知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-23
(45)【発行日】2024-05-02
(54)【発明の名称】イオン注入装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/265 20060101AFI20240424BHJP
H01J 37/317 20060101ALI20240424BHJP
【ＦＩ】
H01L21/265 T
H01J37/317 Z
H01L21/265 603B
H01L21/265 603C
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2020160485
(22)【出願日】2020-09-25
(65)【公開番号】P2022053701
(43)【公開日】2022-04-06
【審査請求日】2023-03-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000183196
【氏名又は名称】住友重機械イオンテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100116274
【弁理士】
【氏名又は名称】富所 輝観夫
(72)【発明者】
【氏名】二宮 亜紀
(72)【発明者】
【氏名】八木田 貴典
(72)【発明者】
【氏名】森田 剛夫
(72)【発明者】
【氏名】広瀬 サユミ
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１９９９１６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－３１９９２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１６３９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１８７０４０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２６５
Ｈ０１Ｊ ３７／３１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオンビームを輸送するビームライン装置と、前記イオンビームをウェハに照射する注入処理がなされる注入処理室と、
前記ビームライン装置内および前記注入処理室内の少なくとも一方において前記イオンビームの輸送方向と交差する方向に照明光を照射する照明装置と、
前記照明光が通過する空間を撮像した撮像画像を生成する撮像装置と、
前記撮像画像に基づいて前記照明光を散乱させるパーティクルを検出する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ビームライン装置内および前記注入処理室内の少なくとも一方の内部圧力の変化に応じて、前記パーティクルの検出条件を変更することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項2】
前記制御装置は、前記ビームライン装置の動作状態に応じて、前記パーティクルの検出条件を変更することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項3】
前記制御装置は、前記イオンビームのビーム電流量に応じて、前記パーティクルの検出条件を変更することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項4】
前記制御装置は、前記ビームライン装置内における前記イオンビームの輸送状態に応じて、前記パーティクルの検出条件を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項5】
前記照明光は、前記ウェハの表面近傍に向けて照射され、前記撮像装置は、前記撮像装置の画角に前記ウェハの表面が含まれないように配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項6】
前記注入処理室は、前記イオンビームの輸送方向に対する前記ウェハのチルト角を調整するためのチルト角調整機構を備え、前記照明装置は、前記ウェハのチルト角に応じて前記照明光の通過位置が調整可能となるよう構成され、
前記撮像装置は、前記ウェハのチルト角に応じて前記撮像装置の画角が調整可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項7】
イオンビームを輸送するビームライン装置と、
前記イオンビームをウェハに照射する注入処理がなされる注入処理室と、
前記イオンビームに電場を印加するための複数のＡＥＦ電極であって、前記複数のＡＥＦ電極の間を通過したイオンビームを前記電場で偏向することによって前記イオンビームを前記注入処理室に導くように構成される複数のＡＥＦ電極と、
前記複数のＡＥＦ電極の間を通過する照明光を照射する照明装置と、
前記複数のＡＥＦ電極の間の空間を撮像した撮像画像を生成する撮像装置と、
前記撮像画像に基づいて前記照明光を散乱させるパーティクルを検出する制御装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項8】
前記照明装置は、前記イオンビームの輸送方向と交差する方向に照明光を照射することを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項9】
前記制御装置は、前記複数のＡＥＦ電極に印加される電圧値に応じて、前記パーティクルの検出条件を変更することを特徴とする請求項７または８に記載のイオン注入装置。
【請求項10】
前記照明光は、前記イオンビームと交差するようにシート状またはボックス状に照射されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項11】
前記照明光は、時間的に連続して照射され、前記撮像装置は、異なるタイミングに撮像される複数の撮像画像を生成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項12】
前記制御装置は、前記撮像画像を複数の微小領域に分割し、前記複数の微小領域のそれぞれに含まれる複数の画素の輝度値を合計または平均することにより微小領域の輝度値を算出し、前記微小領域の輝度値に基づいて前記微小領域ごとに前記パーティクルの有無を検出することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項13】
前記制御装置は、閾値を超える輝度値を有する微小領域を特定し、前記撮像画像における前記特定された微小領域の分布に基づいて前記微小領域ごとに前記パーティクルの有無を検出することを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入装置。
【請求項14】
前記制御装置は、前記微小領域ごとに定められる前記パーティクルの検出条件を用いて前記微小領域ごとに前記パーティクルの有無を検出することを特徴とする請求項１２または１３に記載のイオン注入装置。
【請求項15】
前記制御装置は、前記撮像装置が異なるタイミングに撮像する複数の撮像画像における前記微小領域の輝度値の平均および標準偏差に基づいて、前記微小領域ごとに前記パーティクルの検出条件を決定することを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入装置。
【請求項16】
前記制御装置は、前記微小領域ごとのパーティクルの有無の検出結果に基づいて、前記撮像装置が撮像する空間に存在するパーティクルの量を推定することを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項17】
前記制御装置は、前記ビームライン装置が特定の動作状態である場合に前記撮像装置が異なるタイミングに撮像する複数の撮像画像に基づいて、前記ビームライン装置が前記特定の動作状態である場合に用いられる前記パーティクルの検出条件を決定することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項18】
