CN105467189A - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电流传感器。电流传感器包括信号传输单元、电流测量探头以及信号处理单元，电力信号可通过信号传输单元传输，电流测量探头与信号传输单元的一侧隔开并具有环状结构以将与根据通过信号传输单元传递的电力信号感应的磁场链接在一起的区域分区，信号处理单元测量由根据通过信号传输单元传递的电力信号生成的磁场在电流测量探头处感应的感应电流并从所测量的感应电流值计算传递到信号传输单元的电力信号的电流值。

Description

电流传感器
背景
本文描述的本申请的实施方案涉及电流传感器，且更具体地说，涉及用于测量RF电力信号的电压和电流的电压-电流传感器(VI传感器)。
具有包围RF负载的圆柱形探头的电流传感器被已知作为用于测量流入RF负载的RF电力的电流的电流传感器。具有匹配方向性的电压-电流探头在1999年9月27日提交的公开号为1999-0072975的韩国专利中公开。最近，因为用于生产半导体器件和平板显示器件的工艺变得越来越精细和复杂，所以RF电源需要更复杂地控制。然而，传统的电流传感器具有关于复合负载的测量误差相对大的缺点。
发明内容
本申请的实施方案提供了能够精确地测量RF电源的电流的电流传感器。
本申请的实施方案的一个方面涉及提供电压-电流传感器(如，VI传感器)，其中，用于负载的阻抗测量准确度高。
本申请的实施方案的另一个方面涉及提供电流传感器，电流传感器包括信号传输单元、电流测量探头以及信号处理单元，电力信号可通过信号传输单元传输，电流测量探头与信号传输单元的一侧隔开并具有环状结构以将与根据通过信号传输单元传递的电力信号感应的磁场互连的互连区域分区(partition)，信号处理单元测量由根据通过信号传输单元传递的电力信号生成的磁场在电流测量探头处感应的感应电流并从所测量的感应电流值计算传递到信号传输单元的电力信号的电流值。
电流传感器还可包括壳体以及电压测量探头，该壳体支撑信号传输单元的相对端并在其中具有中空部分，该电压测量探头布置在中空部分中以与信号传输单元隔开预定距离且形成平板形状，该电压测量探头包括导体。
电流传感器还可包括绝缘材料，该绝缘材料分别形成在壳体和信号传输单元之间的第一连接部分、在壳体和电流测量探头之间的第二连接部分以及在壳体和电压测量探头之间的第三连接部分。
信号处理单元还可被配置为测量根据来自信号传输单元的电场生成的在所述电压测量探头上的电压并从所述电压测量探头的所测量的电压值计算传递给信号传输单元的电力信号的电压值。
信号处理单元可从所测量的传递给信号传输单元的电力信号的电流值和电压值来测量电力信号的相位，以测量负载阻抗。
电流测量探头可包括：矩形环状构件，其布置在中空部分中以与信号传输单元隔开预定距离，该矩形环状构件包括导体，并具有在一侧形成缺口的开环形状；从环状构件的一端延伸以穿过壳体并包括导体的连接部分；以及布置在壳体的外表面以将连接部分与信号处理单元连接的连接器。
本申请的实施方案的又一个方面涉及提供包括信号传输单元以及电流测量探头的电流传感器，电力信号通过该信号传输单元传输，电流测量探头与信号传输单元的侧表面隔开并具有环状结构以将与根据传递给信号传输单元的电力信号感应的磁场链接在一起的区域分区。
电流测量探头可包括支撑信号传输单元的相对端并在其中包括中空部分的壳体；以及与信号传输单元隔开预定距离、包括导体并具有在一侧形成缺口的开环形状的矩形环状构件。
本申请的实施方案的又一个方面涉及提供等离子体(plasma)衬底处理装置，包括形成等离子体以处理衬底的等离子体处理室、供应RF电力给等离子体处理室的RF供电单元以及布置在RF供电单元和等离子体处理室之间并测量RF电力的电流值的电流传感器，电流传感器可包括电力信号可通过其传输的信号传输单元、与信号传输单元的一侧隔开并具有环状结构以将与根据通过信号传输单元传递的电力信号感应的磁场链接在一起的区域分区的电流测量探头、以及测量由根据通过信号传输单元传递的电力信号生成的磁场在电流测量探头处感应的感应电流并从所测量的感应电流值计算传递到信号传输单元的电力信号的电流值的信号处理单元。
