一种法拉第系统及离子注入设备的制作方法

1.本实用新型涉及离子注入领域，特别涉及一种检测注入离子计量的法拉第系统及包含该法拉第系统的离子注入设备。


背景技术：

2.法拉第系统可用于测量注入于工件中的离子剂量及晶片表面区域上的剂量均匀度，常用于离子注入机等设备中。现有法拉第系统通常包含设置于真空腔内并用于接收离子束的法拉第杯，以及连接至法拉第杯并延伸至真空腔外部的导螺杆，其中导螺杆可在马达的驱使下带动法拉第杯在离子束路径范围内移动。为确保真空腔内部与外部环境隔离，在限定真空腔的外壳与导螺杆连接处一般设置有密封装置。然而，该密封装置与导螺杆之间频繁摩擦易导致密封失效，致使空气进入真空腔内。当进入气体量较少时——例如仅在导螺杆相对于密封装置移动时引入少量空气，不易被真空腔的监控系统所察觉，但会影响离子剂量测量值的准确性。
3.因此，如何对法拉第系统的密封装置的有效性进行监控，以确保离子剂量测量值的准确性成为晶圆加工领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有的技术问题，本实用新型提出了一种法拉第系统，该法拉第系统设有用于检测密封腔真空度的检测装置以及与之相连的报警装置，以便及时发现边缘密封的密封状态，并确保法拉第系统所测量的离子注入剂量的准确性。同时，本实用新型还公开了一种包含该法拉第系统的离子注入设备。
5.依据本实用新型，提供一种法拉第系统，包含：
6.法拉第杯，法拉第杯位于真空腔的内部以用于聚集离子束并产生相应电流；
7.导螺杆，用于限定真空腔的壳体上设置有第一孔，导螺杆的一端与法拉第杯连接，另一端穿过第一孔延伸至真空腔的外部；
8.马达，马达可操作地连接至导螺杆，以驱使导螺杆带动法拉第杯沿着垂直于离子束的路径的方向移动；
9.密封装置，密封装置设置于导螺杆与壳体的连接处以隔绝真空腔与外部环境，其中，密封装置包含密封于真空腔和外部环境之间的密封腔；以及
10.真空度检测装置，真空度检测装置连接至密封腔并配置为检测密封腔内的真空度。
11.依据本实用新型的一个实施例，密封装置包含：
12.侧壁，侧壁自壳体沿着导螺杆的轴线方向朝外部环境延伸；
13.端壁，端壁连接并封闭侧壁远离壳体的一端，并且端壁包含允许导螺杆延伸穿过的第二孔；
14.第一环形密封件，第一环形密封件设置为抵靠壳体的外表面、侧壁的内表面和导
螺杆的侧表面；以及
15.第二环形密封件，第二环形密封件设置为抵靠端壁的内表面、侧壁的内表面和导螺杆的侧表面；
16.其中，第一环形密封件、第二环形密封件以及位于第一环形密封件和第二环形密封件之间的侧壁的内表面和导螺杆的侧表面限定密封腔。
17.依据本实用新型的一个实施例，侧壁上设置有气孔，真空度检测装置通过气孔连接至密封腔。
18.依据本实用新型的一个实施例，法拉第系统进一步包含真空泵，真空泵通过气孔连接至密封腔。
19.依据本实用新型的一个实施例，法拉第系统包含连接气孔和真空泵的抽气管，真空度检测装置与抽气管流体连通。
20.依据本实用新型的一个实施例，法拉第系统进一步包含显示器，显示器与真空度检测装置通信连接，并配置为显示密封腔内的真空度。
21.依据本实用新型的一个实施例，法拉第系统进一步包含报警装置，报警装置与真空度检测装置通信连接，并配置为当密封腔内的真空度高于预定阈值时发出警报。
22.依据本实用新型的一个实施例，警报包含声音警报、光学警报中的至少一种。
23.依据本实用新型的一个实施例，第一环形密封件和第二环形密封件为橡胶密封圈。
24.依据本实用新型，提供一种离子注入设备，包含如上所述的法拉第系统。
25.由于采用以上技术方案，本实用新型与现有技术相比，依据本实用新型的法拉第装置通过在边缘密封装置处加装真空计并设定报警值，以监控边缘密封装置内的真空度。一旦发生警报，可提前停机防止产品报废，从而有效避免了因未能及时获知边缘密封发生微漏导致的离子剂量测量值不准确问题而致使产品报废的问题。
附图说明
26.图1示出了依据本实用新型的离子注入设备的示意图；
27.图2示出了依据本实用新型的法拉第系统的示意图；
28.图3示出了依据本实用新型的法拉第系统的密封装置的局部放大图。
29.图中，
30.100离子束，110离子源，120磁分析装置，130聚焦电极，140偏转板，150加速装置，160靶，170壳体，200晶圆，300法拉第系统，310法拉第杯，320导螺杆，330马达，340密封装置，341密封腔，342侧壁，343端壁，344第一环形密封件，345第二环形密封件，346气孔，350真空度检测装置，360真空泵，370抽气管。
具体实施方式
31.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
32.图1示出了依据本实用新型的离子注入设备的示意图。如图所示，离子注入设备总
