專利名稱：等離子體處理器線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及等離子體處理器線圈。本發(fā)明一特定方面涉及這種線圈，它與一電路元件較佳為短路匝相結(jié)合，把磁場(chǎng)基本上封閉在一段線圈上。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及這樣一種線圈，其中線圈外圍部分相鄰匝之間的間距不同于線圈內(nèi)部相鄰匝之間的間距。本發(fā)明再一個(gè)方面涉及這樣一種線圈，它包括多個(gè)并聯(lián)接至線圈第一和第二激發(fā)端子的多匝繞組與接至各繞組上一對(duì)點(diǎn)的分立電路元件相組合，其中該電路元件系某一類型且有某一值，并接成使在同一繞組不同部分中流動(dòng)的電流不同。
背景技術(shù)：
一類用于在真空室里用RF等離子體處理工件的處理器，包括對(duì)RF源敏感的線圈。該線圈響應(yīng)于RF源而產(chǎn)生磁場(chǎng)和電場(chǎng)，把室內(nèi)氣體激發(fā)為等離子體。線圈通常呈平面，位于或棱鏡介電窗的外表面，而介電窗眼通常平行于被加工工件水平平面延伸表面的方向延伸?；蛘吆?或另外，線圈呈半球，窗為半球形或平面。受激等離子體在室內(nèi)與工件互作用，在工件上蝕刻、修正或淀積材料，即加工該工件。工件一般是半導(dǎo)體晶片，具有平坦的圓表面，或是固定介電板，如用在平板顯示器里的矩形玻璃基板，或是金屬板。
為得到以上結(jié)果，Ogle在美國(guó)專利NO.4,948,458中揭示了一種多匝螺旋線圈。螺旋一般為阿基米德型，在其通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)接RF源的內(nèi)外部端子之間呈徑向環(huán)形延伸。這類普通線圈產(chǎn)生振蕩的RF場(chǎng)，其磁場(chǎng)與電場(chǎng)分量都穿透介電窗，加熱室內(nèi)近窗的一部分等離子體中氣體的電子。振蕩的RF場(chǎng)在等離子體中感生出加熱等離子體中電子的電流。磁場(chǎng)在近窗等離子體部分內(nèi)的空間分布，是線圈每一匝和其它電流(包括等離子體中感生的電流)所生成的各個(gè)磁場(chǎng)分量之和的函數(shù)。每匝生成的磁場(chǎng)分量是每匝RF電流幅值的函數(shù)，而不同匝的RF電流幅值都不同，原因在于在RF源頻率下沿線圈有耗散、阻抗與傳輸線效應(yīng)。
對(duì)于Ogle在’458專利所揭示并作依據(jù)的螺旋設(shè)計(jì)，螺旋線圈中的RF電流分布成在近窗的等離子體部分形成一環(huán)形磁場(chǎng)區(qū)域，這是氣體吸收功率而將其激發(fā)為等離子體的地方。在1.0～10毫壬的低壓下，等離子體從環(huán)形區(qū)域的球形擴(kuò)散正好在工件上方產(chǎn)生基本上均勻的等離子體密度。在10～100毫壬的中壓下，等離子體密度容易在與線圈同軸的工件中心的上方達(dá)到最大。在100毫壬以上的高壓下，等離子體中電子、離子與中子的氣相碰撞削弱了等離子體帶電粒子在環(huán)形生成區(qū)域外面的擴(kuò)散。結(jié)果，與工件同軸且在其上方的環(huán)形區(qū)域內(nèi)有相對(duì)高的等離子體通量，但在中心與外圍工件部分上方的等離子體通量較低。
這些不同的工作條件在環(huán)形與其內(nèi)外部容積之間造成很大的等離子體通量(即等離子體密度)變化，導(dǎo)致入射工件的等離子體通量很不均勻的空間分布，因而容易造成不均勻的工件加工，即工件不同部分被蝕刻成不同的程度，而且/或者在其上淀積了不同的分子數(shù)量。
為改進(jìn)Ogle型線圈所產(chǎn)生的等離子體的均勻度，已設(shè)計(jì)出多種線圈，如參見以下美國(guó)專利Hama的5,589,737；Okumura等人的5,711,850；Hama等人的5,716,451；Gates的5,731,565；Holland等人的5,759,280；Qian等人的5,919,382；Holland等人的5,800,619；Gates的5,874,704；Holland等人的5,975,013；Holland等人的6,027,603；Khator等人的6,028,285；Gates的6,184,488；Holland等人的6,268,700；Ni等人的6,229,264；qian等人的6,297,468；Chen等人的6,164,241；和Holland等人的6,028,395。在眾多這些原有技術(shù)專利中，線圈包括多個(gè)在線圈的一對(duì)激發(fā)端子之間并聯(lián)的繞組。有些專利中的多個(gè)繞組經(jīng)交織，在各自位于線圈最里部分和最外部分的第一與第二激發(fā)端子之間基本上是徑向環(huán)形延伸的共平面螺線。
除了這些大量研究外，在線圈激發(fā)型真空等離子體處理室內(nèi)在工件上得到均勻的等離子體密度方面，改進(jìn)效果仍有可能。這些專利都未考慮過(guò)將線圈一部分發(fā)出的場(chǎng)隔離于(1)線圈其它部分發(fā)出的場(chǎng)，(2)各繞組最里面一匝內(nèi)的區(qū)域，或(3)各繞組最外匝外面的區(qū)域。在大多數(shù)這些多個(gè)繞組并聯(lián)在一對(duì)線圈激發(fā)端子之間的線圈中，配置情況是工作中心的等離子體密度明顯高于工件超出工作中心的部分的等離子體密度。雖然Holland等人在美國(guó)專利5,800,619和5,975,013中揭示了一種位于線圈中心的金屬盤，而線圈包括多個(gè)交織的基本上共平面平行的螺線繞組，但是該金屬盤的作用是使場(chǎng)與線圈其余部分隔離，而場(chǎng)與接在匹配網(wǎng)絡(luò)與線圈內(nèi)外部端子之間的導(dǎo)線中流動(dòng)的電流有關(guān)聯(lián)。
Okumura等人的美國(guó)專利5,558,722和5,711,850揭示的螺線線圈，包括多個(gè)等間距環(huán)形排列的螺線放電元件，使螺線繞組兩端接第一與第二環(huán)形線圈，環(huán)形線圈各自接高頻電源與地?！?22和’850專利也揭示了多螺線型線圈，包括接環(huán)形線圈的螺線放電線圈元件和從環(huán)形線圈向外連接的常規(guī)螺線線圈。顯然，螺線放電線圈元件內(nèi)部的公共端子接匹配網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)輸出端子，而常規(guī)螺線線圈的端部接地。在’722專利的另一配置中，有一個(gè)內(nèi)端接環(huán)形線圈的多螺線型線圈。常規(guī)螺線線圈從環(huán)形線圈向內(nèi)連接。顯然，常規(guī)螺線線圈在配置中心的端部接匹配網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)輸出端，而多螺線型線圈在配置外圍的端部接地?！?22專利不指出其環(huán)形線圈執(zhí)行任何屏蔽或場(chǎng)隔離功能。其實(shí)除了’722專利螺旋線圈配置的外面和中心以外，在螺線線圈配置的內(nèi)外也存在大量磁場(chǎng)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為真空等離子體處理器提供一種新穎而改進(jìn)的線圈。
本發(fā)明的另一目的是為真空等離子體處理器提供一種在一對(duì)線圈激發(fā)端子之間并聯(lián)了多個(gè)繞組的新穎而改進(jìn)的線圈，其中該線圈安排成一部分線圈發(fā)出的RF場(chǎng)基本上與線圈其它部分退耦和/或與線圈最里面和/或超出最外面部分內(nèi)的區(qū)域退耦。
本發(fā)明的又一目的是為真空等離子體處理器提供一種在一對(duì)線圈激發(fā)端子之間并聯(lián)了多個(gè)繞組的新穎而改進(jìn)的線圈，其中繞組匝安排成使與不同繞組部分耦合的磁場(chǎng)具有不同的磁通量密度，以便于提供密度相對(duì)均勻的工件加工等離子體。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是為真空等離子體處理器提供一種在一對(duì)線圈激發(fā)端子之間并聯(lián)了多個(gè)繞組的新穎而改進(jìn)的線圈，其中接繞組的電路元件使不同的繞組部分把不同磁通密度的磁場(chǎng)耦合至等離子體，以便于提供密度相對(duì)均勻的工件加工等離子體。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，等離子體處理器的線圈包括(1)接多個(gè)RF激發(fā)電路輸出端子的多個(gè)激發(fā)端子，(2)與線圈激發(fā)端子并聯(lián)的多個(gè)多匝繞組，其中各繞組通常以徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)部與外部之間延伸，和(3)阻抗元件，較佳為短路匝，用于基本上防止一段線圈中的磁場(chǎng)與另一區(qū)域耦合。