前記制御装置は、前記撮像画像に前記パーティクルが含まれるか否かを判定し、前記パーティクルが含まれないと判定した撮像画像に基づいて、前記パーティクルの検出条件を更新することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項19】
前記制御装置は、前記撮像画像に基づいて前記パーティクルの挙動を解析し、前記パーティクルの挙動の解析結果に基づいて、前記パーティクルの大きさを推定することを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン注入装置およびパーティクル検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体の結晶構造を変化させる目的などのために、半導体ウェハにイオンを注入する工程（イオン注入工程ともいう）が標準的に実施されている。イオン注入工程では、注入対象の半導体ウェハに向けて延びるビームラインに沿ってイオンビームを輸送するイオン注入装置が用いられる。
【0003】
イオンビームが輸送される真空チャンバ内では、様々な要因によりパーティクル（汚染粒子）が生じることがある。イオンビームとともにパーティクルがウェハに向けて輸送されてしまうと、半導体ウェハへのイオン注入処理にパーティクルが影響を及ぼすおそれがある。そこで、ビームラインに向けてレーザ光を照射し、汚染粒子による散乱光の強度を測定して汚染粒子のフラックスを測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表２００８－５１０２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
イオンビームが輸送される真空チャンバ内では、真空チャンバ内の残留ガスとイオンビームの相互作用による発光現象が生じることがあり、散乱光を利用したパーティクルの検出精度に影響を及ぼすことがある。
【0006】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームとともに輸送されるパーティクルの検出精度を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある態様のイオン注入装置は、イオンビームを輸送するビームライン装置と、イオンビームをウェハに照射する注入処理がなされる注入処理室と、ビームライン装置内および注入処理室内の少なくとも一方においてイオンビームの輸送方向と交差する方向に照明光を照射する照明装置と、照明光が通過する空間を撮像した撮像画像を生成する撮像装置と、撮像画像に基づいて照明光を散乱させるパーティクルを検出する制御装置と、を備える。
【0008】
本発明の別の態様は、パーティクル検出方法である。この方法は、イオンビームの輸送方向と交差する方向に照明光を照射することと、照明光が通過する空間を撮像した撮像画像を生成することと、撮像画像に基づいて照明光を散乱させるパーティクルを検出することと、を備える。
【0009】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0010】
本発明のある態様によれば、イオンビームとともに輸送されるパーティクルの検出精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。
【図3】ウェハの表面近傍を測定対象とするパーティクル測定装置の配置例を模式的に示す正面図である。
【図4】ウェハの表面近傍を測定対象とするパーティクル測定装置の配置例を模式的に示す上面図である。
【図5】ウェハの表面近傍を測定対象とするパーティクル測定装置の変形例を模式的に示す正面図である。
【図6】ウェハの表面近傍を測定対象とするパーティクル測定装置の変形例を模式的に示す正面図である。
【図7】実施の形態に係る制御装置の機能構成を概略的に示す図である。
【図8】パーティクルの検出領域を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【0013】
図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す上面図であり、図２は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理を施すよう構成される。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。説明の便宜のため、本明細書において被処理物ＷをウェハＷと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図しない。
【0014】
イオン注入装置１０は、ビームを一方向に往復走査させ、ウェハＷを走査方向と直交する方向に往復運動させることによりウェハＷの処理面全体にわたってイオンビームを照射するよう構成される。本書では説明の便宜上、設計上のビームラインＡに沿って進むイオンビームの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。イオンビームを被処理物Ｗに対し走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。したがって、ビームの往復走査はｘ方向に行われ、ウェハＷの往復運動はｙ方向に行われる。
【0015】
イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、ウェハ搬送装置１８とを備える。イオン生成装置１２は、イオンビームをビームライン装置１４に与えるよう構成される。ビームライン装置１４は、イオン生成装置１２から注入処理室１６へイオンビームを輸送するよう構成される。注入処理室１６には、注入対象となるウェハＷが収容され、ビームライン装置１４から与えられるイオンビームをウェハＷに照射する注入処理がなされる。ウェハ搬送装置１８は、注入処理前の未処理ウェハを注入処理室１６に搬入し、注入処理後の処理済ウェハを注入処理室１６から搬出するよう構成される。
【0016】
イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２、ビームライン装置１４、注入処理室１６およびウェハ搬送装置１８に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。真空排気系を動作させることで、ビームライン装置１４および注入処理室１６の少なくとも一方の内部圧力（真空度）が変化する。ビームライン装置１４および注入処理室１６の少なくとも一方の内部圧力は、ウェハ搬送装置１８によるウェハ搬送や、ビームライン装置１４または注入処理室１６の内部へのガス導入によっても変化する。
【0017】
ビームライン装置１４は、ビームラインＡの上流側から順に、質量分析部２０、ビームパーク装置２４、ビーム整形部３０、ビーム走査部３２、ビーム平行化部３４および角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３６を備える。なお、ビームラインＡの上流とは、イオン生成装置１２に近い側のことをいい、ビームラインＡの下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ４６）に近い側のことをいう。
【0018】
質量分析部２０は、イオン生成装置１２の下流に設けられ、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成される。質量分析部２０は、質量分析磁石２１と、質量分析レンズ２２と、質量分析スリット２３とを有する。
【0019】
質量分析磁石２１は、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームに磁場を印加し、イオンの質量電荷比Ｍ＝ｍ／ｑ（ｍは質量、ｑは電荷）の値に応じて異なる経路でイオンビームを偏向させる。質量分析磁石２１は、例えばイオンビームにｙ方向（図１および図２では－ｙ方向）の磁場を印加してイオンビームをｘ方向に偏向させる。質量分析磁石２１の磁場強度は、所望の質量電荷比Ｍを有するイオン種が質量分析スリット２３を通過するように調整される。
