等离子体一般被看作物质的第四态，其它的状态是固态、液态 和气态。在等离子体态中，物质的基本成分基本上是电离形式，其 中，由于这些成分增强的反应性、能量以及对定向光束形式的适用 性，因此使这些成分可用于许多应用。
等离子体发生器常规地用在电子构件、集成电路、医疗装备的 制造中，以及多种工具和机器的工作中。例如，等离子体广泛用于 淀积期望物质的层，例如在来自源的化学反应或溅射之后以高精度 蚀刻物质，并且通过等离子体中或等离子体感应的自由基为对象消 毒，或者修改物质的表面性质。
基于射频(“RF”)电源的等离子体发生器常常被用在试验和 工业设置中，这是由于这些等离子体发生器提供现成的等离子体源， 并且常常是便携式和易于重新定位的。通过将射频辐射耦合到气体 (一般是以低压(和密度)，以使气体电离)来产生这种等离子体。 在任何射频等离子体产生系统中，随着过程条件变化，等离子体是 天线端子处的可变负载。在其它过程控制因素中，工作气体和压力 的变化影响天线端子处看到的加载量。此外，射频驱动波形本身的 幅度影响等离子体温度和密度，这反过来影响天线负载。由此天线/ 此天线/等离子体的组合是驱动的射频电源的非恒定和非线性负载。
典型的射频源具有50欧姆输出阻抗，并且需要提供匹配的50 欧姆阻抗的负载，以使射频源最有效地耦合到该负载。由于等离子 体自感、有效电阻、以及与天线的互感常常不可预见地变化，因此 通过返回一些电路要素(可能是等离子体)、以得到从射频源到生 成的等离子体的令人满意的能量传送的方式提供负载匹配。为了获 得此目的，可调阻抗匹配网络(或“匹配器”)一般用于补偿由于 等离子体条件的改变引起的负载阻抗变化。匹配器一般包含两个独 立可调构件，一个调节串联阻抗，另一个调节并联阻抗。必须彼此 串级地调节这些构件，以获得到等离子体的最佳功率传送。不足为 奇的是这些构件的精确调谐常常是困难的过程。一般地，对于可能 相当有限的自动化程度而言，返回需要手动/机械工作/致动器调节一 个或多个构件值、以及通常复杂的反馈电路。
众所周知，将充分大的电场加到气体使电子从气体原子内带正 电的核子分离，从而电离了该气体，并组成称为等离子体的导电性 类似流体物质。经由天线将射频电场和磁场耦合到气体在该电离气 体内感应了电流。该电流反过来使气体进一步电离，从而增加了其 导电性，该导电性然后增加了天线区耦合到气体内带电粒子的效率。 这导致感应电流的增加，并因此导致气体被各种机构电击穿和实质 电离。射频耦合的有效性取决于使用的特定射频场和/或波。接下来 描述一些类型的、适用于有效生成大量等离子体的波。
啸声波是可在浸入静磁场B0中的无限等离子体中传播的右手圆 极化电磁波(有时被称为R波)。如果在诸如柱面的有限等离子体 中生成这些波，则边界条件的存在-即系统不是无线的这一事实导 致同时存在左手圆极化模式(L波)以及对整个波场的静电作用。这 些“边界啸声”被称为螺旋波。参见Boswell，R.W.，Plasma Phys.26， 1147(1981)。边界啸声的有趣和有用的性质包括：(1)相对高密 度的等离子体的产生和维持，该等离子体具有比其它射频等离子体 产生技术更高的效率，(2)在射频输入功率仅为几千瓦的相对小的 设备中高达Np～1014个粒子/立方厘米的等离子体密度，(3)大多 数情况下稳定和相对静态的等离子体，(4)高等离子体均匀度，以 及(5)从几毫托到数十毫托的宽压力范围上的等离子体产生。在相 对低的B0场处观察到与螺旋模式激励相关联的显著等离子体增强， 可使用便宜的构件容易和经济地产生这些B0场。
可通过相对紧凑的容器(其中B0＜150G)中低场m＝+1螺旋R 波的激励来获得显著的等离子体密度(Np)增强和均匀性。可通过 例如使用天线来获得该目的，该天线的场方向图类似于、并从而耦 合到占据与天线场相同体积的一个或多个螺旋模式。适当的组合条 件集包括施加的磁场B0、射频频率(FRF)、密度Np其自身、以及物 理尺寸。