根據(jù)本發(fā)明不同的實(shí)施例，短路匝位于線圈最里面部分之內(nèi)，或在線圈最外面部分之外，或在線圈內(nèi)外部之間。短路匝能與接線圈激發(fā)端子的線圈繞組作電阻連接，或可以浮置，即只與線圈其它部分作電抗耦合。當(dāng)短路匝接線圈時(shí)，它就接包含在線圈里的類似的交織繞組部分。把短路匝接線圈最里面的匝，明顯減少了線圈最里面匝內(nèi)的放電傾向。RF激發(fā)電路導(dǎo)出的短路匝對(duì)RF的RF阻抗，較佳地使RF電壓在各繞組與該匝相接的各相似部分基本上相同。
本發(fā)明另一個(gè)方面涉及一等離子體處理器，包括(1)第一與第二激發(fā)端子，用于連接RF激發(fā)電路相對(duì)的第一與第二端子，和(2)并聯(lián)在第一與第二激發(fā)端子之間的多個(gè)多匝繞組，其中各繞組通常以徑向環(huán)形方向在線圈的內(nèi)外部之間延伸，繞組接近和位于線圈外圍部分的鄰匝間的間距小于繞組接近和位于線圈內(nèi)部部分的鄰匝間的間距。這種配置減小了室中心加工工件處的磁通量和等離子體密度。
Holland等人的美國(guó)專利6,028,395和6,268,700揭示的等離子體處理器線圈，在激發(fā)端子之間并聯(lián)了多個(gè)螺旋狀繞組，其中繞組在線圈的不同部分有不同的節(jié)距。然而，Holland等人這些專利中的線圈未涉及線圈與工件中的過(guò)量的磁通和等離子體通量，而且情況正相反，即這些專利中的線圈被設(shè)計(jì)成磁通與等離子體通量在線圈與工件中心增大了。在這些專利中，繞組在線圈這些部分的節(jié)距比繞組在線圈外圍部分的節(jié)距更緊密。
本發(fā)明又一個(gè)方面涉及一種等離子體處理器線圈，包括(1)第一與第二激發(fā)端子，用于連接RF激發(fā)電路相對(duì)的第一與第二端子，(2)并聯(lián)在第一與第二激發(fā)端子之間的多個(gè)多匝繞組，其中各繞組通常以往向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部之間延伸，和(3)各自在每個(gè)繞組上接一對(duì)點(diǎn)的分離電路元件，其中分離電路元件是某一類型，其值與連接使在同一繞組不同部分中流動(dòng)的電流不同。各電路元件通常含一電容器，跨過(guò)各繞組最里面的點(diǎn)與各繞組上中點(diǎn)而分流連接。
本人還知道Gates的美國(guó)專利5,731,565揭示了一種具有多匝單繞組的線圈，其中單繞組的內(nèi)匝被可調(diào)電容器分路，該電容器減少了會(huì)流通內(nèi)匝的電流。改變電容器值可改變流通內(nèi)匝的電流，從而改變等離子體在線圈內(nèi)匝下面室區(qū)域中的生成速率。但因’565專利的結(jié)構(gòu)只有單個(gè)繞組，故等離子體密度均勻度明顯不如與并聯(lián)在線圈激發(fā)端子間的多個(gè)繞組相接的電路元件所達(dá)到的均勻度。此外，在多繞組線圈一個(gè)以上繞組之間連接電路元件如電容器，優(yōu)點(diǎn)是能更好地控制線圈提供的磁通量與等離子體的空間關(guān)系，因而能更好地控制等離子體密度相對(duì)工件的空間關(guān)系。例如，連接各繞組上相應(yīng)對(duì)稱點(diǎn)之間的電路元件，能造成磁通對(duì)稱的變化。然而，若某種特定情況確定為不對(duì)稱的磁通關(guān)系，則可把與不同繞組關(guān)聯(lián)的電路元件接至相互具有不同空間關(guān)系的不同繞組上的諸點(diǎn)。
本發(fā)明還有一個(gè)方面涉及一種多個(gè)多匝螺旋狀繞組與第一和第二線圈激發(fā)端子并聯(lián)的等離子體處理器線圈，其中各繞組的匝通常精密地以徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，而且至少一個(gè)繞組有多種節(jié)距。在特定的第一與第二實(shí)施例中線圈內(nèi)部分的節(jié)距超出線圈外部分的節(jié)距，反之亦然。較佳地，多匝繞組被交織，而各繞組包括多個(gè)近似呈阿基米德螺旋的鄰接部分，該螺旋具有(1)不同的節(jié)距，(2)配置幾乎相同，和(3)與線圈中心點(diǎn)對(duì)稱，也能把不同節(jié)距的阿基米德螺旋引入只有一個(gè)繞組的線圈。
在諸較佳實(shí)施例中，阿基米德螺旋的第一與第二部分各自大體上以極坐標(biāo)表示，對(duì)θ1到略小于θ2角度的θ，R＝K1θ，對(duì)于略大于θ2的θ到等于θ3的θ，其中R是繞組離線圈中心的徑向距離，θ是繞組的角度(弧度)，K1≠K2，在略小于θ2的角度與略大于θ2的角度之間的R使第一與第二部分在θ2的斜率相同，θ1是繞組上小于θ2的一點(diǎn)，通常接近繞組中心，θ3是繞組上大于θ2的一點(diǎn)，通常遠(yuǎn)離繞組中心。
通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)若干特定實(shí)施例所作的詳述，本發(fā)明以上和其它目的、特征與優(yōu)點(diǎn)就更清楚了。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是包括本發(fā)明較佳實(shí)施例的線圈的真空等離子體處理器示意圖；圖2包括本發(fā)明線圈第一實(shí)施例的俯視圖，其中線圈包括與其最內(nèi)匝電阻連接的短路匝；
圖3包括本發(fā)明線圈第二實(shí)施例的俯視圖，其中線圈包括螺旋繞組，匝沿繞組長(zhǎng)度在不同部分有不同節(jié)距；圖4是包括圖3線圈的線圈組件的透視圖，圖5包括圖3線圈修正的底視圖，其中線圈包括中間匝與外圍短路匝；圖6是圖5線圈中心部分放大的底視圖；圖7是圖2線圈組合一對(duì)對(duì)稱排列的電容器的俯視圖；圖8包括本發(fā)明線圈另一實(shí)施例的俯視圖，其中線圈包括只與線圈繞組最內(nèi)匝電抗耦合的短路匝；和圖9是本發(fā)明線圈另一實(shí)施例的俯視圖。
附圖的詳細(xì)描述圖1的工件處理器包括真空等離子體處理室組件10；驅(qū)動(dòng)線圈的激發(fā)電路12，用于把室組件10里的氣體激發(fā)到等離子體態(tài)；第二電路14，用于對(duì)室組件10里的工件保持具加RF偏壓；和為與室組件10關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)對(duì)傳感器作出響應(yīng)的控制器機(jī)構(gòu)16，用于對(duì)影響室組件10內(nèi)的等離子體的裝置導(dǎo)出控制信號(hào)?？刂破?6包括微處理器20，響應(yīng)于與室10和電路12與14關(guān)聯(lián)的各種傳感器以及來(lái)自操作員輸入22的信號(hào)，操作員輸入22例如可以是鍵盤的形式。微處理器20耦合至存儲(chǔ)系統(tǒng)24，后者包括硬盤26。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)28和只讀存儲(chǔ)器(RAM)30。微處理器20響應(yīng)于對(duì)它施加的各種信號(hào)而驅(qū)動(dòng)顯示器32，后者可以是一般的計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。
硬盤26和ROM存貯了控制微處理器20操作的程序和與在室10內(nèi)不同的處理方法關(guān)聯(lián)的預(yù)置數(shù)據(jù)。不同的方法尤其涉及在不同處理期間應(yīng)用于室組件10的氣體種類預(yù)流速、包含在電路12和14里的RF源輸出功率、應(yīng)用于室10內(nèi)部的真空度以及包括在電路12和14的匹配網(wǎng)絡(luò)中的初始可變電抗值。
處理工件54的等離子體室組件10包括室40，而室40具有金屬非磁性圓柱側(cè)壁42、在壁42上方延伸的非磁性金屬屏蔽環(huán)43和金屬非磁性底板44，所有這些都電氣接地。介質(zhì)(一般為石英)窗46固定位于壁42頂緣與環(huán)43之間。利用合適的密封墊把壁42。板44和窗46相互接牢，使室40內(nèi)部能建立真空。線圈組件包括一平臺(tái)等離子體激發(fā)線圈，后者含多個(gè)交織的并聯(lián)的螺旋繞組。組件48的線圈有點(diǎn)接近或位于窗46的上表面，即室40的外面。線圈46向室內(nèi)部感應(yīng)地提供磁場(chǎng)與電場(chǎng)，把室內(nèi)氣體激發(fā)為等離子體，圖1以標(biāo)號(hào)50示意示出。
