CN1638014A - 离子束监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于离子注入机的一种离子束监测装置，在所述离子注入机中，希望可以监测用于注入的离子束的通量和/或横截面图。通常希望的是，测量离子注入机内离子束的通量和/或横截面图，以提高对半导体晶片或者类似材料的离子注入的控制。本发明描述了改进晶片支座以获得这样的离子束断面图。衬底支座可用于逐渐堵截离子束使其不能进入下游通量监测器，或者可以将通量检测器安装到晶片支座上，该通量监测器具有窄入口孔。

Description

离子束监测装置
技术领域
本发明涉及一种用于离子注入机的离子束监测装置，在离子注入机中，希望可以监测用于注入的离子束的通量和/或横截面图。本发明还涉及一种离子注入机处理室和一种具有这样离子束监测装置的离子注入机，以及一种监测离子注入机内的离子束的方法。
背景技术
离子注入机是公知的，并一般符合下述的普通设计。离子源从一种前体气体或类似的物质产生混合的离子束。通常仅仅需要某个特定的离子种类注入衬底，例如，注入半导体晶片的某种特定的掺杂物。利用质量分析磁铁与质量分辨狭缝(mass-resolving slit)从混合离子束选出所需的离子。这样，几乎只有所需离子种类的离子束通过质量分辨狭缝，然后被传输到处理室，在处理室内，离子束入射到衬底上，该衬底被衬底支架固定在离子束轨迹中的位置上。
通常希望的是，测量离子注入机内离子束的通量和/或横截面图来提高对注入过程的控制。例如，如果离子束的尺寸小于将要注入的衬底，对离子注入机就存在这样的希望。为了确保离子注入遍及整个衬底，使离子束和衬底彼此相对移动以便离子束扫描整个衬底表面。这可以通过下述方式实现：(a)偏转离子束来扫过衬底，该衬底被固定在一个固定的位置，(b)机械地移动衬底，而保持离子束轨迹固定或者(c)偏转离子束和移动衬底两者结合。通常，实施这种相对移动以便离子束在衬底上扫描出光栅图样。
为获得均匀的注入，需要知道至少一维的离子束通量和横截面图，也需要周期性地检查该离子束通量和横截面图以修正任何的偏差。例如，均匀的掺杂要求相邻的扫描线之间有足够的重叠。换言之，如果相邻的光栅扫描的扫描线之间的间隔过大(相对于离子束的宽度和断面图)，由提高的和降低的掺杂级引起的周期性条带会导致衬底“被条带化”。光栅扫描离子注入机的剂量均匀性问题在WO03/088299中被讨论过。
我们另一个同样在审的序列号为10/119290的美国专利申请，描述了具有上述总体设计的离子注入机。单个衬底被固定在可移动的衬底支座上。如果可以在一定程度上控制离子束，就可以操作注入机以使离子束在注入的过程中沿着固定的轨迹运动。相反，沿着两个垂直轴移动衬底支座从而使离子束按照光栅图样扫过衬底。为衬底支座提供一种具有1cm2的入口孔的电流计(Faraday)，该电流计用于取样离子束通量。通过利用衬底支座来移动电流计来实现在离子束内不同的位置取样。因此，对应于衬底支座平移的两个轴上的位置，在一系列位置取样离子束通量，并且可以形成离子束通量的二维断面图。
这种装置在某些应用中也会遇到不利的方面。第一，该装置需要在衬底支座上放置电流计。这样就在由悬臂形式支撑的衬底支座上增加了重量。而且，很多离子注入机包括位于衬底支座下游侧的截流器(beamstop)，该衬底支座包括电流计，因此导致检测器的重复及与其相关的装置的复杂化和额外费用。第二，电流计的入口孔比离子束要小的多。因此，入口孔只能收集小信号，从而导致干扰数据和检测时间长。全部数据的收集非常缓慢，因为除了需要冗长的检测时间以产生可以接受的信噪比外，还必须在二维栅格的不同的位置对离子束进行取样以提供断面图。如果仅仅需要一维的断面图，检测时间就可以缩短，因为只需要单条数据点线。然而，必须让入口孔实现与离子束的仔细对准以通过离子束的中心，否则，就不能测量到离子束的整个宽度。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明涉及测量离子注入机内的离子束通量断面图的一种方法，该离子注入机可以用来产生沿着一条离子束轨迹运动的离子束，该离子束用于注入被衬底支架固定在靶位置的衬底内，该离子注入机包括位于所述靶位置的下游的离子束通量检测器和由衬底支架提供的防护罩，当该防护罩放在离子束轨迹上时，该防护罩将检测器从离子束中屏蔽出来，该方法包括以下步骤：
(a)使衬底支架与离子束之间产生第一相对运动，以便该防护罩以逐渐变化的数量来堵截离子束；
(b)在所述第一相对运动期间用检测器测量离子束通量；和
(c)通过利用所测量的离子束通量的变化来确定离子束通量在第一方向上的断面图。
“断面图”在这里被理解为：在至少一维方向上的横截面图。更普遍地，测量离子束通量包括测量入射到检测器上的离子产生的电流。
上述装置的优点是，它可以利用电流计或类似的已经提供的截流器来测量离子束的横截面图。通过以逐渐变化的数量来堵截离子束，即，将防护罩移入离子束内以产生逐渐的堵截或者将防护罩移出离子束以逐渐露出离子束，可以采取连续的测量并从连续测量值的变化计算出离子束断面图。这种计算可以相当于取单差或可以相当于求连续测量值的导数。
利用衬底支架来提供防护罩是特别有利的，因为它不需要为离子注入机提供另一个元件。它还具有以下的优点，即，离子束在靶位置或靠近靶位置被堵截，从而便于获取在靶位置或靠近靶位置的离子束断面图。
可以在第一相对运动期间收集测量值，这样便于在离子束注入衬底之前按照规定的时间间隔测量离子束通量。虽然测量值是时间的函数，但每个测量值都对应于离子束内一个不同的位置，因此提供了空间断面图，而不是时间断面图。可以选择地，第一相对运动可以包括多个连续的位置之间的移动，在每个位置收集测量值，此时衬底支架与离子束之间相对静止。
可供选择地，该离子注入机包括另一个由衬底支架提供的所述防护罩，并且该方法还包括以下步骤：使衬底支架与离子束之间产生第二相对运动，以便另一个防护罩以逐渐变化的数量来堵截离子束；在所述第二相对运动期间用检测器测量离子束通量；通过利用所测量的离子束通量的变化来确定离子束通量在第二方向上的断面图。该防护罩和另一个防护罩可以是完全分开的或者他们可以是同一个结构的不同部分。
方便地，这样可以收集到在两个方向上的横截面图。优选地，第一方向和第二方向基本垂直，因此可以提供在两个垂直方向上的横截面图。该防护罩和另一个防护罩可以延伸跨越整个范围的离子束。可以选择地，该防护罩和另一个防护罩可以仅延伸跨越部分离子束。
根据本发明的第二方面，本发明涉及测量离子注入机内的离子束通量断面图的一种方法，该离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，该离子束用于注入被衬底支架固定在靶位置的衬底内，该离子注入机包括位于靶位置下游的离子束通量检测器和在衬底支架上被提供的窄孔，当该窄孔设在离子束轨迹上时，该窄孔仅让部分离子束进入检测器，该方法包括以下步骤：(a)使衬底支架与离子束之间产生第一相对运动，以便离子束穿过窄孔扫描；(b)在穿过离子束的第一相对运动期间用检测器测量离子束通量；和(c)利用离子束通量的测量值来确定离子束通量断面图。
这种装置可以测量连续的离子束通量部分并由此确定离子束断面图。它仅仅要求对衬底支架进行稍微的改动，并且可以利用经常在截流器上已经提供的电流计。
根据本发明的第三方面，本发明涉及测量离子注入机内的离子束通量断面图的一种方法，该离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，该离子束用于注入被衬底支架固定在靶位置的衬底内，该衬底支架提供第一细长缝离子束通量检测器，该方法包括以下步骤：
使衬底支架与离子束之间产生第一相对运动，以便离子束穿过第一检测器进行扫描；
在穿过离子束的第一相对运动期间用第一检测器测量离子束通量；和
利用离子束通量的测量值来确定第一离子束通量断面图。
术语“细长缝离子束通量检测器”意思是：包括通过细长区域来测量离子束通量的检测器。这些检测器可以具有细长的有效检测区域，或者有效检测区域可以位于细长孔的后方。
