CN114365256A - 用于脉冲离子束中离子能量测量的装置以及技术 - Google Patents

用于脉冲离子束中离子能量测量的装置以及技术 Download PDF

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CN114365256A CN202080059739.3A CN202080059739A CN114365256A CN 114365256 A CN114365256 A CN 114365256A CN 202080059739 A CN202080059739 A CN 202080059739A CN 114365256 A CN114365256 A CN 114365256A
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Abstract

一种装置可包括：第一束传感器，沿束线邻近第一位置设置。所述装置可还包括：第二束传感器，沿束线邻近第二位置设置在第一束传感器的下游的预定距离处。所述装置可包括：探测***，耦合到第一束传感器及第二束传感器，以从脉冲离子束接收来自第一束传感器的第一电信号及来自第二束传感器的第二电信号。

Description

用于脉冲离子束中离子能量测量的装置以及技术
技术领域
本公开一般来说涉及带电粒子能量测量，且具体来说涉及脉冲离子束的能量测量。
背景技术
离子束用于许多类型的处理，包括离子注入(ion implantation)，离子注入是通过轰击将掺杂剂或杂质引入到衬底中的工艺。离子注入***可包括离子源及一系列束线组件(beamline component)。离子源可包括其中产生离子的腔室。束线组件可包括例如质量分析器、准直器、以及用于使离子束加速或减速的各种组件。与用于操纵光束的一系列光学透镜非常类似，所述束线组件可对具有特定种类、形状、能量、和/或其他品质的离子束进行过滤、聚焦及操纵。离子束通过所述束线组件，并且可朝安装在压板(platen)或夹具(clamp)上的衬底引导。离子束的最终束能量有助于确定离子注入到衬底(例如半导体衬底)或器件中的深度，且因此控制衬底或器件的性质。
高能离子注入可能涉及使用串列加速器(tandem accelerator)或线性加速器(linear accelerator)或LINAC，其中被排列成围绕束的管的一系列电极沿连续的管将离子束加速到越来越高的能量。各种电极可被排列成一系列级(stage)，其中给定级中的给定电极接收交流(alternating current，AC)电压信号以对离子束加速。
当离子束经由束线传导时，LINAC采用初始级来对离子束进行聚束(bunch)。可将LINAC的初始级称为聚束器，其中由聚束器接收连续的离子束并以包(packet)或离子束脉冲的形式将所述连续的离子束作为聚束离子束输出。可通过一系列级将离子束脉冲加速到越来越高的能量，其中最终的束能量可介于几百keV到10MeV或大于10MeV的范围内。理想情况下，为了更好地控制器件性质，可使用单能离子束(monoenergetic ion beam)来注入到衬底中。值得注意的是，一种挑战是精确地测量注入机(implanter)中的束能量，同时在这样做时不会扰动(perturb)离子束。
关于这些及其他考虑，提供了本公开。
发明内容
在一个实施例中，提供一种装置。所述装置可包括：第一束传感器，沿束线邻近第一位置设置。所述装置可还包括：第二束传感器，沿所述束线邻近第二位置设置在所述第一束传感器的下游的预定距离处。所述装置可包括：探测***，耦合到所述第一束传感器及所述第二束传感器，以从脉冲离子束接收来自所述第一束传感器的第一电信号及来自所述第二束传感器的第二电信号。
