CN1950697A - 离子平衡传感器 - Google Patents

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Abstract

以简单的结构，正确地检测离子平衡，使得可小型化及降低制造费用。使得可检测在静电消除对象物的表面附近的离子平衡。包括天线(20)，由正离子或负离子带电；常导通型MOSFET(11)，在栅极(G)连接天线(20)，在接地的源极(S)和栅极(G)之间连接离子平衡检测用电阻(R)，同时在源极(S)和漏极(D)之间串联直流电源(VDS)和负载电阻(RL)。根据经由离子平衡检测用电阻(R)在带电的天线(20)和接地间流动的电流所引起的压降变化栅极(G)的电压，检测该电压所引起的漏极电流的变化，检测使天线(20)带电的离子的正负平衡。

Description

离子平衡传感器
技术领域
本发明涉及一种离子平衡传感器，在半导体器件等的制造过程中，为了防止设备带电而利用电离器向该设备喷射正负离子而消除静电时，使正负离子的量平衡。
背景技术
作为这种电离器(静电消除装置)所使用的离子平衡传感器的现有技术已知，例如：后述的特开2003-217892号公报(段落[0012]～[0021]、图1～图3等)所记载的。
现有技术中，在离子平衡测量器内设置2个静电电位传感器，同时使测量静电消除对象物的静电电位的静电电位传感器朝向静电电位测量对象物，使测量本身(离子平衡测量器)的周围的静电电位的静电电位传感器不朝向静电电位测量对象物，计算2个静电电位传感器的测量值之差，减轻由本身的周围的离子的影响所引起的对象物的静电电位测量值所含的误差而测量静电消除对象物的静电电位。
另外，作为另外的现有技术，如后述的特开2001-43992号公报(段落[0021]～[0023]、图5等)所记载，一种电离器的正负离子输出平衡方法及其装置，在电离器的吹出口配置网状的离子平衡传感器，将由该离子平衡传感器而测量的电压与基准值比较，依据此结果控制正负高电压电源的开和关，使得适当地保持离子平衡。
在上述的专利文献1所记载的发明，因需要2个静电电位传感器和运算装置等，所以离子平衡测量器的电路结构会复杂化，可能会引起其大型化或制造费用的上升。
另外，在专利文献2所记载的发明，因只不过控制在电离器的吹出口附近的离子平衡，所以存在无法正确地控制实际的静电消除物的表面的离子平衡的问题。
因此，本发明要解决的问题是，提供一种离子平衡传感器，使得以极其简单的结构正确地检测出离子平衡，可小型化及降低制造费用，同时可检测在静电消除对象物的表面附近的离子平衡。
发明内容
为解决上述课题，技术方案1的发明提供一种离子平衡传感器，包括：天线，由正离子或负离子带电；常导通型MOSFET，栅极连接上述天线，在接地的源极和栅极之间连接离子平衡检测用电阻，同时在源极和漏极之间串联直流电源和负载电阻；根据经由上述离子平衡检测用电阻在带电的天线和接地之间流动的电流所引起的压降而变化栅极电压，检测上述栅极电压所引起的漏极电流的变化，检测使所述天线带电的离子的正负平衡。
技术方案2的发明提供一种离子平衡传感器，包括：天线，由正离子或负离子带电；常截止型n沟道MOSFET和常截止型p沟道MOSFET，各栅极间连接上述天线，在接地的各源极和各栅极间各自连接离子平衡检测用电阻，同时在各源极和各漏极之间各自串联直流电源和发光二极管；根据经由上述离子平衡检测用电阻在带电的天线和接地之间流动的电流所引起的压降而变化栅极电压，根据该栅极电压增加其中一个MOSFET漏极电流使该MOSFET侧的发光二极管发光，检测使所述天线带电的离子的正负平衡。