利用细长缝检测器测量离子束通量可以改善统计数据，因为它简单提供了沿着细长缝方向上的平均通量，而不是离散地在多个类似点的位置取样检查通量。例如，该检测器可以沿着跨越离子束的线来测量离子束通量。于是，可以测量跨越离子束的连续的细长带的总通量从而获得横截面图。
根据本发明的第四个方面，本发明涉及测量离子束轨迹的一种方法，该方法包括：执行上述的测量离子束的方法，从而在沿着假定的离子束轨迹的第一位置执行步骤(a)和步骤(b)，并且执行步骤(c)以确定在第一位置的第一离子束通量断面图；在沿着假定的离子束轨迹并与第一位置隔开的第二位置，重复步骤(a)和(b)，并重复步骤(c)从而确定在第二位置的第二离子束通量断面图；识别第一通量断面图和第二通量断面图的共同特征；确定第一通量断面图和第二通量断面图的共同特征所处的位置；并从所确定的位置推断出离子束轨迹。
这样一种方法可以确定离子束的轨迹。这是有用的，例如，在需要控制衬底与离子束之间的入射角的情况下。例如，用于确定离子束轨迹的共同特征可以是离子束的质心。不止是共同特征可以用来确定离子束轨迹。实际上，可以绘出第一位置与第二位置之间的离子束的整个断面图。
离子束相对于Y轴的入射角的变动对于高倾斜注入的控制来说特别重要。这相当于转动支架臂使晶片产生高倾斜(并因此使离子束的入射角增大)以便可以将掺杂物注入大纵横比结构内(例如源扩展晕注入(source extension haloimplants))。任何来自离子束相对于Y轴的所需角度的变动都将会改变离子进入该结构的程度，从而改变被注入器件的性能特征。
根据本发明的第五个方面，本发明涉及用于离子注入机的一种离子束监测装置，该离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，该离子束用于注入固定在靶位置的衬底内，该离子束监测装置包括：
适于将衬底固定在靶位置的衬底支架；
在离子束轨迹上位于靶位置下游的检测器，该检测器可用于测量入射到检测器上的离子束通量；
由衬底支架提供的防护罩，在衬底支架与离子束的第一相对运动期间，该防护罩在一个位置以逐渐变化的数量来堵截离子束，使其不能进入检测器；
处理装置，该处理装置可用于通过离子束通量测量值的变化来确定在第一方向上的离子束通量断面图。
这种装置可以和上述方法一起使用，并能获得同样的好处。
可以选择地，衬底支架包括支架臂，其具有用于堵截离子束的边。另一种装置包括具有卡盘的衬底支架，该卡盘包括用于在第一相对运动期间堵截离子束的第一边。可以选择地，衬底支架可以绕它的纵轴转动，防护罩相对于该纵轴偏心放置于卡盘上。这种装置的好处是，防护罩在离子束轨迹上的位置可以通过转动衬底支架来改变。这样，可以沿着假定的离子束轨迹在两个或更多的位置取得离子束通量断面图并确定离子束的精确轨迹。
所述边优选为直边，虽然也可以是其他的形状。如果用的是直边，所述边可以有利地沿基本垂直于第一相对运动的方向延伸。这是有利的，因为它简化了获取断面图所需的数学处理。例如，如果用的是曲边，必须已知该曲线的形状以根据离子束通量测量值去卷积(deconvolution)该形状。可以选择地，衬底支架包括一种卡盘，该卡盘具有容纳衬底的第一表面和相对的第二表面，第二表面具有从其上面突出来的防护罩，该防护罩可以具有提供一个防护罩和另一个防护罩的边。
根据本发明的第六个方面，本发明涉及用于离子注入机的一种离子束监测装置，该离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，该离子束用于注入固定在靶位置的衬底内，该离子束监测装置包括：将衬底固定在靶位置的衬底支架；在离子束轨迹上位于靶位置下游的检测器，该检测器可用于测量入射到检测器上的离子束通量；在衬底支架上被提供的窄孔，在衬底支架与离子束的第一相对运动期间，该窄孔在一个位置仅让部分离子束进入检测器；和处理装置，该处理装置可用于通过离子束通量测量值来确定第一离子束通量断面图。根据本发明的第七方面，本发明涉及用于离子注入机的一种离子束监测装置，该离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，该离子束用于注入固定在靶位置的衬底内，该离子束监测装置包括：
将衬底固定在靶位置的衬底支架；由衬底支架提供的第一细长缝离子束通量检测器，在衬底支架与离子束的第一相对运动期间，该检测器可用于测量入射到检测器上的离子束通量；和
处理装置，该处理装置可用于通过离子束通量测量值来确定第一离子束通量断面图。
这种装置可以和上述方法一起使用，并能获得同样的好处。
可以选择地，第一检测器可以包括位于深凹槽后的凹入检测元件。有利地，这就限制了检测器的接收角，并且可以收集离子束断面图的角度测量值。例如，该检测器可以相对于离子束倾斜从而确定离子束轨迹上的离子束的精确入射角。
可以选择地，第一检测器包括分离的检测元件的细长阵列，在第一相对运动期间，所述检测器元件可用于测量入射到检测元件上的离子束通量，而且，处理装置可用于通过把该阵列内的检测元件同时测量的离子束通量相加而确定离子束通量断面图，并根据一个检测元件所取得的离子束通量测量值来确定另一个离子束通量断面图。
使用分离的检测元件可以同时确定在两个方向上的横截面图。优选地，这些检测元件以交替的Z字形图案被设置在两相邻的平行线上。这样就允许一种检测器的阵列，这些检测器的有效检测区域可以延伸跨越离子束的整个宽度，因为任何跨越两条线的无效区域(否则这些区域可能将沿一条线设置的检测元件隔开)都会被重叠掉。
根据本发明的第八个方面，本发明涉及用于离子注入机的一种离子束监测装置，该离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，该离子束监测装置包括：(a)第一测量装置，该装置可用于在沿着假定的离子束轨迹的第一位置测量第一离子束通量断面图；(b)第二测量装置，在沿着假定的离子束轨迹并与第一位置隔开的第二位置，该装置可用于测量第二离子束通量断面图；(c)处理装置，该处理装置可用于识别第一通量断面图和第二通量断面图的共同特征，以确定第一通量断面图和第二通量断面图的共同特征所处的位置，并从所确定的位置推断出离子束轨迹。
本发明也扩展到涉及一种离子注入机处理室，该处理室包括上述的离子束监测装置，和涉及包括上述离子束监测装置的一种离子注入机。
其他优选的但可以选择的特征在所附的权利要求书里进行表述。
附图说明
现在，参考附图来描述本发明的实例，其中：
图1a显示一种离子注入机的示意性侧视图，在该离子注入机中，衬底固定在衬底支架上；
图1b显示图1a沿直线AA的局部剖视图；
图2a-图2c是图1a和图1b中的离子注入机所实施的三种扫描图样的示意图；
图3是在离子束撞击到电流计截流器(Faraday beamstop)之前，离子束的部分堵截的简化示意图；
图4是在本发明的第一个实施例中，如何用支架臂来堵截离子束的简化示意图；
图5是在本发明的第二个实施例中，如何用两个垂直的防护屏中的一个来堵截离子束的简化示意图，其中这两个护罩在衬底支座上提供，该衬底支座置定在衬底支架的支架臂上；
图6是在本发明的第三个实施例中，如何用从衬底支架的晶片支座上突出的防护罩来堵截离子束的简化示意图；
图7是从晶片支座上突出的防护罩的简化示意图，该防护罩具有可以让离子束通量成薄片状通过的孔；
图8是一种扫描支架臂的简化示意图，该支架臂包括具有窄入口孔的电流计；
图9是一种衬底支座的简化示意图，该衬底支座具有一对电流计，该对电流计的窄入口孔垂直设置；
图10是具有相互垂直设置的窄入口孔的一对电流计的简化示意图，所述窄入口孔设置在从晶片支座突出来的防护罩上；
图11是一种衬底支座的简化示意图，该衬底支座具有以Z字形图案设置的电流计阵列；
图12a和图12b所示为与图6的装置类似的一种防护罩装置，该防护罩装置用于沿离子束轨迹在两个位置获取离子束通量断面图；和
图13a和图13b为衬底支架的一种尾端件的两个立体图，该尾端件包括一对电流检测器(Faraday detector)；
