)在大多数情况下稳定且相对静止的等离子体；(4)高水平的等离子体均一性；以及(5)在从不足1mTorr至mTorr的数十倍的大压力范围内制备等离子体。在用便宜的元件简单且经济地制备成的相对低的B₀场中观察到显著的与螺旋模式激发相关的等离子体增强。

通过在B₀＜150G的相对小的箱体中激发低场m＝+1螺旋R-波可以使等离子体密度(N_P)显著提高和均一。例如通过使用天线可以实现这一点，其中天线的场模式与一或多个覆盖了天线场相同体积的螺旋模式相似并由此和它们发生耦合。合适的组合条件系列包括施加的磁场B₀、RF频率(F_RF)、密度N_p本身和物理体积。

美国专利No.4,792,732、6,264,812和6,304,036中公开了一些将RF电能与等离子体耦合的天线设计。然而，这些设计相对复杂，常常需要定制元件，这些元件提高了制造和维护***的成本。此外，并不是所有设计均适用于在此公开的优选模式——螺旋的有效生成模式。

典型地，RF电源接收外部的RF输入信号或包含一RF信号生成电路。在很多工艺应用中，该RF信号频率为大约13.56MHz。RF信号通过电能输出级放大并随后通过天线与等离子体发生器中的气体/等离子体耦合以制备等离子体。

放大器，包括适用于RF电源的RF放大器，常规地根据其性能特征如效率、线性、放大率、阻抗等以及目的应用分为不同类别。在电能放大方面，关注的一个重要问题是作为热被浪费的电能的量，因为必须提供散热器来散发热量，因而使用低效的放大器会增加设备的体积。有益的特征是放大器的输出阻抗，因为其对放大器浪费的电能产生固有的限制。

典型的RF放大器设计为50欧姆的标准输出阻抗。因为经过这样的放大器的输出端的电压和流经的电流都不为零，它们的乘积得出放大器的耗散电能的估计值。

类似于开关中耗散的电能，通过在放大器输出端的电压和流经的电流之间引入相位差可以降低上述乘积。与传统放大器相反，开关存在两种状态：开，对应于短路即低阻抗；或关，对应于断路即无限大(或至少是非常大)的阻抗。在开关模式的放大器中，放大器元件如同受到放大信号控制的开关一样发挥作用。通过对信号进行合适的整形，例如通过一匹配负载网络，在电流和电压之间引入相位差使得它们反相从而使开关元件的耗散电能最小化是可能的。换句话说，如果电流大，则电压低或甚至为零，反之亦然。美国专利No.3,919,656和5,187,580公开了降低或甚至最小化开关模式放大器的耗散电能的各种电压/电流关系。

美国专利No.5,747,935公开了开关模式RF放大器和匹配负载网络，其中考虑到等离子体阻抗的变化，在理想频率下存在的阻抗高而基波的谐波被短路以更好地稳定RF电源。这些匹配网络使用开关模式电源，而没有去除动态匹配网络，增加了操作的复杂性。这种匹配负载网络的频率也不是很灵活，因为其依赖于对基波的窄波段的严格选择。

美国专利No.6,432,260公开了在匹配阻抗网络中使用开关元件来确保等离子体的动态复阻抗作为一邻近的电阻值，其有效地中和等离子体阻抗的无功分量。这使得电源只需要对等离子体的电阻变化作出响应，因为电源只观察到该变化。动态等离子体电阻控制传递到等离子体上的电能。

当等离子体阻抗是RF电源观察到的阻抗的一小部分时，等离子体阻抗的变化相对来说更不明显。因此，如果等离子体阻抗变化的范围是电源观察到的总阻抗的一小部分，使用不带干涉动态匹配网络的RF电源驱动等离子体是可能的。用足够高的电力驱动器抑制等离子体电感一定程度上导致效率降低。因此，当动态等离子体阻抗成为RF电源观察到的总阻抗的显著部分时，必需使用匹配网络。

美国专利No.6,150,628、6,388,226、6,486,431和6,552,296公开了含有与等离子体负载串联的感应元件的恒流开关模式RF电源。等离子体主要作为铁或铁氧体磁心变压器的感应线圈被驱动，该变压器的初级线圈由RF电源驱动。在这样的配置中，据公开动态阻抗匹配网络不是必需的。通过等离子体的电流大约保持为起始感应电流值来根据负载调节电能。

在这些专利中还公开了点燃等离子体的各种方法，这些方法包括高电压脉冲、紫外线和电容耦合(capacitative coupling)，这些方法同样通过避免在等离子体点燃时产生大的阻抗变化而限制等离子体阻抗的变化。

存在其它已知的将等离子体作为变压器的感应线圈使用的设计，如其中感应线圈和初级线圈通过一共享磁心相对弱地耦合的设计。R.J.Taylor发明了等离子体制备技术，用于用得到的等离子体清洁环形真空室内部，并已于1973年制造了这种设备。作为其变压器初级线圈的电路使用了托克马克(tokamak)的空心欧姆加热(OH)线圈，且匹配网络由固定的C1和C2组成。已知在其它托克马克上具有相似的设计，有些具有铁磁心变压器。这些设计典型地在频率范围1-50kHz之间操作。

在与R.J.Taylor的设计相似的设计中，等离子体阻抗的变化不会显著影响驱动器的负载，因为参数 $\mathrm{\δ}\≡\frac{M_{1p}}{\sqrt{L_1{L}_p}}$ 相当小，其中M_1p是初级电感L₁和等离子体电感L_p之间的互感。因此，在变压器初级线圈端观察到的电感负载变化更小。相反，当等离子体基本上直接地例如通过电流母线(current-straps)驱动时，此时 $\mathrm{\δ}\≡\frac{M_{\mathrm{ant}-\mathrm{plsama}}}{\sqrt{L_{\mathrm{ant}}{L}_{\mathrm{plsama}}}}$ 不小，其中M_ant-plasma是天线电感L_ant和等离子体电感L_plasma之间的互感，因此等离子体阻抗的变化在RF源观察到的负载阻抗中表现出相对大的变化。为了传输电能，该变化一般要求使用可变匹配网络以为RF电源的50欧姆阻抗提供的合理匹配。

