法拉第杯装置

技术领域

本发明涉及带电粒子束检测技术领域，尤其涉及一种法拉第杯装置。

背景技术

离子注入是将原子或分子电离成阳离子，经过电场加速到一定能量，磁场筛选除去非目标离子之后，将其注入到硅片中的特定区域，再经过退火激活后使杂质离子能够产生预期电学特性的工艺技术。目前，在大规模、超大规模集成电路制造中，离子注入至关重要，一个完整的工艺中，需要的离子注入甚至多达上百道，由于可以对阳离子的加速能量、注入位置和注入角度等参数做到精确控制，它已经完美替代了传统的热掺杂工艺，杂质离子的注入深度和注入剂量可控、杂质横向扩散少、均匀性和纯度好。使用离子注入制备的半导体产品，具有稳定性好、良率高和寿命长等优势。因此，该工艺步骤的广泛使用和重要作用决定了离子注入机是集成电路制造及其相关产业中的关键设备之一。

法拉第杯(Faraday Cup)是离子注入机的重要部件，其使用非常广泛，作用主要有：测量离子束流的大小、辅助监测束流的平行性以及在束流稳定性发生波动时可以用来阻挡束流等。虽然法拉第杯不直接参与束流的形成、离子加减速及筛选的过程，但是在离子注入机中，使用法拉第杯对束流状况进行及时的监测和反馈控制，对于提高离子束的质量、监测束流的大小和稳定性而言意义重大，可以实现预期的注入剂量控制，保证离子注入工艺的均匀性和稳定性，提高产品的良率和器件的性能

现有技术中，由于法拉第杯长时间受到离子束的撞击，容易烧穿而损坏，影响正常的工艺制程，不利于设备产能的提升。尤其是在束流较大的离子注入机中，其法拉第杯的使用周期较短，更换频繁。

因此，有必要开发一种新型法拉第杯装置，能够改善现有技术中存在的上述部分问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种法拉第杯装置，能够提升使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供的法拉第杯装置包括杯体组件、导体、旋转机构和检测单元；所述杯体组件包括杯体；所述导体设置于所述杯体内，所述导体用于接受从杯口进入的离子束的撞击；所述旋转机构连接所述导体，用于驱动所述导体旋转；所述检测单元连接所述导体，所述检测单元用于测量所述导体的电流。

本发明提供的法拉第杯装置的有益效果在于：所述法拉第杯装置在使用过程中，离子束从所述杯口进入并撞击在所述导体上，将所述旋转机构连接所述导体并使所述导体旋转，所述导体旋转的过程中使得离子束撞击产生的损失均布在所述导体的表面上，进而提升所述法拉第杯装置的使用寿命。

可选的，所述导体为实心结构，所述导体的形状为圆柱体。

可选的，所述导体为嵌套结构，所述导体包括第一导电部和第二导电部，所述第二导电部设置于所述第一导电部内，所述第一导电部与所述第二导电部之间绝缘，所述检测单元分别连接所述第一导电部和所述第二导电部。其有益效果在于：当因离子束撞击而损坏所述第一导电部后，离子束撞击到所述第二导电部在所述第二导电部上产生电流，由于所述第一导电部与所述第二导电部之间绝缘，所述检测单元检测到所述第二导电部上的电流后即可得知所述法拉第杯装置损坏，有利于及时提醒相关人员进行维护。

可选的，所述旋转机构驱动所述导体步进式旋转。其有益效果在于：步进式旋转相比匀速式旋转，在旋转相同角度的情况下，旋转时的旋转速度更快，零部件之间产生相对运动而发生摩擦的时间更短，有利于减少摩擦而产生的颗粒数。

可选的，所述杯体组件包括导电轴承，所述杯体通过导电轴承支撑所述导体旋转，并使所述导体和所述杯体之间电连接。其有益效果在于：轴承支撑旋转有利于进一步减小摩擦，降低颗粒度；所述导电轴承能够让电流通过，使得所述导体与所述杯体之间电连接，实现对撞击所述导体和所述杯体的离子一并检测。

可选的，所述杯体组件包括设置于所述杯体的外侧壁的磁场发生器，所述磁场发生器用于在所述杯体内部靠近所述杯口处产生磁场。其有益效果在于：通过所述磁场发生器在所述杯体内靠近所述杯口处产生磁场，所述磁场能够阻止所述杯体外的外部电子进入所述杯体，并阻止所述杯体内撞击产生的内部电子逃离所述杯体内部，进而提升对所述离子束的测量精度。

