CN101189698A - 二维固定射束图形及角度映射 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子束均匀度检测器，包括在平行平面上放置的并以选定的距离分开的多个水平条和多个垂直条。由所述水平和垂直条的交点定义交叉测量点。通过选择性地以及继续地施加脉冲到所述垂直条以及同时偏置所述水平条，可以获得所述交叉测量点的测量值，然后使用该测量值确定在所述交叉测量点处离子束形状和离子束强度。基于这些测量值，可以对连续的离子注入作出调整以便于提高在强度方面的均匀性，同时提供所期望的射束形状。此外，也可以使用多对垂直和水平条来获得表示出在各个交叉点处在二维内的入射角的测量值。

Description

二维固定射束图形及角度映射

参考的相关申请

本申请与于2003年4月29日提交的美国专利申请No.10/425,924，现于2004年1月13日出版的美国专利申请No.6,677,598，题目为“射束均匀度及角度分布测量系统”有关。

技术领域

本发明总体涉及离子注入装置，更具体地，涉及二维射束图形及角度映射的系统和方法。

背景技术

相对于扩散为化学过程，离子注入为物理过程，其运用在半导体装置制造中，以选择性地将掺杂剂注入到半导体和/或晶片材料内。这样，注入动作并不依赖于掺杂剂与半导体材料之间的化学反应。对于离子注入，掺杂剂原子/分子被离子化及隔离，有时会被加速或减速，构成一射束，并且扫过一晶片。掺杂剂离子可以物理性地轰击该晶片，进入该晶片表面并停在该表面的下方。

离子注入系统是复杂子系统的集合，各子系统对掺杂剂离子进行特定的操作。气体或固体形式的掺杂剂元素被置于电离腔内并且通过合适的电离工序离子化。在一个典型的工序中，将腔保持在低压(真空)下。一细丝位于该腔的内部并被加热到可以从该细丝源产生电子的那一点上。带负电的电子被吸引到也在该腔内部的带正电的阳极。在从细丝到阳极的移动过程中，电子撞击掺杂剂源元素(例如，分子或原子)并且从该分子内的元素产生许多带正电的宿主。

一般来说，除了所需的掺杂剂离子外，还会产生其他的正离子。通过称为分析、质量分析、选择、或离子分离的工序从离子中选择需要的掺杂剂离子。利用质量分析器来完成选择，该质量分析器产生使离子从电离腔通过的磁场。离子在相对高的速度下离开电离腔并且被磁场弯曲成一弧线。该弧线的半径取决于各离子的质量、速度以及磁场强度。分析器的出口仅仅允许一种离子，即所需要的掺杂剂离子离开该质量分析器。

在一些情况下采用称为线性加速器的加速系统，将需要的掺杂剂离子加速或减速至预定的动量(例如，掺杂剂的质量乘以其速度)以穿透晶片的表面。为了加速，该系统通常为具有环形通电电极以及多对沿其轴向的四倍透镜的线性设计。这些四倍的透镜通过负或正电位被提供功率。当掺杂剂离子进入其内部时，它们会经此而被通电电极加速，并(作为一射束)由该四倍的透镜选择性地聚焦和散焦。

然后，掺杂剂离子会被引导向位于终端站处的目标晶片。掺杂剂离子，作为射束，以一射束强度以及发射度撞击晶片，该射束强度为随位置的变化每单位时间粒子数目的量，发射强度为随位置的变化该射束的角度分布(入射角)。一般地，要求该射束强度以及发射度足够地均匀并且具有预期的或需要的数值。

发明内容

以下提供了一个可以基本上了解本发明的一个或多个方面的简化概要。此概要不是本发明的广泛概述，也不是为区分本发明的重要或关键的要素，或者为了说明其范围。相反，此概要的主要目的是以简化的形式提供本发明的一些概念，作为稍后提供的更详细的说明书的序文。

本发明通过监控离子束的强度和/或发射度的均匀度使半导体器件的制造容易，其对于在离子注入中决定和提供均匀度是重要的。该均匀度可以在足够的空间分辨率下相对快地获得以允许为后续处理得到一个相对均匀的离子注入。

本发明的均匀度检测器包括置于平行平面上且以选定的距离分开的许多水平条和垂直条。定义所述水平和垂直条的交叉点为交叉测量点。通过选择以及顺序地施加负脉冲到所述垂直条并且同时地偏置所述这些水平条，可以获得对于交叉测量点的测量结果，然后将其用于决定射束在所述交叉测量点处的密度。基于这些测量结果，可以对持续的离子注入工序进行调整以便于在强度方面增加均匀度。本发明的另一个均匀检测器包括置于平行平面上且以选定的距离分开的许多对水平条和垂直条。定义所述多对水平条和所述多对垂直条的交叉点为交叉测量点。通过选择以及顺序地施加负脉冲到所述多对垂直条并且同时地偏置所述多对水平条，可以获得对于交叉测量点的测量结果，然后将其用于决定射束在所述交叉测量点处的离子束强密度、以及入射角的值。基于这些测量结果，可以对持续的离子注入工序进行调整以便于在发射度和强度方面增加均匀度同时提供需要的射束形状。