图13c是图13a沿直线AA的截面图。
具体实施方式
图1a显示一种离子注入机20的示意性侧视图，图1b所示为图1a沿直线AA的局部剖视图。离子注入机20包括用于产生离子束24的离子源22。离子束24指向质量分析器26，在质量分析器里，用磁铁来选择所需荷质比的离子。这些技术都是所属技术领域的技术人员所熟知的，所以不再进一步描述。应该注意的是，为了方便起见，图1a所示的质量分析器26在纸面所在的平面上将来自离子源22的离子束24偏转，纸面所在的平面相对于所示的离子注入机20的其他部分是一个垂直的平面。在实践中，通常将质量分析器26设置成在水平面上偏转此离子束24。
从质量分析器26出射的离子束28可以经过对离子的静电加速或减速，这取决于将要注入的离子类型和所需的注入深度。真空室(下文中称为处理室30)在质量分析器26的下游，该真空室包括将被注入的晶片32，如图1b所示。在本实施例中，晶片32为单个半导体晶片，其直径典型地为200mm或300mm。包括电流计的截流器34位于晶片32的下游。
从质量分析器26出射的离子束28所具有的束宽和束高基本小于将被注入的晶片32的直径。图1a和图1b的扫描装置(下面将会详细解释)可以让晶片32在多个方向运动。这意味着，在注入期间，离子束28可以相对于处理室30保持沿着固定的轨迹运动。
晶片32以静电形式固定在衬底支架的晶片支座或者卡盘36上，该衬底支架还包括连接卡盘36的细长的支架臂38。支架臂38以一般垂直于离子束28方向的方向穿过处理室30的壁伸出。支撑臂38穿过动片(rotor plate)42的缝40(参考图1b)，该动片相邻于处理室30的侧壁安装。支架臂38的末端固定在滑架44中。如图1a和图1b所示，支撑臂在Y方向上相对于滑架44基本固定。滑架44可在Y方向上相对于动片42往复运动，如图1a和图1b所示。这样就可以使处理室30内的晶片32往复运动。
为了实现在垂直的X方向上的机械扫描(即，进出图1a中纸面所在的平面方向和图1b中从左到右的方向)，将支架臂38安装在支架结构内。支架结构包括一对线性电动机46，如图1a所示，该对电动机上下与支架臂38的纵轴隔开。优选地，电动机46沿纵轴安装以使力与支架结构的质心一致。然而，这并不是必要的，而且，当然可以理解的是，可以使用单个的电动机来替代从而减少重量和/或费用。
支架结构还包括滑板48，该滑板与滑架44以固定的关系安装。线性电动机46沿图1b中从左到右放置的轨道(在图1a和图1b上未示出)的运动使支架臂38也从左到右往复运动，如图1b所示。支架臂38在一系列轴承(bearing)上相对于滑板48往复运动。
以这种装置，晶片32可以在相对于离子束的轴线(Z)的两个垂直的方向(X和Y)上运动以便整个晶片32可以扫过固定方向的离子束28。
图1a所示的滑架44在竖直方向上以便晶片32的表面垂直于入射离子束28的轴线。然而，可以希望的是，以相对于离子束28一定的角度将离子注入晶片32。基于这个原因，动片42能相对于处理室30的固定壁绕通过其中心的轴线转动。换言之，动片42能够沿图1a所示的箭头R的方向转动，因此使晶片32以相同的方式转动。
上述装置的进一步的细节可以在同样在审的序列号为10/119290的美国专利申请中获得，该申请的内容在这里整体引入。
在一个优选的装置里，控制卡盘36在X-坐标方向上根据一序列线性运动而运动跨越离子束28，每个线性运动都被在Y-坐标方向上的步进式(stepwise)运动分开。所得到的扫描图样如图2a所示，其中虚线50代表随着晶片32通过支架臂38在X-坐标方向上往复运动，晶片32的中心52的位置轨迹，并且在每个往复行程结束时晶片32被引导向下运动。
如所示的那样，晶片32往复的扫描动作确保晶片32的所有部分都暴露于离子束28。晶片32的运动使离子束28在晶片32上重复扫描，直到离子束28在晶片32上全部扫描一遍，其中离子束28是沿平行的等距离隔开的单个扫描线54进行扫描。虽然图2a中的虚线50代表卡盘36上的晶片32相对于静止离子束28的运动，虚线50还是离子束28扫过晶片32的形象化表示。明显地，与晶片32相对于离子束28的实际运动方向相比，离子束28相对于晶片32的运动方向相反。
在图2a所示的实例中，控制器扫描晶片32以使离子束28在晶片32上画出由不相交的均匀间隔的平行线54形成的光栅。每条线54都对应于离子束28在晶片32上的单个扫描。如所示的那样，这些离子束扫描超过晶片32的边到离子束的横截面完全离开晶片32的位置，以便没有离子束通量被晶片32吸收，因为晶片32移向下一条扫描线54所在的位置。
假定将被注入的原子种类的离子束通量相对于时间恒定不变，通过使晶片32在X-坐标方向保持恒定速率的运动，在扫描线54的该方向上，给予晶片32的所需原子种类的剂量与加到晶片32上的保持不变。同样，通过确保扫描线54之间的间隔均匀，沿着Y-坐标方向上的剂量分配也会保持基本不变。然而在实践中，在使晶片32进行一次完全的扫过整个离子束28所需的时间内，即完成如图2a所示的一条扫描线54，离子束通量会有一些逐渐的变化。
为了减弱在一个扫描线54期间，此类离子束通量变化的效应，可以周期性地测量离子束通量(以下将更详细地描述)，并且据此调节晶片32在接下来的扫描线54上的速率。即，如果离子束通量减小，就以较慢的速率沿接下来的扫描线驱动晶片32，以保持每个单位行程上所需离子种类所希望的注入比率(rateof implant)，反之亦然。以这种方式，在扫描线54期间，离子束通量的任何变化导致在扫描线间隔方向给予晶片32的剂量只有很小的变化。
在上述参考图2a描述的扫描系统中，在往复扫描线54之间，以均匀的距离平移晶片32，从而产生Z字形的光栅图样。然而，可以控制扫描，以便沿光栅的同一个扫描线执行多次扫描。例如，每个光栅线54可以代表晶片32沿扫描线54的双行程或往复运动，其中，仅在每个双行程之间，在Y-坐标方向上，有间隔均匀的平移。得到的光栅图样如图2b所示。
另外，由图2b所示，离子束28在Y-坐标方向上对晶片32仅进行了一遍扫描，但整个注入过程可能包括多遍扫描。于是，注入工艺中每遍这样的扫描可以排列起来画出由均匀间隔的扫描线54形成的相应的光栅。然而，可以结合多遍扫描的扫描线54来画出组合光栅，该光栅由替代的多遍扫描有效地画出。例如，可以精确地在第一遍扫描线的中间画出第二遍扫描线以产生组合光栅，该光栅具有均匀的扫描线，该扫描线的间隔为每遍扫描的连续扫描线间隔的一半。
跨越多遍扫描交错排列扫描线54可以在减小热负荷方面有利，该热负荷是由轰击离子束(impinging ion beam)28在晶片32上产生的。因此，如果一个特定的处理方法要求扫描线54之间的间隔为T以达到所需的剂量，可以进行四遍扫描，任一遍特定扫描内的每个扫描线都以4T的间隔隔开。将每遍扫描排列起来以取代空间间隔为T的那遍扫描状态(phase of scan)，以便由四遍扫描画出的组合光栅具有间距为T的扫描线，如图2c所示。通过这种方式减小了晶片32的热负荷，并确保了光栅线距保持在所需的间隔T。
为了确保在扫描线间隔方向上(沿Y-轴)给予晶片32的剂量足够均匀，此间隔或线间距必须小于离子束28在相同方向上的横截面尺寸。这是因为离子束通量在整个离子束28中并不一致，而是倾向于从离子束边缘到中心增加。利用相邻扫描线54的重叠来克服离子束28这种均匀性的欠缺。重叠的程度(和扫描的遍数)必须根据处理方法(recipe)的整个配量要求来确定。
确定最佳线间距需要知道离子束28沿Y-坐标方向上的离子束通量断面图的信息。这是因为达到规定公差范围内的均匀性所需的间距会依照该断面图而变化。一旦测量到离子束断面图，就用傅立叶变换分析来确定所需的线间距。这个过程的进一步细节可以在同样在审的序列号为10/251780的美国专利申请中获得，该申请的内容在这里整体引入。
