CN1667791B - 离子注入剂量控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离子注入衬底的剂量控制中的或有关的改进，例如给半导体晶片掺杂。对离子束进行测量以确保晶片被注入了正确均匀的离子剂量。入射离子包括离子和中性粒子，但检测器只能测量离子。离子/中性粒子的比率随离子注入器的腔压力而变化，而人们都知道该腔压力又会分别随离子束的开关根据一个特征时间常数而变化。本发明提供了利用所述时间常数校正所测量的离子电流的方法，解决了中性粒子的问题。最初，使用一个假定的时间常数，在一个延迟之后，通过测量所述离子电流来改进该时间常数，这个延迟要足以使所述腔压力回复到它的基本压力。也可通过在已经确定的真实束电流值中消除正交变化来改进该时间常数。

Description

离子注入剂量控制

技术领域

本发明涉及离子注入衬底的剂量控制中的或有关的改进，例如给半导体晶片掺杂。

背景技术

离子注入机通常用在半导体产品的制造中，用于向半导体衬底注入离子，以改变这样的衬底中或其预定义区域中的材料的导电性。离子注入机一般包括一个产生离子束的离子源，一个从离子束中选择特定种类离子的质量分析器，以及使通过真空腔的所选质量的离子束指向支撑在衬底架上的靶衬底的装置。

最常见的是，靶衬底上的离子束横截面积小于衬底的表面积，这就必须利用一维或二维扫描在衬底上进行离子束扫描，以便离子束覆盖衬底的整个表面。在离子注入中通常使用如下三种扫描技术：(i)相对于静态衬底的离子束的静电和/或磁偏转；(ii)相对于静态离子束的两个正交方向上的靶衬底的机械扫描；和(iii)一种混合技术，包括在一个方向上的离子束的磁或静电偏转，和在另一个一般正交方向上的靶衬底的机械扫描。

半导体晶片制造中的一个重要目标是为了确保对于任何选定种类的离子，晶片都被注入正确的离子剂量，而且剂量在遍及整个被作为靶来接收注入离子的晶片或晶片部分上是均匀的。目前，半导体工业通常要求1％或更好的剂量均匀性。由于晶片本身的极高成本，不能达到这样的标准既耗时又费用昂贵。

在注入过程中传送剂量是通过利用位于晶片“后面”的离子束电流检测器(通常是一个法拉第杯)对束电流进行检测来监控的，这样，随着离子束和晶片实现彼此相对运动以使离子束不再被晶片阻挡时，离子束可落在法拉第检测器上。当涉及到多晶片注入时，可通过将法拉第检测器定位在可移动(通常是可旋转的)晶片支架的后面来实现，该支架中具有一个或多个间隙/缝隙，离子束可通过它们到达与离子束的一般路径对齐的法拉第检测器。这样的一个布局在美国专利号4,234,797中公开。当单晶片注入发生时，法拉第杯将通常放置在晶片后的一个固定位置，这样，当跨过晶片的离子束的每个单一的横过或扫过之后，晶片与离子束不对齐时，离子束射到法拉第检测器上。这样的一个布局在英国专利申请号GB0400485.9中描述。

当运送到晶片时，离子束中的离子可变成中性的，失去它们的电荷。这些中性粒子(neutrals)将继续在带有离子的离子束中传播，并且也将注入到晶片中。现有的束电流检测器仅可检测离子电流，即，它们不能检测任何中性离子，因此通常将低估离子束中期望物质(species)的真实传送速率，包括离子和中性粒子。束离子一般通过与真空腔中的剩余气体分子碰撞而被中性化，并且已知的是，变成中性的离子的比例随着剩余气体压力的增加而增加。这些碰撞也可导致束离子的电荷状态，例如从带单电荷到双电荷的增加，或者从带双电荷或单电荷的减少，这两种影响都可造成束电流测量的误差。

已经认识到的是，有必要补偿法拉第检测器的低估或高估。一个真实的或校正的束电流将是要被注入的物质的粒子(不管是离子还是中性粒子)束的传送速率的正确测量。随着真实束电流的精确监控，注入过程可被调节，以确保给整个晶片注入均匀的剂量。

在美国专利号6,297,510中描述了一种离子注入机，其可被操作以确定真实束电流。该离子注入机包括一个衬底支架，它可相对于离子束移动，这样可沿着形成一个光栅模式(raster pattern)的一系列扫描线将离子束扫描过晶片。当离子束相对于晶片被扫描时，装备在晶片上的光阻层放出气体，引起封闭衬底支架的真空腔内的剩余气体压力的上升。横过晶片的离子束传送被这样几个周期间隔，在这几个周期中，离子束不再入射到晶片上，因此停止向外放出气体。本文所用术语“分隔周期”是指指在整个晶片上的离子束传送之间，离子束不入射到晶片上的周期。在这些分隔周期中，一个真空泵不断用泵吸吸真空腔，可再一次引起压力向真空腔的基准压力下降。在分隔周期中的压力的这一下降随着时间t成指数地下降，并且可表示为P_t，其中

$P_t=P_0{e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}---\left(1\right)$

(P₀是在t＝0时的压力)，τ是真空腔的特征抽气时间常数。

如上所述，被法拉第检测器测量的离子电流随着真空腔的压力而变化。因此，被测量离子电流I_m的变化是压力P的一个函数，可表示为

I_m＝I₀e^-KP            (2)

其中I₀是真实束电流(离子和中性粒子)，k是一个常数，可为任何特定注入配方来确定。公式(1)和(2)可合并表示，在一个分隔周期内的离子束电流I_m为

$I_m=I_0{e}^{-\left({\mathrm{KP}}_0{e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}\right)}---\left(3\right)$

用自然对数可表示为

${\ln I}_m={\ln I}_0-{\mathrm{KP}}_0{e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}---\left(4\right)$

公式(4)具有y＝mx+c的一般形式。因此，测量一个分隔周期内已知时间的一组离子束电流I_m允许绘制出lnI_m对的曲线图。然后，真实束电流I₀可从y轴的截距找到(在该情形下c＝lnI₀)。将被理解的是，在该方法中不要求常数K已知(事实上，K可从斜率m＝-KP₀获得)。然而，时间常数τ必须首先确定，以允许绘制出图形。当真空腔中的压力下降(或者在初始时，或者在一个分隔周期内)时，时间常数τ是通过测量两个或多个腔压力来确定的。公式(1)可改写为

$\ln P_t={\ln P}_0-\frac{t}{\mathrm{\τ}}---\left(5\right)$

如同公式(4)，它具有y＝mx+c的形式。将两个或多个压力测量拟合到该形式，允许时间常数τ被确定为斜率m＝-τ^-1。

因此，在抽气时间常数τ的初始确定之后，一系列离子束电流在分隔周期内的扫描线末端被测量，以确定那个时间的真实束电流。真实束电流将随着时间缓慢变化，并且该漂移将被检测到，注入过程可得到控制，以便校正该变化，并且确保给整个晶片注入均匀的剂量。例如，如果真实离子束电流被发现随着时间下降，则相对于晶片的离子束扫描速度可被减慢，以获得相同的注入剂量。