为了完成前述的和叙述的目的，本发明由下文中的充分描述构成并且在权利要求中特别地提出的特征。以下的说明及附图详细陈述了本发明的某些示例性的方面以及实施。然而，这些说明仅指示出其中运用了本发明原理的各种方式中的一些。当连同附图一起考虑时，从下面的本发明的具体的说明书充分了解本发明其他的目标，优点以及新颖特性。

附图说明

图1为示出根据本发明的一个方面的单一晶片离子注入系统的方框图。

图2为示出了单维均匀度检测器的一部分的图。

图3为示出了根据本发明的一个方面的均匀度检测器的图。

图4为根据本发明的另一个方面的均匀度检测器的一个条对的截面图。

图5为示出了根据本发明的一个方面的双条均匀度检测器的图。

图6A为根据本发明的一个方面沿着垂直条的图5的均匀度检测器的双条对的截面图。

图6B为根据本发明的一个方面沿着水平条的图5的双条均匀度检测器的截面图。

图7为示出了根据本发明的一个方面的高通积分器的图。

图8为根据本发明的一个方面在第一运行模式的检测器的一部分的截面图。

图9为根据本发明的一个方面在第二运行模式的检测器的一部分的截面图。

图10为根据本发明的一个方面的均匀度检测器的平面图。

图11为示出了根据本发明的一个方面用于均匀度检测器的交叉点的获得电荷输出测量的方法的流程图。

图12为示出了根据本发明的一个方面获得在多维中的入射角以及入射离子束强度的方法的流程图。

具体实施方式

将参照附图说明本发明，其中在全文中相同的标号用于表示相同的元件。本领域技术人员应了解本发明不限于示意性的实施例以及以下所举例和说明的方面。

离子束剖面(profile)以及角度范围在决定离子注入的均匀度以及在离子注入工序中进行增加均匀度的调整是重要的。均匀度的一个特征为离子束强度，其为在离子束的横截面的给定位置处每单位时间粒子数目的量。均匀度的另一个特征为离子束发射度，其为在射束中位置的函数的射束的角的分布。离子束剖面为在一维或二维中射束横断面的离子束强度的量。

在这一类型的离子注入机(例如，连续离子注入机)中，目标晶片保持固定并且离子束扫过晶片表面。其他类型的被称为批量离子注入机的离子注入机使用旋转式圆盘或在其上粘贴许多旋转通过入射离子束的晶片的台板。对于这两种类型，射束均匀度对于获得需要的均匀的离子注入是重要的。

一些现有的离子注入系统使用旋转式圆盘断面测量仪或线性阵列来在离子注入期间测量射束特征。该旋转式圆盘断面测量仪使用旋转式圆盘并且以螺旋孔图形测量射束强度。然而，该旋转式圆盘断面测量仪仅有有限的分辨率，需要旋转式圆盘和相关联的旋转式机械装置，以及数据的获得相对较慢。该线性阵列使用机械扫描并且相对较慢，需要相对较大的空间以及不利地影响离子注入工序的可靠性。此外，该线性阵列被限制为一维，并且因此未能提供二维映射。

离子束剖面以及角度范围在决定离子注入的均匀度方面重要的，特别是在连续注入机中目标晶片的不同部分由射束的不同部分注入。可能需要在离子注入期间操作角度范围和剖面以便于在整个目标晶片上获得足够均匀的注入。在这些操作之后，测量射束分布以修正当前的离子注入并且指导进一步的离子注入。

本发明通过监控离子束在强度和/或发射度方面的均匀度来促进半导体器件的制造，该均匀度在离子注入中决定以及提供均匀度是重要的。该均匀度可以在足够的空间分辨率下相对快地获得以允许为后续处理离子束得到一个相对均匀的离子注入。在离子注入前(例如，校准)，在离子注入期间(例如，在原位)，或者在离子注入后(例如，检验)可以提供测量。基于所述均匀度的测量值，可以实时地调整离子束以改善均匀度。结果，离子注入在改善的均匀度以及更严密的工艺控制下进行。

从图1开始，示出了根据本发明的一个方面的简化的示意性的连续晶片离子注入系统100的方框图。所述系统100包括腔102，包括源的离子注入系统104，均匀度检测器106，以及也称为基座或终端站的模块110，其保持一个晶片108。为示意性的目的给出了在图1描述的系统100，而不是要包括离子注入系统的所有方面、元件和特征。相反，所述系统100是为了更容易地进一步理解本发明而说明的。

