具有等离子体激励线圈用的电流传感器的感应等离子体处理器

摘要

感应等离子体处理器包括具有多个绕组的RF等离子体激励线圈，每个绕组包括并联连接由单个RF源通过单个匹配网络驱动的第一端。绕组的第二端由终端电容器接地，该电容器依次由影响接地。包括绕环形核的绕组的电流传感器耦合到每个终端电容器和地之间的引线。电流传感器由接地的屏环绕。从周围的RF环境到电流传感器具有最小的电磁干扰以便提供精确的电流传感器。

说明书

发明领域

本发明一般涉及包括RF激励线圈的感应等离子体处理器，尤其涉及包括受屏蔽的电流传感器的处理器，该传感器耦合到包括线圈绕组的低压部分支路。

背景技术

用于用在真空腔内用RF等离子体处理工件的一种类型的处理器包括响应RF源的线圈。该线圈响应RF源来产生腔内激励可电离气体的电磁场从而产生等离子体。通常，线圈在沿通常平行于所处理工件的平面水平延伸表面方向延伸的绝缘窗口上或与窗口相邻。激励的等离子体在腔内和工件相互作用以蚀刻工件或在工件上沉积材料。该工件通常是具有平面圆形表面的半导体片或固体绝缘板，例如用于平板显示器内的矩形玻璃基片，或金属板。

Ogle的美国专利4,948,458揭示了用于实现该效果的多圈螺旋平面线圈。该通常是Archimedes类型的螺旋沿径向和圆周在其内部末端和外部末端之间延伸，该内部和外部末端通过阻抗匹配网络连接到RF源。线圈产生具有穿过绝缘窗口来在靠近窗口的部分等离子体腔内加速电子和离子的磁和电场分量的振荡RF场。靠近窗口的等离子体部分中磁场的螺旋分布是线圈的每个点处的电流产生的各磁场分量之和的函数。电场的电感分量由时变磁场产生，同时电场的电容分量由线圈中的RF电压产生。电感电场是方位角的同时电容电场是垂直向下到工件的。由于在RF源的频率上线圈的传输线效应，电流和电压在不同的点处不同。

对于基于Ogle的’458专利所揭示的螺旋设计，分配螺旋线圈中的RF电流来产生环形电场以使环状等离子体靠近窗口，这是由气体吸收能量来将气体激励成等离子体的位置。在1.0到10毫托范围内的低压时，来自等离子体密度最大的环形区域的等离子体扩散趋向破坏等离子体的非均匀性并增加腔内工件中心正上的中心处的等离子体密度。但是扩散本身通常不足以补偿到腔壁的等离子体损耗且工件周围的等离子体密度不能被独立改变。在10到100毫托内的中间压强范围时，等离子体中的电子、离子和中性粒子的气相碰撞进一步妨碍了等离子体带电粒子实质扩散到环形区域。结果，在工件的环状区域中存在相对高的等离子体密度而在中心和周围的工件部分内具有较低的等离子体密度。

这些不同的工作条件导致圆环内和圆环外，以及相对工件支架平面的直角(即，腔轴)的腔中心线的不同方位角时，实质上较大的等离子体通量(flux)(即，等离子体密度)变化。这些等离子体通量的变化导致实质上入射到工件上的等离子体通量的标准偏差，即超过百分之六。入射到工件上的等离子体通量的实质标准偏差趋向引起非均匀的工件处理，即工件的不同部分被蚀刻不同的程度和/或有不同量的材料沉积其上。

我们共同待批的申请，标题为″INDUCTIVE PLASMA PROCESSOR HAVING COIL WITHPLURAL WINDINGS AND METHOD 0F CONTROLLING PLASMA DENSITY，″(Lowe HauptmanGilman and Berner Docket No.2328-050)揭示了用于提供入射到工件上的更好均匀性的等离子体通量的结构。在共同待批申请所揭示的较佳结构中，测量线圈电流振幅来检验正确的电流在线圈中流动且如有必要则帮助提供对等离子体密度的控制。

过去，帮助控制RF线圈激励的等离子体处理器工作的电参数包含了测量的参数，诸如线圈电流振幅、电压振幅和电压与电流之间的相位角。也监控了其它参数，诸如正向功率和反射功率。在驱动匹配网络或线圈的电路的高电压部分测量这些参数。结果，通常包括围绕包括线圈绕组的支路中引线的环状线圈的电路传感器通常耦合到噪声感应RF场。结果，传感器受周围的RF场影响并趋向产生不精确的线圈电流感应。