美国专利号4792732、6264812和6304036公开了一些用于将射 频功率耦合到等离子体的天线设计。然而，这些设计相对复杂，常 常需要增加系统采集和维护的成本。然而，不是所有的设计都适合 有效产生螺旋模式，该模式是本文公开的优选模式。
射频电源一般接收作为输入的外部射频信号，或包括射频信号 发生电路。在许多处理应用中，该射频信号是在13.56MHz的频率 上(虽然本发明并不局限于该频率上的工作)。该信号被功率输出 级放大，然后经由天线耦合到用于产生等离子体的等离子体发生器 中的气体/等离子体。按照常规基于放大器的性能特性(诸如效率、 线性度、放大、阻抗等)和计划应用将这些放大器划分为各种等级。 在功率放大中，由于必须提供散热片以耗散热量，并且散热片反过 来增加了使用低效率放大器的设备的大小，因此重要的关注是作为 热量浪费的功率。由于放大器提供的输出阻抗对放大器浪费的功率 设置了固有限制，因此感兴趣的分类是输出阻抗。
典型的射频放大器被设计为提供50欧姆的标准输出阻抗。由于 这种放大器输出端子两端的电压和通过该输出端子的电流都是非零 的，因此它们的乘积提供了放大器耗散的功率的估计。和这种放大 器相比，开关提供了两种状态：它是对应于短路(即低阻抗)的“开”， 或者对应于开路(即无限(或者至少非常大的)阻抗)的“关”。 在开关模式放大器中，在所要放大的信号的控制之下，放大器元件 用作开关。通过例如使用匹配负载网络来适当整形信号，可以引入 电流和电压之间的相位差，以使电流和电压不同相，从而最小化开 关元件中的功率耗散。换言之，如果电流高，则电压低，甚至为0， 反之亦然。美国专利号3919656和5187580公开了用于降低乃至最 小化开关模式放大器中耗散的功率的各种电压/电流关系。
美国专利号5747935公开了开关模式射频放大器和匹配负载网 络，其中考虑到等离子体阻抗变化，因此以期望频率提供的阻抗高， 而基波被短路，以更好地稳定射频电源。这些匹配网络增加了开关 模式电源的工作复杂性，而没有消除动态匹配网络。
有效等离子体发生器设计中面临的问题包括对低维护和容易配 置的天线的需要，消除将射频电源耦合到等离子体提供的非线性动 态阻抗的、昂贵和有限的匹配网络，以及对可有效调制的射频电源 的需要。

因此，本发明的目的是提供用于将射频源有效耦合到等离子体 的改进天线设计。本发明的另一个目的是提供用于借助于射频电源 产生等离子体、而不需要使用将射频电源耦合到等离子体的匹配网 络的系统。
根据本发明一个实施例的图示等离子体发生器系统包括至少一 个等离子体源，该至少一个等离子体源具有：包括多个回路的天线， 每个回路具有回路轴，围绕公共轴配置这多个回路，以使每个回路 轴与公共轴充分正交；至少一个射频电源，其用于驱动正交并经由 天线耦合到圆极化模式、最好是螺旋模式中驱动的等离子体负载的 多个回路；静磁场，其基本是沿着公共轴；以及电抗，其将开关放 大器耦合到天线回路，以使该电抗和没有等离子体的天线回路具有 大约等于特定频率、并没有对匹配网络需求的谐振频率。将开关放 大器耦合到天线回路的电抗最好至少部分是由电容器提供。
射频电源最好包括由基本A类放大器、基本AB类放大器、基 本B类放大器、基本C类放大器、基本D类放大器、基本E类放大 器和基本F类放大器组成的群组中的至少一个。在一个实施例中， 这些放大器连接到变压器的初级线圈，以便将驱动阻抗降为低值。 更优选地，射频电源包括具有相对低输出阻抗的推挽式配置中的D 类放大器。
