專利名稱：使用帶有活動(dòng)部件的傳感器裝置進(jìn)行粒子檢測的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用帶有活動(dòng)部件的傳感器裝置來檢測運(yùn)動(dòng)的粒子。本發(fā)明可用于檢測離子束中帶電粒子，該離子束用于將雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體片中。
有關(guān)離子移植技術(shù)的兩個(gè)重要的因素是在工部件表面上的離子移植技術(shù)的均一性以及保證粒子以不變或著接近不變的入射角射到工作部件上。判定移植技術(shù)均一性的一種方法是運(yùn)用法拉第靠模工具機(jī)，在移植期間，該靠模工具機(jī)沿著一個(gè)固定了半導(dǎo)體片的平面掃描，正如由Berrian以及其他人在美國專利4,922,106上公開的，在這兒進(jìn)行了完全的參照。離子束上的強(qiáng)度變化被靠模工具機(jī)檢測，這些變化用來在離子束中進(jìn)行均一性的調(diào)整。盡管這些技術(shù)給出了令人滿意的結(jié)果，但是它們的典型特征是慢，并且需要相對(duì)來講比較昂貴的專用設(shè)備。這樣，為了檢測一束光中的粒子，比如一束帶電粒子，需要一種更簡單并且更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。
盡管可以采用其他技術(shù)或者較大的傳感器裝置，但傳感器裝置優(yōu)選地采用微型機(jī)器設(shè)備，該設(shè)備是采用傳統(tǒng)的影印術(shù)制作的。舉一個(gè)例子來講，傳感器裝置可以是一個(gè)懸臂距，它包括一個(gè)固定在基底上的固定部件，和聯(lián)結(jié)著固定部件的活動(dòng)部件，但它同基底有一定的間距或者以其它方式不同基底聯(lián)接。懸臂距的活動(dòng)部件的設(shè)計(jì)是為了在一個(gè)粒子或多個(gè)粒子撞擊它時(shí)，由于粒子到懸臂距上的能量轉(zhuǎn)移或者一個(gè)或多個(gè)粒子到懸臂距上的電荷轉(zhuǎn)移而使懸臂距發(fā)生偏移。當(dāng)懸臂距打算檢測當(dāng)前存在的非常小的粒子時(shí)，懸臂距要做得有足夠的彈性以便可以檢測到如此小的粒子的存在。然而，如果懸臂距打算檢測較大的粒子，活動(dòng)部件可以做得更結(jié)實(shí)些，比如更堅(jiān)硬些，這樣，在可以檢測大存在的較大粒子的情況下并不損傷懸臂距。另外，懸臂距這種更結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)可阻止或減少較小粒子被檢測到的可能性。
懸臂距偏移的檢測可以采用各種方法，包括在懸臂距活動(dòng)部件的反射面引導(dǎo)一束光，比如激光束。被懸臂距反射到的這部分光可以通過光電探測器或者其他光敏感元件被檢測。當(dāng)懸臂距由于一個(gè)或者多個(gè)粒子的撞擊而被發(fā)生偏移時(shí)，反射光方向的變化可以被檢測光電探測器到。通過對(duì)反射光方向變化的檢測，探測器能輸出代表懸臂距偏移量和偏移方向的信號(hào)。懸臂距的移動(dòng)檢測可以定標(biāo)，這樣一個(gè)給出的移動(dòng)量表示著撞擊到懸臂距上的粒子的具體的大小以及/或者能量，以及存儲(chǔ)在懸臂距上的電荷數(shù)量等等。
懸臂距的移動(dòng)也可以通過別的方法檢測。本發(fā)明的一個(gè)特征，懸臂距的移動(dòng)能夠?qū)е码婇_關(guān)閉合，這樣可以根據(jù)檢測開關(guān)狀態(tài)檢測懸臂距的移動(dòng)。舉例來講，一個(gè)或多個(gè)粒子撞擊懸臂距將導(dǎo)致懸臂距向著底層基底方向向下偏移。如果懸臂距的移動(dòng)范圍足夠，懸臂距的一個(gè)以上部分可以和在基底上的電接觸片接觸，這樣就可以使電開關(guān)閉合。電開關(guān)的閉合可以通過一個(gè)控制器或者其他設(shè)備檢測，并且這表示已經(jīng)撞擊或者存在于懸臂距上的一個(gè)粒子具體大小，粒子數(shù)量，電荷總量等等。
懸臂距的移動(dòng)可以通過其他方法檢測，包括檢測由懸臂距的一部分或者設(shè)備所構(gòu)成的電容器的電容量的變化，比如安裝在基底上的電容器薄片。這樣，當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)粒子的撞擊懸臂距以及/或者電荷在懸臂距上累積而導(dǎo)致懸臂距移動(dòng)時(shí)，電容器上電容量的相應(yīng)變化可以被檢測到。當(dāng)然，在需要的情況下，還可以采用其他的檢測技術(shù)。