可选的，所述磁场发生器包括第一磁场发生部和第二磁场发生部，分别用于在所述杯体内部产生第一磁场和第二磁场，所述第一磁场发生部和所述第二磁场发生部沿所述离子束的方向依次排列，使所述离子束依次穿过所述第一磁场和所述第二磁场。其有益效果在于：通过所述第二磁场对所述离子束施加洛伦兹力，使所述离子束中的离子的移动发生偏转后撞击所述杯体的内壁，进而减少离子对所述导体的撞击，将离子撞击产生的材料损失分布于所述导体和所述杯体的杯壁，进而提升所述法拉第杯装置的使用寿命。

可选的，所述第二磁场强于所述第一磁场。

可选的，所述第二磁场发生部包括极性变换模块，所述极性变换模块用于使所述第二磁场的两极极性发生互换。其有益效果在于：通过所述极性变换模块将所述第二磁场的两极发生极性互换，使得所述第二磁场能够对所述离子束中的离子施加方向相反方向的洛伦兹力，进而将所述离子束中的部分离子分散撞击于所述杯体的杯壁的两个相对的内壁面上，使材料损失均匀分布与所述导体和所述杯体内部相对的两个内壁面上，进一步提升所述法拉第杯装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中法拉第杯的结构示意图；

图2为图1所示的法拉第杯的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例中第一时间段内离子运动方向的示意图；

图4为本发明实施例中第二时间段内离子运动方向的示意图。

附图标记：

1、杯体；101、第一内表面；102、第二内表面；2、导体；201、第一导电部；202、第二导电部；301、第一检测部；302、第二检测部；4、主动轮；5、离子束、501、内部电子；502、外部电子；503、离子；5031、弱离子；5032、强离子；6、导电轴承；7、磁场发生器；701、第一磁场发生部；702、第二磁场发生部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

图1为本发明实施例中法拉第杯的结构示意图；图2为图1所示的法拉第杯的剖面结构示意图。

为解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种法拉第杯装置，参照图1和图2，所述法拉第杯装置包括杯体组件、导体2、旋转机构和检测单元；所述杯体组件包括杯体1，所述导体2设置于所述杯体1内，所述导体2用于接受从杯口进入的离子束5的撞击；所述旋转机构连接所述导体2，用于驱动所述导体2旋转；所述检测单元连接所述导体2，所述检测单元用于测量所述导体2的电流。

具体的，参照图2，所述导体2接地，所述检测单元连接所述导体2，当所述离子束5从所述杯口进入所述杯体1并撞击所述导体2，所述检测单元检测所述导体2上流过的电流，通过判断电流实现对所述离子束5的检测。

本发明一些具体实施例中，所述导体为实心圆柱体，所述导体的材料为石墨，所述旋转机构驱动所述导体绕所述圆柱体的轴线转动，使得所述导体上的材料损失均布于所述圆柱体的圆柱面上。

本发明一些具体实施例中，参照图1和图2，所述旋转机构包括主动轮4和电机(图中未示出)，所述主动轮4连接所述导体2的一端，所述主动轮4与所述导体2之间绝缘，所述电机带动所述主动轮4进而带动所述导体2旋转。

本发明一些具体实施例中，通过变频器或驱动器驱动所述电机使得所述导体2产生步进式旋转，即所述导体2先后的两次旋转之间的时间段内静止，所述导体2每次旋转的角度恒定。

本发明另一些具体实施例中，所述旋转机构包括主动轮、连接所述主动轮的间歇运动机构和电机，所述电机旋转，所述间歇运动机构带动所述主动轮进而带动所述导体步进式旋转，所述间歇运动机构可以为槽轮机构。

