CN103871816B - 用于匹配器的传感器及具有其的匹配器、等离子体设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于匹配器的传感器、匹配器及等离子体设备。传感器包括：金属柱体、绝缘套、接地壳、环状件、感应线圈和电路板，绝缘套套设在金属柱体的外周面上。接地壳套设在绝缘套外面。环状件套设在绝缘套外面且位于接地壳内。感应线圈套设在环状件外面且位于接地壳内。电路板套设在环状件外面且位于接地壳内，其中在绝缘套的轴向剖面内，顺着绝缘套的表面从绝缘套的一个端面的内沿到外沿的线段定义为第一线段，顺着绝缘套的表面从外沿到接地壳的线段定义为第二线段，其中绝缘套的至少一个端面的第一线段和第二线段中的至少一条线段为曲线。根据本发明实施例的传感器，可增加金属柱体到接地壳之间的最短绝缘距离，提高传感器的理论耐压值。

Description

用于匹配器的传感器及具有其的匹配器、等离子体设备

技术领域

本发明涉及等离子体领域，尤其是涉及一种用于匹配器的传感器及具有其的匹配器、等离子体设备。

背景技术

等离子体技术被广泛应用于半导体器件的生产过程中。常用的等离子体类型有电容耦合等离子体（CCP）、电感耦合等离子体（ICP）以及电子回旋共振等离子体（ECP）等类型。电感耦合等离子体发生装置中，射频能量通过电感耦合线圈电离腔室气体以形成等离子体。这种方式可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单、造价低。

随着技术的不断发展，电感耦合等离子体装置中的单个电感耦合线圈逐渐发展为多个电感耦合线圈，这种具有多个电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，且可以同时对产生等离子体的射频源（决定等离子体密度）与基片台射频源（决定入射到晶片上的粒子能量）进行独立控制，从而使得该电感耦合等离子体装置得到广泛的应用。实现多电感线圈单独控制需要采用多输出匹配器，而电流传感器则为多输出匹配器中对各个电感线圈能量进行监控的重要装置。

现有的多输出匹配器中的传感器中的铜柱的外周壁上套设有圆柱形的绝缘套筒，绝缘套筒的外周壁上套设有接地环或电压感应环，这种结构的传感器只能应用于主电路电压较小，对绝缘要求较低的情况，同时该结构物理尺寸较大，对传感器的安装空间要求较高，且该结构安全性较差，容易出现打火现象。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种理论耐压值高的用于匹配器的传感器。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述传感器的匹配器。

本发明的再一个目的在于提出一种具有上述匹配器的等离子体设备。

根据本发明实施例的用于匹配器的传感器，包括：金属柱体；绝缘套，所述绝缘套套设在所述金属柱体的外周面上；接地壳，所述接地壳套设在所述绝缘套外面；环状件，所述环状件套设在所述绝缘套外面且位于所述接地壳内；感应线圈，所述感应线圈套设在所述环状件外面且位于所述接地壳内；和电路板，所述电路板套设在所述环状件外面且位于所述接地壳内，在所述绝缘套的轴向剖面内，顺着所述绝缘套的表面从所述绝缘套的一个端面的内沿到外沿的线段定义为第一线段，顺着所述绝缘套的表面从所述外沿到所述接地壳的线段定位为第二线段；其中所述绝缘套的上端面的第一线段、上端面的第二线段、下端面的第一线段以及下端面的第二线段中至少有一条线段为曲线。

根据本发明实施例的用于匹配器的传感器，在绝缘套的轴向剖面内，顺着绝缘套的表面从绝缘套的至少一个端面的内沿到外沿的第一线段为曲线和/或顺着绝缘套的表面从外沿到接地壳的第二线段为曲线，从而可在不增加绝缘套的高度的情况下，增加金属柱体到接地壳之间的最短绝缘距离，以提高传感器的理论耐压值，从而使得传感器可应用在更高的电压下，提高了传感器的安全性和应用范围，避免出现打火现象。

另外，根据本发明的用于匹配器的传感器还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述传感器为电流传感器，所述环状件为接地环且与所述接地壳相连以构成所述接地壳的一部分。

