CN104062481A - 电流传感器、匹配器、以及等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电流传感器，用于对匹配器输出端的主电路电流进行测量，所述电流传感器包括电流采样模块和信号处理模块，所述电流采样模块包括包裹在主电路外的磁环，所述磁环具有分流结构，通过调整分流比例，使得生成较小耦合感应电流的分支对较大的主电路电流进行检测，生成较大耦合感应电流的分支对较小的主电路电流进行检测，实现生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围。该电流传感器结构灵活，能够对多种电流组合进行测量，从而扩展了电流传感器的适用性，降低了生产成本。

Description

电流传感器、匹配器、以及等离子体装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种电流传感器、匹配器、以及等离子体装置。

背景技术

在半导体器件的生产过程中，等离子体技术得到了广泛的应用。目前，常用的等离子体类型包括电容耦合等离子体(CCP)、电感耦合等离子体(ICP)、以及电子回旋共振等离子体(ECR)等类型。其中，电感耦合等离子体(ICP)发生装置中，射频能量通过电感耦合线圈使腔室气体产生电离，从而形成等离子体。这种方式可以在较低工作气压下能够获得高密度的等离子体，而且结构简单、造价低，因而得到了较为广泛的应用。

为了在较低工作气压下获得更高密度的等离子体，并且同时具有结构简单、造价低的特点，采用单个电感耦合线圈的ICP装置逐渐发展到采用多个电感耦合线圈，采用多个电感耦合线圈的ICP装置可以在较低工作气压下获得更高密度的等离子体，还能够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)独立控制，同时具有结构简单、造价低的特点，因此得到了广泛的应用。实现多个电感耦合线圈的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耦合线圈的能量进行监控的重要装置。

如图1所示为双线圈电感耦合等离子体装置的双输出匹配器的结构示意图，其中，双输出匹配器8的输入端与射频电源7相连接，双输出匹配器8的输出端分别与内线圈4以及外线圈5相连接。具体地，双输出匹配器8包括阻抗传感器12、运算和控制器13、执行机构14、电流传感器15和16，具体的，阻抗传感器12作为双输出匹配器8的输入端与射频电源7相连接，阻抗传感器12一方面测量电路输入阻抗信号、并且将电路输入阻抗信号提供给运算和控制器13，另一方面通过执行机构14控制匹配器的阻抗从而达到匹配；执行机构14通过电流传感器15与内线圈4相连接、并且通过电流传感器16与外线圈5相连接，电流传感器15和16分别检测双输出匹配器8的两个输出端的主电路电流，即内线圈4和外线圈5中的电流，并且将输出端信号反馈给运算和控制器13；运算和控制器13根据相关工艺对内线圈4和外线圈5中流过的电流计算得出相应的调节量，并将相应的调节量提供给执行机构14，执行机构14根据获得的调节量来调整输出端信号，即分别控制内线圈4和外线圈5上流过的电流，从而实现分别控制内线圈4和外线圈5上射频能量的目的。

为了更好的实现分别控制内线圈4和外线圈5上射频能量的目的，电流传感器对主电路电流的测量作用非常重要，图2提供了一种典型的电流传感器的实现方式，其中，电流传感器15由电流采样模块18和信号处理模块19组成，电流采样模块18通过与匹配器输出端的主电路进行耦合从而产生电流交流信号，该电流交流信号由信号处理模块19转换为直流信号，将直流信号发送给运算和控制器13，并由运算和控制器13通过一系列计算得到调整量，运算和控制器13将计算得到的调整量提供给执行机构14，从而实现对输出端信号的控制。

电流采样模块18是电流传感器15的关键部分，图3示出了电流采样模块18的结构图，电流采样模块18一般采用线圈耦合方式，匹配器输出的射频电流信号通过主电路流过，铜柱20为主电路，绝缘材料做成的四氟套筒21包裹在铜柱20外，磁环24套在套筒21的外侧，在磁环24和套筒21之间还设置有接地环22，在磁环24上缠绕有电感线圈23，其中，铜柱20中的电流变化会导致磁环24中磁通量的变化，磁环24中磁通量的变化导致电感线圈23中生成感应电流，因此实现了铜柱20和电感线圈23之间的电磁耦合，通过铜柱20和电感线圈23之间的电磁耦合，使得电感线圈23中形成感应电流Is，根据感应电流Is可以对主电路电流进行计算，从而达到检测双输出匹配器的输出端信号的目的。

