用來統調離子注入機的方法和裝置的製作方法
2023-04-27 00:13:21
專利名稱：用來統調離子注入機的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶電粒子束系統，更具體地說，涉及用來統調包括但不限於離子注入機的帶電粒子束系統的方法和裝置。
本發明的現有技術離子注入是用來把改變導電率的雜質引入半導體晶片的標準的工業技術。在傳統的離子注入機中，所需的雜質材料在離子源中被電離，離子被加速成具有規定能量的離子束，而且離子束被引向晶片表面。射束中的高能離子射入那塊半導體材料並且嵌入半導體材料的晶格，形成具有所需導電率的區域。
關於注入晶片的累積離子劑量、注入深度、晶片表面上的劑量均勻性、表面損傷和不受歡迎的汙染的嚴格要求被放在涉及離子注入的半導體加工工藝中。注入劑量和深度決定注入區域的電活性，而劑量均勻性是保證半導體晶片上全部器件的操作特性都在規定限度範圍內必不可少的。
為了在半導體晶片上形成各種器件，在不同的深度注入雜質往往是必要的。在射束中離子的能量決定離子在進入並固定在半導體晶格中之前在半導體晶片之內行進的深度。對於特定的電子器件給定的處方可能需要一些使用不同的離子物種、不同的能量和不同的劑量的離子注入步驟。每逢改變一個或多個離子束參數的時候，例如，在改變離子束能量的時候，為了優化射束的傳送和對晶片的遞送，統調離子注入機是必要的。
統調傳統的離子注入機是比較費時的過程。最初，控制離子注入機操作的計算機被編程，以便取回與新的射束分布圖相關聯的常規統調參數並且把那些參數應用於離子注入機。一旦離子注入機的各種不同的部件擁有關於適合特定的射束處方的近似值的常規統調參數，操作員將優化這些設定，以便完成統調程序。為了通過手操作將射束統調到可接受的水平以致離子注入機可以被用來把離子注入晶片，有經驗的操作員可能需要花費五到三十分鐘或者更多的時間。這個比較長的統調時間至少部份地由於離子注入機的一個或多個部件(例如，大的磁性部件)可能有比較長的穩定時間而且可能呈現磁滯現象這一事實而成為必要的。自動統調(自動統調)技術也已被利用。然而，現有技術的自動統調技術不比手動統調技術快。因此，統調傳統的離子注入機是一項費時的工作。由於離子注入機在統調之前不能夠被用於把離子注入晶片，所以統調過程是提高離子注入機生產能力的障礙。
除此之外，傳統的統調程序可能需要關於磁體產生的磁場強度的精確知識。因此，高靈敏度的高斯探頭可能被用於傳統的離子注入機的統調過程。令人遺憾的是高靈敏度的高斯探頭通常非常昂貴，大約數萬美元。因此，取消這些高斯探頭或用較便宜的低靈敏度的高斯探頭代替它們將是符合要求的。
因此，需要一些用來統調包括但不限於離子注入機的帶電粒子束系統的改進方法和裝置。
本發明的概述本發明通過提供用來自動統調帶電粒子束系統的一個或多個部件的方法和裝置，藉此減少統調系統所需要的時間和至少部份地取消在統調過程中對人類專長的需要，從而克服這些和其它方面的不足。
依照本發明的第一方面，提供一種用來評估帶電粒子束系統中的目標部件的目標參數的統調的方法，其中帶電粒子束是通過目標部件傳送的。該方法包括下述步驟(a)改變位於目標部件上遊的控制部件的控制參數，其中控制參數與目標部件有預定的關係，(b)在改變控制參數時測定目標部件下遊的射束電流，和(c)基於射束電流的測量結果和目標部件與控制參數之間的預定的關係評估目標參數的統調。如果被評估的統調不滿足預定的標準，目標參數可能被調整。在優選的實施方案中，帶電粒子束系統包括離子注入機。
目標部件可以包括作為對磁體電流的響應產生磁場的磁體。調整目標參數的步驟可以包括調整磁體電流。控制部件可以包括作為對控制電壓的響應產生電場的靜電部件。控制部件可以改變帶電粒子束的能量或者可以改變帶電粒子束進入磁體的進入角。改變控制參數的步驟可以包括改變控制電壓。目標部件通常是響應緩慢的部件。
評估目標參數的統調的步驟可以包括分析射束電流的測量結果以確定目標參數的統調方案。目標參數可以用被確定的目標參數調整方案進行調整。分析射束電流測量結果的步驟可以包括確定使峰值射束電流向所需要的控制參數值偏移的目標參數調整方向和幅度。
該方法可以進一步包括在調整目標參數之後完成重複兩次以上步驟(a)、(b)和(c)的步驟，直到實測的射束電流滿足預定的標準。
依照本發明的另一方面，提供一種用來統調帶電粒子束系統中的目標部件的目標參數的方法，其中帶電粒子束是通過目標部件傳送的。該方法包括下述步驟(a)確定名義的目標參數值，其中目標參數包括供給目標部件的電源輸出的近似值，(b)測量電源輸出的名義讀回數值，(c)按照圍繞著名義目標參數值的預定圖案中改變目標參數，(d)在目標部件發生變化的時候，測量在帶電粒子束系統中目標部件下遊的射束電流和電源輸出的目標參數讀回數值，(e)在受至少幾乎與至少一個射束電流測量結果同時記錄預定的一小部分實測峰值射束電流的一組包括至少一個目標參數測量結果的讀回數值的極端成員束縛的數值範圍內確定最佳的讀回數值，(f)用名義讀回數值和最佳讀回數值之間的帶符號的差值的預定的函數調整名義目標參數值，和(g)完成至少包括步驟(b)、(c)、(d)和(e)的兩次以上疊代，直到射束電流的測量結果滿足預定的標準為止。
依照本發明的第三方面，提供一種用來評估帶電粒子束系統中的目標部件的目標參數的統調的方法，其中帶電粒子束是通過目標部件傳送的，而且目標參數決定帶電粒子束的近似的下遊焦點。該方法包括下述步驟(a)確定名義的目標參數值，其中目標參數決定帶電粒子束在位於目標部件下遊的射束電流敏感元件平面的近似位置，(b)在圍繞著名義控制參數值的預定圖案中改變目標參數，以致帶電粒子束交替地投射到射束電流敏感元件上和不投射到射束電流敏感元件上，(c)在改變目標參數時用射束電流敏感元件測量射束電流，(d)確定帶電粒子束投射到射束電流敏感元件上和不投射到射束電流敏感元件上之間的轉變的銳度，以及(e)至少部份地基於轉變的銳度來評估目標參數的統調。
依照本發明的第四方面，提供一種用來評估帶電粒子束系統中的目標部件的目標參數的統調的裝置，其中帶電粒子束是通過目標部件傳送的。該裝置包括用來改變位於目標部件上遊的控制部件的控制參數的裝置，其中控制參數與目標部件有預定的關係，用來在改變控制參數時測量目標部件下遊的射束電流的裝置，和用來基於射束電流的測量結果和目標部件與控制參數之間的預定的關係評估目標參數的統調的裝置。
依照本發明的第五方面，提供一種帶電粒子束裝置。該帶電粒子束裝置包括受目標參數控制的目標部件、位於目標部件上遊並且受控制參數控制的控制部件、位於目標部件下遊用來檢測通過控制部件和目標部件傳送的帶電粒子束的射束傳感器、以及用來改變控制參數並且基於目標部件和控制參數之間的預定的關係根據從射束傳感器收到的射束電流的測量結果評估目標參數的統調的控制器。
依照本發明的第六方面，提供一種帶電粒子束系統。該帶電粒子束系統包括一個或多個通過它傳送帶電粒子束的射束線路部件、用來控制該系統的中央控制器、和裝有用來作為對來自中央控制器的統調指令的響應自動統調選定的一個射束線路部件的統調算法的本地控制器。
依照本發明的第七方面，提供一種用來統調帶電粒子束的焦點的方法。該方法包括下述步驟(a)使帶電粒子束偏轉越過小孔的邊緣，(b)在使射束偏轉越過小孔的邊緣時確定小孔下遊的射束電流的變化率，(c)針對帶電粒子束的不同的焦點設定重複步驟(a)和(b)，以及(d)選擇隨著射束偏轉越過小孔的邊緣在小孔下遊給出最高的射束電流變化率的焦點設定。
依照本發明的第八方面，提供一種用於包括許多通過它傳送帶電粒子束的射束線路部件、中央控制器和一個或多個用來分別控制射束線路部件的電源控制器的帶電粒子束系統的統調方法。該方法包括下述步驟中央控制器把統調指令發送給選定的一個電源接口，以及被選中的電源控制器根據統調指令自動執行統調算法。
附圖簡要說明當連同附圖一起採用的時候，通過查閱下面的詳細描述可以較好地理解本發明。在這些附圖中，在不同的附圖中舉例說明的每個相同的或幾乎相同的部件是用同樣的數字表示的。為了清楚起見，並非在每張附圖中把每個部件都標註出來。在這些附圖中
圖1是適合實現本發明的離子注入機的實施方案的方框圖；圖2是在圖1的離子注入機中控制系統的實施方案的方框圖；圖3是圖2的電源接口的實施方案的方框圖；圖4是可以在圖2的中央控制器和電源接口中實現的控制程序的實施方案的狀態圖；圖5是依照本發明的特徵與統調程序相關聯的射束線路部件的方框圖；圖6是圖5所示的目標部件和控制部件的實例的示意方框圖；圖7是在圖6的配置中在分辨狹縫下遊的射束電流隨磁場B變化的曲線圖8是在圖6的配置中在分辨狹縫下遊的射束電流隨射束能量E變化的曲線圖；圖9是依照本發明的特徵用來統調目標部件的示範統調程序的流程圖；圖10是展示在調製控制參數時實測的讀回電壓的實例的電壓隨時間變化的曲線圖；圖11是在圖1的離子注入機中第一電源接口和各個部件的第一子集的實施方案的方框圖；圖12是圖11的電源接口執行的程序的實施方案的流程圖；圖13是在圖1的離子注入機中第二電源接口和各個部件的第二子集的實施方案的方框圖；圖14是圖13的電源接口執行的程序的實施方案的流程圖；圖15是在圖1的離子注入機中第三電源接口和各個部件的第三子集的實施方案的方框圖；圖16是圖15的電源接口執行的程序的實施方案的流程圖；圖17是在圖1的離子注入機中第四電源接口和各個部件的第四子集的實施方案的方框圖；圖18是圖17的電源接口執行的程序的實施方案的流程圖；而圖19是電壓隨時間變化的曲線圖，它舉例說明對於不同的射束尺寸隨著射束相對於小孔偏轉變化的法拉第讀回電壓。