美国专利号6,297,510中所述方法的一个缺点是，为了确定抽气时间常数τ需要测量真空腔的压力。这要求一个能够测量真空腔内压力的额外检测器，并且在离子注入机的复杂性和费用方面，这也是不利的。

发明内容

本发明的一个目的是，改进美国专利号6,297,510中公开的现有技术的注入机。本发明的另一个目的是，提供一种根据测量的离子束电流来确定真实束电流的方法，而没有压力测量的负担。

根据第一方面，本发明涉及一种离子注入机，其包括一个真空腔，一个用于支撑靶衬底的位于真空腔中的衬底支架，和一个用于产生离子束的离子束产生器，该离子束包括一个要被注入到靶衬底中的物质，用于产生靶衬底与离子束之间的相对扫描运动效果的扫描装置，和一个在注入过程中用于从真空腔中泵出剩余气体的真空泵。

扫描装置被放置，以在一个注入过程中产生对靶衬底上的束的重复扫描，其被束不射到靶衬底上时的周期分隔开。由于从靶衬底中放出气体，在每个所述扫描过程中所述腔中的剩余气体压力上升，并且在所述分隔周期内，由于通过所述真空泵来泵吸，所述剩余气体压力随抽气时间常数向最小压力值呈指数级下降。相对于使所述剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气常数，至少一些所述分隔周期的持续时间不足。

该离子注入机进一步包括一个离子电流控制器，其用于在多个所述分隔周期的每个周期内提供对靶衬底的离子束中离子电流的多个时间间隔测量，所述分隔周期包括持续时间不足的所述周期；和一个控制器，其用于控制所述扫描装置，以产生所述重复扫描，并且用于提供具有充足持续时间的至少一个扩展的所述分隔周期，以使剩余气体压力被抽低到所述最小压力值。离子电流检测器用于在所述扩展分隔周期内提供所述多个时间间隔测量。

该注入机还包括一个处理器，其用于：(a)接收来自包括所述扩展分隔周期的每个所述分隔周期的所述多个测量值，(b)从所述扩展分隔周期内的所述离子电流测量中，识别对应于剩余气体压力达到所述最小压力值的最大测量束电流值，和(c)根据所述扩展分隔周期内所接收的多个时间间隔测量和所识别的最大测量束电流值，计算所述抽气时间常数的一个估计。(d)所述处理器利用所接收的测量值和所述抽气时间常数的估计为总束电流计算重复校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率，其中所接收的测量值是在所述扩展操作周期后的所述多个分隔周期的每一个周期内接收的。

这样一个离子注入机一个分隔周期内使用一个相对长的暂停以估计抽气时间常数，然后在相对短的分隔周期内使用这个估计快速提供真实束电流的一个估计。因此，这个离子注入机用于使用抽气时间常数的一个改进估计。此外，与上文描述的现有技术相反，对于离子注入机而言，为了确定抽气时间常数，不必测量真空腔的压力。

为了避免怀疑，多个分隔周期不需要包括整组分隔周期，也就是说，仅使用所有分隔周期的一个子集测量离子电流和计算真实束电流是完全合理的。

可选地，本发明的第一方面定义的处理器用于利用一个线性回归来估计抽气时间常数。

优选地，上述段落中定义的或根据本发明的第一方面定义的处理器用于利用至少两个真实束电流和至少两个预定时间常数来估计抽气时间常数，所述真实束电流是根据在所述扩展分隔周期内所接收的测量来确定的。

可选地，根据本发明的第一方面定义的或根据上面两段中任一段或两者改进的处理器初始用于，根据所接收的测量值和所述抽气时间常数的一个预定估计值来计算总束电流的第一各自的校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率，其中所接收的测量值是在所述扩展分隔周期之前的第一数量的所述多个分隔周期中的每一个周期内被接收的。

这是有优势的，当圆形晶片用作靶衬底时，晶片上的束初始扫描可造成仅一部分离子束相切于(clip)晶片边缘。这样的小暴露将仅产生真空腔中压力的微升，并因此仅产生在随后分隔周期内压力的微降。这将导致在分隔周期内离子束电流的仅一个小的变化，其将阻止抽气时间常数的一个可接受确定。

可选地，根据本发明的第一方面定义的或以上文所述的任何方式或其任何组合所做的改进的离子注入机用于在一个分隔周期内执行步骤(b)，其中所述分隔周期与腔中剩余气体压力上升第一次发生的时间基本对应，所述剩余气体压力上升是由于向外放出气体造成的。

可选地，根据本发明的第一方面定义的或以上文所述的任何方式或其任何组合所做的改进的离子注入机可用于注入一个靶衬底，该靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片，其中所述离子束产生器用于产生一个束，该束具有小于所述直径的正交横截面直径，所述扫描装置用于在晶片上的多个间隔线中扫描束以形成一个光栅，利用所述扫描线之间的所述分隔周期；且其中所述处理器在一个选定时间用于：存储离子电流测量值，该离子电流测量值是在所选择的扫描线的末端的分隔周期内接收的，所述扫描线分布在晶片区域上；利用所述抽气时间常数的一个估计，根据在每一个所选择的扫描线后所接收的测量值，来计算一个校正总束电流值，以在所述扫描线的间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置提供校正总束电流值的一个阵列；根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和计算所述抽气常数的一个进一步改进的估计，当用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，其基本上消除了所述正交变化。优选地，选定时间在一次通过(pass)的末端。

可选地，控制器用于仅在第一注入中产生一个扩展分隔周期，且其中处理器在后续注入中用于根据所述后续注入的所述多个分隔周期中的每一个周期内的所接收的测量值和所述抽气时间常数的所述改进估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

根据第二方面，本发明涉及一种离子注入机，其包括一个真空腔；一个用于支撑靶衬底的位于真空腔中的衬底支架，该靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片；一个离子束产生器，其用于产生一个包括要被注入到靶衬底中的物质的离子束；一个扫描装置，其用于实现靶衬底与离子束之间的相对扫描运动；和一个真空泵，其用于在注入过程中从真空泵中泵出剩余气体。

该扫描装置被放置，以在一个注入过程中在靶衬底上产生束的重复扫描，其被束不射到靶衬底上时的周期所分隔开。由于从靶衬底放出气体，所述腔中的剩余气体压力在每个所述扫描过程中上升，并且由于通过所述真空泵进行泵吸，在所述分隔周期内抽气时间常数呈指数地向最小压力值下降。所述分隔周期中的至少一些相对于使剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气常数具有一个持续时间不足。

该离子注入机进一步包括一个离子电流检测器，其用于在多个所述分隔周期的每个周期内提供靶衬底上的离子束中离子电流的多个时间间隔测量值，所述分隔周期包括持续时间不足的所述周期。该离子注入机还包括一个处理器，其用于接收所述多个测量值，产生所述抽气时间常数的一个估计，并根据所述多个分隔周期的每一个周期内所接收的测量值及所述抽气时间常数的所述估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

所述离子束产生器用于产生一个束，其具有小于所述直径的正交横截面直径，所述扫描装置用于在晶片上多个间隔线中扫描束以形成一个光栅，利用所述扫描线之间的所述分隔周期。

所述处理器用于：(a)存储离子电流测量值，该离子电流测量值是在所选择的所述扫描线的末端的分隔周期内接收的，所述扫描线分布在晶片区域上；(b)利用所述抽气时间常数的一个估计，根据每一个所述被选择扫描线后所接收的测量来计算一个校正总束电流值，以在扫描线间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置来提供校正总束电流值的一个阵列；(c)根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和(d)计算所述抽气常数的一个改进估计，当其被用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，它基本上消除了所述正交变化。