【0020】
質量分析レンズ２２は、質量分析磁石２１の下流に設けられ、イオンビームに対する収束／発散力を調整するよう構成される。質量分析レンズ２２は、質量分析スリット２３を通過するイオンビームのビーム進行方向（ｚ方向）の収束位置を調整し、質量分析部２０の質量分解能Ｍ／ｄＭを調整する。なお、質量分析レンズ２２は必須の構成ではなく、質量分析部２０に質量分析レンズ２２が設けられなくてもよい。
【0021】
質量分析スリット２３は、質量分析レンズ２２の下流に設けられ、質量分析レンズ２２から離れた位置に設けられる。質量分析スリット２３は、質量分析磁石２１によるビーム偏向方向（ｘ方向）がスリット幅方向と一致するように構成され、ｘ方向が相対的に短く、ｙ方向が相対的に長い形状の開口２３ａを有する。
【0022】
質量分析スリット２３は、質量分解能の調整のためにスリット幅が可変となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、スリット幅方向に移動可能な二枚の遮蔽体により構成され、二枚の遮蔽体の間隔を変化させることによりスリット幅が調整可能となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、スリット幅の異なる複数のスリットのいずれか一つに切り替えることによりスリット幅が可変となるよう構成されてもよい。
【0023】
ビームパーク装置２４は、ビームラインＡからイオンビームを一時的に退避し、下流の注入処理室１６（またはウェハＷ）に向かうイオンビームを遮蔽するよう構成される。ビームパーク装置２４は、ビームラインＡの途中の任意の位置に配置することができるが、例えば、質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間に配置できる。質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間には一定の距離が必要であるため、その間にビームパーク装置２４を配置することで、他の位置に配置する場合よりもビームラインＡの長さを短くすることができ、イオン注入装置１０の全体を小型化できる。
【0024】
ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５（２５ａ，２５ｂ）と、ビームダンプ２６と、を備える。一対のパーク電極２５ａ，２５ｂは、ビームラインＡを挟んで対向し、質量分析磁石２１のビーム偏向方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に対向する。ビームダンプ２６は、パーク電極２５ａ，２５ｂよりもビームラインＡの下流側に設けられ、ビームラインＡからパーク電極２５ａ，２５ｂの対向方向に離れて設けられる。
【0025】
第１パーク電極２５ａはビームラインＡよりも重力方向上側に配置され、第２パーク電極２５ｂはビームラインＡよりも重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、ビームラインＡよりも重力方向下側に離れた位置に設けられ、質量分析スリット２３の開口２３ａの重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、例えば、質量分析スリット２３の開口２３ａが形成されていない部分で構成される。ビームダンプ２６は、質量分析スリット２３とは別体として構成されてもよい。
【0026】
ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂの間に印加される電場を利用してイオンビームを偏向させ、ビームラインＡからイオンビームを退避させる。例えば、第１パーク電極２５ａの電位を基準として第２パーク電極２５ｂに負電圧を印加することにより、イオンビームをビームラインＡから重力方向下方に偏向させてビームダンプ２６に入射させる。図２において、ビームダンプ２６に向かうイオンビームの軌跡を破線で示している。また、ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂを同電位とすることにより、イオンビームをビームラインＡに沿って下流側に通過させる。ビームパーク装置２４は、イオンビームを下流側に通過させる第１モードと、イオンビームをビームダンプ２６に入射させる第２モードとを切り替えて動作可能となるよう構成される。
【0027】
質量分析スリット２３の下流にはインジェクタファラデーカップ２８が設けられる。インジェクタファラデーカップ２８は、インジェクタ駆動部２９の動作によりビームラインＡに出し入れ可能となるよう構成される。インジェクタ駆動部２９は、インジェクタファラデーカップ２８をビームラインＡの延びる方向と直交する方向（例えばｙ方向）に移動させる。インジェクタファラデーカップ２８は、図２の破線で示すようにビームラインＡ上に配置された場合、下流側に向かうイオンビームを遮断する。一方、図２の実線で示すように、インジェクタファラデーカップ２８がビームラインＡ上から外された場合、下流側に向かうイオンビームの遮断が解除される。
【0028】
インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析部２０により質量分析されたイオンビームのビーム電流を計測するよう構成される。インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析磁石２１の磁場強度を変化させながらビーム電流を測定することにより、イオンビームの質量分析スペクトラムを計測できる。計測した質量分析スペクトラムを用いて、質量分析部２０の質量分解能を算出することができる。
【0029】
ビーム整形部３０は、収束／発散四重極レンズ（Ｑレンズ）などの収束／発散装置を備えており、質量分析部２０を通過したイオンビームを所望の断面形状に整形するよう構成されている。ビーム整形部３０は、例えば、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）で構成され、三つの四重極レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有する。ビーム整形部３０は、三つのレンズ装置３０ａ～３０ｃを用いることにより、イオンビームの収束または発散をｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて独立に調整しうる。ビーム整形部３０は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。
【0030】
ビーム走査部３２は、ビームの往復走査を提供するよう構成され、整形されたイオンビームをｘ方向に走査するビーム偏向装置である。ビーム走査部３２は、ビーム走査方向（ｘ方向）に対向する走査電極対を有する。走査電極対は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対の間に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームをさまざまな角度に偏向させる。その結果、イオンビームがｘ方向の走査範囲全体にわたって走査される。図１において、矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームの複数の軌跡を一点鎖線で示している。
【0031】
ビーム平行化部３４は、走査されたイオンビームの進行方向を設計上のビームラインＡの軌道と平行にするよう構成される。ビーム平行化部３４は、ｙ方向の中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数の平行化レンズ電極を有する。平行化レンズ電極は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームに作用させて、イオンビームの進行方向を平行に揃える。なお、ビーム平行化部３４は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。
【0032】