所公开的其它方面、优点和突出特征从下面的详细描述中对本领域技术人员将变的明显，下面的详细描述结合附图公开了本申请的各种实施方案。
附图说明
参考以下附图，上述以及其它目标和特征将从下面的描述变得明显，其中，除非以其它方式说明，贯穿各种图形中的相似的参考数字指代相似的部分，并且其中：
图1是根据本申请的实施方案示意性地示出包括电流传感器的等离子体衬底处理装置的简图；
图2是根据本申请的实施方案的电流传感器的立体图；
图3是根据本申请的实施方案的电流传感器的局部剖切立体图；
图4是根据本申请的实施方案的电流传感器的纵剖截面视图；
图5和图6是示出了根据本申请的实施方案与传统实例相比的电流传感器的负载测量误差的图。
具体实施方式
通过参考下面对实施方案和附图的详细描述可更容易理解本申请的其他有点和特征以及实现它们的方法。然而，本申请的范围和精神不限于此。本申请的范围仅由所附权利要求限定。除非以其它方式限定，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)与本申请的示例性实施方案所属的领域的技术人员通常所理解的具有相同的含义。还将理解到，诸如在通常使用的字典里定义的那些术语应被解译为具有与它们在相关领域的背景下的含义一致的含义并将不被解译为理想化的或过于形式化的意义，除非明确地在本文中这样定义。另外，本发明的示例性实施方案中的众所周知的元件将不进行详细描述或将被省略以不模糊本发明的相关细节。整个附图和详细描述中，除非以其它方式描述，相同的附图参考数字将被理解为指相同的元件、特征和结构。出于清楚、说明和方便的目的，这些元件的相对尺寸和描绘可被放大或缩小。
本文所用的术语只是为了描述特定实施方案，其意图并不在于限制本公开。如本文所用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”旨在也包含复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解的是，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(have)”、“具有(having)”或其变形在本文使用时，列举所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。将理解的是，当元件或层被提及为“在……上(on)”、“连接至(connectedto)”、“耦合至(coupledto)”或“接近于(adjacentto)”另一个元件时，其可直接在其它元件或层上，连接至、耦合至或接近于其它元件或层，或可存在介于中间的元件或层。相反，当元件被提及为“直接在……上(directlyon)”、“直接连接至(directlyconnectedto)”、“直接耦合至(directlycoupledto)”或“紧紧地接近于(immediatelyadjacentto)”另一个元件或层，不存在介于中间的元件或层。
根据本申请的实施方案的电流传感器可包括具有矩形环状结构的电流测量探头，使得由穿过信号传输单元传输的射频(RF)电力感应的磁场与宽环状区域链接在一起，以及，因此，传递给信号传输单元的RF电力的电流值被精确地测量。
图1是根据本申请的实施方案示意性地示出具有电流传感器的等离子体衬底处理装置10的简图。下面，本申请的一种实施方案将被举例作为根据本申请的实施方案的电流传感器，其是用于测量来自RF电源的电流的电流传感器，RF电源为等离子体衬底处理装置10中的等离子体处理室200供电。另外，根据本申请的实施方案的电流传感器可被用于测量各种场以及等离子体衬底处理装置10中的信号电流。
