CN1393958A - 并联谐振旋涡天线 - Google Patents

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Abstract

一种并联谐振天线，包括：具有多个天线单元的旋涡天线，其中天线单元围绕中心点沿二维径向安装，每个天线单元在预定的位置具有接地点，在每个接地点以外的部分沿相同方向弯曲，天线单元具有相同的尺寸和方向，在中心点的天线单元之间的夹角相同；与中心点连接、垂直于旋涡天线的中心导线，用于提供射频动力；安装在旋涡天线上方并离开旋涡天线的金属板，该金属板与天线单元的末端连接并具有一个穿透孔，中心导线穿过该孔而不与金属板接触；串联在中心导线和金属板之间的可变谐振电容。这种并联谐振天线的几何结构能得到均匀的等离子体。由于天线有很小的电感，因此即使在VHF波段也容易实现阻抗匹配。并且，在谐振点，由于天线单元接地点的内部(Z1，Z2，Z3和Z4)的电位低，所以就可能降低不需要的溅射现象。

Description

并联谐振旋涡天线
技术领域
本发明涉及并联谐振旋涡天线，更具体地，涉及能够均匀传导甚高频(VHF)波段的射频(RF)动力的并联谐振天线(或并联谐振whishler天线)。
背景技术
在半导体装置的制造过程中，常常进行使用等离子体的过程，干腐蚀、化学气相沉积(CVD)和溅射是这些过程的例子。为了提高这些过程的效率，目前常常使用离子浓度为1×1011～2×1011离子/cm3的高浓度等离子体(HDP)。通过感应耦合等离子体(ICP)能获得这种高密度等离子体是公知的。
为了得到上述高密度感应耦合等离子体，在很多应用中都尝试使用并联谐振天线，但是不容易得到密度均匀的等离子体。特别是，在VHF波段得到这种密度均匀的等离子体更加困难。VHF波段对应的是频率为20MHz到300MHz的波段。
发明内容
因此，本发明的技术目标是提供具有新型结构和能均匀传导VHF波段的射频动力的并联谐振天线。
为了达到上述目标，本发明的并联谐振天线包括：具有多个天线单元的旋涡天线，该天线单元围绕中心点沿二维径向安装，每个天线单元在预定的位置具有接地点，在每个接地点以外的部分沿相同方向弯曲，天线单元具有相同的尺寸和方向，在中心点的天线单元之间的夹角相同；与中心点连接、垂直于旋涡天线的中心导线，用于提供射频动力；安装在旋涡天线上方并离开旋涡天线的金属板，金属板与天线单元的末端连接并具有一个穿透孔，中心导线穿过该孔而不与金属板接触；串联在中心导线和金属板之间的可变谐振电容。
天线单元由铜制成。优选的是，天线单元的弯曲部分为圆弧形，所述中心点为其圆心，接地点内部沿弯曲方向呈凸出形。
并且，中心导线、天线单元和金属板具有中空的内部空间，使通过中心导线输入的冷却水流过天线单元和金属板而排出到外部，中心导线、天线单元和金属板相互连接，使它们的内部空间相互连通，冷却水排出孔位于金属板穿透孔附近。
优选的是，接地点以内的天线单元比接地点以外的天线单元长，或者接地点以内的天线单元与接地点以外的天线单元的长度相同。
金属板直接与天线单元连接，具有向上凸出的形状。并且，所述天线进一步包括垂直安装在旋涡天线的天线单元末端的外部中心导线，连接支撑的金属板呈平板状。在后者的情况下，中心导线、天线单元和金属板具有中空的内部空间，使通过中心导线输入的冷却水流过天线单元和金属板而排出到外部，中心导线、天线单元和金属板相互连接，使它们的内部空间相互连通，冷却水排出孔在金属板穿透孔的附近。
附图的简要说明
通过参考附图并对优选的实施方式进行详细描述，本发明的上述目标和其它优势将更加明显。其中：
图1a为按照本发明的并联谐振旋涡天线的示意图；
图1b是图1a的等价电路；
图2a为按照本发明第一种实施方式的并联谐振旋涡天线的主视图；
图2b是沿图2a中A-A’线的剖视图；和
图3为按照本发明第二种实施方式的并联谐振旋涡天线的剖视图。
优选实施方式的详细描述
现在，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。
图1a为按照本发明的并联谐振旋涡天线的示意图，图1b是图1a的等价电路。
参看图1a和1b，多个天线单元围绕点“O”(下文称为中心点)沿二维径向安装。天线单元在相同的位置处有接地点(e，f，g和h)，天线单元中接地点以外的部分沿相同方向弯曲。因此总体上天线单元看起来像旋涡状。参考符号Z1到Z8代表天线单元上这些对应的部分，并且也表示这些部分的阻抗值。