本發明的詳細描述本發明提供用來自動統調包括但不限於離子注入機的帶電粒子束系統的方法和裝置。當離子注入機所產生的離子束參數(例如，離子物種類和/或離子能量)改變的時候，統調是必要的。除此之外，為了補償可能影響離子束的漂移和其它的變化，在操作期間可能不時地需要統調。本發明提供用比現有技術的手動的和自動的統調技術更快的速度統調的方法和裝置。本發明對於統調響應緩慢的部件(例如，磁性部件)是特別有用的，但是不局限於響應緩慢的部件。適合實現本發明的離子注入機將在下面描述。然而，本發明可應用於任何離子注入機，更一般地說，可應用於任何帶電粒子束系統，例如，帶電粒子加速器或質譜儀。
如圖1所示，離子注入機10包括離子源12。來自離子源12的離子通過施加抽提電壓被加速成陽離子束14。離子束在這個階段包括被電離的原始材料的多種元素和多種同位素。特定的同位素是藉助質譜儀16選定的。然後，離子束14在進入加速器20之前在低能量磁性四極18中進行調節，從而使射束聚焦和處於中心位置。離子束14被加速器20加速到預期的能量。
離子束14離開加速器20之後，它再一次藉助高能磁性四極22進行調節，從而將射束14聚焦在掃描器24的入口上。射束14從高能量四極22通過將帶電狀態不符合要求的離子除去的帶電狀態分辨磁體23傳送到掃描器24。掃描器24使射束掃過終點站28中的晶片27的表面。提供平行化磁體26是為了使射束14在照射到在終點站28中的晶片27上之前變成平行的，以保證射束14以恆定不變的角度入射到晶片27的表面上。可移動的法拉第杯是沿著射束路徑提供的，以便幫助離子束14的統調。
控制系統控制系統29是為控制離子注入機中的每個部件12、16、18、20、22、23、24、26而提供的。如2圖所示，控制系統29可以包括中央控制器30和一個或多個分散的電源接口。中央控制器30可以與分散的電源接口結合起來使用，以便設定用於這些部件的通用參數(例如，工作電壓和電流)和統調各個部件以優化離子束。
在一個實施方案中，中央控制器30是為接收來自離子注入機的使用者的輸入和使用那個輸入控制和統調離子注入機而配置的計算機系統的硬體、固件和軟體的組合。在這個例證中，計算機系統可以是為獨立運行使離子注入機能夠在除了最初輸入所需要的射束參數之外沒有使用者的重大幹預的情況下產生預期的射束分布而配置的。本發明不局限於所揭示的實施方案，而且可以採用許多不同的形式，取決於控制系統的特殊要求、離子注入機中各個部件的實際的相互關係和所使用的計算機設備的類型。例如，控制系統可以非必選地但是並非必定需要完成附加的功能(例如跟蹤個別的晶片、在注入操作期間調節施加給晶片的劑量水平)和由與離子注入機相關聯的控制系統共同完成的任何其它功能。
適當的控制系統的例子的方框圖展示在圖2中。離子注入機的控制系統29包括中央控制器30和與離子注入機的個別部件或部件群體相關聯的電源接口。中央控制器30通過第一串行鏈路32和第二串行鏈路33與質譜儀的電源接口34、低能量四極的電源接口36、高能量四極的電源接口38和平行化磁體的電源接口40耦合。每個串行鏈路32和33都連接環路中的電源接口。控制系統29可以包括用串行鏈路32和33的虛線部分指出的附加的電源接口。按相反的方向與電源接口連接的兩個串行鏈路是為留有餘地而被利用的。如同技術上已知的那樣，串行鏈路32和33可以利用光纖通信而且可以利用SDLC連續性協議。電源接口34-40如同下面描述的那樣與離子注入機的各個部件和中央控制器30通信。
應該理解可以利用不同的控制系統體系結構。例如，串行鏈路32和33可以利用光學信號或電信號。此外，串行鏈路32和33可以被並行總線或任何其它適當的通信技術代替。中央控制器30可以被直接連接到每個電源接口上，而不是通過環路配置。
控制系統的功能性可以以不同的方式區分。在優選的實施方案中，電源接口34-40有足以完成下面描述的統調算法的智能。這種體系結構在中央控制器30並非頻繁地與各個電源接口通信的情況下具有提高統調速度的優勢。在另一種體系結構中，電源接口的功能性大部分或全部被併入中央控制器30。這種方式有增加中央控制器30的複雜性的缺點。
中央控制器30可以是包括微處理器、諸如RAM、ROM和磁碟存儲器之類的存儲裝置、用戶界面和用來與電源接口34-40通信的通信口的通用計算機。用戶界面可以包括技術上已知的視頻監視器、鍵盤和定點設備。計算機系統也可以是用專門編程的專用硬體、特定用途集成電路或硬體部分和軟體部分的任何其它組合實現的。
質譜儀電源接口34的實施方案的方框圖展示在圖3中。通用硬體配置可以被利用，而且電源接口36-40可以有相同的硬體配置。電源接口34包括通過總線156互相連接的處理器(CPU)150、隨機存取存儲器(RAM)152和只讀存儲器(ROM)154。中央控制器接口160提供串行鏈路32、33和總線156之間的接口。模/數轉換器162接收來自離子注入機部件的模擬輸入並且把對應的數位訊號提供給總線156。數/模轉換器164接收總線156上的數位訊號並且把模擬輸出提供給離子注入機的部件。與總線156耦合的數字輸入/輸出接口166接收來自離子注入機的數字輸入並且把數字輸出供應給離子注入機。電源接口是為了實現各種各樣的操作、調整和診斷功能(尤其是為了執行下面描述的統調算法)而編程的。應該理解電源接口並非僅限於圖3的實施方案，而且各種各樣通用和專用的處理器配置都可以在本發明的範圍內被利用。
控制程序用圖2的離子注入機的控制系統實現的示範控制程序是在圖4中圖解說明的。在一個實施方案中，一個處理步驟子集是由中央控制器30實現的，而其它的處理步驟子集是由電源接口34-40實現的。在圖解說明的實施方案中，控制程序在中央控制器30和電源接口34-40之間的這種分割有利於解放中央控制器30，以便承擔附加的工作。此外，這種配置使中央控制器30能夠把對部件的定域子群的控制委託給電源接口，藉此把計算機所需要的通信信道的數目減到最小。此外，通過把一部分控制功能性放在電源接口34-40中，離子注入機的統調速度與現有技術的離子注入機的體系結構(其中計算機以大約10赫茲到20赫茲的速率接收來自電源接口的更新)相比能夠有所增加。在用圖4圖解說明的實施方案中，步驟200-216和220-224是由中央控制器30執行的，而步驟218和226-238是由電源接口34-40中的一個或多個執行的。然而，本發明在這方面不受限制，因為控制程序在中央控制器30和電源接口34-40之間的任何方便的分割都可以被利用。的確，本發明不局限於利用以這種方式分割控制程序的系統，因為如果需要，中央控制器30可以是為了執行控制程序的全部步驟而配置的。為了實現這一系列步驟每個電源接口採用的程序將在下面予以詳細討論。
在圖4所示的實施方案中，中央控制器30在步驟200開始等待輸入。當中央控制器30在步驟208中收到來自使用者的關於離子注入機10產生的預期的射束分布的輸入的時候，中央控制器30在步驟210中從資料庫取回與預期的射束分布對應的信息。然後，中央控制器30在步驟212中把最初的參數值輸出給電源接口34-40建立射束，而且在步驟214和216中通過把統調指令發送給電源接口命令第一電源接口34統調相關的部件。當中央控制器30在步驟218中收到來自電源接口34-40之一指出該電源接口已統調了它在離子注入機10中相應的部件的響應的時候，中央控制器30在步驟220中進行檢驗，以確定是否所有的電源接口都已統調它們各自的部件。如果在步驟222中並非所有的部件都已被統調，那麼中央控制器30在步驟214和216中把統調指令發送給下一個電源接口34-40。當所有的部件已被統調的時候，中央控制器30在步驟224返回，在步驟200中等待附加的輸入。離子注入機通常是以離子源為起點朝晶片逐步向下遊統調的。然而，本發明在這方面不受限制。
離子注入機10的操作員可以非必選地在這個過程中按一個或多個時間間隔被更新。優選的是，當離子注入機已完成統調的時候，離子注入機10的操作員至少在步驟224中得到通知。
在步驟216中收到統調指令的時候，相應的電源接口把初始的控制電壓輸出給在步驟226中它控制的離子注入機10的一個或多個部件。為了使部件的統調能夠發生，電源接口在步驟226中也把調製信號輸出給控制部件，如同下面詳細討論的那樣。為了監視目標部件對離子束的影響並藉此確定應該怎樣調整影響目標部件的目標參數，調製信號被用來調製控制參數(例如，控制部件的工作電壓或工作電流)。
在設定初始控制電壓之後，電源接口調製控制參數，並且在調製期間，在步驟228中接收代表射束電流或感興趣的另一個射束參數的讀回信號。電源接口使用讀回信號在步驟230中確定目標部件是否得到充份的統調和目標參數的變更是否有可能改善目標部件的統調。確定目標部件是否得到充份的統調將在下面予以描述。由於讀回信號反映調製信號對離子束的影響，所以電源接口在某個數值範圍上監視離子注入機10的操作並且由此推斷為了實現目標部件的統調應該按哪個方向調整目標參數。
如果在步驟232中目標部件沒有得到充份的調整，電源接口在步驟234中把輸出新的目標參數。新的目標參數可以是用任何適當的算法(例如，依據當前的目標參數增減某個固定或可變的數量)計算出來的。如果被增減的數量改變，特定的數量可以被確定，例如，藉助使用插值算法、整合算法或有可能使目標參數以有效的方式會聚到最佳數值的其它算法的電源接口，如同下面討論的那樣。