这种离子注入机利用这样的效果，当圆形晶片的宽度增加时，估计抽气时间常数的任何误差对真实束电流有一个渐进增加的影响。真实束电流仅缓慢地漂移，并且因此可被假定为维持合理量的扫描线上的相当稳定。因此，由抽气时间常数的不精确估计引起的误差显现为，为遍及晶片的扫描线而计算的真实束电流的一个正交变化。

可选地，根据本发明的第二方面定义的处理器用于通过重复优化抽气时间常数，来消除正交变化。优选地，该处理器用于确定正交变化的曲率，并使用该曲率来计算改进的时间常数。后一种布置目前被优先选择，因为它使改进的时间常数可被一次性确定，而无须多次的迭代布置。

根据第三方面，本发明还提供了一种利用离子注入机在靶衬底中注入离子的方法，该离子注入机包括一个真空腔，一个用于支撑靶衬底的位于真空腔中的衬底支架，一个离子束产生器，一个扫描装置，一个真空泵，一个离子电流检测器，一个控制器和一个处理器；该方法包括以下步骤：利用所述离子束产生器生成一个离子束，其包括要被注入到靶衬底中的物质；操作所述控制器以控制所述扫描装置，以实现靶衬底与离子束之间的一个相对扫描运动；并在注入过程中用真空泵来泵吸真空腔，以从真空腔中抽出剩余气体。

扫描装置被操作以在一个注入过程中产生对靶衬底上束的重复扫描，其被束不射入到靶衬底上的周期分隔开，由此，所述腔中剩余气体压力由于从靶衬底放出气体而在每个所述扫描过程中上升，并且由于被所述真空泵吸出而在所述分隔周期内随抽气时间常数向最小压力值呈指数下降，相对于使剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气时间常数，所述分隔周期中的至少一些的持续时间不足。

该方法进一步包括，利用离子电流检测器来测量离子电流，以在多个所述分隔周期的每一个周期内，提供靶衬底上离子束中离子电流的多个时间间隔测量，所述分隔周期包括持续时间不足的所述周期；操作控制器以控制所述扫描装置，以提供具有足够持续时间的至少一个扩展所述分隔周期，以将所述剩余气体压力抽气到所述最小压力值，和操作所述离子电流检测器，提供所述扩展周期内的所述多个时间间隔测量；将包括所述扩展周期的每个所述分隔周期的所述多个测量传送给所述处理器，利用所述处理器从所述扩展分隔周期内的所述离子电流测量中识别一个最大测量束电流值，其对应于达到所述最小压力值的剩余气体压力，根据在所述扩展分隔周期内接收的多个时间间隔测量和所识别的最大测量束电流值，利用处理器来计算所述抽气时间常数的一个估计，并根据所述多个分隔周期的每一个周期内的所述接收测量及所述抽气时间常数的所述估计，利用处理器为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

可选地，该处理器利用线性回归估计抽气时间常数。优选地，处理器利用至少两个真实束电流和至少两个预定时间常数来估计抽气时间常数，所述真实束电流是根据在所述扩展分隔周期内所接收的测量来确定的。

根据本发明的第三方面的或根据前述段落改进的方法可被可选地执行，以便处理器被操作：(a)最初，根据所述多个分隔周期的每一个周期内所接收的测量值和所述抽气时间常数的一个预定估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率；(b)随后，根据所述扩展分隔周期内的所述离子电流测量值，识别对应于达到所述最小压力值的剩余气体压力的一个最大测量束电流值，根据在所述扩展分隔周期内接收的多个时间间隔测量和所述识别的最大测量束电流值，计算所述抽气时间常数的一个估计；和(c)此后，根据所述多个分隔周期的每一个周期内所接收的测量值和所述估计抽气时间常数，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

优选地，所述处理器在一个分隔周期内执行步骤(b)，所述分隔周期基本对应于所述腔中剩余气体压力第一次发生上升时，所述剩余气体压力的上升是由于向外放出气体。

可选地，根据本发明的第三方面的或根据任何一个上述段落改进的方法可包括，注入一个包括圆形晶片的靶衬底，该圆形晶片具有预定直径；其中所述离子束产生器生成一个其正交横截面直径小于所述直径的束，和扫描装置用于扫描晶片上多个间隔线中的束以形成一个光栅，所述扫描线之间具有所述分隔周期；和其中所述处理器在一个选定时间用于：存储在晶片区域上分布的被选择所述扫描线的末端的分隔周期内接收的离子电流测量；利用所述抽气时间常数的一个估计，根据每一个所述被选择扫描线后的接收测量，计算一个校正总束电流值，以提供一个校正总束电流值对在扫描线间隔方向上穿过晶片的各个扫描线的位置的阵列；根据所述阵列，利用穿过晶片的位置，检测所述计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和计算所述抽气常数的一个进一步改进估计，当用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，它基本上消除了所述正交变化。

优选地，选定时间是在一次通过的末端。可选地，控制器仅在第一注入产生一个扩展分隔周期，和其中处理器在后续注入中用于根据所述后续注入的所述多个分隔周期中的每一个周期内的所接收的测量值和所述抽气时间常数的所述改进估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

根据第四方面，本发明涉及一种利用离子注入机在靶衬底中注入离子的方法，该离子注入机包括一个真空腔，一个位于真空腔中用于支撑靶衬底的衬底支架，该靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片；一个离子束产生器，一个扫描装置，一个真空泵，一个离子电流检测器，和一个处理器；该方法包括以下步骤：用离子束产生器生成一个离子束，包括要被注入到靶衬底中的物质；在注入过程中用真空泵来泵真空腔，以从真空腔中抽出剩余气体；操作扫描装置，在靶衬底与离子束之间产生相对扫描运动，以在一个注入过程中产生对靶衬底的束的重复扫描，被当束不射到靶衬底上时的一些周期分隔开；由此，所述腔中剩余气体压力由于从靶衬底放出气体，在每个所述扫描过程中上升，并且由于被所述真空泵吸出，在所述分隔周期内随抽气时间常数向最小压力值呈指数下降，至少一些所述分隔周期相对于所述抽气时间常数具有持续时间不足，允许剩余气体压力达到所述最小压力值。

该方法进一步包括，用离子电流检测器测量离子电流，以在包括持续时间不足的所述周期的多个所述分隔周期的每一个周期内，提供靶衬底上离子束中离子电流的多个时间间隔测量；将所述多个测量传递给处理器，利用处理器，生成所述抽气时间常数的一个估计，和根据所述多个分隔周期的每一个周期内的所述接收测量及所述抽气时间常数的所述估计，利用处理器为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

所述离子束产生器用于产生具有小于所述直径的正交横截面的一个束，和扫描装置用于扫描晶片上多个间隔线中的束，形成一个光栅，在所述扫描线之间具有所述分隔周期；和其中所述处理器用于：存储在分布在晶片区域上的选择所述扫描线的末端的分隔周期内接收的离子电流测量；利用所述抽气时间常数的一个估计，根据每一个所述被选择扫描线后的接收测量，计算一个校正总束电流值，以在所述扫描线的间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置提供校正总束电流值的一个阵列；根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；计算所述抽气常数的一个进一步的改进估计，当其被用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，基本上消除所述正交变化。