在另一实施例中，提供一种***，所述***包括：离子源，产生离子束；以及聚束器，将所述离子束作为连续的束进行接收并沿束线输出脉冲离子束，所述脉冲离子束包括多个脉冲。所述***可包括：束能量测量装置，设置在所述聚束器的下游。所述束能量测量装置可包括：第一罗戈夫斯基线圈(Rogowski coil)，相对于所述束线同心地设置；以及第二罗戈夫斯基线圈，排列在所述第一罗戈夫斯基线圈的下游的预定距离处，且相对于所述束线同心地设置。所述束测量装置可还包括：探测***，耦合到所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈，以从所述脉冲离子束接收来自所述第一罗戈夫斯基线圈的第一电信号及来自所述第二罗戈夫斯基线圈的第二电信号。这样一来，所述探测***可被排列成比较所述第一电信号的时序与所述第二电信号的时序。
在又一实施例中，一种方法可包括：在第一时刻，经由沿束线位于第一位置处的第一空间接收脉冲离子束的脉冲；以及基于所述脉冲，在设置在所述第一位置处的第一束传感器中产生第一传感器信号。所述方法可包括：在第二时刻，在沿所述束线位于第二位置处的第二空间中接收所述脉冲，所述第二位置设置在所述第一位置的下游。所述方法可还包括：基于所述脉冲，在设置在所述第二位置处的第二传感器中产生第二传感器信号；以及基于在所述第一时刻与所述第二时刻之间经过的时间确定所述脉冲的离子能量。
附图说明
图1示出根据本公开实施例的示例性离子注入***。
图2绘示出根据本公开实施例的用于测量束能量的示例性装置。
图3绘示出根据本公开实施例的用于测量束能量的另一示例性装置。
图4A绘示出示例性感应线圈的细节。
图4B绘示出示例性感应线圈排列(induction coil arrangement)的端部视图(end view)。
图5A绘示出在使用根据一个实施例的示例性装置进行束能量测量期间的第一时刻。
图5B绘示出在图5A的第一时刻之后，在束能量测量期间的第二时刻。
图5C绘示出在使用根据一个实施例的示例性装置进行束脉冲轮廓测量(beampulse profile measurement)期间的第一时刻。
图5D绘示出在图5C的第一时刻之后，在束脉冲轮廓测量期间的第二时刻。
图6绘示出根据本公开实施例的装置的端部剖视图。
图7绘示出根据本公开实施例的另一装置的端部剖视图。
图8示出随离子能量变化的示例性飞行时间曲线。
图9是示出对于三个不同的分数能量分辨率值(以百分比示出)，探测器产生给定束能量分辨率所需的时间分辨率随离子能量变化的示例性曲线。
图10示出5MeV的脉冲硼离子束的脉冲长度随脉冲的能量散度(energy spread)变化。
图11示出根据本公开一些实施例的示例性工艺流程。
所述附图未必按比例绘制。所述附图仅为示意图，并非旨在描绘本公开的具体参数。所述附图旨在示出本公开的示例性实施例，且因此不应被视为对范围进行限制。在所述附图中，相同的编号表示相同的元件。
具体实施方式
在下文中，现将参照附图来更充分地阐述根据本公开的装置、***及方法，在所述附图中示出所述***及方法的实施例。所述***及方法可实施为许多不同的形式且不应被视为仅限于本文中所述的实施例。确切来说，提供这些实施例是为了使本公开将透彻及完整，并将向所属领域中的技术人员充分传达所述***及方法的范围。
本文中所用的以单数形式叙述且前面带有词“一(a或an)”的元件或操作被理解为也潜在地包括多个元件或多个操作。此外，在提及本公开的“一个实施例”时并非旨在被解释为排除也包括所叙述的特征的附加实施例的存在。
本文中提供用于束能量测量的方法。本文中公开的实施例适用于脉冲离子束的束能量测量。在各种非限制性实施例中，装置、***及方法可用于测量高能注入***(highenergy implantation system)中的离子束，而所述方法可适用于任何能量的离子束。
现参照图1，以方块形式绘示出示例性离子注入机，所述示例性离子注入机被示出为注入***100。离子注入***100可代表束线离子注入机，为了阐释清楚，省略了一些元件。离子注入***100可包括离子源102，离子源102可包括：提取组件，包括提取总成104；以及过滤器(未示出)，产生第一能量的离子束110。用于第一离子能量的合适的离子能量的实例介于从5keV到100keV的范围内，而实施例并不仅限于此上下文中。为了形成脉冲离子束，离子注入***100包括各种附加组件，所述各种附加组件被示出为脉冲束线组件108。