所述离子注入系统104产生离子束112，通常为带状射束或扫描锐方向性射束，所述离子束具有包括形状、掺杂剂类型、剂量、射束流、强度、发射度、入射角、能量等多个特征。虽然所述离子束112被描述为基本上与所述晶片108的表面正交，但是所述离子束112可以与所述晶片108表面成其他的角度(例如，Θ＞0，其中0为射束与所述表面垂直)。

如上所述，所述模块110，例如通过机械或静电夹子保持所述晶片108。此外，操作所述模块110移动所述晶片(如示出的)以受控制的速度通过所述离子束112以便于获得需要的注入结果。在一个可选的方面，移动所述离子束112单次或多次通过所述晶片。一般地，在所述晶片108的单次通过所述离子束112来完成特定的离子注入。通过这样做，因为所述晶片108的所有部分或局部都以大约相同的速度移动通过所述离子束112，所以可以获得整个所述晶片108的足够均匀的离子注入。相反地，其他的离子注入系统也能够使用结合本发明的处理圆盘。

在这一实施例中均匀度检测器106位于所述模块110下方并且与所述离子束112成一直线。所述检测器106被示为处于固定的位置。应当理解本发明的可选的方面包括任何合适数目的检测器，位于其他位置的检测器以及可移动的检测器。例如，所述检测器106可以是集成于所述模块或基座110上并且可以与所述晶片108处于大致相同的平面上。所述检测器106在多个位置处测量离子束112横断面的射束流的均匀度，其也显示出所述离子束112的形状。此外，所述检测器106会在二维中的多个位置获得离子束112的入射角的测量值。可利用所述射束流均匀度以及入射角的测量值来调整由所述离子注入系统104产生的离子束112，从而改善均匀度。此外，可利用这些测量值以便当各测量值表示出显著的偏离时指示晶片受损。

所述检测器106包含一系列分别包含孔径以及交叉点的元件。所述孔径可让仅仅一部分的离子束112(被称为小射束)通过所述交叉点。由每个传感器所测得的射束流可以用来表示所述小射束的入射角度，并因此表示一部分离子束112的入射角度。从而，可利用各交叉点获得入射角的测量值，并且各元件的测量值可以用于确定整个离子束112上的入射角的均匀度。根据本发明的适当检测器的进一步细节及范例在下文中进行说明。

现参照图2，示出了单维检测器200的一部分的截面图。这一横截面沿着正交维度、在覆盖了被映射的射束的一个最大维度的长度上是均匀的。所述检测器200由掩模206和一系列传感器对212(S1和S2)构成，限定多个元件，这些传感器对被操作以获得在第一方向上的入射角的测量值以及射束均匀度的测量值。所述均匀度检测器200能够在离子束208的不同部分获得这些均匀度的测量值，从而表示在单维中所述离子束在射束流及入射角方面的均匀度。

各个元件包括缝隙孔径214、第一射束流传感器202、以及第二射束流传感器204。所述孔径214由所述掩模206限定并且根据孔径214的宽度w从所述离子束208获得小射束210。所述第一射束流传感器202和第二射束流传感器204对称地放置在所述孔径214下方的一距离g处，且通过间隔215彼此分开。所述传感器(202和204)从所述小射束210获得射束流的测量值(第一和第二测量值)。由于它们的定位，所述第一传感器202和第二传感器204会测量到依据所述小射束210以及离子射束208的入射角而定的射束流的不同量。作为一个范例，与所述第一传感器202相比，如图2所示的小射束210将由所述第二传感器204产生更大的测量射束流。应当注意的是如果入射角A大约为零(例如射束大致垂直于检测器)，那么这些传感器(202和204)的测量射束流大约相等。

小射束210的入射角A为所述第一测量值和第二测量值的函数。根据本发明可以使用确定所述入射角A的适合的公式如下：

A＝((S1-S2)/(S1+S2))*w/2g  (公式1)

其中A为入射角，S1为第一测得的射束流，S2为第二测得的射束流，w为孔径的宽度，以及g为传感器位于掩模206或孔径214下方的距离。也可以采用其他适合的公式来获得入射角和/或入射角的表示而且仍属于本发明的范围内。而且，所述第一测得的射束流和第二测得的射束流可彼此相加(S1+S2)，以提供在单维中的元件处沿其他维度求平均的射束流的表示。

所述检测器200仅能够对于单维获得沿着正交维度求平均的入射角。结果，可以使用其他类似的检测器并且对准正交于所述检测器200，从而在第二方向获得平均的入射角的测量值。

如果M为缝隙或传感器对在一维中的数量，N为缝隙和传感器对在其他维度中的数量，那么所述检测器产生M和N个强度剖面值，以及M和N个角度剖面值。

相反，本发明中所描述的检测器，在每个点(不是在一个维度上求平均)测量强度和角度，产生N×M个值的强度剖面图，以及M×N个值的角度剖面图，因此更加准确地表征这些特性。