可选地，处理器通过重复优化抽气时间常数，来消除正交变化。

优选地，根据本发明的第四方面的或被前述段落改进的方法被执行，其中处理器确定正交变化的曲率，并利用曲率来计算改进时间常数。

附图说明

参考附图，现在将描述根据本发明的一种方法和装置的一个示例，其中：

图1是本发明所使用的离子注入机的俯视图；

图2表示相对于衬底的离子束的光栅扫描；

图3是表示注入机执行步骤的框图；

图4是表示确定线校正时间常数(line corrected time constant)所执行的步骤的框图；

图5a和图5b表示在图4所示步骤后获得的两个曲线图；

图6是表示确定一个通过校正时间常数(a pass corrected timeconstant)所执行的步骤的框图；

图7a和图7b表示在图6所示步骤后获得两个曲线图；

图8表示图6所示步骤后的一个进一步的曲线图；

图9表示相对于衬底的离子束的光栅扫描，示出了用于测量离子束电流的一个替代位置；和

图10表示相对于衬底的离子束的一个替代光栅扫描。

具体实施方式

参考这样一个单晶片注入机，如图1所示的离子注入机20，可容易地说明本发明。然而，应该理解的是，本发明也可包括同时处理安装在旋转轮上的大批晶片的批量式注入机。

图1的单晶片机包括一个离子源22，如Freeman或Bernas离子源，它被供给前体气体，用于产生要被注入到晶片36的离子束23。在离子源22中所产生的离子被一个提取电极装置提取到飞行管(flight tube)24中，该飞行管24包括一个质量分析装置(mass-analysis arrangement)28，质量分析装置28又包括一个质量分析磁体和一个质量分辨狭缝，这是本领域公知的。带电离子进入到飞行管24内的质量分析装置28时，会被质量分析磁体的磁场偏转。通过恒定磁场，每个离子的飞行路径的半径和曲度由各个离子的质量/电荷比确定。

质量分辨狭缝确保，仅具有选定质量/电荷比的离子从质量分析装置28中出现。通过质量分辨狭缝的离子作为离子束23脱离，并且撞击位于晶片支架38之上的安装在处理腔44中的半导体晶片36，晶片支架38轮流地连接到扫描臂39上。

束停止(beamstop)40位于晶片支架38之后(也就是，晶片支架38的下游)，以在不入射到晶片36或晶片支架38上时，拦截离子束23。束停止40包括一个用于测量离子电流的法拉第检测器40。

晶片支架38是一个串行处理的晶片支架38，因此每次支撑一个单晶片36。扫描臂39用于沿着X和Y轴移动晶片36，离子束23的方向定义了笛卡儿坐标系统的Z轴。如图1所示，X轴平行延伸到纸张的平面，而Y轴从纸张平面中延伸入和延伸出。

扫描臂39的移动是被控制的，以便固定离子束23根据图2所示的光栅模式50扫过晶片36。虽然晶片36相对于固定离子束23被扫描，但是图2所示的光栅模式与在静态晶片36上被扫描的离子束23相同(该方法实际上在一些离子注入机中使用)。由于将一个扫描离子束23图像化要更加直观，因此下面的描述将遵循该惯例，尽管实际上离子束23是静态的，并且是晶片36被扫描。

离子束23在晶片36上被扫描，以形成一个平行、间隔的扫描线52₁到52_n的光栅模式，其中n是扫描线的数量。此处，沿着每个扫描线52_n移动是指一个“扫描”，同时，此处每个完整光栅扫描50是指一个“通过”。每个晶片的注入过程可能包括许多独立的“通过”。

离子束23具有50mm的典型直径，然而晶片36具有300mm的直径(对于半导体晶片通常是200mm)。在该示例中，将Y轴方向上狭缝选为2mm，这将导致总共175个扫描线(即n＝175)，以确保离子束23的整个范围在晶片36上的整个区域上被扫描。为了清晰起见，在图2中仅示出了21个扫描线。

光栅模式50通过沿X轴方向向前扫描离子束23而形成，形成第一个扫描线，直到离子束完全扫过(clear of)晶片36，通过沿72所示的Y轴方向向上移动离子束23，然后沿X轴方向向后扫描离子束23，直到再次完全扫过晶片36以形成扫描线522，然后沿Y轴方向向上移动离子束23，等等，直到整个晶片36都被离子束23扫过。如图所示，每个扫描线52_n具有同样的长度，该长度足够使离子束23在中间扫描线52_n/2的开始和末端处能够完全扫过晶片36，中间扫描线52_n/2的开始和末端对应于晶片36的最大长度。利用同样长度的扫描线52_n并非必需的，这将在后面讨论。

法拉第检测器40位于离子束23的下游，这样，每次在晶片36和扫描臂39移出离子束23时，可测量离子束23的离子电流。当离子束23在法拉第检测器40上扫过时其所捕获的电荷的到达速率表示那个时刻离子束23中离子电流的一个值。将被理解的是，法拉第检测器40仅能够响应离子束23中的带电粒子，并不响应在到达法拉第检测器40之前已被中和的期望物质的任何中性粒子。

众所周知，离子源22中的离子产生、通过质量分析装置28到处理腔44的离子束23的传送、以及注入本身都必须在高真空中发生，所需要的真空腔42在图1中示出。包含晶片36、晶片支架38和扫描臂39的处理腔44至少直接通过真空泵46来抽真空。离子注入机20的其它部分可直接通过进一步的真空泵来抽真空，进一步的真空泵在图1中未示出。在任何情形下，本发明依赖于这样的理解，在缺乏处理腔44内产生源的任何剩余气体的情况下，根据预测曲线，其具有一个可定义的抽气时间常数τ，真空泵46的连续操作会使处理腔44内的剩余气体压力恢复。

如图1所示，法拉第检测器40被连接到剂量控制器48。剂量控制器48使用法拉第检测器40所提供的离子束电流的值，在考虑离子束23中的束离子的任何中和或电荷剥离的情况下，对真实束电流的校正值进行估计，所述中和或电荷剥离在到达法拉第检测器40和晶片36的位置之前可能就已经发生。

法拉第检测器40所测量的束电流的误差取决于束离子到达晶片36之前被中和的数量。这又取决于束23通过的处理腔44中的剩余气体压力，这是公知的。在注入过程中，被注入的晶片36通常将会被部分地涂上抗蚀剂，以便定义离子要被注入的晶片表面的那些区域。射入涂上抗蚀剂表面上的离子不被注入到半导体晶片30中，但对于引起从抗蚀剂上放出气体具有影响，这对处理腔44中的剩余气体压力是有影响的。

可被考虑的是，晶片36的处理继续进行重复扫描，对应于X轴方向上的机械扫描，所述重复扫描被离子束23不射入晶片36上时的周期分隔开(即当晶片36和扫描臂39在扫描线52_n的末端反转时)。在这些分隔周期中，离子束电流能够被法拉第检测器40测量。