当等离子体被直接驱动，即没有磁心将等离子体感应线圈与和RF源相连的初级线圈充分耦合时，在天线引线处或在耦合变压器的初级线圈处的等离子体阻抗变化是显著的。该配置已通过一动态匹配网络与等离子体或等离子体/天线组合耦合以响应变化的等离子体阻抗进行连续的调节。

在有效的等离子体发生器设计中面临的问题包括需要一低维护且易配置的天线，需要去除昂贵的动态匹配网络以将RF电源与等离子体存在的非线性动态阻抗直接耦合，以及需要能够有效调制且频率灵活的RF电源。

发明内容

本发明公开了能有效将一或多个RF源和等离子体耦合的改进设计。还公开了在RF电源帮助下，在不需要使用动态匹配网络的情况下生成等离子体以将RF电源与等离子体耦合的方法和***。在本文中，动态匹配网络在响应等离子体表现出的动态阻抗时需要进行阻抗调节。

电抗网络代替动态阻抗匹配网络，将RF电源与天线-等离子体组合耦合。选择电抗网络而使至少第一等离子体阻抗值，即基本电抗负载呈递到RF电源。进一步地优选在第二等离子体阻抗值进行选择，使其可以明显地覆盖动态等离子体电抗的预期范围，RF电源观察到的电抗与RF电源本身的电抗大致相同。因此，在此公开了设计电抗性电路以消除对等离子体和RF电源之间的动态匹配电路的需要的方法。还公开了适于在大约13.56MHz下操作的等离子体发生器的电抗性电路。所述方法还可用于设计在除13.56MHz以外的很多频率下使用的电抗电路。

除了等离子体阻抗，在电抗性电路的设计中还可以考虑其他事项。例如，可以设计电路使其在开关式电源、RF电源处呈现相位差，因为该设计通过降低开关处的电阻耗散提高了电源的效率。一般来说，要取得理想的效果，这些额外条件可能需要确定3个或更多电抗元件的值。

一说明性的等离子体发生器***包括至少一个带有天线的等离子体源，该天线包括多个环，各环具有环轴，该多个环环绕一公共轴排列，从而使各环的轴与该公共轴基本正交；至少一个射频电源，用于基本正交地驱动多个环，且该电源通过天线与以圆极化模式，优选地以螺旋模式驱动的等离子体负载耦合；一基本沿公共轴方向的静磁场；以及将开关式放大器与天线环耦合的电抗网络。

射频电源优选地包括实质A类放大器、实质AB类放大器、实质B类放大器、实质C类放大器、实质D类放大器、实质E类放大器和实质F类放大器中的至少一个。在一具体实施方式中，这些放大器与变压器的初级线圈相连以将驱动阻抗降至低数值。甚至更优选地，射频电源包括具有相对低的输出阻抗的推拉型配置的D类放大器。

射频电源优选地表现出低输出阻抗。低输出阻抗通常明显小于标准阻抗50欧姆。输出阻抗优选地小于大约0.5欧姆、小于大约2欧姆、小于大约3欧姆、小于大约5欧姆、小于大约8欧姆、小于大约10欧姆、和小于大约20欧姆。优选地，输出阻抗小于5欧姆、甚至更优选地输出阻抗在大约0.5至2欧姆之间，且最优选地输出阻抗小于1欧姆。在优选具体实施方式中，输出阻抗大约为12欧姆。将该低阻抗驱动器和公开的连接驱动器和天线电流母线的电路一起使用消除了对匹配盒的需要，由此降低了电路的复杂性并消除了等离子体处理***中的一个败因以及更高的成本。

上述公开的***的进一步的优势在于在等离子体形成前施加到天线的电压可以相当大，由此提高了在各种工作条件下起始等离子体的能力。一旦等离子体形成，电压降低至低水平来维持等离子体。

根据天线元件和B₀值之间的相位调整，***可以作为螺旋源、或作为磁感应耦合等离子体(MICP)源、或作为ICP源在B₀＝0时运行。此外，观察到在使用现有技术等离子体源很难达到或很好利用的压力条件下(例如P₀大约为100mTorr)，该***能够有效和有力地工作。当空挡压力P₀、输入电能P_RF以及外部施加的轴向磁场B₀条件正确时，天线中的电流表现为立刻“锁定”到正交激发模式。当该情形发生时，等离子体表现为有利地几乎均匀地充填在箱体中，因而提供了形成均一处理条件的能力。

此外，在等离子体参数在较已报道的其它等离子源的参数范围大得多的范围内变化的情况下(例如空挡压力P₀从100mTorr变化下降至5mTorr并随后又返回至100+mTorr，一次循环持续大约1分钟)，天线***加上RF发生器的组合能够生成并维持等离子体，而不需要任何动态匹配网络元件的调节。

上述公开的***的另一个优势在于去除动态匹配网络使等离子体源可以进行“即开”型操作。该特征可用于为所使用的处理提供额外的控制。具体地，有可能在两个(或多个)水平如30％和100％之间，或以全开关方式(0％或100％)调节产生等离子体的RF电能的强度。该调节能迅速发生，例如以数千赫兹的频率发生，且能够实现若干目的。例如，可以降低平均RF电能并随之降低平均等离子体密度。“即开”操作在平均RF输入电能仅为5W时能够在50升的体积内产生等离子体。

此外，调节可用于控制反应箱中的工作气体的空间分布：等离子体改变工作气体的分布，由此增加了活性化学物质或基团流的不均一性。通过调节等离子体制备的工作周期，在等离子体中断期间(或电能水平降低的时间期间)可以调节中性气体的流动特征以控制处理的均一性。由于等离子体起始时间通常在施加RF后的10-20微秒内，因此可以将工作周期控制在数十或数百kHz的高频率内。

