一种高密度阵列式法拉第筒测量探头的制作方法

本发明涉及一种高密度阵列式法拉第筒测量探头，且特别是涉及一种带有陶瓷栅格以提高测量精度的法拉第筒测量探头，属于半导体设备中离子束流能量测量的一种探头。

背景技术：

半导体技术在20世纪中叶快速发展，越来越复杂的加工工艺需要借助更加先进的半导体设备，而离子注入机就是一种重要掺杂设备。离子注入机是将硼、磷、砷等离子加速后注入到硅片中，其中注入离子的能量需要借助法拉第筒进行测量。

随着硅片从6英寸发展到现在的12英寸，制程工艺从微米级发展到现在的7纳米，相应的离子注入机中离子参数的测量精度也要求越来越高。离子注入机在工作状态下是持续产生离子束流的，束流能量持续被法拉第筒测量探头接收会导致探头发热失效，并且长期使用后法拉第筒接收束流区域会产生沉积物影响测量精度，因此国内外工程师对它已经进行了不断改进。

例如公告号为cn101064265a的中国专利离子束测量装置，该发明增加了一个石墨套筒用于减少异物的产生延长测量杯体的寿命。但是这种改良不能提高测量杯体的密度，因为石墨套筒是导体且有壁厚，如果单位面积分布密度过高则会导致测量杯体之间短路，而且导电沉积物、石墨脱落颗粒也会导致单个测量杯体之间短路。总之，离子束流经过的区域面积很小，能在单位面积内增加有效测量杯体的数量就能提高能量测量的精度；解决以上问题对于离子注入机设备的发展至关重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种高密度阵列式法拉第筒测量探头。

本发明采用的技术方案为：

一种高密度阵列式法拉第筒测量探头，包括耐高温导电板、陶瓷绝缘层、散热隔离腔和散热板，陶瓷绝缘层的一侧是高温导电板，另一侧是散热隔离腔，散热板与散热隔离腔连接；

所述的耐高温导电板包含入射孔，用来透过离子；

所述的陶瓷绝缘层包含陶瓷栅格，每个栅格拥有一个接收探针；

所述的散热隔离腔包含两个凹槽和一个法兰口，其中第一凹槽存放分布线缆，第二凹槽存放冷却管道；

所述的散热板包含凸起散热片用于增加表面积；

所述的耐高温导电板、陶瓷绝缘层、散热板含有通孔，散热隔离腔含有螺纹孔。

所述的耐高温导电板包含阵列排布的入射孔；

所述的陶瓷绝缘层包含陶瓷栅格，每个陶瓷栅格对应一个入射孔且离子通过入射孔后直接进入陶瓷栅格，进一步被陶瓷栅格内的接收探针吸收；

真空导电螺丝依次穿过耐高温导电板、陶瓷绝缘层的通孔后固定于散热隔离腔的第一凹槽上。

所述的散热隔离腔的法兰口包含多针连接器和冷却循环孔，用于连接信号调理模块和注入冷却介质；

多针连接器用于连接陶瓷绝缘层中接收探针的探针接口，冷却循环孔是散热隔离腔第二凹槽中循环管道的输入输出接口。

所述散热板通过真空导电螺丝固定于散热隔离腔的第二凹槽上。

所述的接收探针和陶瓷绝缘层通过插拔连接，每个接收探针可拆卸。

所述的耐高温导电板、散热隔离腔、散热板、接收探针和循环管道均为导热、导电固体材料，其中耐高温导电板的材料包括石墨和钨；

所述的陶瓷绝缘层为高硬度耐高温、导电绝缘体，其中陶瓷绝缘层的材料包括氮化硼。

本发明的优点在于：

(1)本发明的设计为模块化，便于装配和维护。

(2)本发明的陶瓷绝缘层包含了阵列排布的陶瓷栅格，每个栅格和接收探针构成一个独立的离子能量采集点。

(3)本发明的陶瓷栅格将每个接收探针绝缘隔离，陶瓷栅格采用氮化硼材料可以持续耐高温且不易产生脱落颗粒。

(4)本发明的接收探针和陶瓷栅格属于可插拔结构，便于清洗和更换。

(5)本发明的散热隔离腔、散热板可以对散热隔离腔第一凹槽中的线缆进行降温。

(6)本发明散热隔离腔的法兰口既包含了数据采集接口又包括散热接口，可以方便快捷的与探头外的装置对接。

(7)本发明在保持耐高温、易维护、稳定性的条件下，通过高密度阵列式设计提高了法拉第筒测量探头的测量精度。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图；