不论哪个扫描线52_n正在晶片36上形成，在该实施例中的离子束电流的测量都在离子束路径的相同末端进行，即对应于图2的线54之外的外侧右边缘。由于扫描臂39会阻挡晶片36中部的扫描线52_n的离子束23，因此从左边缘(即线56之外)的相应测量并不能一直有效。因此，离子束电流测量仅在每个奇数编号(即52₁、52₃、52₅、……)的扫描线的末端处进行。

在该特定实施例中，对于线54之外的区域，扫描臂39反转晶片36的传送方向要花150ms。这个时间的第一个50ms被留作一个延迟，在该分隔周期的剩余100ms内，以1ms的时间间隔获取100个数据点。因此，在每个奇数编号的扫描线52₁、52₃、……的末端，对离子束电流进行了100次测量。如上文所述，该分隔周期与从晶片36上的光阻材料放出气体已经停止时相符，并且真空泵46根据特性时间常数τ，正在降低处理腔44中的压力。随着压力的下降，离子束23中离子的中和减少，因此在这一百个数据点上，由法拉第检测器40测量的离子电流增加。如下面将进一步详细描述的，离子束电流的这些测量用于获得真实束电流，既包括离子又包括中性粒子。剂量控制器48使用真实束电流调节下一个扫描线的扫描速度，以补偿真实束电流与前一个值的漂移。这样，可获得均匀剂量。

图3以简单的形式示出了一种根据本发明第一实施例的对晶片进行注入的方法。将参考在一连串的连续通过中所执行的晶片36的一个完整注入过程来描述该方法，每次通过包括175个扫描线，如前所述。在100处，离子束23沿扫描线52₁扫描以相切于晶片36的下边缘，并且一旦在这个扫描线52₁的末端穿过线54，离子束电流就会被测量。这在最初七个奇数扫描线52₁至52₁₃中的每一个之后重复。在52₁至52₁₃中的每个奇数扫描线之后，剂量控制器48使用为离子电流所收集的百个数据点，并根据公式(4)使用一个假定时间常数τ_a来拟合数据点，

$\ln I_m={\ln I}_0-{\mathrm{KP}}_0{e}^{-\frac{t}{{\mathrm{\τ}}_a}}$

其为y＝mx+c的形式。

然后，剂量控制器48确定截距c＝lnI₀，并计算真实束电流I₀。该处理全部发生在扫描线52_n末端处的分隔周期内，这样剂量控制器48根据找到的真实束电流I₀中的任何漂移，能够为下一个扫描线52_n+1调节扫描臂39的移动速度。

对于第15个扫描线52₁₅，采用一个另外的过程，如图3中的102所示。在第15个扫描线52₁₅之后的分隔周期内，进行如上文所述的离子束电流的一百个测量。然而，剂量控制器48停止扫描臂39，形成一个暂停，而法拉第检测器40继续测量离子束电流。剂量控制器48继续法拉第检测器40的测量，直到离子束电流稳定到一个稳定值(在实验躁声的界限内)。这种测量对应于当真空泵46已经将处理腔44抽回到其基本压力时。已经发现，在基本压力时所测量的离子束电流非常接近真实束电流I₀。实际上，差别在实验误差内，因此该测量电流被用作真实束电流I₀。

在第15个扫描线52₁₅之后执行的这个过程是一个任意选择。很明显，尽可能快地执行这个改进是有利的。然而，存在一个相矛盾的要求，由于必须以足够长的时间将足够的离子束23入射到晶片36上，以引起腔压力的明显上升。以这种方式直接测量真实束电流I₀，要计算线校正时间常数τ_1c，然后当确定随后扫描线52₁₇至52₁₇₅的真实束电流时使用。该线校正时间常数τ_1c如何被正确地确定，将参考图4在下文中进行描述。

在确定了线校正时间常数τ_1c的情况下，在104处，剂量控制器48重新启动扫描臂39，这样，离子束23沿第16个扫描线52₁₆扫过晶片36。根据光栅模式50继续注入过程，如上文在100处所描述的，在每个奇数扫描线52₁₇、52₁₉、……的末端，对离子束电流进行100次测量。在每个奇数扫描线52₁、52₃、……的末端，计算真实束电流，如前面在步骤100中所描述的，但是在该线性拟合过程中这个时间使用步骤102所确定的线校正时间常数τ_1c，而不是假定时间常数τ_a。

因此，为第17个和后续扫描线获得真实束电流的一个较好估计。

实际上，所有52₁至52₁₇₅的175个扫描线将被形成以在图3的106处完成第一次通过。在第一次通过的末端，在每个奇数扫描线52₁、52₃、……的末端所收集的百个数据点被再一次的拟合，以为奇数扫描线52₁、52₃、……确定一组真实束电流。如果在这个拟合过程中使用的时间常数是正确的，绘制为每个扫描线计算的真实束电流将产生一条相对平坦的线，其仅有的变化是由实验噪声所造成的。然而，如果时间常数不正确，绘制的真实束电流将显示一个曲线正交变化。

这是由于时间常数τ中的任何不精确对晶片36中部的影响最大，因此，在晶片的这个部分会出现最大误差。产生这个曲率的原因在于注入过程的几何条件和离子电流测量的时间。首先，对于晶片36的中间部分，压力上升的数量最大，其中离子束23以最长周期入射到晶片表面上。第二，在离子束23离开晶片36的中间部分之后，到达开始离子电流测量处的线54之前，进行真空恢复的时间较少。

剂量控制器48绘制真实束电流I₀与扫描线数n的图形，并分析结果以确定一个移除正交变化的通过校正时间常数τ_pc。然后，该通过校正时间常数τ_pc可用于计算后续注入过程中的真实束电流，如下所示。

在图3的108处，在每个奇数扫描线52₁、52₃、……后测量了离子束电流的情况下执行下一次注入。如上所述，剂量控制器48用于确定每个奇数扫描线52₁、52₃、……后的真实束电流，这个时间使用在第一次通过的末端所确定的通过校正时间常数τ_pc。为整个通过上的每个奇数扫描线52₁、52₃、……重复该过程(即在第15个扫描线之后没有暂停直接测量真实束电流I₀，类似于参考102所描述的)。

在第二次通过的末端，剂量控制器48重复步骤106，即重新拟合为离子束电流所收集的数据，并求解以产生一个新的通过校正时间常数τ_pc，以消除任何正交变化。这个新的通过校正时间常数用于随后的通过等等，直到所要求的通过次数已经被执行。

因此，时间常数τ的一个精确估计被找到并被使用，这样，剂量控制器48能够精确地补偿扫描臂49的扫描速度，以确保晶片36被注入高度均匀的剂量。

图4示出了步骤110至118，它们构成图3的步骤102。特别地，在110处，在第15个扫描线52₁₅的末端处进行的离子束电流的一百次测量根据公式(4)被拟合

$\ln I_m={\ln I}_0-{\mathrm{KP}}_0{e}^{-\frac{t}{{\mathrm{\τ}}_{a\mathrm{1,2}}}}$

