CN114256044A - 离子注入装置及微粒检测方法 - Google Patents

Abstract

一种离子注入装置及微粒检测方法，提高与离子束一起输送的微粒的检测精度。离子注入装置(10)具备：射束线装置(14)，输送离子束；注入处理室(16)，进行向晶圆(W)照射离子束的注入处理；照明装置(64)，在射束线装置(14)内及注入处理室(16)内的至少一者中，向与离子束的输送方向交叉的方向照射照明光(L)；摄像装置(66)，对照明光(L)通过的空间进行拍摄而生成摄像图像；及控制装置(60)，根据摄像图像检测使照明光(L)散射的微粒。

Description

离子注入装置及微粒检测方法

本申请主张基于2020年9月25日申请的日本专利申请第2020-160485号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种离子注入装置及微粒检测方法。

背景技术

在半导体制造工序中，为了改变半导体的导电性的目的、改变半导体的结晶结构的目的等，常规实施向半导体晶圆注入离子的工序(也称为离子注入工序)。在离子注入工序中，使用沿着朝向注入对象的半导体晶圆延伸的射束线输送离子束的离子注入装置。

在输送离子束的真空腔室内，由于各种因素有时产生微粒(污染粒子)。若微粒与离子束一起朝向晶圆输送，则微粒有可能对向半导体晶圆的离子注入处理带来影响。因此，已知有一种朝向射束线照射激光，测定基于污染粒子的散射光的强度以测定污染粒子的通量的装置(例如，参考专利文献1)。

专利文献1：日本特表2008-510295号公报

在输送离子束的真空腔室内，有时产生由真空腔室内的残留气体和离子束的相互作用引起的发光现象，有时对利用散射光的微粒的检测精度带来影响。

发明内容

本发明的一方式的示例性目的之一在于提供一种提高与离子束一起输送的微粒的检测精度的技术。

本发明的一方式的离子注入装置具备：射束线装置，输送离子束；注入处理室，进行向晶圆照射离子束的注入处理；照明装置，在射束线装置内及注入处理室内的至少一者中，向与离子束的输送方向交叉的方向照射照明光；摄像装置，生成对照明光通过的空间进行拍摄而得的摄像图像；及控制装置，根据摄像图像检测使照明光散射的微粒。

本发明的另一方式为微粒检测方法。该方法包括：向与离子束的输送方向交叉的方向照射照明光的步骤；生成对照明光通过的空间进行拍摄而得的摄像图像的步骤；及根据摄像图像检测使照明光散射的微粒的步骤。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表述的方式，作为本发明的实施方式也同样有效。

发明效果

根据本发明的一方式，能够提高与离子束一起输送的微粒的检测精度。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图。

图2是表示图1的离子注入装置的概略结构的侧视图。

图3是示意地表示以晶圆的表面附近为测定对象的微粒测定装置的配置例的主视图。

图4是示意地表示以晶圆的表面附近为测定对象的微粒测定装置的配置例的俯视图。

图5是示意地表示以晶圆的表面附近为测定对象的微粒测定装置的变形例的主视图。

图6是示意地表示以晶圆的表面附近为测定对象的微粒测定装置的变形例的主视图。

图7是概略地表示实施方式所涉及的控制装置的功能结构的图。

图8是示意地表示微粒的检测区域的图。

图中：10-离子注入装置，14-射束线装置，16-注入处理室，60-控制装置，62-微粒测定装置，64-照明装置，66-摄像装置，70-注入控制部，72-微粒分析部，74-存储部，76-图像分析部，77-条件管理部，78-监测部，80-摄像图像，82-候补区域，84-检测区域，86-判定范围，A-射束线，B-离子束，L-照明光，V-视场角，W-晶圆。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在附图的说明中对相同的要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构为示例，对本发明的范围不做任何限定。