图3为示出根据本发明的一个方面均匀度检测器300的图。所述检测器300可以被操作以表征离子束的射束强度和形状。此外，所述检测器300可以用作在显影下射束线中的诊断工具，在其中评估离子的光学元素。一般地，置于所述检测器之上并且具有一个或多个限定孔径的掩模(未示出)选择性地允许入射离子束的一部分(被称为小射束)撞击所述传感器300。在下文中对适当掩模的进一步进行说明。

所述均匀度检测器300包括多个垂直条301和多个水平条302。相比所述水平条302，所述垂直条301被安置成在入射离子束的下游(或后面)。这些条(301和302)的交点定义为交叉点。所述垂直条301分别经由水平多路复用器开关303连接并且接收输入脉冲，以及也通过多个二极管306连接到地。当被选择时，所述输入脉冲提供所述垂直条301到水平条302的反向偏置。所述水平条302经由多个水平多路复用器开关304连接到电荷收集电路308和地。在下面详细描述的多个高通滤波器305在所述水平多路复用器开关304之前插入在所述水平条302上以便于消除交叉条的干扰(例如，从一个条到另一个条的DC偏置的影响)。所述电荷收集电路308连接到所述水平多路复用器开关304并提供输出电荷，该输出电荷为用于特定的交叉点的射束强度的表示。

下面给出用于所述均匀度检测器300的元件的一些示意性的尺寸。所述水平条302和垂直条301是由导电材料构成并且具有相对小的直径(例如，大约1mm)。水平条302之间的间距和垂直条301之间的间距也相对小(例如，大约5.0mm)。所述掩模具有适合的矩形尺寸(例如，3×3平方mm)的孔径并且离所述交叉点有一个适合的距离(例如，2.5mm)。应当理解本发明预期对于所述均匀度检测器300的元件的其他适合的尺寸。

典型地，对于所述均匀度检测器的元件所述尺寸是根据所需的空间分辨率、角度分辨率以及角度范围选择的。一般地，较小直径的条301和302被用于高密度栅格和高分辨率(例如，较高的空间分辨率)。在垂直条301和水平条302之间较大的间隔以及从交叉点到掩模的较大的距离，提供了高的角度分辨率，但却低的角度范围，以及对准的关键性。相反，较大直径的条可以提供低密度分辨率，但是要求在垂直条301和水平条302之间较小的间隔以及从交叉点到掩模的较小的距离，提供了较宽的角度范围并且对于对准不敏感。结果，根据预先的离子束特性以及离子注入的目标选择所述尺寸。

在操作过程中，选择并同时连接一个垂直条301和一个水平条302，以便于在相关联的交叉点处获得一个测量值的样本。例如，用于垂直条的垂直多路复用器开关310接通，从而将所述垂直条连接到所述输入脉冲。此外，水平多路复用器开关312接通并且可以获得对于电流交叉点314的电荷的测量值。由于入射离子束而在所述电流交叉点314处产生的次级电子发射由施加到所述垂直条的输入脉冲驱动进入到相邻的水平条404。这些次级电子发射通过所述放大器电荷电路308产生测量的输出电荷，该输出电荷为在所述交叉点314处射束强度的表示。一般地，所述输出电荷与在那个交叉点的电流密度是成比例的。如果所述测量到的输出电荷大约是零，那么可以假设所述入射离子束没有撞击那个特定的交叉点314。

图4为示出了根据本发明的另一个方面的单一条均匀度检测器400的截面图。该视图仅包括所述检测器400的一部分，其包括如图3中所示的其他水平条，垂直条等等。这里，该视图包括掩模402，其允许入射离子束的一部分408通过。所述被允许通过的部分也可以被称为小射束408。

不但有水平条404而且有垂直条406，其在下游并且正交于所述水平条404。通常经由适当的开关(未示出)选择所述垂直条406和水平条404以测试相关联的交叉点的输出电荷。在这一方面，所述水平条404受到正向脉冲作用并且所述垂直条406被偏置到负值或接地值。结果，所述小射束408撞击所述水平条404和垂直条406，引起次级电子发射通过所述受正向脉冲作用的水平条404产生和收集。测量这些发射作为所述相关联的交叉点的电荷输出值并且所述电荷输出与在所述相关联的交叉点处的射束强度有关或者为在所述相关联的交叉点处的射束强度的函数。

图5为示出了根据本发明的另一方面的双条均匀度探测器500的图。所述探测器500可以被操作以表征离子束的射束强度和形状。此外，所述检测器500可以用作在显影下射束线中的诊断工具，在其中评估离子的光学元素。一般地，具有限定孔径的掩模选择性地允许入射离子束的一部分撞击所述传感器500。

