射频变压器、电离组件及等离子体产生装置的制作方法

本发明涉及等离子体，特别涉及一种射频变压器、电离组件及等离子体产生装置。

背景技术：

1、等离子体刻蚀（plasma etching）是一种先进的微细加工技术，广泛应用于半导体制造、微电子学、纳米技术、生物医学和材料科学等领域。该技术利用等离子体对固体材料表面进行精密的化学或物理去除，以实现微米甚至纳米级别的结构制作。其中，等离子体的产生需通过射频（rf）电源或微波电源驱动气体（如氩气、氧气、氟气、氯气等），在真空环境中将气体分子电离，形成由正离子、负离子、自由电子和未电离分子组成的等离子体。

2、通常，射频（rf）电源通过射频变压器将电能转化为适合激发等离子体的射频能量，并确保这个能量有效传输和精确控制，实现阻抗匹配、功率转换与分配、安全隔离、频率选择等功能。传统的射频变压器一般由磁芯（可能是铁氧体或其他高磁导率材料）和绕在其上的线圈构成，该方案占用空间大且难以满足激发产生等离子体的大功率需求；因此，将两个铜线绕组同轴布置（铜线一般选用较大直径，且铜线绕组的轴心在同一直线上）是等离子体产生装置中射频变压器的更为有效的设计。但现有技术中，同轴射频变压器存在系统不安全和不稳定的问题：一方面，同轴射频变压器由于具有磁芯，必然存在接地回路问题，由此可能带来电位差冲击或瞬态过电压等不安全和不稳定现象；另一方面，射频电源产生的射频能量通常在几十khz到几百mhz范围内（比如13.56mhz是常见的射频频率），电感线圈的发热量较大，普通风冷难以长时间满足射频变压器的散热需求，也会带来系统不安全和不稳定的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种射频变压器、电离组件及等离子体产生装置，旨在提升射频变压器、电离组件及等离子体产生装置的安全性和稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提出的射频变压器包括：

3、安装座；

4、初级线圈，设于所述安装座；

5、次级线圈，设于所述安装座，所述次级线圈与所述初级线圈同轴设置且相耦合；

6、所述初级线圈用于接入外部射频电源或外部阻抗匹配器，并通过互感在所述次级线圈中产生感应电势。

7、在一实施方式中，所述次级线圈与所述初级线圈沿同一轴线间隔设置；或者，所述次级线圈与所述初级线圈中的一者套设于另一者外，且所述次级线圈和所述初级线圈在径向上具有间隙。

8、在一实施方式中，所述次级线圈与所述初级线圈为螺旋线圈。

9、在一实施方式中，所述次级线圈与所述初级线圈为螺旋线圈；且所述次级线圈与所述初级线圈沿同一轴线呈螺旋交错设置，所述次级线圈与所述初级线圈中相邻的匝圈之间具有间隙。

10、在一实施方式中，所述射频变压器还包括：

11、射频接口，与所述初级线圈电连接，所述初级线圈通过所述射频接口接入外部射频电源或外部阻抗匹配器；

12、电容器，与所述初级线圈电连接，用于储能和滤波。

13、在一实施方式中，所述初级线圈采用中空金属管绕制而成；

14、和/或，所述次级线圈采用中空金属管绕制而成。

15、在一实施方式中，所述初级线圈的两端分别设有第一连接管口和第二连接管口；所述第一连接管口和所述第二连接管口用于接入外部液冷循环系统；

16、和/或，所述次级线圈的两端分别设有第三连接管口和第四连接管口；所述第三连接管口和所述第四连接管口用于接入外部液冷循环系统。

17、在一实施方式中，所述初级线圈还包括：

18、第一连接件，靠近所述第一连接管口设置，用于与所述射频接口电连接；

19、第二连接件，靠近所述第二连接管口设置，用于与所述电容器电连接；

20、和/或，所述次级线圈还包括：

21、第三连接件，靠近所述第三连接管口设置，用于与外部电极组件电连接；

22、第四连接件，靠近所述第四连接管口设置，用于与外部电极组件电连接。

23、本发明还提出一种电离组件，包括射频电源、电极组件以及以上所述的射频变压器；

24、所述电极组件包括第一电极和第二电极；

25、所述射频变压器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述射频变压器的输入端与所述射频电源的输出端连接，所述射频变压器的第一输出端与所述第一电极电连接，所述射频变压器的第二输出端与所述第二电极电连接；

26、所述射频变压器用于周期性地变换所述射频电源输出至所述第一电极和所述第二电极的电源极性。

27、本发明还提出一种等离子体产生装置，包括进气通道、扩散组件和以上所述的电离组件；

28、所述进气通道用于引入工艺气体；

29、所述电离组件的电极组件用于对流经的工艺气体进行电离以产生等离子体；

30、所述扩散组件用于扩散所述工艺气体；或者，所述扩散组件用于扩散所述等离子体。

31、本发明的技术方案通过采用悬空且同轴排列的初级线圈和次级线圈构成射频变压器，初级线圈、次级线圈以及相应的连接件都悬空且不接地，避免接地回路带来的系统不安全、不稳定的问题；同时，初级线圈和次级线圈都采用中空金属管绕制而成，金属管内可通过循环冷却水进行冷却，相比风冷具有更高效的冷却效果，有效避免了射频变压器散热不佳带来的系统不安全、不稳定的问题。

技术特征：

1.一种射频变压器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的射频变压器，其特征在于，所述次级线圈与所述初级线圈沿同一轴线间隔设置；或者，所述次级线圈与所述初级线圈中的一者套设于另一者外，且所述次级线圈和所述初级线圈在径向上具有间隙。

3.如权利要求2所述的射频变压器，其特征在于，所述次级线圈与所述初级线圈为螺旋线圈。

4.如权利要求1所述的射频变压器，其特征在于，所述次级线圈与所述初级线圈为螺旋线圈；且所述次级线圈与所述初级线圈沿同一轴线呈螺旋交错设置，所述次级线圈与所述初级线圈中相邻的匝圈之间具有间隙。

5.如权利要求1至4中任一项所述的射频变压器，其特征在于，所述射频变压器还包括：

6.如权利要求5所述的射频变压器，其特征在于，所述初级线圈采用中空金属管绕制而成；

7.如权利要求6所述的射频变压器，其特征在于，所述初级线圈的两端分别设有第一连接管口和第二连接管口；所述第一连接管口和所述第二连接管口用于接入外部液冷循环系统；

8.如权利要求7所述的射频变压器，其特征在于，所述初级线圈还包括：

9.一种电离组件，其特征在于，包括射频电源、电极组件以及如权利要求1至8中任一项所述的射频变压器；

10.一种等离子体产生装置，其特征在于，包括进气通道、扩散组件和如权利要求9所述的电离组件；

技术总结本发明公开了一种射频变压器、电离组件及等离子体产生装置，涉及等离子体技术领域。其中，射频变压器包括初级线圈，以及与初级线圈相耦合且同轴设置的次级线圈；初级线圈用于接入外部射频电源或外部阻抗匹配器，并通过互感在次级线圈中产生感应电势；初级线圈与次级线圈由中空金属管绕制而成，内部可通过循环冷却水进行冷却。在电离组件和等离子体产生装置中，该射频变压器用于周期性变换第一电极和第二电极的极性，以使第一电极和第二电极之间产生射频电场，用于将工艺气体电离为等离子体。本发明提供的射频变压器悬空不接地，且线圈内部中空可供水冷循环，提升了系统的安全性和稳定性。技术研发人员：杨靖,刘涛,乐卫平,宋成,张文杰,谢幸光受保护的技术使用者：深圳市恒运昌真空技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25