对于电流传感器15，形成感应电流Is的大小与电感线圈23的线圈匝数N、磁环24的磁导率μ和纵截面的截面积ΔA等参数有关，计算公式由如下公式（1）给出：

$I_s\≈k_i\×\frac{\mathrm{\μ\ΔA}}{N^2{r}^2}\×I$ ……………………（公式1）

在公式（1）中，k_i为电流系数，一般取常数；μ为磁环的磁导率；ΔA为磁环24的截面积；N为线圈匝数；r为磁环半径；I为主电路电流。

采用上述线圈电感耦合方式来表征主电路中的电流信号，以实现对主电路中电流的测量，结构比较简单，造价低廉，且能够实现一定的精度要求，比较安全可靠，应用广泛。

采用上述线圈电感耦合方式能够表征主电路中的电流信号，以实现对主电路中电流的测量，同时结构比较简单、造价低廉，且在实现一定的精度要求下，比较安全可靠、应用广泛。然而上述结构只能用于较低的主电路电流的检测，一般来说，只能检测小于10A的电流，对于较大的主电路电流的检测，电感耦合生成的电流信号将超过信号处理模块19的输入范围，另外，如果上述结构用于对较大主电路电流进行测量，则无法同时对较小的主电路电流进行检测，因为电感耦合生成的电流信号将低于信号处理模块19的输入范围，因此上述结构的电流传感器难以同时兼顾较大的主电路电流和较小的主电路电流，即难以实现对较大范围的主电路电流进行测量，同时，该线圈电感耦合方式对磁环物理尺寸和形状的依赖性较大，对于某一种型号的电流传感器来说，其固定的尺寸和形状决定其具有较窄的测量范围，同时制造商提供的电流传感器型号有限，常常只能对某些特定范围的主电路电流进行测量，对于用户特定的需求来说，如果需要测量的主电路电流不在制造商提供的几款型号涵盖的范围之内，则需要向制造商定制制造，因此提高了生产成本。

发明内容

本发明提供一种电流传感器、匹配器、以及等离子体装置，从而在等离子体刻蚀过程中，根据匹配器的主电路电流的不同大小，对电流传感器中电流采样模块的输出进行选择，以扩大电流传感器的测量范围，并扩展了电流传感器的适用性，降低生产成本。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种电流传感器，用于对匹配器输出端的主电路电流进行测量，所述电流传感器包括电流采样模块和信号处理模块，所述电流采样模块包括包裹在主电路外的磁环，所述磁环上缠绕有电感线圈，所述电感线圈与所述主电路形成电磁耦合，从而生成感应电流，所述信号处理模块获取所述感应电流的信号以进行信号处理，所述磁环具有分流结构，通过调整分流比例，使得生成较小耦合感应电流的分支对较大的主电路电流进行检测，生成较大耦合感应电流的分支对较小的主电路电流进行检测，实现生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围。

优选地，所述分流结构，包括至少上下两个部分，分别为上部磁环和下部磁环，所述上部磁环缠绕有上部线圈，所述下部磁环缠绕有下部线圈，所述上部线圈和所述下部线圈分别具有感应电流，且感应电流被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据所述上部线圈或者所述下部线圈生成的感应电流进行信号处理。

优选地，所述分流结构还包括公共部分，所述公共部分缠绕有公共线圈，其中，公共线圈的一端与所述上部线圈的一端连接、且所述公共线圈的同一端和所述下部线圈的一端相连接，所述上部线圈或所述下部线圈中未与公共线圈相连的那一端作为感应电流的输出端。

优选地，所述磁环是纵截面为矩形的筒状结构件，在所述磁环上具有开口，开口是沿磁环的周向开设的狭长的通孔，开口的上沿和下沿均平行于磁环的上下端面；磁环中的一部分被开口划分为上下两个部分，开口上面的部分为上部磁环，开口下面的部分为下部磁环，且所述上部磁环和所述下部磁环的纵截面为矩形；磁环中没有被开口划分为上下两块的另一部分为公共部分。