本发明一些具体实施例中，参照图1，所述杯体1包括四个杯壁，相对的两个所述杯壁上设置于有通孔，所述导体2的两端可旋转设置于所述通孔内。

本发明一些具体实施例中，参照图2，所述杯体组件包括导电轴承6，所述导电轴承6设置于所述通孔内并支撑所述导体2旋转，并使所述导体2和所述杯体1之间电连接。

本发明一些具体实施例中，参照图2，所述导电轴承6表面具有石墨涂层，使得所述导体2与所述杯体1之间电连接。

本发明一些具体实施例中，所述检测单元可以为各类电流测量工具，例如电流表。

本发明一些实施例中，参照图1和图2，所述导体2为嵌套结构，所述导体2包括第一导电部201和第二导电部202，所述第二导电部202设置于所述第一导电部201内，且所述第一导电部201与所述第二导电部202之间绝缘，将所述检测单元包括第一检测部301和第二检测部302，所述第一检测部301和所述第二检测部302分别连接所述第一导电部201和所述第二导电部202，由于所述第一导电部201内部中空，当所述第一导电部201的内表面至外表面之间的材料被所述离子束5击穿后，所述离子束5撞击所述第二导电部202，使得所述检测单元检测到所述第二导电部202上产生电流，即可帮助相关工程人员及时得知所述法拉第杯装置需要维护。

本发明一些具体实施例中，参照图1和图2，所述第一导电部201为石墨柱，所述石墨柱沿其轴线开设有通孔，所述第二导电部202可以为细长状导电材料，例如铜丝、石墨条；所述第二导电部202与所述第一导电部201之间留有间隙使得所述第一导电部201和所述第二导电部202之间绝缘。

本发明一些实施例中，参照图2，所述第一导电部201通过所述导电轴承6旋转设置于所述杯体1，所述第二导电部202通过绝缘的陶瓷轴承支撑，所述第二导电部202与所述第一导电部201之间运动相互独立，即所述第二导电部202不随所述第一导电部201的转动而转动。

本发明一些实施例中，参照图1和图2，所述杯体组件包括设置于所述杯体1的外侧壁的磁场发生器7，所述磁场发生器7用于在所述杯体1内部靠近所述杯口处产生磁场，所述磁场阻止所述杯体1外的外部电子502进入所述杯体1，并阻止所述杯体1内撞击产生的内部电子逃离所述杯体1内部。

具体的，所述磁场发生器7可以为永磁体或通电线圈。

本发明一些实施例中，参照图1和图2，所述磁场发生器7包括第一磁场发生部701和第二磁场发生部702，分别用于在所述杯体1内部产生第一磁场和第二磁场，所述第一磁场发生部701和所述第二磁场发生部702沿所述离子束5的方向依次排列，即沿图示A方向排列，使所述离子束5依次穿过所述第一磁场和所述第二磁场。

本发明一些实施例中，所述第二磁场发生部包括通电线圈，通过增大所述通电线圈上的电流使得所述第二磁场强于所述第一磁场。

图3为本发明实施例中第一时间段内离子运动方向的示意图；图4为本发明实施例中第二时间段内离子运动方向的示意图。

本发明一些实施例中，参照图1、图3和图4，所述第二磁场发生部702包括通电线圈和极性变换模块，所述极性变换模块改变所述通电线圈上的电流方向使得所述第二磁场的两极极性发生对换，在第一时间段和第二时间段内分别给所述离子束5中的离子503施加不同方向的洛伦兹力，使得在第一时间段内所述离子束5中的部分离子503撞击所述杯壁内侧的第一内表面101，使得在第二时间段内所述离子束5中的部分离子503撞击所述杯壁内侧的第二内表面102，通过控制所述第一时间段和所述第二时间段的时间长短进而使得所述杯体1的材料损失均布于所述第一内表面101和所述第二内表面102。

本发明一些实施例中，通过结合控制所述第二磁场发生部的启停工作和两极极性对换，使得所述离子束5中的离子分别撞击所述第一导电部201的表面、所述第一内表面101和所述第二内表面102，使得材料损失均布于所述第一导电部201的表面、所述第一内表面101和所述第二内表面102三者。

具体的，参照图1、图3和图4，所述离子束5中的不同所述离子503具有不同的能量，具有较高能量的强离子5032受洛伦兹力用作发生偏转的偏转半径较大，撞击于所述第一内表面101或所述第二内表面102上远离所述杯口的区域；具有较低能量的弱离子5031受洛伦兹力作用发生偏转的偏转半径较小，撞击于所述第一内表面101或所述第二内表面102上靠近所述杯口的区域；进而提升所述第一内表面101或所述第二内表面102上的材料损失的均匀性。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。