雖然懸臂距優(yōu)選地用來檢測一個(gè)或者多個(gè)粒子的存在，但也可以采用與本發(fā)明一致的其他傳感器裝置進(jìn)行檢測。舉例來講，作為發(fā)明的一個(gè)特征，同一種橋式或者薄膜式傳感器裝置能夠用來檢測一個(gè)或者多個(gè)粒子。在橋式傳感器裝置中，一束柔軟光的兩端附著在基底上，這樣，當(dāng)它被一個(gè)或多個(gè)粒子撞擊時(shí)，光束的中心部位發(fā)生移動(dòng)。中心部位的移動(dòng)可以通過任何有效的方式進(jìn)行檢測，包括上面所描述的那些方法。在薄膜式傳感器裝置中，一個(gè)圓形盤或者其他形式的大致扁平狀的裝置安裝在基底上，這樣，傳感器裝置的中心部位可以安置在基底中的的凹面之上。這樣，當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)粒子撞擊傳感器裝置時(shí)，它的中心部位可以自由移動(dòng)。中心部位的移動(dòng)可以通過任何期望的方式檢測，包括上面的描述的那些方法。
本發(fā)明也包括了不使用活動(dòng)裝置來檢測撞擊粒子的方法和儀器。本發(fā)明的一個(gè)特征，半導(dǎo)體襯底包括很多分布在半導(dǎo)體基底上面的金屬或者其他傳導(dǎo)性電極。電極聯(lián)結(jié)著一個(gè)控制器或者其他檢測設(shè)備，該檢測設(shè)備檢測來自經(jīng)過控制器或者其他檢測設(shè)備的電極的電流變化，這電流的變化是粒子撞擊基底時(shí)，由在半導(dǎo)體基底上的次級(jí)電子發(fā)射引起的。換句話說，當(dāng)粒子撞擊襯底時(shí)，一個(gè)以上來自于基底材料上的電子被釋放出來，并被吸附到電極上。這些被吸附的電子在電極上形成電流，并通過控制器或者其他檢測設(shè)備檢測。本發(fā)明的一個(gè)特征，在一個(gè)離子移植過程中，相對(duì)于較小離子來講，相對(duì)較大的粒子(例如尺寸高達(dá)0.1微米)撞擊時(shí)將引起較大的電流變化。這樣，設(shè)備能夠檢測那些也許對(duì)離子移植過程產(chǎn)生負(fù)面影響的較大粒子。
本發(fā)明的這些或者那些特征將在下面的描述中體現(xiàn)和/或者突出。
附

圖1是遵循本發(fā)明的實(shí)施方案的粒子檢測設(shè)備原理框圖；附圖2是一個(gè)典型懸臂距布局的俯視圖；附圖3是一個(gè)典型懸臂距組的俯視圖；附圖4是一個(gè)安裝在底層基底凹面上方的懸臂距的側(cè)視圖；附圖5是一個(gè)帶有兩個(gè)自由端的懸臂距的側(cè)視圖；附圖6是一個(gè)帶有兩個(gè)自由端懸臂距的側(cè)視圖，且自由端放置在底層基座里相應(yīng)的凹面上；附圖7是一個(gè)安裝在基座凹面上的傳感器裝置側(cè)視圖；附圖8是一個(gè)用于檢測傳感器裝置組中移動(dòng)的激光檢測設(shè)備原理框圖；附圖9是另一個(gè)激光檢測設(shè)備原理框圖；附圖10是使用一個(gè)電子開關(guān)的懸臂距移動(dòng)的檢測器原理框圖；附圖11是通過對(duì)電容量的變化來檢測移動(dòng)的懸臂移動(dòng)距檢測器原理框圖；附圖12是通過次級(jí)電子發(fā)射檢測撞擊粒子的一個(gè)粒子檢測設(shè)備原理框圖；以及附圖13是檢測一束光中粒子方法的步驟流程圖。
發(fā)明詳述依照發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)粒子檢測設(shè)備100原理框圖如附圖1所示。在這個(gè)例子中，傳感器裝置10是一個(gè)包括一個(gè)固定部件11和活動(dòng)部件12的懸臂距。固定部件11固定在襯墊13上，襯墊13固定在基座14上。傳感器裝置10優(yōu)選地由多晶體制成，雖然在需要的情況下也可以使用其他半導(dǎo)體，導(dǎo)體或者絕緣材料。然而，傳感器裝置10采用優(yōu)選的材料，該材料可以允許傳感器裝置10被一個(gè)或多個(gè)粒子撞擊時(shí)發(fā)生彈性變形。襯墊13優(yōu)選地由一層絕緣材料制成，比如二氧化硅，也可以是其他材料。基座14采用優(yōu)選的硅材料，比如單一水晶硅，不過正如其他裝置一樣，也可以采用其他材料。
傳感器裝置10采用大家熟知的光刻術(shù)，蝕刻術(shù)和其他常用于制造微型機(jī)器裝置的制造技術(shù)優(yōu)選地制成。舉例來講，一個(gè)絕緣層沿著一層光阻材料附著在基座14上。光阻材料受到預(yù)定模式的電磁輻射并且被蝕刻而形成襯墊13。接著，沿著這層光阻材料，一層以上光阻材料被逐層附著。這些光阻材料層受到一種形式的光照射并被蝕刻形成傳感器裝置10。當(dāng)然，也可以采用其他技術(shù)來制造傳感器裝置10。
粒子檢測設(shè)備100也包括一個(gè)控制器20，該控制器控制光束發(fā)射器21和檢測器22的操作以及/或者接受來自它們的信息。在這個(gè)例子中，光束發(fā)射器21是一個(gè)激光束發(fā)射器，雖然在需要的情況下，其他的光源也可以使用?？刂破?0用來控制光束發(fā)射器21的操作，盡管這樣的控制并非必須的。換句話說，光束發(fā)射器21可以是一個(gè)不受控制器20控制的獨(dú)立設(shè)備。另外，在需要的情況下，控制器21不必執(zhí)行任何控制功能。另外，控制器20可以用做只是接受來自檢測器22的信號(hào)和處理信號(hào)。例如，創(chuàng)建一個(gè)顯示，儲(chǔ)存信號(hào)，判定已經(jīng)移動(dòng)的傳感器裝置10，判定引起傳感器裝置10移動(dòng)的粒子大小等等。光束發(fā)射器21發(fā)射放射物的一束放射光23，這束光通過傳感器裝置活動(dòng)部件12反射到檢測器22。