CN108615666B - 束流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种束流检测装置，该束流检测装置与真空腔的腔壁固定，腔壁上设置有平行排列的多个第一通孔，束流检测装置包括：多个平行间隔设置、且固定于该大气侧的法拉第杯，每个法拉第杯的杯体与该大气侧相接触的表面是绝缘的，每个法拉第杯设置了用于接收束流的导电部，法拉第杯均位于磁场中且该磁场用于使待检测束流中的电子在绕行磁力线的过程中撞击该腔壁。本发明采用了固定式束流检测方式，通过多个沿长边方向排列的法拉第杯来获得束流长边方向上的采样点的电流值，从而得到束流的各项参数，由此避免了移动式束流检测装置在检测大尺寸束流时产生的设备安装空间要求高、真空力的传递造成的真空密封问题、布线困难问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置，特别是涉及一种束流检测装置。
背景技术
为了得知束流的形态、电流大小等参数，离子注入机都会设置束流检测装置(profiler)，通常束流检测装置设置在束流传输路径的下游靠近注入工位的位置处。一般来说束流检测装置包括束流接收部件和与束流接收部件相连的测试仪表(例如电流表)。
如图1和图2所示的是用于太阳能电池制造的离子注入机和集成电路离子注入机中针对带状束流(ribbon beam)的束流检测装置，图1的束流检测装置10与导杆20相连，可以在箭头方向上下移动，需要检测束流30时，导杆20可沿导轨(图中未示出)移动(至虚线所示的位置)，使得束流检测装置10可以在箭头所示方向上扫描束流30，得到束流的形态、电流等数据。图2所示的束流检测装置10与伸缩杆40相连，随着伸缩杆的伸缩(参考虚线部分)使束流检测装置经过束流从而得到束流的形态、电流分布。
对于束斑形态的束流，常用的束流接收部件有法拉第杯(faraday cup)，在注入工位后方设置法拉第杯，当没有工件在注入工位被加工时，束流会打在法拉第杯中，通过与法拉第杯相连的电流表可以得到电流大小。
对于用于太阳能电池制造的离子注入机和集成电路离子注入机来说，因为采用了较小截面的束斑形态束流或者是高度至多为350mm的带状束流，这几种现有的束流检测装置都是可行的，但是在开发用于AMOLED(有源矩阵有机发光二极管)离子注入机时，束流检测装置的设置就出现了问题。AMOLED离子注入机是指用于加工AMOLED面板的驱动电路的离子注入机，AMOLED屏包括AMOLED面板和设置有TFT(薄膜晶体管)驱动电路的玻璃基板，随着AMOLED屏从4.5代向6代发展，尺寸也越来越大，达到1.8m×1.5m的大尺寸。为了加工适应6代屏以上的玻璃基板，离子注入机生成的带状束流也达到了1.5m以上，束流强度达到100mA，束流能量最大在80keV。要检测如此大尺寸的束流，现有的束流检测装置很难直接被使用。
如果采用图1所示的束流检测装置，因为束流高度至少为1.5m，那么导杆的长度也至少要1.5m左右，加上需要在束流高度方向上移动以扫描束流，整个空间要求(行程+导杆退回停放空间)就要达到3m，这样一来设备的高度就加高了。而且束流检测装置和束流都位于工艺腔(process chamber)中，工艺腔在离子注入时是处于真空状态的，束流接收部件要位于真空中，而驱动导杆移动的驱动装置是位于大气中的，这样一来又涉及真空密封的问题。在超大行程的情况下保证真空密封无疑又增加了设计难度。
再来看图2所示的伸缩杆的方案，虽然可以避免3m以上的行程空间要求，不用加高设备，但是驱动伸缩杆的驱动装置还是设置在大气中，被驱动的束流接收部件位于真空中，依然需要真空密封。采用350mm的带状束流的情况下，伸缩杆的长度不用很长，走线相对容易。但是在1.5m高的束流的情况下，伸缩杆要能伸缩1.5m的行程，这种情况下又要保证真空密封又要走线简单就变得非常困难。