参考图1，根据本申请的实施方案的等离子体衬底处理装置10可包括生成等离子体并处理衬底W的等离子体处理室200、生成将被应用在等离子体处理室200的电极220上的射频(RF)电力的RF供电单元230、以及布置在RF供电单元230和等离子体处理室200的电极220之间并测量RF电力的电流值的电流传感器100，RF电力由RF供电单元230生成并被传输至电极220。尽管在图1中未示出，但等离子体衬底处理装置10还可包括在RF供电单元230和等离子体处理室200之间的用于执行阻抗匹配的组件，例如阻抗匹配单元。
例如，衬底W可以是半导体器件在其中被制造的半导体衬底、平板显示器件在其中被制造的玻璃衬底等。衬底W可使用刻蚀工艺、化学气相沉积工艺、灰化工艺、清洗工艺等被处理。等离子体衬底处理装置10可以是电容耦合等离子体(CCP)装置、电感耦合等离子体(ICP)装置、CCP/ICP复合装置、微波等离子体装置或任何其它等离子体衬底处理装置。
等离子体处理室200可提供空间，衬底W在其中被处理。等离子体处理室200可具有密封结构以维持真空。在实施方案中，等离子体处理室200可具有中空立方体形式、中空圆柱体形式或任何其它形式。等离子体处理室200可包括用于形成等离子体并供应源气体以用于处理衬底W的供气口(未示出)以及用于排放等离子体处理室200中的气体的排气口(未示出)。供气口可布置在等离子体处理室200的侧表面或上表面。在供气口布置在等离子体处理室200的上表面的情况下，用于均匀供应处理气体到衬底W的喷头可布置在等离子体处理室200的内部的上部分。排气口可布置在等离子体处理室200的下表面或下侧表面。未反应的源气体和衬底处理过程的副产品可经由该排气口排放。
工作台210可布置在等离子体处理室200的内部下表面并可支撑衬底W。工作台210可具有平板形状。在实施方案中，工作台210可包括用于使用静电力固定衬底W的静电卡盘。电极220可布置在等离子体处理室200的内部上部分以面向工作台210。电极220可与工作台210平行且可与其隔开一距离。RF供电单元230可将高频能量应用于等离子体处理室200以形成电场以及，因此，等离子体可在等离子体处理室200中生成。
图2是根据本申请的实施方案的电流传感器100的立体图，图3是根据本申请的实施方案的电流传感器100的局部剖切立体图，且图4是根据本申请的实施方案的电流传感器100的纵剖截面视图。根据本申请的实施方案的电流传感器100可用电压-电流传感器(如，VI传感器)实施，电压-电流传感器能够同时测量RF电力信号的电流和电压。参考图1至图4，根据本申请的实施方案的电流传感器100可包括壳体110、信号传输单元120、电流测量探头130、电压测量探头140和信号处理单元160。
壳体110可在其中包括中空部分110a。信号传输单元120、电流测量探头130和电压测量探头140可安装在壳体110的中空部分110a中。壳体110可以立方体或圆柱体形式或以任何其它形式提供。中空部分110a可被形成为圆柱体形状，其是以信号传输单元120为轴对称的。
信号传输单元120可以是导体并可传输RF电力信号。信号传输单元120的相对端可由壳体110支撑。信号传输单元120可以设置为具有圆形横截面的棒形状。信号传输单元120的一端可被连接至RF供电单元230，而信号传输单元120的另一端可被连接至等离子体处理室200。
电流测量探头130可布置在信号传输单元120的一侧以与信号传输单元120隔开而且可具有环状结构以将与根据穿过信号传输单元120传递的RF电力信号感应的磁场链接在一起的区域分区。电流测量探头130可由导体形成，根据RF电力信号所改变的磁通量感应的电流流经该导体。
电流测量探头130可包括环状构件131、连接部分132和连接器133。环状构件131可布置在中空部分110a中，与信号传输单元120隔开预定距离。环状构件131可与信号传输单元120耦合并可与信号传输单元120沿着信号传输单元120的长度方向隔开。