ビーム平行化部３４の下流には、イオンビームを加速または減速させるためのＡＤ（Accel／Decel）コラム（図示せず）が設けられてもよい。
【0033】
角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３６は、イオンビームのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３６は、電界偏向用のＡＥＦ電極対を有する。ＡＥＦ電極対は、高圧電源（図示せず）に接続される。図２において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３６は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁界偏向用の磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
【0034】
このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべきイオンビームを注入処理室１６に供給する。
【0035】
注入処理室１６は、ビームラインＡの上流側から順に、エネルギースリット３８、プラズマシャワー装置４０、サイドカップ４２、センターカップ４４およびビームストッパ４６を備える。注入処理室１６は、図２に示されるように、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置５０を備える。
【0036】
エネルギースリット３８は、角度エネルギーフィルタ３６の下流側に設けられ、角度エネルギーフィルタ３６とともにウェハＷに入射するイオンビームのエネルギー分析をする。エネルギースリット３８は、ビーム走査方向（ｘ方向）に横長のスリットで構成されるエネルギー制限スリット（ＥＤＳ；Energy Defining Slit）である。エネルギースリット３８は、所望のエネルギー値またはエネルギー範囲を持つイオンビームをウェハＷに向けて通過させ、それ以外のイオンビームを遮蔽する。
【0037】
プラズマシャワー装置４０は、エネルギースリット３８の下流側に位置する。プラズマシャワー装置４０は、イオンビームのビーム電流量に応じてイオンビームおよびウェハＷの表面（ウェハ処理面）に低エネルギー電子を供給し、イオン注入で生じるウェハ処理面上の正電荷の蓄積によるチャージアップを抑制する。プラズマシャワー装置４０は、例えば、イオンビームが通過するシャワーチューブと、シャワーチューブ内に電子を供給するプラズマ発生装置とを含む。
【0038】
サイドカップ４２（４２Ｒ，４２Ｌ）は、ウェハＷへのイオン注入処理中にイオンビームのビーム電流を測定するよう構成される。図２に示されるように、サイドカップ４２Ｒ，４２Ｌは、ビームラインＡ上に配置されるウェハＷに対して左右（ｘ方向）にずれて配置されており、イオン注入時にウェハＷに向かうイオンビームを遮らない位置に配置される。イオンビームは、ウェハＷが位置する範囲を超えてｘ方向に走査されるため、イオン注入時においても走査されるビームの一部がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌに入射する。これにより、イオン注入処理中のビーム電流量がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌにより計測される。
【0039】
センターカップ４４は、ウェハ処理面におけるビーム電流を測定するよう構成される。センターカップ４４は、駆動部４５の動作によりｘ方向に可動となるよう構成され、イオン注入時にウェハＷが位置する注入位置から待避され、ウェハＷが注入位置にないときに注入位置に挿入される。センターカップ４４は、ｘ方向に移動しながらビーム電流を測定することにより、ｘ方向のビーム走査範囲の全体にわたってビーム電流を測定することができる。センターカップ４４は、ビーム走査方向（ｘ方向）の複数の位置におけるビーム電流を同時に計測可能となるように、複数のファラデーカップがｘ方向に並んでアレイ状に形成されてもよい。
【0040】
サイドカップ４２およびセンターカップ４４の少なくとも一つは、ビーム電流量を測定するための単一のファラデーカップを備えてもよいし、ビームの角度情報を測定するための角度計測器を備えてもよい。角度計測器は、例えば、スリットと、スリットからビーム進行方向（ｚ方向）に離れて設けられる複数の電流検出部とを備える。角度計測器は、例えば、スリットを通過したビームをスリット幅方向に並べられる複数の電流検出部で計測することにより、スリット幅方向のビームの角度成分を測定できる。サイドカップ４２およびセンターカップ４４の少なくとも一つは、ｘ方向の角度情報を測定可能な第１角度測定器と、ｙ方向の角度情報を測定可能な第２角度測定器とを備えてもよい。
【0041】
プラテン駆動装置５０は、ウェハ保持装置５２と、往復運動機構５４と、ツイスト角調整機構５６と、チルト角調整機構５８とを含む。ウェハ保持装置５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。往復運動機構５４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持装置５２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置５２に保持されるウェハをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。
【0042】
ツイスト角調整機構５６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構５６は、ウェハ保持装置５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持装置５２とともに往復運動される。
【0043】
チルト角調整機構５８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構５８は、往復運動機構５４と注入処理室１６の内壁の間に設けられており、往復運動機構５４を含むプラテン駆動装置５０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
【0044】
プラテン駆動装置５０は、イオンビームがウェハＷに照射される注入位置と、ウェハ搬送装置１８との間でウェハＷが搬入または搬出される搬送位置との間でウェハＷが移動可能となるようにウェハＷを保持する。図２は、ウェハＷが注入位置にある状態を示しており、プラテン駆動装置５０は、ビームラインＡとウェハＷとが交差するようにウェハＷを保持する。ウェハＷの搬送位置は、ウェハ搬送装置１８に設けられる搬送機構または搬送ロボットにより搬送口４８を通じてウェハＷが搬入または搬出される際のウェハ保持装置５２の位置に対応する。
【0045】
ビームストッパ４６は、ビームラインＡの最下流に設けられ、例えば、注入処理室１６の内壁に取り付けられる。ビームラインＡ上にウェハＷが存在しない場合、イオンビームはビームストッパ４６に入射する。ビームストッパ４６は、注入処理室１６とウェハ搬送装置１８の間を接続する搬送口４８の近くに位置しており、搬送口４８よりも鉛直下方の位置に設けられる。
【0046】
イオン注入装置１０は、制御装置６０をさらに備える。制御装置６０は、イオン注入装置１０の動作全般を制御する。制御装置６０は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現され、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。制御装置６０により提供される各種機能は、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。
【0047】
イオン注入装置１０は、パーティクル測定装置６２をさらに備える。パーティクル測定装置６２は、ビームライン装置１４および注入処理室１６の少なくとも一方に設けられる。パーティクル測定装置６２は、ビームラインＡを通過するパーティクルや、ウェハＷに向けて飛行するパーティクルを測定するよう構成される。パーティクル測定装置６２は、特にイオンビームが通過する空間のパーティクルを測定し、イオンビームとともにウェハＷに向けて輸送されるパーティクルを測定するよう構成される。