底板44上表面裝有工件54夾具52，組件線圈48諸實(shí)施例的工件通常為圓形半導(dǎo)體晶片。對(duì)其它線圈配置，工件54可以是諸如平板顯示器里使用的矩形介質(zhì)或金屬板。工件夾52通常包括一金屬板電極56，該電極56載有介質(zhì)層58并位于介質(zhì)層60上，介質(zhì)層60由基板44上表面承載。工件運(yùn)送機(jī)構(gòu)(未示出)將工件54置于介質(zhì)層58上表面。通過(guò)管道64和電極56里的槽(未示出)把氮從合適的源62供至介質(zhì)層58下面，使工件54冷卻。工件54裝上介質(zhì)層58后，直流源通過(guò)開關(guān)(未示出)向電極56提供合適的電壓，把工件54夾緊具即夾頭52。
待工件54緊固在夾頭52上后，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)源68的一種或多種可電離氣體管道70與側(cè)壁42的端口72流入室40內(nèi)部。為簡(jiǎn)便起見，圖1只包括一個(gè)氣源68。經(jīng)管道84接至40基板44端口82的真空泵80，把室內(nèi)部抽空至合適的壓力，通常為0.1～1000毫壬。
驅(qū)動(dòng)線圈48的激發(fā)電路12包括RF源100，頻率范圍較佳地為2～4MHZ。源100的頻率和線圈繞組48的長(zhǎng)度較佳地使各繞組的長(zhǎng)度小于源波長(zhǎng)的約1/8，因而繞組中無(wú)明顯的傳輸線效應(yīng)。沿各繞組跨接的電壓大體上呈線性變化。源100驅(qū)動(dòng)可變?cè)鲆婀β史糯笃?02，后者的功率輸出一般為100～300瓦。在一實(shí)施方案中，放大器102的輸出阻抗通常為50歐姆，系純電阻，無(wú)電抗。這里一般將回看放大器102輸出的阻抗表示為(50+jo)歐姆。
對(duì)于任一具體方法，存儲(chǔ)系統(tǒng)24都對(duì)放大器112期望的輸出功率存貯了一個(gè)信號(hào)，并利用微處理器20將該信號(hào)供給該放大器。放大器102的輸出功率可按存貯在存儲(chǔ)系統(tǒng)24里的信號(hào)以開環(huán)方式控制，或以閉環(huán)反饋方法控制。
放大器102的輸出功率一般經(jīng)電纜106和匹配網(wǎng)絡(luò)108驅(qū)動(dòng)組件48的線圈。匹配網(wǎng)絡(luò)108較佳地具有“T“結(jié)構(gòu)，包括兩條各自會(huì)可變電容器112與116的串聯(lián)支路和含固定電容器114的分流支路。線圈組件48的輸入與輸出端子122與124各自接電容器112的一根電極和可變串聯(lián)電容器126的第一電極，電容器126的第二電極接地?？梢岳斫?，端子124還能直接接地，或者端子122與124由變壓器次級(jí)繞組驅(qū)動(dòng)，變壓器的初級(jí)繞組由匹配網(wǎng)絡(luò)108驅(qū)動(dòng)。應(yīng)該理解，線圈可利用可能含或可能不含普通匹配網(wǎng)絡(luò)的其它結(jié)構(gòu)介質(zhì)RF源。
線圈48的并聯(lián)繞組由流過(guò)端子122與124的電流驅(qū)動(dòng)。繞組的RF阻抗較佳地精密相同，使流過(guò)端子122與124的電流等分入不同繞組?？刂破?4各自接成監(jiān)視端子122與124上RF電壓的電壓探針127與128導(dǎo)出的信號(hào)作出響應(yīng)，以控制步進(jìn)電機(jī)129改變電容器126的電容，因而在平衡操作模式中，端子122與124上的RF電壓基本上為同幅值，但極性相反。
電機(jī)118和120(較佳為步進(jìn)型)響應(yīng)于來(lái)自微處理器20的信號(hào)，以相對(duì)小的增量控制電容器112與116的值，以在從放大器102輸出端看入電纜106和從電纜106看入放大器102輸出端的阻抗之間保持阻抗匹配。
經(jīng)電極56對(duì)工件54加RF偏壓的電路14，結(jié)構(gòu)類似于圖12。電路14包括RF130，一般有恒定的頻率。如400KHZ、2.0MHZ或13.56MHZ。源130的恒頻輸出驅(qū)動(dòng)可變?cè)鲆婀β史糯笃?32，后者又驅(qū)動(dòng)包括電纜136與匹配網(wǎng)絡(luò)138的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。電機(jī)148和150按來(lái)自微處理器20的信號(hào)分別改變匹配電路電容器142與146的值。
利用使匹配網(wǎng)絡(luò)138與直流66夾緊電壓隔離的串耦電容器154，匹配網(wǎng)絡(luò)138輸出端152向電極56提供RF偏壓。電路14加給電極56的RF能量，經(jīng)介質(zhì)層58、工件54和工件與等離子體之間的等離子體屏板而容性耦合至一部分緊靠教徒52的等離子體。RF能量夾頭52與等離子體50耦合，在等離子體中建立直流偏壓；該直流偏壓值通常為-50～-1000伏。由電路14向電極52施加RF能量而造成的該直流偏壓，使等離子體50中的離子向工件54加速。
微處理器20響應(yīng)于包含在傳感器134中的電路(未示出)所導(dǎo)出的信號(hào)，控制電機(jī)148與150和電容器142與146的值，方法類似于前述對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)108的電容器112與116的控制。因此，包含在傳感器134里的該電路所導(dǎo)出的信號(hào)，表示電纜136發(fā)射回放大器132輸出端的電流與電壓以及被發(fā)射電壓與電流間的相角。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其中線圈組件48被示成包括線圈170，包含共面交織的多匝螺旋形非磁性金屬(如銅)繞組172與174，它們與線圈中心點(diǎn)176對(duì)稱排列，繞組172與174最里面的點(diǎn)178與180各自與中心點(diǎn)176隔開一距離R1，徑向相對(duì)。繞組172與174最外面的點(diǎn)182與184各自與中心點(diǎn)176隔開一距離R1，徑向相對(duì)，使點(diǎn)178、180、182與184位于與中心點(diǎn)176相交的公共線上。繞組172與174都是六匝恒節(jié)距阿基米德螺旋，在極坐標(biāo)中以公式r＝R1+aθ表示，其中r是任一螺旋上任一點(diǎn)與中心點(diǎn)176的距離，a是與螺旋相關(guān)的常量，θ是各螺旋最里面的點(diǎn)繞該特定螺旋的角度(弧度)；對(duì)六匝螺旋的每一個(gè)，θ為0～12π弧度。因a對(duì)沿繞組172與174的所有點(diǎn)都相同，故(1)繞組172鄰匝間的徑向距離都一樣，即常量，(2)繞組174鄰匝間的徑向距離不變，而(3)繞組172與174鄰匝間的徑向距離不變，且等于繞組172或174鄰匝間的徑向距離的一半。
繞組172與174的長(zhǎng)度較佳地相對(duì)于恒頻RF源100的補(bǔ)償都短，如不大于波長(zhǎng)1/8，使繞組172與174內(nèi)無(wú)明顯的傳輸線效應(yīng)，導(dǎo)致沿繞組172與174長(zhǎng)度基本上線性的RF電流與電壓變化。因此各繞組172與174的等效電路是集總電感器與電阻器的串聯(lián)組合，不是由分布參數(shù)電感器、電容器與電阻器構(gòu)成的若干節(jié)。其原因在于源100的頻率相對(duì)低，如在2～4MHZ范圍內(nèi)，即使各繞組172與174的長(zhǎng)度通常約π(R0+R1)N，其中N(各繞組匝數(shù))為6，各繞組172與174的R0與R1分別是2與8英寸。
線圈170較佳地還包括一個(gè)圓形非磁性高導(dǎo)電率金屬(如銅)RF短路匝或環(huán)186，在圖2實(shí)施例中，它(1)基本上與繞組172和174共面，(2)與中心點(diǎn)176同軸，(3)半徑為R0，而且(4)與繞組172和174最里面的點(diǎn)電阻連接。短路匝186(可視作電路元件)的RF阻抗幾乎可忽略，即RF阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于繞組172與174幾乎一樣的RF阻抗。把該短路匝安排成(1)使其截面的軸承等于或大于繞組172與174截面的周長(zhǎng)，而且(2)使其長(zhǎng)度明顯短于繞組172與174基本上一樣的長(zhǎng)度，可得到這種結(jié)果。
