CN101124650B - 离子束扫描控制方法和用于均匀注入离子的系统 - Google Patents

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Abstract

提供用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的方法，该方法包括：在沿扫描方向的多个位置处测量多个初始电流密度值，其中这些值分别与多个初始电压扫描间隔中的一个对应，并且与对应的多个初始扫描时间值中的一个对应；基于测量的初始电流密度值和初始扫描时间值来建立线性方程组；以及确定与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的一组扫描时间值。提供用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的校准系统，该校准系统包括剂量测定系统和控制系统。

Description

离子束扫描控制方法和用于均匀注入离子的系统
技术领域
本发明一般而言涉及离子注入系统，更具体地涉及用于均匀地扫描离子束穿过工件的改进的系统和方法。
背景技术
在半导体器件和其它产品的制造中，离子注入被用来利用杂质对半导体晶片、显示面板或其他工件进行掺杂。离子注入器或离子注入系统利用离子束对工件进行处理，以便在工件中产生n或p型掺杂区或者形成钝化层。当用于掺杂半导体时，离子注入系统注入所选的离子种类以产生期望的非本征材料，其中从诸如锑、砷或磷之类的源材料产生的注入离子导致n型非本征材料晶片，以及诸如硼、镓或铟之类的注入材料在半导体晶片中产生p型非本征材料部分。
图1A说明一种具有端子(terminal)12、束线组件14和终端站16的示例性离子注入系统10。端子12包括由高压电源22供电的离子源20，该离子源产生离子束24并将其引导到束线组件14。该束线组件14具有束引导(beamguide)32和质量分析器26，在该质量分析器中建立偶极磁场，以便仅仅使适当荷质比的离子通过在束引导32的出口端处的分辨孔34，从而到达终端站16中的工件30(例如半导体晶片、显示面板等)。离子源20产生带电离子，所述带电离子从源20中被提取，并被形成离子束24，该离子束沿着束线组件14中的束路径被引导到终端站16。离子注入系统10可以包括在离子源20和终端站16之间延伸的束形成和整形结构，该结构维持离子束24并且形成细长的内部腔或通道的边界，通过所述内部腔或通道，束24被传输到在终端站16中所支撑的工件30。通常将离子束传输通道抽空来降低离子通过与空气分子的碰撞而从束路径偏离的概率。
低能注入器通常被设计成提供几千电子伏(keV)一直到大约80-100keV的离子束，而高能注入器可以使用在质量分析器26和终端站16之间的直线加速(linac)装置(未示出)来将经质量分析的束24加速到较高能量，通常为几百keV，其中DC加速也是可能的。对于在工件30中的较深注入通常使用高能离子注入。相反，对于大剂量、浅深度的离子注入通常使用强电流低能离子束24，在这种情况下，较低的离子能量通常造成难以维持离子束24的会聚。
在集成电路器件、显示面板和其他产品的制造中，期望在工件30的整个表面上均匀地注入掺杂物种类。在常规注入器中可以发现不同形式的终端站16。“成批”型终端站可以同时在旋转支撑结构上支撑多个工件30，其中工件30被旋转通过离子束的路径，直到所有工件30都被完全注入。另一方面，“串行”型终端站沿着用于注入的束路径支撑单个工件30，其中多个工件30以串行的方式一次被注入一个，每个工件30在下一个工件30的注入开始之前被完全注入。
注入系统10包括串行终端站16，其中束线组件14包括束扫描器36，该束扫描器接收具有相对较窄剖面的离子束(例如“锥形”束)，并且在X方向上来回扫描束24，以将束24展开成细长的“带状”剖面，该剖面具有至少与工件30一样宽的有效X方向宽度。然后带状束24通过平行化器38，该平行化器通常平行于Z方向(例如通常垂直于工件表面)将带状束向工件30引导。
还参考图1B-1J，在图1B中进一步说明了束扫描器36，该束扫描器在束路径的任一横向侧上具有一对扫描板或电极36a和36b，还具有向电极36a和36b提供交变电压的电压源50，图1C中示出了该电压源50的波形图60。扫描电极36a和36b之间的时变电压电位在其间的束路径上建立了时变电场，束24通过该时变电场沿着扫描方向(例如图1A、1B和1F-1J中的X方向)被弯曲或偏转(例如被扫描)。当扫描器电场处于从电极36a到电极36b的方向时(例如，电极36a的电位比电极36b的电位更正，比如在图1C中的时间“a”和“c”)，束24带正电的离子在负X方向(例如朝着电极36b)受到横向力。当电极36a和36b处于相同电位时(例如，扫描器36中的零电场，比如图1C中的时间“e”)，束24未被改变地通过扫描器36。当电场处于从电极36b到电极36a的方向时(例如，图1C中的时间“g”和“i”)，束24带正电的离子在正X方向(例如朝着电极36a)受到横向力。
图1B示出当扫描束24在进入平行化器38之前的扫描期间在几个示例性离散时间点处通过扫描器36时扫描束24的偏转，以及图1D说明在图1C中所示的相应时间处碰撞工件30的所扫描且平行化的束24。图1D中的所扫描且平行化的离子束24a对应于在图1C中的时间“a”所施加的电极电压，随后，对于在X方向上穿过工件30的通常水平的单个扫描，在图1D中说明对于在图1C的相应时间“c”、“e”、“g”和“i”处的扫描电压的束24b-24i。图1E说明穿过工件30的束24的简化扫描，其中在由扫描器36进行的X(快速扫描)方向的扫描期间，机械致动(未示出)将工件30在正Y(慢扫描)方向上平移，由此束24在工件30的整个暴露的表面上被赋予。
在进入扫描器36之前，离子束24通常分别具有非零X和Y尺寸的宽度和高度剖面，其中该束的X和Y尺寸中的一个或二者通常由于空间电荷和其它影响而在传输期间发生变化。例如，当束24沿着束路径向工件30被传输时，束24遇到可能改变束宽度和/或高度或其比率的各种电场和/或磁场以及器件。另外，在没有对策的情况下，空间电荷效应，包括带正电离子束的相互排斥，往往会使束发散(例如增大X和Y尺寸)。