图1是概略地表示实施方式所涉及的离子注入装置10的俯视图，图2是表示离子注入装置10的概略结构的侧视图。离子注入装置10构成为对被处理物W的表面实施离子注入处理。被处理物W例如是基板，例如是半导体晶圆。为了便于说明，在本说明书中有时将被处理物W称为晶圆W，但这并不旨在将注入处理的对象限定为特定的物体。

离子注入装置10构成为使射束在一个方向上往复扫描，使晶圆W在与扫描方向正交的方向上往复运动，由此在晶圆W的整个处理面上照射离子束。在本说明书中，为了便于说明，将沿着设计上的射束线A行进的离子束的行进方向定义为z方向，将与z方向垂直的面定义为xy面。在对被处理物W扫描离子束的情况下，将射束的扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。因此，射束的往复扫描在x方向上进行，晶圆W的往复运动在y方向上进行。

离子注入装置10具备离子生成装置12、射束线装置14、注入处理室16及晶圆输送装置18。离子生成装置12构成为将离子束提供给射束线装置14。射束线装置14构成为从离子生成装置12向注入处理室16输送离子束。在注入处理室16中容纳有成为注入对象的晶圆W，并进行将从射束线装置14提供的离子束照射到晶圆W上的注入处理。晶圆输送装置18构成为将注入处理前的未处理晶圆搬入注入处理室16，并将注入处理后的已处理晶圆从注入处理室16搬出。

离子注入装置10具备用于向离子生成装置12、射束线装置14、注入处理室16及晶圆输送装置18提供所期望的真空环境的真空排气系统(未图示)。通过使真空排气系统动作，射束线装置14及注入处理室16的至少一者的内部压力(真空度)发生变化。射束线装置14及注入处理室16的至少一者的内部压力也因基于晶圆输送装置18的晶圆输送、或向射束线装置14或注入处理室16的内部的气体导入而发生变化。

射束线装置14从射束线A的上游侧依次具备质谱分析部20、射束停驻装置24、射束整形部30、射束扫描部32、射束平行化部34及角能量过滤器(AEF；Angular Energy Filter)36。另外，射束线A的上游是指靠近离子生成装置12的一侧，射束线A的下游是指靠近注入处理室16(或射束阻挡器46)的一侧。

质谱分析部20设置于离子生成装置12的下游，且构成为通过质谱分析从自离子生成装置12引出的离子束中选择所需的离子种类。质谱分析部20具有质谱分析磁铁21、质谱分析透镜22及质谱分析狭缝23。

质谱分析磁铁21对从离子生成装置12引出的离子束施加磁场，根据离子的质量电荷比M＝m/q(m为质量，q为电荷)的值，以不同的路径使离子束偏转。质谱分析磁铁21例如对离子束施加y方向(在图1及图2中为-y方向)的磁场，使离子束向x方向偏转。质谱分析磁铁21的磁场强度被调整为具有所期望的质量电荷比M的离子种类通过质谱分析狭缝23。

质谱分析透镜22设置于质谱分析磁铁21的下游，且构成为调整对离子束的聚焦/发散力。质谱分析透镜22调整通过质谱分析狭缝23的离子束的射束行进方向(z方向)的聚焦位置，并调整质谱分析部20的质量分辨率M/dM。另外，质谱分析透镜22并非是必须的构成，也可以在质谱分析部20中不设置质谱分析透镜22。

质谱分析狭缝23设置于质谱分析透镜22的下游，且设置于远离质谱分析透镜22的位置。质谱分析狭缝23构成为由质谱分析磁铁21引起的射束偏转方向(x方向)与狭缝宽度方向一致，且具有x方向相对短，y方向相对长的形状的开口23a。

质谱分析狭缝23也可以构成为，为了调整质量分辨率而狭缝宽度可变。质谱分析狭缝23也可以由能够在狭缝宽度方向上进行移动的两张屏蔽件构成，且构成为通过改变两张屏蔽件的间隔而能够调整狭缝宽度。质谱分析狭缝23也可以构成为通过切换为狭缝宽度不同的多个狭缝中的任一个而狭缝宽度可变。