现有技术中还有一种采用螺旋丝杆的方式，将束流检测装置设置于螺旋丝杆上，伴随着螺旋丝杆的转动，束流检测装置能够线性移动以检测带状束流。这种方式在小尺寸带状束流的检测中具有一定优势。然而，将其应用至AMOLED离子注入机时又出现了实时性的问题，随着螺旋丝杆的转动，束流检测装置能够依次经过不同位置以检测不同位置的束流参数，但是这种检测的实时性欠佳，各个位置的束流参数并非是同一时刻采集的数据，可能会难以发现束流的不稳定性。而且，更重要的是，虽然被驱动的螺旋丝杆是置于真空腔中的，但是一般来说驱动该螺旋丝杠的驱动器是放置在大气环境中的，那么要将大气中的驱动力传递到真空腔中就涉及到了真空密封的问题。
而如果采用法拉第杯，很难设置能够覆盖1.6m宽度区域的法拉第杯，来覆盖1.5m以上的大尺寸束流。由此，需要一种适用于大尺寸束流的束流检测装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中大尺寸束流的检测装置安装空间要求高、布线不易、实时性欠佳的缺陷，提供一种适应大尺寸束流检测且实时性较佳、安装空间要求较低的束流检测装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种束流检测装置，其特点在于，该束流检测装置与一真空腔的腔壁相固定，该腔壁包括位于大气环境中的大气侧和位于真空环境中的真空侧，该腔壁上设置有平行排列的多个第一通孔，多个第一通孔的排列方向与待检测束流的长边方向一致，该束流检测装置包括：多个平行间隔设置、且固定于该大气侧的法拉第杯，多个法拉第杯的排列方向与长边方向一致，每个法拉第杯的杯口与该腔壁上的多个第一通孔一一对应设置，每个法拉第杯的杯体与该大气侧相接触的表面是绝缘的，每个法拉第杯的杯体内壁设置了第一导电部以及每个法拉第杯的杯体底部设置了第二导电部，其中，每个法拉第杯的第一导电部和第二导电部用于接收自相应第一通孔进入相应法拉第杯的待检测束流，每个法拉第杯均位于磁场中且该磁场用于使待检测束流中的电子在绕行磁力线的过程中撞击该腔壁。
在本发明的技术方案中，通过在覆盖束流长边方向的方向上设置多个法拉第杯来同时接收待检测束流，并且固定式的检测方式免去了移动的检测的布线烦恼。另外，固定式的多个法拉第杯可以从长边方向接收完整的待检测束流，由此无需设置移动束流检测装置的移动设备，大大降低了对设备的空间要求。再者，既然无需移动设备，那么驱动移动设备的驱动器也可省去，这又降低了对真空密封的要求。在该技术方案中，仅需简单的密封装置(例如密封圈)就能实现法拉第杯和真空腔的密封。
再者，由于每个法拉第杯的杯体与该大气侧相接触的表面是绝缘的，因此每个法拉第杯和腔壁之间无需设置额外的绝缘块来保证法拉第杯和真空腔之间的绝缘。而绝缘块的省略可以省略一个真空密封面(按照现有技术中设置绝缘块的情况，腔壁和绝缘块之间要设置密封圈，绝缘块和法拉第杯之间要设置密封圈，这样一来真空腔的腔壁和法拉第杯之间的厚度就增加了，这样一来不仅增加了真空密封的不确定性，在束流存在一定发散的情况下还会影响到束流长边方向上法拉第杯设置的密集度)，使得真空密封的不确定性降低，密封的可靠性增加，而且还能保证法拉第杯的设置能够尽量紧凑，由此使得束流采样点能够更多，束流检测结果更准确。
还有，由于电流检测装置(例如电流表)的读数是正电荷和负电荷之和，而束流会在传输过程中可能会携带电子，这样一来电流检测装置的读数就不能真实反映束流的大小。在本发明中通过设置磁场来使得电子在绕行磁力线的过程中回到腔壁，由此来保证检测结果的准确性。