优选地，所述上部磁环对应的电流系数、磁导率、截面积、线圈匝数、和磁环半径，以及下部磁环对应的电流系数、磁导率、截面积、线圈匝数、和磁环半径是根据所述电流传感器的电流测量范围的需求所设定的。

优选地，所述上部磁环的截面积与所述下部磁环的截面积之比是根据所述电流传感器的电流测量范围的需求所设定的。

优选地，所述上部线圈的感应电流与所述下部线圈的感应电流之比是10:1、5:1、或者2:1。

优选地，所述分流结构包括上中下三个部分，分别为上部磁环、下部磁环和中部磁环，所述上部磁环缠绕有上部线圈，所述下部磁环缠绕有下部线圈，，所述中部磁环缠绕有中部线圈，

所述分流结构还包括公共部分，所述公共部分缠绕有公共线圈，其中，所述公共线圈的一端除了与所述上部线圈和所述下部线圈的一端相连接，还与所述中部线圈的一端相连接；上部线圈、中部线圈、或下部线圈中未与公共线圈相连的那一端作为感应电流的输出端，所述上部线圈、中部线圈、或下部线圈分别具有感应电流，且感应电流被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据所述上部线圈、中部线圈、或下部线圈生成的感应电流进行信号处理。

优选地，所述磁环是纵截面为矩形的筒状结构件，在所述磁环上具有上下两个开口，分别为第一开口和第二开口，第一开口和第二开口均为沿磁环的周向开设的狭长的通孔，其上沿和下沿均平行于磁环的上下端面；通过所述第一开口和第二开口将磁环中的一部分划分为上中下三个部分，其中，第一开口上面的部分为所述上部磁环，第一开口和第二开口之间的部分为中部开口，第二开口下面的部分为所述下部磁环，且所述上部磁环、所述中部磁环、和所述下部磁环的纵截面为矩形；磁环中没有被第一开口和第二开口划分为上中下三个部分的另一部分为所述公共部分。

优选地，所述磁环具有开口的一部分所对应的圆心角设置为60度、90度、180度、或270度。

优选地，还包括开关处理模块，开关处理模块用于对上部磁环和下部磁环的感应电流进行选择，使得上部磁环和下部磁环中的一个所对应的感应电流作为信号处理模块的输入。

优选地，所述开关处理模块根据输出的感应电流的大小，对上部磁环和下部磁环的感应电流进行选择，具体为，

在开关处理模块将上部磁环的感应电流作为电流采样模块的输出的情况下，当上部磁环生成的感应电流大于信号处理单元的最大输入值时，将电流采样模块的输出切换为下部磁环的感应电流；在开关处理模块将下部磁环的感应电流作为电流采样模块的输出的情况下，当下部磁环生成的感应电流小于信号处理单元的最小输入值时，将电流采样模块的输出切换为上部磁环的感应电流；

其中，上部磁环生成的感应电流小于下部磁环的生成的感应电流。

本发明实施例还提供了一种匹配器，所述匹配器包括阻抗传感器、运算和控制器、执行机构、以及电流传感器，其特征在于，所述电流传感器为上述任一电流传感器。

本发明实施例还提供了一种等离子体装置，包括反应腔室、位于所述反应腔室内的静电卡盘、射频源、匹配器、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子体刻蚀，其特征在于，所述匹配器为上述任一种匹配器。

本发明的有益效果包括：

在本发明提供的电流传感器中，电流采样模块中的磁环具有分流结构，通过调整分流比例，使得生成较小耦合感应电流的分支对较大的主电路电流进行检测，生成较大耦合感应电流的分支对较小的主电路电流进行检测，实现生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围，同时，该电流传感器结构灵活，能够对多种电流组合进行测量，从而扩展了电流传感器的适用性，降低了生产成本。