射束停驻装置24构成为从射束线A暂时退避离子束，屏蔽朝向下游的注入处理室16(或晶圆W)的离子束。射束停驻装置24能够配置于射束线A的中途的任意位置，例如能够配置于质谱分析透镜22与质谱分析狭缝23之间。由于在质谱分析透镜22与质谱分析狭缝23之间需要恒定的距离，因此通过在其间配置射束停驻装置24，与配置于其他位置的情况相比，能够缩短射束线A的长度，且能够使离子注入装置10整体小型化。

射束停驻装置24具备一对停驻电极25(25a、25b)、射束收集器26。一对停驻电极25a、25b隔着射束线A对置，在与质谱分析磁铁21的射束偏转方向(x方向)正交的方向(y方向)对置。射束收集器26设置于比停驻电极25a、25b更靠射束线A的下游侧的位置，在停驻电极25a、25b的对置方向上远离射束线A而设置。

第1停驻电极25a配置于比射束线A更靠重力方向上侧的位置，第2停驻电极25b配置于比射束线A更靠重力方向下侧的位置。射束收集器26设置于比射束线A更向重力方向下侧远离的位置，且配置于质谱分析狭缝23的开口23a的重力方向下侧。射束收集器26例如由质谱分析狭缝23的未形成开口23a的部分构成。射束收集器26也可以与质谱分析狭缝23分体构成。

射束停驻装置24利用施加于一对停驻电极25a、25b之间的电场使离子束偏转，并使离子束从射束线A退避。例如，通过以第1停驻电极25a的电位为基准对第2停驻电极25b施加负电压，使离子束从射束线A向重力方向下方偏转而入射到射束收集器26。在图2中，由虚线表示朝向射束收集器26的离子束的轨迹。并且，射束停驻装置24通过将一对停驻电极25a、25b设为相同电位，使离子束沿着射束线A向下游侧通过。射束停驻装置24构成为能够切换使离子束向下游侧通过的第1模式和使离子束入射到射束收集器26的第2模式而进行动作。

在质谱分析狭缝23的下游设置有注入器法拉第杯28。注入器法拉第杯28构成为能够通过注入器驱动部29的动作而出入射束线A。注入器驱动部29使注入器法拉第杯28在与射束线A的延伸方向正交的方向(例如y方向)上进行移动。如由图2的虚线所示，在注入器法拉第杯28配置于射束线A上的情况下，阻断朝向下游侧的离子束。另一方面，如由图2的实线所示，在注入器法拉第杯28从射束线A上移除的情况下，解除朝向下游侧的离子束的阻断。

注入器法拉第杯28构成为测量由质谱分析部20进行质谱分析的离子束的射束电流。注入器法拉第杯28能够通过一边改变质谱分析磁铁21的磁场强度一边测定射束电流来测量离子束的质谱分析频谱。使用所测量的质谱分析频谱，能够计算质谱分析部20的质量分辨率。

射束整形部30具备聚焦/发散四极透镜(Q透镜)等聚焦/发散装置，且构成为将通过质谱分析部20的离子束整形为所期望的截面形状。射束整形部30例如由电场式的三段四极透镜(也称为三极Q透镜)构成，具有三个四极透镜30a、30b、30c。射束整形部30通过使用三个透镜装置30a～30c，能够对x方向及y方向分别独立地调整离子束的聚焦或发散。射束整形部30可以包含磁场式的透镜装置，也可以包含利用电场和磁场这两者对射束进行整形的透镜装置。

射束扫描部32构成为提供射束的往复扫描，是在x方向上扫描已整形的离子束的射束偏转装置。射束扫描部32具有在射束扫描方向(x方向)上对置的扫描电极对。扫描电极对与可变电压电源(未图示)连接，通过周期性地改变施加到扫描电极对之间的电压，改变在电极之间产生的电场，使离子束偏转为各种角度。其结果，离子束在x方向的整个扫描范围被扫描。在图1中，由箭头X例示射束的扫描方向及扫描范围，由单点划线表示扫描范围中的离子束的多个轨迹。