在优选实施例中，与天线的输入阻抗比较，射频电源显示出低 输出阻抗。低输出阻抗常常显著低于50欧姆的标准阻抗。输出阻抗 最好处于从由小于约0.5欧姆、小于约2欧姆、小于约3欧姆、小于 约5欧姆、小于约8欧姆、小于约10欧姆、以及小于约20欧姆组 成的集合中选择的范围内。优选的是输出阻抗小于5欧姆，更优选 的是输出阻抗在0.5到2欧姆之间，最优选的是输出阻抗小于1欧姆。 低阻抗驱动器和公开的、用于将该驱动器连接到天线的电流带的电 路的使用消除了对匹配箱的需要，从而降低了电路复杂性，并且消 除了等离子体处理系统中的故障源。
公开的系统的另一个优点是在等离子体形成之前可以使加到天 线的电压非常大，从而增加了在各种工作条件中启动等离子体的能 力。一旦形成等离子体，电压降为更低的电平，以支持等离子体， 这减轻了可能的高天线电压产生的危害。
系统可作为螺旋源、磁化感应耦合等离子体(MICP)源、或B0＝0 处的ICP源运行，这取决于天线元件和B0的值。此外，观察到系统 在难于接近的压力状态(例如P0大约为100毫托)中有效和增强地 工作，和/或充分利用现有技术等离子体源。当中性压力P0、输入功 率PRF和外部施加的轴向磁场B0上的条件正确时，天线元件中的电 流看上去突然“锁定”在正交激励模式中。当这发生时，等离子体 看上去近似均匀地填充容器，由于产生均匀处理条件的能力，因此 这比其它源优选。
此外，天线系统和射频发生器的组合可在等离子体参数在比报 告的其它资源大的多的范围上变化的条件下(例如中性压力P0在持 续近似1分钟的周期内从100毫托降为5毫托，然后又回到100+毫 托，)创建和维护等离子体，而不需要调节任何匹配网络构件。
公开的系统的另一个优点是匹配网络的消除会导致等离子体源 的“瞬子”工作类型。该特性可用于为使用的过程提供附加控制。 具体地说，可以在两个(或多个)等级(诸如30％和100％)之间、 或者以完全开关方式(0％到100％)调制产生等离子体的射频功率的 幅度。该调制可迅速发生(例如以几千赫的频率)，并且可实现若 干目的。例如，随着平均等离子体密度的降低，平均射频功率会降 低。“瞬子”工作可产生5W平均射频输入功率/50公升体积的等离 子体。
此外，调制可用于控制反应室内工作气体的空间分布。工作气 体的该分布是由等离子体更改，等离子体常常有助于活性化学品或 根的流动的非均匀性。通过调制等离子体产品的占空因数，可调节 等离子体不工作时间(或降低功率等级时间)期间中性气体的流量 特性，以通过占空因数控制过程的均匀性。由于等离子体启动时间 通常是处于射频应用的10-20微秒内，因此可以以高达数十或数百 kHz的频率控制占空因数。
在优选实施例中，螺旋模式射频波用于激励和生成等离子体。 然而，也可使用除了图示螺旋模式以外的其它模式。例如，等离子 体源也可用作一种类型的感应耦合等离子体(ICP)设备。此外，变 化适合电容耦合模式(E模式)工作。
附图简要描述
提供以下示图，以更好地解释本发明的各个实施例，而不希望 这些附图限制权利要求的保护范围。
图1示出具有两组天线元件的等离子体源室；
图2示出具有耦合到天线的射频电源的可调电路；
图3示出具有耦合到天线的射频电源的第二可调电路；
图4示出具有耦合到天线的射频电源的第三可调电路；
图5示出具有耦合到天线电流带的射频功率放大器的电路；
图6示出具有耦合到天线电流带的射频功率放大器的第二电路；
图7示出具有耦合到天线电流带的射频功率放大器的第三电路；
图8示出射频功率放大器、天线电流带和等离子体的简化模型；
图9示出与图8所示模型等效的集中参数电路；
图10示出没有等离子体的等离子体源的频率响应；
图11示出具有存在的等离子体的等离子体源的频率响应；并且
图12示出用于控制等离子体源的反馈配置。
发明详细描述
首先转到附图，图1示出具有根据本发明实施例配置的两组天 线元件的等离子体源室。天线设计包括配置在公共轴周围的两个正 交的单匝或多匝回路元件105、110、115和120。天线元件105、110、 115和120中的每一个都由射频电源(图示的A 125或B 130)驱动。 每个天线回路可耦合到具有分相器的同一射频电源或不同的射频电 源，以驱动正交的天线元件。虽然也可使用铜线或其它导线，但优 选的是从8 gauge特氟纶被覆线构造天线中的回路。