用这些现有技术结构中的线圈环形绕组的屏蔽来降低或实质上消除耦合到传感器环状线圈的电噪声通常是不可行的。这是因为，为了有效，屏必须接地且接近于耦合到电路高压部分的传感器环状线圈。高压和屏接近的要求可能导致屏和线圈之间或屏和驱动线圈的电路的其它部分之间放电。此外，接地的屏可以坚固地耦合接近高压并可以强烈地干扰电场分布。

因此，本发明的目的是提供新颖并改进的具有RF激励线圈的感应等离子体处理器，该RF激励线圈具有用于线圈内电流的改进的传感器。

本发明的另一个目的是提供感应等离子体处理器，它包括具有改进的高精度电流传感器的RF等离子体激励线圈。

本发明的又一个目的是提供包括RF等离子体激励线圈的感应等离子体处理器，该RF等离子体激励线圈具有从电磁场屏蔽的电流传感器，且其结构不会使屏特别诱发击穿(breakdown)，尽管该屏接地。

发明概述

根据本发明，感应处理器包括RF等离子体激励线圈，该线圈包括具有输入端和输出端的绕组。耦合到线圈的RF源向输入端提供RF激励电流。绕组有一端与RF源和匹配网络串联而第二端由引线接地。电流传感器耦合到引线，并由接地的屏围绕以防止周围的RF场耦合到传感器。

较佳地，线圈包括多个绕组，每一个在单独的支路内且包括输入端和输出端。连接每个输入端以便由RF源和匹配网络并联驱动。由单独的引线将每个输出端接地。各电流传感器分别耦合到每个接地引线，而和每个传感器耦合的屏结构将RF场从传感器隔绝(decouipling)。

在较佳的结构中，每个支路包括耦合在支路的线圈输出端和接地引线之间的电容器。电流传感器较佳地置于电容器和接地引线之间，从而RF电压以及RF场实质上接近于0，使得对电流传感器电磁干扰(EMI)最小。

通常，传感器包括环状结构，例如环状线圈，环状磁芯，以及整流和滤波电路，且接地的屏围绕环状结构。

附图概述

图1是采用本发明的类型的真空等离子体处理器的示意图；

图2是包含于图1的处理器中的线圈结合RF源、匹配网络和电子控制电路的的电路图，其中电子控制电路用于驱动线圈并用于控制(1)连接到线圈的可变电容器的电容和(2)提供到线圈的总功率；

图3包括了用于在13.56MHz和4.0MHz激励时图2所示的线圈的绕组中驻波电流的所计算的振幅的曲线；

图4是图2的匹配网络的较佳实施例的电路图，它具有用于驱动图2线圈的电流的传感器；

图5是用于图4电路中的电流传感器和其电路的示意图；

图6是由图5的电流传感器驱动的探测电路的电路图；以及

图7是电流传感器的机械装配结构较佳实施例的示意图。

附图的详细描述

附图图1的真空等离子体工件处理器包括具有接地金属壁12的圆柱状真空腔10、金属下端板14和由具有从其中心到其周边厚度相同的绝缘窗口结构19组成的圆形上板结构18。由常规垫圈(未示出)密封真空腔10。图1的处理器可以用于蚀刻半导体、绝缘或金属衬底或用于在这些衬底上沉积材料。

从气体源(未示出)通过侧壁12内的端口20将可以被激发到等离子态的合适的气体提供到腔10的内部并进一步通过气体分布装置(未示出)均匀地分布。通过连接到端板14内端口22的真空泵(未示出)，腔的内部保持在真空状态，处于可以在1-1000毫托范围内变化的压强。

通过合适的电源将腔10内的气体激发成具有受控的空间密度的等离子体。电源包括平面或球面或圆盖状线圈24，它置于窗口19的正上方并由通常具有13.56MHz固定频率的可变功率RF发生器26激励。

连接在RF发生器26的输出端和线圈24的激励端之间的阻抗匹配网络28将RF功率从发生器耦合到线圈。阻抗匹配网络28包括可变电抗，它由控制器29以已知方式响应由探测器43探测的反射到匹配网络的输入端的电压振幅和相位角的指示而改变。控制器29改变网络28中的电抗值以实现源26和包括线圈24和线圈驱动的等离子体负载的负载之间的阻抗匹配。