射束平行化部34构成为使已扫描的离子束的行进方向与设计上的射束线A的轨道平行。射束平行化部34具有在y方向的中央部设置有离子束的通过狭缝的圆弧形状的多个平行化透镜电极。平行化透镜电极与高压电源(未图示)连接，使通过施加电压而产生的电场作用于离子束，使离子束的行进方向平行地对齐。另外，射束平行化部34也可以由其他射束平行化装置取代，射束平行化装置也可以构成为利用磁场的磁铁装置。

在射束平行化部34的下游也可以设置有用于使离子束加速或减速的AD(Accel/Decel)柱(未图示)。

角能量过滤器(AEF)36构成为分析离子束的能量并使所需的能量的离子向下方偏转并引导至注入处理室16。角能量过滤器36具有电场偏转用AEF电极对。AEF电极对与高压电源(未图示)连接。在图2中，通过对上侧的AEF电极施加正电压，对下侧的AEF电极施加负电压，使离子束向下方偏转。另外，角能量过滤器36可以由磁场偏转用磁铁装置构成，也可以由电场偏转用AEF电极对和磁场偏转用磁铁装置的组合构成。

如此，射束线装置14将应照射到晶圆W的离子束供给至注入处理室16。

注入处理室16从射束线A的上游侧依次具备能量狭缝38、等离子体淋浴装置40、侧杯42、中心杯44及射束阻挡器46。如图2所示，注入处理室16具备保持一张或多张晶圆W的平台驱动装置50。

能量狭缝38设置于角能量过滤器36的下游侧，与角能量过滤器36一起进行入射到晶圆W的离子束的能量分析。能量狭缝38是由在射束扫描方向(x方向)上横宽的狭缝构成的能量限制狭缝(EDS；Energy Defining Slit)。能量狭缝38使具有所期望的能量值或能量范围的离子束朝向晶圆W通过，并屏蔽除此以外的离子束。

等离子体淋浴装置40位于能量狭缝38的下游侧。等离子体淋浴装置40根据离子束的射束电流量向离子束及晶圆W的表面(晶圆处理面)供给低能量电子，并抑制因由离子注入产生的晶圆处理面上的正电荷的蓄积引起的充电。等离子体淋浴装置40例如包含离子束通过的淋浴管和向淋浴管内供给电子的等离子体发生装置。

侧杯42(42R、42L)构成为在向晶圆W的离子注入处理中测定离子束的射束电流。如图2所示，侧杯42R、42L相对于配置在射束线A上的晶圆W向左右(x方向)错开而配置，并配置于在离子注入时不屏蔽朝向晶圆W的离子束的位置。由于离子束在x方向上扫描超过晶圆W所在的范围，因此即使在离子注入时，被扫描的射束的一部分也入射到侧杯42R、42L。由此，通过侧杯42R、42L测量离子注入处理中的射束电流量。

中心杯44构成为测定晶圆处理面上的射束电流。中心杯44构成为通过驱动部45的动作而在x方向上可动，在离子注入时从晶圆W所在的注入位置退避，在晶圆W不在注入位置时插入到注入位置。中心杯44通过一边在x方向上进行移动一边测定射束电流，能够在x方向的整个射束扫描范围测定射束电流。中心杯44也可以将多个法拉第杯在x方向上排列而形成为阵列状，使得能够同时测量射束扫描方向(x方向)的多个位置上的射束电流。