附图说明

图1为现有技术中双线圈电感耦合等离子体装置的双输出匹配器的结构示意图；

图2为现有技术中一种典型的电流传感器的实现方式；

图3为电流采样模块18的结构图；

图4A和图4B为本发明实施例提供的一种电流传感器中的磁环100的结构示意图；

图4B为基于图4A磁环100的结构的线圈缠绕示意图；

图5为图4B中示出的线圈结构的等效原理图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例提供的电流传感器、匹配器、以及等离子体装置进行详细说明。

本发明实施例提供了一种电流传感器，用于对匹配器输出端的主电路电流进行测量，所述电流传感器包括电流采样模块和信号处理模块，所述电流采样模块包括包裹在铜柱主电路外的磁环，在主电路和磁环之间设置有绝缘套筒、在磁环和绝缘套筒之间还设置有接地环，所述磁环上缠绕有电感线圈，所述电感线圈与所述主电路形成电磁耦合，从而生成感应电流，所述信号处理模块获取所述感应电流的信号以进行信号处理，其中，所述磁环具有分流结构，通过调整分流比例，使得生成较小耦合感应电流的分支对较大的主电路电流进行检测，生成较大耦合感应电流的分支对较小的主电路电流进行检测，实现生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围。

具体地，该分流结构包括至少上下两个部分，分别为上部磁环和下部磁环，所述上部磁环缠绕有上部线圈，所述下部磁环缠绕有下部线圈，所述上部线圈和所述下部线圈用于分别生成感应电流，且分别生成的感应电流被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据所述上部线圈或者所述下部线圈生成的感应电流进行信号处理。

在上述电流传感器，通过上部磁环和下部磁环分别进行设置，例如，对上部磁环和下部磁环分别对应的电流系数、磁导率、截面积、和磁环半径等参数设置，以及通过对上部线圈和下部线圈的线圈匝数进行设置，可以使得上部线圈和下部线圈产生不同的感应电流，并且上下两个部分能够分别对不同范围的主电路电流进行测量，从而增大了电流传感器的测量范围。

进一步的，所述磁环除了上部磁环和下部磁环，还包括公共部分，所述公共部分缠绕有公共线圈，公共线圈的一端与所述上部线圈的一端连接、且公共线圈的同一端和所述下部线圈的一端相连接，所述上部线圈或所述下部线圈中没有与公共线圈相连的那一端作为对应的感应电流的输出端。

本发明实施例中，可以理解，为了描述方便，将上下方向定义为沿着电流传感器所测量的主电路电流流过的方向。磁环的中心轴线沿上下方向设置。本发明实施例中的截面积是指磁环、或磁环中各个部分中纵截面的截面积。其中，磁环的纵截面是指磁环的中心轴线所在的任一平面与磁环相交所形成的截面，磁环中各个部分（上部磁环、下部磁环、和公共部分）的纵截面是指或磁环的中心轴线所在的任一平面与磁环中各个部分相交所形成的截面。

请一并参阅图4A和图4B，其示出了本发明实施例提供的一种电流传感器中的磁环100的结构示意图，如图4A所示，其中，磁环100为筒状结构，磁环100的上下端面均为环形，且在磁环100的周面上设置有开口，开口是沿磁环100的周向开设的狭长的通孔，开口的上沿和下沿均平行于磁环100的上下端面。优选地，开口的左沿和右沿为通过磁环100的中心轴线的平面，这种设置有利于机械加工。开口在周向上的长度大小可以用开口对应的圆心角来衡量。

磁环100的一部分被开口划分为上下两个部分，开口上面的部分为上部磁环27，开口下面的部分为下部磁环28；磁环100中没有被开口划分为上下两块的另一部分为公共部分25。上部磁环27、下部磁环28、和公共部分25的纵截面均为矩形。通过开口的设置，将磁环100分为上部磁环27、下部磁环28、和公共部分25三个部分，通过开口的大小、以及开口与磁环100的上下端面之间的距离的设置，可以调整上部磁环27、下部磁环28的截面积之比，从而调整上部磁环27、下部磁环28各自生成的感应电流的比例。