离子注入***100可包括：分析器106，用于分析接收到的离子束。因此，在一些实施例中，分析器106可接收具有由位于离子源102处的提取总成104赋予的能量的离子束110，其中离子能量介于100keV或低于100keV的范围内。
脉冲束线组件108可还包括：聚束器；以及线性加速器(未单独示出)，设置在聚束器的下游。聚束器的操作详述如下。简而言之，将聚束器设置在离子源102的下游，以将离子束110作为连续的离子束(或直流(direct current，DC)离子束)进行接收，并将所述束作为聚束离子束输出。在聚束离子束中，以分立的包或脉冲的形式将离子束作为脉冲离子束输出。这些脉冲可能受到操纵，例如线性加速器的级中的加速。
在各种实施例中，离子注入***100可包括附加已知组件，例如校正器磁体/准直器114，所述组件是众所周知的且在本文中将不进一步详细阐述。这样一来，可以脉冲形式将离子束110传送到端部站122，以对设置在衬底台118上的衬底120进行处理。
如图1中进一步所示，离子注入***100可包括束能量测量装置124，其中所述操作在以下实施例中详细阐述。简而言之，束能量测量装置124及束能量测量装置124的变型包括如下组件：用于测量离子束110的束能量，同时不直接与离子束110接触，且不扰动离子束110。这些组件适用于在沿离子注入***100的束线的任何合适位置处测量离子束110的束能量，其中离子束110作为脉冲离子束传导。
图2绘示出根据本公开实施例的示例性装置，所述示例性装置被示出为装置200。装置200包括：真空腔室202，用于传导离子束，并形成离子注入机的束线的部分。装置200还包括：聚束器206，用于接收离子束204，其中离子束204可代表连续的离子束。聚束器206可包括所属领域中已知的已知组件，以将离子束104作为脉冲离子束输出。举例来说，在一些实施例中，聚束器可采用射频(radio frequency，RF)电压源来产生频率介于13MHz到40MHz的范围内的脉冲。在一些实施例中，聚束器206可补充有线性加速器的附加级(下游)，以使脉冲离子束加速，如所属领域中已知的。因此，在图2的情形中，离子束204进入真空腔室202作为脉冲离子束(被示出为离子束脉冲218A)。
如图2中进一步绘示，装置200包括束能量测量装置220，束能量测量装置220包括：第一束传感器208，沿束线设置在第一位置处，意味着第一束传感器208邻近位置P1处的其中离子束经由束线的真空腔室202进行传导的空间设置。束能量测量装置220还包括：第二束传感器210，排列在第二位置(被示出为位置P2)处，所述第二位置位于第一位置的下游的预定距离处。这样一来，离子束204的离子束脉冲经由第一束传感器208及第二束传感器210附近的真空腔室202的区进行传导。
束能量测量装置220还包括：探测***212，耦合到第一束传感器208及第二束传感器210。探测***212包括接收来自第一束传感器208的第一电信号及来自第二束传感器210的第二电信号的组件。更具体来说，当离子束脉冲218A通过由第一束传感器208界定的空间211时，第一束传感器208可产生将由探测***212接收的第一传感器信号。举例来说，第一传感器信号可为第一传感器电压信号。当离子束脉冲218A沿束线向下传播作为离子束脉冲218B并通过由第二束传感器210在位置P2处界定的空间215时，第二束传感器210可产生将由探测***212接收的第二传感器信号。举例来说，第二传感器信号可为第二传感器电压信号。如以下针对图5A及图5B所详细阐述般，探测***212可基于由第一束传感器208及第二束传感器210产生的信号的时序来确定脉冲离子束218的束能量。