本发明的所有特征将在以下说明性附图的帮助下进行说明。

附图简要说明

提供以下说明性附图是为了更好地解释本发明的各种具体实施方式，而不是意图限制权利要求的范围。

图1显示了带有两套天线元件的等离子体源的箱体；

图2显示了RF电源与天线耦合的可调谐电路；

图3显示了RF电源与天线耦合的第二个可调谐电路；

图4显示了RF电源与天线偶联的第三个可调谐电路；

图5显示了RF电能放大器与一天线电流母线耦合的电路；

图6显示了RF电能放大器与一天线电流母线耦合的第二个电路；

图7显示了RF电能放大器与一天线电流母线耦合的第三个电路；

图8显示了RF电能放大器、天线电流母线和等离子体的简化模型；

图9显示了与图8中显示的模型等价的集总电路；

图10显示了对没有等离子体的等离子体源的频率响应；

图11显示了对存在等离子体的等离子体源的频率响应；

图12显示了控制等离子体源的反馈配置；

图13显示了将RF电源与等离子体耦合的电抗网络；以及

图14显示了本发明的一说明性具体实施方式，其电抗网络中具有选择的元件以去除对动态匹配网络的需要。

发明的具体说明

关于附图，图1显示了带有两套天线元件的等离子体源箱体。天线的设计包括两正交的单圈或多圈的环元件105、110、115和120，它们围绕一公共轴排列。各天线元件105、110、115和120由所示的A125或B130的RF电源驱动。各天线环可以与带有分相器的同一RF电源耦合，或与不同的RF电源耦合，从而正交驱动天线元件。尽管也可以使用裸铜线或其它导线，但优选地使用8号聚四氟乙烯包线构建天线环。

图1显示了两套正交的双元件类Helmholtz环样环状天线，在第一套中有环元件105和115，第二套中有环元件110和120。环元件以一定的方位角包围在绝缘圆柱体135周围，从而使电流通过这些元件时产生的磁场相对于圆柱体的轴是几乎横向的。各套中相对的元件以Helmholtz形式串联。尽管对于设备操作不是必需的，但是优选地，排列连接相对的环元件的电线使得邻近部分带有相反流向的电流从而更好地消除与它们相关的杂散场。对天线施加电压使得在两正交的分支中的电流几乎相等且存在90度相差，由此模拟旋转横向磁场。

在螺旋模式的等离子体实施例中，产生静态的轴向B₀磁场140，例如由简单的电磁体产生。该磁场沿着圆柱体轴的方向。该静磁场的方向使得所述旋转横向场模拟m＝+1的螺旋波的场。在实践中，可以调节产生外部场的电流强度和方向以调节等离子体发生器的性能。对于在此讨论的参数，所需场的总场强典型地在10-100高斯范围内，但对于不同大小的等离子体源，可以使用其他可选范围。一旦选定静态场的适宜场强和方向，一般不需要对它们进行进一步的调节。

在组合中，静态场和天线元件中的RF场在绝缘圆柱体内的等离子体中产生m＝+1的螺旋模式，该模式维持等离子体放电。应当注意的是改变并因而使静磁场失谐，或完全不施加磁场而使螺旋模式不直接激发也是有可能的。该操作也产生等离子体，但一般来说没有螺旋模式有效。当然，可以随后施加静磁场以提高等离子体源/发生器的运作。

还应当注意到使用例如多圈的环状天线取代单圈，以及/或使用钟形石英罩而获得与图1中相同的总体状况也是可能的。尽管不是必需，钟罩优选地适配天线框架，存在不大于1/2″的间隙。

一等离子体源实施例的配备如下：一内径大约为12″的钟形石英罩(例如标准的K.J.Lesker 12×12)，包含一大约15cm高的直圆柱体部分和半径为6″的半球顶部。该罩置于一大约12″内径×8″高的真空箱上(非等离子体源的一部分)。天线包含两套相对的、密排的、接近矩形的两圈连续环状天线元件，这些元件围绕着钟罩，在任一点，天线和钟罩之间有大约1/8″至1/2″的间隙。各元件中的圈是串联的且各套天线中的两元件也是串联的，因此它们的场是加和性的。在本实施例中，各套中的自感大约为10微亨利，且两套之间的互感小于1微亨利。分别为25cm和20cm长的垂直和水平天线环部分由8号聚四氟乙烯包线组成。在可选具体实施方式中，可用单圈硬铜导线取代一或两圈聚四氟乙烯包线。在没有明确指出的情况下，在此描述的用于生成横向旋转场的特定具体实施方式不应被解释为对本权利要求的发明范围发生限制。

常规的RF电源和动态匹配模式，见图2至4，其可用于激发上述天线中的天线电流。此外，图2至4中的电路可与很多公开的方法兼容。一些这样的方法包括步骤诸如为RF电源提供低输出阻抗；以及调节将RF电源与天线耦合的电抗从而使在没有等离子体的情况下的共振频率是理想的RF频率。参照含有或不含有等离子体的电路的品质因子(“Q”)能够理解低输出阻抗。没有等离子体存在的“Q”应当是存在等离子体时的5至10倍高或甚至更高。特别地，不同于已知电路，通过响应等离子体阻抗的变化来改变电抗，这样的RF电源和天线的组合在等离子体存在时将不需要重新调节。

在图2中，RF源200可以是商业用2MHz，0-1kW发生器，通过50欧姆同轴电缆在图1中所示的端口“A”125处与正交/混和电路相连。正交/混和电路的“+45度”和“-45度”臂与由所示可调电容器205、210、215和220组成的单个L型电容匹配网络相连。在工作频率电容器225的电抗分别为大约100欧姆，且变压器230的任一边在另一边断开时的电抗是大约100欧姆。如图2中所示，单个RF源200可以与被动电能分配器(正交/混和电路)以及4个可调节调谐元件205、210、215和220一起使用以匹配分开的两天线电感线圈235和240。