如图4B所示，所述上部磁环27缠绕有上部线圈29，所述下部磁环28缠绕有下部线圈30，所述公共部分25缠绕有公共线圈26。其中，所述公共线圈26将电流分流到所述上部线圈29和所述下部线圈30，其中，上部线圈29的一端为输出导线头A、另一端为连接点31；下部线圈30的一端为输出导线头B、另一端同样为连接点31；公共线圈26一端为输出导线头C（图中未示出），另一端连接到连接点31，其中，导线头C可以接地。

通过公共部分，能够消除上部磁环27和下部磁环28之间的电感耦合、并保证上部磁环27和下部磁环28生成的感应电流的相位一致，因此，使得上部磁环27和下部磁环28生成的感应电流具有较小的误差、且分别对主电路电流进行测量时，能保证测量的一致性，通过这种磁环结构和电感线圈的设置，能够对主电路电流进行准确地测量。

图4B中示出的线圈结构可以等效为图5所示的线圈结构原理图，其中I_s为公共线圈26中所生成的感应电流，通过电感耦合在公共线圈26中生成与主电路的电流I对应的感应电流I_s，再经过上部磁环27和下部磁环28产生的磁路进行分流，在上部线圈29中形成感应电流I_sa，在下部线圈30中形成感应电流I_sb，其中，I_sa、I_sb、和I_s具有如下关系：

I_s=I_sa+I_sb……………………（公式2）

由于I_sa、I_sb、和I_s具有公式2所示的关系，当其中一个感应电流发生变化时，其它两个电流也会发生相应的变化，类似于公式1，感应电流I_sa、I_sb、和I_s的大小与各自对应的磁环的电流系数k_i、磁导率μ、截面积ΔA成正比、同时与各自对应的磁环的线圈匝数N、磁环半径r成反比。

通过调整上部磁环27对应的电流系数k_i、磁导率μ、截面积ΔA、线圈匝数N、磁环半径r等参数，以及下部磁环28对应的电流系数k_i、磁导率μ、截面积ΔA、线圈匝数N、磁环半径r等参数，可以使得感应电流I_sa、I_sb具有一定的对应关系；而感应电流I_sa、I_sb的大小对应关系取决于电流传感器的电流测量范围，因此，上述上部磁环27和下部磁环28所对应的上述参数是根据电流测量范围的需求所设定的。在设置I_sa、I_sb的大小对应关系时，可以对上述参数中的一个或者多个进行设置，由于电流系数k_i、磁导率μ与磁环材料相对应，而磁环材料能被选择的范围有限，对设置I_sa、I_sb之间的对应关系的灵活度形成限制，另外，感应电流与线圈匝数N、磁环半径r的平方成反比，当线圈匝数N、磁环半径r增加到一定程度时，其对感应电流的影响较小，因此通过线圈匝数N和磁环半径r也不利于I_sa、I_sb之间的对应关系的设置，其中，截面积ΔA能够灵活进行调整，因此，在设置I_sa、I_sb之间的对应关系时，优选的，对上部磁环27和下部磁环28对应的截面积ΔA进行设置。

例如，设置上部磁环27和下部磁环28对应的其它参数相同的情况下，设置上部磁环27对应的截面积ΔA_a是下部磁环28对应的截面积ΔA_b的10倍，则可以使得感应电流I_sa、I_sb满足I_sa=10I_sb。再例如，设置上部磁环27的线圈匝数N_a是下部磁环28的线圈匝数N_b的一半，并设置上部磁环27与下部磁环28对应的其它参数相同，可以使得感应电流I_sa、I_sb满足I_sa=4I_sb。优选地，可以将I_sa和I_sb之比设置为10:1、5:1、或者2:1。

通过设置上部线圈29的感应电流I_sa与下部线圈30的感应电流I_sb之间的大小对应关系，可以使得上部磁环27和下部磁环28针对不同大小范围的主电路电流进行测量，从而使得电流传感器具有更大的测量范围。例如设置I_sa大于I_sb，使用I_sa对较小的主电路电流进行测量，使得生成的感应电流I_sa满足处理电路的输入范围要求，使用I_sb对较大的主电路电流进行测量，使得生成的感应电流满足处理电路的输入范围要求。