控制器29还响应输入装置41来控制耦合到线圈24的可变电抗。输入装置41可以是手动装置，诸如电位计或键座的键，或响应存储于计算机存储器中用于工件32的不同处理制法的信号的微处理器。制法的变量包括(1)通过端口20进入腔10的气体种类，(2)由连接到端口22的真空泵控制的腔10内的压强，(3)RF源26的总输出功率，它基本等于提供到线圈24的功率，以及(4)连接到线圈24的电容器的值。

工件32被固定地置于腔10内的工件支架(即，台板或夹盘)30；承载工件32的支架30的表面和窗口19的表面平行。工件32通常通过DC电源(未示出)施加到支架的夹盘电极上的DC电位静电夹持于支架30的表面。RF源45将射频电磁波提供到包括可变电抗(未示出)的阻抗匹配网络47。匹配网络47将源45的输出耦合到支架30。控制器29响应振幅和相位探测器49产生来的信号控制匹配网络47的可变电抗从而使源45的阻抗和支架30的电极(未示出)的阻抗匹配。耦合到支架30内电极的负载主要是腔10内的等离子体。如已知的，RF电压源45施加到支架30的电极，它和等离子体内的电荷粒子相互作用以产生工件32上的DC偏压。

围绕线圈24且在上端板18上延伸的是金属管或罐状屏蔽体34，其内部直径稍微超过壁12的内部直径。屏蔽体34将在线圈24内产生的电磁场和周围的环境隔开。圆柱状腔10的直径确定由线圈24产生的电磁场的边界。绝缘窗口结构19的直径超过腔10的直径一定程度从而绝缘窗口结构19包含腔10的整个上表面。

选择工件32的处理表面和绝缘窗口结构19的下表面之间的距离来提供在工件的暴露的、处理的表面上最均匀的等离子体通量。对于本发明的较佳实施例，工件处理的表面和绝缘窗口下部之间的距离约是腔10直径的0.2到0.4倍。

线圈24包括多个平行绕组，在源26的13.56MHz时每个绕组有足够的电长度从而用作具有总电长度约30到45°的传输线，从而产生沿绕组的长度产生驻波形。驻波形造成沿绕组长度的驻波RF的电压和电通量的变化。由绕组产生的磁通量对这些RF电通量的依赖导致在线圈24的不同绕组之下的腔10的不同部分中产生不同的等离子体密度。

在线圈的不同绕组中流动的RF电通量的变化被空间平均以有助于控制等离子体密度的空间分布。空间平均线圈的不同绕组中的这些不同的电通量可以基本防止等离子体密度中的方位角不对称，特别是在绕组的低RF电流区。可供选择地，发生器26的频率是4.0MHz，在这种情况中，线圈24的绕组是电缩短约10°到15°，使得绕组内的驻波电流和电压基本恒定。

控制器29包括微处理器33(图2)，它响应(1)输入装置41，(2)探测器31产生的电压振幅和相位角信号，以及(3)存储用于控制微处理器33及控制连接到线圈24的可变电容器值和RF发生器26的输出功率的信号的程序的存储系统35。在存储系统35存储的程序中是用户匹配网络28和47的可变电抗值的控制程序。还可以在制作或安装处理器时预设源26的输出功率和连接到线圈24的电容器的值，特别如果处理器用于单个制法时。

如图2所示，线圈24包括两个平行绕组40和42，它们两者通常是以中心线圈轴44同心的并包括相对轴44沿径向并圆周地延伸的多个螺旋状圈。内部绕组40整个位于外部绕组42内，从而绕组42完全围绕绕组40。绕组40包括内部末端46和外部末端48，而绕组42具有外部末端50和内部末端52。

内部绕组40包括3个不同半径的同心圈54、56和58，以及两个直线段60和62。每个圈54、56和58是绕轴44同心的一部分圆并具有约340°的角度范围。圈54和56的相邻端通过直线段60彼此连接，而直线段62将圈56和58的相邻端彼此连接。直线段60和62沿径向并圆周地沿平行通路延伸。

外部绕组42包括两个不同半径的同心圈64和66，以及直线段68。每个圈64和66是以轴44为中心的一部分圆并具有约340°的角度范围。直线段68沿径向并圆周地延伸而将圈64和66的相邻端彼此连接。