图3中所示的另一具体实施方式使用了2个独立的RF电源305和310，因而将分别通过可调电容器315、320、325和330与电感线圈335和340相连的两个天线电能电路完全分开。这样的配置是有利的，因为各RF电源能够全电能工作，因此和单个RF电源相比输入电能量加倍，且可以调节天线之间的相位和强度比。尽管为了改变激发模式的性质可以改变强度和/和相位差，但是一般地，电源305和310可以以大约相同的强度和90度相差运作。例如，通过在不同的强度操作电源，可以维持一椭圆极化等离子体螺旋模式，而非严格的圆极化模式。

图4中所示的第三个具体实施方式配置了一被动共振电路，该电路的一条臂上包含感应器/天线电感线圈405和可调节电容器410，且由带有动态匹配电路的RF电源400驱动另一条臂，该动态匹配电路具有与天线电感线圈425相连的可调电容器415和420。该配置旨在激活等离子体中相同类型的椭圆螺旋模式，其中被动侧以与驱动侧大约90度的相差工作，因而提供很多优点，而只使用单个RF源和动态匹配网络。

在该实施例装备中的工作气体是压力从10mTorr至超过100mTorr的氩气。静态轴向场可人工设定为0-150G且由位于钟罩/天线组外半径为大约9″的线圈产生。

在大约75mTorr的压力下的等离子体操作呈现出至少3种不同的模式。第一，当P_RF小于或大约为200W时，在B₀＜B_临界时观察到等离子体在靠近钟罩边缘处聚集的亮模式(bright mode)。在此，B₀是轴向磁场而B_临界是使用螺旋模式激发等离子体的轴向电场的临界值。类似地，电能水平P_RF和P_阈表示供应至天线的RF电能和下文所述的阈电能。在该模式中，RF天线电流倾向于不是正交的，取而代之的是180度的相差。第二，类暗辉光放电模式(dull-glow-discharge-like mode)，在B₀＞B_临界但P_RF＜P_阈时观察到该模式，其在更高电能下有不均一的密度/辉光但在较低电能下沿着钟罩壁有大约1-2cm厚的暗空间。在这种情况下，RF电流是充分正交的，在等离子体形成后表现为立刻锁定为大约90度的相位差。第三，在更高的P_RF＞P_阈值且B₀＞B_临时形成亮等离子体，该等离子体似乎比模式(1)更加均匀地呈放射状分布，且天线电流再次锁定在正交相。尽管这些模式在等离子体工艺中可能均有应用，但第三种模式代表了操作的有效模式，且能够在已证明对已知等离子体源而言非常难以实现的中性气体压力下实现。

在一方面，为了使电能电路成流线型，可以去除图2至4中显示的常规RF电源和可调匹配网络。

在一优选具体实施方式中，RF电能电路使用诸如图5中所示的配置直接驱动天线电流母线。图5中所示的RF放大器优选地是本领域已知的具有低输出阻抗(即推拉式输出级)的多种类型RF放大器中的一种。如本领域普通技术人员已知的，由适当的电路500以推拉式配置驱动晶体管505和510。在该配置中，一般地，在任何时刻典型地以等于或小于50％的工作周期运作一个晶体管。晶体管的输出组合起来产生完整的信号。

优选地，在输出级以开关模式操作电能半导体例如晶体管505和510。在图5-7中，这些半导体描述成FET，当然它们也可以是例如二级晶体管、IGBT、真空管或任何其它的合适的放大设备。开关模式操作的一个实施例使用D类放大器操作。在该模式中，交替的输出设备在RF波形相反的半循环之间迅速地进行开关转换。理想地，由于输出设备或是带有零电压降的完全的开状态，或是没有电流的完全的关状态，因此应当没有电能耗散。所以，D类操作理想地具有100％的效率。然而，该估算是假设零“开”-阻抗转换是在无限快的转换时间内完成。实际的操作一般呈现接近90％的效率。

优选地，RF驱动器与天线电流母线520通过固定的或可变的电抗515，优选一电容器直接耦合。优选地，该耦合电抗值使得带有耦合电抗和天线而没有等离子体存在的电路的共振频率大约等于RF工作频率。

如图6(A)所示，该电路输出级的可选配置包括变压器620，其紧随或整合进该推拉式输出级；以及驱动器600和晶体管605和610，用以提供电分流。如果推拉级的输出阻抗过高，可以选择性地配置变压器620将输出阻抗转换成低阻抗。配置电容器615使其在由变压器620和天线电流母线625形成的感应电路的理想驱动频率下共振。图6(B)中显示了相似的具体实施方式，其中电容器615用于DC消除，且电容器630在由变压器620的漏电感线圈和电流母线625的电感线圈形成的串连电路中共振。

图7显示了RF电能和天线电流母线的另一种配置。整合进DC电能供给器中的中心抽头感应器725与具有推拉式驱动器700和晶体管705和710的输出级相连。由变压器720分流。另外，在任何时刻，只有一个或另一个晶体管典型地以小于50％的工作周期运作。图5-7中的电路仅作为说明性实施例提供。任何充分已知的提供低输出阻抗的推拉级或其它配置都可用来替换。

RF电源还可以与任何螺旋天线一同使用，该螺旋天线如对称(NagoyaIII型或其变体，例如Boswell型浆状天线)或不对称(例如右手螺旋、螺旋Nagoya-III天线)的天线配置或任何其它非螺旋感应耦合配置。

RF电源的强度可以随着可变工作周期调整，从而使若干次降低的或零等离子体密度穿插着若干次较高的等离子体密度。对等离子体密度的这种调节可用于影响工作气体的流体力学和均一性，并因此影响处理的均一性。因而，通过选择合适的调节模式，等离子体发生器***可以产生包含等离子体的更均一的空间分布。