根据各种实施例，第一束传感器208及第二束传感器210可为罗戈夫斯基线圈、电感式拾波器(inductive pickup)或电容式拾波器(capacitive pickup)的任意组合。在电容式拾波器的实例中，金属圆柱体可被排列成在位置P1处电浮动，或者作为另外一种选择或附加地，在位置P2处电浮动。当束脉冲通过位置P1或位置P2处的束线时，电容式拾波器将接着测量电压变化。
图3绘示出根据本公开实施例的示例性装置，所述示例性装置被示出为装置250。装置250可包括与装置200类似的组件，其中相同的组件标记为相同。装置250的功能可类似于装置200，但与装置200的不同之处在于，束能量测量装置260的第一束传感器252及第二束传感器254设置在真空腔室202内。类似于装置200，装置250包括由第一束传感器252界定的空间251，第一束传感器252可产生将由探测***212接收的第一传感器信号。当离子束脉冲218A沿束线向下传播作为离子束脉冲218B并通过由第二束传感器254界定的空间255时，第二束传感器254可产生将由探测***212接收的第二传感器信号。在本公开的一些实施例中，第一束传感器252及第二束传感器254可作为第一电容式拾波器及第二电容式拾波器被排列成围绕离子束脉冲218A及离子束脉冲218B同心地设置的圆形圆柱体形状。
图4A绘示出示例性束传感器的细节，所述示例性束传感器被示出为感应线圈270。在此实例中，感应线圈270被排列为罗戈夫斯基线圈。更具体来说，罗戈夫斯基线圈是磁拾波器线圈，它采用通过的离子束的时间变动来产生随时间变化的磁场，且因此在线圈中感应出电动势。然后可将此力读出为电压(用作传感器电压信号)，所述电压与通过线圈的离子束272的电流的时间变化率成比例。如图4A中所示，罗戈夫斯基线圈的设计包括以环形形状排列的一组匝，使得电路的回路穿过匝的中心。罗戈夫斯基线圈所产生的电压根据匝的横截面积、匝数、线圈的总长度、以及通过由罗戈夫斯基线圈界定的空间的电流的时间变化率而定。更具体来说，
Figure BDA0003516177890000061
其中：V是罗戈夫斯基线圈的电压，A是匝的横截面积，N是匝数，μ0是自由空间的磁导率，μr是所述匝内部的材料的相对磁导率，l是线圈的总圆周长度，且dI/dt是通过线圈的电流的时间变化率。
根据各种实施例，罗戈夫斯基线圈可被排列成产生足以被可商购的电子装置合理地探测到的输出电压。举例来说，罗戈夫斯基线圈可被设计成产生10μV或大于10μV、或者100μV或大于100μV的输出电压。
作为实例：可选择26awg的电线(直径约0.5mm，具有绝缘)，其中罗戈夫斯基线圈的大径为100mm，小径为10mm，从而具有近似6300匝。另一假设可为其中采用空心匝(air coreturn)或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)(特氟隆(Teflon))或具有等于1的μr的其他材料。LINAC的聚束器或加速级的频率为27MHz，产生的离子脉冲周期为37ns，且持续时间大于周期的50％或大于18.5ns。在这种情形中，200μA的离子束将产生近似127μV的输出电压，此信号很容易被现今的电子装置探测到。在各种非限制性实施例中，罗戈夫斯基线圈的大径可介于1cm与30cm之间的范围内，且小径可介于2mm与50mm之间的范围内。
值得注意的是，在各种非限制性实施例中，罗戈夫斯基线圈不需要是圆的，而可使用靠近离子束排列的任何形状的线圈。根据一些实施例，罗戈夫斯基线圈总成可被排列在多个不同区段中，其中可使用来自不同区段的信号的相对强度来提供束位置信息。在分段的罗戈夫斯基线圈组的情况下，信号的相对强度将根据束与线圈的靠近程度而定，因为通过一些线圈的磁通量比通过其他线圈的磁通量多。举例来说，在其中罗戈夫斯基线圈由4个区段(2个区段在顶部及底部且2个在侧向上并排排列)组成的实施例中，离子束沿“垂直轴线”的相对位置及离子束沿“水平轴线”的相对位置可由信号在相对的线圈中的相对强度来确定。将所有线圈的所有靠近数据(proximity data)汇集在一起将能够进行准确及精确的束位置测量。更值得注意的是，对于给定的导线直径，匝数(N)与线圈的大径(l/p)成比例缩放，且因此信号输出与罗戈夫斯基线圈的大小无关。