技术方案3的发明提供在技术方案1或2的离子平衡传感器，所述离子平衡检测用电阻由若干个电阻值不同的电阻所构成，选择这些电阻中的一个连接在源极和栅极之间。
技术方案4的发明提供在技术方案1到3的任一的离子平衡传感器，根据构成上述天线的探针形成中空的空间，在该空间内藏包含栅极的MOSFET和上述离子平衡检测用电阻。
技术方案5的发明提供在技术方案1到4的任一的离子平衡传感器，将上述的离子平衡检测用电阻的电阻值设为比接在MOSFET的源极和栅极之间并防止静电破坏的保护用二极管的逆向电阻值要小。
根据如上所述，在本发明中电流经由离子平衡检测用电阻在利用正离子或负离子带电的天线和接地之间流动，根据该电阻的压降，MOSFET的栅极被施加电压。根据该电压，控制MOSFET沟道，变化漏极电流，所以可作为电压的变化取出漏极电流的变化，可检测天线利用正负的哪一种离子带电，换言之，可检测正负离子的离子平衡。
根据如上所述，在本发明中因电路结构简单，可小型化及降低制造费用。另外，因可在静电消除对象物的附近使用天线，所以可正确地检测出正负离子的到达位置的离子平衡，在应用于半导体器件等的制造过程中很有用。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的电路结构图。
图2(a)至图2(b)是表示本发明的第1实施方式的动作说明图。
图3是表示本发明的第2实施方式的电路结构图。
图4是表示本发明的第3实施方式的电路结构图。
图5是表示本发明的第4实施方式的电路结构图。
图6是表示本发明的第5实施方式的电路结构图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明实施本发明的最佳方式。首先，图1是表示本发明的第一实施方式的离子平衡传感器的结构图，相当于技术方案1的发明。
在图1，11是常导通型(损耗型)的n沟道MOSFET，在其栅极G连接导电性的天线20。对该天线20，喷射利用未图示的电离器所产生的正负离子。即，构成为，根据在半导体器件等静电消除对象物的表面附近配置天线20，使得天线20可以捕捉到正负离子。
在MOSFET11的源极S和漏极D之间串联连接负载电阻RL和直流电源VDS。此外，源极S接地(和体电极连接)。另外，Out为自负载电阻RL和直流电源VDS之间引出的输出端子。
此外，DGS是为了防止MOSFET11受到静电破坏而在其制造过程中预先制入的保护用二极管，按照如图所示的极性接在栅极G和源极S之间。
在本实施方式中，在栅极G和源极S之间连接离子平衡检测用电阻R。该电阻R的电阻值远低于保护用二极管DGS的逆向电阻值的已知值。
其次，就本实施方式的动作进行说明。
因MOSFET11是常导通型，所以具有已知的如图2(a)所示的特性，栅极电压(VGS)在0[V]的状态，在源极S和漏极间形成沟道(在图1的例子为n沟道)，利用直流电源VDS漏极电流ID流动。在此，栅极电压为0[V]的状态为天线20未带正或负的电的状态，相当于自电离器喷射的正负离子已取得离子平衡的状态。
此时的输出端子Out的电压Vout设为，如图2(b)所示的V1(负值)。
接着，例如在图2(b)的时刻t1之后，正离子比负离子更多时，由剩余的正离子电流自天线20经由离子平衡检测用电阻R流向接地侧。因而，电阻R的两侧产生栅极G侧为正的电压VGS，此电压施加到栅极和源极之间。此电压VGS使MOSFET11的n沟道变宽，漏极电流ID比时刻t1前增加，结果电压Vout往负侧增加，变化如图2(b)的V1p所示。
另外，在时刻t1后，负离子比正离子多时，由天线20的剩余的负离子，和上述相反地电流从接地侧经由离子平衡检测用电阻R流向天线20侧，所以在电阻R的两端产生栅极G侧变为负的电压VGS。该电压VGS使n沟道变窄，漏极电流ID比时刻t1前减少，结果电压Vout往正侧增加，变化如图2(b)的V1n所示。