所述均匀度检测器500包括多对垂直条501和多对水平条502。相比所述水平对502，所述垂直对501在入射离子束的下游(或后面)。这些对条(501和502)的交点定义为交叉点，其为一对垂直条与一对水平条交叉的地方。所述垂直对501经由水平多路复用器开关503连接并且接收输入脉冲，以及也通过多个二极管506连接到地。所述输入脉冲提供反向偏置。所述水平对502经由多个水平多路复用器开关504连接到电荷收集电路508并且也连接到地。在下面详细描述的多个高通滤波器505在所述水平多路复用器开关504之前插入在所述水平条对502上以便于消除交叉条的干扰(例如，从一个条到另一个条的DC偏置的影响)。所述电荷收集电路508连接到所述水平多路复用器开关504并提供输出电荷，该输出电荷为用于特定的交叉点的射束强度的表示。

下面给出用于所述均匀度检测器500的元件的一些示意性的尺寸。所述水平对502和垂直对501是由导电材料构成并且具有相对小的直径(例如，大约1mm)。水平对502之间的间距和垂直对501之间的间距也相对小(例如，大约5.0mm)。在水平和垂直对(501和502)的条之间的间距为适合的值(例如，大约2.5mm)。所述掩模具有适合的矩形尺寸(例如，3×3平方mm)的孔径并且离所述交叉点有一个适合的距离(例如，2.5mm)。应当理解本发明预期了对于所述均匀度检测器500的元件的其他适合的尺寸。

典型地，对于所述检测器的元件所述尺寸是根据所需的空间分辨率、角度分辨率以及所需角度范围选择的。一般地，较小直径的条501和502被用于高密度栅格和高分辨率(例如，较高的空间分辨率)。较小直径的条、在垂直的501和水平的502对之间较大的间隔、条之间的较大间隔以及从交叉点到掩模的较大的距离，提供了高的角度分辨率，低的角度范围，以及对准的关键性。相反，较大直径的条可以提供低密度分辨率，但是要求在垂直条501和水平条502之间较小间隔以及从交叉点到掩模的较小距离，提供了较宽的角度范围并且对于对准较不敏感。结果，根据预先的离子束特性以及离子注入的目标选择所述尺寸。

在操作过程中，选择并同时连接一对垂直条和一对水平条，以便于在相关联的交叉点处获得一个测量值的样本。例如，用于垂直条对的垂直多路复用器开关510接通并将所述对连接到所述输入脉冲。此外，水平多路复用器开关512接通并且可以获得对于电流交叉点514的电荷的测量值。由于入射离子束在所述电流交叉点514处产生次级电子发射。所述输入脉冲施加到所述垂直条，驱动该电流到相邻的水平条上。这些次级电子发射通过所述电荷电路508收集并且产生测量的一个(多个)输出电荷，所述输出电荷在所述交叉点514处射束强度的表示。一般地，在所述交叉点514的射束强度越大，测量到的输出电荷就越大。如果所述测量到的输出电荷大约是零，那么可以假设所述入射离子束没有撞击所述交叉点514。此外，所述测量到的电荷表示所述入射离子束的入射角的值。关于获得所述入射角的值的详细说明如下。

图6A为根据本发明的一个方面沿着垂直条的图5的双条均匀度检测器500的截面图。该视图还示出了如何在垂直维度中获得入射角的测量值。

图6A中所示的视图包括掩模552，其包括具有选定尺寸的孔径以允许入射离子束的一部分558通过。所述被允许通过的部分也被称为小射束558。

该视图描述了单个垂直条556和作为一对水平条操作的第一水平条554与第二水平条555。所述单个垂直条556和第二垂直条(未示出)作为一对垂直条操作。所述掩模552仅允许所选定的小射束558通过所述掩模552并撞击所述条(554，555，和556)。所述小射束558撞击第一水平条554、第二水平条555、以及所述垂直条556的部分。结果，次级发射电流从区域560和562产生。然而，由于相对于掩模中的孔径的所述小射束558的入射角559，以及所述水平条554、555的组合阴影，产生了不同发射数目。对每个水平条(554和555)测量第一和第二电荷输出值，然后用它们来获得所述入射角559。一般地，所述入射角559与所述第一和第二电荷输出值之间的差值成比例。此外，如上所述，第一和第二电荷输出值为在所述交叉点处射束强度的表示。