一般地，等离子体发生器***可以使用射频电源，作为实质A类放大器、实质AB类放大器、实质B类放大器、实质C类放大器、实质D类放大器、实质E类放大器、或实质F类放大器或任何它们的组合进行操作。这些电源与天线进一步组合用于激发螺旋模式，适合生成高密度等离子体。此外，对于非开关式放大器，如图2-4中显示的放大器，可以使用一中间级将RF源阻抗转换成低输出阻抗以模拟在此所述的具体实施方式的开关式放大器的有效操作。

在感应耦合等离子体源中，天线的电流母线位于等离子体形成区域附近，通常在一绝缘容器的外面。从电路的角度看，天线元件形成了非理想变压器的初级线圈，而等离子体是其感应线圈。图8显示了一等价电路，其中感应器810代表了配线中电流母线和任何电感线圈的集总元件，包括在某些具体实施方式中存在的通过驱动器的输出变压器等增加的任何电感线圈。标记了P的盒子中的元件代表了等离子体：感应器820是等离子体自感线圈，阻抗815代表了模拟成一有效电阻的等离子体耗散。M代表天线和等离子体之间的互感。晶体管驱动器800表示成一方波电源。在安装***的时候调节电容805使得电路的共振频率与理想的操作频率大致匹配。在带有固定电容器的可选具体实施方式中，可以调节RF频率以实现相同的作用。

为了说明***的运作，将整个***可以建成图9所示的模型。在图9中所有的感应器都被集总到电感线圈905中，所有的电容器都被集总到电容910种，且所有的耗散元件都被集总到电阻器915中，且放大器应作为RF电源进行理想操作(即输出阻抗为零)。

在没有等离子体存在时，因为几乎没有耗散所以R很小，且图9的电路对于频率变化表现出窄的共振应答，如图10所示。这提供了电路操作的一个优势：有可能用相对小的电能输入将天线上的电压驱动到高数值，由此促进反应箱中气体的初始击穿。一旦等离子体形成，如图11所示，***阻尼相当程度上使共振峰变宽，降低了整个电路的Q。尽管共振的中心频率可能随着等离子体状况发生迁移，但是当等离子体负载存在时，该迁移与共振应答的宽度相比是可以忽略的。因此，当存在等离子体负载进行操作时，电路对操作条件的变化相对不敏感且不需要重调谐。图11中对此进行了说明，其中整个***其振的频率有轻微的迁移，虽然Q得到充分降低而使得***的操作仍然保持有效。伴随着电路Q的降低，施加到等离子体上的电压发生自调节，而相对于无等离子体的情况发生相当程度的降低。在一些具体实施方式中，根据等离子体形成时共振频率的迁移，将RF驱动的操作频率从精确的无等离子体共振处实际地轻微解谐至一侧或另一侧可能是有益的。

可以通过各种技术来控制输入至等离子体的电能水平，例如通过调节RF输出级的DC电源水平。在一个具体实施方式中，电源电压可以对感应到的等离子体负载的变化作出响应以维持对等离子体源输入相对恒定的电能。如图12所示，为了用DC电源调节器1230进行调节，可以对等离子体负载进行感应，例如通过电压感受器1200对DC电源1215的电压进行监测以及通过电流感受器1205对RF/等离子体***中的DC电流进行监测，以及使用它们的乘积和此前测量的模块1210中放大器效率的近似值来对从RF放大器1220进入等离子体1225的净电能进行估算。可以测出不同输出水平下增益模块1235的效率倍增，例如通过监测***不同点的热负载量，并将其数字化存储，从而计算不同输出水平的效率变化。可选地，可以测量RF电压和电流，且可以评估它们的同相乘积从而估计在等离子体中耗散的真实电能。

等离子体的感应还可以延伸到感应空间均一性，通过电压或电流的变化的方式进行直接感应或间接感应。响应这些变化而改变工作周期可以随后控制等离子体的空间分布。此外，调节工作周期能够进一步对平均输入电能进行控制从而提高等离子体产生的效率。图12的反馈配置也能如前所述实现在2个或多个电能水平之间的转换。

在此使用的“低”阻抗是指图9中所示的串联共振电路在没有等离子体存在时的“Q”应当是等离子体存在时的5至10倍或甚至更高。即，放大器输出阻抗应当足够的小而使得在输出半循环中耗散的能量与存储在电抗分量中的相比少的多。数学上将该状况定义为 $Z_{\mathrm{out}}<<\sqrt{\frac{L}{C}},$ 其中L和C是图9中所示的集总值。当该状况持续时，RF放大器将接近电源的操作。

低电阻，例如RF电源输出阻抗的低电阻，通常是指小于大约10欧姆的电阻，优选地小于大约6欧姆、更有选地小于4欧姆和最优选地小于大约1欧姆的电阻。

但是，不是本发明的所有具体实施方式都要求根据没有等离子体存在的电路的共振频率来选择电抗电路中的元件而将RF电源与天线/等离子体耦合。事实上，一些可替换的情况是可能的，在这些情况下对电抗电路进行合适的具体化，从而不需要动态匹配电路而在等离子体的动态阻抗下仍然可能进行有效的耦合。

尽管存在可变阻抗，但是仍可能如所预期的那样描述等离子体阻抗以将其限制在上限和下限之间。因此，可以对预期的等离子体高电抗分量和预期的等离子体低电抗进行具体化。例如，这种具体化可以反映偏离预期平均值一标准偏差(one-σ)的距离。很多其它相似的具体化可能会显示等离子体阻抗事实上落到具体限度以外的可能性。事实上，可能指定一数值来替代预期等离子体高电抗，该数值相对于预期的等离子体低电抗不对称设置。此外，尽管具体的等离子体阻抗可能不符合正态分布，但是一些等离子体的集合很可能共同表现出组合阻抗的正态分布。

相似地，一些连接在一起的RF电源的集合就频率和时间而言很可能呈现出正态分布。于是合适选择电抗网络，通过将它们在预期等离子电抗的两个值处进行匹配，可以实际地确保等离子体电抗的变化与RF电源的变化很好地匹配。