环状构件131可具有开环形状，在其一侧形成缺口，以不干扰根据RFAC信号感应的电流的生成且以便最小化由于DC电流的功率损耗。缺口可在形成环状构件131的导体的端部分和连接部分132之间形成。环状构件131可被安装以将与信号传输单元120的RF电力信号所生成的磁场实质上垂直地链接在一起的区域分区并被布置在与信号传输单元120相同的平面上。连接部分132可从环状构件131的一端延伸至穿过壳体110。连接器133可布置在壳体110的外表面上以将连接部分132和信号处理单元160相连接。
根据本申请的实施方案，因为磁通量由于穿过由环状构件131形成的矩形形状的大环状区域的磁场的增大而增大，电流传感器可通过测量感应的电流更精确地检测RF电力信号的电流值的变化，从而使准确地测量信号传输单元120中的RF电力信号的电流值成为可能。
电压测量探头140可布置在中空部分110a中，与信号传输单元120隔开预定距离。电压测量探头140可与电流测量探头130相对地布置，以信号传输单元120作为中心。电压测量探头140可由导体形成以检测由穿过信号传输单元120传递的电力信号形成的电场的强度。电压测量探头140可布置在中空部分110a中，与信号传输单元120隔开预定距离。电压测量探头140可包括平板形状的探头构件141、从探头构件141延伸至穿过壳体110的连接部分142以及布置在壳体110的外表面以将连接部分142和信号处理单元160相连接的连接器143。
绝缘材料151至154分别形成在壳体110和信号传输单元120之间的连接部分(接合部分)、在壳体110和电流测量探头130之间的连接部分以及在壳体110和电压测量探头140之间的连接部分。绝缘材料151至154可由诸如聚四氟乙烯等具有低电导率的电介质材料形成。绝缘材料151至154可阻止在信号传输单元120和电流测量探头130或电压测量探头140之间的微电弧作用。
信号处理单元160可测量在电流测量探头130处由根据通过信号传输单元120传递的RF电力信号生成的磁场感应的感应电流并可从这样测量的感应电流值计算传递到信号传输单元120的电力信号的电流值。另外，信号处理单元160可测量由于从信号传输单元120生成的电场而在电压测量探头140处形成的电压并可从传递到信号传输单元120的RF电力信号的电压值计算传递到信号传输单元120的RF电力信号的电压值。信号处理单元160可从所测量的RF电力信号的电流值和电压值测量RF电力信号的相位。另外，信号处理单元160可使用所测量的RF电力信号的电流值、电压值和相位值测量RF负载的阻抗。
图5和图6是示出了根据本申请的实施方案与传统实例相比的电流传感器100的负载测量误差的图。图5是50Ω仿真负载的实验结果，而图6是复合负载的实验结果。使用bird电子公司的bird诊断系统(BDS)VI传感器作为图5和6中的传统实施方案。如上面所描述的，根据本申请的实施方案的电流传感器的测量误差率在50Ω仿真负载的情况中是约0.1％而在多个负载的情况中可以是约3％，与传统实施方案相比较，其中的测量误差率在50Ω仿真负载的情况中是约1.2％而在多个负载的情况中可以是约6％。
根据本申请的实施方案，提供能够更准确地测量RF电力的电流的电流传感器是可能的。
根据本申请的另一实施方案，提供能够更准确地测量负载的阻抗的电压-电流传感器(如，VI传感器)是可能的。
上面描述的实施方案被阐述以帮助理解本申请，但不用来限制本发明的范围，来自本申请的各种修改的可能的实施方案也应该被理解为落入本申请的范围。本申请的技术范围将由所附权利要求的技术实质限定，本申请的技术范围并不局限于权利要求的措辞，底层本身实质上看重等效技术范围。应理解的是关于本申请的效果。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但对本领域技术人员将是明显的是，可作出各种改变和修改，而不偏离本发明的实质和范围。因此，应理解的是，以上实施方案不是限制性的，而是说明性的。

Claims (10)