图1示出两个正交的双元件的类似亥姆霍兹线圈的回路天线组， 其中回路元件105和115在一组中，回路元件110和120在第二组 中。回路元件水平缠绕绝缘柱面135，以使电流通过这些回路元件时 产生的磁场近似横穿过该柱面的轴。在亥姆霍兹配置中，每一组相 对的元件串联。最好配置使相对的回路元件互连的导线，以使相邻 的部分承载以相反方向流动的电流，用于增强与这些部分相关联的 杂散场的消除(虽然这不是设备工作所必需的)。将天线通电，以 使两个正交分支中的电流几乎相等，相位相隔90度，以产生旋转横 向磁场的近似。
在螺旋模式等离子体的示例性情况下，静态轴向B0-场140是由 例如简单的电磁铁产生。该场沿柱面的轴延伸。静态场的方向是使 旋转横向磁场看上去像m＝+1螺旋波的方向。实际上，可调节产生外 场的电流的幅度和方向，以调制等离子体发生器的性能。对于这里 讨论的参数而言，必要场的总振幅一般是在10-100高斯的范围内， 但是对于不同大小的源而言，可使用备选的范围。一旦选择了静态 场最佳幅度和方向，一般需要进一步调节它们。
组合起来，天线元件的静态场和射频场在绝缘柱面内的等离子 体中产生m＝+1螺旋模式，该模式维持等离子体放电。应该注意的是 也可以改变并从而去调静态磁场，或者根本不施加该场，以便不直 接激发螺旋模式。该操作还产生等离子体，但一般没有螺旋模式有 效。当然，然后可施加静态场，以改进等离子体源/发生器的操作。
还应该注意的是可以使用例如多匝回路天线和/或石英钟形罩代 替单匝来获得图1的相同总体条件。虽然不是必要条件，但是钟形 罩最好以不到1/2”的间隙刚好放入天线框中。
一个示例性等离子体源建立如下：石英钟形罩具有大约12”的内 径(诸如标准K.J.Lesker 12×12)，并由高度大约15cm、半球形顶 部半径6”的直圆柱部分组成。该钟形罩置于大约是12”i.d.×8”高 的真空室顶(其不是等离子体源的一部分)上。天线由围绕钟形罩 的两组反向的、密封的、近似矩形的、两匝连续回路天线元件组成， 其中每个点处天线和钟之间的间隔大约是1/8”-1/2”。每个元件内 的这些匝串联，并且每组内的两个元件也是串联，以使它们的场是 累加的。在该例子中每组的自感大约是10微亨，并且两组之间的互 感小于1微亨。垂直和水平天线回路部分分别是大约25cm和20cm 长，其由8gauge特氟纶被覆线组成。在备选实施例中，可使用单匝 硬铜导体代替一匝或两匝特氟纶被覆线。这里描述的用于产生横向 旋转场的具体实施例并不用于限制本发明的保护范围。
常规射频电源和匹配方案(见图2-4)可用于激励上述天线中 的天线电流。此外，图2-4的电路与本发明的方法一致。这些方法 包括步骤如：为射频电源提供低输出阻抗；以及调节将射频电源耦 合到天线的电抗，以使缺少等离子体时的谐振频率是期望射频频率。 可通过参考具有和不具有等离子体的电路的品质因数(“Q”)来理 解低输出阻抗。不存在等离子体的“Q”应该是存在等离子体的5- 10倍甚至更高。特别地，和已知的电路不同，将不需要在存在等离 子体时通过响应于等离子体阻抗的变化改变电抗的方式重新调节射 频电源和天线的这种组合。
在图2中，射频源200可以是经由50欧姆同轴电缆连接到图1 中所示端口“A”125处的正交/混合电路的商用2MHz、0-1kW发 生器。正交/混合电路的“+45度”和“-45度”支路连接到单独的L 型电容匹配网络，该网络是由图示的可调电容器205、210、215和220 组成。在工作频率上，每个电容器225的电抗大约是100欧姆，并 且变压器230的任何一侧的电抗大约是100欧姆(另一侧断开时)。 如图2所示，可使用单个射频源200，以及无源功率分配器(正交/ 混合电路)和四个可调调谐元件205、210、215以及220，以便与两 个分离的天线电感235和240匹配。
