CN111128658A - 一种离子束水平与垂直角度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了种离子束水平与垂直角度测量装置，包括真空腔体，离子束流在其中传输；水平与垂直角度法拉第测量杯，用于测量离子束流相对于法拉第杯体入射面法线在水平面和垂直面的倾斜角度；水平角度测量驱动电机通过联轴器直接驱动四连杆机构，每个杯体与连杆的终端联接，驱动每个杯体的自转；垂直角度测量驱动电机通过同步带传动机构驱动装有多个法拉第杯体的杯体安装座旋转，所有杯体做公转运动。本发明可用于离子注入机在靶室终端对束流注入角度的测量，通过这些角度参可以调整靶台的位置，这样就提高硅片的离子注入精度，包括注入角度与均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造设备，特别是一种离子束水平与垂直角度测量装置。
背景技术
半导体器件制造技术与工艺都非常复杂，离子注入掺杂属于半导体器件制造过程中非常关键的一道工艺。离子注入掺杂工艺与常规热掺杂工艺相比具有高精度的剂量均匀性与重复性，横向扩散小等优点，克服了常规工艺的限制，提高了电路的集成度、速度、成品率和寿命，降低了成本和功耗。随着半导体制程工艺的不断提高，对离子注入掺杂提出更高的要求，主要包括注入深度的控制、注入均匀性的控制。为了提高离子注入硅片深度的精度与离子注入硅片的均匀性，可以通过两种方式实现上述要求，一种方法为改善离子注入机的束流状态，另外一种方法为提高对束流状态的测量精度，调整硅片的位置提高注入的精度。当一个型号的离子注入机达到大批量生产和使用后，证明光路传输系统已经没有太多的改进空间，这时就需要提高对束流到达靶室状态的测量精度。
通用的束流角度测量装置只能测量水平偏转角度，水平角度的测量也是通过一个移动法拉与一个固定法拉第配合实现的测量，这种测量机构较复杂，但是大量试验表明束流垂直角度对注入深度影响最大，这就需要设计新的角度测量装置来同时测量水平与垂直角度，新装置通过一个整体部件就同时可以完成水平与垂直角度的测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种多功能与多位置束流角度测量装置，可同时测量束流的水平角度与垂直角度，并且可以同时测量多个位置的垂直偏转角度，测量水平角度时不需要要与前端的移动法拉第配合就可以实现。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种离子束水平与垂直角度测量装置，主要包括：一种离子束水平与垂直角度测量装置，其特征在于，包括：真空腔体组件，离子束流在其中传输，并为测量机构提供支撑；水平与垂直角度法拉第测量杯组件，用于测量离子束流相对于法拉第杯体入射面法线在水平面和垂直面的倾斜角度；垂直角度测量驱动机构，用于驱动所有法拉第测量杯组件相对于腔体旋转；水平角度测量驱动机构，用于驱动各法拉第测量杯组件相对于法拉第测量组件支架的旋转；离子束流入口处设有限束光栏，只有一部分规则形状束流可以通过。
法拉第杯体的两侧由两件相同的石墨零件组合而成，杯体的中间位置装有石墨立柱；石墨立柱上有等间距的矩形槽，用于垂直角度测量面矩形槽为横向槽，深度为立柱的厚度的1/2，用于水平角度测量面矩形槽为枞向槽，深度为立柱的厚度的1/2；石墨立柱由陶瓷绝缘件支撑使其与周围的辅助部件绝缘，上下两个绝缘件通过两个角接触轴球承与支架连接，这样每个杯体就可以相对于支架做旋转运动；每个杯体的两侧安装有抑制磁铁，杯体的入口和出口都有抑制磁铁，杯体做旋转时磁铁组件与与杯体一起旋转；通过对法拉第杯体整体组件的旋转可以调整法拉第杯体的周向位置，在法拉第杯体用作水平角度测量时，开有枞向槽一面的杯体正对束流入射方向，在法拉第杯体用作垂直角度测量时，开有横向槽一面的杯体正对束流入射方向；当测量水平角度时，水平角度测量驱动机构驱动每个法拉第杯体围绕杯体的竖直中心线旋转，当测量垂直角度时，垂直角度测量驱动机构驱动法拉第杯体整体组件相对于水平中心面旋转，两个方向的角度测量都是以法拉第杯体采集数据的最小束流值所对应的位置作为束流的实际偏转角度。