图4B绘示出感应线圈排列280的端部视图，感应线圈排列280被排列成被划分成四个不同的线圈的分段的罗戈夫斯基线圈，所述四个不同的线圈被示出为线圈284，围绕离子束(具有离子束脉冲282的形式)设置。在图4B的实例中，不同的线圈可沿束线排列在相同的轴向位置或纵向位置处，同时还被排列成提供关于标称束路径(nominal beam path)的整体对称，这种对称有助于简化由感应线圈排列280产生的不同信号的解释。在图4B的实例中，每个单独的线圈与邻近的线圈交叠，且被排列成一个端部比另一端部接近标称束路径。
图5A绘示出在使用根据一个实施例的示例性装置进行束能量测量期间的第一时刻，且图5B绘示出在图5A的第一时刻之后，在束能量测量期间的第二时刻。如所建议的，图5A及图5B中的排列示出第一束传感器208及第二束传感器210。图5A及图5B的排列示出使用飞行时间(time-of-flight)原理的束能量的测量。
飞行时间(ToF)是测量离子或粒子的平均速度或能量的已知方法。在此方法的实施方式中，第一束传感器208及第二束传感器210以已知的距离间隔d排列。当离子束脉冲286通过第一束传感器208时，离子束脉冲286诱发扰动，且产生信号。在本实施例中，将此信号从第一感应线圈输出到探测***，所述信号可在等于t0的时间处启动时钟。离子束脉冲286将继续沿束线向下到达下一个探测器，如第二束传感器210所示，从而诱发第二扰动以产生第二信号，所述信号可在等于t1的时间处停止探测***的时钟。离子束脉冲286的速度由间距距离d除以时间差(Δt＝t1–t0)来确定。基于离子束的质量，然后可利用粒子的质量、速度及能量之间的已知关系将所计算的速度直接转换成束能量。
对于图5A及图5B，且还参照图2及3，在一些实施例中，第一束传感器及第二束传感器可沿束线的线性部分，以线性方式彼此相对设置，其中离子束脉冲沿第一束传感器与第二束传感器之间的直线轨迹行进。在其他实施例中，第二束传感器可设置在第一束传感器的下游，其中束线在第一束传感器与第二束传感器之间经历方向的变化。换句话说，脉冲离子束改变第一束传感器与第二束传感器之间的方向。在任一配置中，可根据通过将第一束传感器与第二束传感器之间的间距除以第一束传感器与第二束传感器之间的离子束脉冲的飞行时间确定脉冲离子束的速度的相同的一般原理来测量束能量。
图5C绘示出在使用根据一个实施例的示例性装置进行束脉冲轮廓测量期间的第一时刻，而图5D绘示出在图5C的第一时刻之后，在束脉冲轮廓测量期间的第二时刻。在图5C及图5D的情形中，第一束传感器208及第二束传感器210被排列成类似于图5A及图5B的排列。在时刻t1处离子束脉冲288经由第一束传感器208传导，且在时刻t2处离子束脉冲288经由第二束传感器210传导。如图所示，离子束脉冲288可由时刻t0处的第一脉冲宽度dE及时刻t1处的第二脉冲宽度dE’表征。当离子束脉冲288穿过第一感应线圈及第二感应线圈时，离子束脉冲288可在感应线圈中产生伴随的电压脉冲，所述电压脉冲由包括电压脉冲宽度的电压脉冲轮廓表征。这样一来，探测***可包括根据基于在第一束传感器208、第二束传感器210或两个线圈处产生的电压脉冲的脉冲宽度的测量对离子束脉冲的脉冲形状的分析来确定束能量散度的例程。因此，当离子束脉冲沿束线向下传播时，可确定离子脉冲持续时间或脉冲宽度的变化。
图6绘示出根据本公开实施例的装置300的端部剖视图，而图7绘示出根据本公开另一实施例的装置310的端部剖视图。装置300由设置在真空腔室壁304外部的感应线圈302表征。装置300可包括：第二感应线圈，以与感应线圈302类似的方式设置在感应线圈302的下游。当离子束306或任何电流通过由感应线圈302界定的空间308时，可产生电压，用于被探测器(例如前述探测***212)探测。