在X-坐标方向测量离子束28的通量断面图也可能是有利的。这样就可以调整离子束断面图从而避免一些问题，例如，离子束未对准，这种情况会在质量分析磁铁的分散面(dispersion plane)中出现并会使离子束28以不正确的入射角撞击晶片32或者引起离子束扫描期间的偏移(offset)。另外，在X-坐标方向上和在Y-坐标方向上的离子束断面图都可以被调整来避免一些问题，例如离子束28中的热点(hot-spot)，这些热点可以导致晶片32带电；或者可以调整上述的断面图来优化离子束注入工艺，例如确保最佳离子束尺寸或最佳离子束形状从而在多次扫描中的一次扫描中以正确的掺杂浓度获取均匀性。快速得到离子束断面图使得离子束很快重新调整以更正任何问题。
监测离子束28在X-坐标方向和Y-坐标方向上的入射角对保证所需注入条件也非常有用。通过测量在Z-坐标方向上分开的两个位置的离子束断面图，可以确定离子束28所沿着的轨迹，下面将更详细地描述。
在本发明的第一组实施例中，利用充当截流器34的电流计来测量离子束28的断面图。电流计34是单个检测器，其被用来测量入射到它上面的离子束电流。电流计34具有入口孔56，该入口孔比离子束的尺寸大，因此能够测量整个离子束的瞬间电流。为了可以测量跨越离子束28的通量断面图，通过将防护罩58移入离子束28以逐渐堵截离子束28或者将防护罩移出离子束28以逐渐露出离子束28。根据要测的断面图，可以在X-坐标方向上或Y-坐标方向上进行上述操作。移动防护罩58将会导致所测通量的逐渐增加或逐渐减少，这取决于防护罩58正移入离子束28还是移出离子束28。这种装置如图3所示。连续位置间所测的通量的变化表示刚刚堵截的或刚刚露出的离子束28的那部分所提供的通量。在本领域实施一个方案来获取所测通量的变化并据此确定离子束断面图是显而易见的的，因此在这里不需要进一步的描述。
现在将描述衬底支架的示例性实施例，并参照对离子束28的逐渐的堵截来描述衬底支架的工作模式。所属技术领域的技术人员将会意识到，当离子束28逐渐露出时，下面的实施例也可以顺利执行以便通量稳定增加。
利用衬底支架来移动防护罩58是方便的，因为衬底支架已经具有在X-坐标方向上和Y-坐标方向上移动的能力。第一个实施例如图4所示，其中支架臂38自身被用作防护罩58。在这个实施例中，支架臂38具有沿X-坐标方向延伸的平的下边缘(flat lower edge)。因此，可以驱动卡盘36越过处理室30并经过离子束28，以便支架臂38的平的下边缘位于离子束28的上面。在这个实施例中，通过截流器34的离子束28没有被堵截，并且电流计34测量总离子束通量。于是向下驱动支架臂38进入离子束28，以便平的下边缘逐渐堵截离子束28。
离子束28撞击支架臂38将会导致局部发热并也可能导致烧蚀材料。无论发生上述两种情况中的那一种，其结果就是来源于支架臂38的分子和离子可能污染位于卡盘36上的晶片32。为此，将用于堵截离子束的那部分支架臂38镀上半导体材料，以便于减轻任何溅射产生的负面影响。可以将支架臂38涂上或镀上那些不容易溅射或不会引起污染的材料，例如石墨。
污染晶片32的影响还可以通过利用支架臂38的背面来堵截离子束28而减轻。以这种方式，在驱动支架臂38进入离子束28以前，将支架臂38转动大约180度，以便晶片32对着截流器34而不是对着离子束28，并且支架臂38的背面对着离子束28。当然，在这样的设置中，可以将支架臂38的背面覆盖上或镀上半导体材料或石墨。
可替换地，可以利用支架臂38的端部(side)来堵截离子束28。这样做的优点是，当堵截离子束的时候，晶片32既不对着离子束28也不会对着截流器34。这样就会进一步减小污染晶片32的几率，因为它减轻了来自截流器34的后向溅射(back-sputtered)材料的问题。同前所述，可以将支架臂38的端部(side)覆盖上或镀上半导体材料或石墨。
衬底支架的运动由控制器引导或实现。该控制器用以移动支架臂38使其穿过离子束28。控制器接收在一系列当然已知的支架臂位置的来自电流计34的读数。据此，控制器构造位置和离子束通量值构成的数据组。如果支架臂38被驱动进入离子束28，每个连续的通量将会减小，减小的数量对应于自前一次通量测量起从堵截区域接收的通量。因为每个测量值都对应于跨越离子束28的一个完整的薄片(slice)，所以不用牺牲计算速度，执行数据收集可以比已有技术装置快得多，在之前描述的已有技术装置里，用1cm2的电流计孔来测量离子束通量。
因为支架臂38的直边沿X-坐标方向延伸，能得到取自X-坐标方向上的通量薄片(flux of slice)。这样，能用控制器根据位置计算并标绘离子束通量，由此产生在Y-坐标方向上的通量断面图。
有利地，用支架臂38堵截离子束28确保得到离子束28的特定位置的断面图，该位置在注入期间通常被晶片32占据。与利用由防护罩自身的驱动装置提供的专用防护罩58相比，上述方法显然是有利的，该防护罩很可能定位在远离注入位置的位置，以避免干涉衬底支架的操作。
如果支架臂38的高度(在Y-坐标方向上的尺寸)比离子束的高度大，通过支架臂38的一遍扫描就可以收集到断面图。然而，如果支架臂38的高度小于离子束28的高度但高于离子束28高度的一半，这种支架臂也可以利用。这是因为可以先从上面然后从下面驱动支架臂38进入离子束28，从而可以用两遍扫描测量两个离子束28的半部分。通过提供具有上直边和下直边的支架臂38便很容易实现这种方法：可以利用仅有单个直边的设计，虽然这会要求在两遍扫描之间将支架臂38转动180度(而且可能将前面和后面都覆盖上或镀上半导体材料或石墨，因为这两个面都会暴露于离子束)。如果支架臂38有两个直边，就可以用一遍扫描收集断面图。这是因为：当驱动支架臂38进入离子束28时，通过逐渐堵截，前缘可以收集断面图的第一半部分，而驱动支架臂38离开离子束28时，通过逐渐露出离子束28，后缘可以收集断面图的第二半部分。
然而，图4的实施例是特别简单的，它只能确定离子束28在Y-坐标方向上的断面图。如图5所示的第二个实施例可以测量在X-坐标方向上和Y-坐标方向上的断面图。改进卡盘使其包括在其最外端和最低端提供的直边60，这些直边分别沿Y-坐标方向和X-坐标方向延伸。可以将直边60覆盖上或镀上半导体材料或石墨(或类似的材料)以减轻污染问题。
可以从离子束28的任一端部或者从离子束28的上面驱动直边60进入离子束28以产生逐渐的堵截。根据图4的实施例，控制器记录与卡盘36的位置一起所测的离子通量的变化并据此确定离子通量断面图。竖直驱动卡盘36可以确定在Y-坐标方向上的断面图，而水平驱动卡盘36可以确定在X-坐标方向上的断面图。所示的直边60的长度大于离子束28在X-坐标方向上和Y-坐标方向上的尺寸。直边60越长，对直边60应该在离子束28的中心以确保直边60一直切割过离子束28的要求就变得越不严格。然而，直边60不需要比离子束28大：在这种情况下，尽管不能获得零点测量值，但依然可以得到离子通量测量值的逐渐变化。这种装置的缺点是，连续测量值间的差值减小，因此必须增加获取数据的时间以得到同样信噪比的断面图。
图6所示的另一个实施例包括从卡盘36的背面伸出的防护罩62，即，提供从卡盘36的背面直立出来的正方防护罩62。当转动卡盘36以便晶片32避开离子束28和截流器34(面朝上或面朝下)时，正方防护罩62提供两个竖直边64和一个水平边66，其中的任何边都可以移入离子束28。因此，可以在X-坐标方向上或Y-坐标方向上逐渐堵截离子束28，并如上面描述的那样确定离子束断面图。
将防护罩62覆盖上或镀上半导体材料或石墨(或者类似的材料)来减轻污染引起的负面影响。实际上，这个实施例从避免对晶片32的污染这个方面来考虑特别有利。这是因为晶片32被转动以避开离子束28和截流器34：离子束28撞击截流器34会引起后向溅射并因此导致对着截流器34的晶片32被污染。
如图7所示，没有利用在衬底支架上提供的防护罩或边以逐渐变化的数量堵截离子束，而是用防护罩62来收集离子束断面图，该防护罩具有在其中延伸的窄孔(slot aperture)63。
窄孔在X-坐标方向上延伸并比离子束28的总宽度要宽。将防护罩62的尺寸设置成比离子束28大，以便于除了通过窄孔63的那部分以外，所有的离子束28都被堵截。根据图3-图6的实施例，驱动防护罩62穿过离子束28从而改变到达在截流器34上提供的电流计的离子束通量。在每一个位置，电流计34测量到的对应于贯穿离子束28的一个薄片的通量。沿Y-坐标方向驱动衬底支架就可以测量到连续的薄片状的离子束通量。简单标绘这些测量出的通量就产生在Y-坐标方向上的通量断面图。