在此，将离子平衡检测用电阻R的电阻值设为远比并联连接的保护用二极管DGS的逆向电阻值低的值，两者的合成电阻值受到电阻R的支配，可将从带电为正负其中之一的天线20流动到电阻R的电流所引起的压降确实检测为栅极和源极之间的电压VGS。
尤其是，因易受温度变化的影响，又随着各个MOSFET有变动的保护用二极管DGS的逆向电阻值上很难达到希望的值，使用电阻值为已知的电阻R是使按照离子平衡的MOSFET11的动作变成确实的。
如以上所示，若根据本发明，预先测定取得离子平衡的VGS＝0的状态的输出电压Vout，根据该电压Vout向正负的哪一侧变化，可检测使天线20带电的剩余离子的极性，换言之可检测向天线20喷射的正负离子的不平衡状态。
因此，按照所检测的不平衡状态利用反馈控制调整施加到电离器的发射极的正或负电压，也可适当的控制正负的离子平衡。
此外，图3为使用常导通型p沟道MOSFET12的本发明的第2实施方式，此实施方式也相当于技术方案1的发明。在电路的结构上，除了直流电源VDS及保护用二极管DGS的极性之外和图1相同。
在本实施方式，可依据自取得离子平衡的VGS＝0状态的输出电压Vout向正负的哪一侧变化，检测正负离子的不平衡状态。
接着，图4表示本发明的第3实施方式，相当于技术方案3的发明。
在上述的第1、第2实施方式，正负离子的不平衡大时，根据离子平衡检测用电阻R的压降，施加于栅极G的电压VGS变大，漏极电流ID成饱和，无法检测由该ID引起的输出电压Vout的变化状态。
因此，在第3实施方式中，并联设置作为离子平衡检测用电阻的不同电阻值(任一电阻值都远低于保护用二极管DGS的逆向电阻值)的多个电阻，使得可选择电阻值最适合作为对象的静电消除系统的离子平衡检测用电阻。
即，在图4中的R1、R2、R3...在栅极G和源极S之间利用切换开关13选择性地连接其中之一的离子平衡检测用电阻，除此之外的结构和图1一样。此外，在图4使用了n沟道的MOSFET11，但无疑也可应用到图3所示的p沟道的MOSFET12。
在其动作上，除了利用切换开关13可选择电阻值相异的离子平衡检测用电阻R1、R2、R3...其中之一外，和图1的实施方式相同。例如：将某电阻R1连接在栅极G和源极S之间的状态，因正负离子的不平衡，漏极电流ID变为饱和，在输出电压Vout未出现变化的情况下，只要切换切换开关13，使得选择令漏极电流ID发生变成不饱和区域的电压VGS之外的电阻R2、R3、...即可。
接着，图5表示本发明的第4实施方式，相当于技术方案4的发明。
在上述第1至第3实施方式，与天线20所带电的极性无关，来自周围的干扰混入天线20和栅极G之间的导线时，由该干扰MOSFET将变成导通，漏极电流ID有可能会增加。此第4实施方式是为了消除上述的不合适情况的方式。
即，作为相当于第1至第3实施方式的天线20的导电性部件，由空心的球状部21a及管状部21b构成的探针21，在上述的球状部21a内内藏包含栅极G的MOSFET11本身，而且把该球状部21a的一点连接到栅极G。
此外，在源极S及漏极连接导线31，这些导线31被隔离层32所包围，通过管状部21b内，拉到外部。导线31连接未图示的直流电源以及负载电阻。在图5，省略了为防止MOSFET11的静电破坏的保护用二极管的图示。
若构成为图5所示，那么外来的干扰就不会混入到探针21和栅极G之间的导线，也可防止MOSFET11的误动作。
在所述的球状部21a可内藏如图4所示的由MOSFET11和多个离子平衡检测用电阻R1、R2、R3、...构成部件，当然也可使用p沟道的MOSFET12。