图3中所示的另一个实施例使用两个分离的射频电源305和 310，并从而将分别经由可调电容器315、320、325和330连接到电 感335和340的两个天线电源电路完全分离。由于每个射频源可以 以最大功率工作、从而使输入功率是单个射频源的两倍，并且可在 天线之间调节相位和幅度比，因此这种配置是优选的。一般地，虽 然可改变幅度和/或相位差，以改变激励模式的特性，但源305和310 以大致相同的幅度和90度的相位差工作。例如，通过以不同的幅度 操作这些源，可维持椭圆极化等离子体螺旋模式，而非严格的圆形 极化模式。
图4中所示的第三实施例放置了无源谐振电路(其一个支路上 包括电感器/天线电感405和可调电容器410)，并且使用匹配电路 驱动具有射频源400的另一个支路，该匹配电路具有连接到天线电 感425的可调电容器415和420。该配置意在激励等离子体中的同种 椭圆螺旋模式，其中无源侧与驱动侧以90度的相位差工作，从而仅 使用单个射频源和匹配网络提供了本发明的许多优点，
该示例中的工作气体是氩，其中压力范围是从10毫托到超过100 毫托。静态轴向场可被手动设置为0-150G，并由位于钟形罩装置/ 天线装置(其半径为大约9”)外部的线圈产生。
以大约75毫托的压力工作的等离子体显示出至少三种不同的模 式。第一，当PRF小于或近似等于200W时，观察到其中等离子体集 中在靠近钟形罩边上的明亮模式的B0＜Bcritical。这里，B0是轴向磁场， 而Bcritical是用于使用螺旋模式激励等离子体的轴向场的临界值。类似 地，功率电平PRF和Pthreshold表示提供给天线的射频功率和下述阈值功 率。在该模式中，射频天线电流趋向于不正交，而是有高达180度 的相位差。第二，暗光放电模式，观察到B0＞Bcritical，但是PRF＜Pthreshold， 该模式在高功率上具有均匀密度/光，并在低功率上具有沿着钟形罩 壁的大约1-2cm的粗黑间隔，在此情况下，射频电流处于增强正交， 并看上去在形成等离子体之后不久突然锁定在90度相移。第三，在 更高的PRF＞Pthreshold以及B0＞Bcritical处，形成明亮等离子体，该等离子 体看上去比模式(1)更加均匀地径向分布，并且天线电流又趋向于 锁定在正交相位中。虽然上述方式中的每一种都可应用在等离子体 处理中，但第三种方式是有效的工作模式，并且可以在已经被证明 为使已知等离子体源非常难以接近的中性气压下实现该方式。
在一个方面，本发明还实现了消除支持流水线功率电路的、图2 -4中描述的常规射频电源和可调匹配网络。
在本发明的优选实施例中，射频功率电路使用诸如图5中所示 的配置来直接驱动天线电流带。图5中所示的射频放大器最好是本 领域中已知的、具有低输出阻抗(即推挽式输出级)的多种类型射 频放大器中的一种。本领域的一名普通技术人员知道在推挽式配置 中是由适当的电路500驱动晶体管505和510。在该配置中，任何时 间仅有一个或另一个晶体管操作(一般是以50％或更低的占空因 数)。组合这两个晶体管的输出，以产生完整的信号。
在优选实施例中，输出级中的功率半导体(例如晶体管505和 510)工作在开关模式中。在图5-7中，这些功率半导体被示为FET， 但它们也可以是例如双极性晶体管IGBT、真空管、或任何其它合适 的放大设备。开关模式的例子是由D类操作提供。在该模式中，在 射频波形相对的半个周期上快速接通和切断备选输出设备。理想地， 由于输出设备是具有零压降的完全开，或者是没有电流的完全关， 因此，应该不存在功率耗散。因此，D类操作理想地具有100％的效 率。然而，该估计假设具有无限快速开关时间的零开态阻抗开关。 实际实现一般显示出接近90％的效率。