对于装置300，真空腔室壁的导电性及磁性质可影响感应线圈302的测量。在一些实施例中，真空腔室壁304至少在靠近感应线圈302的区中可由电绝缘体形成，理想地具有1的磁导率。
装置310由设置在真空腔室壁304内部的感应线圈312表征。装置300可包括：第二感应线圈，以与感应线圈302类似的方式设置在感应线圈302的下游。当离子束306或任何电流通过由感应线圈312界定的空间318时，可产生电压，用于被探测器(例如前述探测***212)探测。将罗戈夫斯基线圈排列在非常接近束路径的位置可能会减少噪声拾取的机会，且在一些情况下可能更可取。在其他情况下，当线圈在真空腔室外部时，这可能使信号采集或信号传输变得更容易。在此实施例中，真空腔室壁304的导电性及磁性质不会影响感应线圈312的测量，且因此靠近感应线圈312的真空腔室壁304可由任何合适的材料(包括电导体)构成。
根据本公开的各种实施例，作为实例，一组罗戈夫斯基线圈可被排列成探测高能离子束(例如能量超过500keV、1MeV、2MeV、5MeV或10MeV的脉冲离子束)的离子能量。为了强调测量这种能量的一组罗戈夫斯基线圈的尺寸及间距，图8示出随离子能量变化的飞行时间。具体来说，图8呈现出示出在间隔开0.5m的两个探测器之间传导的离子的飞行时间图表随离子能量变化的曲线。换句话说，飞行时间是从离子通过第一个线圈到时间离子通过下游0.5m处的第二个线圈之间经过的时间。举例来说：在10MeV处，这种线圈所产生的信号将到达相距近似38ns的探测器***处。正如所预期的，飞行时间以近似由1/Eion 1/2所阐述的方式随离子能量的变化而减少。许多现代电子装置很容易实现以38ns间隔接收的信号的分辨率。
本实施例提供的另一有用特征是以给定的能量分辨率探测离子能量的能力。图9呈现出示出对于三个不同的分数能量分辨率值(以百分比示出)，探测器产生给定束能量分辨率所需的时间分辨率随离子能量变化的示例性曲线。更具体来说，图9的各种曲线代表对于1％、0.5％及0.1％的能量分辨率，所需时间辨别(discrimination)随能量变化，同样示出随增加的离子能量变化。举例来说，两个不同的感应线圈之间给定0.5的间距，对于能量近似为10MeV的离子束，为了将离子能量测量到0.5％内的精度，需要能够分辨约38ns信号(参见图8)与约38.1ns信号之间的差异。此0.5％的能量分辨率对应于图9的中间曲线，且对于10MeV的离子能量产生约100ps的值，或者0.1ns，所述间隔可通过可商购的电子装置来解决。
根据各种实施例，当分别由第一束传感器208及第二感应线圈探测时，可执行两个不同脉冲(例如针对离子束脉冲282)的形状的分析及比较。此分析将允许量化当离子束脉冲282沿束线向下传播时发生的能量散度。假设一对感应线圈分隔开50cm，对于具有5MeV+/-1％的能量以及18.52ns的初始脉冲长度(例如在第一束传感器208处)的离子束脉冲，在完成到第二束传感器210的50cm距离上的行进之后，脉冲长度可预期增长到近似19.2ns。相比之下，+/-0.1％的能量散度意味着在相同的行进距离下，脉冲长度从18.52ns增加到仅18.6ns。图10是对于5MeV的硼及50cm的感应线圈间距，脉冲长度随能量散度变化而变化的图表。因此，根据本公开的实施例，如果观察到5MeV的硼的束脉冲的脉冲长度增加近似700ps，则可将硼离子束脉冲的能量散度确定为1％。
图11绘示出根据本公开一些实施例的示例性工艺流程400。在方块402处，产生离子束作为连续的离子束，且沿束线向下传播所述连续的离子束。这样一来，离子束可表现出介于几keV到100keV的范围内的离子能量。
在方块404处，将连续的离子束转换成脉冲离子束。可由聚束器来处理所述连续的离子束，例如，产生脉冲频率介于13MHz到40MHz的范围内(对应于25ns到75ns的脉冲周期)的脉冲离子束。在一些实施例中，可使用射频电压通过线性加速器的至少一级来使脉冲离子束加速。可将脉冲离子束加速到目标离子能量，例如500keV、1MeV、2MeV、5MeV、或其他合适的能量。