在设置I_sa大于I_sb时，对于相同的主电路电流，上部线圈29感应生成的感应电流I_sa要大于下部线圈30的感应电流I_sb，当主电路电流较大时，上部线圈29感应生成的感应电流I_sa可能大于信号处理模块的输入范围，此时，采用下部线圈30对主电路电流进行检测，由于下部线圈30感应生成的感应电流I_sb较小，因此能够满足信号处理模块的输入范围。因此，通过可生成较小耦合感应电流的线圈分支对较大的主电路电流进行检测，通过可生成较大耦合感应电流的线圈分支对较小的主电路电流进行检测，使得线圈生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围。

例如，假设信号处理模块的输入范围为0.2V～2V，设置I_sa=10I_sb，并且在主电路电流为1A～10A时，上部线圈29感应生成的感应电流I_sa的范围是0.2V～2V，那么在主电路电流为10A～100A时，下部线圈30感应生成的感应电流I_sb的范围是0.2V～2V，因此，在假设信号处理模块的输入范围要求一定的情况下，通过不同的线圈分支进行测量，使得电流传感器能够测量1A～100A的主电路电流，增大了电流传感器的测量范围。本发明实施例中，以上部线圈29的感应电流与下部线圈30的感应电流之比是10:1为例进行了说明，根据测量范围的需要，上部线圈29的感应电流与下部线圈30的感应电流之比也可以设定为其他值，例如，5:1、或者2:1，通过感应电流I_sa与感应电流I_sb不同的比值，电流传感器具有不同的测量范围。

本发明实施例中，电流传感器还包括开关处理模块，开关处理模块用于对上部磁环和下部磁环的感应电流进行选择，使得上部磁环和下部磁环中的一个所对应的感应电流作为信号处理模块的输入。

开关处理模块可以根据输出的感应电流的大小，对上部磁环和下部磁环的感应电流进行选择。例如，对于上部磁环生成的感应电流小于下部磁环的生成的感应电流的情况，开关处理模块的切换机制设置为：在开关处理模块将上部磁环的感应电流作为电流采样模块的输出的情况下，当上部磁环生成的感应电流大于信号处理单元的最大输入值时，将电流采样模块的输出切换为下部磁环的感应电流；在开关处理模块将下部磁环的感应电流作为电流采样模块的输出的情况下，当下部磁环生成的感应电流小于信号处理单元的最小输入值时，将电流采样模块的输出切换为上部磁环的感应电流。另外，对于上部磁环生成的感应电流大于下部磁环的生成的感应电流的情况，同理可得开关处理模块的切换机制，在此不再赘述。

另外，开关处理模块也可以根据主电路电流的大小，对上部磁环和下部磁环生成的感应电流进行选择，例如，设置上部磁环的测量范围是A1至A2、下部磁环的测量范围是B1至B2，其中，B1大于或等于A2，开关处理模块设置为：当主电路电流小于A2时，将上部磁环生成的感应电流作为信号处理模块的输入，当主电路电流大于B1时，将下部磁环生成的感应电流作为信号处理模块的输入。

上述实施例中，以磁环100除了公共部分之外的部分被分为上下两个部分，即分为上部磁环27和下部磁环28为例进行了说明，另外，基于与上述磁环100相同或相似的原理，本发明实施例还提供了另一种磁环，该磁环除公共部分之外的部分被分为上中下三个部分，即上部磁环、中部磁环、以及下部磁环，其中，公共部分缠绕有公共线圈，上部磁环缠绕有上部线圈，下部磁环缠绕有下部线圈，中部磁环缠绕有中部线圈，其中，所述公共线圈的一端除了与上部线圈和所述下部线圈的一端相连接，还与所述中部线圈的一端相连接；因此，公共部分生成的感应电流分流至上部线圈、中部线圈、和下部线圈。上部线圈、中部线圈、或下部线圈中未与公共线圈相连的另一端作为感应电流的输出端，所述上部线圈、中部线圈、或下部线圈分别生成感应电流，且分别生成的感应电流被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据所述上部线圈、中部线圈、或下部线圈生成的感应电流进行信号处理。上部线圈、中部线圈、或下部线圈分别对应的感应电流之和等于公共部分生成的感应电流。