1.一种电流传感器，包括：
信号传输单元，电力信号通过所述信号传输单元传输；
电流测量探头，所述电流测量探头与所述信号传输单元的一侧隔开，所述电流测量探头具有环状结构，所述环状结构具有与根据通过所述信号传输单元传输的所述电力信号感应的磁场互连的互连区域；以及
信号处理单元，所述信号处理单元测量由所述磁场在所述电流测量探头处感应的感应电流，所述磁场根据通过所述信号传输单元传输的电力信号生成，所述信号处理单元使用所测量的感应电流计算通过所述信号传输单元传输的所述电力信号的电流值。
2.如权利要求1所述的电流传感器，还包括：
壳体，所述壳体支撑所述信号传输单元的相对端，所述壳体具有中空部分；以及
电压测量探头，所述电压测量探头布置在所述中空部分中并以平板形状形成，所述电压测量探头与所述信号传输单元隔开预定距离，且包括导体。
3.如权利要求2所述的电流传感器，还包括：
绝缘材料，所述绝缘材料分别形成在所述壳体和所述信号传输单元之间的第一连接部分、在所述壳体和所述电流测量探头之间的第二连接部分以及在所述壳体和所述电压测量探头之间的第三连接部分处。
4.如权利要求2所述的电流传感器，其中，所述信号处理单元还被配置为测量根据来自所述信号传输单元的电场生成的在所述电压测量探头上的电压并使用在所述电压测量探头上的所测量的电压计算通过所述信号传输单元传输的所述电力信号的电压值。
5.如权利要求4所述的电流传感器，其中，所述信号处理单元还使用通过所述信号传输单元传输的所述电力信号的所计算的电流值和所计算的电压值来测量所述电力信号的相位，以测量负载阻抗。
6.如权利要求2所述的电流传感器，其中，所述电流测量探头包括：
矩形环状构件，所述矩形环状构件布置在所述中空部分中并与所述信号传输单元隔开所述预定距离，所述矩形环状构件包括导体，且具有开环形状，在所述开环形状的一侧形成有缺口；
连接部分，所述连接部分从所述矩形环状构件的一端延伸以穿过所述壳体且包括导体；以及
连接器，所述连接器布置在所述壳体的外表面以连接所述连接部分和所述信号处理单元。
7.一种电流传感器，包括：
信号传输单元，电力信号通过所述信号传输单元传输；以及
电流测量探头，所述电流测量探头与所述信号传输单元的侧表面隔开且具有环状结构，所述环状结构具有与根据通过所述信号传输单元传输的所述电力信号感应的磁场互连的互连区域。
8.如权利要求7所述的电流传感器，其中，所述电流测量探头包括：
壳体，所述壳体支撑所述信号传输单元的相对端，所述壳体包括中空部分；以及
矩形环状构件，所述矩形环状构件与所述信号传输单元隔开预定距离，所述矩形环状构件包括导体并具有开环形状，在所述开环形状的一侧形成有缺口。
9.一种等离子体衬底处理装置，包括：
等离子体处理室，所述等离子体处理室形成等离子体以处理衬底；
RF供电单元，所述RF供电单元供应RF电力至所述等离子体处理室；以及
电流传感器，所述电流传感器布置在所述RF供电单元和所述等离子体处理室之间并测量所述RF电力的电流值，
其中，所述电流传感器包括：
信号传输单元，电力信号通过所述信号传输单元传输；
电流测量探头，所述电流测量探头与所述信号传输单元的一侧隔开且具有环状结构，所述环状结构具有与根据通过所述信号传输单元传输的所述电力信号感应的磁场互连的互连区域；以及
信号处理单元，所述信号处理单元测量由磁场在所述电流测量探头处感应的感应电流，所述磁场根据通过所述信号传输单元传输的电力信号生成，所述信号处理单元使用所测量的感应电流计算通过所述信号传输单元传输的所述电力信号的电流值。
10.如权利要求9所述的电流传感器，其中，所述电流测量探头包括：
壳体，所述壳体支撑所述信号传输单元的相对端，所述壳体包括中空部分；以及
矩形环状构件，所述矩形环状构件与所述信号传输单元隔开预定距离，所述矩形环状构件包括导体且具有开环形状，在所述开环形状的一侧形成有缺口。
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