一旦目標參數在步驟234中被輸出，電源接口就在步驟228中接收讀回信號並且在步驟230中再一次確定該部件是否得到充份的統調。電源接口重複包括步驟228、230、232和234的統調程序直到它在步驟236中確定目標部件已得到充份的統調，如同下面討論的那樣。一旦電源接口已完成這個統調程序，它在步驟238中結束調製信號並且在步驟218中把統調後的響應輸出給中央控制器30。電源接口可以負責統調一個或多個的部件，或給定部件的一個或多個參數，在這種情況下電源接口針對每個部件或參數執行步驟228、230、232和234的統調程序。
統調程序統調程序的一個目標是實現預期的離子物種的最大離子束電流通過離子注入機射束線路。對於磁性部件，例如質譜儀16和平行化磁體26，現有技術的統調程序通常涉及在某個數值範圍內改變磁體電流和監視射束電流。磁體電流被設定在產生最大射束電流的數值。然而，在離子注入機和其它帶電粒子束系統中使用的磁性部件通常是大型的而且對改變磁體電流的響應原本就緩慢。因此，統調程序原本是緩慢的。
參照圖5，依照本發明的某個方面，通過調製控制部件300的控制參數和觀察對目標部件下遊的離子束的影響，統調程序的速度相對於現有技術的統調程序得到增加。調製實際上是使控制參數連續地或一步一步地掃過某個數值範圍。例如，調製可以是周期性的波形或一系列離散的數值。因為控制部件300和目標部件310之間的特殊關係，目標部件310通常對離子束有因控制參數被改變或調製而變化的影響。
在圖5中，目標部件310是需要統調的部件，而控制部件300是用來協助統調目標部件310的部件。離子束電流可以被觀測，例如，藉助位於目標部件310下遊的諸如法拉第射束傳感器之類的射束傳感器312。控制參數和目標參數是由電源接口314產生的，而從射束傳感器312讀回的射束電流是受電源接口314監視的。
經過調製的控制參數對目標部件310下遊的離子束的影響被用來評估對調整目標部件310的目標參數的需求。在目標部件310的統調的評估結果指出某種失調條件的情況下，為了改善統調，可以調整目標參數。通常，目標部件310是諸如磁性的部件之類響應緩慢的部件，而控制部件300是諸如靜電射束加速器或靜電射束偏轉器之類響應迅速的部件。統調程序倚賴已知的控制部件300和目標部件310的關係和目標部件310下遊的離子束電流是目標參數和控制參數兩者的函數這一事實。
如同前面提到的那樣，離子束電流可以用法拉第射束傳感器監測。在其它的實施方案中，離子束電流可以用諸如皮爾森線圈之類感知線圈監測。在一個特殊的實施方案中，離子束電流可以用購自Bergoz公司的模塊式參量變流器監測。一般地說，任何能夠感知離子束電流的器件都可以利用。
電源接口314依照統調算法調製控制參數並且作為對射束電流讀回的響應評估目標參數的統調。如果觀測到某種失調條件，可以調整目標參數。電源接口314接收來自中央控制器的統調指令並且可以作為對統調指令的響應獨立執行統調算法。
在圖5的實施方案中，在本文中被稱為「圖像」法的統調方法使用目標部件310和位於目標部件310上遊的控制部件300。在另一個實施方案中，在本文中被稱為「搜索」法的統調方法不使用分開的控制部件，而且統調的評估是通過調製目標參數和監視這樣的調製對目標部件下遊的離子束電流的影響完成的。在進一步的實施方案中，離子束的斑點尺寸是通過讓射束掃過小孔的邊緣和評估射束焦點的銳度評估的。
對於任何射束線路部件，例如目標部件310，都有函數F1把用於那個部件的目標參數和射束電流關聯起來。這個函數可以被繪製成曲線圖，目標參數在X軸上，射束電流在Y軸上。當正確的統調對應於最大射束電流(對於大多數射束線路部件這是真實的)，統調程序的目標是在這張曲線圖上確定全程峰值的位置和調整目標參數使射束電流最大。
在許多情況下，控制部件300之類的第二部件與目標部件310有特定的關係。明確地說，當系統處在給定狀態的時候，通過把目標部件310的目標參數調整到數值A或通過把控制部件300的控制參數調整到數值B引起射束產生相同的變化是可能的。如果調整控制部件300的控制參數比調整目標部件310的目標參數容易，這是有用的，因為類似的統調信息可以通過調整任何一個參數獲得。在數學上，這被表示成傳遞函數T，它把目標部件310的目標參數和控制部件300的控制參數這樣聯繫起來，以致把控制部件300的控制參數調整到數值B將導致與把目標部件310的目標參數調整到數值A相同的射束電流。實際上，對於目標部件310可能的設定範圍與對於控制部件300可能的設定範圍呈映射關係。這意味著關於正確設定目標部件310的目標參數的信息可以通過改變控制部件300的控制參數獲得。
有利的是，如果傳遞函數T是單調函數，不必知道傳遞函數T的精確形式。明確地說，只要已知目標部件310和控制部件300之間的方向關係，這種關係就可以被充分利用。因此，確定究竟是在其基線數值的上方還是下方調整控制部件300的控制參數才能產生最佳的射束電流將提供關於必須按哪個方向調整用於目標部件310的目標參數的信息(假定控制部件300的控制參數返回到它的基線數值)。
作為實例，偏轉磁體造成的帶電粒子束的偏轉是磁體產生的磁場和帶電粒子束中帶電粒子的能量的函數。用來從離子束中選擇所需要的物種的質譜儀16被扼要地展示在圖6中。質譜儀16包括磁體332，分辨掩模334和磁體電源336。磁體332包括其間有用作離子束14的通道的縫隙的被隔開的磁體極靴和磁體線圈(未示出)。磁體電源336把磁體電流提供給磁體線圈以便在磁體極靴之間的縫隙中產生磁場B。分辨掩模334包括用來傳送所需離子物種的分辨狹縫338。
離子源12包括電弧室340、抽提電極342和抽提電源346。電弧室340產生離子束14，而抽提電極342把離子束14加速到預期的能量。離子束14的能量是由抽提電源346施加在抽提電極342上的抽提電壓決定的。
當質譜儀16得到適當的統調的時候，離子束14中需要的離子物種被磁體332偏轉已知的角度並且通過分辨狹縫338。不需要的離子物種被偏轉不同的角度並且被分辨掩模334攔截。磁體332造成的需要的離子物種的偏轉是在磁體極靴之間的縫隙中的磁場B的函數，而後者本身又是磁體電源336供應的磁體電流的近似函數。除此之外，磁體332造成的離子束14的偏轉是離子束能量的函數，而後者本身又是離子源12的抽提電極342施加的抽提電壓的函數。
在這個例子中，磁場B對磁體電流的變化呈現緩慢的響應，然而射束能量對抽提電壓的變化呈現快速的響應。為了快速地統調響應緩慢的磁體332，磁體被指定為目標部件，而離子源12的抽提電極342被指定為控制部件。抽提電壓(控制參數)圍繞著預期的基線值進行調製，而分辨狹縫338下遊的射束電流被監測，通常用法拉第射束傳感器350。法拉第射束傳感器350優選包括作為對檢測到的射束電流的響應提供法拉第讀回電壓的電流/電壓轉換器。因此，讀回電壓代表離子束電流。
電源接口獲得一組控制參數和對應的射束電流的成對的數值。控制參數的數值可以是預定的調製值或實測值。這個成對的數值是同時或幾乎同時獲得的。數組成對的數值被用來評估目標部件的統調。
如圖7所示，曲線360表示分辨狹縫338下遊的射束電流I隨磁體332產生的磁場B變化。射束電流在磁場B1有峰值。假定磁場有初始值B0而必要的射束能量是E1，如同按注入程序的要求所建立的那樣。統調程序的目標是把磁場調整到數值B1，以致在分辨狹縫338下遊的峰值射束電流I發生在必要的能量E1。如圖8所示，分辨狹縫338下遊的射束電流也是射束能量E的函數。曲線362表示對於磁場為B0而且峰值射束電流不發生在能量E1的失調情況射束電流隨射束能量的變化。曲線364表示對於統調後磁場為B1而且峰值射束電流發生在能量E1的情況射束電流隨射束能量變化。
為了保證在能在能量E1產生峰值射束電流的磁場B1下操作用來快速統調質譜儀磁體332的程序的例子是參照圖9的流程圖描述的。響應緩慢的磁體332被指定為目標部件，而離子源12中響應迅速的抽提電極342被指定為控制部件。在步驟370中，控制參數(抽提電壓)是通過調製供給抽提電源346的抽提控制電壓圍繞著預期數值進行調製的。在圖6-8的例子中，抽提電壓是為了圍繞著需要的射束能量E1調製射束能量而被調製的，如同在圖8中用箭頭366指示的那樣。
在步驟372中，邊調製控制參數，邊測量目標部件下遊的射束電流。在圖6-8的例子中，分辨狹縫338下遊的射束電流是用法拉第射束傳感器350測量的。因此，射束電流是在預期的偏轉角下測量的。圖10是電壓隨時間變化的曲線圖並且舉例說明在調製控制參數期間法拉第讀回電壓隨時間變化的例子。在圖10中，曲線390表示經過調製的控制參數，而曲線392表示被抽樣的法拉第讀回電壓。控制參數的調製中心發生在時間t1，而峰值讀回電壓發生在時間t2，從而指出一種失調情況。射束電流的測量結果在步驟374中被分析，具體地說，峰值射束電流可以與在預期的射束能量E1下的射束電流進行比較。峰值射束電流和在能量E1下的射束電流之間的差異指示目標部件的統調或失調。換言之，在峰值射束電流和在能量E1下的射束電流不一致的情況下，目標部件是失調的。
在步驟376中，確定目標參數是否充份接近代表最佳統調的預期值。確定目標參數是否充份接近預期值將在下面討論。然而，這個確定可以基於射束電流能量E1下應在規定的峰值射束電流範圍之內的決定。