它具有y＝mx+c的形式，使用两个假定的时间常数τ_a1和τ_a2。在112处，剂量控制器48绘制这个关系，并获得两个截距值，如图5a所示，对应于c＝lnI₀₁和c＝lnI₀₂。然后，剂量控制器48等待从法拉第检测器40的读取以停留，对这个最后的离子束电流取平均，并使用这个平均值作为真实束电流I₀。然后，剂量控制器48能够计算I₀的自然对数lnI₀。在116处，剂量控制器48计算在112处使用假定时间常数τ_a1、τ_a2所确定的lnI₀₁和lnI₀₂的误差，lnI₀₁-lnI₀₂和lnI₀₂-lnI₀₁，并绘制这些误差与时间常数值τ_a1和τ_a2的图形，如图5b所示。剂量控制器48可利用一条直线连接两点，并计算该直线在X轴上的截距，由于该值对应于线校正时间常数τ_1c，如118所示。

图6示出了步骤120至124，它们构成了图3的步骤106。如120所示，剂量控制器48获得离子束测量的最初50个样本(即，对应于为前次注入的扫描线52₁至52₉₉所测量的离子束电流的百个数据点)，并根据使用两个假定时间常数τ_a1和τ_a2的公式(1)绘制这些样本中的每一个(不必与步骤102中所用的相同)，以为扫描线52₁至52₉₉的每一个确定真实束电流的50个值。

在122处，剂量控制器48绘制这些真实束电流值

的自然对数与扫描线数n的图形，如图7a所示(实际上，图7a示意n＝1至175的值)。这些点可用曲线拟合，像在图8中所示的，这些拟合线的曲率的大小表示时间常数τ的正确值与假定常数τ_a1和τ_a2的差别大小。当剂量控制器48可迭代地解决这个问题，即对于假定时间常数τ_a，通过用不同的值重复拟合数据，以最小化曲率，直到找到最佳值时，剂量控制器48求得一次通过中的正确时间常数τ_a是比较快速的。

这在124被示出，其中的绘图根据下面的方程来拟合

lnI₀₁＝a₁n²+b₁n+c₁                 (6a)和

lnI₀₂＝a2n²+b₂n+c₂                 (6b)

以找到通过校正时间常数τ_pc。这些公式具有y＝ax²+bx+c的形式，因此具有这类公式的固有属性。例如，沿X轴的最大或最小的y_m的位置可表示为

$X_{\left(y_m\right)}=\frac{-b}{2a}$

和该最大或最小的大小可表示为

$Y_m=-\frac{b^2}{4a}+c.$

因此，上面的拟合公式(6a)和(6b)产生四个系数，它们用于计算通过校正时间常数τ_pc，如下

$A=\frac{\left(\frac{-b_1^2}{4a_1}\right)-\left(\frac{-b_2^2}{4a_2}\right)}{{\mathrm{\τ}}_{a_1}-{\mathrm{\τ}}_{a_2}}$

$B=\frac{-b_1^2}{4a_1}-A{\mathrm{\τ}}_{a_1}$

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{pc}}=-\frac{B}{A}$

在数学上，这与图4和图5b所述操作等价，如图7b在该情形下所示的。图7b示出了两条线，一条线表示步骤102的时间常数确定，一条线表示步骤106的时间常数确定。如图所示，这两条线穿过X轴的位置不同，因此步骤106提供真实时间常数τ的一个较精确的确定。因此，通过校正时间常数τ_pc被找到，它可在后续注入中使用。

如本领域技术人员将会理解的，在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述实施例做出各种改变。

例如，技术人员将意识到，利用为间隔在晶片36上的一系列扫描线52_n所确定的真实束电流I₀估计的正交拟合的想法，不要求完全以上述方式来找到那些估计。实际上，利用抽气时间常数τ来估计真实束电流I₀的任何方法可得益于利用参考图6所描述的方法的改进。例如，时间常数τ可通过在分隔周期内进行的压力测量来确定，如美国专利号4,234,797所述的方法。

上述实施例最初使用一个假定时间常数τ_a，其通过直接测量真实束电流I₀在注入中途中被改进，并且其利用正交拟合在一次通过的末端再次改进时间常数τ。当然，在注入中途中改进时间常数τ_a可被省略，而不会脱离本发明的范围。

利用正交拟合改进时间常数τ的频率是可选的。上述实施例优选在每次通过的末端执行一次拟合，但这不是必须的。例如，当已知时间常数τ仅慢慢地改变，例如说在50次通过过程中仅变化1％，则正交拟合仅需要间歇地执行，以确保被使用的时间常数τ没有漂离实际值太远。同样地，确定真实束电流I₀的规则可不同于上文给定的根据每个奇数扫描线52₁、52₃、……确定的示例(当然，每个偶数扫描线可很好地同样适合)。

明显地，上文提供的晶片36的尺寸和扫描布局(扫描线间隔、离子束大小等等)仅仅是适当的示例而已，因此它们可根据需要自由变化。此外，上文使用的数据样本数量也仅是示例性的。也就是说，可在每个扫描线末端进行任何数量的离子束电流测量，以确保一个合理的统计集，而不仅是上文所提到的一百个。同样地，利用正交拟合中五十组的真实束电流I₀测量也仅是一个示例。此外，用于曲线拟合的样本可自由选择。例如，样本可均等地分布于整个光栅扫描50上，或者它们可在光栅扫描50上不规则地间隔开。此外，样本不需要占据整个扫描50，相反，在从该通过内的扫描线52_n的一个小范围中所进行的离子电流测量的选择可被使用。例如，仅对应于该通过的第一或第二半的扫描线可以被使用。尽管理论上可以使用更小的组，但是很明显，组越小，结果就可能越坏。

上述实施例，当离子束23穿过一条虚线54到达晶片36的右侧时，对离子束电流进行测量。然而，这并不是必须的。一个可选择的方案在图9中示出，离子束电流在从离子束23离开晶片36时的一个固定时间延迟后被测量。因此，一旦离子束23穿过图9的曲线54a就开始测量，曲线54a大约接近于一个半圆。由于离子束23的边缘超出晶片36时，法拉第检测器40所产生的信号会上升，因此测量时间延迟就很简单。所以可以根据信号的这个上升来计算所要求的时间延迟。或者，可为每个扫描线52_n提前设置用于开始测量的预定时间，以确保获得图9中所示的模式。此外，如果在晶片36的左右两侧对离子束电流测量进行，则相应的曲线56a可用于指出进行测量的位置。

而且，并不必使用图2和9中示出的方形光栅扫描50。一个替代的方案在图10中被示出，其中每个扫描线52_n的长度与晶片36的宽度成比例，因此离子束23在超出晶片36边缘之后、回转之前所移动的距离相同。因此，随着离子束23接近晶片36的中心，扫描线52_n越来越长，然后，随着离子束23朝晶片36的远边缘继续向前，扫描线52_n就越来越短。在这中布局中，在离子束23移出晶片36的边缘后的一个规定时间进行离子束电流测量，如图10中线54b所示，如上文所述。

虽然上文是在晶片串行处理的上下文中进行描述的，但是本发明可应用于晶片的批处理。一个典型的批处理衬底支架包括一个辐条轮，每个辐条的末端承载一个晶片。旋转该轮以使离子束描绘出整个晶片上的弧形扫描线：相对于离子束移动衬底支架以使一系列间隔的弧形扫描线注入整个晶片。