在方块406处，在第一时刻，经由在束线上位于第一位置处的第一空间接收脉冲离子束的脉冲。
在方块408处，基于脉冲离子束的脉冲，在围绕第一空间设置的第一感应线圈中产生第一电压信号。在一些实施例中，第一感应线圈是罗戈夫斯基线圈，所述罗戈夫斯基线圈被配置成响应于通过第一空间的时变电流信号产生输出电压。这样一来，当脉冲离子束的脉冲经由第一空间传导时，当正离子电流从脉冲到达第一空间中之前的近似零增大到最大电流值且然后减小时，罗戈夫斯基线圈将产生电压。
在方块410处，在第二时刻，经由在束线上位于第二位置处的第二空间接收脉冲离子束的脉冲，所述第二位置位于第一位置的下游。
在方块412处，基于脉冲离子束的脉冲，在围绕第二空间设置的第二感应线圈中产生第二电压信号，这意味着与在第一感应线圈中探测到的脉冲相同。类似于第一感应线圈，第二电压信号可由罗戈夫斯基线圈产生。
在方块414处，基于在第一时刻与第二时刻之间经过的时间确定脉冲的离子能量。
鉴于前述内容，通过本文中公开的实施例，至少会实现以下优点。第一个优点是通过以不影响束形状、焦点、方向、电流、或其他性质的方式对离子束能量进行非扰动测量(non-perturbing measurement)来实现。提供的另一优点是能够以非扰动方式来测量束位置。
尽管本文已阐述了本公开的某些实施例，但本公开并不仅限于此，这是因为本公开的范围具有所属领域将允许的及本说明书所表明的最广范围。因此，上述说明不应被视为限制性的。所属领域中的技术人员将想到在所附权利要求的范围及精神内的其他修改。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
第一束传感器，沿束线邻近第一位置设置；
第二束传感器，沿所述束线邻近第二位置设置在所述第一束传感器的下游的预定距离处；以及
探测***，耦合到所述第一束传感器及所述第二束传感器，以从脉冲离子束接收来自所述第一束传感器的第一电信号及来自所述第二束传感器的第二电信号，并比较所述第一电信号的时序与所述第二电信号的时序。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一束传感器及所述第二束传感器分别包括第一罗戈夫斯基线圈及第二罗戈夫斯基线圈。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一束传感器及所述第二束传感器分别包括第一电容式拾波器及第二电容式拾波器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一束传感器及所述第二束传感器包括罗戈夫斯基线圈、电感式拾波器、或电容式拾波器的任意组合。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈由大径及小径表征，所述大径介于1cm与30cm之间的范围内，且所述小径介于2mm与50mm之间的范围内。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈排列在所述束线的真空腔室内。
7.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈围绕所述束线的真空腔室同心地排列。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一预定距离介于10cm与250cm之间。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括第三束传感器，所述第三束传感器邻近第三位置排列在所述第二束传感器的下游的预定距离处，其中所述探测***耦合到所述第三束传感器以接收第三电信号。
10.一种***，包括：
离子源，产生离子束；