當在步驟376中確定目標參數不充份接近預期值的時候，在步驟378中確定目標參數調整方案。調整方向和增量大小兩者都與目標參數調整方案有關。調整方向通常基於曲線362(圖8)離開能量E1的位移方向和控制部件和目標部件兩者的操作特性是已知的。調整方向可以作為對在步驟372中獲得的射束電流的測量結果的響應被預先編程放進控制器中。目標參數的統調幅度也能以關於控制部件和目標部件的知識和峰值射束電流與在能量E1下的射束電流之間的差異為基礎。然而，精確的調整幅度不是必要的，因為調整能在統調程序的一次或多次疊代中完成。在一種逼進中，調整增量在統調程序的起點比較大，但在後面的疊代中逐漸減小。在步驟380中，目標參數按照選定的方向被調整選定的調整增量。然後，程序返回步驟370以便完成統調程序的另一次疊代。如果在步驟376中確定目標參數充份接近預期值，那麼用於目標部件的統調程序完成。
電源接口各個電源接口34-40和受相應的電源接口34-40影響的部件是用圖11、13、15和17舉例說明的。離子注入機10的部件控制將結合實現本文中描述的統調算法的電源接口34-40進行討論。電源接口34-40完成的統調程序的實施方案的流程圖被分別展示在圖12、14、16和18中。
在圖11、13、15和17中，離子注入機的各個部件的操作所需要的電源被包括在各自的模塊之中，而電源接口把控制信號提供給各自的電源。因此，例如在圖11中，離子源12包括抽提電源346(圖6)，而質譜儀16包括磁體電源336。
如圖11所示，質譜儀的電源接口(PSI)34與離子源12、質譜儀16和低能量法拉第射束傳感器58對接。如同技術上已知的那樣，法拉第射束傳感器是作為對離子束的響應產生電流的器件。法拉第射束傳感器58優選用來包括用來作為對感知的射束電流的響應產生法拉第讀回電壓的電流-電壓轉換器。PSI34在線路72上輸出抽提控制電壓以便控制離子源12中的抽提電源，並且在線路74上輸出質譜儀控制電壓以便控制質譜儀16中的質譜儀電源。PSI34藉助線路82上的控制輸出信號與計算機32通信。作為輸入，PSI34還接收在線路76上來計算機32的控制輸入信號、線路78上的抽提讀回電壓和線路80上的低能量法拉第讀回電壓。抽提讀回電壓代表抽提電源的輸出，而法拉第讀回電壓代表質譜儀16下遊的射束電流。
在操作中，如圖12所示，中央控制器30在步驟400中為統調質譜儀組裝離子注入機。這包括把低能量法拉第射束傳感器58移到適當的位置。在步驟402中，中央控制器30把統調指令發送給質譜儀PSI34。用於選定的射束分布的控制電壓近似值是由中央控制器30在系統資料庫中存取的並且被發送給質譜儀PSI34。質譜儀PSI34在步驟404中使用這個近似值設定最初的控制電壓。具體地說，質譜儀PSI34設定線路72上的初始抽提控制電壓和線路74上的初始質譜儀控制電壓。然後，在步驟406中質譜儀34執行質譜儀統調算法。在圖5-10中展示的並且在前面描述過的統調算法被利用。質譜儀PSI34調製供給離子源12的抽提控制電壓並且監測低能量法拉第讀回電壓。如同前面詳細描述過的那樣對讀回電壓數值進行分析，以便確定必要的質譜儀控制電壓調整方案。為了實現預期的統調，統調算法可能需要疊代若干次。在完成質譜儀的統調之後，在步驟408中統調後的響應被發送到中央控制器30。
通過調製線路74上的質譜儀控制電壓統調質譜儀16將是費時的，因為質譜儀16中的磁體在改變線路74上的控制電壓時可能要花費若干秒到1分鐘以上的時間才能穩定。
為了實現更快的統調，質譜儀16是通過調製線路72上的抽提控制電壓和在質譜儀16下遊監測低能量法拉第射束傳感器58處的離子束統調的。為了改變離子束能量調製線路72上的抽提控制電壓等價於調製質譜儀16中磁體的磁場而且使PSI34能夠確定較強或較弱的磁場對離子束14的影響。
現在參照圖13和14描述低能量磁性四極18的統調。如圖13所示，低能量磁性四極的電源接口(PSI)36與低能量磁性四極18和高能量法拉第62對接。明確地說，PSI36在線路84上輸出低能量磁性四極的控制電壓。在這個實施方案中，低能量磁性四極18具有若干對電極，每對電極都接收來自電源的它自己的工作電壓。因此，線路84上的控制電壓被用來控制低能量磁性四極18的多個參數，包括左/右平衡、上/下平衡、強度和縱傾。
作為輸入，PSI36還接收線路86上的低能量磁性四極讀回電壓、線路88上的高能量法拉第讀回電壓和線路90上的控制器輸入。低能量四極讀回電壓代表低能量四極的電源輸出，而高能量法拉第讀回電壓代表帶電狀態分辨磁體23下遊的射束電流。當低能量磁性四極18得到全面統調的時候，PSI36在線路92上輸出統調後的響應。
在操作時，如圖14所示，中央控制器在步驟500為統調低能量四極組裝離子注入機。組裝包括把高能量法拉第射束傳感器62移動到適當的位置。在一個實施方案中，高能量法拉第射束傳感器62位於掃描器24的偏轉板之間。在另一個實施方案中，高能量法拉第射束傳感器62定位在用於平行化磁體26的射束收集器。在這個實施方案中，平行化磁體26為了用高能量法拉第射束傳感器62進行射束電流測量被關掉。在步驟502中，中央控制器30把統調指令發送給低能量四極PSI36。用於選定的射束分布的控制電壓的近似值是由中央控制器30在系統資料庫中存取的並且被發送給PSI36。在步驟504中，PSI36使用這個近似值設定用於選定的射束分布的初始控制電壓。具體地說，PSI36在線路84上設定用於低能量四極18的每組電極的低能量四極控制電壓。然後，PSI36在步驟506中針對峰值射束電流調整選定的一組電極的控制電壓。這個調整可以通過調製被選定的電極的控制電壓和觀測提供峰值射束電流的控制電壓值來完成。然後，控制電壓被設定在提供峰值射束電流的數值。在步驟508中，對低能量四極18的每組電極重複該統調程序。在每組電極都針對峰值射束電流進行調整之後，統調後的響應在步驟510中被發送到中央控制器30。
然後，高能量法拉第射束傳感器62可以移出離子束的路徑(如果需要)或者留在適當的位置供統調後面的射束線路要素(例如，帶電狀態分辨磁體23或高能量磁性四極22)的其它的電源接口使用。
為了統調低能量磁性四極18，PSI36把交流分量疊加在選定的線路84的直流控制電壓上，形成經過調製的控制電壓。出現在低能量磁性四極18的電極上的實際電壓是藉助線路86上的低能量磁性四極讀回電壓輸入PSI36的。PSI36接收線路88上的高能量法拉第讀回電壓的樣本，將建立那些電壓樣本與在低能量磁性四極18的各個電極處的電壓之間的相關關係，並且確定提供最大射束電流的控制電壓。然後，針對低能量磁性四極18的每組電極完成同樣的程序。
高能量磁性四極22的統調類似於用來統調低能量磁性四極的程序。同樣，統調帶電狀態分辨磁體23在概念上類似於前面結合圖11和12討論過的用來統調質譜儀14的程序。現在參照圖15和16描述這兩個部件的統調。
如圖15所示，高能量磁性四極電源接口(PSI)38與高能量磁性四極22、帶電狀態分辨磁體23和高能量法拉第射束傳感器62對接。如同前面提到的那樣，高能量法拉第射束傳感器62可以位於掃描器24之中或者可以位於平行化磁體26的下遊。PSI38在線路94上輸出高能量磁性四極控制電壓並且在線路96上輸出帶電狀態分辨磁體控制電壓。在這個實施方案中，高能量磁性四極類似於低能量磁性四極18有若干對電極，每對電極接收來自電源的它自己的工作電壓。在這個實例中，高能量磁性四極22的每個電極控制若干射束參數之一，例如，左/右平衡和上/下平衡。高能量磁性四極22如果需要可以控制附加的射束參數，例如，強度和縱傾。
作為輸入，PSI38接收線路98上的高能量磁性四極的讀回電壓、線路100上的高能量法拉第讀回電壓和線路102上的控制輸入。高能量四極的讀回電壓代表高能量四極電源的輸出，而高能量法拉第讀回電壓代表帶電狀態分辨磁體23下遊的射束電流。在統調高能量磁性四極22和帶電狀態分辨磁體23之後，PSI38在線路104上輸出統調後的響應。
在操作中，如圖16所示，中央控制器30為統調高能量四極和統調帶電狀態分辨磁體在步驟600組裝離子注入機。組裝包括把高能量法拉第射束傳感器62移入適合射束檢測的位置。在步驟602中，中央控制器30把統調指令發送給高能量四極PSI38。用於選定的射束分布的控制電壓的近似值是在系統資料庫中存取的並且被發送給PSI38。在步驟604中，PSI38依照來自中央控制器30的近似值設定初始控制電壓。具體地說，PSI38設定線路94上的高能量四極控制電壓和線路96上的帶電狀態分辨磁體控制電壓。在步驟606中，PSI38針對峰值射束電流調整選定的高能量四極22的一組電極的控制電壓。如同前面關於低能量四極18的描述，PSI38把交流分量疊加到選定的一組電極的直流控制電壓上，以便提供經過調製的控制電壓。高能量法拉第讀回電壓是在調製四極控制電壓時監測的，而且控制電壓被調整到提供峰值射束電流的數值。在步驟608中，對高能量四極22的每組電極重複這個調整。
在步驟610中，執行帶電狀態分辨磁體統調算法。帶電狀態分辨磁體23通過使離子按照帶電狀態發生不同的偏轉把帶電狀態不同的離子分開。用於帶電狀態分辨磁體23的統調算法對應於前面結合圖5和9描述的統調算法。在這個算法中，目標部件是帶電狀態分辨磁體23，目標參數是帶電狀態分辨磁體控制電壓，控制部件是高能量四極22的選定的一組電極，而且控制參數是選定的那組高能量四極電極的控制電壓。高能量四極22是這樣設計的，以致選定的那組電極作為對控制電壓的響應引起離子束的偏轉。這種偏轉使離子束以隨射束偏轉變化的進入角進入帶電狀態分辨磁體23。離子束進入帶電狀態分辨磁體23的角度不同將造成離子束在不同的位置射出帶電狀態分辨磁體23。射束電流是作為進入角的函數變化的。如果峰值射束電流發生在不同於預期的進入角的進入角，對帶電狀態分辨磁體控制電壓的調整方案被確定。被確定下來的調整方案被應用於帶電狀態分辨磁體，而且測量被重複。統調程序被繼續進行，直到峰值射束電流發生在預期的射束進入角。在這個統調算法中，離子束進入帶電狀態分辨磁體23的進入角是被調製的控制參數。