此外，扫描器36的几何结构和工作电压关于实际提供给工件30的束24提供某些聚焦特性。因此，即使假设完全对称的束24(例如锥形束)进入扫描器36，扫描器36对束24的弯曲也会改变束聚焦，其中入射束通常更多地聚焦在X方向上的横向边缘(例如图1D中的24a和24i)，而将更少地聚焦(例如更宽或更发散)在X尺寸上横向边缘之间的点(例如图1D中的24c、24e和24g)。
图1F-1J分别说明与扫描实例24a、24c、24e、24g和24i对应的入射束24。当束24在晶片30的X方向上进行扫描时，扫描器36的X方向聚焦发生变化，从而导致在它向中心移动时入射束24的横向散焦增加，然后在束24再次到达另一个横向边缘时提高了聚焦。对于无扫描，束24e直接进入工件30的中心，如图1H所示，在该处入射束24e具有X方向的宽度WC。然而，当束24在远离中心的任一方向被横向扫描时，扫描器36的时变聚焦特性导致入射束的横向聚焦越来越强。例如，在工件30的最外侧边缘，图1F中的入射束24a具有第一左侧宽度WL1，而在右侧，图1J中的入射束24i具有第一右侧宽度WR1。图1G和1I分别说明入射束宽度为WL2和WR2的两个中间束24c和24g，从而示出在工件30的边缘和中心之间X方向的焦点变化。
通常期望提供工件30的表面的均匀注入，而不管束传输和扫描系统的特定焦点特性如何。因此，常规系统常常经过校准操作来调整束扫描器36的电压波形，以抵消束24沿扫描方向的焦点变化和/或补偿其它的束不规则性。这通常通过测量在工件位置或其附近的区域中的电流密度剖面以逐点的方式来完成，该电流密度剖面由到该区域的束集合产生。剖面区域和扫描器电压范围被细分为对应的间隔。对于给定的扫描器电压间隔，测量传感器被设置在对应于间隔的中心的位置处，并且该束被指向被测量的区域。然后，对于每个电压间隔重复这样的测量，并且最后的扫描波形被调整成补偿剖面的不均匀性。
尽管在离子束24的宽度窄并且束宽度在整个目标区域上相对恒定的情况下，常规的逐点扫描器校准技术可能是足够的，但是这些技术不大适合于束24更宽的情况和/或束宽度沿扫描方向变化的情形，如在图1F-1J的例子中。特别是，如果束24为宽和/或在整个目标区域上是可变的，那么逐点技术不能解决由距束中心某一距离的束所产生的工件剂量。这种情形尤其对于经历空间电荷扩张(例如在扫描或X方向的横向发散)的低能离子束24会成问题。
另一种考虑是束过扫描的量，其包括越过工件30的边缘扫描离子束24的范围，如图1E所示。在大多数应用中，束24必须被扫描超过目标一个与束24的宽度有关的量，以便实现整个工件表面的均匀注入。然而，扫描的束24在目标区域之外花费的时间基本上被浪费了，并且降低了系统的扫描效率，系统的扫描效率被定义为花费在目标工件30上的时间除以总扫描时间。
因此，需要改进的离子束扫描器校准技术，通过该技术可以促进均匀的注入，并且该技术通过确定实现工件的均匀注入所需的最小过扫描来促进扫描效率的提高。
发明内容
下面给出本发明的简化概述，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。这种概述不是本发明的详尽概观，并且既不打算识别本发明的主要或关键要素，也不打算刻划本发明的范围。而是，该概述的目的是以简化的形式给出本发明的一些概念，以作为稍后给出的更详细的描述的序言。
本发明涉及用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的系统和方法，其中对于沿着束扫描方向的多个剖面点分别测量多个扫描器电压间隔的电流密度贡献(contribution)，以便产生线性方程组，并且对于与降低电流密度剖面偏差的解对应的电压扫描间隔计算一组扫描时间值。不同于常规的逐点校准技术，本发明对距束中心某一距离的束所产生的注入贡献提供补偿，因此特别适合用于束相对较宽的低能离子注入器和/或横向束的宽度沿着扫描方向发生变化的的情形，以便在整个工件表面上提供均匀的注入。另外，本发明可以被用来减少过量的过扫描，由此提高系统扫描效率而不用牺牲注入的均匀性。
本发明的一个方面提供一种用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的方法，该方法包括在沿扫描方向的多个位置测量多个初始电流密度值，其中初始电流密度分别与多个初始电压扫描间隔中的一个相对应，并且与对应的多个初始扫描时间值中的一个相对应。该方法还包括基于测量的初始电流密度值和初始扫描时间值来建立线性方程组，并且对与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的电压扫描间隔确定一组扫描时间值。
本发明的另一方面提供一种用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的校准系统。该校准系统包括剂量测定系统和控制系统，该控制系统与剂量测定系统以及和束扫描器相关的电源可操作地耦合，其中该剂量测定系统测量在离子注入系统的工件位置中在沿扫描方向的多个位置的多个初始电流密度值。该控制系统使扫描器在离子注入系统的整个工件位置上，根据一组初始电压扫描间隔和对应的扫描时间值，在扫描方向上扫描离子束，以使剂量测定系统可以测量在离子注入系统的工件位置中在沿扫描方向的多个位置的多个初始电流密度值，其中初始电流密度值分别与多个初始电压扫描间隔中的一个相对应，并且与对应的多个初始扫描时间值中的一个相对应。该控制系统还可操作用于基于测量的初始电流密度值和初始扫描时间值来建立线性方程组，并且对于与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的电压扫描间隔，确定一组扫描时间值。
下面的描述和附图详细地陈述本发明的某些说明性的方面和实施方式。这些仅仅表示可以使用本发明的原理的多种方式中的几种。
附图说明
图1A是说明具有常规的扫描器和平行化器的离子注入系统的示意图；
图1B是说明图1B的扫描器和几种示例性扫描的离子束的局部顶视图；
图1C是说明在图1A和1B的扫描器中示例性三角形扫描板电压波形的图；
图1D是说明在几个离散时间点处扫描的离子束撞击在图1A和1B的系统中的工件的透视图；
图1E是说明整个工件的离子束的扫描的端视图；