绕组40的圈54、56和58以及部分60和62的长度之和约等于绕组42的圈64和66以及部分68的长度之和。因为绕组40和42的长度基本相等，所以它们沿它们的长度具有基本相等的驻波电压和电流变化，而不管发生器26提供给它们什么频率。

线圈24的绕组40和42由单个固定频率RF发生器26产生的RF电流并联驱动，该发生器具有受控的可变输出功率。如以下描述的，在发生器26的低(例如，4.0MHz)或高(例如，13.56MHz)频率时，在每个线圈40和42中具有单个电流最大值。在高频率时，电流最大值在约每个绕组的末端之间的一半处。电流最大值产生于相对轴44的绕组40和42的径向相对点从而通过发生器26向绕组40和42的RF激励造成的环形电场提供近似的方位角对称。

绕组40和42分别在分开的并联电路支路81和83中。支路81包括串联绕组40和可变电容器80和84，而支路83包括串联绕组42和可变电容器82和86。安排线圈24的绕组40和42的圈以使由来自匹配网络28的输出端的功率并联驱动的输入末端46和50，位于线圈轴44的相对侧，从而电流沿相同的方向从末端46和50流入绕组40和42的其余部分。末端46在线圈24的最小半径的圈54上而末端58在最大半径的圈66上。末端46和50分别由串联可变电容器80和82连接到匹配网络28的输出端。

相对轴44彼此在直径方向上相对的线圈24的输出端48和52通过串联可变电容器84和86连接到共地端。

对于源26的高频输出，设定电容器84和86的值从而绕组40和42中的驻波电流在绕组40的输入和输出端46和48以及在绕组42的末端50和52处具有最小振幅，在那里驻波电压最大。绕组40和42中的驻波电流在绕组40和42的径向相对点处具有最大值，那里驻波电压最大，这是调整电容器84和86的值的结果。驻波电流最大可以通过监控驻波电压定位。电流最大值在电压最小(接近于0伏)处产生。将绕组40和42中的驻波电流最大定位于彼此径向相对有助于提供方位角对称的等离子体密度。

电容器80和82的值帮助保持为匹配网络28调整的每个绕组40和42的阻抗。绕组40和42中驻波电流的最大振幅分别由电容器80和82的值控制。绕组40和42的物理结构和末端46、48、50和52的末端位置影响绕组40和42内的最大驻波电流的位置。

适当控制电容器80、82、84和86的值以及发生器26的总输出功率，即发生器26并联施加到绕组40和42的功率，使得在绕组40或42中的电流保持基本恒定，同时改变另一个绕组中的电流。在保持绕组40或42中的电流基本恒定的同时改变总功率的能力提供了对绕组赋能(energization)所产生的电磁场分布的实质控制。通过将绕组40或42其中一个的电流保持基本恒定，由该绕组产生且提供给腔10内等离子体的电磁场保持相对恒定。改变另一个绕组40或42中的电流使得该绕组提供给腔10内的等离子体的电磁场变化。如前所述，不同工件处理制法需要绕组40产生(deposite)的电磁功率保持基本恒定且由绕组42耦合到等离子体的功率变化。对于其它制法，需要绕组42提供到腔10中等离子体的功率分布保持恒定和支路40提供给腔10内的等离子体的功率变化。

对于不同制法，通过手动调整这些部分或通过响应存储于存储系统25且由微处理器33响应来自输入控制器41的制法信号而读取的信号自动调整来控制电容器80、82、84和86的值以及发生器26的输出功率。可供选择地，如果特定的线圈总是连同具有相同制法的处理器工作，则电容器80、82、84和86的值以及发生器26的输出功率可以在工厂中在制造处理器时或在安装处理器期间设定。

假定每个绕组40和42通常都具有6欧姆的电阻，这使得绕组42中的RMS(均方根值)电流保持基本恒定而通过根据表I调整发生器26的输出功率改变绕组40内的RMS电流和支路81和83的总电阻(X1)和(X2)：

表I(R1＝R2＝6Ω)

情况Ptot(W)X1(Ω)X2(Ω)  I1(A)  I2(A)a)40和42中电流相等1000  40  40  9.13  9.13b)40中的电流大于42中的电流1570  20  30  13.36  9.12c40中的电流小于42中的电流850  60  50  7.63  9.14

同样地，如果需要保持内部绕组40内的电流基本恒定而外部绕组42内的电流可变，则支路81(X1)和支路82(X2)的电抗和发生器26的输出功率根据表II调整。

表II(R1＝R2＝6Ω)