优选地，该真空腔的腔壁由冷却介质冷却。该技术方案中，多个法拉第杯是固定在腔壁上的，而真空腔的腔壁本身是有冷却装置来冷却的(例如水冷)，由此本发明中的多个法拉第杯不会温度过高。
优选地，该第二导电部为杯体底部覆盖的第一石墨，每个第一石墨用于接收自相应的第一通孔进入相应法拉第杯的待检测束流。
优选地，该磁场还用于使由于待检测束流对第一石墨的撞击产生的电子在绕行磁力线的过程中回到第一石墨中。
优选地，相邻两个法拉第杯之间设置有磁铁，磁铁两个磁极的连线方向与该长边方向平行。
优选地，相邻两个法拉第杯之间设置有多个磁铁，各个磁铁沿着法拉第杯的长度方向排列，法拉第杯的长度方向为平行于待检测束流的短边方向的方向，每个磁铁的两个磁极的连线方向平行于待检测束流的长边方向。
在这一技术方案中，通过沿着短边方向延伸的多个磁铁来产生限制电子的磁场，可以保证磁场的均匀性。
优选地，每个第一通孔均为漏斗状，该第一通孔的位于大气侧的孔径大于位于真空侧的孔径。
优选地，每个第一通孔的发散角为1°-20°。
优选地，该真空侧的表面设置有多个第二石墨，每个第二石墨与每个第一通孔一一对应，每个第二石墨上设有一第二通孔，每个第二通孔对准于每个第一通孔，第二通孔的孔径小于相应的第一通孔的孔径。
优选地，对于每两个相邻的第二石墨来说，一第二石墨具有突出部，相邻第二石墨具有与该突出部形状互补的凹陷部，一第二石墨的突出部与相邻第二石墨的凹陷部匹配安装。
通过第二石墨的设置，使得腔壁得到较好的保护，同时也保证了束流不被污染，由于束流能量较高，束流撞击腔壁会撞击出金属离子，从而使得束流被金属离子污染，另外腔壁也会在长时间的束流撞击中被损坏。而第二石墨的设置则很好地规避了以上问题。
优选地，每个法拉第杯的杯体为铝，该第一导电部为石墨内胆。
优选地，每个法拉第杯的外表面涂覆有硬质阳极氧化层；优选地，该硬质阳极氧化层上涂覆有特氟龙涂层。
优选地，第一石墨通过石墨螺丝被固定于杯体底部，该杯体底部还具有一导电的引出螺纹孔，用于将第一导电部和第二导电部接收的电流引出至大气中的电流检测装置，其中每个法拉第杯的引出螺纹孔与石墨螺丝的螺纹孔不共线。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明采用了固定式束流检测方式，通过多个沿长边方向排列的法拉第杯来获得束流长边方向上的采样点的电流值，从而得到束流的各项参数，由此避免了移动式束流检测装置在检测束流、特别是大尺寸束流时产生的设备安装空间要求高、真空力的传递造成的真空密封问题、布线困难问题。
2、由于每个法拉第杯的杯体与该大气侧相接触的表面是绝缘的，省略了法拉第杯和腔壁之间的绝缘块，由此减少了一个真空密封面，提高了真空密封的稳定性。再者，由于绝缘块的省略和一个密封装置的省略，法拉第杯和腔壁之间的距离减小，法拉第杯的设置可以更加密集，由此束流的检测结果更贴近实际情况。
附图说明
图1为现有技术中一束流检测装置的示意图。
图2为现有技术中另一束流检测装置的示意图。
图3为本发明一实施例的束流检测装置的立体图。
图4为本发明一实施例的束流检测装置的另一角度的立体图。
图5为本发明一实施例的束流检测装置的后视图。
图6为本发明一实施例的束流检测装置的左视图。
图7为本发明一实施例的束流检测装置的主视图。
图8为图7中沿A-A线的剖面图。
图9为图8中B部的局部放大图。
图10为本发明一实施例中的单个法拉第杯的立体图。
图11为本发明一实施例中的单个法拉第杯的主视图。
图12为本发明一实施例中的单个法拉第杯的俯视图。