在這個(gè)例子中，檢測器22是一個(gè)攝像機(jī)，然而，其他的設(shè)備也可以用作檢測器22，比如CCD陣列，硅光電二極管，或者其他光敏器件。當(dāng)傳感器裝置10移動(dòng)時(shí)，反射光束23相對(duì)于檢測器22移動(dòng)。檢測器22向控制器20產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，依據(jù)來自檢測器22的信號(hào)能夠決定傳感器裝置10的活動(dòng)部件12的偏移量。在這個(gè)例子中，控制器20對(duì)來自檢測器22的信號(hào)進(jìn)行圖像分析，并判定活動(dòng)部件12的偏移量。然而，這樣的圖像分析不被需求，例如，如果不將攝像儀用做檢測器22，探測器22可以包括一個(gè)線性或者二維傳感器陣列，當(dāng)一個(gè)指定的傳感器被光束23照亮?xí)r，它將輸出一個(gè)離散信號(hào)的指示，或者以別的方式產(chǎn)生代表反射到檢測器22上的反射光束23的移動(dòng)量的信號(hào)。這些信號(hào)可以被控制器20使用，來決定光束23關(guān)于檢測器22的相對(duì)位置，并決定活動(dòng)部件12的偏移量。
控制器20優(yōu)選地采用通用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它可以是通用計(jì)算機(jī)，或者通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，或者其他的相關(guān)設(shè)備，包括通訊設(shè)備，調(diào)制解調(diào)器，以及/或者為了實(shí)現(xiàn)期望的輸入/輸出或者其他功能的必要其它電路或者組件。舉例來講，控制器20可以是離子移植設(shè)備控制器的一部分?？刂破?0可以至少是部分地當(dāng)作一個(gè)專用集成電路(比如ASIC)或者一批ASICs實(shí)現(xiàn)，每個(gè)集成電路都有一個(gè)主要或者中央處理部分進(jìn)行全面的，系統(tǒng)級(jí)控制，其他部分用來實(shí)現(xiàn)各種不同的特殊計(jì)算，功用和在中央處理部分控制下的其他程序?？刂破?0也可以通過大量的獨(dú)立專用可編程集成或者電子電路或者設(shè)備實(shí)現(xiàn)。比如，類似于分立元件電路或者可編程邏輯設(shè)備的有電線電子或者邏輯電路?？刂破?0可以包括其他的元件或者設(shè)備，如象監(jiān)視器，顯示器，打印機(jī)，鍵盤，用戶指點(diǎn)器，觸摸屏等的用戶輸入/輸出設(shè)備。
在操作中，如附圖1所示的一個(gè)粒子光束從附圖的頂端向底端傳播，它照射到至少傳感器裝置10的活動(dòng)部件12上的一個(gè)部位。光束中的個(gè)別粒子，比如個(gè)別原子或者高達(dá)或者可能超過0.1微米的原子群，撞擊活動(dòng)部件12。活動(dòng)部件12在粒子的撞擊下能夠發(fā)生至少兩種方式的偏移。一種方式是由于射來的粒子將能量傳到活動(dòng)部件12上，從而使活動(dòng)部件12隨即朝基座14向下彎曲。優(yōu)選地，當(dāng)能量從粒子傳來時(shí)，活動(dòng)部件12發(fā)生彈性偏移。這樣，雖然活動(dòng)部件12在粒子撞擊時(shí)發(fā)生向下的偏移，活動(dòng)部件12后來可恢復(fù)到原來的未偏移狀態(tài)。從附圖1可以看出，從活動(dòng)部件12的非偏移位置發(fā)生的偏移引起光束23在不同的方向被活動(dòng)部件12反射，并且照射到檢測器22上的不同部位。
由于能量傳遞而引起的活動(dòng)部件12的移動(dòng)能夠表示撞擊活動(dòng)部件12的一個(gè)或多個(gè)粒子大小，撞擊粒子的動(dòng)能，特定大小的撞擊粒子頻率等等。這些信息可以用于不同場合，比如判定在一個(gè)離子移植光束中是否以及/或者在什么地方存在不可接受的大粒子以及粒子出現(xiàn)的頻率。
第二種方法是由于帶電粒子的撞擊，比如光束中的離子累積在活動(dòng)部件12上以及向活動(dòng)部件12充正電荷或者負(fù)電荷，使活動(dòng)部件12能夠朝基座14向下發(fā)生偏移或者遠(yuǎn)離基座14發(fā)生偏移。在移動(dòng)部件12上的電荷能夠使活動(dòng)部件12在靜電力的作用下吸引移向或者排斥而遠(yuǎn)離基座14。當(dāng)活動(dòng)部件12在靜電力的作用下吸引移向或者排斥而遠(yuǎn)離基座14時(shí)，至少活動(dòng)部件12的一部分和基座14是優(yōu)選地被導(dǎo)電以及與電隔離。一般地，由于積累在基座14上的電荷同活動(dòng)部件12上電荷極性相反，不管在活動(dòng)部件12上電荷極性如何，活動(dòng)部件12將被基座14吸引。然而，基座14上的被充的電荷有可能同活動(dòng)部件12上的電荷極性相同，從而導(dǎo)致活動(dòng)部件12被基座14排斥而遠(yuǎn)離之。