情况Ptot(W)X1(Ω)X2(Ω)  I1(A)  I2(A)a)40和42中电流相等1000  40  40  9.13  9.13b)40中的电流大于42中的电流1570  30  20  9.12  13.36c40中的电流小于42中的电流850  50  60  9.14  7.63

通过改变电容器80、82、84和86的值以及源26的功率，可以实现沿方位角和径向方向入射到工件上的等离子体密度的控制。

假定对于支路81电流和阻抗分别是I1和z1而对于支路83电流和阻抗分别是I2和z2。由于每个支路由输入电容器、绕组和输出电容器的串联组合组成，因此阻抗z1或z2是来自输入(C1或C2)和输出(C3或C4)电容器以及支路81或支路83的绕组(L1或L2)的所有阻抗的总和。因此，z1＝R1+j[ωL1-1/(ωC1)-1/(ωC3)]＝R1+jX1，其中R1和X1＝ωL1-1/(ωC1)-1/(ωC3)分别表示阻抗z1的实数(电阻)部分和虚数(电抗)部分。同样地，z2＝R2+jX2，其中R2和X2＝ωL2-1/(ωC2)-1/(ωC4)分别表示阻抗z2的电阻部分和电抗部分。对表I和II所示的结果的定量分析在标题为“INDUCTIVE PLASMA PROCESSOR HAVING COIL WITH PLURALWINDINGS AND METHOD OF CONTROLLING PLASMA DENSITY″(Lowe Hauptman Gilman和Berner Docket No.2328-050)的共同申请中给出。

为了方便，假定RF源26的频率是13.56MHz而在13.56MHz时每个支路40和42的电长度是77°且电容器80、82、84和86的值被适当调整因而在绕组40和42中具有相等的电流。对于这种情况，沿每个绕组40和42长度的驻波电流振幅由图3的曲线90表示。在每个绕组40和42的输入和输出端之间曲线90具有正弦状的变化。曲线90在曲线的中点处，即38°处具有约14.5安培RMS的峰值，而在绕组40和42的输入和输出端处具有约10.7安培RMS的最小相等值。因此，每个绕组40和42中的最大驻波电流超过最小驻波电流约3.8安培RMS，即约21％。

在13.56MHz频率时图2结构的工作的可能问题在于，电容器80、82、84和86必须被同步或以迭代的方法调整以便保持对绕组40和42产生的电磁场分布的所需关系。例如，为了保持工件上的方位角对称密度，需要每个线圈中的最大电流位于相对轴44径向相对处。这通过调整连接在绕组40和42的输出端和地之间的电容器84和86的值实现。调整电容器84和86的值会需要调整电容器80和82从而提供所需的驻波电流值来实现表I和II中表示的值。但是，调整电容器80和82的值会引起绕组40和42中的电流驻波形进一步地移动(shift)，由此电流驻波形的最大值不再在直径上相对于线圈轴44相对。如果电流驻波最大值以这种方式移动，则进一步地调整电容器84和86的值是必要的。

为了克服以上问题，我们已经实现，如果沿绕组40和42的电流变化可以被充分降低，从而绕组40和42中的驻波电流最大值的位置不关键，即最大值不必位于线圈轴44的直径相对侧，则只需单个可变电容器连接到每个绕组40和42。换句话说，消除了同步地或迭代地调整所有4个电容器80、82、84和86的必要。

为此，降低RF源26的频率从而绕组40和42的传输线效应基本降低。如果每个绕组40和42的电长度基本小于约45°，则驻波电流的最大值和最小值之间的百分比变化将足够降低，以便使只有单个可变电容器84和86分别和绕组40和42串联，而消除了对连接在每个绕组输入端和匹配网络28的功率输出端之间的任何电容的需要。

如前所述，RF源26的频率从13.56MHz降低到4.0MHz，导致绕组40和42的电长度减少3.4倍(factor)。图3的曲线92表示调整电容器84和86，以使相等的驻波电流在绕组40和42中的情况。在13.56MHz时分析(曲线90所示的)的同一物理绕组在4.0MHz时再分析(曲线92所示的)。每个支路40和42的电长度变成22.6°(即，77°除以3.4)。曲线92在绕组40和42的输入和输出端具有约25.7安培RMS的驻波电流最小值而在绕组的中间处具有约26安培RMS的最大驻波电流。尽管事实是对于曲线92的短传输线，绕组40和42中流动的电流大于曲线90的长传输线的情况，但对于这两种情况源24的输出功率是一样的，2400瓦。对于图3的示例性相等的电流曲线90和92，电容器84和86的电容彼此相等且对于源26的13.56MHz的频率具有137皮法(pF)，同时对于源26的4.0MHz的激励，电容器84和86的值是1808pF。