根据本发明的另一些实施例，所述传感器为电压或功率传感器，所述环状件为感应环。

具体地，所述绝缘套上端面的第二线段为顺着所述绝缘套的表面从所述绝缘套的上端面的外沿到所述接地环的上表面或所述接地壳的上表面的线段，所述绝缘套下端面的第二线段为顺着所述绝缘套的表面从所述绝缘套的下端面的外沿到所述接地壳的下表面的线段。

在本发明的一些实施例中，所述第一线段为直线，所述第二线段为曲线。

进一步地，所述绝缘套的至少一个端面的外周壁上套设有延伸套。

进一步地，所述延伸套与所述绝缘套一体形成。

在本发明的另一些实施例中，所述第一线段为曲线，所述第二线段为直线。

进一步地，所述绝缘套的至少一个端面上设有端套，所述端套的远离所述绝缘套的表面上设有至少一个沿所述端套的周向延伸的周向凹槽。

进一步地，所述端套的与所述绝缘套相接的表面上设有沿所述端套的周向延伸的固定槽，所述绝缘套的至少一个端面上设有沿所述绝缘套的周向延伸且配合在所述固定槽内的固定凸起。

在本发明的进一步实施例中，所述绝缘套的至少一个端面上形成有沿所述绝缘套的周向延伸的凹槽。

根据本发明实施例的匹配器，包括根据本发明上述实施例的用于匹配器的传感器。

根据本发明实施例的等离子体设备，包括根据本发明上述实施例的匹配器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的传感器的主剖面图；

图2为图1所示的传感器的局部剖面图；

图3为根据本发明另一个实施例的传感器的主剖面图；

图4为图3所示的传感器的局部剖面图；

图5为根据本发明再一个实施例的传感器的主剖面图；

图6为根据本发明又一个实施例的传感器的主剖面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的一种用于匹配器的传感器100，该传感器100可为电流传感器、电压传感器或功率传感器等。该传感器100可应用于等离子体设备中。

根据本发明实施例的用于匹配器的传感器100，如图1-图6所示，包括：金属柱体1、绝缘套2、接地壳3、环状件4、感应线圈5和电路板6，其中，绝缘套2套设在金属柱体1的外周面上，例如绝缘套可以由聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚酮(PEEK)等材料制成。接地壳3套设在绝缘套2外面。环状件4套设在绝缘套2外面且位于接地壳3内。感应线圈5套设在环状件4外面且位于接地壳3内。电路板6套设在环状件4外面且位于接地壳3内。其中，在绝缘套2的轴向剖面内，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的一个端面的内沿到外沿的线段定义为第一线段，顺着绝缘套2的表面从外沿到接地壳3的线段定义为第二线段。其中，绝缘套2的上端面的第一线段、上端面的第二线段、下端面的第一线段以及下端面的第二线段中至少有一条线段为曲线。换言之，在绝缘套2的轴向剖面内，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的至少一个端面的内沿到外沿的第一线段为曲线和/或顺着绝缘套2的表面从外沿到接地壳3的第二线段为曲线。优选地，该金属柱体1为铜柱。

换言之，可以是绝缘套2的至少一个端面的第一线段为曲线、第二线段为曲线，也可以是绝缘套2的至少一个端面的第一线段为曲线、第二线段为直线，还可以是绝缘套2的至少一个端面的第一线段为直线、第二线段为曲线。

其中，绝缘套2的上端面的第一线段和第二线段的长度之和、与绝缘套2的下端面的第一线段和第二线段的长度之和中的最小值为金属柱体1到接地壳3的最短绝缘距离，从而通过增加最短绝缘距离，提高传感器的理论耐压值，使得传感器可以应用在更高的电压下。且可根据不同类型的传感器，适当的选择第一线段和第二线段的长度。

根据本发明实施例的用于匹配器的传感器100，在绝缘套2的轴向剖面内，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的至少一个端面的内沿到外沿的第一线段为曲线和/或顺着绝缘套2的表面从外沿到接地壳3的第二线段为曲线，从而可在不增加绝缘套2的高度的情况下，增加金属柱体1到接地壳3之间的最短绝缘距离，以提高传感器100的理论耐压值，从而使得传感器100可应用在更高的电压下，提高了传感器100的安全性和应用范围，避免出现打火现象。