图6B为根据本发明的一个方面沿着水平条的图5的双条均匀度检测器500的另一个截面图。该视图还示出了如何在水平维度中获得入射角的测量值。

图6B中所示的视图包括掩模552，其包括具有选定尺寸的孔径以允许入射离子束的一部分558通过。所述被允许通过的部分也被称为小射束558。

该视图描述了单个水平条554和作为一对垂直条操作的第一垂直条556与第二垂直条557。所述掩模552仅允许所选定的小射束558通过所述掩模552并撞击所述条(554，555，和556)。所述小射束558撞击所述水平条554、第一垂直条556、以及第二垂直条557的部分。结果，产生第一次级电子发射564和第二次级电子发射566。然而，由于所述小射束558的入射角559，因此所述入射离子束产生了不同发射数目。根据对于第一垂直条556的第一脉冲以及对于第二垂直条557的第二脉冲，测量对于所述水平条554的第一和第二电荷输出值，然后用它们来获得所述入射角568。一般地，所述入射角568与所述第一和第二电荷输出值之间的差值成比例。此外，如上所述，第一和第二电荷输出值为在所述交叉点出射束强度的表示。

图7为示出了根据本发明的一个方面的高通积分器700的图。典型地，高通积分器存在于本发明的检测器中并且对于每个垂直条有高通积分器连接到各自的水平多路复用器开关，该水平多路复用器开关连接到电荷输出电路。所述高通积分器700可以用作本发明的均匀度检测器中的高通滤波器，例如，图3的高通滤波器305和图5的高通滤波器505。

输入电流(Iin)，流过当前选择的交叉点的电流，被所述高通积分器求积分以产生电压输出(V_O)。所述积分器700在差分放大器702的负端接收所述输入电流。存在第一电阻器(R)并且其使所述负的输入端连接到所述差分放大器602的输出端。第一电容器(C1)的第一端也连接到所述差分放大器702的所述输出端。第二电阻器(r)具有连接到所述第一电容器(C1)的第二端的第一端以及连接到水平多路复用器开关704和所述差分放大器702的正的输入端的第二端。第二电容器(C2)的第一端也连接到所述正的输入端并且第二端连接到地。

所述高通积分器700对所述输入电流Iin求积分以产生输出电压V_O，所根据的方程式为：

            V_O≈Iin*R/r*∫_TIinn·dt

其中T为施加到所选定的垂直条的负脉冲的时间周期。

所述高通积分器700的作用是减小整个条中稳定状态的漏电流，而与从离子束在交叉点处撞击产生的次级电子发射无关。将仅对通过施加的脉冲激活的电流求积分，所述电流驱动所述次级电子穿过所述节点。应当理解可以仍然连同本发明使用其他适合的高通积分器/滤波器实现上述功能。

图8为根据本发明的一个方面在第一操作模式中检测器的局部截面图800。该视图用来示出可以通过本发明的检测器使用的基本操作模式。

该视图800包括具有允许入射离子束的小射束808向下游通过的孔径的掩模802。所述孔径为矩形并且具有长816和宽(未示出)。选择所述长和宽以获得适合形状和大小的小射束808。有第一条804也有第二条806，所述第二条如图8中所示在所述第一条的后面或下游。此外，所述第一条804和第二条806被以彼此90度的偏移角定位以便于它们互相垂直。所述第二条806被定位在到所述掩模802的第一距离814并且与所述掩模802的平面平行。所述第一条804被定位在所述第二条806的上游的第二距离812并且也与所述掩模802的平面平行。

对于所述第一操作模式，施加负脉冲到所述第二条806。结果，所述小射束808引起产生从所述第二条806到第一条804流动的次级电子发射，如在点808和810处表示的。然后可以从所述第一条804测量所述次级电子发射并如上文所述进行使用。

图9为根据本发明的一个方面在第二操作模式中检测器的局部截面图900。该视图900，像图8中的一样，用来示出可以通过本发明的检测器使用的基本操作模式。

该视图900包括具有允许入射离子束的小射束908向下游通过的孔径的掩模902。有第一条904也有第二条906，所述第二条如图9中所示在所述第一条的后面或下游。此外，所述第一条904和第二条906被以彼此90度的偏移角定位以便于它们互相垂直。

对于所述第二操作模式，所述小射束908引起产生从所述第一条904到第二条906流动的次级电子发射，如在点912和914处表示的。这些次级电子发射由施加到904的负电压脉冲驱动到所述第二条906上并如上文所述进行使用。

上文所述的图8和9示出了可以通过本发明的检测器使用的两种操作模式。而且，根据本发明在操作方面，水平和垂直条可以相互交换并且根据本发明水平条可以被置于在垂直条后面的下游，而不是颠倒。

图10为根据本发明的一个方面均匀度检测器1000的平面图。所述均匀度检测器1000被显示具有层叠所述均匀度检测器1000的掩模1002。出于示意性的目的，给出该视图并且所述检测器的一些部分没有给出和/或说明。

所述掩模1002具有多个矩形孔径1004，其选择性地允许入射离子束的小射束穿通以达到下面的点交叉。所述孔径1004具有选定的形状，其降低来自相邻或附近的交叉点的噪声、干扰，并且在各个交叉点处提供适合的信号。