【0048】
パーティクル測定装置６２は、照明光Ｌを照射する照明装置６４と、照明光Ｌが通過する空間を撮像する撮像装置６６とを備える。照明装置６４は、ビームラインＡに向けて照明光Ｌを照射する。撮像装置６６は、照明光Ｌを散乱させるパーティクルを撮像して撮像画像を生成する。制御装置６０は、撮像装置６６によって生成される撮像画像を取得し、撮像画像に基づいてパーティクルを検出する。
【0049】
図示する例では、パーティクル測定装置６２は、角度エネルギーフィルタ３６を通過するパーティクルを測定するよう構成される。照明装置６４は、角度エネルギーフィルタ３６を構成する複数のＡＥＦ電極の間の空間に向けて照明光Ｌを照射する。照明光Ｌは、イオンビームの輸送方向（ｚ方向）と交差する方向に照射され、複数のＡＥＦ電極の間（例えば、上側のＡＥＦ電極と下側のＡＥＦ電極の間）を通過するように照射される。撮像装置６６は、角度エネルギーフィルタ３６を構成する複数のＡＥＦ電極の間の空間のうち、照明光Ｌが照射される範囲の少なくとも一部を撮像する。撮像装置６６の画角Ｖには、イオンビームと照明光Ｌが交差する空間が含まれる。
【0050】
照明装置６４は、可視光である照明光Ｌを生成するよう構成される。照明装置６４は、パルス光ではなく連続光の照明光Ｌを生成し、パーティクルの測定対象となる空間を時間的に連続して照明するよう構成される。照明装置６４は、レーザ光源を含み、赤色や緑色などのレーザの照明光Ｌを生成するよう構成されてもよい。照明装置６４は、ＬＥＤ光源を含み、レーザではない照明光Ｌを生成するよう構成されてもよい。
【0051】
照明装置６４は、ｘ方向に幅を有するシート状の照明光Ｌを生成し、例えば、レーザライトシートを生成するよう構成される。照明装置６４は、イオンビームのｘ方向の走査範囲全体にわたるシート状の照明光Ｌを照射してもよい。照明装置６４は、ｘ方向に幅を有し、ｘ方向と直交する方向（例えばｙ方向またはｚ方向）に厚みを有するボックス状の照明光Ｌを生成してもよい。照明装置６４は、照明光Ｌの照射態様を切り替えできるよう構成されてもよく、例えば、シート状の照明光とボックス状の照明光を切り替えできるよう構成されてもよい。
【0052】
照明装置６４は、ビームラインＡからｙ方向（上側または下側）に離れた位置からビームラインＡに向けて照明光Ｌを照射するよう配置される。照明装置６４は、角度エネルギーフィルタ３６の上流側、例えば、ビーム平行化部３４と角度エネルギーフィルタ３６の間に配置され、ビームラインＡよりも上側からビームラインＡの下方に向けて照明光Ｌを照射するよう配置される。なお、照明装置６４は、ビームラインからｘ方向（左側または右側）に離れた位置からビームラインＡに向けて照明光Ｌを照射するよう配置されてもよい。照明光Ｌは、例えば、ビームラインＡに対して斜めに照射される。照明光Ｌは、ビームラインＡと直交するように照射されてもよい。
【0053】
撮像装置６６は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を有し、パーティクルの測定対象となる空間を撮像した画像データを生成する。撮像装置６６は、所定のフレームレート（例えば、毎秒３０または６０フレーム）で複数の画像を撮像することで動画像を生成するよう構成される。撮像装置６６は、波長フィルタを有してもよく、照明光Ｌの波長を選択的に透過させるバンドパスフィルタを有してもよい。照明光Ｌの波長のみを撮像対象とすることで、照明光Ｌとは異なる光に起因するパーティクルの誤検出を防止できる。
【0054】
撮像装置６６は、撮像装置６６の撮像方向が照明光Ｌの照射方向およびイオンビームの輸送方向の双方と交差するように配置される。撮像装置６６の撮像方向は、シート状の照明光Ｌが形成する平面と斜めに交差してもよいし、シート状の照明光Ｌが形成する平面と直交してもよい。撮像装置６６は、シート状の照明光Ｌが形成する平面から離れた位置からシート状の照明光Ｌが照射される範囲の少なくとも一部を撮像するように配置される。撮像装置６６は、角度エネルギーフィルタ３６の下流側、例えば、角度エネルギーフィルタ３６とエネルギースリット３８の間に配置され、ビームラインＡよりも上側からビームラインＡの下方に向かう画角Ｖを有するよう配置される。なお、照明装置６４は、角度エネルギーフィルタ３６からｘ方向（左側または右側）に離れた位置からビームラインＡに向けて照明光Ｌを照射するよう配置されてもよい。撮像装置６６は、角度エネルギーフィルタ３６からｘ方向（左側または右側）に離れた位置に配置され、ビームラインＡに向けて＋ｘ方向（左側から右側）または－ｘ方向（右側から左側）の画角Ｖを有するよう配置されてもよい。
【0055】
撮像装置６６の画角Ｖは、イオンビームと照明光Ｌが交差する空間の少なくとも一部を含み、イオンビームと照明光Ｌが交差する空間の全体を含むことが好ましい。撮像装置６６の画角Ｖは、イオンビームのｘ方向の走査範囲の少なくとも一部を含み、イオンビームのｘ方向の走査範囲全体を含んでもよい。撮像装置６６の画角Ｖは、角度エネルギーフィルタ３６の複数のＡＥＦ電極の間の空間の少なくとも一部を含み、上側のＡＥＦ電極から下側のＡＥＦ電極までのｙ方向の範囲の全体を含んでもよい。撮像装置６６の画角Ｖは、イオンビームと照明光Ｌが交差しない空間を含んでもよい。
【0056】
パーティクル測定装置６２は、複数の撮像装置６６を備えてもよい。複数の撮像装置６６は、シート状の照明光Ｌを異なる位置から撮像するよう配置されてもよい。複数の撮像装置６６は、ステレオカメラとして構成されてもよく、シート状の照明光Ｌを異なる位置から撮像することでパーティクルの位置や挙動を立体的に把握できてもよい。複数の撮像装置６６は、それぞれの画角Ｖが互いに重なるように配置されてもよい。複数の撮像装置６６は、それぞれの画角Ｖが互いに重ならないように配置されてもよく、各撮像装置６６が異なる位置または範囲のパーティクルを撮像するよう構成されてもよい。
【0057】
照明装置６４および撮像装置６６の配置は上述したものに限られず、パーティクルの測定対象となる空間の位置や範囲に応じて任意の適切な配置とすることができる。パーティクル測定装置６２は、ビームライン装置１４および注入処理室１６の少なくとも一方の任意の位置に配置されてもよい。パーティクル測定装置６２は、注入処理室１６にてイオンビームが照射されるウェハＷの表面近傍をパーティクルの測定対象空間としてもよい。例えば、照明装置６４は、ウェハＷの表面近傍に照明光Ｌを照射するよう配置されてもよい。撮像装置６６は、撮像装置６６の画角ＶがウェハＷの表面近傍の照明光Ｌが照射される範囲を含むように配置されてもよい。
【0058】
図３および図４は、ウェハＷの表面近傍を測定対象とするパーティクル測定装置６２の配置例を模式的に示す図である。図３は、ウェハＷの表面をｚ方向に向かって見たときの正面図であり、図４は、ウェハＷの上方から－ｙ方向に向かって見たときの上面図である。照明装置６４は、シート状の照明光ＬがウェハＷの表面に沿ってウェハＷの表面と平行に照射されるよう配置されている。照明光Ｌは、ウェハＷの表面と厳密に平行でなくてもよく、ウェハＷの表面に対して斜めに照射されてもよい。照明光Ｌは、ウェハＷの表面から所定範囲内（例えば１０ｃｍ以内または１ｍ以内）の空間に照射される。照明装置６４は、ウェハＷに入射するイオンビームＢと照明光Ｌが交差するように照明光Ｌを照射する。図３において、ウェハＷにイオンビームＢが入射する注入領域Ｃを破線の枠で示している。
【0059】
照明装置６４は、プラテン駆動装置５０に取り付けられており、チルト角調整機構５８によってウェハＷとともに矢印Ｒで示されるように回転可能となるよう構成される。照明装置６４は、ウェハＷのチルト角に応じて照明光Ｌの通過位置が調整可能であり、ウェハＷのチルト角が変化する場合にウェハＷのチルト角に追従して照明光Ｌの照射角度が可変となるよう構成される。図示する例では、ウェハＷの左上側（＋ｘ方向および＋ｙ方向側）に照明装置６４が配置されている。照明装置６４は、ウェハＷの左下側（＋ｘ方向および－ｙ方向側）に配置されてもよい。照明装置６４は、ウェハＷのすぐ左側（＋ｘ方向側）に配置され、ウェハＷと照明装置６４のｙ方向の位置が一致してもよい。なお、プラテン駆動装置５０がウェハＷの右側（－ｘ方向側）に配置される場合、照明装置６４も、ウェハＷの右側（－ｘ方向側）に配置されてもよい。照明装置６４は、往復運動機構５４の可動範囲を避けて配置される。照明装置６４は、ウェハＷと照明装置６４のｘ方向の位置が一致する位置を避けて、つまり、ウェハＷの真上（＋ｙ方向側）や真下（－ｙ方向側）を避けて配置される。