可以想到的是，可以用一个类似的在Y-坐标方向上延伸的窄孔63来收集在X-坐标方向上的通量断面图。这个第二种窄孔可以在防护罩62上提供，该窄孔或者作为替代第一种窄孔的窄孔，或者和第一种窄孔63结合起来使用。窄孔63也可以位于其他的位置上，例如，支架臂中，如图8所示。
现在将描述第二组实施例，其中利用在图1的衬底支架上所提供的一个或多个电流计68来测量离子束通量。这些实施例如图8-图10所示。在所有情况下，电流计68具有跨越离子束28总宽度或总高度延伸的窄孔70，这使离子穿过窄孔并被位于窄孔70后方的有效检测区域测量。电流计68提供沿着窄孔70所对应的那条线的总通量的测量值，以便移动电流计68穿过离子束28就可以确定离子束28的断面图。当然，与图3-图6中实施例相对比，标绘断面图的时候可以可以直接用每个测量值，而在图3-图6的实施例中需要连续测量值的差值。因为窄孔70跨越离子束28的整个范围延伸，计数率比之前描述的已有技术所使用的小的多的1cm2的电流计要高的多。这样就不用牺牲计数率而获得更快的数据采集。然而，窄孔70不需要跨越离子束28的总宽度或总高度延伸，因为仍然可以记录连续测量值的差值。但是，因为固有的通量测量值的减小，这种装置并不是优选的。
图8所示为在支架臂38上提供的电流计68，该电流计具有窄孔70，该窄孔沿着支架臂38水平延伸，即，在X-坐标方向上延伸。和参考图7所描述的窄孔63不同，此窄孔70并没有一直穿透支架臂38延伸。于是控制器可以向上或向下驱动支架臂38并测量多个位置中的每一个位置的通量。控制器将这些测量值与支架臂38的位置联系起来，以提供离子束28在Y-坐标方向上的断面图。
有利地，可以获得离子束28的特定位置的断面图，该位置在注入期间通常会被晶片32占据。在专用驱动臂上提供电流计68并不能产生如此有用的断面图，因为驱动臂需要偏离晶片的注入位置以避免干扰衬底支架的操作。
将支架臂38围绕窄孔70的区域覆盖上或镀上半导体材料或石墨(或者类似的材料)以减轻污染问题。
图9所示为在卡盘36的背面上提供的一对电流计68。每个电流计68都有窄孔70，一个在X-坐标方向上延伸，另一个在Y-坐标方向上延伸。转动支架臂38以便晶片32对着截流器34，然后水平或竖直驱动卡盘36穿过离子束28，通过上述操作就可以确定在X-坐标方向上和Y-坐标方向上的离子束断面图。可以将卡盘36的背面覆盖上或镀上半导体材料或石墨(或类似的材料)以减轻污染问题。
图10所示为另一个实施例，其中卡盘36具有平面结构(flat structure)72，该结构从卡盘的背面突出，类似于图6的防护罩62。图10的平面结构72具有一对电流计68。每个电流计68都有窄孔70，一个在X-坐标方向上延伸，另一个在Y-坐标方向上延伸。通过水平或竖直驱动平面结构72穿过离子束28就可以快速确定在X-坐标方向上和Y-坐标方向上的离子束断面图。可以将平面结构72覆盖上或镀上半导体材料或石墨(或类似的材料)以减轻污染问题。如同图6的实施例，这个实施例的优点是，晶片32既不对着离子束28也不对着截流器34从而将污染问题降到最小。
图8-图10的实施例需要移动衬底支架逐渐穿过离子束28以获得断面图。图11所示为另一个实施例，该实施例可以在单个位置获得完整的断面图。在卡盘36的背面上提供电流计68的阵列以跨越离子束28的总高度延伸。电流计68具有短窄孔70。通过下面的方式窄孔70延伸到覆盖离子束28的整个范围，即，如图10所示，将窄孔排列到两条平行线上形成Z字形图案，以便一个窄孔70的末端和下一个窄孔70的始端排在一条直线上。
将电流计68置于离子束28的中心便可以捕捉在Y-坐标方向上离子束28的某一瞬间的断面图。通过水平驱动卡盘36穿过离子束28并将在每一位置取自电流计68的测量值相加就能获得在X-坐标方向上的断面图。可替换地，可以提供在垂直方向上排列的第二组电流计68。依旧可以将卡盘36的背面镀上半导体材料或石墨(或者类似的材料)以减轻污染造成的影响。
如上所述，能在注入位置附近确定离子束28的精确轨迹是有利的。这是因为实际轨迹可能稍微偏离设想的离子束轨迹28，而这可能导致相对于晶片32的不正确的入射角。一个特别简单的求入射角的方法就是，沿Z坐标方向在两个或更多的位置测量离子束通量断面图，然后利用离子束断面图的质心来确定离子束轨迹28。另外，测量离子束通量就会得到离子束28的范围，因此就可以确定沿着Z坐标方向的任何的离子束发散或会聚。
沿着Z坐标方向测量离子束通量断面图的一种方法就是，在沿着Z轴的不同位置提供两个防护罩58或两个窄孔电流计(slot Faraday)68，这些防护罩和电流计都类似于已经描述过的那些防护罩和电流计。可以用两个防护罩58来堵截离子束28，同时用在截流器34上提供的电流计测量离子束通量。防护罩58和电流计68都可以由它们自身的支架提供，这些支架安装在线性驱动器上从而能在X-坐标方向上平移。可以替换地，单个支架也可以安装在连到双轴工作台的线性驱动器上。这样就可以使离子束28沿X-坐标方向或Y-坐标方向进出运动，并可以选择沿Z轴的一个范围内的位置。
如果用两个分开的防护罩58或电流计68，支架结构可以提供防护罩58中的一个或电流计68中的一个与在分开的结构上提供的一个防护罩58或电流计68结合起来使用，防护罩或电流计如同上述的那些防护罩或电流计中的一个。可以替换地，现在描述一种防护罩62，利用支架臂38上的单个这样的防护罩就可以提供沿2轴的两个位置的通量断面图。
图12a和图12b所示为图6的装置的一种改进装置，该改进装置可以沿Z轴，在两个位置，测量Y-坐标方向上的离子束断面图。这种改进装置将防护罩62从支架臂38的转动轴74移开朝向卡盘36的一侧，这可在图12b中清楚地看出。
为测量在第一位置Z1的离子束通量断面图，移动支架臂38，以便使防护罩62的边66紧邻于离子束28的上面。然后向下在Y-坐标方向上移动支架臂38，以便防护罩62逐渐堵截离子束28，从而获得在Y-坐标方向上的通量断面图，如图11a所示。然后将防护罩62和卡盘36移动离开离子束28，并将支架臂38转动180度。该转动使得偏置防护罩(offset shield)62移到沿2轴的一个新位置，Z2。然后向上在Y-坐标方向上移动支架臂38，以便防护罩62逐渐堵截离子束28，从而获得在Y-坐标方向上的第二通量断面图，如图12b所示。
除了获得在Y-坐标方向上的离子束通量断面图，也可以获得在两个位置Z1和Z2的X-坐标方向上的断面图。这可以通过以下的方式实现，即，在Z1位置，在X-坐标方向，驱动两条竖直边64中的一个穿过离子束28，将支架臂38转动180度，然后在Z2位置，在X-坐标方向，驱动防护罩62穿过离子束28。
这样就可以获得两个位置Z1和Z2的离子束通量断面图。可以从衬底支架的几何形状得知位置Z1和Z2，这样就能从这些断面图推断出离子束轨迹28(假定离子束28沿着直线轨迹，对在注入位置附近的短距离所作的一种可接受的近似)。
可以用类似的方式利用图5的实施例。这是因为边60被置于朝向卡盘36前面的位置，因此偏离于支架臂38的转动轴74。因此，将支架臂38转动180度会使边60沿Z坐标方向移动。可以用两条边60来收集在X-坐标方向上和Y-坐标方向上的断面图。
图10的电流计装置可以被引入刚刚描述的偏置防护罩设计中。然而，这样一种设计会要求在防护罩72的前面和背面提供电流计68，并需要考虑前电流计68和后电流计68之间不相等的响应度。
图13a-图13c所示为另一种可以选择的设计。这些图所示为尾端件76，该尾端件通过在凹槽78提供的连接安装到支架臂38上。尾端件76是块状的，具有顶面80，该顶面具有用于固定晶片32的圆卡盘82。一对电流计68位于尾端件76前面84的后方。一个电流计68对应于包括1cm2入口孔86的已有技术设计。相邻的第二个电流计68在一个深凹槽的后方，该深凹槽的前端是上窄孔88a。缝88在X-坐标方向上延伸，其尺寸为10mm×1mm，因此可以用来如上述的那样获得在Y-坐标方向上的离子束通量断面图。