然后通过固定或可变电抗515(最好是电容器)将射频驱动器直 接耦合到天线电流带520。该耦合电抗值最好是使具有耦合电抗和 天线、但不存在等离子体的电路的谐振频率是射频工作频率的大约 一半。
图6(A)所示电路输出级的备选配置包括推挽级之后或结合在 该推挽级中的变压器620、以及提供电绝缘的驱动器600和晶体管 605、610。变压器620可被选择配置为在推挽级的输出阻抗过高时 将该阻抗变为低阻抗。使用变压器620和天线电流带625形成的电 感电路将电容器615配置为以期望驱动频率谐振。图6(B)中示出 了类似实施例，其中电容器630用于DC消除，并且电容器635在变 压器620的漏电感和电流带625的电感形成的串联电路中谐振。
图7示出根据本发明的另一个射频功率和天线电流带配置。结 合在DC供电中的中心抽头电感器725连接到具有推挽式驱动器700 和晶体管705、710的输出级。绝缘由变压器720提供。此外，任何 时间仅有一个或另一个晶体管工作(一般是以50％或更低的占空因 数)。图5-7的电路仅仅是作为示例提供。可使用任何众所周知的 推挽级或提供低输出阻抗的其它配置来代替上述电路。
射频电源还可以和诸如对称(名古屋III型或其变体，例如博斯 韦尔型浆形天线)或非对称(例如右手螺旋状、双绞名古屋III型天 线)天线配置、或任何其它非螺旋感应耦合配置的任何螺旋天线一 起使用。
可使用可变占空因数来幅度调制射频电源，以提供用高等离子 体密度次点缀的低或零等离子体密度次。等离子体密度的调制可用 于影响工作气体的流量动态和均匀性，以及过程的均匀性。因此， 可由根据本发明的等离子体发生器系统通过适当选择调制方案来产 生包括等离子体的、空间上更均匀的分布。
一般而言，根据本发明的等离子体发生器系统可基于作为基本 A类放大器、基本AB类放大器、基本B类放大器、基本C类放大 器、基本D类放大器、基本E类放大器、基本F类放大器或上述任 意子组合的操作来使用射频电源。与用于激励螺旋模式的天线结合 的这些电源适合产生高密度等离子体。此外，对于非开关放大器(诸 如图2-4中所示的)而言，可使用将射频源阻抗变为低输出阻抗的 中间级，以接近基于本文所述实施例的开关放大器的有效操作。
在感应耦合的等离子体源中，天线电流带位于靠近形成等离子 体的区域，通常是在绝缘容器的外部。从电路的角度来看，天线元 件组成非理想变压器的初级线圈，其中等离子体是次级线圈。在图8 中示出了等效电路，其中电感器810表示配线中的电流带和任何电 感(包括例如由存在于一些实施例中的、驱动器的输出变压器添加 的任何电感)的集中元件表示。标记为P的盒子中的构件表示等离 子体：电感器820是等离子体自感，并且阻抗815表示设计为有效 阻抗的等离子体耗散。M表示天线和等离子体之间的互感。晶体管 驱动器800被表示为方波电压源。在安装系统时调节电容805，以使 电路的谐振频率近似匹配期望工作频率。在具有固定电容器的备选 实施例中，可调节射频频率，以获得相同的效果。
为了示出系统的操作，可如图9中所示设计整个系统。在图9 中所有的电感器已经被集中在电感905中，所有的电容器被集中在 电容910中，并且所有的耗散元件被集中在电阻器915中，并且放 大器应该作为理想射频电压源(即具有零输出阻抗)工作。