上述磁环是纵截面为矩形的筒状结构件，在所述磁环上具有上下两个开口，分别为第一开口和第二开口，第一开口和第二开口与磁环100中开口的设置相同或类似，第一开口和第二开口均为沿磁环的周向开设的狭长的通孔，其上沿和下沿均平行于磁环的上下端面。通过第一开口和第二开口将磁环的一部分划分为上中下三个部分，其中，第一开口上面的部分为所述上部磁环，第一开口和第二开口之间的部分为中部开口，第二开口下面的部分为所述下部磁环，且所述上部磁环、所述中部磁环、和所述下部磁环的纵截面为矩形；磁环中没有被第一开口和第二开口划分为上中下三个部分的另一部分为所述公共部分。其中，第一开口和第二开口的大小和形状相同。

在本发明提供的电流传感器中，电流采样模块中的磁环，除公共部分之外的部分被分为上中下三个部分，三个部分上各自缠绕有对应的电感线圈，并通过磁环与主电路电流之间的电磁耦合，各自生成与主电路电流对应的感应电流，三个部分各自生成的感应电流设置为不同时，三个部分能够分别对不同范围的主电路电流进行测量，从而增大了电流传感器的测量范围，同时，该电流传感器结构灵活，能够对多种电流组合进行测量，从而扩展了电流传感器的适用性，降低了生产成本。

本发明实施例提供的电流传感器中，磁环上具有开口的一部分所对应的圆心角优选地设置为60度、90度、180度、或270度，也可以设置为其他合适的角度。本发明实施例提供的电流传感器中，以磁环包括上下两个部分，或者上中下三个部分为例进行了说明，另外，磁环也可以被分为三个以上的部分，各个部分分别缠绕有感应线圈，且各个感应线圈分别生成感应电流，分别生成的感应电流中的一个被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据多个线圈中的一个所生成的感应电流进行信号处理。

在本发明提供的电流传感器中，电流采样模块中的磁环具有分流结构，通过调整分流比例，使得生成较小耦合感应电流的分支对较大的主电路电流进行检测，生成较大耦合感应电流的分支对较小的主电路电流进行检测，实现生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围。具体地，分流结构包括至少上下两个部分，及各自缠绕有电感线圈，并通过电感线圈与主电路电流之间的电磁耦合，各自生成与主电路电流对应的感应电流，当上下两个部分生成的感应电流设置为不同时，上下两个部分能够分别对不同范围的主电路电流进行测量，从而增大了电流传感器的测量范围。

本发明实施例还提供了一种匹配器，所述匹配器包括阻抗传感器、运算和控制器、执行机构、以及电流传感器，所述电流传感器为本发明实施例提供的电流传感器。

本发明实施例还提供了一种等离子体装置，其包括反应腔室、位于所述反应腔室内的静电卡盘、射频源、匹配器、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子体刻蚀，所述匹配器为本发明实施例提供的匹配器。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种电流传感器，用于对匹配器输出端的主电路电流进行测量，所述电流传感器包括电流采样模块和信号处理模块，所述电流采样模块包括包裹在主电路外的磁环，所述磁环上缠绕有电感线圈，所述电感线圈与所述主电路形成电磁耦合，从而生成感应电流，所述信号处理模块获取所述感应电流的信号以进行信号处理，其特征在于，所述磁环具有分流结构，通过调整分流比例，使得生成较小耦合感应电流的分支对较大的主电路电流进行检测，生成较大耦合感应电流的分支对较小的主电路电流进行检测，实现生成的耦合感应电流能够满足信号处理模块的输入范围的要求，从而使得电流传感器具有较大的测量范围。

2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述分流结构，包括至少上下两个部分，分别为上部磁环和下部磁环，所述上部磁环缠绕有上部线圈，所述下部磁环缠绕有下部线圈，所述上部线圈和所述下部线圈分别具有感应电流，且感应电流被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据所述上部线圈或者所述下部线圈生成的感应电流进行信号处理。