侧杯42及中心杯44的至少一个可以具备用于测定射束电流量的单一的法拉第杯，也可以具备用于测定射束的角度信息的角度测量器。角度测量器例如具备狭缝和在射束行进方向(z方向)上远离狭缝而设置的多个电流检测部。角度测量器例如通过利用在狭缝宽度方向上排列的多个电流检测部测量通过狭缝的射束，能够测定狭缝宽度方向的射束的角度成分。侧杯42及中心杯44的至少一个也可以具备能够测定x方向的角度信息的第1角度测定器和能够测定y方向的角度信息的第2角度测定器。

平台驱动装置50包含晶圆保持装置52、往复运动机构54、扭转角调整机构56及倾斜角调整机构58。晶圆保持装置52包含用于保持晶圆W的静电卡盘等。往复运动机构54通过使晶圆保持装置52在与射束扫描方向(x方向)正交的往复运动方向(y方向)上往复运动，使被晶圆保持装置52保持的晶圆在y方向上往复运动。在图2中，由箭头Y例示晶圆W的往复运动。

扭转角调整机构56是调整晶圆W的旋转角的机构，通过以晶圆处理面的法线为轴使晶圆W旋转，调整设置于晶圆的外周部的对准标记与基准位置之间的扭转角。在此，晶圆的对准标记是指，设置于晶圆的外周部的缺口或定向平面，是指成为晶圆的结晶轴方向或晶圆的周方向的角度位置的基准的标记。扭转角调整机构56设置于晶圆保持装置52与往复运动机构54之间，与晶圆保持装置52一起进行往复运动。

倾斜角调整机构58是调整晶圆W的倾斜的机构，调整朝向晶圆处理面的离子束的行进方向与晶圆处理面的法线之间的倾斜角。在本实施方式中，将晶圆W的倾斜角中的以x方向的轴为旋转的中心轴的角度调整为倾斜角。倾斜角调整机构58设置于往复运动机构54与注入处理室16的内壁之间，且构成为通过使包含往复运动机构54的平台驱动装置50整体向R方向旋转来调整晶圆W的倾斜角。

平台驱动装置50保持晶圆W，使得晶圆W能够在离子束照射到晶圆W的注入位置和在该平台驱动装置与晶圆输送装置18之间搬入或搬出晶圆W的输送位置之间进行移动。图2表示晶圆W位于注入位置的状态，平台驱动装置50以射束线A与晶圆W交叉的方式保持晶圆W。晶圆W的输送位置与由设置于晶圆输送装置18的输送机构或输送机械手通过输送口48搬入或搬出晶圆W时的晶圆保持装置52的位置对应。

射束阻挡器46设置于射束线A的最下游，例如安装于注入处理室16的内壁。在晶圆W不存在于射束线A上的情况下，离子束入射到射束阻挡器46。射束阻挡器46位于连接注入处理室16与晶圆输送装置18之间的输送口48的附近，设置于比输送口48更靠铅垂下方的位置。

离子注入装置10还具备控制装置60。控制装置60控制离子注入装置10的整体动作。控制装置60在硬件上由以计算机的CPU或存储器为代表的元件或机械装置来实现，在软件上由计算机程序等来实现。由控制装置60提供的各种功能能够通过硬件及软件的协作来实现。

离子注入装置10还具备微粒测定装置62。微粒测定装置62设置于射束线装置14及注入处理室16的至少一者中。微粒测定装置62构成为测定通过射束线A的微粒或朝向晶圆W飞行的微粒。微粒测定装置62构成为尤其测定离子束通过的空间的微粒，测定与离子束一起朝向晶圆W输送的微粒。

微粒测定装置62具备照射照明光L的照明装置64和对照明光L通过的空间进行拍摄的摄像装置66。照明装置64朝向射束线A照射照明光L。摄像装置66拍摄使照明光L散射的微粒而生成摄像图像。控制装置60获取由摄像装置66生成的摄像图像，根据摄像图像检测微粒。