【0060】
撮像装置６６は、照明光ＬとイオンビームＢが交差する範囲が画角Ｖに含まれるように配置されている。撮像装置６６は、ウェハＷの表面が撮像装置６６の画角Ｖに含まれないように配置されている。図示する例では、ウェハＷの裏側（＋ｚ方向側）からウェハＷの表面近傍を撮像するように撮像装置６６が配置されている。図示する例では、ウェハＷの右上側（－ｘ方向および＋ｙ方向側）に撮像装置６６が配置されている。撮像装置６６は、ウェハＷの右下側（－ｘ方向および－ｙ方向側）に配置されてもよい。撮像装置６６は、ウェハＷのすぐ右側（－ｘ方向側）に配置され、ウェハＷと撮像装置６６のｙ方向の位置が一致してもよい。撮像装置６６は、往復運動機構５４の可動範囲を避けて配置される。撮像装置６６は、ウェハＷと撮像装置６６のｘ方向の位置が一致する位置を避けて、つまり、ウェハＷの真上（＋ｙ方向側）や真下（－ｙ方向側）を避けて配置される。ウェハＷの表面が画角Ｖに含まれないようにすることで、ウェハＷの表面に形成される構造物が撮像されることによるパーティクルの誤検出を防止できる。
【0061】
図３および図４に示される例では、撮像装置６６は、プラテン駆動装置５０に取り付けられておらず、画角ＶがウェハＷのチルト角に応じて変化しないように構成されている。撮像装置６６は、画角ＶがウェハＷのチルト角に応じて調整可能となるよう構成されてもよい。
【0062】
図５および図６は、ウェハの表面近傍を測定対象とするパーティクル測定装置の変形例を模式的に示す正面図である。図５に示すパーティクル測定装置６２ａでは、撮像装置６６ａが照明装置６４と同様にプラテン駆動装置５０に取り付けられている。図６に示すパーティクル測定装置６２ｂでは、撮像装置６６ｂがウェハＷのチルト角に応じて画角Ｖを可変とする駆動機構６８に取り付けられている。駆動機構６８は、注入処理室１６の内壁に取り付けられ、矢印Ｒｂに示されるように回転可能となるよう構成される。駆動機構６８は、例えば、矢印Ｒで示されるチルト角調整機構５８の回転と連動して駆動可能となるよう構成される。駆動機構６８は、ウェハ表面近傍でパーティクルの測定が必要となる場合に駆動してもよい。
【0063】
イオン注入装置１０は、複数のパーティクル測定装置６２を備えてもよい。複数のパーティクル測定装置６２は、それぞれがビームラインＡの異なる位置または範囲を測定対象空間としてもよい。例えば、第１パーティクル測定装置がビームライン装置１４に設けられ、第２パーティクル測定装置が注入処理室１６に設けられてもよい。複数のパーティクル測定装置６２を設けることで、ビームラインＡの複数の位置または範囲におけるパーティクルを測定することができる。例えば、複数の位置または範囲におけるパーティクルの測定結果を比較することで、パーティクルの発生源の特定に役立てることができる。
【0064】
パーティクル測定装置６２の一部は、ビームライン装置１４および注入処理室１６を構成する真空チャンバの外に設けられてもよい。例えば、真空チャンバの壁に真空窓を設け、真空窓を通じて照明光Ｌを照射してもよいし、真空窓を通じて照明光Ｌの照射範囲を撮像してもよい。真空窓には、樹脂フィルムなどの交換容易なカバー部材が付加され、パーティクルの付着やイオンビームの照り返しなどの汚れに対する対策が施されてもよい。また、カバー部材が汚れてきた場合に装置の真空状態を維持したまま別のカバー部材に切替可能な構成としてもよい。これにより、カバー部材が汚れたとしても、装置の大気開放を伴う窓部材やカバー部材の交換作業が不要となるようにしてもよい。
【0065】
パーティクル測定装置６２は、照明光Ｌを照射するためのミラーやレンズなどの追加の光学素子を含んでもよいし、照明光Ｌの照射範囲を撮像するためのミラーやレンズなどの追加の光学素子を含んでもよい。これらの光学素子の位置や向きを可変とすることで、パーティクルの測定対象となる空間の位置や範囲が可変となるよう構成されてもよい。例えば、ウェハＷのチルト角に応じて光学素子の位置や向きが可変となるように構成されてもよい。
【0066】
図７は、実施の形態にかかる制御装置６０の機能構成を模式的に示す機能ブロック図である。制御装置６０は、注入制御部７０と、パーティクル解析部７２と、記憶部７４とを含む。注入制御部７０は、注入レシピに基づいてイオン注入装置１０の動作を制御する。パーティクル解析部７２は、照明装置６４の動作を制御し、撮像装置６６によって生成される撮像画像に基づいて測定対象空間のパーティクルを解析する。記憶部７４は、制御装置６０の動作に必要な各種データを記憶する。
【0067】
注入制御部７０は、記憶部７４に記憶される注入レシピを取得し、注入レシピに基づいてイオンビームを生成する。注入レシピには、イオン種、ビームエネルギー、ビーム電流、ビームサイズ、ウェハチルト角、ウェハツイスト角、平均ドーズ量といった注入パラメータのセットが定められている。注入レシピには、不均一注入を実施するための注入パラメータが定められてもよい。注入レシピには、不均一注入のための二次元ドーズ量分布が定められてもよいし、ビームスキャン速度やウェハ移動速度を可変制御するための補正ファイルが定められてもよい。
【0068】
注入制御部７０は、イオン注入装置１０を構成する各種機器の動作パラメータを調整することで、取得した注入レシピに定められる所望の注入パラメータが実現されるようにする。注入制御部７０は、イオン生成装置１２のガス種や引出電圧、質量分析部２０の磁場強度などを調整することでイオンビームのイオン種を制御する。注入制御部７０は、イオン生成装置１２の引出電圧、ビーム平行化部３４の印加電圧、ＡＤコラムの印加電圧、角度エネルギーフィルタ３６の印加電圧などを調整することでイオンビームのビームエネルギーを制御する。注入制御部７０は、イオン生成装置１２のガス量、アーク電流、アーク電圧、ソースマグネット電流といった各種パラメータや、質量分析スリット２３の開口幅などを調整することでイオンビームのビーム電流を制御する。注入制御部７０は、ビーム整形部３０に含まれる収束／発散装置の動作パラメータなどを調整することにより、ウェハ処理面に入射するイオンビームのビームサイズを制御する。注入制御部７０は、ツイスト角調整機構５６およびチルト角調整機構５８を動作させることで所望のウェハチルト角およびウェハツイスト角が実現されるようにする。注入制御部７０は、ビームライン装置１４および注入処理室１６の内部圧力（真空度）が所望の値となるように真空排気系の動作を制御する。注入制御部７０は、ウェハ搬送装置１８を動作させてウェハＷの搬入および搬出を制御する。
【0069】
注入制御部７０は、注入工程においてウェハＷに注入されるドーズ量またはドーズ量分布を制御する。不均一注入を実施する場合、注入制御部７０は、取得した注入レシピに基づいて、ビームスキャン速度およびウェハ移動速度を可変制御する。注入制御部７０は、ビーム走査部３２に指令する走査電圧パラメータを制御することでビームスキャン速度を可変制御し、往復運動機構５４に指令する速度パラメータを制御することでウェハ移動速度を可変制御する。注入制御部７０は、相対的に高ドーズ量とする箇所においてビームスキャン速度が遅くなるように走査電圧の時間変化率ｄＶ／ｄｔを小さくし、相対的に低ドーズ量とする箇所においてビームスキャン速度が速くなるように走査電圧の時間変化率ｄＶ／ｄｔを大きくする。注入制御部７０は、相対的に高ドーズ量とする箇所においてウェハ移動速度を遅くし、相対的に低ドーズ量とする箇所においてウェハ移動速度を速くする。
【0070】
パーティクル解析部７２は、画像解析部７６、条件管理部７７およびモニタ部７８を含む。画像解析部７６は、撮像装置６６によって生成される撮像画像に基づいてパーティクルを検出し、パーティクルの量、速度、大きさなどを解析する。条件管理部７７は、画像解析部７６が用いるパーティクルの解析条件を管理する。モニタ部７８は、パーティクルの発生状況をモニタして異常の有無を診断する。