如图1-图6所示，在本发明的一些实施例中，传感器100为电流传感器，此时环状件4为接地环且与接地壳3相连以构成接地壳3的一部分。

具体地，接地环4的下端与接地壳3的内底壁相连且接地环4的上端从接地壳3露出，如图1-图6所示，接地壳3的顶板与绝缘套2之间间隔预定间隙，可从该预定间隙看到接地环4的上端。

当传感器100为电流传感器时，绝缘套2的上端面的第二线段为顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的上端面的外沿到接地环4的上表面的线段，绝缘套2的下端面的第二线段为顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的下端面的外沿到接地壳3的下表面的线段。

在本发明的另一些实施例中，传感器100为电压或功率传感器，此时环状件4为感应环，感应环4不接地，以进行电压信号的采样。

具体地，当传感器100为电压或功率传感器时，绝缘套2的上端面的第二线段为顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的上端面的外沿到接地壳3的上表面的线段，绝缘套2的下端面的第二线段为顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的下端面的外沿到接地壳3的下表面的线段。

实施例1：

如图1和图2、图5和图6所示，在本发明的实施例中，绝缘套2的至少一个端面的第一线段为直线，第二线段为曲线。具体地，绝缘套2的至少一个端面的外周壁上套设有延伸套9。可选地，延伸套9与绝缘套2一体形成。

示例1：

在本发明的示例中，如图1和图2所示，绝缘套2的下端的外周壁上设有一体成型的延伸套9，此时绝缘套2的上端面的第一线段为直线，绝缘套2的下端面的第一线段为直线，绝缘套2的上端面的第二线段为直线，绝缘套2的下端面的第二线段为曲线。

如图1和图2所示，延伸套9包括圆环形的本体91和凸缘92，本体91套设在绝缘套2的下端的外周壁上，凸缘92垂直于本体91的外边缘且沿朝向接地壳3的方向延伸。进一步地，绝缘套2的下端面与延伸套9的下表面平齐。在图1的示例中，一体成型的绝缘套2和延伸套9整体竖向截面形成为大体“J”形状。

此时，在图2的示例中，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的下端面的外沿到接地壳3的下表面的线段即第二线段的长度为j-a+i+h+g+f+e，绝缘套2的上端面的第一线段和第二线段的长度之和为a+d，绝缘套2的下端面的第一线段和第二线段的长度之和为j+i+h+g+f+e，金属柱体1到接地壳3的最短绝缘距离为j+i+h+g+f+e和a+d中的最小值。在不同的传感器中，可通过选择合适的d、f、g、h、i和j值以尽可能地增加最短绝缘距离。

可以理解的是，因为一般绝缘材料的耐压远远大于空气耐压，例如四氟材料的耐压可达到17-20kV/mm，而空气仅1kV/mm，因此在此处认为绝缘材料的厚度足够耐压且远远大于空气击穿电压。因此在图2所示的实施例中，最短绝缘距离采用的是绝缘套2的上端面的第一线段和第二线段的长度之和a+d与绝缘套2的下端面的第一线段和第二线段的长度之和e+f+g+h+i+j中的最小值，而不是物理最短距离a。

示例2：

在本发明的示例中，如图5所示，绝缘套2的上端的外周壁上设有一体成型的延伸套9，此时绝缘套2的上端面的第一线段为直线，绝缘套2的下端面的第一线段为直线，绝缘套2的上端面的第二线段为曲线，绝缘套2的下端面的第二线段为直线。

如图5所示，延伸套9包括圆环形的本体91和凸缘92，本体91套设在绝缘套2的上端的外周壁上，凸缘92垂直于本体91的外边缘且沿朝向接地壳3的方向延伸。进一步地，绝缘套2的上端面与延伸套9的上表面平齐。在图5的示例中，一体成型的绝缘套2和延伸套9整体竖向截面形成为大体倒“J”形状。

此时，在图5的示例中，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的上端面的外沿到接地壳3的上表面的线段即第二线段的长度为j-a+i+h+g+f+e，绝缘套2的上端面的第一线段和第二线段的长度之和为j+i+h+g+f+e，绝缘套2的下端面的第一线段和第二线段的长度之和为a+d，金属柱体1到接地壳3的最短绝缘距离为j+i+h+g+f+e和a+d中的最小值。在不同的传感器中，可通过选择合适的d、f、g、h、i和j值以尽可能地增加最短绝缘距离。