存在水平条1005和垂直条1006并且它们被定位在所述掩模1004之下并且在入射离子束的下游。所述水平条1005和垂直条1006被定位在所述掩模1002之下的选定距离处并互相垂直。交叉点被定义为所述水平条1005和垂直条1006的交点。应当理解的是所述水平条1005和垂直条1006可以被例如根据本发明关于图5中描述过的双条或条对代替。

水平多路复用器开关1007在一侧上连接到所述水平条1005。另一侧，所述水平条1005连接到地。垂直多路复用器开关1008在一侧上连接到所述垂直条106。另一侧，所述垂直条106连接到二极管1010，所述二极管连接到地并且消除来自其他垂直条1006和/或水平条1005的干扰。

在操作过程中，单个水平多路复用器开关接通使相关联的水平条连接到电荷输出电路。顺序施加负脉冲到所述垂直条1006，接通电流垂直多路复用器开关，施加负脉冲，关断所述电流多路复用器开关，以及对下一个垂直多路复用器开关重复直到相关联的水平行的电荷测量值已经被获得。对下一行再重复整个过程。作为一个实例，图10示出了接通的电流垂直多路复用器开关1014和电流水平多路复用器开关1012。结果，通过施加负脉冲到所述连接的垂直条在交叉点1016处获得电荷输出的测量值。

鉴于如前所述的结构以及功能特性，可参照上述附图和说明更好的了解根据本发明的各个方面的方法。虽然，为了说明简单的目的，图11和12的方法按照执行顺序进行说明和描述，但是应当明白和理解的是本发明并不限于所述顺序，因为根据本发明的某些方面可以按照与在这里示出和描述的其他方面不同的顺序和/或同时出现。此外，为实施根据本发明的一个方面的方法，并不需要所有示出的特点。

现参照图11，其为根据本发明的一个方面示出了获得均匀度检测器的交叉点的电荷输出测量值的方法1100的流程图。所述检测器包括水平行和垂直列，该水平行包括单个水平条或一对水平条，该垂直列包括单个垂直条或一对垂直条。所述水平行和垂直列在获得电荷输出测量值的交叉点处相交。

所述方法1100开始于方框1102，其中选择初始水平行。与所述初始水平行相关联的一个(多个)水平条连接到电荷输出电路。在方框1104，选择初始垂直列。与所述初始垂直列相关联的一个(多个)垂直条连接到输入脉冲电路。

在方框1106施加脉冲到所述初始垂直列并且该脉冲基于结构以及极性为正或负以收集次级电子。所述脉冲可以具有大约1毫秒的时间周期和大约20伏的电压值。小射束同时地撞击相关联的水平和垂直条，引起产生次级电子发射。这些发射被转换并获得作为对于电流交叉点的电荷输出测量值。

在方框1110确定是否另外的垂直列仍被处理。如果是，那么在方框1112选择下一个相邻的垂直列并且所述方法回到方框1106。否则，在方框1114确定是否另外的水平行仍被处理。如果是，那么在方框1116选择下一个水平行并且所述方法回到方框1104，其中对所述下一个水平行执行所述垂直列的处理。否则，对于所述交叉点的测量值已经获得并且所述测量值被收集为一个集合，以及在方框1118用作反馈以改善所述离子束相关于强度、形状、和/或发射度的均匀度。所述方法可以被重复所需次数以获得附加的电荷输出值的集合。

通过所述方法获得的电荷输出值可以用于表示入射离子束在大小、形状、强度、以及发射度方面的特征。应当理解的是由于设计的简单化，所述方法的运行可以相对快，如图3和5中所示。例如，一个30行乘30列的检测器可以在几毫秒中获得所有交叉点(900个交叉点)的电荷测量值。

图12为根据本发明的一个方面获得入射离子束在多维中的入射角以及强度的方法1200。所述方法1200获得这些对于双条均匀度检测器的单个交叉点的特性。

所述方法开始于方框1202，其中选择一对垂直条和一对水平条。如前面所述，所述垂直条连接到脉冲产生电路并且所述水平条连接到电荷输出电路。典型地，进行选择意味着对于相关联的条的多路复用器开关接通。

在方框1204脉冲(例如，负脉冲)施加到一对垂直条的第一垂直条且从一对水平条获得第一和第二电荷测量值。在方框1206脉冲施加到该对垂直条的第二垂直条且从该对水平条获得第三和第四电荷测量值。在方框1208对于所述电流交叉点根据所述第一、第二、第三和第四电荷测量值确定射束强度。接着，在方框1210确定作为所述第一和第二电荷测量值的函数的在垂直维度中的入射角。这些测量值定义了表示入射角的比值。然后在方框1212确定作为所述第一和第三电荷测量值的函数的在水平维度中的入射角。可替换地或除此之外，可以使用所述第二和第四电荷测量值来确定在水平维度中的入射角。