【0071】
画像解析部７６は、撮像装置６６が撮像した画像データを取得し、画像データの各々の画素の輝度値に基づいてパーティクルを検出する。画像解析部７６は、例えば、所定の閾値を超える輝度値の画素についてパーティクルが含まれると判定し、所定の閾値未満の輝度値の画素についてパーティクルが含まれないと判定する。画像解析部７６は、輝度値の時間的な変化量に基づいてパーティクルを検出してもよい。画像解析部７６は、撮像装置６６によって生成される撮像画像からパーティクルが含まれない場合の背景画像を差し引いた差分画像を生成し、差分画像の輝度値に基づいてパーティクルを検出してもよい。パーティクルが含まれない場合の背景画像は、例えば撮像装置６６によって生成される撮像画像に基づいて生成され、記憶部７４に記憶される。
【0072】
画像解析部７６は、撮像画像の画素ごとにパーティクルを検出するのではなく、撮像画像に含まれる微小領域ごとにパーティクルを検出してもよい。パーティクルの検出単位となる微小領域は、複数の画素を含むように設定され、例えば、５×５の画素を含むように設定される。画像解析部７６は、撮像画像を複数の微小領域に分割し、微小領域を構成する複数の画素の輝度値を合計または平均することで、微小領域ごとに輝度の合計値または平均値を算出する。画像解析部７６は、例えば、微小領域ごとの輝度の合計値または平均値が所定の閾値を超える場合、微小領域にパーティクルが含まれると判定する。画像解析部７６は、撮像画像から背景画像を差し引いた差分画像を複数の微小領域に分割し、差分画像におおける微小領域の輝度の合計値または平均値に基づいてパーティクルを検出してもよい。複数の画素の輝度値の合計または平均に基づくことで、パーティクルからの散乱光を積分して検出することができ、パーティクルの検出精度を高めることができる。
【0073】
画像解析部７６は、画素ごとまたは微小領域ごとにパーティクル検出の閾値を異ならせてもよい。画像解析部７６は、パーティクルが含まれない場合に撮像した複数の背景画像に基づいて画素ごとまたは微小領域ごとの閾値を算出してもよい。複数の背景画像は、例えば、撮像装置６６によって異なるタイミングに撮像され、時間経過によって輝度値がわずかに変動するような揺らぎを有する。画像解析部７６は、特定の画素または特定の微小領域について複数の背景画像における輝度値の平均ａおよび標準偏差σを算出し、平均ａと標準偏差σを用いて閾値を決定する。例えば、平均ａに標準偏差σのｋ倍を加えた輝度値を閾値ｔとしてもよく、ｔ＝ａ＋ｋσと表されてもよい。複数の背景画像における輝度値の平均ａおよび標準偏差σに基づいて閾値ｔを決めることで、パーティクルの発生に関係しない輝度値の変化に起因するパーティクルの誤検出を防ぐことができる。閾値ｔは、例えば５０～１００枚程度の背景画像における平均ａおよび標準偏差σに基づいて決定できる。
【0074】
画像解析部７６は、微小領域ごとに個別にパーティクルを検出するのではなく、隣接する複数の微小領域の輝度値が所定の閾値を超える場合にパーティクルを検出してもよい。画像解析部７６は、輝度値が所定の閾値を超える微小領域をパーティクルが含まれる可能性がある「候補領域」とする。画像解析部７６は、候補領域の周囲に別の候補領域が所定数以上存在する場合、それらの候補領域にパーティクルが含まれると判定する。画像解析部７６は、候補領域の周囲に存在する別の候補領域が所定数未満である場合、それらの候補領域にパーティクルが含まれないと判定する。例えば、候補領域を中心とする５×５の微小領域の集合で構成される判定範囲内に三以上の候補領域が存在する場合、判定範囲内に含まれる三以上の候補領域をパーティクルの検出領域とする。一方、候補領域を中心とする５×５の微小領域の集合で構成される判定範囲内に二以下の候補領域が存在する場合、判定範囲内に含まれる二以下の候補領域をパーティクルの検出領域とせずに候補領域のままとする。
【0075】
図８は、パーティクルの検出領域８４を模式的に示す図であり、撮像画像８０に基づいて特定される候補領域８２および検出領域８４の分布の一例を示している。図８において、候補領域８２を細実線の枠で示し、検出領域８４を太実線の枠で示し、５×５の微小領域の集合で構成される判定範囲８６を破線で示している。図示されるように、候補領域８２は、撮像画像８０の全体にわたって分布している。多くの候補領域８２は、他の候補領域８２から離れて単発的に存在する。一部の候補領域８２は、他の候補領域８２の近くに密集して存在する。画像解析部７６は、密集して存在する候補領域８２をパーティクルの検出領域８４とする。具体的には、ある候補領域８２を中心とする５×５の微小領域の集合で構成される判定範囲８６内に三以上の候補領域８２が存在する場合に、その三以上の候補領域８２の全てを検出領域８４とする。図８の例では、２１個の検出領域８４が検出されている。
【0076】
図８に示すように、密集する候補領域８２をパーティクルの検出領域８４とすることで、パーティクルの発生に関係しない輝度値の変化に起因するパーティクルの誤検出を防ぐことができる。ビームライン装置１４や注入処理室１６内で発生するパーティクルは、位置を変えずに浮遊するのではなく、速度を有して飛行することが多い。移動するパーティクルを撮像装置６６で撮像した場合、パーティクルの飛行軌跡が撮像され、飛行軌跡に対応する複数の領域の輝度値が大きくなる。パーティクルの飛行軌跡に対応する複数の領域は、互いに隣接して存在するため、密集する候補領域８２を検出領域８４としてパーティクルの検出対象とすることで、飛行するパーティクルを精度良く検出することができる。
【0077】
画像解析部７６は、パーティクルの検出結果に基づいてパーティクルの量、速度または大きさを推定してもよい。画像解析部７６は、パーティクルが検出された画素または微小領域の数に基づいて、パーティクルの量を推定してもよい。画像解析部７６は、パーティクルが検出された画素または微小領域の数をパーティクルの個数としてもよい。パーティクル測定装置６２とは別の装置を用いてパーティクルの個数をあらかじめ測定し、パーティクルが検出された画素または微小領域の数とパーティクルの個数の相関関係を記憶部７４に記憶しておいてもよい。画像解析部７６は、記憶部７４に記憶される相関関係に基づいてパーティクルの個数を推定してもよい。画像解析部７６は、記憶部７４に記憶される相関関係に基づいてウェハＷに到達しうるパーティクルの個数を推定してもよい。
【0078】
画像解析部７６は、パーティクルの挙動を解析することでパーティクルの速度を推定してもよい。例えば、パーティクルの飛行軌跡に対応する複数の検出領域８４の範囲に基づいてパーティクルの速度を推定してもよい。例えば、複数の検出領域８４が連なる長さを撮像装置６６の撮像周期に対応する時間で割ることで、パーティクルの速度を推定してもよい。画像解析部７６は、複数フレームの撮像画像８０を比較することで、パーティクルの飛行軌跡を特定してパーティクルの速度を推定してもよい。例えば、時間的に隣接する二つのフレームの撮像画像８０を比較し、各フレームの撮像画像８０におけるパーティクルの検出領域８４の位置の変化を特定することでパーティクルの移動量を推定し、推定した移動量を撮像装置６６の撮像周期に対応する時間で割ることでパーティクルの速度を推定してもよい。画像解析部７６は、ステレオカメラなどの複数の撮像装置６６によって生成される複数の撮像画像８０を用いてパーティクルの挙動を解析し、パーティクルの速度を推定してもよい。
【0079】
画像解析部７６は、パーティクルの検出領域８４の輝度値に基づいてパーティクルの大きさを推定してもよい。パーティクルの散乱光強度は、パーティクルの大きさ（粒径）に依存するため、パーティクルの大きさと散乱光強度の相関関係をあらかじめ測定し、相関関係を記憶部７４に記憶しておくことで、散乱光強度（すなわち輝度値）からパーティクルの大きさを推定できる。画像解析部７６は、複数の電極間においてパーティクルに作用する電場Ｅと、パーティクルの加速度αとに基づいてパーティクルの大きさを推定してもよい。
【0080】