當(dāng)活動(dòng)部件12在靜電力作用下移動(dòng)時(shí)，活動(dòng)部件12相對(duì)于它的靜止位置的偏移量表明了撞擊活動(dòng)部件12的粒子數(shù)量以及/或者電荷，靜止位置比如無電荷的或者中性電荷位置。這樣的信息是有用的，比如，用來判定每單位面積上光束的帶電粒子密度，在某一期間上在給定區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)的帶電粒子數(shù)，粒子束的均一性，離子束電流等等。舉例來講，一個(gè)以上的傳感器裝置10通過粒子束路徑掃描(或者粒子束通過傳感器裝置10掃描)，根據(jù)對(duì)傳感器裝置10偏移的檢測測量光束的均一性，比如，光線強(qiáng)度的恒定性。根據(jù)檢測到的光束特點(diǎn)，可以進(jìn)行光束或者其他系統(tǒng)操作調(diào)整，比如，在一個(gè)離子移植系統(tǒng)中薄片的掃描率。
根據(jù)被檢測粒子特性，檢測環(huán)境，期望的檢測設(shè)備靈敏度等等，傳感器裝置10可以做成多種不同形式。附圖2是用于檢測一個(gè)離子移植設(shè)備中帶電粒子的傳感器裝置10的俯視圖。在這個(gè)例子中，傳感器裝置10包括一對(duì)延伸到固定部件11的懸梁距16。懸梁距16支撐著墊子17。在這個(gè)應(yīng)用中，傳感器裝置10沿著一個(gè)平面被裝置，該平面上安裝著用于離子移植技術(shù)的工作部件，例如硅圓片之類。事實(shí)上，傳感器裝置10可以安裝在一個(gè)硅圓片上，該硅圓片被裝進(jìn)離子移植系統(tǒng)中并且被安裝好象圓片被移植一樣。在這種位置上，圓片(現(xiàn)在的粒子檢測器)能夠用來決定離子束的各種性能，包括光束均一性，粒子大小的均一性，光束中大粒子的存在等等。傳感器裝置10可以靠近半導(dǎo)體圓片安裝，這樣，在粒子移植期間，它可以提供關(guān)于離子束的實(shí)時(shí)信息。
懸臂距16的寬度，厚度和長度可以依據(jù)實(shí)際運(yùn)用而有所變化。同樣的，墊子17的大小和厚度是能夠變化的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中使用離子束，懸臂距16由多晶硅組成，其寬度2.5-10微米，厚度為0.5-5微米，長度為40-80微米，墊子的整個(gè)面積為1000-6250平方微米。當(dāng)然，在本發(fā)明范圍內(nèi)，懸臂距16和墊子17可以有其他尺寸。通常，傳感器裝置10的設(shè)計(jì)，包括組成材料，結(jié)構(gòu)和尺寸的選擇受活動(dòng)部件12需求的靈敏度，彈性或者可靠性影響著。比如，如果傳感器裝置10必須極其靈敏和可靠(比如，能夠承受相對(duì)大的粒子的撞擊)，那么活動(dòng)部件12可以由高彈性材料制成并且尺寸相對(duì)較小，這樣，當(dāng)活動(dòng)部件12被相對(duì)小的粒子撞擊時(shí)，活動(dòng)部件移動(dòng)量可以檢測，而且當(dāng)它被相對(duì)較大粒子撞擊或者接受到其它猛烈情況時(shí)，不會(huì)發(fā)生塑性變形或者破裂。其他的設(shè)計(jì)特色也可以使用，比如活動(dòng)部件12的行程定位機(jī)構(gòu)防止了活動(dòng)部件12移出它的彈性極限或者其他錯(cuò)誤界限。
傳感器裝置10的另一個(gè)裝置如附圖3所示。在這個(gè)例子中，排列了四個(gè)傳感器裝置10陣列，這樣，活動(dòng)部件12從共同的固定部件11向陣列的中心延伸。類似于附圖2結(jié)構(gòu)，每個(gè)傳感器裝置10包括一對(duì)懸臂距16支撐著三角形墊子17。和附圖2布局一樣，根據(jù)特定的粒子檢測要求，傳感器裝置10應(yīng)包括僅僅單個(gè)或者兩個(gè)以上的懸臂距16，墊子17可以有任何期望的形狀，懸臂距16和墊子17可以有任何期望的尺寸。附圖3的布局的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)四個(gè)傳感器裝置10的偏移給予平均，這樣對(duì)撞擊傳感器裝置10的粒子總體電荷或者粒子數(shù)量提供了更可能準(zhǔn)確的測量。
傳感器裝置10的另一個(gè)布局如附圖4所示。在這個(gè)例子中，傳感器裝置10的固定部件11直接固定在基座14上，中間沒有任何墊片，且活動(dòng)部件12安裝在基座14上的凹面15之上。對(duì)于這種布局，傳感器裝置10同附圖1所示的結(jié)構(gòu)相比側(cè)面更低，這可能避免由于在墊片13同基座14或者固定部件11之間的聯(lián)結(jié)失敗而從基座14中分離開。如果傳感器裝置10要同基座14進(jìn)行電隔離，可以在固定部件11和基座14之間插入一個(gè)絕緣層(沒有顯示)。另一方面，基座14的頂層可以通過處理或者采用其他措施形成絕緣層，比如在基座14的頂層鋪上一層二氧化硅。當(dāng)然，正如上面討論的那樣，如果需要的話，基座14可以由絕緣材料做成。
附圖4顯示的傳感器裝置10的俯視圖同附圖2所示的裝置有很大相似處，或者附圖4中的傳感器裝置10可以有其他側(cè)面。比如，在附圖2中，活動(dòng)部件12可以簡化，包括不任何帶如附圖2中所示的帶墊子17的矩形距部分。由于傳感器裝置10一般地采用影印術(shù)技術(shù)，傳感器裝置10并不限制于在這里展示或者描述的任何特定布局。相反，只要傳感器裝置10的某些部分在光束中粒子撞擊時(shí)能夠發(fā)生移動(dòng)，傳感器裝置10可以有任何期望的布局。