根据这些对等离子体电抗的具体化和对最低或可能低的等离子体电阻(即离子体阻抗变化可能最大时的电阻值)的认识或估计，确定电抗电路中分量的方法是可能的。

例如，来自于2004年6月10日从网址http：//www.ixysrf.com/pdf/switch_mode/appnotes/3ap_3_5kw13_56mhz_gen.pdf检索到的公开物“3kW and 5kW Half-bridge Class-D RF Generators at 13.56MHz with 89％Efficiency and Limited Frequency Agility”，Directed Energy公司@2002，文件号9300-0008 Rev.1，″的图13所示的说明性电路中，根据说明在RF插座处的阻抗是50欧姆，C_a＝C₁+C₂，且C_b＝C₃+C₄，串联阻抗是 $Z_1=\frac{1}{{\mathrm{sC}}_a}+{\mathrm{sL}}_1=\frac{1+s^2{L}_1{C}_a}{{\mathrm{sC}}_a},$ 且并联阻抗是 $Z_2=\frac{\frac{Z_L}{{\mathrm{sC}}_b}}{Z_L+\frac{1}{{\mathrm{sC}}_b}}=\frac{Z_L}{1+{\mathrm{sZ}}_L{C}_b},$ 该公开物在此引用作为参考。在输入端观察到的阻抗是Z₁+Z₂。当L₁是2.1μH时，通过将C_a调节至大约81.6pF且将C_b调节至大约376pF，可以将该复数值调节至14+i12.6欧姆的合适分量。

在电容耦合***中，例如在13.56MHz用于为半导体操作箱中的基板提供RF偏压的***中，说明性的等离子体天线组合可以例如表现出大约1至4欧姆的电阻R_p和大约-8至-25欧姆的电抗X_p。因此，将图13中的电路与这样的天线/等离子体组合连接通常很困难。由于其观察到的阻抗有大的无功分量，因此晶体管开关式电路会在电源电压下安全地操作，该电源电压是大约700至800V的理想峰值电源电压的一部分，例如在大约250V(更可能的是200)。输出电压峰值为V_supply/2×|H|，其中|H|是***传递函数的量，且在250V的实施例中，将根据不同的等离子体条件在大约28至83V之间变化。

当在给定频率操作时，通过加入与阻抗串联的感应器(具有正电抗)或电容器(具有负电抗)可以调节总阻抗。作为实施例，如果因为引线等存在杂散电感，对于一给定工作频率通过加入一串联的电容器且调节电容使得 $Z_{\mathrm{tot}}=Z_L+Z_C=\mathrm{i\&omega;L}-\frac{1}{\mathrm{i\&omega;C}}\&ap;0,$ 可以将总阻抗调节至0或接近0的水平。类似地，在使用带有显著输出电容的输出设备例如晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的驱动电路中，通过提供微弱的电感负载可以降低由于输出电容引起的耗散(例如某些说明书中的C_OSS)。这是因为电容中存储的电荷：适当调谐的电感负载在不耗散该电荷的情况下可以使电容放电。

图14显示了说明性的适于将射频电源1405和电容驱动等离子体或天线等离子体组合耦合的一般的电抗电路1400。尽管，该电路涉及电容耦合驱动器，如用于半导体处理等离子体中的基板的RF偏压的驱动器，但是确定分量值的原则也可以使用在电感耦合***上。可以使用电容器或感应器或两者调谐该说明性的一般电抗电路1400。例如，可以将电容器1415和1425的电抗选择至大约与最小等离子体电抗分量相同的值，各自为大约500pF。随后调谐感应器1410和1420以满足两个条件：a)在等离子体电抗的最大强度，即预期的等离子体电抗的上限，晶体管输出级观察到的总负载的无功分量很小；以及b)在等离子体电抗的最小强度，即预期的等离子体电抗的下限，调节输出级观察到的负载的无功分量以使射频电源的操作最优化，例如在以上Directed Energy参考中描述的电路中的+12欧姆。

晶体管驱动级观察到的阻抗为Z_load＝Z₁₄₁₀+Z₁₄₁₅+(Z₁₄₂₀+Z₁₄₂₅)||Z_p。这里Z₁₄₁₀代表图14中的感应器1410等的阻抗而Z_p代表预期等离子体电抗的一个值。即驱动器观察到与感应器1415串联的电容器1410，且电容器1425+感应器1420的串联组合与等离子体阻抗1440并联，1410与该并联组合串连。

对于射频电源，当其驱动带有+12欧姆的输出电抗的负载时，运作最佳。状况“a”对应于当等离子体电抗X_p为大约-25欧姆时大约为0欧姆的Im(Z_load)。状况“b”对应于在X_p为-8欧姆时大约为12欧姆的Im(Z_load)。这些情况引出一对等式，通过将R_p设为一低数值例如大约1欧姆可以解出该等式，因为该水平的等离子体电阻引起RF驱动器观察到的负载发生大范围变动。这两个等式可以解出未知的电感1415和1420的值。在所述条件下，在该示范性具体实施方式中，电感1420的值为大约345nH且电感1415为大约185nH，分别导致状况“a”的大约为0欧姆的Im(Z_load)和状况“b”下的大约11.9欧姆的Im(Z_load)。更精确的计算优选地考虑杂散电感、线圈电感和其它非理想作用因素。

如果减去两个接近的数值造成的误差很大，那么对电容器1410和1425的值可以进行替换，例如通过选择较小的数值来提高容差。此外，不再固定电容器1410和1425的值并调节感应器1415和1420的值，也可以固定感应器1415和1420的值并调节电容器1410和1425的值。进一步地，对于电抗元件的任何串联或并联组合，总阻抗是重要的数值，且在以上电路中可以使用L和C的特定值或特定几何构型。作为一实施例，当L＝345nH且C＝500pF或当L＝620.5nH且C＝250pF时，感应器L和电容器C的串联组合可以具有大约5.9欧姆的电抗。可以调节这些值以满足***的其它限制，例如在二次谐波需要具有高(或低)阻抗。

