TW202309962A

TW202309962A - 離子注入系統、束能量測量裝置及用於束能量測量的方法

Info

Publication number: TW202309962A
Application number: TW111141625A
Authority: TW
Inventors: Ｗ戴維斯李
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2023-03-01
Also published as: US20210074508A1; JP2022547916A; WO2021050180A1; TWI785359B; CN114365256A; JP7326593B2; KR20220054680A; TW202113901A; US11476084B2

Abstract

提供一種離子注入系統、束能量測量裝置及用於束能量測量的方法。所述束能量測量裝置可包括：第一束感測器，沿束線鄰近第一位置設置。所述裝置可更包括：第二束感測器，沿束線鄰近第二位置設置在第一束感測器的下游的預定距離處。所述裝置可包括：探測系統，耦合到第一束感測器及第二束感測器，以從脈衝離子束接收來自第一束感測器的第一電信號及來自第二束感測器的第二電信號。

Description

離子注入系統、束能量測量裝置及用於束能量測量的方法

本發明一般來說有關帶電粒子能量測量，且具體來說有關脈衝離子束的能量測量。

離子束用於許多類型的處理，包括離子注入（ion implantation），離子注入是通過轟擊將摻雜劑或雜質引入到基板中的製程。離子注入系統可包括離子源及一系列束線元件（beamline component）。離子源可包括其中產生離子的腔室。束線元件可包括例如品質分析器、準直器、以及用於使離子束加速或減速的各種元件。與用於操縱光束的一系列光學透鏡非常類似，所述束線元件可對具有特定種類、形狀、能量、及/或其他品質的離子束進行過濾、聚焦及操縱。離子束通過所述束線元件，並且可朝安裝在壓板（platen）或夾具（clamp）上的基板引導。離子束的最終束能量有助於確定離子注入到基板（例如半導體基板）或器件中的深度，且因此控制基板或器件的性質。

高能離子注入可能有關使用串列加速器（tandem accelerator）或線性加速器（linear accelerator）或LINAC，其中被排列成圍繞束的管的一系列電極沿連續的管將離子束加速到越來越高的能量。各種電極可被排列成一系列級（stage），其中給定級中的給定電極接收交流（alternating current，AC）電壓信號以對離子束加速。

當離子束經由束線傳導時，LINAC採用初始級來對離子束進行聚束（bunch）。可將LINAC的初始級稱為聚束器，其中由聚束器接收連續的離子束並以包（packet）或離子束脈衝的形式將所述連續的離子束作為聚束離子束輸出。可通過一系列級將離子束脈衝加速到越來越高的能量，其中最終的束能量可介於幾百keV到10 MeV或大於10 MeV的範圍內。理想情況下，為了更好地控制器件性質，可使用單能離子束（monoenergetic ion beam）來注入到基板中。值得注意的是，一種挑戰是精確地測量注入機（implanter）中的束能量，同時在這樣做時不會擾動（perturb）離子束。

關於這些及其他考慮，提供了本發明。

在一個實施例中，提供一種裝置。所述裝置可包括：第一束感測器，沿束線鄰近第一位置設置。所述裝置可更包括：第二束感測器，沿所述束線鄰近第二位置設置在所述第一束感測器的下游的預定距離處。所述裝置可包括：探測系統，耦合到所述第一束感測器及所述第二束感測器，以從脈衝離子束接收來自所述第一束感測器的第一電信號及來自所述第二束感測器的第二電信號。

在另一實施例中，提供一種系統，所述系統包括：離子源，產生離子束；以及聚束器，將所述離子束作為連續的束進行接收並沿束線輸出脈衝離子束，所述脈衝離子束包括多個脈衝。所述系統可包括：束能量測量裝置，設置在所述聚束器的下游。所述束能量測量裝置可包括：第一羅戈夫斯基線圈（Rogowski coil），相對於所述束線同心地設置；以及第二羅戈夫斯基線圈，排列在所述第一羅戈夫斯基線圈的下游的預定距離處，且相對於所述束線同心地設置。所述束能量測量裝置可更包括：探測系統，耦合到所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈，以從所述脈衝離子束接收來自所述第一羅戈夫斯基線圈的第一電信號及來自所述第二羅戈夫斯基線圈的第二電信號。這樣一來，所述探測系統可被排列成比較所述第一電信號的時序與所述第二電信號的時序。