可以理解的是，因为一般绝缘材料的耐压远远大于空气耐压，例如四氟材料的耐压可达到17-20kV/mm，而空气仅1kV/mm，因此在此处认为绝缘材料的厚度足够耐压且远远大于空气击穿电压。因此在图5所示的实施例中，最短绝缘距离采用的是绝缘套2的下端面的第一线段和第二线段的长度之和a+d与绝缘套2的上端面的第一线段和第二线段的长度之和e+f+g+h+i+j中的最小值，而不是物理最短距离a。

示例3：

在本发明的示例中，如图6所示，绝缘套2的上端和下端的外周壁上分别设有一体成型的延伸套9，此时绝缘套2的上端面的第一线段为直线，绝缘套2的下端面的第一线段为直线，绝缘套2的上端面的第二线段为曲线，绝缘套2的下端面的第二线段为曲线。

如图6所示，两个延伸套9中的每一个分别包括圆环形的本体91和凸缘92，本体91套设在绝缘套2的相应端的外周壁上，凸缘92垂直于本体91的外边缘且沿朝向接地壳3的方向延伸。进一步地，绝缘套2的上端面与相应的延伸套9的上表面平齐，绝缘套2的下端面与相应的延伸套9的下表面平齐。在图6的示例中，一体成型的绝缘套2和两个延伸套9整体竖向截面形成为大体倒“C”形状。

此时，绝缘套2的上端面的第一线段和第二线段的长度之和等于绝缘套2的下端面的第一线段和第二线段的长度之和，在图6的示例中，金属柱体1到接地壳3的最短绝缘距离等于j+i+h+g+f+e，从而在不同的传感器中，可通过选择合适的f、g、h、i、e和j值以尽可能地增加最短绝缘距离。

可以理解的是，因为一般绝缘材料的耐压远远大于空气耐压，例如四氟材料的耐压可达到17-20kV/mm，而空气仅1kV/mm，因此在此处认为绝缘材料的厚度足够耐压且远远大于空气击穿电压。因此在图6所示的实施例中，最短绝缘距离采用的e+f+g+h+i+j，而不是物理最短距离a。

实施例2：

在本发明的实施例中，如图3和图4所示，绝缘套2的至少一个端面的第一线段为曲线，第二线段为直线。具体地，绝缘套2的至少一个端面上设有端套10，端套10的远离绝缘套2的表面上设有至少一个沿端套10的周向延伸的周向凹槽101。

进一步地，端套10的与绝缘套2相接的表面上设有沿端套10的周向延伸的固定槽102，绝缘套2的至少一个端面上设有沿绝缘套2的周向延伸且配合在固定槽102内的固定凸起20。从而使得端套10与绝缘套2的装配简单。

在图3和图4的示例中，绝缘套2的上端面和下端面分别设有一个端套10，设在绝缘件2的上端面的端套10的上表面上设有两个沿端套10的周向延伸的周向凹槽101，设在绝缘套2的上端面的端套10的下表面上设有沿该端套10的周向延伸的固定槽102，绝缘套2的上端面设有配合在该固定槽102内的固定凸起20。

设在绝缘件2的下端面的端套10的下表面上设有两个沿端套10的周向延伸的周向凹槽101，设在绝缘套2的下端面的端套10的上表面上设有沿该端套10的周向延伸的固定槽102，绝缘套2的下端面设有配合在该固定槽102内的固定凸起20。

此时，在图3和图4的示例中，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的上端面的内沿到外沿的线段即第一线段为曲线，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的上端面的外沿到接地壳3的上表面的线段即第二线段为直线，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的下端面的内沿到外沿的线段即第一线段为曲线，顺着绝缘套2的表面从绝缘套2的下端面的外沿到接地壳3下表面的线段即第二线段为直线。

如图3和图4所示，绝缘套2的上端面的第一线段的长度d1为a+4k和a+2l中的最小值，即d1=min(a+4k,a+2l)，绝缘套2的下端面的第一线段的长度d2为a+4o和a+2p中的最小值，即d2=min(a+4o,a+2p)，从而金属壳体1到接地壳3的最短绝缘距离d3=min(a+4k+m,a+2l+n,a+4o+q,a+2p+r)。在不同的传感器中，可通过选择合适的l、m、n、o、p、q、r值以尽可能地增加最短绝缘距离。