可替换的输出晶体管级可以在包括微弱的电容负载的电抗负载中以不同阻抗工作。Im(Z_load)大约为0欧姆的状况可以在某些中点值而非在等离子体电抗的预期下限或上限处具体化。由此，在等离子体电抗的该具体强度，即具体的等离子体电抗极限处，晶体管输出级观察到的总负载的无功分量很小。进一步地，具体的等离子体电抗可以是预期操作范围以外的值。但是，这样的具体值可能导致更高的输出电流。此外，将一电阻通路与电容器1425并联提高了电抗电路的性能。因此，电抗电路也可以包括电阻元件。

在另一方面，为了降低RF电源观察的阻抗变化，可以使用非线性电阻或电抗元件。在另一方面，可以配置感应器1415和1420使其具有低的互感，该互感可以是正值或负值。例如可以使用例如范围 $\frac{M_{\mathrm{1415,1420}}}{\sqrt{L_{1415}{L}_{1420}}}<0.02$ 内的正互感M_1415，1420来降低响应传递函数H对等离子体电抗变化的敏感度，而负互感可以提高该敏感性。

除了消除了对动态调谐匹配电路的需要，调谐或建立电抗网络的这些方法还提供了几个优点。例如，由于在等离子体预期的电抗值范围内对一等离子体电抗进行调谐使放大器的操作电抗匹配，因此该调谐为晶体管提供了在高电压下有效工作所需要的电抗性阻抗。此外，尽管在等离子体范围的另一端，输出级观察到的电抗很小，但是总负载也很小，能够在高电流和低电源电压下工作，从而使晶体管表现出的电抗变得更不重要。此外，这种性能确保了在等离子体电抗的广泛范围之内，合理量的电能可以从RF电源传递到等离子体。在另一方面，该设计允许使用大量输出级，它们可以例如通过并联进行组合。

通常地，RF电源的具体值是施加到天线接头的输出电压，根据改变等离子体工作条件所必需的电压，调节RF输入电压水平以产生需要的输出电压。对传递函数H＝V_plasma/V_in的研究揭示了***“电压传递函数”，或输出电压与输入电压的比率，H＝V_plasma/V_in＝[(Z₁₄₁₀+Z₁₄₁₅)||Z_p]/Z_load。

对于所述调谐，该传递函数具有一共振特征，在该方面，H的强度在操作的大部分范围(如果不是全部的话)内大于1。|H|从X_p为大约-25欧姆时的大约75(上述的状况“a”，R_p为大约1欧姆)变化降低至X_p＝-8欧姆时的大约1.5(上述的状况“b”，R_p仍然为大约1欧姆)。对于更高的等离子体电阻，例如大约4欧姆的R_p，|H|从大约21变化至1.6。因此，选择充分适合在预期的最低等离子体电阻下操作的电抗网络高度地确保了在更高的等离子体电阻值下，等离子体阻抗的变化将更小。

应当注意到尽管一些讨论是就电抗网络的共振频率而言的，但是由于存在等离子体，因此在频率传递的方向使用与等离子体不存在时的共振频率有微弱偏差的频率驱动射频电源常常是理想的。这保证了对有益频率的稳定和有效操作。

因为没有等离子体的电路的高Q使高电压在相对低的电能要求下能够在天线元件上被感应，因此上述公开的***和方法在击穿气体和起始等离子体上提供了优势。可以控制该无等离子体电压以对工作气体进行程序化击穿；一旦等离子体形成，等离子体中的感应电流对***提供负载并使诱导击穿的高电压降低，并因此避免了压迫***。

所述的电路配置不一定需要可变调谐元件，例如机械可调节电容器，因为只有固定电容C是必需的。然而，也可以使用可变电容器构建各种电路，例如在优选具体实施方式中，可以调节电容器使***共振与理想操作频率匹配，且在与等离子体操作点的实时阻抗匹配中不需要该电容器。这种匹配在抵消可能造成L-C共振频率漂移的机械振动或老化作用上有用。

在一个具体实施方式中，调节操作频率来补偿小的共振偏差，而机械调谐电容器来补偿大的偏差。在可选的具体实施方式中，通过调谐电容器来完成调节。在优选的(调谐的)具体实施方式中，该调谐是自动化的且在电源掉线期间发生。另一方面，将调谐作为处理控制的一部分，例如为了对处理条件进行小的调整，在具有可调调谐元件的具体实施方式中，上述公开的配置将可调节元件的数目减少至只有1个。

本领域技术人员会理解在不背离其教导或精神的情况下，对上述公开的发明可以进行很多变化和可选择地实施。这些改变被认为在以下所附权利要求的范围内。例如，人们可以用一变压器和传统放大器的组合为一低阻抗提供阻抗匹配。同样的，尽管本发明排除了对动态匹配电路的需要，但是将一些动态匹配电路与在此公开的电抗电路组合使用以降低对动态匹配电路的严格要求，这也包含在本发明的范围内。因此，权利要求必须解读为覆盖了这些修改和变化以及它们的等价物。此外，在此引用的所有参考文献以其公开和教导的内容完整地在此参考引用。

Claims (40)

1、一种降低对动态匹配电路的需要来直接驱动动态等离子体阻抗的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有低输出阻抗的射频电源；

在射频电源和等离子体之间提供包含第一和第二电抗的电抗网络，其中选择第一电抗和第二电抗使得在第一等离子体电抗处，电抗负载基本上被传递到RF射频电源，且在第二等离子体电抗处，一具体的电抗被RF电源观察到；以及

控制平均输入电能。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗和第二等离子体电抗的值覆盖了动态等离子体电抗的预期范围的主要部分。

3、根据权利要求1所述的方法，其中所述的第一和第二等离子体电抗值分别对应于预期的等离子体电抗上限和预期的等离子体电抗下限。

4、根据权利要求1所述的方法，其中所述的电抗网络在等离子体电阻低时是有效的。

5、根据权利要求1所述的方法，其中所述的等离子体电阻大约为1至5欧姆、小于1欧姆或小于10欧姆。

6、根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：

估测所述预期的等离子体电抗下限和所述预期的等离子体电抗上限；以及

估测一低等离子体电阻，在该电阻下，电抗网络必须是有效的。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述被RF电源观察到的具体电抗大约为12欧姆。