在又一實施例中，一種方法可包括：在第一時刻，經由沿束線位於第一位置處的第一空間接收脈衝離子束的脈衝；以及基於所述脈衝，在設置在所述第一位置處的第一束感測器中產生第一感測器信號。所述方法可包括：在第二時刻，在沿所述束線位於第二位置處的第二空間中接收所述脈衝，所述第二位置設置在所述第一位置的下游。所述方法可更包括：基於所述脈衝，在設置在所述第二位置處的第二束感測器中產生第二感測器信號；以及基於在所述第一時刻與所述第二時刻之間經過的時間確定所述脈衝的離子能量。

在下文中，現將參照附圖來更充分地闡述根據本發明的裝置、系統及方法，在所述附圖中示出所述系統及方法的實施例。所述系統及方法可實施為許多不同的形式且不應被視為僅限於本文中所述的實施例。確切來說，提供這些實施例是為了使本發明將透徹及完整，並將向所屬領域中的技術人員充分傳達所述系統及方法的範圍。

本文中所用的以單數形式敘述且前面帶有詞“一（a或an）”的元件或操作被理解為也潛在地包括多個元件或多個操作。此外，在提及本發明的“一個實施例”時並非旨在被解釋為排除也包括所敘述的特徵的附加實施例的存在。

本文中提供用於束能量測量的方法。本文中公開的實施例適用於脈衝離子束的束能量測量。在各種非限制性實施例中，裝置、系統及方法可用於測量高能注入系統（high energy implantation system）中的離子束，而所述方法可適用於任何能量的離子束。

現參照圖1，以方塊形式繪示出示例性離子注入機，所述示例性離子注入機被示出為注入系統100。離子注入系統100可代表束線離子注入機，為了闡釋清楚，省略了一些元件。離子注入系統100可包括離子源102，離子源102可包括：提取組件，包括提取總成104；以及篩檢程式（未示出），產生第一能量的離子束110。用於第一離子能量的合適的離子能量的實例介於從5 keV到100 keV的範圍內，而實施例並不僅限於此上下文中。為了形成脈衝離子束，離子注入系統100包括各種附加元件，所述各種附加元件被示出為脈衝束線組件108。

離子注入系統100可包括：分析器106，用於分析接收到的離子束。因此，在一些實施例中，分析器106可接收具有由位於離子源102處的提取總成104賦予的能量的離子束110，其中離子能量介於100 keV或低於100 keV的範圍內。

脈衝束線組件108可更包括：聚束器；以及線性加速器（未單獨示出），設置在聚束器的下游。聚束器的操作詳述如下。簡而言之，將聚束器設置在離子源102的下游，以將離子束110作為連續的離子束（或直流（direct current，DC）離子束）進行接收，並將所述束作為聚束離子束輸出。在聚束離子束中，以分立的包或脈衝的形式將離子束作為脈衝離子束輸出。這些脈衝可能受到操縱，例如線性加速器的級中的加速。

在各種實施例中，離子注入系統100可包括附加已知元件，例如校正器磁體/準直器114，所述組件是眾所周知的且在本文中將不進一步詳細闡述。這樣一來，可以脈衝形式將離子束110傳送到端部站122，以對設置在基板台118上的基板120進行處理。

如圖1中進一步所示，離子注入系統100可包括束能量測量裝置124，其中所述操作在以下實施例中詳細闡述。簡而言之，束能量測量裝置124及束能量測量裝置124的變型包括如下元件：用於測量離子束110的束能量，同時不直接與離子束110接觸，且不擾動離子束110。這些元件適用於在沿離子注入系統100的束線的任何合適位置處測量離子束110的束能量，其中離子束110作為脈衝離子束傳導。

圖2繪示出根據本發明實施例的示例性裝置，所述示例性裝置被示出為裝置200。裝置200包括：真空腔室202，用於傳導離子束，並形成離子注入機的束線的部分。裝置200更包括：聚束器206，用於接收離子束204，其中離子束204可代表連續的離子束。聚束器206可包括所屬領域中已知的已知元件，以將離子束204作為脈衝離子束輸出。舉例來說，在一些實施例中，聚束器可採用射頻（radio frequency，RF）電壓源來產生頻率介於13 MHz到40 MHz的範圍內的脈衝。在一些實施例中，聚束器206可補充有線性加速器的附加級（下游），以使脈衝離子束加速，如所屬領域中已知的。因此，在圖2的情形中，離子束204進入真空腔室202作為脈衝離子束（被示出為離子束脈衝218A）。