在图示的例子中，微粒测定装置62构成为测定通过角能量过滤器36的微粒。照明装置64朝向构成角能量过滤器36的多个AEF电极之间的空间照射照明光L。照明光L向与离子束的输送方向(z方向)交叉的方向照射，并以通过多个AEF电极之间(例如，上侧的AEF电极与下侧的AEF电极之间)的方式照射。摄像装置66对构成角能量过滤器36的多个AEF电极之间的空间中的被照射照明光L的范围的至少一部分进行拍摄。在摄像装置66的视场角V中包含离子束与照明光L交叉的空间。

照明装置64构成为生成作为可见光的照明光L。照明装置64构成为，生成连续光的照明光L而不是脉冲光的照明光，对成为微粒的测定对象的空间在时间上连续地进行照明。照明装置64也可以构成为包含激光光源且生成红色或绿色等激光的照明光L。照明装置64也可以构成为包含LED光源且生成不是激光的照明光L。

照明装置64构成为生成在x方向上具有宽度的片状的照明光L，例如构成为生成激光光片。照明装置64也可以照射在离子束的x方向的整个扫描范围的片状的照明光L。照明装置64也可以生成在x方向上具有宽度，在与x方向正交的方向(例如y方向或z方向)上具有厚度的箱体状的照明光L。照明装置64可以构成为能够切换照明光L的照射方式，例如，也可以构成为能够切换片状的照明光和箱体状的照明光。

照明装置64配置成从在y方向(上侧或下侧)上远离射束线A的位置朝向射束线A照射照明光L。照明装置64配置于角能量过滤器36的上游侧，例如射束平行化部34与角能量过滤器36之间，配置成从比射束线A更靠上侧的位置朝向射束线A的下方照射照明光L。另外，照明装置64也可以配置成从在x方向(左侧或右侧)上远离射束线的位置朝向射束线A照射照明光L。照明光L例如相对于射束线A倾斜地照射。照明光L也可以以与射束线A正交的方式照射。

摄像装置66具有CCD或CMOS传感器等摄像元件，生成对成为微粒的测定对象的空间进行拍摄而得的图像数据。摄像装置66构成为通过以规定帧速率(例如，每秒30或60帧)拍摄多个图像来生成动态图像。摄像装置66可以具有波长滤波器，也可以具有选择性地使照明光L的波长透过的带通滤波器。通过仅以照明光L的波长为摄像对象，能够防止由与照明光L不同的光引起的微粒的误检测。

摄像装置66配置成摄像装置66的摄像方向与照明光L的照射方向及离子束的输送方向这两者交叉。摄像装置66的摄像方向可以与片状的照明光L所形成的平面倾斜地交叉，也可以与片状的照明光L所形成的平面正交。摄像装置66配置成对从远离片状的照明光L所形成的平面的位置被照射片状的照明光L的范围的至少一部分进行拍摄。摄像装置66配置于角能量过滤器36的下游侧，例如角能量过滤器36与能量狭缝38之间，并且配置成具有从比射束线A更靠上侧的位置朝向射束线A的下方的视场角V。另外，照明装置64也可以配置成从在x方向(左侧或右侧)上远离角能量过滤器36的位置朝向射束线A照射照明光L。摄像装置66也可以配置于在x方向(左侧或右侧)上远离角能量过滤器36的位置，并且配置成具有朝向射束线A在+x方向(左侧到右侧)或-x方向(右侧到左侧)的视场角V。

摄像装置66的视场角V包含离子束与照明光L交叉的空间的至少一部分，优选包含离子束与照明光L交叉的整个空间。摄像装置66的视场角V包含离子束的x方向的扫描范围的至少一部分，也可以包含离子束的x方向的整个扫描范围。摄像装置66的视场角V包含角能量过滤器36的多个AEF电极之间的空间的至少一部分，也可以包含从上侧的AEF电极到下侧的AEF电极的y方向的整个范围。摄像装置66的视场角V也可以包含离子束与照明光L不交叉的空间。