图1F-1J是说明在图1A和1B的离子注入系统中在撞击工件时离子束宽度的变化的局部正视图；
图2是说明根据本发明一个或多个方面的示例性束扫描器校准方法的流程图；
图3A是说明根据本发明一个方面的可以在图2的方法中使用的示例性测量序列的流程图；
图3B是说明根据本发明另一方面的可以在图2的方法中使用的示例性测量序列的流程图；
图4A是说明根据本发明的具有校准系统的离子注入系统的示意图，该校准系统包括控制系统和剂量测定系统；
图4B是说明根据本发明在图4A的示例性注入系统中的工件位置处沿着横向束扫描方向示例性的多个剖面点位置的端视图；
图4C是说明根据本发明将初始三角形扫描器电压波形分割成具有多个对应扫描时间值的多个初始电压扫描间隔的曲线图；
图4D是说明根据本发明的测量的电流密度值的示例性矩阵的示意图；
图5是说明根据本发明的可以在图2的方法中使用的示例性计算序列的流程图；
图6A是说明根据本发明的一组示例性线性方程的示意图；
图6B是说明根据本发明的示例性剖面偏差向量的示意图；
图6C是说明根据本发明的示例性时间偏差向量的示意图；
图6D是说明利用图4D的矩阵使图6B的剖面偏差向量与图6C的时间偏差向量相关的一组示例性线性方程的示意图；
图6E是说明根据本发明的利用图4D的矩阵的逆使时间偏差解向量与图6B的剖面偏差向量相关的图6D的方程组的解的示意图；
图6F是说明根据本发明的计算示例性扫描时间解向量的示意图，该扫描时间解向量包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值；
图6G是说明根据本发明的示例性分段线性校准的扫描器电压波形的曲线图，该扫描器电压波形是利用初始定义的扫描电压间隔和图6F的计算的扫描时间解向量来建立的，以便提高注入的均匀性；以及
图7A和7B是说明根据本发明的矩阵和扫描时间向量的选择性截断以消除过量的过扫描的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明，其中相同的附图标记始终用来指相同的元素，并且其中所说明的结构不一定按比例绘制。本发明提供用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的方法和系统，该方法和系统可以被用来提高注入的均匀性，并且通过减少过量的过扫描来提高系统的扫描效率。
图2说明根据本发明一个或多个方面的示例性束扫描器校准方法200，其中进行测量并执行计算以确定一组扫描时间，以用于构造分段线性扫描器电压波形，从而提高注入的均匀性，并减少离子注入系统中过量的过扫描。图3A和图5分别说明示例性测量和计算序列，其可以用在方法200中，正如以下进一步描述的。虽然该示例性方法200以及该示例性测量和计算序列在下文作为一连串的动作或事件被说明和描述，但是将会认识到，本发明不受所说明的这样的动作或事件的排序的限制。例如，根据本发明，一些动作可以以不同的顺序和/或与除在此所说明和/或描述的这些之外的其他动作或事件同时进行。另外，可能并不需要所有说明的步骤来实施根据本发明的方法。此外，根据本发明的方法可以与在此所说明和描述的注入和扫描器校准系统相结合、以及与未说明的其他系统和装置相结合来实施。
在图2中方法200从202开始，其中在300沿着扫描方向在多个位置进行多个初始电流密度剖面的测量，其中测量的值分别与多个初始电压扫描间隔中的一个相对应，并且与对应的多个初始扫描时间值中的一个相对应。在300的测量可以利用任何合适的剂量测定设备或其他测量系统来进行，其可以包括一个或多个测量传感器(例如剂量测定杯等)，其中这些测量可以同时或者以任何顺序分别进行，其中所有这样的实施方式都被设想落在本发明和所附权利要求书的范围内。根据本发明，下面参考图3A进一步说明并描述一个示例性测量序列300。
然后在图2中的400执行计算，以便根据在300获得的测量的电流密度值来确定一组扫描时间值。在404，基于测量的初始电流密度值和初始扫描时间值来建立线性方程组。然后，在406为电压扫描间隔确定一组扫描时间值，其中所确定的时间值与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应，并且方法200在204结束。然后，在406所确定的该组扫描时间值可以被用来建立束扫描器电压波形以供在对工件进行注入时使用，如下面参考图6G所说明和描述的。可选择地，可以进行一次或多次迭代来改进在406所确定的该组时间值，这可以不需要涉及重新定义电压扫描间隔的数量、尺寸或间距。
还参考图3A-4D，图3A说明可以在方法200中使用的测量序列300的一个例子，图4A说明一种根据本发明的具有校准系统的离子注入系统110，该校准系统包括控制系统154和剂量测定系统152。为了进一步说明图3A的示例性测量技术300，根据本发明，图4B说明在注入系统110中的工件位置处沿着横向束扫描方向的示例性的多个剖面点位置，图4C说明被分割成具有多个对应扫描时间值的多个初始电压扫描间隔的初始三角形扫描器电压波形，以及图4D说明测量的电流密度值的矩阵。
如图4A中所示，示例性离子注入系统110是没有直线加速器(linac)部件的低能离子注入器。然而，本发明可以可选择地用于高能或中能离子注入器中，所述离子注入器可以包括加速部件。注入系统110包括端子112、束线组件114和终端站116，其中端子112中的离子源120由电源122供电，以便给束线组件114提供所提取的离子束124，其中源120包括一个或多个提取电极(未示出)，以便从源腔中提取离子，从而给束线组件114提供所提取的离子束124。
束线组件114包括束引导132以及质量分析器126，该束引导具有靠近源120的入口和带有出口孔134的出口，该质量分析器接收所提取的离子束124，并建立偶极磁场，以便仅使适当荷质比或其范围(例如经质量分析的离子束124具有期望质量范围的离子)的离子通过分辨孔134到达终端站116中的工件位置。在束线组件中可以提供各种束形成和整形结构(未示出)来维持离子束124，并且其可以形成细长的内部腔或通道的边界，通过该内部腔或通道，束124沿着束路径被传输到终端站116。所说明的终端站116是“串行”型终端站，该终端站沿着用于注入的束路径支撑单个工件(未示出)(例如半导体晶片、显示面板或者利用来自束124的离子进行注入的其他工件)，其中剂量测定系统152位于图4A中的工件位置处，以用于在注入操作之前进行校准测量。