附图说明
图1束流角度测量装置整体布局轴侧图；
图2束流角度测量装置整体布局俯视图；
图3法拉第测量杯组件水平角度测量面示意图；
图4法拉第测量杯组件垂直角度测量面示意图；
图5单个法拉第测量杯组件中心面位置剖视图；
具体实施方式
如图1与图2所示，本发明包括真空腔体组件130，离子束流在其中传输，并为测量机构提供支撑；水平与垂直角度法拉第测量杯组件110，用于测量离子束流相对于法拉第杯体入射面法线在水平面和垂直面的倾斜角度；垂直角度测量驱动机构120，用于驱动所有法拉第测量杯组件相对于腔体旋转；水平角度测量驱动机构100，用于驱动各法拉第测量杯组件相对于法拉第测量组件支架的旋转；离子束流入口处设有限束光栏12，只有一部分规则形状束流可以通过，该部件功能是提高测量精度，减少多余束流对测量精度的影响。
真空腔体组件130与束流传输腔体150相联接，140为束流传输方向，真空腔体组件130内部为高真空环境，外部为大气环境，所以安装在该腔体上的水平与垂直角度法拉第测量杯组件110需要与大气隔绝，这样才能保证真空腔体组件130内部的高真空。垂直角度测量驱动机构120与水平角度测量驱动机构100电机等部件都安装在腔体外部，水平角度测量驱动机构100电机驱动是通过焊接波纹管3与旋转磁流体密封件4相联结，焊接波纹管3可以提供六个方向的自由度，这样就保证连杆机构在运动同时腔组件130内部还是高真空。磁流体密封件4为真空腔体组件130与水平角度测量驱动机构100提供真空密封的同时，真空腔体组件130与水平角度测量驱动机构100还可以相对旋转，这样在切换测量面时水平角度测量驱动机构100就可以跟随水平与垂直角度法拉第测量杯组件110一起旋转。通过件10将垂直角度测量驱动机构120与垂直角度法拉第测量杯组件110联接，件11为垂直角度测量驱动机构120与真空腔体组件130提供缓冲联接，件11可以是磁流体密封件，也可以通过密封圈密封，这样就实现了垂直角度测量驱动机构120带动水平与垂直角度法拉第测量杯组件110的整体旋转运动。
水平角度测量驱动机构100通过电机1带动联轴器，联轴器带动曲柄2旋转，曲柄2一端与机架通过轴承铰接，另一端与连杆7通过轴承铰接，连杆7上还有多个安装轴承的铰接位置，这些位置与曲柄5铰接，曲柄5另一端与每个法拉第测量杯组件160中心支撑陶瓷件S02通过键或销坚固连接，曲柄5与陶瓷件S02没有相对运动，这样通过一个电机就可以驱动几个法拉第测量杯组件160围绕中心同时旋转。
垂直角度测量驱动机构120其原理是通过电机8带动同步带轮，同步带轮驱动所有法拉第测量杯组件支撑轴件10做旋转运动，旋转方式是所有法拉第测量杯组件围绕水平固定轴旋转，该位置的真空密封可以通过磁流体密封或密封圈密封实现，法拉第测量杯组件另一端与水平角度测量驱动机构100的法栏连接，该法兰与真空腔体组件之间设置有磁流体密封组件，这样就能保证每个测量杯有两个旋转运动，法拉第测量杯组件整体旋转为公转，每个法拉第测量杯组件围绕轴线旋转的旋转为自转。
水平与垂直角度法拉第测量杯组件110由多个法拉第测量杯组件160组成，每个法拉第测量杯组件160与外部安装支撑架通过两个角接触球轴承S01铰接，如图5所示，这就形成了每个法拉第测量杯组件160的自转自由度。外部安装支撑架由侧板A01、两个横板A02、侧板A03组成，其中一个横板A02对应每个法拉第测量杯组件160中心位置有安装孔，孔中心安装有轴承用于为曲柄5提供支撑。