如圖2中進一步繪示，裝置200包括束能量測量裝置220，束能量測量裝置220包括：第一束感測器208，沿束線設置在第一位置處，意味著第一束感測器208鄰近位置P1處的其中離子束經由束線的真空腔室202進行傳導的空間設置。束能量測量裝置220更包括：第二束感測器210，排列在第二位置（被示出為位置P2）處，所述第二位置位於第一位置的下游的預定距離處。這樣一來，離子束204的離子束脈衝經由第一束感測器208及第二束感測器210附近的真空腔室202的區進行傳導。

束能量測量裝置220更包括：探測系統212，耦合到第一束感測器208及第二束感測器210。探測系統212包括接收來自第一束感測器208的第一電信號及來自第二束感測器210的第二電信號的元件。更具體來說，當離子束脈衝218A通過由第一束感測器208界定的空間211時，第一束感測器208可產生將由探測系統212接收的第一感測器信號。舉例來說，第一感測器信號可為第一感測器電壓信號。當離子束脈衝218A沿束線向下傳播作為離子束脈衝218B並通過由第二束感測器210在位置P2處界定的空間215時，第二束感測器210可產生將由探測系統212接收的第二感測器信號。舉例來說，第二感測器信號可為第二感測器電壓信號。如以下針對圖5A及圖5B所詳細闡述般，探測系統212可基於由第一束感測器208及第二束感測器210產生的信號的時序來確定脈衝離子束218的束能量。

根據各種實施例，第一束感測器208及第二束感測器210可為羅戈夫斯基線圈、電感式拾波器（inductive pickup）或電容式拾波器（capacitive pickup）的任意組合。在電容式拾波器的實例中，金屬圓柱體可被排列成在位置P1處電浮動，或者作為另外一種選擇或附加地，在位置P2處電浮動。當束脈衝通過位置P1或位置P2處的束線時，電容式拾波器將接著測量電壓變化。

圖3繪示出根據本發明實施例的示例性裝置，所述示例性裝置被示出為裝置250。裝置250可包括與裝置200類似的元件，其中相同的元件標記為相同。裝置250的功能可類似於裝置200，但與裝置200的不同之處在於，束能量測量裝置260的第一束感測器252及第二束感測器254設置在真空腔室202內。類似於裝置200，裝置250包括由第一束感測器252界定的空間251，第一束感測器252可產生將由探測系統212接收的第一感測器信號。當離子束脈衝218A沿束線向下傳播作為離子束脈衝218B並通過由第二束感測器254界定的空間255時，第二束感測器254可產生將由探測系統212接收的第二感測器信號。在本發明的一些實施例中，第一束感測器252及第二束感測器254可作為第一電容式拾波器及第二電容式拾波器被排列成圍繞離子束脈衝218A及離子束脈衝218B同心地設置的圓形圓柱體形狀。

圖4A繪示出示例性束感測器的細節，所述示例性束感測器被示出為感應線圈270。在此實例中，感應線圈270被排列為羅戈夫斯基線圈。更具體來說，羅戈夫斯基線圈是磁拾波器線圈，它採用通過的離子束的時間變動來產生隨時間變化的磁場，且因此在線圈中感應出電動勢。然後可將此力讀出為電壓（用作感測器電壓信號），所述電壓與通過線圈的離子束272的電流的時間變化率成比例。如圖4A中所示，羅戈夫斯基線圈的設計包括以環形形狀排列的一組匝，使得電路的回路穿過匝的中心。羅戈夫斯基線圈所產生的電壓根據匝的橫截面積、匝數、線圈的總長度、以及通過由羅戈夫斯基線圈界定的空間的電流的時間變化率而定。更具體來說，

其中： V是羅戈夫斯基線圈的電壓， A是匝的橫截面積， N是匝數，μ ₀是自由空間的磁導率，μ _r是所述匝內部的材料的相對磁導率， l是線圈的總圓周長度，且 dI /dt是通過線圈的電流的時間變化率。