曲线92的最大值和最大驻波电流之间的百分比变化约2％，相比于曲线90的21％的变化。因为激励源26的相对低频导致绕组40和42的最小和最大驻波电流之间相对小的变化，所以存在由每个绕组40和42产生并提供到腔10内的等离子体的相对均匀的方位角电磁场。因此，不存在包含电容器80和82来调整绕组40和42内最大驻波电流位置的需要。表I和II提供低频激励的必要信息来调整电容器84和86的电容和RF源26的输出功率以便分别实现线圈40和42中的恒定电流.

对于源26的4.0MHz激励功率，通过调整电容器84的值而保持电容器86的值恒定且随后通过调整电容器86的值而保持电容器84的值恒定，绕组40和42中的最大驻波电流之比(I1/I2)可以从20∶1到1∶1，随后从1∶1到1∶10连续变化，其中I1是绕组40中的最大驻波电流而I2是绕组42中的最大驻波电流。当电容器84和86的值改变时，改变源26的输出功率来提供表I和II表示的相同效果。  为了响应微处理器33的输出信号控制电容器80、82、84和86的值，每个电容器由不同的一个DC马达87驱动。每个马达87响应不同的微处理器33的输出信号。信号微处理器33提供到马达87的信号具有和马达的输出轴将旋转的量相当的值以便实现电容器80、82、84和86的所需电容值。匹配网络28包括由马达88驱动的可变电抗(图4中较佳地，电容器)。马达88响应微处理器33响应由存储系统35存储的程序和探测器产生的信号而产生的不同信号。探测器43产生表示(1)由匹配网络28向发生器26反射的电压振幅和(2)在反射的电压和电流之间的相位差的信号。微处理器33将适当的DC信号提供到发生器26来控制发生器的输出功率。微处理器33响应表示由RF源26和匹配网络28并联施加到支路81和83的信号，以及表示支路81和83的输出端48和52处的驻波电流的信号，如由结合图4描述的电路所产生的。

现在参考附图4，和线圈24的4.0MHz驱动相关的较佳实施例的电路图。RF源26通过相位和量探测器43和较佳地具有2000pF电容的固定的串联电容器100来驱动匹配电路28。匹配网络28包括可变并联电容102和可变串联电容104，它们具有由马达88改变的电容值。

匹配电路28的输出功率通过串联电感器106、RF电压探测器108和相位探测器109被并联耦合到支路81和83。RF电压探测器108产生表示在支路81和83的连接输入端处的RF电压峰值振幅的DC电压，而相位探测器109产生表示支路81和83的连接输入端处的RF电压和电流之间相位差的DC电压。探测器108和109的输出被反馈到微处理器33，它依次控制马达87和发生器26的输出功率来实现前述的结果。流过支路81和83的电流分别通过可变电容器84和86耦合到地。

支路81和83的输出端处的驻波电通量分别由电流振幅探测器110和112探测，分别电感耦合到连接在电容器84和86的低电压端和地之间的引线111和113。如图5所示，每个电流传感器110和112包括由缠绕环状核芯216的环状绕组214制成的变流器。在核芯216内，流过引线111或113的RF电流I(t)产生时变磁场B(t)(由环126表示)。在环状绕组214的每个圈124中磁场B(t)感应时变电场或等价的感应电流i(t)。图5所示的感应电流i(t)的方向假定流过引线111或113的驱动电流(driving current)I(t)的量随时间增加，即dI(t)/dt＞0，由于i(t)和成比例，它还与成比例。核芯216可以由铁淦氧磁材料制成(已知为铁氧体)或铁磁性材料(例如，铁)以便进一步增强流过引线111或113的驱动电流和流过绕组214的感应电流之间的互感耦合。

感应电流i(t)流过电路130的两个输入端221和222之间的电阻器220并产生通过电阻器220的正弦波形。该正弦波形由二极管224整流从而只有大于二极管阈值电压(通常0.6-0.7v)的正电压可以通过二极管。电容器226、电感线圈228和电容器230形成低通滤波器，它产生电路输出端233和234的DC电压V。电压V可以被提供到微处理器33以表示分别流过末端48和52的电流。