理论上，分隔周期可对应于离子束在相邻晶片之间运行的时间。然而，该轮的旋转速度需要相对于通常操作放慢，以允许在这样的分隔周期内进行足够的离子电流测量。也可在一个适当时间使该轮停止，以允许直接测量真实束电流，与上文所述实施例相似。因此，可在每个晶片之间进行真实束电流估计。而且，一个正交拟合可按规律的时间间隔来执行，例如当衬底支架移动的方向反转时在一个相对长的时间间隔内。

甚至是在轮子以其通常速度旋转时，本发明的第一方面仍可被使用。尽管没有足够的时间来测量晶片之间的离子束电流，但是当衬底支架移动方向反转时(即连续的“通过”之间)，可进行测量。这些测量可产生真实束电流I₀，并且可用这个值为一个或多个后续通过，校正轮子的旋转速度，以确保期望的注入剂量。

Claims (22)

1.一种离子注入机，其包括：

一个真空腔；

一个位于所述真空腔中的衬底支架，其用于支撑靶衬底；

一个用于产生离子束的离子束产生器，该离子束包括一种要被注入到所述靶衬底中的物质；

一个扫描装置，其用于实现所述靶衬底与所述离子束之间的相对扫描运动；

一个真空泵，其用于在注入过程中从所述真空腔中泵出剩余气体；

所述扫描装置被布置成在一个注入过程中产生对靶衬底的束的重复扫描，其被一些所述束不射入到所述靶衬底上的分隔周期分隔开，藉此，由于从所述靶衬底中放出气体，在每个所述扫描过程中所述腔中的剩余气体压力上升，并且在所述分隔周期内，由于通过所述真空泵来泵吸，所述剩余气体压力随抽气时间常数向最小压力值呈指数级下降，相对于使所述剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气时间常数，所述分隔周期中的至少一些的持续时间不足；

一个离子电流检测器，其用于在多个所述分隔周期的每个周期内，提供对靶衬底的离子束中离子电流的多个时间间隔测量，所述分隔周期包括持续时间不足的周期；

一个控制器，其用于控制所述扫描装置，以产生所述重复扫描，并且用于提供具有充足持续时间的至少一个扩展的所述分隔周期，以使所述剩余气体压力被抽低到所述最小压力值，所述离子电流检测器用于在所述扩展分隔周期内提供所述多个时间间隔测量；和

一个处理器，其用于

(a)接收来自包括所述扩展分隔周期的每个所述分隔周期的所述多个时间间隔测量，

(b)从所述扩展分隔周期内的离子电流测量中，识别对应于所述剩余气体压力达到所述最小压力值的一个最大测量束电流值，

(c)根据所述扩展分隔周期内所接收的多个时间间隔测量和所识别的最大测量束电流值，计算所述抽气时间常数的一个估计，

(d)根据所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的所述估计为总束电流计算重复校正值，其表示要被注入物质的粒子束的传送速率，其中所接收的多个时间间隔测量是在所述扩展分隔周期后的所述多个分隔周期的每个周期内接收的。

2.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述处理器用于利用线性回归来估计所述抽气时间常数。

3.根据权利要求2所述的离子注入机，其中所述处理器用于利用至少两个真实束电流和至少两个预定时间常数来估计所述抽气时间常数，所述真实束电流是根据在所述扩展分隔周期内所接收的多个时间间隔测量来确定的。

4.根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述处理器初始用于，根据所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的一个预定估计值来计算总束电流的第一重复校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率，其中所接收的多个时间间隔测量是在所述扩展分隔周期之前的第一数量的所述多个分隔周期中的每一个周期内被接收的。

5.根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述处理器用于在一个分隔周期内执行步骤(b)，其中所述分隔周期与腔中剩余气体压力上升第一次发生的时间对应，所述剩余气体压力上升是由于向外放出气体造成的。

6.根据前述任一权利要求所述的离子注入机，其用于注入一个靶衬底，所述靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片；

其中所述离子束产生器用于产生一个束，其具有小于所述直径的正交横截面直径，所述扫描装置用于在晶片上的多个间隔线中扫描束以形成一个光栅，在所述扫描线之间具有所述分隔周期；并且

其中所述处理器在一个选定时间用于：

存储离子电流测量，其中所述离子电流测量是在所选择的扫描线的末端的分隔周期内接收的，所述扫描线分布在晶片区域上；

利用所述抽气时间常数的一个估计，根据在每一个所选择的扫描线后所接收的离子电流测量，来计算一个校正总束电流值，以在所述扫描线的间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置提供校正总束电流值的一个阵列；

根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和

计算所述抽气时间常数的一个进一步改进的估计，当用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，其消除了所述正交变化。

7.根据权利要求6所述的离子注入机，其中所述选定时间是在一次通过的末端。

8.根据权利要求7所述的离子注入机，其中所述控制器用于仅在第一注入产生一个扩展分隔周期，且其中所述处理器在后续注入中用于根据所述后续注入的所述多个分隔周期中的每一个周期内的所接收的离子电流测量和所述抽气时间常数的所述改进估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

9.一种离子注入机，其包括：

一个真空腔；

一个位于所述真空腔中的用于支撑靶衬底的衬底支架，所述靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片；

一个用于产生离子束的离子束产生器，所速离子束包括一种要被注入到所述靶衬底中的物质；

一个扫描装置，其用于实现所述靶衬底与所述离子束之间的相对扫描运动；

一个真空泵，其用于在注入过程中从所述真空腔中泵出剩余气体；

所述扫描装置被布置成在一个注入过程中产生对靶衬底的束的重复扫描，其被所述束不射入到所述靶衬底上的一些分隔周期分隔开，

藉此，所述腔中的剩余气体压力在每个所述扫描过程中由于从所述靶衬底中放出气体而上升，并且所述剩余气体压力在所述分隔周期内由于通过所述真空泵来泵吸，而随抽气时间常数向最小压力值呈指数级下降，

相对于使所述剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气时间常数，所述分隔周期中的至少一些的持续时间不足；

一个离子电流检测器，其用于在多个所述分隔周期的每一个周期内，提供对靶衬底的离子束中离子电流的多个时间间隔测量，所述分隔周期包括持续时间不足的周期；

一个处理器，其用于：

接收所述多个时间间隔测量；

产生所述抽气时间常数的一个估计；并

根据所述多个分隔周期的每一个周期内所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的所述估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入物质的粒子束的传送速率；

其中：

所述离子束产生器用于产生一个束，其具有小于所述直径的正交横截面直径，且所述扫描装置用于在晶片上多个间隔线中扫描束以形成一个光栅，利用了所述扫描线之间的所述分隔周期；和

其中所述处理器用于：

存储离子电流测量，所述离子电流测量是在所选择的所述扫描线的末端的分隔周期内接收的，所述扫描线分布在晶片区域上；

利用所述抽气时间常数的一个估计，根据每一个所述被选择扫描线后所接收的离子电流测量来计算一个校正总束电流值，以在扫描线间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置来提供校正总束电流值的一个阵列；

根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和

计算所述抽气时间常数的一个改进估计，当其被用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，其消除所述正交变化。