根據各種實施例，羅戈夫斯基線圈可被排列成產生足以被可商購的電子裝置合理地探測到的輸出電壓。舉例來說，羅戈夫斯基線圈可被設計成產生10 μV或大於10 μV、或者100 μV或大於100 μV的輸出電壓。

作為實例：可選擇26 awg的電線（直徑約0.5 mm，具有絕緣），其中羅戈夫斯基線圈的大徑為100 mm，小徑為10 mm，從而具有近似6300匝。另一假設可為其中採用空心匝（air core turn）或聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）（特氟隆（Teflon））或具有等於1的μ _r的其他材料。LINAC的聚束器或加速級的頻率為27MHz，產生的離子脈衝週期為37 ns，且持續時間大於週期的50%或大於18.5 ns。在這種情形中，200 μA的離子束將產生近似127 μV的輸出電壓，此信號很容易被現今的電子裝置探測到。在各種非限制性實施例中，羅戈夫斯基線圈的大徑可介於1 cm與30 cm之間的範圍內，且小徑可介於2 mm與50 mm之間的範圍內。

值得注意的是，在各種非限制性實施例中，羅戈夫斯基線圈不需要是圓的，而可使用靠近離子束排列的任何形狀的線圈。根據一些實施例，羅戈夫斯基線圈總成可被排列在多個不同區段中，其中可使用來自不同區段的信號的相對強度來提供束位置資訊。在分段的羅戈夫斯基線圈組的情況下，信號的相對強度將根據束與線圈的靠近程度而定，因為通過一些線圈的磁通量比通過其他線圈的磁通量多。舉例來說，在其中羅戈夫斯基線圈由4個區段（2個區段在頂部及底部且2個在側向上並排排列）組成的實施例中，離子束沿“垂直軸線”的相對位置及離子束沿“水平軸線”的相對位置可由信號在相對的線圈中的相對強度來確定。將所有線圈的所有靠近資料（proximity data）彙集在一起將能夠進行準確及精確的束位置測量。更值得注意的是，對於給定的導線直徑，匝數（N）與線圈的大徑（l/p）成比例縮放，且因此信號輸出與羅戈夫斯基線圈的大小無關。

圖4B繪示出感應線圈排列280的端部視圖，感應線圈排列280被排列成被劃分成四個不同的線圈的分段的羅戈夫斯基線圈，所述四個不同的線圈被示出為線圈284，圍繞離子束（具有離子束脈衝282的形式）設置。在圖4B的實例中，不同的線圈可沿束線排列在相同的軸向位置或縱向位置處，同時還被排列成提供關於標稱束路徑（nominal beam path）的整體對稱，這種對稱有助於簡化由感應線圈排列280產生的不同信號的解釋。在圖4B的實例中，每個單獨的線圈與鄰近的線圈交疊，且被排列成一個端部比另一端部接近標稱束路徑。

圖5A繪示出在使用根據一個實施例的示例性裝置進行束能量測量期間的第一時刻，且圖5B繪示出在圖5A的第一時刻之後，在束能量測量期間的第二時刻。如所建議的，圖5A及圖5B中的排列示出第一束感測器208及第二束感測器210。圖5A及圖5B的排列示出使用飛行時間（time-of-flight）原理的束能量的測量。

飛行時間（ToF）是測量離子或粒子的平均速度或能量的已知方法。在此方法的實施方式中，第一束感測器208及第二束感測器210以已知的距離間隔 d排列。當離子束脈衝286通過第一束感測器208時，離子束脈衝286誘發擾動，且產生信號。在本實施例中，將此信號從第一感應線圈輸出到探測系統，所述信號可在等於t ₀的時間處啟動時鐘。離子束脈衝286將繼續沿束線向下到達下一個探測器，如第二束感測器210所示，從而誘發第二擾動以產生第二信號，所述信號可在等於t ₁的時間處停止探測系統的時鐘。離子束脈衝286的速度由間距距離 d除以時間差（Δt= t ₁–t ₀）來確定。基於離子束的品質，然後可利用粒子的品質、速度及能量之間的已知關係將所計算的速度直接轉換成束能量。