通過調製線路96上的控制電壓統調帶電狀態分辨磁體23將是比較費時的，因為磁體23有比較長的響應時間而且一旦改變線路96上的控制電壓就可能要花費大量的時間才能穩定。
為了快速統調帶電狀態分辨磁體23，供給高能量四極的控制電壓之一被調製，以便模擬帶電狀態分辨磁體控制電壓的調製。高能量四極的控制電壓的調製引起離子束的偏轉和離子束進入帶電狀態分辨磁體23的進入角的變化。高能量磁性四極22的控制電壓的調製使PSI38能夠在調製期間使離子束成像和使用這個圖像如同前面討論的那樣統調帶電狀態分辨磁體23。在這個意義上，調製線路94上的高能量磁性四極的控制電壓可以被處理成等價於調製帶電狀態分辨磁體23的磁場，因為任何一種調製都使PSI38能夠確定較強的或較弱的磁場怎樣影響離子束14。如果PSI38確定帶電狀態分辨磁體未被統調，它確定線路96上的控制電壓應該在哪個方向上調整並且進行適當的調整。
在步驟612中，用來使高能量四極22聚焦的聚焦算法被執行。聚焦算法包括把經過調製的控制電壓應用於選定的高能量四極22的一組電極。調製引起離子束緩慢地掃過掃描器入口板108之間的小孔106。
高能量法拉第射束傳感器62位於小孔106後面，因此僅僅在射束不被掃描器入口板108阻擋時才檢測射束14。申請者已確定把法拉第讀回電壓的變化率和在小孔106處離子束14的斑點大小聯繫起來是可能的。明確地說，申請者已確定如果掃掠速率不變，直徑較小的離子束比直徑較大的離子束更快地越過小孔106的邊緣。因此，通過在射束掃過法拉第射束傳感器62的時候搜索最大的讀回電壓一階導數，統調高能量磁性四極22的控制電壓使斑點尺寸減到最小並因此使射束24聚焦在掃描器的入口是可能的。
當離子束掃過小孔106的時候，對於不同的斑點尺寸，法拉第讀回電壓隨時間變化的例子是用圖19舉例說明的。曲線630、632和634分別代表大、中、小射束直徑。如同舉例說明的那樣，代表小射束直徑的曲線634很快地越過小孔106的邊緣而且有最大的讀回電壓一階導數。
在步驟612中執行聚焦算法之後，PSI38在步驟614中把統調後的響應發送給中央控制器30。
現在參照圖17和18描述平行化磁體26的統調和高能量磁性四極22的非必選的最後統調。如圖17所示，平行化磁體電源接口40接收線路110上的控制輸入，並且在線路112上把控制電壓輸出給高能量磁性四極22，在線路116上把控制電壓輸出給掃描器24和在線路114上把控制電壓輸出給平行化磁體26。PSI40還接收線路118上的高能量磁性四極讀回電壓和線路120上的求分布法拉第讀回電壓。高能量四極讀回電壓代表高能量四極電源的輸出，而求分布法拉第讀回電壓代表平行化磁體26下遊的射束電流。求分布法拉第射束傳感器68位於終點站28中並且優選被放置在其行程的中心。
PSI40通過用掃描器24使離子束偏轉和監測偏轉對求分布法拉第讀回電壓的影響來統調平行化磁體26。明確地說，與掃描器24的響應時間相比，平行化磁體26比較緩慢地響應線路116上的控制電壓的變化。因此，為了模擬平行化磁體控制電壓的調製，用掃描器24使離子束14偏轉是比較快的。PSI40使用來自求分布法拉第射束傳感器68的讀回電壓來確定平行化磁體的控制電壓應該按哪個方向調整。
在操作中，如圖18所示，中央控制器30在步驟700中為統調平行化磁體26組裝離子注入機。這包括把求分布法拉第射束傳感器68移到其行程的中心。在步驟702中，中央控制器30用適合選定的射束分布圖的控制電壓近似值把統調指令發送給平行化磁體PSI40。在步驟704中，PSI40設定與來自中央控制器30的近似值相對應的初始控制電壓。具體地說，PSI40設定線路112上的高能量四極的初始控制電壓、線路114上的掃描器控制電壓和線路116上的平行化磁體控制電壓。然後，PSI40在步驟706中執行平行化磁體統調算法。具體地說，線路114上的掃描器控制電壓被調製，以引起離子束14的偏轉。這使離子束進入平行化磁體26的進入角依照偏轉改變。進入角的變化引起離子束在平行化磁體26的輸出端的位置的變化。當射束被掃描器24偏轉的時候，求分布法拉第射束傳感器68感知該射束並且把法拉第讀回電壓提供給PSI40。產生峰值射束電流的偏轉角被用來確定對於平行化磁體控制電壓116必不可少的調整。該程序被一直重複到因掃描器24使離子束實現預期的偏轉而獲得峰值射束電流為止。
如上所述，平行化磁體統調算法類似於用來統調帶電狀態分辨磁體23的算法。具體地說，磁體是目標部件，而磁體控制電壓是目標參數。控制部件是作為對調製掃描器控制電壓的響應引起離子束偏轉的掃描器24。在這個算法中，離子束進入平行化磁體26的進入角的變化等價於改變平行化磁體26的磁場。然而，改變進入角可能比改變磁場快得多，因此如此允許更快的統調。完成了步驟706中的平行化磁體統調算法之後，PSI40在步驟708中把統調後的響應發送給中央控制器30。
前面的描述集中在離子注入機和用來統調離子注入機的方法和裝置上。然而，本發明在這方面不受限制，因為本發明能更廣泛地適用於統調任何帶電粒子束系統。
統調程序現在更詳細地描述統調程序的一個實施方案。圖2所示的控制系統實現取決於將要統調的部件的類型的專用程序。然而，該控制系統實現的統調程序通常可以被分成三種方法圖像、搜索和斑點尺寸統調。
圖像法被用來統調響應緩慢的部件，例如磁體。在這種方法中，靜電部件被這樣調製，以致當磁體或其它響應緩慢的部件被調整到正確設定的時候，射束有效地連續「成像」(見圖12)。
可仿效的圖像的一個實施方案發表在圖10中。如圖10所示，在圖像統調法中，施加在諸如靜電部件之類的控制部件上的控制電壓被改變，而用通常藉助法拉第射束傳感器獲得的讀回電壓表示的響應在調製期間被記錄下來。這形成出現在磁性部件中的射束空間分布的「圖像」。磁性部件的控制電壓可以為了使射束中最強的部分從磁性部件向外正確地準直而被調整。
搜索法可以被用來統調響應迅速的靜電部件。在這種方法中，將要統調的部件是為了使當前值周圍的區域有效地「成像」而被調製，調製的中心點被向峰值調整。這提供對抗射束起伏的健壯性，而且能用與圖像法一樣的統調算法實現。
斑點尺寸統調可以被用來統調影響射束焦點的高能量磁性四極22和任何其它的部件。反之，搜索法和圖像法尋求使射束電流最大，這個步驟還監測射束斑點尺寸。這個參數的統調是這樣完成的，即評估用隨射束位置變化的射束電流的一階導數指出的射束焦點的銳度。
在這個一般化的框架之內，控制系統必須進行專門的測量並且從這些測量結果得出關於用來統調射束14的最佳參數的結論。現在描述控制系統用以得出它的結論的方法的若干方面。
入口條件控制系統通過建立某些初始條件開始統調程序。例如，當沒有射束的時候，或者當射束由於溫度上升或物種變化不穩定的時候，統調不能進行。一般地說，假定注入機正在以穩定的射束運行，而且控制系統已將射束線路控制參數初始化到對於將受影響的給定的注入程序近似正確的數值。
當然，一般不指望控制系統能把射束線路初始化到全面統調的數值。在那種情況下，統調將是不必要的。所以，術語「近似正確」在這個意義上意味著意謂對於被統調的每個部件都存在一個俘獲範圍，如果初始值和統調後的數值之間的差異是在這個範圍內，則統調能夠完成。一般地說，控制系統接受為形成適當的俘獲範圍而被調整的參數。
固件參數本文中揭示的調製統調程序是疊代程序，其中核心算法被一直重複到完成統調。每次疊代本質上是獨立的程序。在每次疊代期間，程序都收集數據，分析數據，和調整統調。明確地說，通過一系列步驟(在名義值之上和之下兩者)改變控制參數，監測射束電流，而且儲存相關的數據。在循環的終點，分析被儲存的數據，以確定應該怎樣調整目標參數。最後，將目標參數向它的統調數值調整。
在每次疊代中必須考慮各種不同的條件。例如，在一些硬體中，最值得注意的是在電源中，存在相位滯後。這些相位滯後可能破壞算法的單純性，即來自一個循環的控制參數實際上可能落入下一個循環的周期。這通常是較小的問題，因為所有的循環都包括這樣的調製而且算法倚賴讀回(而不是指令)確定電源實際上怎樣運行。
同樣，來自單一循環的數據可能不足以斷言裝置已被最佳地統調。所以，來自許多循環的數據可以被收集起來並且建立起與先前的循環或前一個循環的相關關係，以便確認暫時性的成功。
最後，隨著統調程序繼續進行，目標部件被調整得更接近統調條件。在一個實施方案中，循環級的參數在這個階段被改變。在這個實施方案中，早期的循環具有寬闊的俘獲範圍，能夠排除假峰值並且簡單地試著把峰值放進中心區域以致被檢驗的能被逐漸縮小。在這個實施方案中，後期的循環具有較小的俘獲範圍(取決於目標部件接近統調的輸入條件)而且特別注意指示最佳統調的結束條件。
數據收集影響數據收集階段的主要因素包括控制參數調製的形狀和速度。假定射束電流的讀回和控制參數的真實值在固件限制範圍內被儘可能頻繁地完成，所以沒有讀回參數需要從中央控制器30傳輸到電源接口，儘管如果需要，讀回頻率參數可能被包括在內。