RF动力源110连接在天线单元的中心点“O”和末端(a，b，c和d)。在RF动力源110和天线单元末端(a，b，c和d)之间装有可变电容器C3，其对于各个天线单元是公用的。在RF动力源110和并联谐振天线之间装有用于匹配阻抗的阻抗匹配盒(IMB)120。
RF动力源110供出的RF动力，通过中心点“O”并联供到接地点的内部Z1、Z2、Z3和Z4，也通过可变谐振电容C3并联供到接地点的外部Z5、Z6、Z7和Z8。
为了得到密度均匀的等离子体，优选的条件是，天线单元具有相同的大小和形状，即满足以下条件：Z1＝Z2＝Z3＝Z4，和Z5＝Z6＝Z7＝Z8。并且，优选的是，在中心点“O”的天线单元之间的角度相同，使天线单元呈几何对称。
在接地点(a，b，c和d)需要有光滑弯曲的形状而不是尖锐的形状，因为电场在尖点处能局部增强，从而影响等离子体的均匀度。
在符号“A”指示的位置处，由于接地点附近的电流方向几乎相同，所以此点的感生磁场没有削弱，而是引起相长干涉。因此，形成密度均匀的等离子体是可能的。
实施方式1
图2a为按照本发明第一种实施方式的并联谐振旋涡天线的主视图，图2b是沿图2a中A-A’线的剖视图。在图2a和2b中，需要注意的是，与指示图1a中元件的符号相同的符号代表执行相同功能的元件，因此有意省去了对它们的重复描述。
参看图2a和2b，中心导线140装在中心点“O”，垂直于旋涡天线。金属板130装在旋涡天线上面并离开旋涡天线，并与天线单元的末端(a，b，c和d)连接，形成凸出的形状。金属板130的中心有穿透孔(h)，这样导线140能从中穿出而不与金属板130接触。尽管图中没有示出，可变谐振电容(图1a中的C3)串联连接在中心导线140和金属板130之间。
如果从RF动力源110将RF动力加到中心导线140上，一部分RF动力通过接地点的内部(Z1，Z2，Z3和Z4)流过接地点，其余部分的RF动力通过可变谐振电容按顺序流过接地点(e，f，g和h)、金属板130和接地点的外部(Z5，Z6，Z7和Z8)。
谐振频率可用方程表示为(LC)-1/2。这里，电感L由天线的几何结构所确定，是一个固定值。在这一点上，在频率范围为20MHz～300MHz的VHF波段，小的电容值能产生谐振。因此，真空可变电容能用作可变谐振电容C3，但优选的是使用具有1～5pF小电容量和电容值能精细控制的同轴电容，作为可变谐振电容C3。
天线单元是由导电材料制成的，主要使用铜。天线单元在相同位置处具有接地点(e，f，g和h)，接地点的外部以相同的方向弯曲。接地点(e，f，g和h)的外部，即弯曲部分(Z5，Z6，Z7和Z8)绕中心点“O”具有相同的弧形，接地点的内部(Z1，Z2，Z3和Z4)沿弯曲方向具有相同的凸出形状，因此总体上天线单元看起来像旋涡形。优选的是，天线单元的接地点内部(Z1，Z2，Z3和Z4)比天线单元接地点外部(Z5，Z6，Z7和Z8)长，或者是天线单元的接地点内部(Z1，Z2，Z3和Z4)与天线单元接地点外部(Z5，Z6，Z7和Z8)长度相同。接地点内部(Z1，Z2，Z3和Z4)可以是几倍弯曲的圆弧形。
中心导线140，天线单元和金属板130具有中空的内部空间，它们连接后其内部空间相互间是连通的。在金属板130的穿透孔(h)附近有冷却水排出孔130a。因此，如果冷却水通过中心导线140流入，则冷却水依次流过中心导线140、天线单元、金属板130通过冷却水排出孔130a排出到外部。
实施方式2
图3为按照本发明第二种实施方式的并联谐振旋涡天线的剖视图。图3的结构与图2a和2b的结构不同。换句话说，外部导线150分别安装在各个天线单元的末端(a，b，c和d)，并垂直于旋涡天线，金属板130的连接和支撑形成平板形状。
在这种情况下，对于冷却水的流动，外部导线150有中空的内部空间，并且外部导线150与金属板130和各个天线单元的末端(a，b，c和d)连接，使它们内部的空间相互连通。因此，通过中心导线140输入的冷却水依次通过天线单元、外部导线150和金属板130排出到外部。
如前所述，这种并联谐振天线的几何结构能得到均匀的等离子体。由于天线有很小的电感，因此即使在VHF波段也容易实现阻抗匹配。并且，在谐振点，由于天线单元接地点的内部(Z1，Z2，Z3和Z4)的电位低，所以就可能降低不需要的溅射现象。
尽管为了说明的目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域普通技术人员应理解的是，在不偏离本发明所附的权利要求所限定的范围和精神的条件下能对本发明作出各种修改、增添和替代。