束线组件114还包括具有扫描器136和电源150的扫描系统，该电源150被可操作地耦合到扫描器板或电极136a和136b，其中扫描器136沿着束路径接收来自质量分析器126的经质量分析的离子束124，并沿着束路径向平行化器138提供扫描的束124。然后，平行化器138将扫描的束124引导到终端站116，以使束124以通常恒定的入射角撞击剂量测定系统152的测量传感器。扫描器136接收经质量分析的剖面相对较窄的离子束124(例如在所说明的系统110中的“锥形”束)，并且由电源150施加给扫描器板136a和136b的电压波形进行工作，以在X方向(扫描方向)来回扫描束124，以便将束124展开成细长的“带状”剖面(例如扫描的束124)，该剖面具有可以与感兴趣的工件至少一样宽或宽于感兴趣工件的有效X方向宽度。然后，扫描的束124通过平行化器138，该平行化器通常平行于Z方向(例如通常垂直于工件表面)将束向工件130引导。
还参考图4B，剂量测定系统152包括一个或多个电流密度传感器(未示出)，比如沿扫描方向位于预定位置160的多个常规法拉第筒，或者可以位于各种位置160来逐次测量在给定位置160由扫描的离子束124所给予的离子的量(电流密度)的单个传感器。转让给本发明的受让人的美国专利No.6,677,598说明了可以根据本发明用于测量电流密度值的测量装置，因此其全部内容作为参考被结合，就象在此被完全陈述一样。剂量测定系统152被可操作地耦合到控制系统154，以便从其接收命令信号，并向其提供测量值来实施如在下文进一步描述的本发明的校准技术的测量方面。
在系统110的初始建立或校准期间，如图4A所示，剂量测定系统152被放置在终端站116的工件位置处，并且在图4B中工件宽度尺寸158被分割成一组初始剖面间隔，在其内部确定整数m个测量位置(剖面点)160，以用于在离子束124的扫描期间进行电流密度值的初始测量。在所说明的例子中，沿着扫描方向的各位置160被彼此隔开一个小于离子束124的横向尺寸的剖面间隔距离，尽管其他间距也是可能的。另外，尽管剖面间隔不需要具有相等的横向尺寸，但是图4B中的测量位置160的示例性选择提供了通常均匀的间距。
还参考图4C，选择初始电压扫描范围159，该扫描范围提供超出工件宽度158的端部的束过扫描的某种量度(例如，扫描范围159宽得足以使扫描的离子束124延伸越过工件的横向边缘)。如图4C所示，电压扫描范围159被分成整数n个电压间隔，其中每个间隔在第一电压Vi-1到第二电压Vi之间延伸，其中i＝1到n。图4C说明扫描器电压(V136a-V136b)的初始三角形波形，其中示例性扫描电压间隔Vi-1到Vi是相等的，并且其中对应的一组n个初始扫描时间值T01、T02、...、T0n是相等的。任何初始的范围选择159和范围159的分割都可能在本发明的范围内，其中电压间隔Vi-1到Vi不需要相等，并且扫描时间值T0i不需要相等。此外，如下面所讨论的，在初始测量之后可以改变或者重新定义该间隔(例如以便减少过量的过扫描和/或提高均匀性)，并且根据本发明，根据在初始测量之后的计算来确定或求解在系统110中对工件进行注入所用的时间值(例如以便提高注入的均匀性)。
在系统校准期间的测量操作中，图4A的控制系统152控制电源150的电压，以使扫描器电压(例如扫描器板136a和136b之间的电压差)在初始扫描时间值上在电压间隔端点之间线性变化，并且剂量测定系统152进行对应电流密度的测量来构造矩阵A，如图4D所示。然后，控制系统154执行各种计算(例如在上面图2的方法200中的404和406)，以便确定与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的一组扫描时间值。然后从工件位置中移除剂量测定系统152，并且然后可以利用所确定的该组扫描时间值来为工件的注入建立束扫描器电压波形，如以下的图6G中所示。
参考图3A，下文关于注入来描述方法200的示例性测量序列300，其中该注入使用了：图4A的注入器110中的校准系统152、154，图4B的初始测量位置160，以及图4C的初始电压范围分割。测量300从302开始，在304定义电压间距(例如，图4B和4C的初始扫描器电压范围159，其延伸超出与工件宽度158的横向边缘相关的电压，以便提供某种量的初始过扫描)。然后，在306把电压范围159划分或分割成整数n个电压间隔(如图4C所示，多个即n个间隔Vi-1到Vi，其中i＝1到n)。电压范围159在306的划分和图4C的假定的初始三角形扫描波形定义了对应的一组n个初始扫描时间值T01到T0n，这些扫描时间值相等，并且一起形成一个n维向量T0。然而，可以使用任何初始扫描波形，其中电压的划分和波形的选择定义了在测量300中所使用的一组初始时间值T0，其中向量T0的初始时间项不需要相等。然后，横向扫描方向范围(例如图4B和4C中的工件宽度158)被划分为多个剖面间隔，由此沿着扫描方向定义了整数m个测量位置(例如图4B中的位置1601到160m)。
利用测量范围158和电压范围159的初始分割，控制系统154为电源150提供适当的控制信号，以便在整个工件位置使扫描器136在扫描方向X上，根据n个初始电压扫描间隔(Vi-1到Vi，其中i＝1到n)和对应的n个扫描时间值(T0)对离子束124进行一次或多次扫描，并且还控制剂量测定系统152来测量在位置160处的多个初始电流密度值Aj，i，其中初始电流密度值Aj，i与n个电压间隔(Vi-1到Vi)中的一个以及对应的扫描时间值T0i对应。在这方面，对于在从一个位置移动到另一位置的剂量测定系统152中的单个测量传感器的情况示出了图3A所说明的测量序列300，其中束124被扫描整数m次。然而，可以需要较少的束扫描，其中剂量测定系统152例如包括多个传感器，其中如果在各位置160提供m个传感器，则可以使用单次校准测量扫描。