微粒测定装置62也可以具备多个摄像装置66。多个摄像装置66也可以配置成从不同的位置拍摄片状的照明光L。多个摄像装置66可以构成为立体摄像机，也可以通过从不同的位置拍摄片状的照明光L来立体地掌握微粒的位置或运动。多个摄像装置66也可以配置成各自的视场角V相互重叠。多个摄像装置66可以配置成各自的视场角V不相互重叠，也可以构成为各摄像装置66拍摄不同的位置或范围的微粒。

照明装置64及摄像装置66的配置并不限于上述配置，能够根据成为微粒的测定对象的空间的位置或范围来进行任意适当的配置。微粒测定装置62也可以配置于射束线装置14及注入处理室16的至少一者的任意位置。微粒测定装置62也可以将在注入处理室16中被照射离子束的晶圆W的表面附近作为微粒的测定对象空间。例如，照明装置64也可以配置成向晶圆W的表面附近照射照明光L。摄像装置66也可以配置成摄像装置66的视场角V包含晶圆W的表面附近的被照射照明光L的范围。

图3及图4是示意地表示以晶圆W的表面附近为测定对象的微粒测定装置62的配置例的图。图3是朝向z方向观察晶圆W的表面时的主视图，图4是从晶圆W的上方朝向-y方向观察时的俯视图。照明装置64配置成片状的照明光L沿着晶圆W的表面与晶圆W的表面平行地照射。照明光L可以不与晶圆W的表面严格地平行，也可以相对于晶圆W的表面倾斜地照射。照明光L照射到距晶圆W的表面规定范围内(例如10cm以内或1m以内)的空间。照明装置64以入射到晶圆W的离子束B与照明光L交叉的方式照射照明光L。在图3中，用虚线的框表示离子束B入射到晶圆W的注入区域C。

照明装置64安装于平台驱动装置50，构成为能够通过倾斜角调整机构58与晶圆W一起如箭头R所示那样旋转。照明装置64能够根据晶圆W的倾斜角来调整照明光L的通过位置，构成为在晶圆W的倾斜角发生变化的情况下照明光L的照射角度追随晶圆W的倾斜角而可变。在图示的例子中，在晶圆W的左上侧(+x方向及+y方向侧)配置有照明装置64。照明装置64也可以配置于晶圆W的左下侧(+x方向及-y方向侧)。照明装置64也可以紧靠晶圆W的左侧(+x方向侧)而配置，晶圆W和照明装置64在y方向上的位置可以一致。另外，在平台驱动装置50配置于晶圆W的右侧(-x方向侧)的情况下，照明装置64也可以配置于晶圆W的右侧(-x方向侧)。照明装置64避开往复运动机构54的可动范围而配置。照明装置64避开晶圆W和照明装置64在x方向上的位置一致的位置而配置，即避开晶圆W的正上方(+y方向侧)或正下方(-y方向侧)而配置。

摄像装置66配置成照明光L与离子束B交叉的范围包含于视场角V中。摄像装置66配置成晶圆W的表面不包含于摄像装置66的视场角V中。在图示的例子中，以从晶圆W的背侧(+z方向侧)拍摄晶圆W的表面附近的方式配置有摄像装置66。在图示的例子中，在晶圆W的右上侧(-x方向及+y方向侧)配置有摄像装置66。摄像装置66也可以配置于晶圆W的右下侧(-x方向及-y方向侧)。摄像装置66也可以紧靠晶圆W的右侧(-x方向侧)而配置，晶圆W和摄像装置66在y方向上的位置可以一致。摄像装置66避开往复运动机构54的可动范围而配置。摄像装置66避开晶圆W和摄像装置66在x方向上的位置一致的位置而配置，即避开晶圆W的正上方(+y方向侧)或正下方(-y方向侧)而配置。通过使晶圆W的表面不包含于视场角V中，能够防止由于对形成于晶圆W的表面上的结构物进行拍摄而导致的微粒的误检测。