8、根据权利要求1所述的方法，其中调制射频电源工作周期的步骤还提供了中性气流。

9、根据权利要求1所述的方法，该方法还包括感应等离子体空间分布，并对其响应而调制工作周期的步骤。

10、根据权利要求9所述的方法，该方法还包括步骤：感应等离子体空间分布，并对其响应而调制工作周期以提供数次中性气流，从而调节包含等离子体或中性气体的电抗元件的空间分布。

11、根据权利要求1所述的方法，其中所述的平均输入电能以大于大约1瓦特每10升体积的平均密度施加。

12、根据权利要求1所述的方法，其中改变所述的平均输入电能而可以在数个输出电能水平之间进行选择。

13、根据权利要求12所述的方法，其中至少一个输出电能水平选自大约5瓦特、大约10瓦特、大约5至10瓦特、大约10至50瓦特和大约5瓦特至大约25瓦特。

14、根据权利要求13所述的方法，其中等离子体电能在两个或多个水平之间快速转换。

15、根据权利要求14所述的方法，其中等离子体电能在从全电能的大约30％转换至大约100％。

16、根据权利要求1所述的方法，其中调制工作周期的至少一个频率选自至少大约1Hz、至少大约10Hz、至少大约100Hz、至少大约500Hz、至少大约1000Hz、至少大约5000Hz、至少大约10,000Hz和至少大约100,000Hz。

17、根据权利要求1所述的方法，其中所述的平均输入电能通过一个或多个脉冲宽度调节来控制，或通过改变RF电源内的DC电源来控制。

18、一种等离子体发生器***，该***包括：

射频电能设备，用于提供射频电能；以及

至少一个电抗电路，用于将射频电能设备和等离子体连接，该等离子体表现出不断变化的阻抗；

其中在预期的等离子体电阻下限时，所述的至少一个电抗电路表现出小的总电抗，且当等离子体电抗在预期的等离子体电抗上限时表现出不超过具体电抗的电抗。

19、根据权利要求18所述的***，其中具体的限值与射频电能设备的电抗相似。

20、根据权利要求18所述的***，其中具体的限值选自小于大约0.5欧姆、小于大约2欧姆、小于大约3欧姆、小于大约5欧姆、小于大约8欧姆、小于大约10欧姆、小于大约20欧姆、以及大约12欧姆。

21、根据权利要求18所述的***，其中所述的电抗电路还包括变压器，因而在电源和天线之间提供了DC分流。

22、根据权利要求21所述的***，其中所述的射频电能设备包括实质A类放大器、实质AB类放大器、实质B类放大器、实质C类放大器、实质D类放大器、实质E类放大器以及实质F类放大器中的至少一种。

23、根据权利要求22所述的***，其中所述的射频电能设备包含推拉式电路。

24、根据权利要求23所述的***，其中所述的推拉式电路包括至少一个晶体管，该晶体管按照实质D类、E类和F类模式中的一种操作。

25、根据权利要求18所述的***，其中所述的等离子体发生器产生电容耦合模式(“E模式”)的等离子体。

26、根据权利要求18所述的***，该***还包括一个连接电抗电路和等离子体的天线，该天线带有临近等离子体源箱体的至少一环的电流母线。

27、根据权利要求26所述的***，其中所述的电流母线是电能进入等离子体的主要耦合器。

28、一种由射频电源为等离子体提供电能的方法，所述等离子体表现出动态的等离子体阻抗，该方法包括步骤：

通过至少一个电抗电路将射频电源与至少一个天线耦合；

其中所述至少一个电抗电路在等离子电抗为第一等离子体电抗时表现出小的总电抗，且在第二等离子体电抗时表现出不超过具体限值的电抗。

29、根据权利要求28所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗和第二等离子体电抗的值覆盖了动态等离子体电抗的预期范围的主要部分。

30、根据权利要求28所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗和第二等离子体电抗值分别对应于预期的等离子体电抗上限和预期的等离子体电抗下限。

31、根据权利要求28所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗对应于预期的等离子体电抗的平均值。

32、一种设计电抗电路以消除在等离子体和RF电源之间需要动态匹配电路的方法，该方法包括以下步骤：

为射频电源提供低的输出阻抗，其中当等离子体电抗为第一等离子体电抗时电抗电路表现出小的总电抗，且在为第二等离子体电抗时，该电路表现出不超过具体限值的电抗。

33、根据权利要求32所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗和第二等离子体电抗的值覆盖了动态等离子体电抗的预期范围的主要部分。

34、根据权利要求32所述的方法，其中所述的第一和第二等离子体电抗值分别对应于预期的等离子体电抗上限和预期的等离子体电抗下限。

35、根据权利要求32所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗对应于预期的等离子体电抗的平均值。

36、根据权利要求32所述的方法，该方法还包括步骤：通过反馈调节与等离子体耦合的电能；确定自DC电源向射频电源的输出电压和电流；计算测量的射频电源的效率；并对DC电源的输出电压和输出电流的乘积进行响应而改变DC电源的输出。

37、一电抗电路，其中为了将具有低输出阻抗的射频电能设备与具有动态阻抗的等离子体连接，该电抗电路在等离子体电抗为第一等离子体电抗时表现出小的总电抗，且在为第二等离子体电抗时表现出不超过具体限值的电抗。

38、根据权利要求37的电抗电路，其中所述的第一等离子体电抗和第二等离子体电抗的值覆盖了动态等离子体电抗的预期范围的主要部分。

39、根据权利要求37所述的方法，其中第一和第二等离子体电抗值分别对应于预期的等离子体电抗上限和预期的等离子体电抗下限。

40、根据权利要求37所述的方法，其中所述的第一等离子体电抗对应于预期的等离子体电抗的平均值。

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