一般地說，任何需要的波形都可以連同控制參數調製一起使用。然而，由於引起任何參數快速變化通常都是不希望的，圍繞著名義值前後逐漸變化是優選的。這可能是正弦波、三角波或類似的波形。三角波是當前想像的最佳波形，因為它將使控制參數的最大變化率減到最小。
由於對於特定的波形沒有特殊的要求，所以，在一個實施方案中，軟體是為在給定預期的控制參數調製幅度的情況下產生它自己的控制參數電壓序列而配置的。在另一個實施方案中，為了在不引入大量的參數的情況下取得最大的適應性，附屬參數被用來通過列舉詳細說明在一組預定的選項(正弦、三角形、漸升-然後-下降等)中哪種類型的曲線形狀是符合需要的。
然而，控制參數調製的速度不同於形狀通常是重要的。如果調製與幅度相比太快，控制參數驅動的電源可能不能被低落。如果調製與控制參數變化速度的固件限制相比太快，指令參數曲線可能是高低不平的。如果調製與射束電流讀回的採樣速度相比太快，在由此產生的射束圖像中可能存在間隙，從而導致遺漏真實峰值的數據收集。反之，如果調製太慢，整個統調過程可能是慢得難以接受。
兩種類型的速度變量將被涉及。一個變量是完整循環的持續時間，而另一個是控制參數指令之間的間隔。如果假定可以按固件規定的限制發送指令，那麼在給定預期的循環周期的情況下算法可以自動形成間隔大小適當的步驟序列。在這種情況下，唯一的速度參數是循環周期。一些限制可接收的數值的因素取決於固件的操作速度(例如，讀回速率)，而其它因素取決於物理時間(例如，電源)。
數據分析在數據分析階段，PSI確定目標參數究竟是太高、太低、還是在可接受的範圍之內。現在討論數據分析階段的各個方面，例如，優化、確定是否足夠接近目標參數和誤差檢測。
優化開始時，PSI必須確定用於最佳控制參數設定的數值。一種途徑是記錄對應於曾經觀測到的最高射束電流的控制參數讀回。
採用這種途徑可能存在的問題是可能不考慮到末端情況的區別。峰值可能不在定義的單一的控制參數設定值—在某個範圍可能存在有最佳射束電流的平坦的平穩段，而且統調程序可能使尋找那個範圍的中心變成符合需要的。簡單地選擇觀測到的最好的射束電流在每個循環中把程序拉向這個平穩段中的某個任意點。如果該算法被要求在它觀察某個平穩段時進行精細水平的調節，那麼這些虛幻的拉來拉去使算法進入無休止的微調尋覓在平穩段上從頭至尾移動的「最佳」點。
在一個實施方案中，為了尋找這個問題的癥結所在，用來自展示最佳射束電流的全部讀數的控制參數讀回計算平均值。這個方法瞄準平穩段中心。這需要一個作為在那個循環中觀測到的峰值射束電流的一小部分斷言接近最佳的組成是什麼的參數。從概念上說，這個參數可以被看作是與平穩段的高度有關的門限值。為了返回到向單一的最佳射束電流觀測值驅動的簡單情況，這個參數能被設定為100％，而且只使用峰值讀數。
當(因為控制參數調製使射束脫離平穩段的一邊，但不脫離其它部分)部分的而不是全部的平穩段可見的時候，計算平均值技術仍然產生關於目標參數的最佳設定方向的正確結果。明確地說，如果只有一個平穩段邊緣是可見的，目標將不被明確地統調到峰值中心，因為控制參數的對稱變化僅僅到達平穩段的一個邊緣。在這種情況下，中心點遠離平穩段看得見的邊緣。
一旦確定了最佳控制參數設定，確定目標參數究竟是太高還是太低是必不可少的。這取決於指出控制參數的變化和相應的對射束的影響之間的符號關係的極性。
確定「足夠接近」與確定最佳控制參數有關，確定目標參數是否足夠接近正確的統調是必不可少的。如果在控制參數和射束電流之間存在直接的可靠的關係，一個參數就足以指出怎樣接近才是足夠接近。例如，這可以要麼作為控制參數變化的幾個單位要麼作為整個控制參數調製範圍的一小部分被提供。
然而，存在一些複雜因素。首先，射束電流是有噪聲的，而且在幾個不改變目標參數的循環中證明「足夠接近」的條件情況是可靠的可能是必不可少的。其次，如同前面提到的那樣，在某個範圍內可能存在有最佳射束電流的平坦的平穩段。第三，採用某些參數，在峰值中心登陸並非確實理想，但是向峰值的一側移動是優選的。這些問題中的第一個意味著某種受統計學驅動的參數，而第二個和第三個需要某些關於可能遇到的一些可能的曲線形狀的假設。
解決統計問題的最簡單的途徑是需要一系列全部指出「足夠接近」的連續的讀數。更精細的方法或許考慮到落在這個窗口(例如，3/4表決規則)外面的偶然讀數。然而，採用允許來自某個循環的越軌結果的方法將存在混亂。明確地說，如果某個循環呈現並非足夠接近，這個算法的正常反應是命令對目標參數進行調整。因為目標部件現在被不同地統調，所以早期讀數不再與新的統調精確性的統計確定直接有關。所以，考慮在「足夠接近」範圍之外的讀數的統計方法必須在表決正在進行的時候禁止統調操作。
連續讀數方式可以被看作是這種表決法的基本情形，有幾分像3/3規則。在這種方式下，單一的越軌循環引起統調重新開始。所以，為了考慮最大的適應性，把表決方法納入固件可能是有利的。
錯誤檢測幾種類型的錯誤可以被考慮，以便捕捉它們。例如，在某些情況下，假峰值可能出現在讀回電壓中。假峰值代表由於帶電粒子束系統被統調到不符合需要的同位素或元素在射束電流中造成的峰值。如果真峰值高於假峰值(憑藉足夠的餘量使假峰值在平穩段高度門限值以下)，那麼假峰值被簡單地忽略。但是如果真峰值低於假峰值，為了消除假峰值，某事是需要的。可任選擇的是，參數和初始條件的明智選擇可能防止假峰值被PSI檢測。然而，在其它的情況下，為了消除假峰值，更精細的程序是需要的。
在一個實施方案中，假峰值是通過在有嚴重越軌結果的循環中觸發表決的儘早終止消除的。這是前面描述過的基本方法的延伸，它不理睬來自每個循環的結果的幅度；而是簡單地確定結果究竟在邊界範圍之內還是在邊界範圍之外。為了實現這種方法，提供詳細說明循環在特定的範圍外面時停止表決並且將程序返回到統調的參數(有類似於「足夠接近」門限參數的單位)。
在另一個實施方案中，(射束電流對控制參數)曲線的形狀在可能遇到的曲線類型和算法怎樣響應這些有效地和精確地統調注入機的條件兩個方面具有附加的定義。明確地說，在這種情況下，正確的統調不可能朝向最佳的射束電流或在平穩段的中心，而是從這個位置偏移。
統調調整一旦數據分析階段已確定目標參數應該如何(和是否)被調整，最後的步驟是朝正確的統調實際調整目標參數。一個問題是應該如何控制變化幅度。
依據可用的數據計算必要的統調變化幅度可能是不容易的，或者甚至是不可能的。然而，確定調整目標參數的方向以便接近它的最佳值通常是快速的和可能的。
在統調程序中的給定點，例如在給定的循環，通常在用控制參數掃掠的範圍和對目標參數預期的調整的補償程度之間存在某種關係。這種知識可以被儲存在外部，而且通常不需要被傳送到固件。因此，在一個實施方案中，固件具有預期的目標參數步長。如果統調是藉助數據分析指示的，目標參數將在指示的方向上按步長進行調整。
然而，在可能使用一些較高程度的智能的時候，本發明不局限於使用固定步長。例如，如果數據分析表明目標剛好在「足夠接近」範圍之外，目標參數方面較小的改變可能是符合要求。存在兩種接近這種估計的基本途徑。一種是有一些用它來調整目標參數的有不同幅度數值的「箱櫃」；另一種是有用它計算幅度的線性函數或多項式函數。如果需要，兩種方法都可能變成可用的。在這些方法之中，正的和負的變化幅度不需要對稱。
目標參數的轉換速率前面的章節集中在目標參數的變化幅度上，沒有論及控制這些變化的速率。在採用控制參數時，就調整目標參數的速度而言可能存在上限。
為了將諸如電源中的延遲之類時間變動的影響減到最小，它對控制參數在統調程序各處繼續循環是符合要求的。此外，是否有時期變化，突然開始和停止的調製波形如果存在相移可能難以利用的。進而，電源可能對這樣的輸入響應欠佳。
由於算法使用來自一個循環的信息來學習目標參數必須被怎樣調整，所以假定目標參數每個循環被調整一次。如果那樣太快，那麼一個解決方案是簡單地放慢循環，以致循環持續較長的時間。較慢的循環的一個不利的結果是統調花費的時間比較長。然而，如果限制速度的原因是涉及目標參數調整速度的限制，這不應該是限制原因。所以，在優選的實施方案中，不必包括用於目標參數調整速度的獨立參數。
多個循環前面的考慮集中在個別統調循環的水平。然而，完整的統調是跨越許多循環的疊代過程。當使用更精細水平的間隔尺寸的時候，循環級的參數在統調序列期間可能改變。如同前面討論的那樣，中央控制器30的統調指令啟動多循環統調程序，在此期間PSI中的固件本質上是自治的。所以，固件為每個統調階段確定適當的循環級參數是必要的。
在優選的實施方案中，統調是一系列不連續的階段，每個階段都以入口條件、出口條件和統調策略為基礎。入口條件涉及所需要的「俘獲範圍」，即在那個階段開始時目標部件可能多麼嚴重失調。出口條件與在那個階段所需要的統調精確性有關(早時階段僅僅需要在下一個階段的俘獲範圍內，而最後的統調必須在操作上令人滿意)。策略是用為從進入狀態前進到出口狀態選擇的參數範圍表達的。
在一個預期階段數目很少(即介於大約1和10之間)的實施方案中，固件可以是參數的陣列，每個階段一個元素。
失敗響應統調嘗試有時失敗。如果射束未被優化，系統能夠發現失敗，用第二次統調嘗試適當地響應和把失敗報告給中央控制器30。
即使射束被發現，統調程序也可能由於許多原因失敗(1)電源可能不容易穩定。因此，經過統調的射束可能在統調「成功」之後的數秒內可能漂移到統調狀態之外。在這種情況下，統調程序應該變得比較慢，例如通過加長循環時間，或者變化應該變得不那麼極端，即，應該減小控制參數的調製幅度，或者應該減小目標參數的調整幅度。