对于图3A中的单个传感器的情况，在310把测量计数器j设定为值1，并且在312把电压扫描间隔计数器i设定为值1。然后，剂量测定系统152、154在314、316获得表示图4D的矩阵A中的第一项的第一电流密度值Aj，i。对于该第一值Aj，i，控制系统154在314引导电源150在对应的初始扫描间隔时间上从Vi-1到Vi线性扫描电压(例如(V136a-V136b))，并在316引导剂量测定系统152来测量在测量位置j处(例如在图4B中的位置1601处)所得到的电流密度Aj，i。该第一测量A1，1表示在第一位置1601处由在时间T01上从V0到V1扫描束124而产生的电流密度贡献，并且被置于图4D的矩阵A中的第一行第一列的位置中。
在318确定是否i＝n(例如，是否整个电压扫描范围159已经被扫描)。如果不是(在318为否)，则测量序列300继续进行到320，其中电压计数器i被递增。此后，在314扫描器电压在下一个扫描间隔期间被扫描，其中i＝2(例如在第二初始时间值T02上从V1到V2)，并且另一个测量在316进行。该第二值A1，2被置于矩阵A的第一行第二列的位置中，其表示在第一位置1601处由在时间T02上从V1到V2扫描束124而产生的电流密度贡献。
以这种方式继续进行间隔扫描和单个位置的测量(在314、316、318和320)，直到i＝n(例如，在该点处图4D中的矩阵A的第一行已经被在第一剖面位置1601处所测量的值填满，其分别反映了在位置1601处对应于通过n个初始电压扫描间隔Vi-1到Vi中的一个，在对应的初始时间值T0i上扫描束124的电流密度贡献)。在该点注意，值A1，i的总和表示在位置1601处看到的由在整个电压扫描范围159上扫描束124而产生的总电流密度。因此，与利用常规的逐点技术所获得的测量结果相比，这种总和是在实际注入期间对在位置1601注入的离子量的更好量度，其中在给定点仅对束在该点时所产生的电流密度进行测量。
在图3A中，当i变得等于n时(在318为是)，在322确定测量计数器j是否等于m。如果不是(在322为否)，则在324递增测量计数器j，并且该过程300返回到再次将电压计数器i设定为值1。在剂量测定系统152中的单个测量传感器的情况下，该传感器此时将被移动到下一位置160j。因此，例如，当j在第一位置1601测量之后在324被递增时，剂量测定系统152然后被配置成在第二位置1602进行测量。在i＝1而j＝2时，该过程300继续进行到314和316，其中在314在对应的时间T01从V0到V1扫描电压，以及在316测量电流密度值A2，1，并将其置于矩阵A的第二行第一列的位置，其表示在第二位置1602由在时间T01从V0到V1扫描束124而产生的电流密度贡献。然后以这种方式重复该过程300，直到计数器j＝m(在322为是)，从而表示矩阵A的m行已经被填满，并且测量300在图3A中的326结束。
参考图4D，使用剂量测定系统152中的单个传感器，图3A的示例性测量序列300在整个电压范围150(图4C)提供束124的m次扫描，以便得到n×m个测量Aj，i，其中矩阵A在逐行的基础上填满。可选择地，如果提供m个传感器并且将它们放置在图4B中的位置1601-160m，可以使用束124的单次扫描，其中扫描器电压(V136a-V136b)可以根据时间值T01到T0n从V0线性地过渡到Vn，其中剂量测定系统152在每个时间间隔T0i期间获得m个测量值Aj，i，其中矩阵A的列在每个时间值T0i结束时被填满。在本发明的范围内，在300可以使用任何合适的测量方法，通过该方法，矩阵A被对应的项值Aj，i填满，或者否则通过该方法，基于测量的电流密度值Aj，i可以导出一组线性方程，所述电流密度值分别与多个初始电压扫描间隔Vi-1到Vi中的一个对应，并与多个初始扫描时间值T0i中的一个对应。
在本发明的一个可替换方面中，可以根据图3B的方法300’来收集数据，其中对于每个扫描电压间隔i进行整个剖面测量(例如其中j从1被递增到m)。例如，如图3B所示，对于给定的扫描电压间隔i(在312或320设定)，在316、322和324，在整个测量范围测量电流密度。当j＝m时(在322为是)，已经在整个测量范围进行了测量，并且根据318、320来递增扫描电压间隔，并且在314出现下一个扫描电压，其中在316、322和324，在整个测量范围再次测量电流密度。然后继续该过程，直到已经贯穿整个扫描间隔范围(在318为是)，其中测量方法300’在326结束。
现在参考图2、图4A和图5-6G，控制系统154进一步可操作用于基于所测量的初始电流密度值Aj，i和初始扫描时间值T0I来建立线性方程组，并且为电压扫描间隔Vi-1到Vi确定一组扫描时间值TSOLUTION，其中值TSOLUTION与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解相对应。然后该组间隔扫描时间TSOLUTION可以由控制系统154使用来在系统110中的工件的注入期间建立扫描器电压波形。此外，控制系统可以根据图4D的满矩阵A，基于满方程组来确定时间值TSOLUTION的解向量，或者如果矩阵A的一列或多列都为零值(例如没有非零值)，可以将矩阵A和时间值向量T选择性地截断，如以下相对于图7A和7B所说明和描述的。此外，例如在获得初始矩阵A之后，可以使用一次或多次迭代，其中改进了电压扫描间隔Vi-1到Vi和/或该组位置160j的定义，其中这些数字(n，m)也可以被调整，其中所有这样的变型实施方式都被设想为落入本发明和所附权利要求书的范围内。
图5说明在上面图2的方法200中计算400的一种可能的实施方式，以及图6A-6G说明各种对应的数学计算和矩阵方程、以及所得到的电压扫描波形。在图5中示例性计算400在402开始，其中在404利用图4D的测量矩阵A、对应的初始时间值向量T0和电流密度剖面向量P来构造线性方程组，其中矩阵表示为P＝A＊T。如图6A所示，线性方程组被构造为垂直m维的初始剖面向量P0等于矩阵A(m×n)乘以n维的初始时间向量T0。该方程组包括具有n个未知数的m个独立的方程，其中m优选大于n。每个独立方程表征在对应测量位置160处根据间隔时间T0，通过电压扫描间隔利用束124的扫描的累积的电流密度贡献。
然后，控制系统154在406为电压扫描间隔确定一组扫描时间值，其中所确定的时间值与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应。在这方面，该方程组可以利用任何合适的技术来求解，包括但不限于下文所说明和描述的计算。