匝186包括端子188與190，分別與繞組172和174最里面的點(diǎn)178與180即類似或相應(yīng)于繞組172和174空間的部分重合和電阻連接。等長(zhǎng)非磁性金屬(如銅)短柱192和194把端子188與190電氣連接端子122，再接匹配網(wǎng)絡(luò)108不接地的輸出端，而該輸出端因通過(guò)放大器102、電纜106和傳感器104耦合匹配網(wǎng)絡(luò)，故響應(yīng)于源100的RF輸出，因此，短柱192和194向端子188與與190同時(shí)提供瞬時(shí)幅值與相位相同的RF電壓與電流。RF激發(fā)電路導(dǎo)出短路匝對(duì)RF的RF阻抗，使RF壓在各所述繞組的相應(yīng)角度幾乎相同。換言之，繞組172在偏離端子188θa角點(diǎn)上的瞬時(shí)RF電壓與電流同繞組174在偏離端子190θa角點(diǎn)上的RF與電流相同。通過(guò)建立一地平經(jīng)度等電位區(qū)(即等電位RF環(huán))和盡量減小匝186內(nèi)該區(qū)里的磁通感應(yīng)，短路匝186有助于減少對(duì)靠近線圈中心即匝186內(nèi)的結(jié)構(gòu)起弧。
端子188和190加到繞組172與174的電流，從繞組最里點(diǎn)178與180到繞組最外點(diǎn)182與184流過(guò)該繞組。響應(yīng)于繞組172與174里流動(dòng)的電流，在包括繞組各匝的區(qū)域內(nèi)感應(yīng)出磁場(chǎng)，該感應(yīng)磁場(chǎng)耦合至室40內(nèi)的氣體而激發(fā)等離子體50。因沿繞組172和174長(zhǎng)度的電壓變化相對(duì)低，故繞組鄰匝間的電壓差不大，從繞組耦合至室40內(nèi)氣體的電場(chǎng)相對(duì)低。需要的話，引用平行于窗46平面的浮置或接地的靜電(即法拉第)屏，可進(jìn)一步抑制這種電場(chǎng)分量。
因短柱192和194對(duì)端子188與190同時(shí)提供幅值與相位一樣的RF電壓與電流，而且短路匝186的RF阻抗幾乎可以忽略不計(jì)，故由流入繞組172與174的電流造成的RF磁場(chǎng)基本上與短路匝186內(nèi)的該區(qū)域退耦。因此，基本上克服了螺旋繞組中心內(nèi)磁通量高的傾向，在圓形工件54(其中心點(diǎn)在處理期間與線圈中心點(diǎn)176對(duì)準(zhǔn))上形成幾乎均勻的等離子體通量。
繞組172和174的最外部182與184分別與端子196和198重合連接。等長(zhǎng)度金屬短柱200和202把端子196與198接至端子124，后者又接至可變電容器126的不接地電極，電容器另一電極接地，即接參考電位。電極127(圖1)調(diào)節(jié)電容器126的值，使端子122和124上相對(duì)低的電壓保持大體上相同，幫助源100的頻率與源驅(qū)動(dòng)的負(fù)載諧振。因(1)短柱192、194、200與202為等長(zhǎng)，(2)繞組172和174為等長(zhǎng)，而且(3)繞組172和174相互對(duì)稱(即是延伸通過(guò)繞組172與174平面內(nèi)中心點(diǎn)176的任一線條的鏡像)，故繞組172與174相應(yīng)點(diǎn)(即繞組172和174上離端子178和180同樣距離的點(diǎn))上的電壓與電流同時(shí)具有相同的幅值與相位略差一點(diǎn)。因此，明顯減少了繞組172和174的區(qū)間起弧。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3包括線圈組件48線圈第二實(shí)施例的俯視圖。圖3所示線圈210包括共面交織的多匝螺旋非磁性金屬繞組212與214，它們與線圈中心點(diǎn)216對(duì)稱。繞組212與214的最里點(diǎn)218和220同中心點(diǎn)216點(diǎn)隔開距離R0，而且完全相反。繞組212和214的最外點(diǎn)222和224同中心點(diǎn)216各自隔開距離R1，而且完全相反，使點(diǎn)216、218、220、222與224位于同中心點(diǎn)216相交的公共線上(在諸實(shí)施例中，圖2和3的線圈的R0與R1相同)。線圈210還包括非磁性金屬短路環(huán)225，其構(gòu)成、屬性和功能基本上與圖2的金屬短路環(huán)186一樣，并與繞組212和214的最里點(diǎn)222和224電阻連接。
繞組212和214各包括兩個(gè)鄰接的內(nèi)外部分，各內(nèi)外部分都是一種多匝恒節(jié)距阿基米德螺旋。繞組212的內(nèi)部分包括兩個(gè)匝226與228，繞組214的內(nèi)部分包括兩個(gè)匝230與232。繞組212的外部分包括四個(gè)匝234、236、238與240，繞組214的外部分包括四個(gè)匝234、236、238與240，繞組214的外部分包括四個(gè)匝242、244、246、248、250。
各繞組212和214的螺旋大體上可用極坐標(biāo)表示，對(duì)于在0與略小于4π弧度角之間的θ，為r＝R0+bθ，對(duì)于在略大于4π與12π弧度之間的θ，為r＝r0+cθ；其中是任一螺旋是能夠任一點(diǎn)與中心點(diǎn)216的距離，b是與繞組212和214各自內(nèi)部分中螺旋(即從θ＝0到略小于4π弧度角)的節(jié)距相關(guān)的常量，c是與各繞組212和214外部分中螺旋(即從值略大于4π的θ到θ＝12π弧度)的節(jié)距相關(guān)的常量，而θ是與各螺旋繞該特定螺旋的最里點(diǎn)的角度(弧度)；對(duì)繞組212和214各六個(gè)匝螺旋，0≤θ≤12π弧度。因匝226～232的節(jié)距大于匝234～250的節(jié)距，故b值超過(guò)c值，因此鄰匝226～232的徑向距離相同，且大于鄰匝234～250同樣的徑向間距。
在繞組內(nèi)外部分之出現(xiàn)過(guò)渡即θ略小于4π與略大于4π的區(qū)域內(nèi)，繞組212和214的形狀偏離公式給出的基本阿基米德螺旋關(guān)系，使鄰接繞組部分在θ＝4π處的斜率相同，結(jié)果從匝228到匝234有一不垂直的平滑過(guò)渡，從匝230到匝242有一不彎曲的平滑過(guò)渡。平滑過(guò)渡有助于減少繞組匝間起弧的可能性。
各繞組212和214的長(zhǎng)度相對(duì)于恒頻RF源100的波長(zhǎng)最好為短，如不超過(guò)源波長(zhǎng)1/8，使繞組212和214中不存在明顯的傳輸線效應(yīng)，造成沿繞組212和214長(zhǎng)度基本上線性的電流與電壓變化。即使各繞組172和174的R0與R1值通常分別為2和8英寸，但因源100的頻率相對(duì)低，如2`4MHZ，仍會(huì)得出這一結(jié)果。
由于相鄰成對(duì)的匝226～232相互隔開的距離大于相鄰成對(duì)的匝234～250的間距，而且流入繞組212和214的瞬時(shí)電流在整個(gè)繞組中基本上一樣，所以與室40的中間與外圍部分耦合的匝234～250的磁通密度大于與室內(nèi)部耦合的匝226～232的磁道密度。因此，繞組212和214內(nèi)外部分不同的節(jié)距，有助于克服室40中心的磁通密度與等離子體密度超過(guò)室40中間與外部分發(fā)磁通密度與等離子體密度的傾向。為此，不同的節(jié)距與短路環(huán)225的組合極其有效。
繞組212的最里面和最外面218分別同端子252與254重合且電阻連接，而繞組214的最里和最外點(diǎn)220與224同端子256與258重合且電阻連接。端子252和256分別接等長(zhǎng)的短柱192與194，后者有一對(duì)端子124的公共接線，再利用電容器126或經(jīng)直接連線接地。端子254和258分別接等長(zhǎng)的短柱200與202，后者對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)108不接地的輸出處的端子122有一公共接線。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，這是含圖3線圈210的線圈組件48的透視圖。線圈組件48包括一個(gè)基本上呈平面水平壓不說(shuō)電氣絕緣的非磁性(如聚炭酸酯)支承結(jié)構(gòu)260，包含臂261～264。臂261～264相互呈直角伸展，包括使匝226～250保持就位的固定式下懸桿266，因而匝低緣略高于窗46上表面。支承結(jié)構(gòu)260的臂261～264相對(duì)支承結(jié)構(gòu)中心呈對(duì)稱排列，而該中心與線圈210中心點(diǎn)216垂向?qū)?zhǔn)。底座268從臂261～264外端下懸，包括壓在與室40的壁43連接的水平延伸法蘭(未示出)上的底腳270，對(duì)線圈組件48提供穩(wěn)定的支承。
支承結(jié)構(gòu)260的內(nèi)部分載有短柱192與194，短柱形成為等長(zhǎng)的非磁性金屬(如銅)柱，與支承結(jié)構(gòu)機(jī)械連接，而且(1)向下延伸通過(guò)支承結(jié)構(gòu)，與端子252和256有電氣與機(jī)械連接，(2)從支承結(jié)構(gòu)向上延伸。柱形成短柱192和194與支承結(jié)構(gòu)中心等間距，并與臂262和264對(duì)準(zhǔn)。