图13为本发明一实施例中的单个法拉第杯的右视图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
参考图3-图13，介绍本实施例所述的束流检测装置，待检测的束流为带状束流(ribbon beam)，束流的长边方向为y轴方向，束流的短边方向为x轴，束流的传输方向为z轴(为了图示的简洁，坐标系仅在图7和图8中标出)，该束流检测装置与一真空腔的腔壁相固定，该腔壁包括位于大气环境中的大气侧102和位于真空环境中的真空侧101，该腔壁上设置有平行排列的多个第一通孔11，多个第一通孔11的排列方向与待检测束流的长边方向一致，该束流检测装置包括：多个平行间隔设置、且固定于该大气侧的法拉第杯2，多个法拉第杯2的排列方向与长边方向一致，每个法拉第杯的杯口与该腔壁上的多个第一通孔一一对应设置，参考图10-图13，每个法拉第杯的杯体与该大气侧相接触的表面202是绝缘的，在本实施例中每个法拉第杯的外表面涂覆有硬质阳极氧化层并且该硬质阳极氧化层上涂覆有特氟龙涂层，这样就可以省略现有技术中分别于腔壁和法拉第杯接触的绝缘块，由此法拉第杯2和腔壁之间通过密封圈5就能实现真空密封。每个法拉第杯的杯体内壁设置了第一导电部21以及每个法拉第杯的杯体底部设置了第二导电部22，其中，每个法拉第杯的第一导电部和第二导电部用于接收自相应第一通孔进入相应法拉第杯的待检测束流，每个法拉第杯均位于磁场中且该磁场用于使待检测束流中的电子在绕行磁力线的过程中撞击该腔壁。
在本实施例中该第二导电部为杯体底部覆盖的第一石墨，每个第一石墨用于接收自相应的第一通孔进入相应法拉第杯的待检测束流。并且该磁场还用于使由于待检测束流对第一石墨的撞击产生的电子在绕行磁力线的过程中回到第一石墨中。其中，相邻两个法拉第杯之间设置有磁铁3，磁铁两个磁极的连线方向与该长边方向平行，即磁极的连线方向为y轴方向，参考图9的视图，磁铁3的上方为N极，下方为S极。在参考图10，法拉第杯上设置有放置磁铁的凹槽201。在本实施例中，通过沿着短边方向延伸的多个磁铁来产生限制电子的磁场，可以保证磁场的均匀性。
再来看真空腔的腔壁，每个第一通孔均为漏斗状，该第一通孔的位于大气侧的孔径大于位于真空侧的孔径。在本实施例中每个第一通孔的发散角为5°(发散角例如为图9中第一通孔的壁与z轴的夹角)。这样，即使束流有微小的发散也能通过第一通孔而进入法拉第杯中。
主要参考图9，该真空侧的表面设置有多个第二石墨4，每个第二石墨与每个第一通孔一一对应，每个第二石墨上设有一第二通孔41，每个第二通孔对准于每个第一通孔，第二通孔的孔径小于相应的第一通孔的孔径。对于每两个相邻的第二石墨来说，一第二石墨具有突出部，相邻第二石墨具有与该突出部形状互补的凹陷部，一第二石墨的突出部与相邻第二石墨的凹陷部匹配安装，通过这种方式第二石墨被很好的压紧在腔壁上。
在这一实施例中，法拉第杯主要通过杯底的第一石墨来收集束流，第一石墨通过石墨螺丝被固定于杯体底部，该杯体底部还具有一导电的引出螺纹孔(图中未示出)，用于将第一导电部和第二导电部接收的电流引出至大气中的电流检测装置，其中每个法拉第杯的引出螺纹孔与石墨螺丝的螺纹孔不共线。对于有稍许发散的束流来说，第一导电部(例如石墨内胆)亦可收集束流。