条件管理部７７は、撮像装置６６によって生成される撮像画像を記憶部７４に蓄積し、蓄積した撮像画像に基づいて画像解析部７６が用いるパーティクルの検出条件を決定する。条件管理部７７は、画像解析部７６によってパーティクルが含まれないと判定された撮像画像を背景画像として蓄積しておく。条件管理部７７は、蓄積した複数の背景画像に基づいて複数の背景画像における画素ごとまたは微小領域ごとの平均ａと標準偏差σを算出し、パーティクルを検出するための閾値ｔを決定する。条件管理部７７は、新たに取得する背景画像に基づいて閾値ｔを更新してもよい。背景画像は、イオン注入装置１０の運用によって時間経過ともに変化しうる。そのため、新たに取得する背景画像に基づいて閾値ｔを更新することで、任意の時点での背景画像との差分に基づいてパーティクルを精度良く検出できる。
【0081】
条件管理部７７は、イオン注入装置１０の動作状態に応じてパーティクルの検出条件を変更してもよい。条件管理部７７は、複数の検出条件を記憶部７４に記憶しておき、イオン注入装置１０の動作状態に応じて検出条件を変更してもよい。条件管理部７７は、イオン注入装置１０の動作状態に応じて背景画像を分類して記憶しておき、特定の動作状態に対応する複数の背景画像に基づいて閾値ｔなどのパーティクルの検出条件を決定してもよい。イオン注入装置１０の動作状態に応じて、閾値ｔに用いる標準偏差σの倍率ｋを切り替えてもよい。
【0082】
条件管理部７７は、イオンビームのビーム電流量に応じて検出条件を変更してもよい。イオンビームのビーム電流量が大きい場合、真空チャンバ内の残留ガスとイオンビームの相互作用に起因する発光現象における発光量が大きくなり、背景画像の全体または一部の輝度値が上昇することがある。そこで、イオンビームのビーム電流量に応じてパーティクルの検出に用いる背景画像を切り替えてもよい。上述の発光現象における発光量に応じて背景画像を切り替えることで、発光現象に起因するパーティクルの誤検出を防止できる。
【0083】
条件管理部７７は、輸送されるイオンビームの輸送状態に応じて検出条件を変更してもよい。条件管理部７７は、イオンビームがビーム走査部３２によって往復走査されていないアンスキャン状態であるか、イオンビームがビーム走査部３２によって往復走査されているスキャン状態であるかに応じて検出条件を切り替えてもよい。条件管理部７７は、ビームパーク装置２４やインジェクタファラデーカップ２８によってイオンビームが途中で遮られている状態であるか否かに応じて検出条件を切り替えてもよい。イオンビームの輸送状態に応じて上述の発光現象の影響範囲が異なることから、イオンビームの輸送状態に応じて背景画像を切り替えることで、発光現象に起因するパーティクルの誤検出を防止できる。
【0084】
条件管理部７７は、ビームライン装置１４および注入処理室１６の少なくとも一方の内部圧力の変化に応じて検出条件を変更してもよい。真空排気系を動作させたり、装置内にガスを導入したり、ウェハＷを搬送したりする場合、ビームライン装置１４内や注入処理室１６内でガスの流れが生じ、ガスの流れに沿ってパーティクルが飛散したり、パーティクルの飛散量が増えたりすることがある。また、ビームライン装置１４内や注入処理室１６内にガスを導入することで、導入したガスとイオンビームの相互作用に起因する発光現象の発光量が変化することがある。このような圧力の変化に応じて、検出条件を切り替えることで、パーティクルをより適切に検出することができる。
【0085】
条件管理部７７は、イオンビームに印加される電場の大きさに応じて検出条件を変更してもよい。例えば、ＡＤコラム、ビーム平行化部３４、角度エネルギーフィルタ３６などの複数の電極に印加される電圧値に応じて検出条件を切り替えてもよい。イオンビームに印加される電場が大きい場合、電場によってパーティクルが加速されたり、電極間で発生する放電によってパーティクルが飛散したりすることがあり、パーティクルの挙動に影響を与える。複数の電極に印加される電圧値に応じて検出条件を切り替えることで、パーティクルをより適切に検出することができる。
【0086】
条件管理部７７は、照明装置６４の動作を切り替えることでパーティクルの検出条件を変更してもよい。条件管理部７７は、実際に測定したパーティクルの量が多い場合や、パーティクルの量が多くなりやすいことが予想される動作状態である場合、照明装置６４にシート状の照明光Ｌを照射させるようにしてもよい。シート状の照明光Ｌを用いて照射範囲を制限することで、撮像画像において高輝度となる画素または微小領域の数を制限することができ、パーティクルをより適切に検出できる。条件管理部７７は、実際に測定したパーティクルの量が少ない場合や、パーティクルの量が少なくなりやすいことが予想される動作状態である場合、照明装置６４にボックス状の照明光Ｌを照射させるようにしてもよい。ボックス状の照明光Ｌを用いて照射範囲を拡張することで、より広い範囲を測定対象とすることができ、パーティクルをより適切に検出できる。
【0087】
モニタ部７８は、画像解析部７６によって解析されるパーティクルの有無、量、速度および大きさといった発生状況を記憶部７４に記憶しておき、パーティクルの発生状況の時間変化をモニタしてイオン注入装置１０の状態に異常がないか否かを診断する。モニタ部７８は、例えば、パーティクルの量が突発的に増加した場合、イオン注入装置１０の状態に異常が発生したとみなして注入処理を中止したり、アラートを出力したりしてもよい。モニタ部７８は、パーティクルの量が時間経過とともに単調に増加し、所定の閾値を超えた場合、ユーザにイオン注入装置１０のメンテナンスを促してもよい。モニタ部７８は、イオン注入装置１０のメンテナンス後に解析されるパーティクルの発生状況に基づいて、注入処理を実行可能な環境であるか否かを診断してもよい。モニタ部７８は、診断結果に基づいてイオン注入装置１０のビームラインのクリーニング処理の実行をユーザに促してもよい。
【0088】
モニタ部７８は、注入レシピごとにパーティクルの発生状況を診断してもよい。モニタ部７８は、注入レシピごとにパーティクルの発生状況を記憶部７４に記憶し、注入レシピに応じてイオン注入装置１０の状態に異常があるとみなす閾値を個別に設定してもよい。モニタ部７８は、特定の注入レシピにしたがった注入処理の実行時に、同じ注入レシピを実行した場合の過去のパーティクルの発生状況を基準として、任意の時点でのパーティクルの発生状況を診断してもよい。
【0089】
モニタ部７８は、注入レシピごとに記憶部７４に記憶しておいたパーティクルの発生状況を分析し、パーティクルが発生しやすい注入条件を抽出してもよい。例えば、パーティクルが発生しやすい注入条件として、イオン種、ビームエネルギー、ビーム電流、ビームサイズ、電極電圧などの注入条件を抽出して表示してもよい。また、パーティクルが発生しやすい注入条件または注入レシピが特定された場合、その特定された注入条件または注入レシピを用いた注入処理を実行しようとする際にアラートを出力してもよい。
【0090】
モニタ部７８は、画像解析部７６によって解析されるパーティクルの挙動に基づいてパーティクルの発生源を推定してもよい。例えば、特定方向に進行するパーティクルの量が多い場合、パーティクルの進行方向の上流側にパーティクルの発生源があることを推定してもよい。モニタ部７８は、複数のパーティクル測定装置６２がビームラインＡの異なる位置に対応して設けられる場合、各位置におけるパーティクルの発生状況に基づいてパーティクルの発生源を推定してもよい。例えば、ビームラインＡの上流側でパーティクルの量が増加した後に、ビームラインＡの下流側でもパーティクルの量が増加した場合、ビームラインＡの上流側にパーティクルの発生源があることを推定してもよい。
【0091】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
【符号の説明】
【0092】
１０…イオン注入装置、１４…ビームライン装置、１６…注入処理室、６０…制御装置、６２…パーティクル測定装置、６４…照明装置、６６…撮像装置、７０…注入制御部、７２…パーティクル解析部、７４…記憶部、７６…画像解析部、７７…条件管理部、７８…モニタ部、８０…撮像画像、８２…候補領域、８４…検出領域、８６…判定範囲、Ａ…ビームライン、Ｂ…イオンビーム、Ｌ…照明光、Ｖ…画角、Ｗ…ウェハ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】