傳感器裝置10的另一種布局如附圖5所示。在這個(gè)例子中，傳感器裝置10包括一個(gè)附著在墊圈13上的固定部件11，該墊圈安裝在基座14上。兩個(gè)活動(dòng)部件12從固定部件11向相反方向延伸。這樣，在這個(gè)例子中，傳感器裝置10能夠有兩個(gè)以上的活動(dòng)部件12，它們從固定部件11開始延伸。換句話說，傳感器裝置10可以包括一個(gè)射線狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括從固定結(jié)構(gòu)11開始延伸的兩個(gè)活動(dòng)部件12。另外，傳感器裝置10包括多個(gè)活動(dòng)部件12，它們以固定部件11為中心放射狀地向外延伸，這同輪輻從車輪上的輪轂擴(kuò)展開來類似。其他結(jié)構(gòu)可以由在本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員制造。
傳感器裝置10的另一種布局如附圖6所示。除了墊圈13被放置在基座14里的凹面15里而外，這個(gè)例子同附圖5所示的相似。因此，舉例來講，傳感器裝置10可以定位在基座14的頂面上。同附圖5的例子相同，兩個(gè)以上的活動(dòng)部件12能夠按照任何期望的布局以固定部件11為中心的或者共同點(diǎn)相外延伸。比如，傳感器裝置10可以包括不同長度，厚度和寬度的放射狀擴(kuò)展懸臂距等等，因此，它們具有不同的檢測靈敏度。這樣，一個(gè)傳感器裝置10可以用來檢測不同尺寸和電荷的粒子，或者檢測有不同帶電粒子密度的光束等等。
傳感器裝置10的另一種布局如附圖7所示。在這個(gè)例子中，傳感器裝置10包括兩個(gè)固定部件11，它們安裝在基底14上凹面15的相對(duì)面上。從而，活動(dòng)部件12放置在兩個(gè)固定部件11之間。當(dāng)然，傳感器裝置10可以不必放在凹面15的上方，但取而代之，它可以安裝在固定在基底14上的兩個(gè)墊圈13上。傳感器裝置10可以有一個(gè)射線狀布局，例如，帶有矩形或者其它任何外形截面的細(xì)長光束。例如，傳感器裝置10可以是一個(gè)圓盤片，該盤片放置于在圓形凹面15上面的基座14的外圍上。在這個(gè)光圈狀的布局中，當(dāng)粒子撞擊盤狀傳感器裝置10時(shí)，它的中心活動(dòng)部件12能夠向著或者反向基座14移動(dòng)。在這個(gè)光圈狀的布局中，傳感器裝置10并非一定要是圓狀，它可以由矩形，規(guī)則或不規(guī)則的多邊形，或者其它形狀替代。另外，為了能夠滿意地提供由于粒子的撞擊產(chǎn)生的預(yù)期移動(dòng)，結(jié)構(gòu)傳感器10的厚度能夠改變。此外，以上描述的傳感器裝置10不必需用單一材料的制成。反而，傳感器裝置10由兩種以上材料制成，以來獲得不同檢測粒子的響應(yīng)特性，耐久性需求等。例如，傳感器裝置10可以由在預(yù)定區(qū)域涂上傳導(dǎo)材料的絕緣材料制成，預(yù)定區(qū)域比如傳感器裝置10上的活動(dòng)部件12。另外，傳感器裝置10上可以加工形成齒縫，槽，或者其它物理形狀來調(diào)節(jié)傳感器裝置10的靈敏度或者其它性能。
如上面所討論的，傳感器裝置10的偏移能夠通過不同方式檢測。附圖8展示了一個(gè)通過光束發(fā)射器21產(chǎn)生的光束23通過多個(gè)結(jié)構(gòu)傳感器10的掃描來檢測傳感器10偏移的例子。在這個(gè)例子中，光束23從第一位置23-1向第二位置23-2掃描，來檢測第一傳感器裝置10-1和第二傳感器裝置10-2的移動(dòng)范圍。當(dāng)結(jié)構(gòu)傳感器10-1的活動(dòng)部件12如附圖8中箭頭31所指示那樣向下移動(dòng)時(shí)，在第一位置23-1中的光束23被反射，這樣，它的反射光照射檢測器22的部位靠近檢測器22的中心。同樣的，結(jié)構(gòu)傳感器10-2的活動(dòng)部件12如附圖8中箭頭32所指示那樣向下移動(dòng)，它將導(dǎo)致在第二位置23-2中的光束23被反射，這樣，它的反射光照射到檢測器22上的部位靠近檢測器22中心的部位。這樣，當(dāng)傳感器裝置10-1和傳感器裝置10-2向下移動(dòng)時(shí)，在檢測器22上的被照射部位相互靠攏。使用這種布局，在檢測器22上被照射部位之間的距離能夠用來判定傳感器裝置10-1和傳感器裝置10-2的實(shí)際或者平均偏移。
檢測一對(duì)傳感器裝置10移動(dòng)的另一種布局如附圖9所示。在這個(gè)例子中，兩個(gè)光束發(fā)射器21發(fā)射光束23-1和23-2。光束23-1和23-2被各自的傳感器裝置10反射到檢測器22上。當(dāng)傳感器裝置10處于如附圖9所示的未變形的狀態(tài)，光束23-1和23-2在檢測器22上照射于一點(diǎn)。然而，作為對(duì)粒子撞擊的反應(yīng)，傳感器裝置向下偏移，這時(shí)，光束23-1和23-2如附圖9中的箭頭所示那樣遠(yuǎn)離檢測器22的中心部位移動(dòng)。如同在附圖8所示的例子，檢測器22上被照射部位之間的距離能夠用來判定傳感器裝置10的實(shí)際或者平均偏移。除非檢測器22是微型機(jī)器裝置的一部分，比如，是作為傳感器裝置10制成過程一部分形成的，否則，附圖9所示的布局也許實(shí)現(xiàn)起來困難。光束23-1和23-2能夠從不同角度直接射向活動(dòng)部件12，比如在不偏移狀態(tài)下垂直照射到活動(dòng)部件12。這樣，當(dāng)活動(dòng)部件12向基座14發(fā)生偏移時(shí)，檢測器22能夠僅僅檢測到光束23-1和23-2。