對於圖5A及圖5B，且還參照圖2及圖3，在一些實施例中，第一束感測器及第二束感測器可沿束線的線性部分，以線性方式彼此相對設置，其中離子束脈衝沿第一束感測器與第二束感測器之間的直線軌跡行進。在其他實施例中，第二束感測器可設置在第一束感測器的下游，其中束線在第一束感測器與第二束感測器之間經歷方向的變化。換句話說，脈衝離子束改變第一束感測器與第二束感測器之間的方向。在任一配置中，可根據通過將第一束感測器與第二束感測器之間的間距除以第一束感測器與第二束感測器之間的離子束脈衝的飛行時間確定脈衝離子束的速度的相同的一般原理來測量束能量。

圖5C繪示出在使用根據一個實施例的示例性裝置進行束脈衝輪廓測量期間的第一時刻，而圖5D繪示出在圖5C的第一時刻之後，在束脈衝輪廓測量期間的第二時刻。在圖5C及圖5D的情形中，第一束感測器208及第二束感測器210被排列成類似於圖5A及圖5B的排列。在時刻t ₁處離子束脈衝288經由第一束感測器208傳導，且在時刻t ₂處離子束脈衝288經由第二束感測器210傳導。如圖所示，離子束脈衝288可由時刻t ₀處的第一脈衝寬度dE及時刻t ₁處的第二脈衝寬度dE’表徵。當離子束脈衝288穿過第一感應線圈及第二感應線圈時，離子束脈衝288可在感應線圈中產生伴隨的電壓脈衝，所述電壓脈衝由包括電壓脈衝寬度的電壓脈衝輪廓表徵。這樣一來，探測系統可包括根據基於在第一束感測器208、第二束感測器210或兩個線圈處產生的電壓脈衝的脈衝寬度的測量對離子束脈衝的脈衝形狀的分析來確定束能量散度的常式。因此，當離子束脈衝沿束線向下傳播時，可確定離子脈衝持續時間或脈衝寬度的變化。

圖6繪示出根據本發明實施例的裝置300的端部剖視圖，而圖7繪示出根據本發明另一實施例的裝置310的端部剖視圖。裝置300由設置在真空腔室壁304外部的感應線圈302表徵。裝置300可包括：第二感應線圈，以與感應線圈302類似的方式設置在感應線圈302的下游。當離子束306或任何電流通過由感應線圈302界定的空間308時，可產生電壓，用於被探測器（例如前述探測系統212）探測。

對於裝置300，真空腔室壁的導電性及磁性質可影響感應線圈302的測量。在一些實施例中，真空腔室壁304至少在靠近感應線圈302的區中可由電絕緣體形成，理想地具有1的磁導率。

裝置310由設置在真空腔室壁304內部的感應線圈312表徵。裝置300可包括：第二感應線圈，以與感應線圈302類似的方式設置在感應線圈302的下游。當離子束306或任何電流通過由感應線圈312界定的空間318時，可產生電壓，用於被探測器（例如前述探測系統212）探測。將羅戈夫斯基線圈排列在非常接近束路徑的位置可能會減少雜訊拾取的機會，且在一些情況下可能更可取。在其他情況下，當線圈在真空腔室外部時，這可能使信號採集或信號傳輸變得更容易。在此實施例中，真空腔室壁304的導電性及磁性質不會影響感應線圈312的測量，且因此靠近感應線圈312的真空腔室壁304可由任何合適的材料（包括電導體）構成。

根據本發明的各種實施例，作為實例，一組羅戈夫斯基線圈可被排列成探測高能離子束（例如能量超過500 keV、1 MeV、2 MeV、5 MeV或10 MeV的脈衝離子束）的離子能量。為了強調測量這種能量的一組羅戈夫斯基線圈的尺寸及間距，圖8示出隨離子能量變化的飛行時間。具體來說，圖8呈現出示出在間隔開0.5 m的兩個探測器之間傳導的離子的飛行時間隨離子能量變化的曲線。換句話說，飛行時間是從離子通過第一個線圈且當離子通過下游0.5 m處的第二個線圈之間經過的時間。舉例來說：在10 MeV處，這種線圈所產生的信號將到達相距近似38 ns的探測器系統處。正如所預期的，飛行時間以近似由1/E _ion ^1/2所闡述的方式隨離子能量的變化而減少。許多現代電子裝置很容易實現以38 ns間隔接收的信號的解析度。