基本上平面水平延伸的非磁性金屬耳272以電氣與機(jī)械方法把柱形成短柱192與194的上端連接在一起。耳272的中心部分朝臂263端部延伸而離開支承結(jié)構(gòu)260的中心，還包括下懸接片274，用于形成連接電容器126不接地電極的端子124。構(gòu)成的耳272和柱形成短柱192與194，使端子124與252之間通過(guò)與柱形成短柱192的距離等于端子124與256之間通過(guò)耳與柱形成短柱194的距離。這一結(jié)構(gòu)有助于使端子252和256的電壓與電電流同時(shí)具有相同的瞬時(shí)值與相位。
臂262和264的外部分載有短柱200與202，短柱形成為等長(zhǎng)金屬柱，與支承結(jié)構(gòu)260機(jī)械連接，而且(1)向下延伸通過(guò)臂，與端子254和258連接，和(2)從臂向上延伸。柱形成短柱200和202同支承結(jié)構(gòu)中心等間隔并相互對(duì)準(zhǔn)，還與柱形成短柱192和194對(duì)準(zhǔn)。
非磁性金屬(如銅)分支276以電氣與機(jī)械方法把柱形成短柱200與202的上端連接在一起。分支276包括兩個(gè)外部分278與280、兩個(gè)上斜部分282和中心水平延伸部分284，從而部分278～284與室垂直軸對(duì)稱。分支部分278和280的外端分別與柱形成短柱200與202上端機(jī)械和電氣連接。形成端子122的接片286，從分支276水平延伸部分284的中間向上延伸。如此構(gòu)成分支276和柱形成短柱200與202，使端子122與254通過(guò)分支和柱形成短柱200之間的距離等于端子122與258通過(guò)分支和柱形成短柱202之間的距離。這種結(jié)構(gòu)有助于使端子254和258上的電壓與電流同時(shí)有一樣的瞬時(shí)值與相位。
柱形成短柱192和194明顯短于柱形成短柱200與202，使耳272比分支276任何部分位于更接近線圈210頂緣平面的平面。因此，接片274與286和端子122與124明顯分開，即使接片通常對(duì)準(zhǔn)支承結(jié)構(gòu)260的中心部分。前述的接片274和286的定位與位置，有助于防止端子122與124的電壓與電流交叉耦合。由于柱形成短柱192、194、200與202垂向(即直角)延伸至大體上線圈210中電流流動(dòng)的水平方向，故電流在柱中流動(dòng)引起的磁通基本上與電流在線圈中流動(dòng)所造成的磁通退耦。
應(yīng)該理解，支承結(jié)構(gòu)260和有關(guān)結(jié)構(gòu)，諸如圖4所示的柱形成短柱192、194、200與202及耳272和分支276，或極類似于圖4的結(jié)構(gòu)較佳地接合圖2和5～9諸實(shí)施例所示線圈一起應(yīng)用，而且圖4的結(jié)構(gòu)并不限于圖3的線圈210。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖示為線圈290的底視圖，線圈290是圖3中線圈210的修正型。因線圈290包括所有與線圈210一樣的部件，故在兩線圈的圖中和描述中使用同樣的標(biāo)號(hào)。
線圈290與線圈210不同，因?yàn)榫€圈290分別包括中間和外圍的非磁性金屬短路匝或短路環(huán)292與294(可視為電路元件)。短路匝292定位構(gòu)成后，與線圈290其余部分電阻連接，使短路匝292內(nèi)被線圈耦合至室40部分的RF磁場(chǎng)基本上與短路匝292外面被線圈耦合至室40部分的RF磁場(chǎng)相隔離。短路匝294定位構(gòu)成后，與線圈290其余部分連接，使線圈耦合到室40的RF磁場(chǎng)與超過(guò)室40周邊的區(qū)域被退耦到很大程度，以增強(qiáng)屏43的屏蔽作用。
為提供所述的磁場(chǎng)退耦作用，匝292和294位于線圈290其余部分的底緣與介質(zhì)窗46上表面之間。在一結(jié)構(gòu)中，匝292和294在線圈290其余部分與窗46之間位于基本上水平的平面內(nèi)，此時(shí)，短路匝292和294(1)利用一對(duì)垂向延伸的非磁性金屬接線柱(未示出)與線圈290其余部分電阻連接，而且(2)通過(guò)金屬接線柱和垂向延伸的電氣絕緣接線柱(未示出)與線圈290其余部分機(jī)械連接；這些金屬和絕緣接線柱為等長(zhǎng)度。
或者，通過(guò)例如用焊料與線圈螺旋繞組底面上一對(duì)徑向相對(duì)的點(diǎn)作金屬接合的短路匝頂面，將短路匝292和294與線圈290其余部分電阻連接。此時(shí)，在電氣連接的點(diǎn)上，短路匝292和294與線圈290螺旋繞組212和214之間有相對(duì)平滑的過(guò)渡。為達(dá)到平滑過(guò)渡，在短路匝292和294與平面水平延伸的螺旋繞組212和214之間沿垂直方向有不同的間距，這是用不同長(zhǎng)度垂向延伸的絕緣接線柱(未示出)把短路匝機(jī)械連接到螺旋繞組而得到的結(jié)果。
基本上水平面的定位匝292與294具有機(jī)械上簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。匝292與294較佳地平行于或處于窗46的平面，以避免(1)線圈耦合至等離子體50的磁場(chǎng)和(2)等離子體密度的平經(jīng)不對(duì)稱。
短路匝292成形為中心與線圈290中心點(diǎn)216重合的圓環(huán)，如圖6詳細(xì)示出的那樣，圖6是線圈290內(nèi)部放大的底視圖，匝292的半徑使圓形短路匝與繞組212和214的螺旋匝228與232分別重疊。
在螺旋匝228和232上具有同樣瞬時(shí)電壓與電流幅值與相位的點(diǎn)296和298上，短路匝292與螺旋匝228和232電阻連接(如前討論)，這些點(diǎn)位于線圈290繞組212與214類似的空間部分。短路匝292與螺旋匝228和232之間的連接點(diǎn)296與298相互徑向相反。在圖5和6的具體線圈290中，短路匝292與螺旋匝228的連接點(diǎn)296與繞組212最里點(diǎn)218的夾角為7/2π弧度，而短路匝292與螺旋匝232的連接點(diǎn)298與繞組214最里點(diǎn)220的夾角也為7/2π弧度。
短路匝292的RF阻抗可忽略不計(jì)，即通過(guò)較佳地運(yùn)用截面的周長(zhǎng)等于或大于繞組212和214截面周長(zhǎng)(如二倍大)而長(zhǎng)度明顯短于各繞組212和214基本上同樣長(zhǎng)度的短路匝，RF阻抗就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于繞組212和214的基本上同樣的RF阻抗。由于點(diǎn)296和298的電阻連接向點(diǎn)296和298同時(shí)提供瞬時(shí)幅值與相位一樣的RF電壓與電流，而且短路匝292的RF阻抗實(shí)際上可略而不計(jì)，所以從短路匝292內(nèi)的該區(qū)域到短路匝外面的區(qū)域，由RF電流流入繞組212和214造成的RF磁場(chǎng)明顯退耦，反之亦然。因此，進(jìn)一步減小了螺旋繞組212和214和心高磁通的傾向，更有助于對(duì)圓形工件54提供幾乎均勻的等離子體通量。應(yīng)該理解，希望的話，為了改變從線圈不同區(qū)域到室40內(nèi)部的磁耦合，可將類似于短路匝292的中間短路匝置于任一期望的合適位置。
把短路匝294成形為圓環(huán)，其中心與線圈290的中心點(diǎn)216重合，半徑略超出繞組212和214最外點(diǎn)222與224同中心點(diǎn)的距離。短路匝294徑向相反的點(diǎn)與徑向相反的最外點(diǎn)222與224電氣連接(即類似于線圈290繞組212與214的空間部分)，使繞組212和214提供給匝294連接點(diǎn)的電壓與電流具有同樣的瞬時(shí)幅值與相位。運(yùn)用截面的周長(zhǎng)等于或大于繞組212和214截面周長(zhǎng)(如二倍)而長(zhǎng)度明顯短于各繞組212和214長(zhǎng)度的短路匝，短路匝294的RF阻抗也幾乎可忽略。由于點(diǎn)222和224的連接向點(diǎn)222和224同時(shí)提供瞬時(shí)幅值與相位一樣的RF電壓與電流，而且短路匝294的RF阻抗幾可忽略，所以電流從短路匝294外面區(qū)域流入繞組212與214而造成的RF磁場(chǎng)明顯退耦。