附圖10展示了一個(gè)傳感器裝置10，當(dāng)它被粒子撞擊時(shí)，傳感器裝置10向下偏移。當(dāng)傳感器經(jīng)過10向下偏移距離是足夠的，傳感器裝置10激活在基座14中或者上的開關(guān)元件25。開關(guān)元件25可以由傳導(dǎo)材料組成，比如傳導(dǎo)金屬。這樣，如果傳感器裝置10向下偏移并接觸到開關(guān)元件25，控制器20檢測到由傳感器裝置10和開關(guān)元件25形成的開關(guān)處于閉合狀態(tài)。換句話說，控制器通過傳導(dǎo)信號(hào)線和開關(guān)元件25以及傳感器裝置10相連接。傳感器裝置10可以由傳導(dǎo)材料或者包括傳導(dǎo)材料的其它材料制成，這樣，當(dāng)傳感器裝置10同開關(guān)元件25接觸時(shí)開關(guān)閉合。傳感器裝置10并不需要同開關(guān)元件25進(jìn)行真實(shí)的物理接觸來使控制器控制器20能夠檢測傳感器裝置的移動(dòng)。例如，開關(guān)元件25可以是一個(gè)場效應(yīng)晶體管，當(dāng)傳感器裝置10處于帶電狀態(tài)并且向開關(guān)元件移動(dòng)得足夠近時(shí)，它相當(dāng)于門電極并接通晶體管，這樣場效應(yīng)晶體管處于開通狀態(tài)?？刂破?0通過和傳感器裝置10相連接的導(dǎo)線卸掉傳感器裝置10上的電荷并允許傳感器裝置10回到原來未變形狀態(tài)，這樣可以使粒子檢測設(shè)備復(fù)位。正如被本領(lǐng)域熟練得技術(shù)人員所理解的，開關(guān)元件25可以包括被傳感器裝置10物理地或者電動(dòng)地激活的其他微開關(guān)設(shè)備。
檢測傳感器裝置10偏移的另一種布局如附圖11所示。在這個(gè)例子中，控制器20通過檢測在電容元件26和傳感器裝置10之間電容量的變化來檢測傳感器裝置的移動(dòng)。電容器元件26可以是第一個(gè)電容器板，它是由金屬層或者其它傳導(dǎo)材料在基座14里或者上加工形成。傳感器裝置10作為或者包括第二個(gè)電容器板。換句話說，傳感器裝置10或者傳感器裝置10的一部分可以由傳導(dǎo)材料或者包括傳導(dǎo)材料的其它材料制成，這樣，傳感器裝置10和電容器元件26可以共同作為一個(gè)電容器。很好理解，當(dāng)傳感器裝置10移向或者遠(yuǎn)離電容器遠(yuǎn)離26，相應(yīng)的電容量變化可以通過控制器20檢測到。檢測到的電容量變化能夠用來判定傳感器裝置10的偏移的方向和偏移量，這也代表著撞擊傳感器裝置10的粒子數(shù)，粒子大小和帶電粒子密度等等。
檢測帶電粒子的一個(gè)另一種布局如附圖12所示。一個(gè)半導(dǎo)體基座14，比如一個(gè)多晶體或者單個(gè)晶體硅基座，它包括由金屬或者其它比基座14具有更高傳導(dǎo)性能的傳導(dǎo)材料制成的導(dǎo)體接觸片27。當(dāng)帶電粒子撞擊基座14時(shí)，帶電粒子引起來自基座14材料的次級(jí)電子發(fā)射。發(fā)射電子被接觸片27收集并被控制器20檢測到。如附圖12所示，接觸片27可以通過控制器20的共同引導(dǎo)而連接到一起。另外，每個(gè)接觸片27能夠分別和控制器連接，這樣，控制器20能夠檢測粒子撞擊(次級(jí)電子放射)和這些粒子撞擊在基座14上的部位?？刂破饕材茉O(shè)置著來區(qū)別相對(duì)小的粒子和相對(duì)大的粒子的撞擊。例如，包括主要是獨(dú)立離子的離子束將引起接觸片27檢測由次級(jí)電子放射發(fā)射出的相對(duì)同一級(jí)的電子。然而，當(dāng)相對(duì)大的粒子，比如，成千的離子群撞擊基座14時(shí)，將發(fā)射出大量的電子并被接觸片27獲得。這樣，當(dāng)通過接觸片27上的浪涌電流被檢測時(shí)，一個(gè)相對(duì)大的粒子已經(jīng)撞擊了基座14。控制器20通過連接接觸片27隊(duì)列中個(gè)別的，或者一個(gè)以上的接觸片組來檢測電流的變化，并經(jīng)過已知的電流感應(yīng)電路接地。
附圖13是檢測光束中粒子方法的步驟流程圖。在步驟S10中，提供了一個(gè)傳感器裝置。傳感器裝置能夠有如上所描述的那些不同結(jié)構(gòu)。例如，傳感器裝置可以包括附著在底座上的固定部件和當(dāng)被粒子撞擊時(shí)的能夠移動(dòng)的活動(dòng)部件。根據(jù)包括被檢測粒子大小以及/或者電荷，傳感器裝置的靈敏度，傳感器裝置將要被伸展的預(yù)定環(huán)境等因素，可以改變傳感器裝置的特定尺寸和形狀。例如，為了檢測相對(duì)小的粒子的撞擊，比如單個(gè)原子或原子群，則需要采用相對(duì)靈敏的傳感器裝置。類似地，同傳感器裝置打算根據(jù)向傳感器裝置上傳遞和累積電荷來檢測離子的存在的這種方式相比，如果是通過一個(gè)或多個(gè)粒子向傳感器裝置上的能量傳遞來檢測一個(gè)或多個(gè)粒子的存在，那么一般地要提供一個(gè)更靈敏的傳感器裝置。