本實施例提供的另一有用特徵是以給定的能量解析度探測離子能量的能力。圖9呈現出示出對於三個不同的分數能量解析度值（以百分比示出），探測器產生給定束能量解析度所需的時間解析度隨離子能量變化的示例性曲線。更具體來說，圖9的各種曲線代表對於1%、0.5%及0.1%的能量解析度，所需時間辨別（discrimination）隨能量變化，同樣示出隨增加的離子能量變化。舉例來說，兩個不同的感應線圈之間給定0.5的間距，對於能量近似為10 MeV的離子束，為了將離子能量測量到0.5%內的精度，需要能夠分辨約38 ns信號（參見圖8）與約38.1 ns信號之間的差異。此0.5%的能量解析度對應於圖9的中間曲線，且對於10 MeV的離子能量產生約100 ps的值，或者0.1 ns，所述間隔可通過可商購的電子裝置來解決。

根據各種實施例，當分別由第一束感測器208及第二感應線圈探測時，可執行兩個不同脈衝（例如針對離子束脈衝282）的形狀的分析及比較。此分析將允許量化當離子束脈衝282沿束線向下傳播時發生的能量散度。假設一對感應線圈分隔開50 cm，對於具有5 MeV +/- 1%的能量以及18.52 ns的初始脈衝長度（例如在第一束感測器208處）的離子束脈衝，在完成到第二束感測器210的50 cm距離上的行進之後，脈衝長度可預期增長到近似19.2 ns。相比之下，+/- 0.1%的能量散度意味著在相同的行進距離下，脈衝長度從18.52 ns增加到僅18.6 ns。圖10是對於5 MeV的硼及50 cm的感應線圈間距，脈衝長度隨能量散度變化而變化的圖表。因此，根據本發明的實施例，如果觀察到5MeV的硼的束脈衝的脈衝長度增加近似700 ps，則可將硼離子束脈衝的能量散度確定為1%。

圖11繪示出根據本發明一些實施例的示例性製程流程400。在方塊402處，產生離子束作為連續的離子束，且沿束線向下傳播所述連續的離子束。這樣一來，離子束可表現出介於幾keV到100 keV的範圍內的離子能量。

在方塊404處，將連續的離子束轉換成脈衝離子束。可由聚束器來處理所述連續的離子束，例如，產生脈衝頻率介於13 MHz到40 MHz的範圍內（對應於25 ns到75 ns的脈衝週期）的脈衝離子束。在一些實施例中，可使用射頻電壓通過線性加速器的至少一級來使脈衝離子束加速。可將脈衝離子束加速到目標離子能量，例如500 keV、1 MeV、2 MeV、5 MeV、或其他合適的能量。

在方塊406處，在第一時刻，經由在束線上位於第一位置處的第一空間接收脈衝離子束的脈衝。

在方塊408處，基於脈衝離子束的脈衝，在圍繞第一空間設置的第一感應線圈中產生第一電壓信號。在一些實施例中，第一感應線圈是羅戈夫斯基線圈，所述羅戈夫斯基線圈被配置成回應於通過第一空間的時變電流信號產生輸出電壓。這樣一來，當脈衝離子束的脈衝經由第一空間傳導時，當正離子電流從脈衝到達第一空間中之前的近似零增大到最大電流值且然後減小時，羅戈夫斯基線圈將產生電壓。

在方塊410處，在第二時刻，經由在束線上位於第二位置處的第二空間接收脈衝離子束的脈衝，所述第二位置位於第一位置的下游。

在方塊412處，基於脈衝離子束的脈衝，在圍繞第二空間設置的第二感應線圈中產生第二電壓信號，這意味著與在第一感應線圈中探測到的脈衝相同。類似於第一感應線圈，第二電壓信號可由羅戈夫斯基線圈產生。

在方塊414處，基於在第一時刻與第二時刻之間經過的時間確定脈衝的離子能量。

鑒於前述內容，通過本文中公開的實施例，至少會實現以下優點。第一個優點是通過以不影響束形狀、焦點、方向、電流、或其他性質的方式對離子束能量進行非擾動測量（non-perturbing measurement）來實現。提供的另一優點是能夠以非擾動方式來測量束位置。