图7中示意性地示出较佳实施例中电流传感器110或112的机械装配。电容器84或86有连接到末端48或52的一端面板140和连接到屏119的第二端面板142。引线111或113由导电金属制成，较佳地是镀银的铜并机械加工成具有有螺纹中心孔的圆柱。引线111或113被插入电流传感器110或112的中心开口，它还由绝缘盘148支持并安装于其上。通过将金属螺钉144和145固定入引线111或113的螺纹孔形成电连接从而相同的电流从末端48或52流过电容器84或86、屏119、引线111或113并最终到达外壳117中的接地板115。如前所述，流过引线111或113的电流产生时变磁场，它依次产生环状绕组214中的感应电流。传感器110或112的引线连接到电连接器(未示出)，它置于由圆柱形屏121围绕的区域中接地板115上。

接地的电磁屏114和116分别置于电流传感器110和112以及电容器84和86之间，以便使来自其余装置，特别是绕组40和42的RF场电磁干扰最小。屏114或116由环形金属板119和屏121组成。屏119具有使引线111或113通过的开口。屏121是金属圆柱体，它水平地围绕传感器110或112和引线111或113。和垂直夹住传感器的屏119及板115一起，传感器110和112以及引线111或113完全和周围的RF场屏蔽，由此大大改善了电流传感器的精确度。屏119和121较佳地由镀银的铜制成。屏121仅仅机械和电连接到板115。绕组40和42输出端处所有的电压跨过电容器84和86从而连接到引线111和113的电容器端面板142实际上接地。屏114和116以及电流探测器110和112被安排和探测器43、电容器100、102及104、线圈106以及探测器108和109一起在金属外壳117内。

在参考图4的附图，每个电容器84、86、100、102和104是能控制从RF源26流到绕组40和42的相对高电流的真空电容器。因为4MHz时每个绕组40和42的电长度相对短，所以电容器84和86需要相对大电容值，它们通常具有2500pF电容器最大值。并联负载电容器102具有相对较大的1400pF的最大值以和并联支路40和42的低阻抗匹配。串联电容器104是相对较大的电容器，它具有1500pF的最大值以调谐并联支路81和83的较低的电感电抗。

较佳地具有200pF的值的，固定输入串联连接的电容器100提供源26和线圈24的并联绕组40和42之间的部分阻抗变换。包括电容器100来使并联、负载电容器102具有更合理的值；否则，电容器102将具有比具有最高1400pF最大值的电容器的相关值更大的电容值。固定电容器100还提供更好的调谐分辨率，以便用线圈24的并联绕组40和42获得更好的匹配电路28的共振调谐。

较佳地具有3.5微亨的相对大值的固定电感器106扩展了匹配网络28的调谐范围。外壳117外部且选择性地连接到内部绕组40的电感器110可以用来提供基本相等阻抗的与绕组40和42相关的并联支路81和83。如果绕组42具有基本大于绕组40电感的电感，则使用电感器110。

电压探测器108及电流传感器110和112将信号提供到微处理器33。微处理器33响应来自电压探测器108、电流传感器110和112以及相位指示探测器109的信号并产生总输出功率RF源26的指示。总功率的指示控制RF发生器26的输出功率来实现由表I和II表示的功率。电流传感器110和112所产生的信号由微处理器33用来控制改变电容器84和86的电容的马达从而确保正确的电流在绕组40和42中流动以实现表I和II中指示的电流。

在制造处理器时，相对外部绕组42转动内部绕组40来帮助控制方位角电场分布和方位角等离子体密度分布。绕组40绕轴44调整使得末端46和48可以处于和图2所示不同的位置。如果同一类型的处理器具有从一个处理器到另一个处理器一致的方位角电场和等离子体密度分布，则绕组40可以被转到预定的位置。但是，如果同一类型的不同处理器具有从一个处理器到另一个处理器不同的方位角电场和等离子体密度分布，则相对绕组42转动绕组44直到测试表明在每个特定处理器中实现了最佳一致的等离子体分布。

在已经描述和说明了本发明的特殊实施例的同时，清楚的是，可以进行所特别说明和描述实施例的细节的变化而不背离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。例如，本发明的许多原理不限于具有两个同心绕组的线圈而是可以应用具有一个或多个绕组的线圈。