体包含沿离子束路径依次布置的离子源110、磁分析系统120、聚焦电极130、偏转板140、加速装置150和靶160，上述部件均布置于由外壳170限定的真空腔内，以确保离子束100处于真空环境下，避免受到空气中杂质离子的干扰。其中，气体在离子源110处产生导电离子并形成离子束100，磁分析系统120用于分开并提取所需离子，由此分析系统120分开体区的导电离子经过聚焦电极130后聚焦，偏转板140可改变离子束100的行进方向，定向后的离子束100经加速装置150加速后射向靶160。离子注入过程中，晶圆200被固定至靶160，使得离子束100能够垂直地轰击晶圆200的表面以实现离子注入。法拉第系统300被布置于邻近靶160处，并且可在离子束100路径的范围内移动，以测量离子注入晶圆200的计量及均匀度。
33.结合图1
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2所示，依据本实用新型的法拉第系统300总体包含法拉310第杯、导螺杆320、马达330以及密封装置340。具体地，法拉第杯310位于由壳体170限定的真空腔的内部以用于聚集离子束100并产生相应电流，该电流可用于测量离子束的计量(或浓度)。导螺杆320可穿过设置于壳体170上的第一孔设置，其一端在真空腔内与法拉第被310连接，另一端延伸至真空腔的外部与马达330可操作地连接，以便于马达330驱使导螺杆320带动法拉第杯310沿着垂直于离子束100的路径的方向移动。密封装置340设置于导螺杆320与壳体170的连接处——例如但不限于设置在壳体170邻近外部环境的一侧——以隔绝真空腔与外部环境。其中，密封装置340包含密封于真空腔和外部环境之间的密封腔341。真空度检测装置350连接至密封腔314并配置为检测密封腔341内的真空度。
34.在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，密封装置340可以包含自壳体170沿着导螺杆320的轴线方向朝外部环境延伸的侧壁342，连接并封闭侧壁342远离壳体140的一端的端壁343，设置于壳体170与端壁343之间的第一环形密封件344和第二环形密封件345。具体地，端壁343包含允许导螺杆320延伸穿过的第二孔，使得导螺杆320可穿过第一孔和第二孔轴向移动。第一环形密封件344设置为抵靠壳体170的外表面、侧壁342的内表面和导螺杆320的侧表面；第二环形密封件345设置为抵靠端壁343的内表面、侧壁342的内表面和导螺杆320的侧表面；第一环形密封件344、第二环形密封件345以及位于第一环形密封件344和第二环形密封件345之间的侧壁342的内表面和导螺杆320的侧表面限定密封腔341。作为选择地，也可以通过本领域公知的其他结构来限定密封装置340内的密封腔341。基于上述结构，第一环形密封件344可用于阻隔真空腔与密封腔341之间的流体连通——即避免空气自密封腔341由壳体170的第一孔进入真空腔内，而第二环形密封件345则可用于阻隔密封腔与外部环境之间的流体连通——即避免空气自外部环境由端壁343的第二孔进入密封腔内。在本实用新型的实施例中，第一环形密封件344和第二环形密封件345可以是橡胶密封圈，作为选择地，其也可以是本领域公知的其他材质的环形密封件。
35.密封装置340的侧壁432上可以设置气孔346，使得真空度检测装置350可以通过气孔346连接至密封腔341。进一步的，法拉第系统300还可以包含真空泵360，该真空泵360也可以通过气孔346连接至密封腔341。在一个实施例中，如图2所示，真空泵360可通过抽气管370连接至气孔346，以便在必要时抽取密封腔341内的空气，真空检测装置350则可通过例如三通阀或其他方式流体连通至抽气管370。
36.由于密封腔341与真空腔和外部环境均彼此隔绝，正常情况下，密封腔341内的真空度为固定值，或者在允许的极小范围内变化；如果密封腔341内的真空度过高，则说明密封腔341内的空气已经进入到真空腔内，即密封已失效。由此，可以设置预定阈值，并在真空
检测装置350检测到的密封腔341高于该预定阈值时确定密封已失效，并及时采取补救措施，例如停机以防止产品报废、更换密封装置等。
37.优选地，依据本实用新型的法拉第系统300可以包含显示器。该显示器可与真空度检测装置350通信连接，并配置为显示密封腔341内的真空度。操作者可通过显示器显示的检测结果来判断密封装置340是否已经失效。进一步优选地，法拉第系统300还可以包含报警装置。该报警装置同样可与真空度检测装置350通信连接，并配置为当密封腔341内的真空度高于预定阈值时发出警报，例如发出声音警报、光学警报中的一种或者两种，以警示操作者及时检查密封装置340的失效情况。
38.以上实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。