雖然線圈290被圖示成包括三個(gè)短路匝225、292與294，但應(yīng)理解，在某些情況下，可能希望在特定線圈中只使用一二個(gè)或三個(gè)以上短路匝。另在某些場(chǎng)合中，可能希望短路匝的配置非圓形，例如希望應(yīng)用橢圓形短路匝，或者成形為方形或矩形或任意形狀的短路匝，有選擇地連接線圈不同繞組上同時(shí)具有相同瞬時(shí)幅值與相位的電壓與電流的點(diǎn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，其中圖2的線圈170被改成包括等值的電路元件，較佳地是電容器300和302。電容器300和302使線圈170(其匝172和174在線圈整個(gè)長(zhǎng)度具有同樣的節(jié)距)對(duì)室40耦合的磁場(chǎng)，類似于具有不同節(jié)距的匝212與214的線圈210耦合至室10的磁場(chǎng)。通常，電容器300和302相應(yīng)的電極被接至匝172和174上相應(yīng)的等電位點(diǎn)，使對(duì)稱場(chǎng)從圖7的線圈耦合至等離子體50。在圖7的特定配置中，電容器300的一根電極接至螺旋繞組172開始處的點(diǎn)304，即θ＝0弧度，而電容器302的一根電極接至螺旋繞組174開始處的點(diǎn)306，而且θ＝0弧度，點(diǎn)304和306相對(duì)線圈170中心點(diǎn)176相互徑向相反。電容器300的第二電極接至繞組172第二匝開始處的點(diǎn)308，即θ＝2π弧度，而電容器302的第二電極接至繞組174第二匝開始處的點(diǎn)310，即θ＝2π弧度。點(diǎn)308和310相對(duì)于線圈中心點(diǎn)176相互徑向相反。應(yīng)該理解(1)電容器300和302的第二電極可以分別接至繞組174和172上相應(yīng)的點(diǎn)，(2)電容器300和302的第一電極可接至繞組172和174不是θ＝0的點(diǎn)，而且(3)若希望不對(duì)稱場(chǎng)從線圈耦合到等離子體50，例如因?yàn)檫@類場(chǎng)有助于對(duì)工件54提供更均勻的等離子體通量，則不必將電容器的電極接繞組172和174上相應(yīng)的點(diǎn)。
電容器300和302分流某些會(huì)流多各繞組172與174第一匝的電流，并將這些電流耦合到繞組的其余匝。電容器300和302的電極相對(duì)于線圈中心點(diǎn)176的對(duì)稱位置，以及電容器的等值和繞組第一匝的等阻抗，使接近等量的電流流入繞組172和174的第一匝，因此這些第一匝把基本上等量的磁通耦合至室40。電容器300和繞組172第一匝耦合到繞組172其余匝的電流之和，基本上等于電容器302和繞組174第一匝提供繞組174其余匝的電流之和。由于電容器300和302第二電極與繞組172和174第二匝開始的對(duì)稱連接，而且繞組其余匝的等抗組，所以同量的電流流入繞組172和174的其余匝，。因此圖7的線圈由各繞組172和174第一砸耦合到室40的磁通，相對(duì)于圖2的線圈由各繞組172和174第一匝耦合的磁通被減少了，提供的磁通圖案類似于圖3線圈提供的磁通圖案。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，圖示為類似于圖2線圈的線圈171的俯視圖。圖8的線圈包括中央圓環(huán)形的非磁性金屬短路匝173，它與中心點(diǎn)176同軸，與線圈171其余部分只是電抗耦合，即短路匝173與任一繞組172和174無(wú)電阻連接。匝173的外徑小于繞組173和174上最里點(diǎn)177和179與中心點(diǎn)176的間距，點(diǎn)177和179相互徑向相反，與中心點(diǎn)等距。端子189和191與點(diǎn)177和179重合，分別把短柱192和194接至點(diǎn)177和179。短路匝173執(zhí)行與短路匝186同樣的隔離或退耦功能，但不讓可能不等的電流流入繞組172和174。應(yīng)該理解，圖3和5～7及圖9所示的電阻連接的短路匝?？捎门c線圈其余部分僅作電抗耦合的短路環(huán)代替，有效磁通排斥度依賴于短路匝與(1)窗、(2)線圈其余部分和(3)2的接近度；接近度可以固定或可以調(diào)節(jié)。短路匝可置于(1)線圈近窗下面，或(2)線圈上方，或(3)線圈平面內(nèi)，取決于來(lái)自一部分線圈的場(chǎng)與短路匝不同區(qū)域隔離的期望程度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，包括線圈320的俯視圖。線圈320是線圈組件48的另一線圈實(shí)施例，包括共面交織的多匝螺旋非磁性金屬繞組322與324，與線圈中心點(diǎn)176隔開距離R0，徑向相反。繞組322和324最外點(diǎn)182與184分別同中心點(diǎn)176隔開距離R1且徑向相反，使點(diǎn)176、178、180、182和184位于同中心點(diǎn)176相交的公共線上(在諸實(shí)施例中，圖2、3和9中線圈的R0與R1都一樣)。線圈320還包括非磁性金屬短路環(huán)186，其構(gòu)制與電阻連接、屬性和功能均與圖2的短路環(huán)186相同。
繞組322和324都包括兩個(gè)鄰接的內(nèi)外部分，各自是一種多匝恒節(jié)阿基米德螺旋。繞組322的內(nèi)部分包括四匝331～334，繞組324的內(nèi)部分包括四匝341～344；繞組322的外部分包括兩匝335與336，繞組324的外部分包括兩匝345與346。
各繞組322和324的螺旋大體上可用極坐標(biāo)表示，θ在0到略小于8π弧度角時(shí)，r＝R0+dθ，θ在略大于8π到12π弧度角時(shí)，r＝R0+eθ；其中r是任一螺旋上任一點(diǎn)與中心點(diǎn)216的距離，d是與各繞組322和324內(nèi)部分(即從θ＝0到略小于8π弧度角)螺旋節(jié)距相關(guān)的常量，e是與各繞組322和324外部分(即從值略大于8π的θ到θ＝12π弧度)螺旋節(jié)距相關(guān)的常量，而θ是各螺旋最里點(diǎn)繞該特定螺旋的角(弧度)；對(duì)繞組322和324的六匝螺旋而言，0 ≤θ≤12π弧度。由于匝331～334和341～344的節(jié)距大于匝335、336、345和346的節(jié)距，所以e值超過(guò)d值。因此，鄰匝335、336、345和346的徑向距離相同，而且大于鄰匝331～334和341～344之間同樣的徑向間距。
在繞組內(nèi)外部分過(guò)渡區(qū)域中，即θ略小于8π和略大于8π的地方，繞組322和324的形狀偏離公式給出的基本阿基米德螺旋關(guān)系，因而鄰接繞組部分的斜率一樣。結(jié)果，從匝334到匝335有不彎曲的平滑過(guò)渡，從匝344到匝345有不彎曲的平滑過(guò)渡。平滑過(guò)渡有助于對(duì)等離子體提供均勻的磁通耦合，減少了繞組匝間起弧的可能性。
各繞組322和324的長(zhǎng)度相對(duì)于恒頻RF源100的波長(zhǎng)很短，如不大于波長(zhǎng)1/8，因而繞組322和324中無(wú)明顯的傳輸線效應(yīng)，造成沿繞組長(zhǎng)度基本上線性的電流與電壓變化。由于源100供給線圈的波長(zhǎng)相對(duì)于各繞組322和324的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故得到這一結(jié)果。例如，源100的頻率為2～4MHZ(故源的無(wú)場(chǎng)空間波長(zhǎng)約100米)，而各繞組172和174長(zhǎng)度約5米。
由于鄰對(duì)匝335、336、345和346相互的間隔量大于鄰對(duì)匝331～334和341～344的年個(gè)，而且流入繞組322和324的瞬時(shí)電流在整個(gè)繞組中基本上相同，因而匝331～334和341～334耦合到室40內(nèi)部與中間部分的磁通密度，大于匝335、336、345和346耦合到室外部分的磁通密度。這樣，繞組322和324內(nèi)外部分不同的節(jié)距，有助于克服室40中心與中間部分的磁通密度與等離子體密度小于室40外部分的磁通密度與等離子體密度的傾向。
繞組322最里點(diǎn)178與最外點(diǎn)182分別同端子188和196重合電氣連接，繞組324最里點(diǎn)180與最外點(diǎn)184則同端子190與198重合電氣連接。端子188和190分別接等長(zhǎng)度短柱192與194，后者與端子122有一公共接線，端子122在匹配網(wǎng)絡(luò)108不接地輸出端經(jīng)可變電容器126接地。端子196和198分別接等長(zhǎng)度短柱200與202，后者與端子122有一公共接線。