(2)算法可能由於某種原因遠離射束徘徊。如果就當前水平的間隔尺寸而言，算法在「俘獲範圍」之內，那麼再次俘獲射束通常是可能的。然而，如果射束已離開俘獲範圍，系統將反應，仿佛射束未被發現。
(3)算法可能過早地斷言統調完成。在這種情況下，用來結束最後的統調疊代的「終止條件參數」是不適當的。
(4)系統可能發現假峰值並且優化那個峰值。
在一個實施方案中，預期的最小射束電流參數被用來減少在噪聲範圍內尋找假峰值或統調的危險。最小電流參數告訴算法期待什麼類型的信號。如果最小的射束電流未被檢測，那麼某事是錯誤的足以阻撓統調。機器的初始狀態可能在統調算法的「俘獲範圍」之外，或射束可能完全沒有出現。
為了允許對沒有射束電流的某種反應，在一個實施方案中，統調算法可能在這種情況下嘗試比較寬的統調掃描，因為這種類型的錯誤通常表明射束在當前的統調階段的範圍之外。由於這個錯誤可能在任何階段遇到，簡單地回到第一個統調階段是最合理的(除了在真正的第一階段中，當這是不可能的時候)。這允許系統採用較寬的檢查和在較寬的搜索期間適當地管理系統的行為。非必選的是，如果這個錯誤發生在第一階段，通常被跳過的範圍異常寬廣的「零階段」可以被嘗試。
在替代實施方案中，評估當前的離子束統調的步驟(圖4中的步驟230)可以包括射束電流讀回的傅立葉分析。控制參數的調製導致在該控制參數下遊射束電流的調製。如果射束線路得到正確的統調，射束電流的波形將在控制參數調製的頻率下有規則的峰。然而，如果射束線路被不正確地統調，那麼射束電流的波形將有「雙重凸起」圖案，這將把雜質(包括這兩個峰之間的間隔產生的高頻分量)引入射束電流讀回的頻譜。這些頻率雜質指示目標參數的統調不正確。這些雜質的頻率分析與所用的特殊波形的知識結合可以被用來確定目標參數究竟應該增加還是減少才能改善統調。
統調指令統調程序是藉助包含前面討論過的使PSI能夠統調射束的參數的指令啟動的。在可仿效的統調指令中，第一數據結構被傳輸，包括幾個與循環無關的參數，例如(1)最小的射束電流；(2)目標參數-最小值；(3)目標參數-最大值；
(4)控制參數-最小值；和(5)控制參數-最大值。
除此之外，作為第六元素，第一數據結構可以包括第二數據結構的數組，每個統調階段一個數組元素。這個第二數據結構可以包括一些參數，例如(1)控制參數調製的幅度。
(2)控制參數調製的波形類型。
(3)控制參數調製的循環周期。
(4)用來確定所需的調製的符號的關係的極性。
(5)用來選擇用來尋找峰值的平均中心的數據的平穩段高度門限值。
(6)用來確定適當的統調、終止某個階段的「足夠接近」門限值。
(7)用於極端正向非峰值條件的目標調整幅度。
(8)用於靠近-中心條件的目標調整幅度。
(9)用於極端負向非峰值條件的目標調整幅度。
(10)用於發現不可靠的用來斷言成功的數據的終止表決門限值。
(11)為了斷言成功必須「足夠接近」的嘗試次數。
(12)在其範圍之內必須取得前一個數值的嘗試次數。
這些參數目錄不是無遺漏的，因為附加的參數可能是需要的或必需的，取決於所使用的協議或控制系統和特定的硬體或固件的配置。例如，為了詳細說明輸入/輸出線路或者為了使硬體和固件之間的相互關係變得靈活，附加參數可能是必不可少的。
統調確認在離子注入機的標準應用中，矽晶片被連續地送到射束線路作為供離子注入機處理的晶片27(圖1)。在延長的時間範圍內，射束線路部件中的漂移可能使經過正確統調的射束變得略微失調。為了保證適當的質量，定期評估射束的統調可能是符合需要的，以便在處理追加的晶片之前發現任何正在發展的失調。
在不啟動標準的統調程序的情況下評估射束的統調可能是符合要求的。完成射束評估比完成射束統調加得多，所以評估可以在不影響晶片的吞吐量的情況下在晶片處理期間被更頻繁地完成。如果發現射束嚴重失調，提醒操作員、中止晶片處理和非必選地啟動完整的射束統調程序是符合需要的。
為了就這個目的評估射束，完整的調整方法的一部分可以被使用。明確地說，可以圍繞著目標參數的初始值調製它，然後恢復到那個數值，同時在控制部件下遊抽取射束電流樣本。為了證實射束得到正確的統調，在統調程序結束時使用的標準的射束評估程序可以被用來評估射束質量。
應該理解用附圖展示的和用這份說明書描述的實施方案的各種不同的變化和修正可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下完成。因此，我們打算在舉例說明意義上而不是在限制的意義上解釋在前面的描述中包含的和用附圖展示的全部內容。本發明只受權利要求書及其等同物定義的內容的限制。
權利要求
1.一種用來評估帶電粒子束系統中的目標部件的目標參數的統調的方法，其中帶電粒子束是穿越所述的目標部件傳送的，所述方法包括下述步驟(a)改變位於目標部件上遊的控制部件的控制參數，其中所述的控制參數與所述的控制部件有某種預定的關係；(b)在改變所述的系統控制參數的同時測量在所述帶電粒子束系統的所述目標部件下遊的射束電流；以及(c)基於射束電流測量結果和預定的目標部件和控制參數之間的關係評估所述目標參數的統調。
2.根據權利要求1的方法，其中評估所述目標參數的統調的步驟包括確定射束電流是否至少是當所述的控制參數處在其初始值的時候實測的最大射束電流的某個預定份額。
3.根據權利要求2的方法，進一步包括在達到預定的投票標準之前完成將全部步驟疊代兩次以上的步驟。
4.根據權利要求3的方法，其中所述預定的表決標準包括在預定的疊代次數中射束電流至少超過預定的一小部分最大的實測射束電流。
5.根據權利要求1的方法，其中評估所述目標參數的統調的步驟包括確定最大射束電流究竟是在將所述控制參數向其初始值以上還是以下偏移的時候測量的。
6.根據權利要求1的方法，其中評估所述目標參數的統調的步驟包括基於射束電流的測量結果和預定的所述目標部件和所述控制參數之間的關係確定所述的目標參數究竟被統調到比將導致依據所述的目標參數在下遊實測到最大射束電流的數值高還是低的數值。
7.根據權利要求1的方法，進一步包括基於所述目標參數的統調的評估結果調整所述目標參數的步驟。
8.根據權利要求7的方法，進一步包括在實測的射束電流滿足預定的標準之前完成將全部步驟疊代兩次以上的步驟。
9.根據權利要求8的方法，其中所述控制參數的變化幅度在疊代期間小於在先前疊代中的變化幅度。
10.根據權利要求8的方法，其中所述的預定標準構成至少是當所述控制參數處在其初始值的時候實測的最大射束電流的預定的一小部分射束電流。
11.根據權利要求7的方法，其中調整所述目標參數的步驟包括分析射束電流的測量結果以確定目標參數調整方法和用所確定的目標參數調整方法調整所述的目標參數。
12.根據權利要求11的方法，其中分析射束電流測量結果的步驟包括確定目標參數使峰值射束電流向所述控制參數的待定值移動的調整方向和幅度。
13.根據權利要求1的方法，其中所述的目標部件包括作為對電流的響應產生磁場的磁體，而且所述的目標參數包括供應給所述磁體的近似的電流。
14.根據權利要求13的方法，其中控制部件包括一個作為對控制電壓的響應產生電場的靜電部件，而且改變控制參數的步驟包括改變控制電壓。
15.根據權利要求13的方法，其中所述的控制參數包括帶電粒子束進入所述磁體的近似的進入角。
16.根據權利要求13的方法，其中所述的控制參數包括帶電粒子束進入所述磁體的近似的進入速度。
17.根據權利要求13的方法，其中所述的目標部件包括質譜儀的彎曲磁體。
18.根據權利要求13的方法，其中所述的目標部件包括帶電狀態分辨磁體。
19.根據權利要求13的方法，其中所述的目標部件包括用來把所述射束的軌道轉換成實質上平行的軌道的平行化磁體。
20.根據權利要求1的方法，其中所述的目標部件包括作為對電壓的響應產生電場的靜電部件，而且所述的目標參數包括施於所述靜電部件的近似的電壓。
21.根據權利要求1的方法，其中所述的控制參數包括供給所述控制部件的電源輸出的近似值。
22.根據權利要求21的方法，進一步包括在改變所述的控制參數期間測量所述電源輸出值的步驟。
23.根據權利要求方法22的方法，進一步包括在受至少幾乎與至少一個所述的射束電流測量結果同時記錄預定的一小部分實測峰值射束電流的一組包括至少一個測量結果的所述控制參數讀回的極端成員束縛的數值範圍內確定所述電源的次要數值的步驟。
24.根據權利要求23的方法，進一步包括在開始改變所述的控制參數之前讀出名義控制參數讀回數值的步驟和依據其初始值藉助所述電源的所述次要數值和所述的名義控制參數讀回數值之間的帶符號的差值的預定的函數調整所述的目標參數的步驟。
25.根據權利要求1的方法，其中改變所述的控制參數的步驟包括用周期性的波形調製控制參數。
26.根據權利要求1的方法，其中改變所述的控制參數的步驟包括使控制參數一步一步地通過預定的離散數值圖案。
27.根據權利要求1的方法，其中所述的控制參數包括供給所述的控制部件的電源輸出的近似值。
28.根據權利要求27的方法，其中改變所述的控制參數的步驟包括使控制參數比所述的電源輸出能夠作為對每個設定的響應穩定更快地一步一步地通過預定的離散數值圖案。
29.根據權利要求1的方法，其中測量射束電流的步驟包括藉助位於所述目標部件下遊的法拉第射束傳感器測量射束電流。
30.根據權利要求1的方法，其中測量射束電流的步驟包括藉助位於所述目標部件下遊的參量變流器測量射束電流。
31.根據權利要求1的方法，其中測量射束電流的步驟包括針對所述控制參數的不同數值測量射束電流樣本。
32.根據權利要求1的方法，進一步包括把所述的控制參數恢復到它的初始值的步驟。