虽然已经参照一个或多个实施例对本发明进行了说明以及描述，但是本领域技术人员通过阅读及了解本说明书及各附图后，可以解可进行等效替代及修改。特别是关于上述各元件(组件、装置、电路、系统等)所执行的各种功能、用于描述上述元件的术语(包括参照“方法”)，即使其在结构上不等同于在本发明示范性的实施例内执行该功能所揭示的结构，但除另行说明外，对应于任何可执行所述元件的特定功能的元件(也就是在功能上等效)。此外，尽管已经仅对几个实施方式中的一个公开了本发明的特定特性，但是如果需要该特征可以与其他实施例中的一个或多个其他特征结合，并且其对于任何给定的或特殊的应用是有利的。此外，在某种程度上术语“包括”、“具有”、“带有”或其变化可以在详细的说明书或权利要求书中使用，这些术语是为了以类似于术语“包含”的方式进行包括的。

Claims (20)

1.一种射束均匀度测量系统，包括：

多个在第一方向延伸的垂直条，其通过垂直条选择机构选择性地接收脉冲信号；

在与所述第一方向不平行的第二方向延伸的多个水平条，所述多个水平条在所述多个垂直条的上游并且偏置到高于负脉冲信号的电压，其中在所述多个水平条和多个垂直条的交点处定义多个交叉测量点；以及

电荷输出电路，其通过水平条选择机构选择性地扫描所述多个水平条，以便响应入射离子束，从所述多个水平条获得对应于次级电子发射的信号。

2.权利要求1的系统，还包括在所述垂直条上游的掩模，该掩模包括从传送到下面的交叉测量点的入射离子束选择性地获得小射束的多个孔径。

3.权利要求2的系统，其中所述孔径具有矩形形状，其是包括噪声和信号强度的所要的小射束的函数。

4.权利要求1的系统，其中所述电荷输出电路在所述多个交叉测量点根据所接收到的次级电子发射确定射束强度。

5.权利要求1的系统，其中所述电荷输出电路根据所接收到的次级电子发射确定电荷输出值。

6.权利要求1的系统，其中所述电荷输出电路根据所接收到的次级电子发射确定射束形状。

7.一种射束均匀度测量系统，包括：

多对垂直条，其选择性地接收正脉冲信号；

在所述多对垂直条的上游并且偏置到高于负脉冲信号的电压的多对水平条，其中所述多对水平条与所述多对垂直条基本垂直并且在多对水平条和多对垂直条的交点处定义多个交叉测量点；以及

电荷输出电路，其响应入射离子束选择性地接收来自所述多对水平条的次级电子发射。

8.权利要求7的系统，其中所述电荷输出电路在所述多个交叉测量点根据所接收到的次级电子发射确定射束强度。

9.权利要求7的系统，其中所述电荷输出电路在所述多个交叉测量点根据所接收到的次级电子发射确定在垂直维度和水平维度中入射角的测量值。

10.权利要求7的系统，其中水平条对的数目为30，垂直条对的数目为30，交叉测量点的数目为900。

11.一种用于获得交叉点测量值的方法，包括：

选择多个水平行的初始水平行；

选择多个垂直列的初始垂直列；

施加脉冲到所选择的列；

获得电流交叉点的测量值；

通过重复地选择下一个垂直列、施加脉冲、和获得附加的电流交叉点的测量值来处理附加的垂直列；以及

通过重复地选择下一个水平行好处理所述多个垂直列以获得附加的行的电流交叉点的测量值来处理附加的水平行。

12.权利要求11的方法，其中所述多个水平行分别由多对水平条构成以及所述多个垂直列分别由多对垂直条构成。

13.权利要求11的方法，其中所述多个水平行分别由单个水平条构成以及所述多个垂直列分别由单个垂直条构成。

14.权利要求11的方法，还包括根据所获得的交叉点的测量值确定入射离子束的射束强度。

15.权利要求11的方法，还包括根据所获得的交叉点的测量值确定入射离子束的射束发射度。

16.一种操作检测器的方法，包括：

选择一对垂直条和一对水平条，其中所述垂直条被设置成与所述水平条垂直并且所述垂直条对和水平条对接收入射离子束；

施加负脉冲到所述垂直条对的第一垂直条，并且从所述水平条对获得第一和第二电荷测量值；以及

施加负脉冲到所述垂直条对的第二垂直条，并且从所述水平条对获得第三和第四电荷测量值

17.权利要求16的方法，还包括根据第一、第二、第三、和第四电荷测量值确定射束强度。

18.权利要求16的方法，还包括确定作为所述第一和第二电荷测量值的函数的在垂直方向中的入射角的测量值。

19.权利要求16的方法，还包括确定作为所述第一和第三电荷测量值的函数的在水平方向中的入射角的测量值。

20.权利要求16的方法，还包括确定作为所述第一和第二电荷测量值的函数的射束形状。

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