聚束器，将所述离子束作为连续的束进行接收并沿束线输出脉冲离子束，所述脉冲离子束包括多个脉冲；以及
束能量测量装置，设置在所述聚束器的下游，且所述束能量测量装置包括：
第一罗戈夫斯基线圈，相对于所述束线同心地设置；
第二罗戈夫斯基线圈，排列在所述第一罗戈夫斯基线圈的下游的预定距离处，且相对于所述束线同心地设置；以及
探测***，耦合到所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈，以从所述脉冲离子束接收来自所述第一罗戈夫斯基线圈的第一电信号及来自所述第二罗戈夫斯基线圈的第二电信号，并比较所述第一电信号的时序与所述第二电信号的时序。
11.根据权利要求10所述的***，其中所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈由大径及小径表征，所述大径介于1cm与30cm之间的范围内，且所述小径介于2mm与50mm之间的范围内。
12.根据权利要求10所述的***，其中所述预定距离介于10cm与250cm之间。
13.根据权利要求10所述的***，还包括第三罗戈夫斯基线圈，所述第三罗戈夫斯基线圈排列在所述第二罗戈夫斯基线圈的下游的预定距离处，且相对于所述束线同心地设置，其中所述探测***耦合到所述第三罗戈夫斯基线圈以接收第三电信号。
14.根据权利要求10所述的***，还包括设置在所述聚束器的下游的线性加速器，其中所述第一罗戈夫斯基线圈设置在所述线性加速器的下游。
15.根据权利要求10所述的***，还包括第三罗戈夫斯基线圈，所述第三罗戈夫斯基线圈排列在所述第二罗戈夫斯基线圈的下游的预定距离处且相对于所述束线同心地设置，其中所述探测***耦合到所述第三罗戈夫斯基线圈以从所述第三罗戈夫斯基线圈接收第三电信号。
16.一种方法，包括：
在第一时刻，经由沿束线位于第一位置处的第一空间接收脉冲离子束的脉冲；
基于所述脉冲，在设置在所述第一位置处的第一束传感器中产生第一传感器信号；
在第二时刻，在沿所述束线位于第二位置处的第二空间中接收所述脉冲，所述第二位置设置在所述第一位置的下游；
基于所述脉冲，在设置在所述第二位置处的第二束传感器中产生第二传感器信号；以及
基于在所述第一时刻与所述第二时刻之间经过的时间确定所述脉冲的离子能量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一束传感器及所述第二束传感器分别包括第一罗戈夫斯基线圈及第二罗戈夫斯基线圈，其中所述第一罗戈夫斯基线圈及所述第二罗戈夫斯基线圈由大径及小径表征，所述大径介于1cm与30cm之间的范围内，且所述小径介于2mm与50mm之间的范围内。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一传感器信号及所述第二传感器信号包括第一传感器电压信号及第二传感器电压信号，其中所述第一传感器电压信号的电压通过下式确定：
Figure FDA0003516177880000031
其中，V是所述第一电压信号或所述第二电压信号的电压，A是所述第一罗戈夫斯基线圈或罗戈夫斯基电感线圈的匝的横截面积，N是所述第一罗戈夫斯基线圈或第二罗戈夫斯基线圈的匝数，μ0是自由空间的磁导率，μr是所述匝内部的材料的相对磁导率，l是所述第一罗戈夫斯基线圈或第二罗戈夫斯基线圈的总圆周长度，且dI/dt是通过所述第一罗戈夫斯基线圈或所述第二罗戈夫斯基线圈的电流的时间变化率。
19.根据权利要求17所述的方法，其中产生所述第一传感器信号包括在所述第一时刻产生第一电压脉冲轮廓，
其中产生所述第二传感器信号包括在所述第二时刻产生第二电压脉冲轮廓。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：根据所述第一电压脉冲轮廓及所述第二电压脉冲轮廓确定所述脉冲的能量散度的变化。
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