凹槽89的深度为22.5mm，其尾端具有相应形状、尺寸和取向的第二窄孔88b。电流计68的有效检测区域87在下窄孔的后方。形成凹槽89的壁与有效检测区域87电绝缘，从而可以使这些壁接地。有效检测区域87和下窄孔88b形成了具有通常设计的电流计68。
这样，电流计前部的一对窄孔88用来对准入射离子束。这就可以测量离子束角度(即，精确的离子束轨迹28偏离Z轴的角度)。深凹进的电流计68只让那些基本垂直于前窄孔88a进入的离子运动穿过后窄孔88b，并被有效检测区域87检测到。任何偏离轴线的离子将会撞击内壁并很可能被吸收掉。消减(cut back)窄孔88a和88b之间的壁会将偏离轴线的离子反射到有效检测区域87上从而破坏测量结果的概率降至最小。对有效检测区域87进行磁抑制以减小二次电子的影响。
下面的操作的结合可以确定离子束28的详细的通量断面图，即，绕支架臂38的轴转动支架臂以改变窄孔88的接收角和在X-坐标方向上和Y-坐标方向上平移支架臂38穿过整个离子束28来扫描窄孔88。深窄孔88可以用上述的窄孔电流计68中的任何一种。
如普通技术人员所意识到的那样，可以在不超越本发明的范围的前提下修改上述的实施例。
例如，所有上述的实施例都涉及图1的离子注入机20的操作，其中离子束28沿着固定的轨迹传播，并且卡盘36按照光栅图样移动以使离子束28扫过晶片32。然而，不必都是这样的情况，因为上述的实施例可以用在一种离子注入机20中，在该离子注入机中，是离子束28被扫描而不是卡盘36。因此，当测量离子束断面图的时候，位于离子束28区域内的卡盘36可以置于处理室30内，然后利用例如静电偏转或磁偏转来使离子束28扫描通过边60，64，66或电流计68的窄孔70。以这种方式工作的离子注入机20具有用于偏转离子束28的在X-坐标方向上或Y-坐标方向上操作的偏转板或偏转磁铁，因此由图4-图10所示的边60，64，66和窄孔70的设置应该是合适的。虽然可以偏转离子束28，但它并不是优选的，因为偏转过程会整体上引起离子束断面图的变化。
可以选择使用上述实施例或者甚至将实施例结合起来使用。例如，在X-坐标方向上的直边60，64，66就可以和在Y-坐标方向上的窄孔63和电流计窄孔70结合起来。而且，还可以包括辅助(complimentary)特征以便衬底支架包括在X-坐标方向上延伸的边60，64，66和窄孔63或电流计窄孔70。这样的装置可以提供一定的冗余度。
明显地，所属技术领域的技术人员可以在测量在X-坐标方向上的离子束断面图、或测量在Y-坐标方向上的离子束断面图、或者甚至测量在两个方向上的离子束断面图之间进行选择。这主要取决于特定应用的需要而定。
虽然以上实施例所描述的是驱动边60，64，66，窄孔63或电流计窄孔70进入离子束28，相反的情形当然是显而易见的，即驱动边60，64，66，窄孔63或电流计窄孔70离开离子束28。
以上实施例描述了通过记录一维的断面图来测量离子束断面图，该一维断面图有效累积了在X-坐标方向上或在Y-坐标方向上沿一条直线的通量密度。这取决于边60，64，66，或直窄孔63/70的使用情况。然而，虽然这是最佳方案，还是可以进行一些改动，以便所用的边60，64，66，或直窄孔70并不是精确地与X-坐标方向或Y-坐标方向一致。而且，也可以使用非直边和非直的电流计窄孔。另外，不需要将边60，64，66，或窄孔70设置成与运动方向垂直，可以按其他的角度设置。
使用控制器来实现卡盘36的运动和获取来自电流计检测器34、68、或检测器68的数据只是本发明的一种实施例。可以替换的实施例还包括利用控制器向另一个计算装置提供卡盘36的位置信息，该计算装置也收集有关所测的离子通量的信息。另外，可以通过硬件或软件来实现所要求的计算，这些计算用来将离子通量测量值的差值关联起来从而产生离子束断面图。

Claims (68)

1.一种测量离子注入机内的离子束通量断面图的方法，所述离子注入机可用于产生沿着离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入被衬底支架固定在靶位置的衬底内，所述离子注入机包括位于所述靶位置下游的离子束通量检测器和由所述衬底支架提供的防护罩，当所述防护罩沿着离子束轨迹被放置时，所述防护罩将所述检测器从所述离子束中屏蔽出来，所述方法包括以下步骤：
(a)使所述衬底支架与所述离子束之间产生第一相对运动，以便所述防护罩以逐渐变化的数量来堵截所述离子束；
(b)在所述第一相对运动期间，用所述检测器测量离子束通量；和
(c)通过利用所测量的离子束通量的变化来确定在第一方向上的所述离子束通量断面图。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述离子注入机包括另一个由所述衬底支架提供的所述防护罩，并且所述方法还包括以下步骤：
使所述衬底支架与所述离子束之间产生第二相对运动，以便所述另一个防护罩以逐渐变化的数量来堵截所述离子束；
在所述第二相对运动期间，用所述检测器测量离子束通量；和
通过利用所测量的离子束通量的变化来确定在第二方向上的所述离子束通量断面图。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一方向和所述第二方向基本垂直。
4.如权利要求1至权利要求3中的任一权利要求所述的方法，包括，相对于固定的离子束移动所述衬底支架以产生所述第一相对运动的步骤。
5.如依赖于权利要求2时的权利要求4所述的方法，包括，相对于固定的离子束移动所述衬底支架以产生所述第二相对运动的步骤。
6.如以上任一权利要求所述的方法，还包括，在引起所述衬底支座与所述离子束之间产生逐渐堵截所述离子束的相对运动之前，转动所述衬底支座以确保所述衬底基本对着所述检测器。
7.如权利要求1至权利要求5中的任一权利要求所述的方法，还包括，在引起所述衬底支座与所述离子束之间产生堵截所述离子束的相对运动之前，转动所述衬底支座，以确保所述衬底避开所述检测器和所述离子束的入射方向。
8.如以上任一权利要求所述的方法，其中所述衬底支架包括臂，并且所述方法包括，使所述衬底支架与所述离子束之间产生相对运动，以便所述臂堵截所述离子束。
9.如以上任一权利要求所述的方法，其中所述衬底支架包括具有边的卡盘，并且所述方法包括，使所述衬底支架与所述离子束之间产生相对运动，以便所述边堵截所述离子束。
10.包括以上任一权利要求所述方法的一种测量离子束轨迹的方法，所述方法包括：在沿着假定的离子束轨迹的第一位置执行步骤(a)和步骤(b)，并且执行步骤(c)以确定在所述第一位置的第一离子束通量断面图；在沿着假定的离子束轨迹并与所述第一位置隔开的第二位置，重复步骤(a)和(b)，并重复步骤(c)以确定在所述第二位置的第二离子束通量断面图；识别所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征；确定所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征所处的位置；并从所述位置推断出所述离子束轨迹。
11.如依赖于权利要求9时的权利要求10所述的方法，其中所述边相对于所述衬底支架的轴线被偏心设置，并且所述方法包括，转动所述衬底支架，以将所述边从所述第一位置移动到所述第二位置。
12.一种测量离子注入机内的离子束通量断面图的方法，所述离子注入机可用于产生沿着离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入被衬底支架固定在靶位置的衬底内，所述离子注入机包括，位于所述靶位置下游的离子束通量检测器和在所述衬底支架上提供的窄孔，当所述窄孔放在离子束轨迹中时，所述窄孔仅让部分离子束进入所述检测器，所述方法包括以下步骤：
(a)使所述衬底支架与所述离子束之间产生第一相对运动，以便所述离子束穿过所述孔进行扫描；