雖然已描述和圖示了本發(fā)明諸特定實(shí)施例，但是具體圖示和描述的諸實(shí)施例的細(xì)節(jié)顯然可作各種變化而不背離如所附權(quán)項(xiàng)限定的本發(fā)明實(shí)際的精神與范圍，如可在只有一個(gè)繞組的線圈中應(yīng)用短路匝。而且，匝數(shù)可按需要增減，在有多個(gè)平行繞組的線圈最里部分對(duì)短路匝的電阻連接，可與專門圖示的情況不一，只要電阻連接點(diǎn)相互大體上徑向相反；例如與短路匝186的電阻連接點(diǎn)，可同圖2、3、5～7和9所示的連接點(diǎn)成直角。此外，匹配網(wǎng)絡(luò)高壓RF輸出端接線圈的最外點(diǎn)還是最里點(diǎn)，一般并不重要。還應(yīng)理解，線圈可以包括兩個(gè)以上能接不同RF輸出端的激發(fā)端子，例如第一匹配網(wǎng)絡(luò)的第一RF輸出端能與圖3中內(nèi)環(huán)225的端子252和256并聯(lián)，而其第二輸出端能與接線柱296和298并聯(lián)；第二匹配網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端能與接線柱296和298并聯(lián)，其第二輸出端能與端子254和258并聯(lián)。因此，權(quán)項(xiàng)中的術(shù)語(yǔ)“第一與第二激發(fā)端子”只表示線圈至少有兩個(gè)激發(fā)端子，但不限制該線圈只有兩個(gè)激發(fā)端子。還應(yīng)理解，有一接地RF輸出端的單端式匹配網(wǎng)絡(luò)，可用推挽輸出端接相反線圈激發(fā)端子的匹配網(wǎng)絡(luò)代替，此時(shí)不用電容器120。還應(yīng)明白，交織型螺旋繞組數(shù)量可大于兩個(gè)，繞組離線圈中心半徑為R1的內(nèi)端子較佳地相互隔開2π/N弧度，其中N為線圈的繞組數(shù)。若線圈有兩個(gè)以上繞組且應(yīng)用了諸如電容器30與302等阻抗元件，通常要相應(yīng)地增大此類阻抗元件的數(shù)量。還應(yīng)理解，為控制流入各繞組各不同部分的電流，多個(gè)阻抗元件如電容器300和302可同各繞組的不同部分作分流耦合。多個(gè)阻抗元件能使不同的電流流入不同的繞組部分，以便控制不同繞組部分耦入等離子體不同部分的場(chǎng)強(qiáng)。多個(gè)阻抗元件耦入各繞組的值，較佳地經(jīng)選擇和/或計(jì)算機(jī)控制，使得看入線圈激發(fā)端子并響應(yīng)于已知傳感器輸出信號(hào)檢測(cè)的線圈阻抗，對(duì)阻抗元件所有不同空間配置都保持差不多。還應(yīng)理解，本發(fā)明的許多原理適用于(1)變頻RF源，而且該RF源和匹配網(wǎng)絡(luò)(即調(diào)諧元件)能相互直接靠近和接近處理器室，以緩解RF源間對(duì)長(zhǎng)電纜的要求，和(2)不基于50+jo輸出阻抗的環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理器線圈，其特征在于，所述線圈包括連接RF激發(fā)電路相對(duì)第一與第二端子的第一與第二激發(fā)端子、至少一個(gè)接所述第一與第二激發(fā)端子的繞組，以及耦合至少一個(gè)繞組的短路匝。
2.如權(quán)利要求1的線圈，其中至少一個(gè)繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，所述匝耦合至線圈最里部分。
3.如權(quán)利要求1的線圈，其中至少一個(gè)繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，所述匝耦合至線圈最外部分。
4.如權(quán)利要求1的線圈，其中至少一個(gè)繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，所述匝在線圈內(nèi)外部分之間耦合至線圈中部。
5.如權(quán)利要求1的線圈，其中至少一個(gè)繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，第一與第二*分別位于線圈的內(nèi)外部分。
6.如權(quán)利要求5的線圈，其中線圈包括多個(gè)與所述第一與第二激發(fā)端子并聯(lián)的多匝繞組。
7.如權(quán)利要求6的線圈，其中所述多匝繞組是交織螺旋。
8.如權(quán)利要求7的線圈，其RF激發(fā)電路對(duì)RF導(dǎo)出的短路匝的RF阻抗，使RF電壓在各所述繞組相應(yīng)監(jiān)督基本上相同。
9.如權(quán)利要求1的線圈，其中短路匝與至少一個(gè)繞組電阻連接。
10.如權(quán)利要求1的線圈，其中線圈包括多個(gè)與所述激發(fā)端子并聯(lián)的多匝繞組，各繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，短路匝與各所述繞組類似的空間部分電阻連接。
11.如權(quán)利要求1的線圈，其中短路匝與線圈其它部分只作電抗耦合。
12.與等離子體處理器相組合的如權(quán)利要求1的線圈，所述等離子體處理器包括RF激發(fā)電路和安排成用等離子體處理工件的真空室，真空室有一窗，線圈位于室外近窗處使磁場(chǎng)通過(guò)窗耦合到室里面，RF激發(fā)電路具有與所述第一與第二激發(fā)端子連接的相對(duì)的第一與第二端子。
13.如權(quán)利要求12的組合體，其中RF激光電路包括一匹配電路和一電容器，匹配電路有一構(gòu)成RF激發(fā)電路第一斷系并接所述第一激發(fā)端子的部接地端子，電容器具有接所述第二激發(fā)端子的第一電極和接RF激發(fā)電路第二端子的第二電極。
14.如權(quán)利要求13的組合體，其中RF激發(fā)電路包括一RF源，他具有接匹配電路輸入端的第一與第二輸出端和構(gòu)成RF激光電路第二端的接地輸出端，RF源有一頻率，各繞組有一長(zhǎng)度，使RF電壓與電流在第一與第二激發(fā)端子之間沿各繞組長(zhǎng)度的幾乎線性的方式變化。
15.如權(quán)利要求14的組合體，其中各繞組在第一與第二激發(fā)端子間的長(zhǎng)度部長(zhǎng)于RF源頻率波長(zhǎng)的約1/8。
16.如權(quán)利要求13的組合體，其中電容器的值使第一與第二激發(fā)端子的RF電壓基板上相同。
17.如權(quán)利要求13的組合體，其特征在于，還包括一傳感器裝置和控制電容器值的控制器。
18.如權(quán)利要求13的組合體，其中控制其安排成響應(yīng)于傳感器裝置，保持第一與第二激發(fā)端子的RF電壓幅值基板上相同。
19.如權(quán)利要求12的組合體，其中RF電路方向RF源，多數(shù)RF原有一頻率，而各繞組一長(zhǎng)長(zhǎng)度，使RF電壓與電流第一第二激發(fā)端子之間沿各其它組合的長(zhǎng)度以基本上線性的方式變化。
20.如權(quán)利要求19的組合體，其中繞組在第一與第二激發(fā)端子之間的長(zhǎng)度不長(zhǎng)于RF源頻率波長(zhǎng)的1/8。
21.如權(quán)利要求1的線圈，其中線圈包括多個(gè)與所述并聯(lián)的多匝繞組，各所述繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部之間延伸，線圈有一中心，繞組基板上共面。各繞組的最里部分與線圈中心隔開同一距離，最少部分與線圈中心頁(yè)隔開同一距離。
22.如權(quán)利要求21的線圈其中短路匝(a)耦合到過(guò)二組最不分，而且(b)包繞線圈中心。
23.如權(quán)利要求22的線圈，其中短路匝被構(gòu)成一環(huán)，其中心基本上與線圈中心重合。
24.如權(quán)利要求23的線圈，其中繞組基本上與線圈中心對(duì)稱。
25.如權(quán)利要求22的線圈，其中短路匝基本上與繞組共面。
26.如權(quán)利要求21的線圈，其中短路匝(a)耦合到各繞組中間部分，而且(b)包繞線圈中心。
27.如權(quán)利要求26的線圈，其中所述匝構(gòu)成一環(huán)，其中心基本上與線圈中心重合。
28.如權(quán)利要求27的線圈，其中繞組與線圈中心基本上對(duì)稱。
29.如權(quán)利要求26的線圈，其中線圈適合裝在處理器室外面近窗位置而把磁場(chǎng)從線圈耦合到室，在線圈近窗安裝時(shí)，短路匝插在繞組與窗之間。
30.如權(quán)利要求21的線圈，其中短路匝(a)耦合到各繞組最外部分，和(b)包繞線圈中心。
31.如權(quán)利要求30的線圈，其中短路匝構(gòu)成環(huán)，其中心與線圈中心基本上重合。
32.如權(quán)利要求31的線圈，其中繞組與線圈中心基本上對(duì)稱。
33.如權(quán)利要求7的線圈，其中各繞組的鄰匝間距不等。
34.如權(quán)利要求33的線圈，其中線圈外圍部分繞組部分的鄰匝間距與線圈里面部分繞組部分的鄰匝間距不等。
35.如權(quán)利要求34的線圈，其中間距在外圍部分比在里面部分小。
36.如權(quán)利要求34的線圈，其中間距在外圍部分比在里面部分大。
37.如權(quán)利要求6的線圈，棋子特征在于，還包括一相對(duì)端部耦至繞組不同點(diǎn)的分離電路元件，該分離電路元件(a)為某一類型，(b)有一值，而且(c)具有使流入同一繞組不同部分的電流不同的連接。
38.如權(quán)利要求37的線圈，其中各電路元件包括一在繞組相應(yīng)等電位點(diǎn)之間電阻連接的電容器。
39.如權(quán)利要求1的線圈，其中短路匝與至少一個(gè)繞組基本上共面。