进一步地，绝缘套2的至少一个端面上形成有沿绝缘套2的周向延伸的凹槽（图未示出）。从而可进一步在不增加绝缘套2的高度的情况下，增加金属柱体1到接地壳3之间的最短绝缘距离。

其中，值得理解的是，在实施例1和实施例2中，还可以通过适当减小绝缘套2的高度尺寸或减小绝缘套2的直径尺寸，以在增加金属柱体1到接地壳3之间的最短绝缘距离的基础上，减小传感器100的尺寸。在传感器100的设计中，还应根据实际情况合理选择金属柱体1的尺寸和绝缘套2的厚度尺寸，以避免传感器100应用在高电压时发生击穿现象。

可以理解的是，在图4所示的实施例中，绝缘距离计算以L1=a+4k+m,L1=a+2l+n计算，而不是表面直线距离a+n。在此处也需要说明，空气耐压为1kV/mm，而绝缘材料表面耐压为0.67kV/mm，因此对L=a+4k+m的表面绝缘距离耐压可计算为V1=1*L=L，如果以L=a+n计算则其耐压为V2=(a-2s+m)+0.67*(2s)=a+m-0.33s（以绝缘套表面凹槽宽度为s）<V1=a+4k+m，因此此处以表面绝缘距离耐压的计算更有意义，默认不去计算空间绝缘距离耐压值。

根据本发明实施例的等离子体设备，包括根据本发明上述实施例的用于匹配器的传感器100。

根据本发明实施例的等离子体设备的其他构成例如反应腔室和射频电源等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种用于匹配器的传感器，其特征在于，包括：

金属柱体；

绝缘套，所述绝缘套套设在所述金属柱体的外周面上；

接地壳，所述接地壳套设在所述绝缘套外面；

环状件，所述环状件套设在所述绝缘套外面且位于所述接地壳内；

感应线圈，所述感应线圈套设在所述环状件外面且位于所述接地壳内；和

电路板，所述电路板套设在所述环状件外面且位于所述接地壳内，

在所述绝缘套的轴向剖面内，顺着所述绝缘套的表面从所述绝缘套的一个端面的内沿到外沿的线段定义为第一线段，顺着所述绝缘套的表面从所述外沿到所述接地壳的线段定义为第二线段；其中

所述绝缘套的上端面的第一线段、上端面的第二线段、下端面的第一线段以及下端面的第二线段中至少有一条线段为曲线。

2.根据权利要求1所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述传感器为电流传感器，所述环状件为接地环且与所述接地壳相连以构成所述接地壳的一部分。

3.根据权利要求1所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述传感器为电压或功率传感器，所述环状件为感应环。

4.根据权利要求2所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述绝缘套上端面的第二线段为顺着所述绝缘套的表面从所述绝缘套的上端面的外沿到所述接地环的上表面或所述接地壳的上表面的线段，所述绝缘套下端面的第二线段为顺着所述绝缘套的表面从所述绝缘套的下端面的外沿到所述接地壳的下表面的线段。

5.根据权利要求1所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述第一线段为直线，所述第二线段为曲线。

6.根据权利要求5所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述绝缘套的至少一个端面的外周壁上套设有延伸套。

7.根据权利要求6所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述延伸套与所述绝缘套一体形成。

8.根据权利要求1所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述第一线段为曲线，所述第二线段为直线。

9.根据权利要求8所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述绝缘套的至少一个端面上设有端套，所述端套的远离所述绝缘套的表面上设有至少一个沿所述端套的周向延伸的周向凹槽。

10.根据权利要求9所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述端套的与所述绝缘套相接的表面上设有沿所述端套的周向延伸的固定槽，所述绝缘套的至少一个端面上设有沿所述绝缘套的周向延伸且配合在所述固定槽内的固定凸起。

11.根据权利要求8所述的用于匹配器的传感器，其特征在于，所述绝缘套的至少一个端面上形成有沿所述绝缘套的周向延伸的凹槽。

12.一种匹配器，包括如权利要求1-11中任一项所述的用于匹配器的传感器。

13.一种等离子体设备，包括如权利要求12所述的匹配器。