在图5中的407，矩阵A和向量T可以选择性地被截断以消除零矩阵列和对应的时间项，正如以下相对于图7A和7B所说明和描述的。
在任何这样的截断之后，该计算400进行到408，在那里分别为剖面和扫描时间构造偏差向量ΔP。如图6B所示，剖面平均值PAVG由剖面向量P0计算，以作为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)，并且计算剖面偏差向量ΔP，其包括m个剖面偏差值，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m。因此，所得到的剖面偏差向量ΔP表示在每个测量位置160处的电流密度与在整个剖面P0上的平均电流密度的偏差。如图6C所示，然后定义时间值偏差向量ΔT，其中其项ΔTi表示对应的解集合值TSOLUTION和初始值T0i之间的差(例如ΔTi＝TSOLUTION-T0i，其中i＝1到n)。
还参考图6D和6E，可以按照偏差向量ΔP和ΔT重新表述该方程，其中ΔP＝A＊ΔT。在这方面，注意到期望最小化在整个注入的工件上的电流密度剖面偏差。图6D的依照偏差向量ΔP和ΔT的表达式允许方程被求解以得到一组时间值的解，该组时间值将通过最小化剖面偏差来优化均匀性，其中图6D的表达式可以被求解以得到时间值偏差向量ΔT，例如如图6E所示通过将矩阵A求逆并将逆矩阵A-1乘以剖面偏差矩阵ΔP，其中ΔT＝A-1＊ΔP。
在410，根据初始矩阵A来计算逆矩阵，其中逆矩阵A-1可以利用任何合适的技术来计算。例如，如果m>n，那么该方程组是超定的，并且逆矩阵A-1可以利用奇异值分解(SVD)来计算。其他技术也是可用的，尤其是如果m＝n。然而，注意电压扫描间隔和剖面间隔(测量位置160)可以被相互独立地定义，其中可能优选的是包括大量的测量位置160来提供更好的优化，并具有相对较少的电压扫描段以促进及时的校准。
在图5中的412，通过将逆矩阵A-1乘以剖面偏差向量ΔP来计算时间偏差解向量ΔTSOLUTION(例如将该组方程求解)，以便获得包括n个扫描时间偏差值的偏差解向量ΔTSOLUTION，如图6E中所示，其中ΔTSOLUTION＝A-1＊ΔP。由于在图6C中扫描时间偏差向量ΔT被定义为ΔT＝TSOLUTION-T0，所以然后在414通过将扫描时间偏差向量ΔTSOLUTION和初始扫描时间向量T0相加来计算扫描时间解向量TSOLUTION，其中扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，并且其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0，如图6F所示，在此之后，该计算400在416结束。
还参考图6G，然后可以利用该组扫描时间值的解TSOLUTION来建立分段线性束扫描器电压波形，以供在对工件进行注入时使用。在对工件进行注入的系统110的操作中(图4A)，控制系统154控制电源150来提供图6G的波形，其中对于在整个横向扫描方向(X方向)上的每次快速扫描，在时间TSOLUTION扫描器板电压(V136a-V136b)在每个电压间隔(例如从Vi-1到Vi)线性过渡，随着工件沿着慢扫描方向(Y方向)被平移，以便实现对工件表面的扫描，其中使用该组时间值的解TSOLUTION来提供最佳匹配以实现适当的注入均匀性。
现在参考图4A、4B、7A和7B，如上所述，本发明的另一方面在注入期间通过消除越过工件边缘的束124的不必要的过扫描来促进提高系统的扫描效率。在这方面，注意选择图4B和4C的初始电压扫描范围159来提供超出工件宽度158的端部的某种程度的束过扫描。如果该宽初始扫描范围159的一个或多个电压扫描间隔对于在位置160所测量的任何剖面间隔不贡献任何电流密度，如图7A的例子所示，矩阵A中对应的一列或多列将没有非零项，从而表明在这些电压间隔中不需要扫描束124。
因此，这样多余的列可以从矩阵A中被截断，并且在初始时间向量T0中对应的时间项可以被截断(例如在图5中的407)。如果这种选择性的截断被执行，那么留下一个具有与沿着扫描方向的m个位置对应的m行以及与n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值对应的n’列的截断的矩阵AT、以及一个长度为n’的对应的截断的时间向量T0T，其中n’小于n，如图7B所示。注意，这种截断有效地降低了在随后的注入操作中扫描束124的空间范围，由此节省了时间并提高了系统的扫描效率。
在这种情况下，初始剖面向量P0被计算为P0＝AT＊T0T，以供在计算PAVG和剖面偏差向量ΔP(上面的图6B)时使用。另外，根据截断的矩阵AT来计算逆矩阵AT -1，然后将其乘以剖面偏差向量ΔP，以获得包括n’个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝AT -1＊ΔP(上面的图6E)。此后，将扫描时间解向量确定为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与截断的初始时间向量T0T之和，其中TSOLUTION将包括n’个值。
可选择地，电压扫描间隔可以被重新定义成包括在较小范围上展开的原始数目的n个间隔，以便排除不需要的过扫描，并且校准过程可以被重复。也可以使用其他迭代方法，例如重新定义测量位置(剖面间隔)以包括在偏差最大的的区域进行更多测量，或者根据其他标准，其中所有这样的可替换方法都被设想为落入本发明和所附权利要求书的范围内。
尽管已经相对于一个或多个实施方式对本发明进行了说明和描述，但是可以对所说明的例子进行改变和/修改而不脱离所附权利要求书的精神和范围。尤其是关于由上述的部件或结构(块、单元、工具、组件、装置、电路、系统等)所执行的各种功能，除非另有说明，用来描述这种部件的术语(包括对“装置”的引用)打算对应于执行所述部件的规定功能的任何部件或结构(例如其在功能上是等同的)，即使在结构上与执行在本发明在此所说明的示例性实施方式中的功能的所公开的结构不等同。另外，虽然本发明的特定特征可能仅相对于几个实施方式中的一个被公开，但是这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征相结合，这对任何给定或特定的应用可能是期望且有利的。此外，就术语“包括”、“包含”、“具有”、“拥有”、“带有”或者其变型被用在具体实施方式和权利要求书中而言，这样的术语打算以类似于术语“包括”的方式而为包括的。