Claims (8)

1、一种并联谐振天线，包括：
具有多个天线单元的旋涡天线，该天线单元围绕中心点沿二维径向安装，每个天线单元在预定的位置具有接地点，在每个接地点以外的部分沿相同方向弯曲，天线单元具有相同的尺寸和方向，在中心点的天线单元之间的夹角都相同；
与中心点连接、垂直于旋涡天线的中心导线，用于提供射频动力；
安装在旋涡天线上方并离开旋涡天线的金属板，该金属板与天线单元的末端连接并具有一个穿透孔，中心导线穿过该孔而不与金属板接触；和
串联在中心导线和金属板之间的可变谐振电容。
2、如权利要求1所述的并联谐振天线，其中天线单元由铜制成。
3、如权利要求1所述的并联谐振天线，其中天线单元的弯曲部分为圆弧形，所述中心点为其圆心，接地点内部沿弯曲方向呈凸出形。
4、如权利要求1所述的并联谐振天线，其中中心导线、天线单元和金属板具有中空的内部空间，使通过中心导线输入的冷却水流过天线单元和金属板而排出到外部，中心导线、天线单元和金属板相互连接，使它们的内部空间相互连通，冷却水排出孔位于金属板的穿透孔附近。
5、如权利要求1所述的并联谐振天线，其中接地点以内的天线单元比接地点以外的天线单元长，或者接地点以内的天线单元与接地点以外的天线单元的长度相同。
6、如权利要求1所述的并联谐振天线，其中金属板直接与天线单元连接，具有向上凸出的形状。
7、如权利要求6所述的并联谐振天线，其进一步包括垂直安装在旋涡天线的天线单元末端的外部中心导线，连接支撑的金属板呈平板状。
8、如权利要求7所述的并联谐振天线，其中中心导线、天线单元和金属板具有中空的内部空间，使通过中心导线输入的冷却水流过天线单元和金属板而排出到外部，中心导线、天线单元和金属板相互连接，使它们的内部空间相互连通，冷却水排出孔在金属板穿透孔的附近。
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