(b)在穿过所述离子束的所述第一相对运动期间，用所述检测器测量离子束通量；和
(c)利用离子束通量的测量值来确定离子束通量断面图。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述窄孔是细长的并由所述衬底支架提供另一个细长窄孔，所述方法还包括：使所述衬底支架与所述离子束之间产生第二相对运动，以便所述离子束穿过所述另一个孔进行扫描；在穿过所述离子束中的所述第二相对运动期间，用所述检测器再次测量离子束通量；和利用再次测量出的离子束通量来确定第二离子束通量断面图。
14.一种测量离子注入机内的离子束通量断面图的方法，所述离子注入机可用于产生沿着离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入被衬底支架固定在靶位置的衬底内，所述衬底支架提供第一细长缝离子束通量检测器，所述方法包括以下步骤：
(a)使所述衬底支架与所述离子束之间产生第一相对运动，以便所述离子束穿过所述第一检测器进行扫描；
(b)在穿过所述离子束的所述第一相对运动期间，用所述第一检测器测量离子束通量；和
(c)利用离子束通量的测量值来确定第一离子束通量断面图。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述离子注入机包括第二细长缝离子束通量检测器，而且所述方法还包括：
使所述衬底支架与所述离子束之间产生第二相对运动，以便所述离子束穿过所述第二检测器进行扫描；
在穿过所述离子束的所述第二相对运动期间，用所述第二检测器再次测量离子束通量；和
利用再次测量出的离子束通量来确定第二离子束通量断面图。
16.如权利要求14或权利要求15所述的方法，其中所述第一断面图和所述第二断面图沿基本垂直的方向。
17.如权利要求14至权利要求16中的任一权利要求所述的方法，其中所述方法包括，相对于固定的离子束，移动所述衬底支架，因此产生所述第一相对运动。
18.如依赖于权利要求14时的权利要求17所述的方法，其中所述方法包括，相对于固定的离子束，移动所述衬底支架，因此产生所述第二相对运动。
19.包括权利要求14至权利要求18中的任一权利要求所述方法的一种测量离子束轨迹的方法，所述方法包括：在沿着假定的离子束轨迹的第一位置执行步骤(a)和步骤(b)，并且执行步骤(c)以确定在所述第一位置的第一离子束通量断面图；在沿着假定的离子束轨迹并与所述第一位置隔开的第二位置，重复步骤(a)和(b)，并重复步骤(c)以确定在所述第二位置的第二离子束通量断面图；识别所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征；确定所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征所处的位置；并从所述位置推断出所述离子束轨迹。
20.一种测量离子束轨迹的方法，包括：
(a)在沿着假定的离子束轨迹的第一位置，测量第一离子束通量断面图；
(b)在沿着假定的离子束轨迹并与所述第一位置隔开的第二位置，测量第二离子束通量断面图；
(c)识别所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征；
(d)确定所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征所处的位置；和
(e)从步骤(d)确定的所述位置推断出所述离子束轨迹。
21.如权利要求20所述的方法，其中步骤(a)和步骤(b)包括，利用至少一个可以放置在所述第一位置和所述第二位置的细长缝离子束通量检测器来测量通量断面图。
22.一种用于离子注入机的离子束监测装置，所述离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入固定在靶位置的衬底内，所述离子束监测装置包括：
适于将所述衬底固定在所述靶位置的衬底支架；
在离子束轨迹上位于所述靶位置下游的检测器，所述检测器可用于测量入射到所述检测器上的离子束通量；
由所述衬底支架提供的防护罩，在所述衬底支架与所述离子束的第一相对运动期间，所述防护罩在一个位置以逐渐变化的数量来堵截离子束，使其不能进入所述检测器；
处理装置，所述处理装置可用于通过离子束通量测量值的变化来确定在第一方向上的离子束通量断面图。
23.如权利要求22所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架提供另一个所述防护罩，所述另一个防护罩在所述衬底支架与所述离子束的第二相对运动期间，在一个位置以逐渐变化的数量来堵截离子束，使其不能进入所述检测器，所述检测器可用于测量入射到所述检测器上的离子束通量，并且所述处理装置可用于通过再次测量出的离子束通量的变化来确定在第二方向上的离子束通量断面图。
24.如权利要求23所述的离子束监测装置，其中所述第一方向和所述第二方向基本垂直。
25.如权利要求22至权利要求24中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以相对于固定的离子束移动以产生所述第一相对运动。
26.如依赖于权利要求23时的权利要求25所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以相对于固定的离子束移动以产生所述第二相对运动。
27.如权利要求22至权利要求26中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架包括具有边的臂，所述边适于在所述相对运动期间堵截所述离子束。
28.如权利要求22至权利要求27中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架包括具有第一边的卡盘，所述第一边用于在所述第一相对运动期间堵截所述离子束。
29.如权利要求28所述的离子束监测装置，其中所述第一边是直的，并且沿基本垂直于所述第一相对运动的方向延伸。
30.如权利要求28或权利要求29所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以绕它的纵轴转动，并且所述防护罩相对于所述纵轴偏心放置于所述卡盘上。
31.如依赖于权利要求23时的权利要求28至权利要求30中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述卡盘还包括用于在所述第二相对运动期间堵截所述离子束的第二边，所述第二边设置成基本垂直于所述第一边。
32.如权利要求22至权利要求31中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支座包括卡盘，所述卡盘具有容纳所述衬底的第一面和相对的第二面，所述第二面具有从其上面突出来的所述防护罩。
33.如依赖于权利要求21时的权利要求32所述的离子束监测装置，其中所述防护罩包括两条基本垂直设置的外部边(peripheral edge)，以便一边在所述第一相对运动期间堵截所述离子束而第二边在所述第二相对运动期间堵截所述离子束。
34.如权利要求32或权利要求33所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以绕它的纵轴转动，并且所述防护罩相对于所述纵轴偏心放置于所述卡盘上。
35.如权利要求22至权利要求34中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架是单晶片衬底支架。
36.一种用于离子注入机的离子束监测装置，所述离子注入机可用于产生沿着离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入固定在靶位置的衬底内，所述离子束监测装置包括：
适于将所述衬底固定在所述靶位置的衬底支架；
在离子束轨迹上位于所述靶位置下游的检测器，所述检测器可用于测量入射到所述检测器上的离子束通量；