图2是本发明的斜视结构示意图；

图3a是本发明的侧视结构示意图；

图3b是本发明的侧视剖面结构示意图；

图4a是本发明只包含循环管道的散热隔离腔结构示意图；

图4b是本发明只包含循环管道的散热隔离腔剖面结构示意图；

图5是本发明只包含接收探针的陶瓷绝缘层前视结构示意图；

图6是本发明只包含接收探针的陶瓷绝缘层侧视结构示意图；

图7是本发明只包含接收探针的陶瓷绝缘层后视结构示意图；

图中：1.通孔；2.入射孔；3.法兰口；4.耐高温导热板；5.陶瓷绝缘层；6.散热隔离腔；7.散热板；8.冷却循环孔；9.多针连接器；10.接收探针；11.探针接口；12.循环管道；13.陶瓷栅格。

具体实施方式

下面结合附图和具体施例对本发明进行实施方式的说明：

如图1、图2、图3a、图3b所示，本发明提供一种高密度阵列式法拉第筒测量探头，耐高温导电板4上高密度阵列的入射孔2一一对应陶瓷绝缘层5中高密度阵列的接收探针10。将真空导电螺钉依次穿过耐高温导电板4、陶瓷绝缘层5上的通孔1后固定到散热隔离腔6，其中接收探针10与耐高温导电板4、散热隔离腔6均不接触。散热隔离腔6第一凹槽用于存放接收探针10与多针连接器9的线缆；第二凹槽用于存放循环管道12。散热隔离腔6侧面有一个法兰口3，法兰口3中有多针连接器9和循环管道12的冷却循环孔8。散热隔离腔6第二凹槽的封闭是通过散热板7与其连接实现的，散热板7的侧面有散热片增加散热面积。

如图4a，图4b所示，本发明提供一种高密度阵列式法拉第筒测量探头，散热隔离腔6包括两个凹槽，两个凹槽用途不同且是隔离的；存放循环管道12的第二凹槽通过散热板7封闭；循环管道12是通过多个u型中空管道连接而成，并且循环管道12与散热隔离腔6直接接触，这样循环管道12中流通的冷却介质可以尽量带走更多热量。

如图5、图6、图7所示，本发明提供一种高密度阵列式法拉第筒测量探头，陶瓷绝缘层5中有大量的陶瓷栅格13，陶瓷栅格13与入射孔2、接收探针10均是一一对应的。陶瓷栅格13实现了接收探针10之间的电气隔离，接收探针10不会接触耐高温导电板4。接收探针10直接接收束流的一侧位于陶瓷栅格13中，另一侧的探针接口11从陶瓷绝缘层5突出，探针接口11便于连接线缆。接收探针10与陶瓷绝缘层5是插拔式连接且接触面存在法向应力，这样方便更换和维护。

具体实施步骤如下：

如图1-图7，本发明提供一种高密度阵列式法拉第筒测量探头，将线缆的一端焊接到探针接口11；然后将接收探针10分别插入到陶瓷绝缘层5中，每个陶瓷栅格13最多有一个接收探针10；再将线缆的一端焊接到多针连接器9上。线缆整理后放到散热隔离腔6的第一凹槽中。

进一步，用陶瓷绝缘层5封住第一凹槽。

进一步，用耐高温导电板4盖向陶瓷绝缘层5的陶瓷栅格13。

进一步，使用真空导电螺钉穿过耐高温导电板4、陶瓷绝缘层5的通孔1，将两者固定到散热隔离腔6。

进一步，循环管道12、冷却循环孔8与散热隔离腔6的第二凹槽已经作为一体不用再做组装，此时将散热板7通过真空螺丝固定到散热隔离腔6的第二凹槽上。

最后，将组装完毕的高密度阵列式法拉第筒测量探头通过法兰口3与外部传送装置连接，通过传送装置将高密度阵列式法拉第筒测量探头直接与离子束接触即可。

凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。