33.根據權利要求1的方法，其中所述的控制參數對調整的響應比所述的目標部件對調整的響應更快。
34.根據權利要求1的方法，其中評估所述目標參數的步驟包括完成關於實測的射束電流波形的傅立葉分析。
35.根據權利要求1的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括離子注入機。
36.根據權利要求1的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括粒子加速器。
37.根據權利要求1的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括質譜儀。
38.一種用來統調帶電粒子束系統中的目標部件的目標參數的方法，其中帶電粒子束是穿越所述的目標部件傳送的，該方法包括下述步驟(a)確定名義目標參數值；(b)測量所述目標參數的名義讀回數值；(c)按照關於所述的名義目標參數值的預定圖案改變所述的目標參數；(d)在改變所述的目標參數時測量在所述的帶電粒子束系統的所述目標部件下遊的射束電流和所述電源輸出的目標參數讀回數值；(e)在受至少幾乎與至少一個所述的射束電流測量結果同時記錄預定的一小部分實測峰值射束電流的一組包括所述目標參數的至少一個測量結果的讀回數值的極端成員束縛的數值範圍內確定最佳的讀回數值；(f)用所述的名義讀回數值和所述的最佳讀回數值之間的帶符號的差值的預定的函數調整名義目標參數值；以及(g)完成至少包括步驟(b)、(c)、(d)和(e)的兩次以上疊代，直到所述的射束電流測量結果滿足預定的標準為止。
39.根據權利要求38的方法，其中所述目標參數的變化幅度在疊代期間等於或小於在先前疊代中的變化幅度。
40.根據權利要求38的方法，其中所述的預定標準當所述的最佳讀回數值和所述的名義讀回數值之間的絕對差值在幅度方面小於某個預定的門限值的時候構成至少是實測的最大射束電流的預定的一小部分射束電流。
41.根據權利要求38的方法，其中所述的目標部件包括作為對電壓的響應產生電場的靜電部件，而且所述的目標參數包括施於所述靜電部件的近似的電壓。
42.根據權利要求38的方法，其中改變所述目標參數的步驟包括用周期性的波形調製目標參數。
43.根據權利要求38的方法，其中改變所述目標參數的步驟包括使目標參數一步一步地通過一系列離散的數值。
44.根據權利要求38的方法，其中所述的目標參數包括供給所述目標部件的電源輸出的近似數值。
45.根據權利要求44的方法，其中改變所述目標參數的步驟包括使目標參數比所述電源輸出作為對每個設定的響應能夠穩定更快地一步一步地通過一系列離散的數值。
46.根據權利要求38的方法，其中測量射束電流的步驟包括藉助位於所述目標部件下遊的法拉第射束傳感器測量射束電流。
47.根據權利要求38的方法，其中測量射束電流的步驟包括藉助位於所述目標部件下遊的參量變流器測量射束電流。
48.根據權利要求38的方法，其中測量射束電流的步驟包括針對所述目標參數的不同數值測量射束電流的樣本。
49.根據權利要求38的方法，其中評估所述目標參數的步驟包括完成關於實測射束電流波形的傅立葉分析。
50.根據權利要求38的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括離子注入機。
51.根據權利要求38的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括粒子加速器。
52.根據權利要求38的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括質譜儀。
53.一種在帶電粒子束系統中用來評估目標部件的目標參數的統調的方法，其中帶電粒子束是穿越所述的目標部件傳送的，而且所述的目標參數確定所述帶電粒子束的近似的下遊焦點，所述方法包括下述步驟(a)確定名義上的目標參數值，其中所述的目標參數確定在所述的帶電粒子束系統之內所述的帶電粒子束在位於所述目標部件下遊的射束電流敏感元件平面的近似位置；(b)在圍繞著所述名義控制參數值的預定圖案中改變所述的目標參數，以致所述的帶電粒子束交替地投射到所述的射束電流敏感元件上和不投射到所述的射束電流敏感元件上；(c)在改變所述的目標參數時用所述的射束電流敏感元件測量射束電流；(d)確定所述的帶電粒子束投射到所述的射束電流敏感元件上和不投射到所述的射束電流敏感元件上之間的轉變銳度；以及(e)至少部份地基於所述的銳度評估所述目標參數的統調。
54.根據權利要求53的方法，其中確定銳度的步驟構成確定在所述的帶電粒子束橫越所述的射束電流敏感裝置的邊緣時作為所述目標參數的函數的射束電流的導數。
55.根據權利要求53的方法，其中評估所述目標參數的統調的步驟進一步包括評估至少採用所述的銳度和實測最大射束電流作為輸入的預定的函數。
56.根據權利要求53的方法，包括完成至少包括步驟(b)、(c)、(d)和(e)的兩次以上疊代，直到所述目標部件的經過評估的統調滿足預定的標準為止。
57.根據權利要求56的方法，其中所述控制參數的變化幅度在疊代期間等於或小於在先前疊代中的變化幅度。
58.根據權利要求56的方法，其中所述的預定標準當所述的最佳讀回數值和所述的名義讀回數值之間的絕對差值在幅度方面小於某個預定的門限值的時候構成至少是實測的最大射束電流的預定的一小部分射束電流。
59.根據權利要求53的方法，其中所述的目標部件包括作為對電壓的響應產生電場的靜電部件，而且所述的目標參數包括施加給所述靜電部件的近似電壓。
60.根據權利要求53的方法，其中改變所述目標參數的步驟包括用周期性的波形調製目標參數。
61.根據權利要求53的方法，其中改變所述目標參數的步驟包括使目標參數一步一步地通過一系列離散的數值。
62.根據權利要求53的方法，其中改變所述目標參數的步驟包括使目標參數比所述的目標參數作為對每個設定的響應能夠穩定更快地一步一步地通過一系列離散的數值。
63.根據權利要求53的方法，其中測量射束電流的步驟包括藉助位於所述目標部件下遊的法拉第射束傳感器測量射束電流。
64.根據權利要求53的方法，其中測量射束電流的步驟包括藉助位於所述目標部件下遊的參量變流器測量射束電流。
65.根據權利要求53的方法，其中測量射束電流的步驟包括針對所述目標參數的不同數值測量射束電流的樣本。
66.根據權利要求53的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括離子注入機。
67.根據權利要求53的方法，其中所述的帶電粒子束系統包括粒子加速器。
68.一種用來在帶電粒子束系統中評估目標部件的目標參數的統調的裝置，其中帶電粒子束是通過目標部件傳送的，所述裝置包括用來改變位於目標部件上遊的控制部件的控制參數的裝置，其中所述的控制參數與目標部件有某種預定的關係；用來在改變控制參數時測量目標部件下遊的射束電流的裝置；以及用來基於射束電流的測量結果和目標部件和控制參數之間的預定的關係評估目標參數的統調的裝置。
69.一種帶電粒子束裝置，其中包括受目標參數控制的目標部件；位於目標部件上遊並且受控制參數控制的控制部件；位於目標部件下遊用來檢測通過控制部件和目標部件傳送的帶電粒子束的射束傳感器；以及用來基於目標部件和控制參數之間的預定的關係改變控制參數並且根據從射束傳感器收到的射束電流測量結果評估目標參數的統調的控制器。
70.一種帶電粒子束系統，其中包括通過它傳送帶電粒子束的一個或多個射束線路部件；用來控制系統的中央控制器；以及至少一個裝有用來作為對來自所述的中央控制器的統調指令的響應自動統調在所述的一個或多個射束線路部件當中選定的一個部件的統調算法的本地控制器。
71.一種用來統調帶電粒子束的焦點的方法，該方法包括下述步驟(a)使帶電粒子束偏轉越過小孔的邊緣；(b)當射束偏轉越過小孔的邊緣時確定小孔下遊的射束電流的變化率；(c)針對帶電粒子束的不同的焦點設定重複步驟(a)和(b)；以及(d)選擇在射束偏轉越過小孔邊緣時給出最高的射束電流變化率的焦點設定。
72.在包括許多通過它傳送帶電粒子束的射束線路部件、中央控制器和一個或多個用來分別控制所述的射束線路部件的電源控制器的帶電粒子束系統中，統調方法包括下述步驟中央控制器把統調指令發送給在所述的電源接口中選定的一個電源接口；以及被選定的電源控制器作為對統調指令的響應自動執行統調算法。
全文摘要
這些方法和裝置是為自動統調諸如離子注入機之類帶電粒子束系統準備的。在一個實施方案中，調整位於目標部件上遊的控制部件的控制參數，並且測量目標部件下遊的射束電流。射束電流的測量結果提供某種信息，該信息被用來評估統調，而且如果必要被用來統調目標部件。目標部件通常是諸如磁體之類響應緩慢的部件。在另一個實施方案中，統調的評估是通過調整目標參數和監視這種調整對射束電流的影響完成的。在進一步的實施方案中，帶電粒子束的斑點大小是藉助射束掃過小孔的邊緣和評估射束焦點的銳度來評估的。統調算法優選在用於高速操作的本地電源接口中實現。
文檔編號H01L21/02GK1557012SQ02818571
公開日2004年12月22日 申請日期2002年7月10日 優先權日2001年8月30日
發明者特倫斯·肖恩·薩利文, 戴維·S·萑布魯克, 克裡福德·A·拉丁, S 萑布魯克, 德 A 拉丁, 特倫斯 肖恩 薩利文 申請人:瓦裡安半導體設備聯合公司