在步驟S20中，一束光射向結(jié)構(gòu)傳感器。光束可以是包括帶電粒子光束的任何形式光，不帶電粒子光束等等。光束直接照射傳感器裝置一般將引起一個(gè)以上的粒子撞擊傳感器裝置。一個(gè)以上的粒子對(duì)傳感器裝置的撞擊能夠引起能量從粒子向傳感器裝置上傳遞和/或者電荷向傳感器裝置的轉(zhuǎn)移。
在步驟S30中，檢測根據(jù)一個(gè)以上的粒子撞擊傳感器裝置而引起傳感器裝置的移動(dòng)。傳感器裝置的移動(dòng)可以有各種方法檢測，包括檢測一束光反射方向的變化，比如通過傳感器裝置反射的激光，檢測由傳感器裝置移動(dòng)引起的開關(guān)設(shè)備的閉合和開斷，檢測由于傳感器裝置移動(dòng)引起的電容器中電容量的變化等等。其它可能存在的檢測傳感器裝置移動(dòng)的方法，包括檢測和傳感器裝置相聯(lián)系的拉力表的電阻的變化，檢測和傳感器裝置相聯(lián)系的壓電元件產(chǎn)生的輸出信號(hào)和其它在本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所能夠了解的方法。傳感器裝置的移動(dòng)檢測能夠用來判定撞擊裝置的粒子數(shù)量，撞擊裝置的粒子具體類型和/或者大小，轉(zhuǎn)移到裝置上電荷總數(shù)，光束中粒子電荷密度，存在一個(gè)離子束中相對(duì)大的粒子數(shù)等等。
關(guān)于本發(fā)明的具體實(shí)施方案已經(jīng)描述，它表明對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來講，它有很多可替代，修改和變化的地方。因此，這兒提出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案目的是作為例證，沒有限制。在不離開本發(fā)明的精神范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種檢測至少一個(gè)移動(dòng)粒子的方法，包括提供包括相對(duì)于參考面固定部件的傳感器裝置；至少一個(gè)移動(dòng)粒子射向傳感器裝置；以及檢測傳感器裝置的一個(gè)部位相對(duì)于參考面的移動(dòng)。它是由至少一個(gè)粒子撞擊傳感器裝置而產(chǎn)生的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于提供傳感器裝置這一步包括提供一個(gè)懸臂距結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于射入至少一個(gè)移動(dòng)粒子包括把一個(gè)粒子光束射向傳感器裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于射入至少一個(gè)移動(dòng)粒子這一步包括把一個(gè)離子光束射向傳感器裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括檢測被傳感器裝置上的活動(dòng)部件反射的光束方向的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括檢測一個(gè)開關(guān)元件的激活。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于檢測激活這一步包括檢測在傳感器裝置和接觸片之間電路的閉合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于檢測激活這一步包括檢測電子開關(guān)元件的閉合和斷開，它是由在離開關(guān)元件足夠近的范圍內(nèi)移動(dòng)的傳感器裝置活動(dòng)部件激活的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括檢測根據(jù)傳感器裝置活動(dòng)部件的彈性變形來檢測傳感器裝置的移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中檢測移動(dòng)這一步包括檢測由于至少一個(gè)粒子向活動(dòng)部件傳遞能量而引起的傳感器裝置上的活動(dòng)部件的移動(dòng)。