10.根据权利要求9所述的离子注入机，其中所述处理器用于通过重复优化所述抽气时间常数来消除所述正交变化。

11.根据权利要求9或10所述的离子注入机，其中所述处理器用于确定所述正交变化的曲率，并用于使用所述曲率来计算所述抽气时间常数的所述改进估计。

12.一种利用离子注入机在靶衬底中注入离子的方法，所述离子注入机包括一个真空腔，一个位于真空腔中的用于支撑所述靶衬底的衬底支架，一个离子束产生器，一个扫描装置，一个真空泵，一个离子电流检测器，一个控制器和一个处理器；

所述方法包括以下步骤：

利用所述离子束产生器生成一个离子束，其包括要被注入到所述靶衬底中的物质；

操作所述控制器以控制所述扫描装置，以实现所述靶衬底与所述离子束之间的一个相对扫描运动；

在注入过程中用所述真空泵来泵吸所述真空腔，以从所述真空腔中抽出剩余气体；

由此，所述扫描装置在一个注入过程中产生对所述靶衬底上束的重复扫描，其被所述束不射入到所述靶衬底上的分隔周期分隔开，由此，所述腔中剩余气体压力由于从靶衬底放出气体而在每个所述扫描过程中上升，并且由于被所述真空泵吸出而在所述分隔周期内随抽气时间常数向最小压力值呈指数下降，相对于使剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气时间常数，所述分隔周期中的至少一些的持续时间不足；

利用所述离子电流检测器来测量离子电流，以在多个所述分隔周期的每一个周期内，提供靶衬底上离子束中离子电流的多个时间间隔测量，所述分隔周期包括持续时间不足的周期；

操作所述控制器以控制所述扫描装置，以提供具有足够持续时间的至少一个扩展分隔周期，以将所述剩余气体压力抽气到所述最小压力值，和操作所述离子电流检测器，提供所述扩展周期内的所述多个时间间隔测量；和

将包括所述扩展周期的每个所述分隔周期的所述多个时间间隔测量传送给所述处理器，

利用所述处理器从所述扩展分隔周期内的离子电流测量中识别一个最大测量束电流值，其对应于达到所述最小压力值的剩余气体压力，

根据在所述扩展分隔周期内所接收的多个时间间隔测量和所识别的最大测量束电流值，利用处理器来计算所述抽气时间常数的一个估计，并

根据所述多个分隔周期的每一个周期内所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的所述估计，利用处理器为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述处理器利用线性回归来估计所述抽气时间常数。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述处理器利用至少两个真实束电流和至少两个预定时间常数来估计所述抽气时间常数，所述真实束电流是根据在所述扩展分隔周期内所接收的多个时间间隔测量来确定的。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述处理器用于：

(a)最初，根据所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的一个预定估计为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率，其中所接收的多个时间间隔测量是在所述多个分隔周期的每一个周期内接收的；

(b)随后，从所述扩展分隔周期内的所述离子电流测量中，识别出一个最大测量束电流值，其对应于达到所述最小压力值的剩余气体压力，根据在所述扩展分隔周期内所接收的多个时间间隔测量和所识别的最大测量束电流值，计算所述抽气时间常数的一个估计；并且

(c)此后，根据所述多个分隔周期的每一个周期内的所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的所述估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述处理器在一个分隔周期内执行步骤(b)，所述分隔周期对应于所述腔中剩余气体压力第一次发生上升时，所述剩余气体压力的上升是由于向外放出气体。

17.根据权利要求12-16中任何一个所述的方法，注入一个靶衬底，所述靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片；

其中所述离子束产生器用于产生一个束，其具有小于所述直径的正交横截面直径，且所述扫描装置用于在晶片上多个间隔线中扫描束以形成一个光栅，在所述扫描线之间具有所述分隔周期；且

其中所述处理器在一个选定时间用于：

存储离子电流测量，所述离子电流测量是在所选择的扫描线的末端的分隔周期内被接收的，所述扫描线分布在所述晶片区域上；

利用所述抽气时间常数的一个估计，根据在每一个所选择的扫描线后所接收的离子电流测量，计算一个校正总束电流值，以在所述扫描线的间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置提供校正总束电流值的一个阵列；

根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和

计算所述抽气时间常数的一个进一步的改进估计，当其被用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，消除所述正交变化。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述选定时间在一次通过的末端。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述控制器仅在第一注入中产生一个扩展分隔周期，且其中所述处理器在后续注入中用于根据所接收的多个时间间隔测量和所述抽气时间常数的所述改进估计，为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率，其中所接收的多个时间间隔测量是在所述后续注入的所述多个分隔周期中的每一个周期内接收的。

20.一种利用离子注入机在靶衬底中注入离子的方法，所述离子注入机包括一个真空腔，一个位于所述真空腔中的用于支撑靶衬底的衬底支架，该靶衬底包括一个具有预定直径的圆形晶片；一个离子束产生器，一个扫描装置，一个真空泵，一个离子电流检测器和一个处理器；

所述方法包括以下步骤：

利用所述离子束产生器生成一个离子束，其包括要被注入到所述靶衬底中的物质；

在注入过程中利用所述真空泵来泵吸所述真空腔，以从所述真空腔中抽出剩余气体；

操作所述扫描装置以产生所述靶衬底与所述离子束之间的相对扫描运动，以便在一个注入过程中产生所述束对所述靶衬底的重复扫描，所述重复扫描被所述束不射入到所述靶衬底上的分隔周期分隔开；

由此，所述腔中的剩余气体压力由于从所述靶衬底放出气体，在每个所述扫描过程中上升，并由于被所述真空泵吸出，而在所述分隔周期内随抽气时间常数向最小压力值呈指数下降，

相对于使所述剩余气体压力达到所述最小压力值的所述抽气时间常数，所述分隔周期中的至少一些的持续时间不足；

利用所述离子电流检测器来测量离子电流，以在多个所述分隔周期的每一个周期内，提供所述靶衬底上离子束中离子电流的多个时间间隔测量，所述分隔周期包括持续时间不足的周期；

将所述多个时间间隔测量传送给所述处理器，

利用所述处理器生成所述抽气时间常数的一个估计，并

根据所述多个分隔周期的每一个周期内的所接收的多个时间间隔测量及所述抽气时间常数的所述估计，利用所述处理器为总束电流计算一个校正值，其表示要被注入的物质的粒子束的传送速率；

其中：

所述离子束产生器用于产生一个束，其具有小于所述直径的正交横截面直径，且所述扫描装置用于在所述晶片上多个间隔线中扫描所述束以形成一个光栅，在所述扫描线之间具有所述分隔周期；且

其中所述处理器用于：

存储离子电流测量，所述离子电流测量是在所选择的扫描线的末端的分隔周期内接收的，所述扫描线分布在晶片区域上；

利用所述抽气时间常数的一个估计，根据在每一个所选择的扫描线后所接收的离子电流测量，计算一个校正总束电流值，以在所述扫描线的间隔方向上根据整个晶片上各个扫描线的位置提供校正总束电流值的一个阵列；

根据所述阵列来检测整个晶片位置的所述被计算的、被校正的总束电流值的一个预定正交变化；和

计算所述抽气时间常数的一个改进估计，当其被用于计算阵列的所述被校正的总束电流值时，消除所述正交变化。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述处理器通过重复优化所述抽气时间常数，来消除所述正交变化。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述处理器确定所述正交变化的曲率，并且使用所述曲率来计算所述抽气时间常数的所述改进估计。

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