在所述衬底支架上提供的窄孔，在所述衬底支架与所述离子束的第一相对运动期间，所述窄孔在一个位置仅让部分离子束进入所述检测器。
处理装置，所述处理装置可用于通过离子束通量测量值来确定第一离子束通量断面图。
37.如权利要求36所述的离子束监测装置，其中所述窄孔是细长的，并且其伸长方向与所述第一相对运动的方向基本垂直。
38.如权利要求36或权利要求37所述的离子束监测装置，还包括在所述衬底上的第二细长窄孔，在所述衬底支架与所述离子束的第二相对运动期间，所述第二窄孔在一个位置仅让部分离子束进入所述检测器，并且，其中所述处理装置可用于通过所述检测器在所述第二相对运动期间再次测量出的离子束通量，确定第二离子束通量断面图。
39.如权利要求38所述的离子束监测装置，其中所述第一相对运动的方向和所述第二相对运动的方向基本垂直。
40.如权利要求38至权利要求39中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架包括支架臂，并且所述窄孔穿过所述支架臂。
41.如权利要求36至权利要求40中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架包括用于容纳所述衬底的卡盘，并且窄孔穿过所述卡盘。
42.如权利要求36至权利要求41中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架包括，用于在其第一面上容纳所述衬底的卡盘，和相对的第二面，直立部件从所述第二面突出，所述窄孔穿过所述直立部件提供。
43.如权利要求36至权利要求42中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以相对于固定的离子束移动，以产生所述第一相对运动。
44.如依赖于权利要求38时的权利要求43所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以相对于固定的离子束移动，以产生所述第二相对运动。
45.一种用于离子注入机的离子束监测装置，所述离子注入机可用于产生沿着一条离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入固定在靶位置的衬底内，所述离子束监测装置包括：
用于将所述衬底固定在所述靶位置的衬底支架；
由所述衬底支架提供的第一细长缝离子束通量检测器，在所述衬底支架与所述离子束的第一相对运动期间，所述检测器可用于测量入射到所述检测器上的所述离子束通量；和
处理装置，所述处理装置可用于通过离子束通量测量值来确定第一离子束通量断面图。
46.如权利要求45所述的离子束监测装置，其中所述第一检测器包括细长孔或细长检测元件，并且伸长方向与所述第一相对运动的方向基本垂直。
47.如权利要求45或权利要求46所述的离子束监测装置，还包括第二所述细长缝离子束通量检测器，在所述衬底支架与所述离子束的第二相对运动期间，所述第二检测器可用于再次测量入射到所述第二检测器上的所述离子束通量，并且，其中所述处理装置可用于通过再次测量出的离子束通量来确定第二离子束通量断面图。
48.如权利要求47所述的离子束监测装置，其中所述第一相对运动的方向和所述第二相对运动的方向基本垂直。
49.如权利要求45至权利要求48中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述第一检测器包括具有细长入口孔的电流计。
50.如依赖于权利要求47时的权利要求49所述的离子束监测装置，其中所述第二检测器包括具有细长入口孔的电流计。
51.如权利要求45至权利要求50中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架还包括支架臂、第一检测器和在所述臂上提供的任何第二检测器。
52.如权利要求45至权利要求51中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架还包括用于在其第一面上容纳所述衬底的卡盘，并且，其中在所述卡盘的相对的第二面上提供所述第一检测器和任何第二检测器。
53.如权利要求45至权利要求52中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架还包括用来在其第一面上容纳所述衬底的卡盘，和相对的第二面，直立部件从所述第二面突出，在所述直立部件上提供所述第一检测器和任何第二检测器。
54.如权利要求45至权利要求53中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以相对于固定的离子束移动，以产生所述第一相对运动。
55.如依赖于权利要求47时的权利要求54所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架可以相对于固定的离子束移动，以产生所述第二相对运动。
56.如权利要求45至权利要求55中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述第一检测器包括位于深凹槽后面的凹进检测元件。
57.如权利要求56所述的离子束监测装置，其中所述凹槽的前端是细长孔，所述细长孔具有第一短边和第二长边，并且其中所述凹槽的深度至少是所述短边的5倍。
58.如权利要求57所述的离子束监测装置，其中所述凹槽的深度至少是所述短边的10倍。
59.如权利要求57所述的离子束监测装置，其中所述凹槽的深度至少是所述短边的20倍。
60.如权利要求45至权利要求59中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述第一检测器包括分离的检测元件的细长阵列，在所述第一相对运动期间，所述检测元件可用于测量入射到所述检测元件上的所述离子束通量，并且，所述处理装置可用于通过把所述阵列内的检测元件同时测量的离子束通量相加，以确定离子束通量断面图，并且根据一个检测元件所取得的离子束通量测量值来确定另一个离子束通量断面图。
61.如权利要求60所述的离子束监测装置，其中所述检测元件以交替的Z字形图案被设置在两邻相邻的平行线上。
62.如权利要求45至权利要求61中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述衬底支架是单晶片衬底支架。
63.一种用于离子注入机的离子束监测装置，所述离子注入机可用于产生沿着离子束轨迹的离子束，所述离子束用于注入衬底，所述离子束监测装置包括：
(a)第一测量装置，所述第一装置可用于在沿着假定的离子束轨迹的第一位置测量第一离子束通量断面图；
(b)第二测量装置，在沿着假定的离子束轨迹并与所述第一位置隔开的第二位置，所述第二装置可用于测量第二离子束通量断面图；和
(c)处理装置，所述处理装置可用于识别所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征，确定所述第一离子束通量断面图和所述第二离子束通量断面图的共同特征所处的位置，并从确定的所述位置推断出所述离子束轨迹。
64.如权利要求63所述的离子束监测装置，其中单个测量装置提供所述第一测量装置和所述第二测量装置。
65.如权利要求63或权利要求64所述的离子束监测装置，其中所述第一和/或第二测量装置包括防护罩和检测器，所述防护罩可用于以逐渐变化的数量堵截所述离子束，所述检测器在所述离子束中位于所述防护罩的下游。
66.如权利要求63至权利要求64中的任一权利要求所述的离子束监测装置，其中所述第一和/或第二测量装置包括细长缝离子束通量检测器。
67.一种离子注入机处理室，其包括权利要求22至权利要求66中的任一权利要求所述的离子束监测装置。
68.一种离子注入机，其包括权利要求22至权利要求66中的任一权利要求所述的离子束监测装置。
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