儘管本文已闡述了本發明的某些實施例，但本發明並不僅限於此，這是因為本發明的範圍具有所屬領域將允許的及本說明書所表明的最廣範圍。因此，上述說明不應被視為限制性的。所屬領域中的技術人員將想到在申請專利的範圍及精神內的其他修改。

100:注入系統/離子注入系統 102:離子源 104:提取總成 106:分析器 108:脈衝束線組件 110、204、272、306:離子束 114:校正器磁體/準直器 118:基板台 120:基板 122:端部站 124、220、260:束能量測量裝置 200、250、300、310:裝置 202:真空腔室 206:聚束器 208、252:第一束感測器 210、254:第二束感測器 211、215、251、255、308、318:空間 212:探測系統 218:脈衝離子束 218A、218B、282、286、288:離子束脈衝 270、302、312:感應線圈 280:感應線圈排列 284:線圈 304:真空腔室壁 400:製程流程 402、404、406、408、410、412、414:方塊 d:距離間隔/間距距離 dE:第一脈衝寬度 dE’:第二脈衝寬度 P1、P2:位置 t ₀、t ₁、t ₂:時刻

圖1示出根據本發明實施例的示例性離子注入系統。圖2繪示出根據本發明實施例的用於測量束能量的示例性裝置。圖3繪示出根據本發明實施例的用於測量束能量的另一示例性裝置。圖4A繪示出示例性感應線圈的細節。圖4B繪示出示例性感應線圈排列（induction coil arrangement）的端部視圖（end view）。圖5A繪示出在使用根據一個實施例的示例性裝置進行束能量測量期間的第一時刻。圖5B繪示出在圖5A的第一時刻之後，在束能量測量期間的第二時刻。圖5C繪示出在使用根據一個實施例的示例性裝置進行束脈衝輪廓測量（beam pulse profile measurement）期間的第一時刻。圖5D繪示出在圖5C的第一時刻之後，在束脈衝輪廓測量期間的第二時刻。圖6繪示出根據本發明實施例的裝置的端部剖視圖。圖7繪示出根據本發明實施例的另一裝置的端部剖視圖。圖8示出隨離子能量變化的示例性飛行時間曲線。圖9是示出對於三個不同的分數能量解析度值（以百分比示出），探測器產生給定束能量解析度所需的時間解析度隨離子能量變化的示例性曲線。圖10示出5 MeV的脈衝硼離子束的脈衝長度隨脈衝的能量散度（energy spread）變化。圖11示出根據本發明一些實施例的示例性製程流程。所述圖式未必按比例繪製。所述圖式僅為示意圖，並非旨在描繪本發明的具體參數。所述圖式旨在繪示本發明的示例性實施例，且因此不應被視為對範圍進行限制。在所述圖式中，相同的編號表示相同的元件。