此外，在本实施方式不仅如图5所示，将球状部21a及管状部21b一体化由导电性部件所形成，还可将球状部21a由导电性部件所形成，使作为天线动作，管状部21b由绝缘体所形成也可。另外，利用导电性部件形成球状部21a及管状部21b，而且利用绝缘体将两者在电气上分离，令球状部21a作为天线动作，此时管状部21b可接地。在此情况下，不会检测接地的管状部21b周围的离子，大地从管状部21b吸收离子。
其次，图6为表示本发明的第5实施方式的电路结构图，相当于本发明的权利要求2的发明。此实施方式，可在视觉上显示离子平衡。
在图6中，n沟道的MOSFET11’及p沟道的MOSFET12’都是常截止型(增强型)，这些栅极G都和天线20连接。在各MOSFET11’、12’的栅极G和源极S之间各自连接上述一样的离子平衡检测用电阻R。此外，在本图也省略保护用二极管的图示。
此外，在MOSFET11’的源极S和漏极D之间串联连接发光二极管LED1和直流电源VDS1，同时在MOSFET12’的源极S和漏极D之间串联发光二极管LED2和直流电源VDS2。在此，发光二极管LED1和LED2的发光色相异，例如：一方为红色，另一方为绿色。
根据上述的结构，对应于天线20所带电的正负离子的不平衡，例如：在正离子多时使发光二极管LED1发光，而负离子多时使发光二极管LED2发光，由颜色区分可在视觉上显示正负离子平衡。
虽然未图示，在此实施方式中，也可设置多个离子平衡检测用电阻实现切换，如图5的探针21所示形成天线20，在该球状部内藏发光二极管LED1、LED2及直流电源VDS1、VDS2之外的结构部件也可。
如上所示，根据本发明的各实施方式，在MOSFET仅追加若干部件，可提供实用而且便宜的离子平衡传感器。
此外，在上述的各个实施方式，就使用单个MOSFET的情况进行了说明，对于称为所谓的FET输入运算放大器的运算放大器的输入级所形成的MOSFET也可应用本发明。

Claims (5)

1.一种离子平衡传感器，包括：
天线，由正离子或负离子带电；及
常导通型MOSFET，栅极连接上述天线，在接地的源极和栅极之间连接离子平衡检测用电阻，同时在源极和漏极之间串联连接直流电源和负载电阻；
其特征在于：
根据经由上述离子平衡检测用电阻在带电的天线和接地之间流动的电流所引起的压降而变化栅极电压，检测上述栅极电压所引起的漏极电流的变化，从而检测使所述天线带电的离子的正负平衡。
2.一种离子平衡传感器，包括：
天线，由正离子或负离子带电；及
常截止型n沟道MOSFET和常截止型p沟道MOSFET，各栅极上连接上述天线，在接地的各源极和各栅极之间各自连接离子平衡检测用电阻，同时在各源极和各漏极之间各自串联连接直流电源和发光二极管；
其特征在于：
根据经由上述离子平衡检测用电阻在带电的天线和接地之间流动的电流所引起的压降而变化栅极电压，根据该栅极电压增加其中一个MOSFET的漏极电流使该MOSFET侧的发光二极管发光，从而检测使所述天线带电的离子的正负平衡。
3.如权利要求1或2所述的离子平衡传感器，其特征在于，
所述离子平衡检测用电阻由多个电阻值不同的电阻所构成，选择这些电阻中的一个连接在源极和栅极之间。
4.如权利要求1到3的任一项所述的离子平衡传感器，其特征在于，
利用构成上述天线的探针形成中空的空间，在该空间内藏包含栅极的MOSFET和上述离子平衡检测用电阻。
5.如权利要求1到4的任一项所述的离子平衡传感器，其特征在于，
将上述的离子平衡检测用电阻的电阻值设为比接在MOSFET的源极和栅极之间并防止静电破坏的保护用二极管的逆向电阻值要小。
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