Claims (20)

1.一种用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的方法，该方法包括：
在沿扫描方向的多个位置处测量多个初始电流密度值，这些初始电流密度值分别与多个初始电压扫描间隔中的一个对应，并且与对应的多个初始扫描时间值中的一个对应；
基于测量的初始电流密度值和初始扫描时间值来建立线性方程组；以及
对于电压扫描间隔确定一组扫描时间值，所述扫描时间值对应于降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解。
2.权利要求1所述的方法，其中在整数m个位置处测量初始电流密度值，其中各个电流密度值与整数n个初始电压扫描间隔中的一个对应，以及其中m大于n。
3.权利要求2所述的方法，其中m个位置和n个初始电压扫描间隔相互不一致。
4.权利要求2所述的方法，其中建立线性方程组包括：
形成所测量的初始电流密度值的矩阵A，该矩阵具有对应于沿着扫描方向的m个位置的m行以及对应于n个初始电压扫描间隔和时间值的n列；
形成包括n个初始扫描时间值的初始时间向量T0；以及
计算包括m个初始电流密度剖面值的初始剖面向量P0，其中初始剖面向量P0＝A＊T0。
5.权利要求4所述的方法，其中确定一组扫描时间值包括：
把剖面平均值PAVG计算为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)；
计算包括m个剖面偏差值的剖面偏差向量ΔP，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m；
计算逆矩阵A-1；
将逆矩阵A-1与剖面偏差向量ΔP相乘，以获得包括n个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝A-1＊ΔP；以及
把扫描时间解向量TSOLUTION计算为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与初始时间向量T0之和，该扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0。
6.权利要求5所述的方法，其中利用奇异值分解来计算逆矩阵A-1。
7.权利要求6所述的方法，还包括：
通过消除没有非零项的一列或多列来选择性地截断矩阵A，以形成具有对应于沿着扫描方向的m个位置的m行以及对应于n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值的n’列的截断矩阵AT，其中n’小于n；以及
选择性地截断初始时间向量T0，以形成包括n’个初始扫描时间值的截断初始时间向量T0T；
其中初始剖面向量P0被计算为P0＝AT＊T0T；以及
其中确定该组扫描时间值包括：
把剖面平均值PAVG计算为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)；
计算包括m个剖面偏差值的剖面偏差向量ΔP，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m；
计算逆矩阵AT -1；
将逆矩阵AT -1与剖面偏差向量ΔP相乘，以获得包括n’个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝AT -1＊ΔP；以及
把扫描时间解向量TSOLUTION计算为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与截断初始时间向量TOT之和，该扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0T。
8.权利要求4所述的方法，还包括：
通过消除没有非零项的一列或多列来选择性地截断矩阵A，以形成具有对应于沿扫描方向的m个位置的m行以及对应于n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值的n’列的截断矩阵AT，其中n’小于n；以及
选择性地截断初始时间向量T0，以形成包括n’个初始扫描时间值的截断初始时间向量T0T；
其中初始剖面向量被计算为P0＝AT＊T0T。
9.权利要求1所述的方法，其中建立线性方程组包括：
形成测量的初始电流密度值的矩阵A，该矩阵具有对应于沿扫描方向的整数m个位置的m行以及对应于整数n个初始电压扫描间隔和时间值的n列；
形成包括n个初始扫描时间值的初始时间向量T0；以及
计算包括m个初始剖面值的初始剖面向量P0，其中初始剖面向量P0＝A＊T0。
10.权利要求9所述的方法，其中确定一组扫描时间值包括：
把剖面平均值PAVG计算为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)；
计算包括m个剖面偏差值的剖面偏差向量ΔP，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m；
计算逆矩阵A-1；
将逆矩阵A-1与剖面偏差向量ΔP相乘，以获得包括n个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝A-1＊ΔP；以及
把扫描时间解向量TSOLUTION计算为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与初始时间向量T0之和，该扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0。
11.权利要求10所述的方法，其中利用奇异值分解来计算逆矩阵A-1。
12.权利要求11所述的方法，还包括：
通过消除没有非零项的一列或多列来选择性地截断矩阵A，以形成具有对应于沿着扫描方向的m个位置的m行以及对应于n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值的n’列的截断矩阵AT，其中n’小于n；以及