法拉第测量杯组件160杯体的两侧由两件相同的石墨零件S03组合而成，杯体的中间位置装有石墨立柱S05；石墨立柱S05上有等间距的矩形槽，用于垂直角度测量面矩形槽为横向槽，如图4所示，深度为石墨立柱S05的厚度的1/2，面300为束流入射测量面；用于水平角度测量面矩形槽为枞向槽，如图3所示，深度为石墨立柱S05的厚度的1/2，面200为束流入射测量面；石墨立柱S05由陶瓷绝缘件S02支撑使其与周围的辅助部件绝缘，上下两个绝缘件通过两个角接触轴承S01与支架连接，这样每个杯体就可以相对于支架做旋转运动；每个杯体的两侧安装有抑制磁铁S04，杯体的入口和出口都有抑制磁铁S04，杯体做旋转时磁铁组件与与杯体一起旋转；通过对法拉第杯体整体组件的旋转可以调整法拉第杯体的周向位置，在法拉第杯体用作水平角度测量时，如图3所示，开有枞向槽一面的杯体正对束流入射方向，面200正对束流入射方向；在法拉第杯体用作垂直角度测量时，如图4所示，开有横向槽一面的杯体正对束流入射方向，面300正对束流入射方向。
Claims (5)
1.一种离子束水平与垂直角度测量装置，其特征在于，包括：真空腔体组件，离子束流在其中传输，并为测量机构提供支撑；水平与垂直角度法拉第测量杯组件，用于测量离子束流相对于法拉第杯体入射面法线在水平面和垂直面的倾斜角度；垂直角度测量驱动机构，用于驱动所有法拉第测量杯组件相对于腔体旋转；水平角度测量驱动机构，用于驱动各法拉第测量杯组件相对于法拉第测量组件支架的旋转；离子束流入口处设有限束光栏，只有一部分规则形状束流可以通过。
2.根据权利要求1所述的水平角度测量驱动机构，其特征在于，该机构是通过平行四边形连杆机构实现的驱动，每个测量杯体上都设置有一个曲柄，所有杯体上的曲柄通过一个连杆与电机驱动的曲柄联接，这样在测量水平角度时，多个法拉第测量杯体的旋转运动是一致的，该旋转是法拉第杯体相对本身垂直轴线的旋转，电机和曲柄安装在大气中，连杆在真空中，曲柄和连杆通过柔性焊接波纹管联接。
3.根据权利要求1所述的垂直角度测量驱动机构，其特征在于，其原理是通过电机带动同步带轮，同步带轮驱动所有法拉第测量杯组件支撑轴做旋转运动，旋转方式是所有法拉第测量杯组件围绕水平固定轴旋转，该位置的真空密封可以通过磁流体密封或密封圈密封实现，法拉第测量杯组件另一端与水平角度测量驱动机构的法栏连接，该法兰与真空腔体组件之间设置有磁流体密封组件，这样就能保证每个测量杯有两个旋转运动，法拉第测量杯组件整体旋转为公转，每个法拉第测量杯组件围绕轴线旋转的旋转为自转。
4.根据权利要求1所述的限束光栏，其特征在于，限束光栏上开有细长条孔，每个测量杯体的正中间位置对应有一个限束光栏孔。
5.根据权利要求1所述的法拉第测量杯组件，其特征在于，杯体的两侧由两件相同的石墨零件组合而成，杯体的中间位置装有石墨立柱；石墨立柱上有等间距的矩形槽，用于垂直角度测量面矩形槽为横向槽，深度为立柱的厚度的1/2，用于水平角度测量面矩形槽为枞向槽，深度为立柱的厚度的1/2；石墨立柱由陶瓷绝缘件支撑使其与周围的辅助部件绝缘，上下两个绝缘件通过两个角接触轴承与支架连接，这杆每个杯体就可以相对于支架做旋转运动；每个杯体的两侧安装有抑制磁铁，杯体的入口和出口都有抑制磁铁，杯体做旋转时磁铁组件与与杯体一起旋转；通过对法拉第杯体整体组件的旋转可以调整法拉第杯体的周向位置，在法拉第杯体用作水平角度测量时，开有枞向槽一面的杯体正对束流入射方向，在法拉第杯体用作垂直角度测量时，开有横向槽一面的杯体正对束流入射方向。
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