CN104849678B - 一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针 - Google Patents

Abstract

一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针，其属于低气压甚高频放电领域。探针主体部分包括射频用高品质因数（或Q值）的空心电感构成的探测头，射频空心电感通过两根射频传输线与射频变压器原线圈连接，变压器副线圈与两根射频传输线相连将信号输出到引出极。探针主体部分放置于陶瓷管中，通过陶瓷管的末端密封。本发明结构体积小，可以在较小空间内使用，空间分比率高，信号的信噪比高，广泛适用于低气压等离子体尤其是甚高频放电中交变磁场强度的测量。

Description

一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针

技术领域

本发明涉及一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针，其属于低气压甚高频放电领域。

背景技术

低气压等离子体被广泛应用于微电子工业的刻蚀和沉积工艺中。随着所使用电源的频率不断提高，电磁效应越来越显著。电磁效应的产生会导致等离子体密度径向分布的不均匀性，从而影响刻蚀和沉积的均匀性。在实际工艺中，良好的均匀性可以有效提高产品的良品率，对节约成本、提高效益有重要作用。在等离子体中，磁场的作用随着频率的增大会更加显著，因此对磁场强度的测量对改进工艺具有重要作用。传统测量磁场的方法其响应频率较低，随着频率的升高信噪比变差，尤其当频率达到甚高频波段（30~300 MHz），测量误差非常大。为此，本发明针对目前甚高频放电中无法有效测量磁场强度的问题，在原有磁探针基础上加以改进，提出了一种适用于低气压甚高频放电中磁场强度测量的探针。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针。

本发明采用的技术解决方案：一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针，它包括探头和探针外套，所述探针外套采用陶瓷管的一端与空心螺杆固定连接，所述探头采用射频空心电感线圈，射频空心电感线圈采用耐温胶固定在陶瓷管的另一端，射频空心电感线圈通过第一射频传输线和第二射频传输线与射频变压器的射频变压器原线圈电连接，射频变压器的射频变压器副线圈通过第三射频传输线和第四射频传输线与第一引出极和第二引出极电连接，第一引出极和第二引出极依次穿过第二四氟垫、第二O型密封圈和第一四氟垫后，采用密封螺母把第二四氟垫和第一四氟垫压紧，在空心螺杆的端面与第二四氟垫的凸环之间设有第一O型密封圈；所述第一射频传输线和第二射频传输线外设有第一屏蔽线圈，第三射频传输线和第四射频传输线外设有第二屏蔽线圈。

所述射频空心电感线圈的匝数为1~5，射频空心电感线圈的长度尺寸为2~8毫米。

所述射频变压器的响应频率范围为0.2~300 MHz，射频变压器的阻抗比为4:1或2:1，射频变压器为6个针脚。

所用探侧头为高Q值的空心射频电感。所用射频线为镀银同轴线，加密屏蔽编制网。

本发明的有益效果是：该探针采用由射频空心电感线圈经第一射频传输线、第二射频传输线连接至射频变压器，再经过第三射频传输线、第四射频传输线、第一引出极和第二引出极引出。所使用的射频空心电感线圈、射频传输线以及射频变压器相应的最高频率在300 MHz以上，对300 MHz以下的频率信号的损失非常小，具有很高的信噪比，可以有效保证在低气压甚高频放电中对甚高频磁场的响应及其强度的测量；射频电感的尺寸在毫米量级，陶瓷管的直径在6 mm左右，可以有效地减小探针对等离子体的干扰，同时可以保证很好的空间分辨能力。

探针主体部分包括射频用高品质因数（或Q值）的空心电感构成的探测头，射频空心电感通过两根射频传输线与射频变压器原线圈连接，变压器副线圈与两根射频传输线相连将信号输出到引出极。探针主体部分放置于陶瓷管中，通过陶瓷管的末端密封。本发明结构体积小，可以在较小空间内使用，空间分比率高，信号的信噪比高，广泛适用于低气压等离子体尤其是甚高频放电中交变磁场强度的测量。

附图说明

图1是一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针的结构图。

图2是图1中的A放大图。

图中：1、射频空心电感线圈，2、第一射频传输线，3、第二射频传输线，4、第一屏蔽线圈，5、射频变压器，5a、射频变压器原线圈，5b、射频变压器副线圈，6、第三射频传输线，7、第四射频传输线，8、第二屏蔽线圈，9、空心螺杆，10、密封螺母，11、第一引出极，12、第二引出极，13、第一四氟垫，14、第一O型密封圈，15、第二四氟垫，16、耐温胶，17、陶瓷管，18、第二O型密封圈。