当不存在等离子体时，由于存在很少的耗散，因此R小，并且 图9的电路响应于频率的变化而显示出窄的谐振响应(如图10所 示)。这提供了电路操作的其中一个优点：可以用相对小的功率输 入将电线上的电压驱动为高值，从而实现了反应室中气体的初次击 穿。一旦形成等离子体，系统中的阻尼大大加宽了谐振峰值(如图11 所示)，从而降低了整个电路的Q。虽然谐振的中心频率可随着等 离子体条件而漂移，但与存在等离子体负载时谐振响应的宽度相比， 该漂移是可忽略的。因此，当电路使用等离子体负载工作时，该电 路对工作条件的变化相对不敏感，并且不需要返回。这在图11中示 出，其中虽然Q充分降低，以使系统的工作保持高效，但整个系统 谐振已经略微漂移了其频率。使用电路的降低的Q，加到等离子体 自调节的电压比无等离子体的情况大大降低。在一些实施例中，有 些优选的是实际地将射频驱动的工作频率从实际无等离子体谐振略 微解谐为一侧或另一侧，这取决于等离子体形成时谐振频率的漂移。
等离子体功率输入的等级可由多种技术控制，诸如调节射频输 出级上的DC电源电平。在一个实施例中，电源电压可响应于等离子 体负载中检测的变化而维持进入等离子体源中相对恒定的功率。如 图12所示，可通过例如由电压传感器1200监视来自DC电源1215 的电压、并由电流传感器1205监视进入射频/等离子体系统的DC电 流、以及使用电压和电流的乘积和模块1210中放大器效率的先前测 量近似来估计从射频放大器1220进入等离子体1225的净功率的方 式获得用于由DC电源调节器调节的等离子体负载的检测。可通过例 如监视系统各个点处的热负荷来为不同输出电平测量增益模块1235 的效率乘法器，并且可数字存储这些效率乘法器，以便解释输出电 平效率的变化。备选地，可测量射频电压和电流，并且可估算它们 的同相乘积，以估计等离子体中耗散的有功功率。
等离子体中的检测还可扩展为通过电压或电流的变化直接检测 或间接检测的方式检测空间非均匀性。然后响应于这种变化而改变 占空因数可控制等离子体的空间分布。此外，调制占空因数还可提 供对平均输入功率的控制，以改进等离子体发生效率。图12的反馈 配置还可提供上述两个或多个功率等级之间的切换。
本文使用的“低”阻抗意味着图9的串联谐振电路应该在不存 在等离子体时具有比存在等离子体时高5-10倍或更高的“Q”。也 就是说，放大器输出阻抗应该足够小，以使输出的半个周期中耗散 的能量比电抗构件中存储的小的多。该条件被数学定义为 Z_out＜＜sqrt(L/C)，其中L和C是图9中所示的集中值。当保持该条 件时，射频放大器将类似作为电压源工作。
在等离子体初始化以前，用给定过程所特有的工作气体填充反 应室。由于在不存在等离子体的情况下，不具有等离子体的电路的 高Q值使得可以在具有相对小功率的天线元件上感应高电压，因此 本发明提供了能够击穿该气体和启动等离子体的优点。该非等离子 体电压可被控制为提供工作气体的程序控制的击穿；一旦形成等离 子体，该等离子体中的感应电流用于加载系统，以使这些高电压衰 减，从而避免了给系统施加压力。
由于仅需要固定电容C，因此根据本发明描述的电路配置不需要 诸如机械可调电容器的可变调谐元件。然而，在优选实施例中，也 可使用例如调节用于系统谐振与期望工作频率匹配、并且与等离子 体工作点的实时阻抗匹配不需要的可变电容器来构造各种电路。这 种匹配可用于反抗可能导致LC谐振频率漂移的机械振动或老化的影 响。
在一个实施例中，调节工作频率，以补偿与谐振的小的偏差， 而机械调谐电容器补偿大的偏差。在备选实施例中，可通过调谐电 容器来实现调节。在优选(调谐)实施例中，在源离线的期间自动 操作和发生该调谐。在另一个方面，使用作为过程控制(例如为过 程条件提供小修改)一部分的调谐，在具有可调调谐元件的实施例 中，公开的配置将可调元件的数量降低为1。
本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的教导和精神的条 件下，公开的发明容易受到许多变化和备选实现的影响。希望这些 修改处于以下所附权利要求的保护范围内。例如，可为低阻抗的阻 抗匹配提供结合常规放大器的变压器。因此，必须阅读权利要求， 以覆盖这些修改和变化及其等价物。此外，为了这里引用的所有参 考的公开和教导而将这些参考完整地结合在本文中。