200:裝置

202:真空腔室

204:離子束

206:聚束器

208:第一束感測器

210:第二束感測器

211、215:空間

212:探測系統

218:脈衝離子束

218A、218B:離子束脈衝

220:束能量測量裝置

P1、P2:位置

Claims

一種束能量測量裝置，包括：第一束感測器，沿束線設置在第一位置處；第二束感測器，沿所述束線設置在位於所述第一束感測器的下游的第一預定距離處的第二位置處；以及探測系統，耦合到所述第一束感測器及所述第二束感測器，以從脈衝離子束接收來自所述第一束感測器的第一電信號及來自所述第二束感測器的第二電信號，並比較所述第一電信號的時序與所述第二電信號的時序，其中所述第一束感測器及所述第二束感測器分別包括第一羅戈夫斯基線圈及第二羅戈夫斯基線圈，其中所述第一電信號及所述第二電信號包括第一感測器電壓信號及第二感測器電壓信號，其中所述第一感測器電壓信號的電壓通過下式確定：
其中， V是所述第一感測器電壓信號或所述第二感測器電壓信號的電壓， A是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的匝的橫截面積， N是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的匝數，μ ₀是自由空間的磁導率，μ _r是所述匝內部的材料的相對磁導率， l是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的總圓周長度，且 dI /dt是通過所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的電流的時間變化率。
如請求項1所述的束能量測量裝置，其中所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈由大徑及小徑表徵，所述大徑介於1 cm與30 cm之間的範圍內，且所述小徑介於2 mm與50 mm之間的範圍內。
如請求項1所述的束能量測量裝置，其中所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈排列在所述束線的真空腔室內。
如請求項1所述的束能量測量裝置，其中所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈圍繞所述束線的真空腔室同心地排列。
如請求項1所述的束能量測量裝置，其中所述第一預定距離介於10 cm與250 cm之間。
一種離子注入系統，包括：離子源，產生離子束；聚束器，將所述離子束作為連續的束進行接收並沿束線輸出脈衝離子束，所述脈衝離子束包括多個脈衝；以及束能量測量裝置，設置在所述聚束器的下游，且所述束能量測量裝置包括：第一羅戈夫斯基線圈，相對於所述束線同心地設置；第二羅戈夫斯基線圈，排列在所述第一羅戈夫斯基線圈的下游的第一預定距離處，且相對於所述束線同心地設置；以及探測系統，耦合到所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈，以從所述脈衝離子束接收來自所述第一羅戈夫斯基線圈的第一電信號及來自所述第二羅戈夫斯基線圈的第二電信號，並比較所述第一電信號的時序與所述第二電信號的時序，其中所述第一電信號及所述第二電信號包括第一感測器電壓信號及第二感測器電壓信號，其中所述第一感測器電壓信號的電壓通過下式確定：
其中， V是所述第一感測器電壓信號或所述第二感測器電壓信號的電壓， A是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的匝的橫截面積， N是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的匝數，μ ₀是自由空間的磁導率，μ _r是所述匝內部的材料的相對磁導率， l是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的總圓周長度，且 dI /dt是通過所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的電流的時間變化率。
如請求項6所述的離子注入系統，其中所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈由大徑及小徑表徵，所述大徑介於1 cm與30 cm之間的範圍內，且所述小徑介於2 mm與50 mm之間的範圍內。
如請求項6所述的離子注入系統，其中所述第一預定距離介於10 cm與250 cm之間。
如請求項6所述的離子注入系統，更包括設置在所述聚束器的下游的線性加速器，其中所述第一羅戈夫斯基線圈設置在所述線性加速器的下游。
一種用於束能量測量的方法，包括：在第一時刻，經由沿束線位於第一位置處的第一空間接收脈衝離子束的脈衝；基於所述脈衝，在設置在所述第一位置處的第一束感測器中產生第一感測器信號；在第二時刻，在沿所述束線位於第二位置處的第二空間中接收所述脈衝，所述第二位置設置在所述第一位置的下游；基於所述脈衝，在設置在所述第二位置處的第二束感測器中產生第二感測器信號；以及基於在所述第一時刻與所述第二時刻之間經過的時間確定所述脈衝的離子能量，其中所述第一束感測器及所述第二束感測器分別包括第一羅戈夫斯基線圈及第二羅戈夫斯基線圈，其中所述第一羅戈夫斯基線圈及所述第二羅戈夫斯基線圈由大徑及小徑表徵，所述大徑介於1 cm與30 cm之間的範圍內，且所述小徑介於2 mm與50 mm之間的範圍內，其中所述第一感測器信號及所述第二感測器信號包括第一感測器電壓信號及第二感測器電壓信號，其中所述第一感測器電壓信號的電壓通過下式確定：
其中， V是所述第一感測器電壓信號或所述第二感測器電壓信號的電壓， A是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的匝的橫截面積， N是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的匝數，μ ₀是自由空間的磁導率，μ _r是所述匝內部的材料的相對磁導率， l是所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的總圓周長度，且 dI /dt是通過所述第一羅戈夫斯基線圈或所述第二羅戈夫斯基線圈的電流的時間變化率。
如請求項10所述的用於束能量測量的方法，其中產生所述第一感測器信號包括在所述第一時刻產生第一電壓脈衝輪廓，其中產生所述第二感測器信號包括在所述第二時刻產生第二電壓脈衝輪廓。
如請求項11所述的用於束能量測量的方法，更包括：根據所述第一電壓脈衝輪廓及所述第二電壓脈衝輪廓確定所述脈衝的能量散度的變化。