40.如權(quán)利要求1的線圈，其中短路匝與至少一個(gè)繞組不共面。
41.一種等離子體處理器線圈，其特征在于，所述線圈包括接RF激發(fā)電路相對(duì)第一與第二端子的第一與第二激發(fā)端子；與所述第一與第二激發(fā)端子并聯(lián)的多個(gè)多匝繞組，各所述繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸；和一耦合至少某一多匝繞組的電路元件，使線圈一部分發(fā)出的場(chǎng)從線圈附近一區(qū)域或線圈內(nèi)退耦。
42.如權(quán)利要求41的線圈，其中所述線圈附近區(qū)域在線圈最里部分里面。
43.如權(quán)利要求41的線圈，其中所述線圈附近區(qū)域在線圈最外部分外面。
44.如權(quán)利要求41的線圈，其中所述區(qū)域在線圈內(nèi)的內(nèi)外部分之間。
45.如權(quán)利要求41的線圈，其中所述電路元件包括一短路匝。
46.如權(quán)利要求45的線圈，其中RF激發(fā)電路對(duì)RF導(dǎo)出的短路匝的RF阻抗，使RF電壓在各相似部分一樣。
47.如權(quán)利要求41的線圈，其中所述電路元件與至少部分多匝繞組類似的空間部分電阻連接。
48.如權(quán)利要求41的線圈，其中所述電路元件與線圈其它部分只作電抗耦合。
49.一種等離子體處理器線圈，其特征在于，所述線圈包括連接RF激發(fā)電路相對(duì)第一與第二端子的第一與第二激發(fā)端子，多個(gè)多匝繞組在所述第一與第二激發(fā)端子專家并聯(lián)，各所述線圈一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸，線圈外區(qū)繞組部分的鄰匝間距小于線圈內(nèi)區(qū)繞組部分的鄰匝間距。
50.如權(quán)利要求49的線圈，其特征在于，還包括耦合各繞組類似空間部分的短路匝。
51.如權(quán)利要求49的線圈，其中第一與第二激發(fā)端子分別位于線圈內(nèi)外部分。
52.如權(quán)利要求51的線圈，其中各所述多匝繞組包括阿基米德螺旋結(jié)構(gòu)。
53.如權(quán)利要求52的線圈，其中所述多匝繞組相互交織。
54.如權(quán)利要求53的線圈，其中各所述多匝繞組包括不同節(jié)距的第一與第二鄰接的阿基米德螺旋結(jié)構(gòu)。
55.如權(quán)利要求49的線圈，其中各所述多匝繞組包括不同節(jié)距的第一與第二鄰接的阿基米德螺旋結(jié)構(gòu)。
56.與等離子體處理器組合的如權(quán)利要求49的線圈，其特征在于，所述等離子體處理器包括RF激發(fā)電路和安排成用等離子體處理工件的真空室，真空室有一窗，線圈裝在室近窗外面而通過(guò)窗將磁場(chǎng)與電場(chǎng)耦合到室里面，RF激發(fā)電路相對(duì)的第一與第二端子接所述第一與第二激發(fā)端子。
57.一種等離子體處理器線圈，其特征在于，所述線圈包括連接RF激發(fā)電路相對(duì)第一與第二端子的第一與第二激發(fā)端子；多個(gè)多匝繞組并聯(lián)在所述第一與第二激發(fā)端子之間，各所述繞組一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間延伸；和相對(duì)端部分別耦合繞組上第一與第二點(diǎn)的分離電路元件，所述分離電路元件(a)為某一類型，(b)有一值，而且(c)具有使流入同一繞組不同部分的電流不同的連接。
58.如權(quán)利要求57的線圈，其特征在于，還包括一耦合所述繞組的短路匝。
59.如權(quán)利要求57的線圈，其中耦合各繞組的電路元件包括一只與繞組之一相關(guān)的阻抗元件，各阻抗元件相對(duì)的第一與第二端子分別與同其關(guān)聯(lián)的繞組的第一與第二點(diǎn)作電阻連接。
60.如權(quán)利要求57的線圈，其中復(fù)數(shù)等于k，電路元件數(shù)為k，各電路元件具有相對(duì)的第一與第二端子，各電路元件的第一端子與繞組上具有同樣第一RF電位的所述第一點(diǎn)電阻連接，各電路元件的第二端子與繞組上具有同樣第二RF電位的第二點(diǎn)電阻連接。
61.如權(quán)利要求60的線圈，其中各電路元件只與一個(gè)繞組關(guān)聯(lián)，各電路元件的第一與第二端子分別與同其關(guān)聯(lián)的繞組的第一與第二電阻連接。
62.如權(quán)利要求57的線圈，其中各所述多匝繞組有一螺旋狀結(jié)構(gòu)，所述多匝繞組相互交織。
63.與等離子體處理器組合的如權(quán)利要求57的線圈，其特征在于，所述等離子體處理器包括RF激發(fā)電路和安排成用等離子體處理工件的真空室，真空室有一窗，線圈裝在室外近窗外而通過(guò)窗將磁場(chǎng)與電場(chǎng)耦合到室內(nèi)，RF激發(fā)電路相對(duì)的第一與第二端子接所述第一與第二激發(fā)端子。
64.一種等離子體處理器線圈，其特征在于，所述線圈包括連接RF激發(fā)電路相對(duì)第一與第二端子的第一與第二激發(fā)端子，多個(gè)多匝阿基米德螺旋繞組與所述第一與第二激發(fā)端子關(guān)聯(lián)，各所述繞組的匝一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間準(zhǔn)確地延伸，至少一個(gè)所述繞組有多種節(jié)距。
65.如權(quán)利要求64的線圈，其中線圈內(nèi)部分的節(jié)距超過(guò)線圈外部分的節(jié)距。
66.如權(quán)利要求64的線圈，其中線圈外部分的節(jié)距超過(guò)線圈內(nèi)部分的節(jié)距。
67.如權(quán)利要求64的線圈，其中各所述繞組有多種節(jié)距。
68.如權(quán)利要求67的線圈，其中第一與第二激發(fā)端子分別位于線圈的內(nèi)外部分。
69.如權(quán)利要求64的線圈，其中所述多匝繞組經(jīng)交織。
70.如權(quán)利要求69的線圈，其中各所述繞組包括多個(gè)不同節(jié)距的鄰接部分，所述部分的主體部分是阿基米德螺旋。
71.如權(quán)利要求70的線圈，其中各繞組的結(jié)構(gòu)大體相同。
72.如權(quán)利要求71的線圈，其中所述繞組與線圈中心點(diǎn)對(duì)稱。
73.如權(quán)利要求72的線圈，其中各繞組的第一與第二所述部分大體上分別用極坐標(biāo)表示，對(duì)于從θ1到略小于θ2角的θ，R＝k1θ，而對(duì)于略大于θ2到θ＝θ3的θ，R＝k2θ，其中R是各繞組離線圈中心的徑向距離，θ是繞繞組的角度(弧度)，k1≠k2，而在略小于θ2的角與略大于θ2的角之間的R使第一與第二部分在θ2的斜率一樣。
74.如權(quán)利要求73的線圈，其中對(duì)小于θ2的值，k1小于k2。
75.如權(quán)利要求73的線圈，其中對(duì)小于θ2的值，k1大于k2。
76.一種等離子體處理器線圈，其特征在于，所述線圈包括連接RF激發(fā)電路相對(duì)第一與第二端子的第一與第二激發(fā)端子，至少一個(gè)多匝阿基米德螺旋繞組接所述第一與第二端子，至少一個(gè)繞組的匝一般沿徑向環(huán)形方向在線圈內(nèi)外部分之間準(zhǔn)確地延伸，至少一個(gè)繞組有多種節(jié)距。
77.如權(quán)利要求76的線圈，其中所述至少一個(gè)繞組的第一與第二所述部分大體上分別用極坐標(biāo)表示，對(duì)于從θ1到略小于θ2的θ，R＝k1θ，對(duì)于從略大于θ2到θ＝θ3的θ，R＝k2θ，其中R是所述至少一個(gè)繞組離線圈中心的徑向距離，θ是繞繞組的角度(弧度)，k1≠k2，而在略小于θ2的角與略大于θ2的角之間的R使第一與第二部分在θ2的斜率一樣。
78.如權(quán)利要求77的線圈，其中對(duì)小于θ2的值，k1小于k2。
79.如權(quán)利要求77的線圈，其中對(duì)小于θ2的值，k1大于k2。
全文摘要
一種等離子體處理器線圈能包括一與多個(gè)多匝共面交織螺旋并聯(lián)的繞組作電阻或只是電抗耦合的短路匝，一分離電容器可與各繞組關(guān)聯(lián)以將電流從該繞組一部分分流到繞組另一部分，各繞組外圍部分鄰匝間的間距與各繞組里面部分鄰匝間的間距不同，線圈長(zhǎng)度相對(duì)于該線圈RF激發(fā)波長(zhǎng)很短。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1582485SQ02822122
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2002年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者N·本加明, D·科普伯格 申請(qǐng)人:拉姆研究有限公司