3.如权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述分流结构还包括公共部分，所述公共部分缠绕有公共线圈，其中，公共线圈的一端与所述上部线圈的一端连接、且所述公共线圈的同一端和所述下部线圈的一端相连接，所述上部线圈或所述下部线圈中未与公共线圈相连的那一端作为感应电流的输出端。

4.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁环是纵截面为矩形的筒状结构件，在所述磁环上具有开口，开口是沿磁环的周向开设的狭长的通孔，开口的上沿和下沿均平行于磁环的上下端面；磁环中的一部分被开口划分为上下两个部分，开口上面的部分为上部磁环，开口下面的部分为下部磁环，且所述上部磁环和所述下部磁环的纵截面为矩形；磁环中没有被开口划分为上下两块的另一部分为公共部分。

5.如权利要求2-4任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述上部磁环对应的电流系数、磁导率、截面积、线圈匝数、和磁环半径，以及下部磁环对应的电流系数、磁导率、截面积、线圈匝数、和磁环半径是根据所述电流传感器的电流测量范围的需求所设定的。

6.如权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述上部磁环的截面积与所述下部磁环的截面积之比是根据所述电流传感器的电流测量范围的需求所设定的。

7.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述上部线圈的感应电流与所述下部线圈的感应电流之比是10:1、5:1、或者2:1。

8.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述分流结构包括上中下三个部分，分别为上部磁环、下部磁环和中部磁环，所述上部磁环缠绕有上部线圈，所述下部磁环缠绕有下部线圈，所述中部磁环缠绕有中部线圈，

所述分流结构还包括公共部分，所述公共部分缠绕有公共线圈，其中，所述公共线圈的一端除了与所述上部线圈和所述下部线圈的一端相连接，还与所述中部线圈的一端相连接；上部线圈、中部线圈、或下部线圈中未与公共线圈相连的那一端作为感应电流的输出端，所述上部线圈、中部线圈、或下部线圈分别具有感应电流，且感应电流被选择性地提供给所述信号处理模块，以使所述信号处理模块根据所述上部线圈、中部线圈、或下部线圈生成的感应电流进行信号处理。

9.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁环是纵截面为矩形的筒状结构件，在所述磁环上具有上下两个开口，分别为第一开口和第二开口，第一开口和第二开口均为沿磁环的周向开设的狭长的通孔，其上沿和下沿均平行于磁环的上下端面；通过所述第一开口和第二开口将磁环中的一部分划分为上中下三个部分，其中，第一开口上面的部分为所述上部磁环，第一开口和第二开口之间的部分为中部开口，第二开口下面的部分为所述下部磁环，且所述上部磁环、所述中部磁环、和所述下部磁环的纵截面为矩形；磁环中没有被第一开口和第二开口划分为上中下三个部分的另一部分为所述公共部分。

10.如权利要求4或9所述的电流传感器，其特征在于，所述磁环具有开口的一部分所对应的圆心角设置为60度、90度、180度、或270度。

11.如权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，还包括开关处理模块，开关处理模块用于对上部磁环和下部磁环的感应电流进行选择，使得上部磁环和下部磁环中的一个所对应的感应电流作为信号处理模块的输入。

12.如权利要求11所述的电流传感器，其特征在于，所述开关处理模块根据输出的感应电流的大小，对上部磁环和下部磁环的感应电流进行选择，具体为，

在开关处理模块将上部磁环的感应电流作为电流采样模块的输出的情况下，当上部磁环生成的感应电流大于信号处理单元的最大输入值时，将电流采样模块的输出切换为下部磁环的感应电流；在开关处理模块将下部磁环的感应电流作为电流采样模块的输出的情况下，当下部磁环生成的感应电流小于信号处理单元的最小输入值时，将电流采样模块的输出切换为上部磁环的感应电流；

其中，上部磁环生成的感应电流小于下部磁环的生成的感应电流。

13.一种匹配器，所述匹配器包括阻抗传感器、运算和控制器、执行机构、以及电流传感器，其特征在于，所述电流传感器为权利要求1-12中的任一电流传感器。

14.一种等离子体装置，包括反应腔室、位于所述反应腔室内的静电卡盘、射频源、匹配器、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子体刻蚀，其特征在于，所述匹配器为如权利要求13所述的匹配器。