本发明采用了固定式的束流检测装置，通过平行设置的多个法拉第杯来完成同一时刻对束流长边方向上不同位置的检测，降低了对安装空间的要求。同时每个法拉第杯与腔壁接触的表面是绝缘的，由此省略了现有设备上的绝缘块，从而减少了一个真空面；而且由于绝缘块的省略使得束流长边方向上有更多的安装空间，这样法拉第杯的密集度就可以得到提高，就能得到更多束流采样点的数据。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种束流检测装置，其特征在于，该束流检测装置与一真空腔的腔壁相固定，该腔壁包括位于大气环境中的大气侧和位于真空环境中的真空侧，该腔壁上设置有平行排列的多个第一通孔，多个第一通孔的排列方向与待检测束流的长边方向一致，该束流检测装置包括：多个平行间隔设置、且固定于该大气侧的法拉第杯，多个法拉第杯的排列方向与长边方向一致，每个法拉第杯的杯口与该腔壁上的多个第一通孔一一对应设置，每个法拉第杯的杯体与该大气侧相接触的表面是绝缘的，每个法拉第杯的杯体内壁设置了第一导电部以及每个法拉第杯的杯体底部设置了第二导电部，其中，每个法拉第杯的第一导电部和第二导电部用于接收自相应第一通孔进入相应法拉第杯的待检测束流，每个法拉第杯均位于磁场中且该磁场用于使待检测束流中的电子在绕行磁力线的过程中撞击该腔壁，每个法拉第杯的外表面涂覆有硬质阳极氧化层且该硬质阳极氧化层上涂覆有特氟龙涂层，每个法拉第杯和该腔壁之间设置有密封圈。
2.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，该真空腔的腔壁由冷却介质冷却。
3.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，该第二导电部为杯体底部覆盖的第一石墨，每个第一石墨用于接收自相应的第一通孔进入相应法拉第杯的待检测束流。
4.如权利要求3所述的束流检测装置，其特征在于，该磁场还用于使由于待检测束流对第一石墨的撞击产生的电子在绕行磁力线的过程中回到第一石墨中。
5.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，相邻两个法拉第杯之间设置有磁铁，磁铁两个磁极的连线方向与该长边方向平行。
6.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，相邻两个法拉第杯之间设置有多个磁铁，各个磁铁沿着法拉第杯的长度方向排列，法拉第杯的长度方向为平行于待检测束流的短边方向的方向，每个磁铁的两个磁极的连线方向平行于待检测束流的长边方向。
7.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，每个第一通孔均为漏斗状，该第一通孔的位于大气侧的孔径大于位于真空侧的孔径。
8.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，每个第一通孔的发散角为1°-20°。
9.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，该真空侧的表面设置有多个第二石墨，每个第二石墨与每个第一通孔一一对应，每个第二石墨上设有一第二通孔，每个第二通孔对准于每个第一通孔，第二通孔的孔径小于相应的第一通孔的孔径。
10.如权利要求9所述的束流检测装置，其特征在于，对于每两个相邻的第二石墨来说，一第二石墨具有突出部，相邻第二石墨具有与该突出部形状互补的凹陷部，一第二石墨的突出部与相邻第二石墨的凹陷部匹配安装。
11.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，每个法拉第杯的杯体为铝，该第一导电部为石墨内胆。
12.如权利要求1所述的束流检测装置，其特征在于，第一石墨通过石墨螺丝被固定于杯体底部，该杯体底部还具有一导电的引出螺纹孔，用于将第一导电部和第二导电部接收的电流引出至大气中的电流检测装置，其中每个法拉第杯的引出螺纹孔与石墨螺丝的螺纹孔不共线。
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