具体实施方式

图1、2出示了一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针。该探针的探针外套包括陶瓷管17和空心螺杆9。该探针的探头采用高Q值的射频空心电感线圈1，在探针外套内射频空心电感线圈1通过第一射频传输线2和第二射频传输线3与射频变压器5的射频变压器原线圈5a相连接，射频变压器5的射频变压器副线圈5b分别由第三射频传输线6连接至第一引出极11和由第四射频传输线7连接至第二引出极12。第一引出极11和第二引出极12依次经过第二四氟垫15、第二O型密封圈18和第一四氟垫13穿出探针外套，在空心螺杆9的端面与第二四氟垫15的凸环之间设有第一O型密封圈14，采用密封螺母10把第二四氟垫15和第一四氟垫13压紧。第一射频传输线2和第二射频传输线3通过第一屏蔽线4紧密缠绕，第三射频传输线6和第四射频传输线7通过第二屏蔽线8紧密缠绕。射频空心电感线圈1的匝数为1~5，射频空心电感线圈1的长度尺寸为2~8毫米。射频变压器5的响应频率范围为0.2~300 MHz，射频变压器5的阻抗比为4:1或2:1，射频变压器5为6个针脚。

所用的探头通过镀银第一射频传输线2、第二射频传输线3与射频变压器5的射频变压器原线圈5a相连接。探针主体放置于陶瓷管17中，通过陶瓷管后端的空心螺杆9、密封螺母10、第一四氟垫13、第一O型密封圈14、第二四氟垫15和第二O型密封圈18进行密封。探针前端通过耐温胶16对射频空心电感线圈1进行固定。

射频空心电感线圈1置于低气压甚高频放电中，其空间中存在甚高频交变磁场，变化的磁场会产生感应电动势，通过第一射频传输线2和第二射频传输线3，感应电动势传输到射频变压器5的射频变压器原线圈5a的两端，通过射频变压器5的升压作用，理论上射频变压器副线圈5b中的电压增大为原来的2或4倍，增大的电压通过第三射频传输线6、第四射频传输线7传输到第一引出极11、第二引出极12，通过示波器探头可以将交变的电压呈现在示波器上。通过示波器可以得出测量电压的频率及幅值。通过亥姆霍兹线圈或网络分析仪的校正可以获得测量的电压值与测量点磁场强度的关系，从而通过测量的电压值计算出测量点的交变磁场强度。

Claims (3)

1.一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针，它包括探头和探针外套，其特征在于：所述探针外套采用陶瓷管（17）的一端与空心螺杆（9）固定连接，所述探头采用射频空心电感线圈（1），射频空心电感线圈（1）采用耐温胶（16）固定在陶瓷管（17）的另一端，射频空心电感线圈（1）通过第一射频传输线（2）和第二射频传输线（3）与射频变压器（5）的射频变压器原线圈（5a）电连接，射频变压器（5）的射频变压器副线圈（5b）通过第三射频传输线（6）和第四射频传输线（7）与第一引出极（11）和第二引出极（12）电连接，第一引出极（11）和第二引出极（12）依次穿过第二四氟垫（15）、第二O型密封圈（18）和第一四氟垫（13）后，采用密封螺母（10）把第二四氟垫（15）和第一四氟垫（13）压紧，在空心螺杆（9）的端面与第二四氟垫（15）的凸环之间设有第一O型密封圈（14）；所述第一射频传输线（2）和第二射频传输线（3）外设有第一屏蔽线圈（4），第三射频传输线（6）和第四射频传输线（7）外设有第二屏蔽线圈（8）。

2.根据权利要求1中所述的一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针，其特征在于：所述射频空心电感线圈（1）的匝数为1~5，射频空心电感线圈（1）的长度尺寸为2~8毫米。

3.根据权利要求1中所述的一种适用于低气压甚高频放电中交变磁场强度测量的探针，其特征在于：所述射频变压器（5）的响应频率范围为0.2~300 MHz，射频变压器（5）的阻抗比为4:1或2:1，射频变压器（5）为6个针脚。