选择性地截断初始时间向量T0，以形成包括n’个初始扫描时间值的截断初始时间向量T0T；
其中初始剖面向量P0被计算为P0＝AT＊T0T；以及
其中确定该组扫描时间值包括：
把剖面平均值PAVG计算为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)；
计算包括m个剖面偏差值的剖面偏差向量ΔP，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m；
计算逆矩阵AT -1；
将逆矩阵AT -1与剖面偏差向量ΔP相乘，以获得包括n’个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝AT -1＊ΔP；以及
把扫描时间解向量TSOLUTION计算为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与截断初始时间向量T0T之和，该扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0T。
13.权利要求9所述的方法，还包括：
通过消除没有非零项的一列或多列来选择性地截断矩阵A，以形成具有对应于沿着扫描方向的m个位置的m行以及对应于n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值的n’列的截断矩阵AT，其中n’小于n；以及
选择性地截断初始时间向量T0，以形成包括n’个初始扫描时间值的截断初始时间向量T0T；
其中初始剖面向量P0被计算为P0＝AT＊T0T。
14.权利要求1所述的方法，其中沿着扫描方向的所述多个位置被彼此隔开一个小于离子束的横向尺寸的剖面间隔距离。
15.一种用于在离子注入系统中校准离子束扫描器的校准系统，该校准系统包括：
剂量测定系统，其在离子注入系统的工件位置中在沿扫描方向的对应的多个位置处可操作地测量多个初始电流密度值；以及
控制系统，其与剂量测定系统以及和离子注入系统的束扫描器相关的电源可操作地耦合，该控制系统可操作用于使扫描器在离子注入系统的整个工件位置上，在扫描方向上根据多个初始电压扫描间隔和对应的多个初始电压扫描时间值来扫描离子束一次或多次，以使剂量测定系统可以在离子注入系统的工件位置中，在沿扫描方向的多个位置处测量多个初始电流密度值；
其中这些初始电流密度值分别与所述多个初始电压扫描间隔中的一个对应，并且与对应的所述多个初始扫描时间值中的一个对应；以及
其中该控制系统进一步可操作用于基于测量的初始电流密度值和初始扫描时间值来建立线性方程组，并且对于扫描电压间隔确定一组扫描时间值，所述扫描时间值对应于降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解。
16.权利要求15所述的校准系统，其中该控制系统可操作用于：形成测量的初始电流密度值的矩阵A，该矩阵A具有对应于沿着扫描方向的整数m个位置的m行以及对应于整数n个初始电压扫描间隔和时间值的n列；形成包括n个初始扫描时间值的初始时间向量T0；以及计算包括m个初始剖面值的初始剖面向量P0，其中初始剖面向量P0＝A＊T0。
17.权利要求16所述的校准系统，其中该控制系统可操作用于：把剖面平均值PAVG计算为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)；计算包括m个剖面偏差值的剖面偏差向量ΔP，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m；计算逆矩阵A-1；将逆矩阵A-1与剖面偏差向量ΔP相乘，以获得包括n个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝A-1＊ΔP；以及把扫描时间解向量TSOLUTION计算为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与初始时间向量T0之和，该扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0。
18.权利要求17所述的校准系统，其中该控制系统可操作用于利用奇异值分解来计算逆矩阵A-1。
19.权利要求18所述的校准系统，其中该控制系统进一步可操作用于：通过消除没有非零项的一列或多列来选择性地截断矩阵A，以形成具有对应于沿着扫描方向的m个位置的m行以及对应于n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值的n’列的截断矩阵AT，其中n’小于n；以及选择性地截断初始时间向量T0，以形成包括n’个初始扫描时间值的截断初始时间向量T0T；
其中该控制系统把初始剖面向量P0计算为P0＝AT＊T0T；以及
其中该控制系统通过下述来确定该组扫描时间值：把剖面平均值PAVG计算为m个初始剖面值的平均值，其中PAVG＝(1/m)＊(P01+P02+...+P0m)；计算包括m个剖面偏差值的剖面偏差向量ΔP，其中ΔPj＝P0j-PAVG，其中j＝1到m；计算逆矩阵AT -1；将逆矩阵AT -1与剖面偏差向量ΔP相乘，以获得包括n’个扫描时间偏差值的时间偏差解向量ΔTSOLUTION，其中ΔTSOLUTION＝AT -1＊ΔP；以及把扫描时间解向量TSOLUTION计算为时间偏差解向量ΔTSOLUTION与截断初始时间向量T0T之和，该扫描时间解向量TSOLUTION包括与降低电流密度剖面偏差的线性方程组的解对应的该组扫描时间值，其中TSOLUTION＝ΔTSOLUTION+T0T。
20.权利要求16所述的校准系统，其中该控制系统进一步可操作用于通过消除没有非零项的一列或多列来选择性地截断矩阵A，以形成具有对应于沿着扫描方向的m个位置的m行以及对应于n’个剩余初始电压扫描间隔和时间值的n’列的截断矩阵AT，其中n’小于n；
其中该控制系统选择性地截断初始时间向量T0，以形成包括n’个初始扫描时间值的截断初始时间向量T0T；以及
其中该控制系统把初始剖面向量P0计算为P0＝AT＊T0T。
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