11.一種檢測離子束中的離子方法，包括提供至少一個(gè)包括相對(duì)于底座固定的固定部件和相對(duì)于基底可移動(dòng)的移動(dòng)部件的懸臂距；將一個(gè)離子束射向懸臂距；以及檢測由于離子束中離子對(duì)懸臂距的撞擊而產(chǎn)生的相對(duì)于基底的活動(dòng)部件的移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括檢測由于懸臂距上的彈性變形的而產(chǎn)生的懸臂距上活動(dòng)部件的移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括檢測由于離子向活動(dòng)部件上的能量傳遞而引起的懸臂距上活動(dòng)部件的移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括將光束射向懸臂距上的一個(gè)部位；以及檢測反射光的方向的變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于檢測移動(dòng)這一步包括檢測對(duì)應(yīng)于第一懸臂距的第一束光和檢測對(duì)應(yīng)于第二懸臂距的第二束光；以及檢測被反射光照射到檢測器上的兩部位之間的距離變化。
16.一種粒子檢測器，包括至少一個(gè)傳感器裝置，每個(gè)傳感器裝置包括相對(duì)于參考面固定的固定部件和活動(dòng)部件；以及檢測由于粒子撞擊傳感器裝置而產(chǎn)生的傳感器裝置上活動(dòng)部件的移動(dòng)的傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器裝置包括至少一個(gè)懸臂距。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器根據(jù)傳感器裝置上活動(dòng)部件的彈性變形來檢測傳感器裝置的移動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器檢測由于至少一個(gè)粒子向傳感器裝置傳遞能量而產(chǎn)生的傳感器裝置上活動(dòng)部件的移動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器包括向傳感器裝置的一個(gè)部位發(fā)射一束光的光束發(fā)射器；以及輸出指示被傳感器裝置反射的一束光的方向變化信號(hào)的一個(gè)光檢測器。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器包括；向至少兩個(gè)傳感器裝置部件發(fā)射一束光的光束發(fā)射器；以及一個(gè)光檢測器，它輸出指示被兩個(gè)傳感器裝置反射光照射到的光檢測器上兩部分之間距離變化的信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器包括一個(gè)開關(guān)元件，它當(dāng)傳感器裝置活動(dòng)部件被激活時(shí)輸出信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器包括一個(gè)電容器元件和傳感器裝置的一部分一起作為一個(gè)電容器，電容器的電容量隨著傳感器裝置的移動(dòng)范圍而變化。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器裝置包括至少兩個(gè)懸臂距，每個(gè)懸臂距包括固定于基底的一個(gè)固定端和一個(gè)自由端；以及至少由兩個(gè)懸臂距的自由端支撐著的墊子。
25.根據(jù)權(quán)利要求16的粒子檢測器，其特征在于傳感器裝置包括一個(gè)基底，該基底頂面上有一個(gè)凹面；以及在與凹面相對(duì)的基底頂面上固定了一個(gè)橋結(jié)構(gòu)。
26.一個(gè)離子移植設(shè)備，包括權(quán)利要求16的粒子檢測器；以及一個(gè)離子束發(fā)生器；其特征在于傳感器裝置靠近一個(gè)工作部件平板安置，來檢測由離子束發(fā)生器產(chǎn)生的離子束中的粒子。
27.一個(gè)粒子檢測器，包括一個(gè)半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底里或者上的至少一個(gè)導(dǎo)體接觸片；以及一個(gè)檢測器，它檢測由于粒子撞擊半導(dǎo)體基底而產(chǎn)生的次級(jí)電子發(fā)射引起的至少一個(gè)導(dǎo)體接觸片的電流變化。
全文摘要
一種檢測粒子的方法和儀器。被檢測的粒子可以是帶電的或者是不帶電的，并且粒子可以根據(jù)由于能量從運(yùn)動(dòng)粒子向傳感器裝置傳遞以及/或者由于傳感器裝置上帶電粒子的累積而產(chǎn)生傳感器裝置的偏斜而被檢測。傳感器裝置可以是或者包括一個(gè)懸臂距，該懸臂距包括一個(gè)固定端和一個(gè)自由端。粒子在懸臂距上的撞擊可以引起自由端的移動(dòng)。自由端的移動(dòng)可以通過各種方法檢測，包括判斷被懸臂距反射的一束光方向的變化，檢測由懸臂距的運(yùn)動(dòng)而引起的電子開關(guān)元件的激活，檢測由于懸臂距的運(yùn)動(dòng)而引起的電容器上電容量的變化等等。
文檔編號(hào)H01J37/317GK1441958SQ01809944
公開日2003年9月10日 申請日期2001年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月25日
發(fā)明者方紫薇, 史蒂文·R·沃爾特, 蘇珊·B·費(fèi)爾奇, 朱安尼塔·S·索尼科 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備聯(lián)合公司