在图3及图4所示的例子中，摄像装置66未安装于平台驱动装置50，构成为视场角V不根据晶圆W的倾斜角而变化。摄像装置66也可以构成为能够根据晶圆W的倾斜角来调整视场角V。

图5及图6是示意地表示以晶圆的表面附近为测定对象的微粒测定装置的变形例的主视图。在图5所示的微粒测定装置62a中，摄像装置66a与照明装置64同样地安装于平台驱动装置50上。在图6所示的微粒测定装置62b中，摄像装置66b安装于根据晶圆W的倾斜角使视场角V可变的驱动机构68。驱动机构68安装于注入处理室16的内壁，构成为能够如箭头Rb所示那样旋转。驱动机构68例如构成为能够与由箭头R所示的倾斜角调整机构58的旋转连动地驱动。驱动机构68也可以在需要在晶圆表面附近测定微粒的情况下驱动。

离子注入装置10也可以具备多个微粒测定装置62。多个微粒测定装置62分别也可以将射束线A的不同的位置或范围作为测定对象空间。例如，也可以将第1微粒测定装置设置于射束线装置14，将第2微粒测定装置设置于注入处理室16。通过设置多个微粒测定装置62，能够测定射束线A的多个位置或范围中的微粒。例如，通过比较多个位置或范围中的微粒的测定结果，能够有助于微粒的产生源的确定。

微粒测定装置62的一部分也可以设置于构成射束线装置14及注入处理室16的真空腔室的外部。例如，可以在真空腔室的壁上设置真空窗，通过真空窗而照射照明光L，也可以通过真空窗而拍摄照明光L的照射范围。也可以在真空窗上附加树脂膜等容易更换的罩部件，而实施相对于微粒的附着或离子束的反射等污垢的对策。并且，也可以构成为在罩部件被污染的情况下，能够在维持装置的真空状态的状态下切换为其他罩部件。由此，即使罩部件被污染，也可以不需要伴随装置的大气开放而进行窗部件或罩部件的更换作业。

微粒测定装置62可以包含用于照射照明光L的反射镜或透镜等追加的光学元件，也可以包含用于拍摄照明光L的照射范围的反射镜或透镜等追加的光学元件。也可以构成为通过使该等光学元件的位置或朝向可变，使成为微粒的测定对象的空间的位置或范围可变。例如，也可以构成为光学元件的位置或朝向根据晶圆W的倾斜角而可变。

图7是示意地表示实施方式的控制装置60的功能结构的功能框图。控制装置60包含注入控制部70、微粒分析部72及存储部74。注入控制部70根据注入工序控制离子注入装置10的动作。微粒分析部72控制照明装置64的动作，根据由摄像装置66生成的摄像图像分析测定对象空间的微粒。存储部74存储控制装置60的动作所需的各种数据。

注入控制部70获取存储于存储部74的注入工序，根据注入工序生成离子束。在注入工序中确定了离子种类、射束能量、射束电流、射束尺寸、晶圆倾斜角、晶圆扭转角、平均掺杂量之类的注入参数组。在注入工序中，也可以确定用于实施不均匀注入的注入参数。在注入工序中，可以确定用于不均匀注入的二维掺杂量分布，也可以确定用于对射束扫描速度或晶圆移动速度进行可变控制的校正文件。

注入控制部70通过调整构成离子注入装置10的各种设备的动作参数，实现在所获取的注入工序中确定的所期望的注入参数。注入控制部70通过调整离子生成装置12的气体种类或引出电压、质谱分析部20的磁场强度等来控制离子束的离子种类。注入控制部70通过调整离子生成装置12的引出电压、射束平行化部34的施加电压、AD柱的施加电压、角能量过滤器36的施加电压等来控制离子束的射束能量。注入控制部70通过调整离子生成装置12的气体量、电弧电流、电弧电压、源磁铁电流之类的各种参数或质谱分析狭缝23的开口宽度等来控制离子束的射束电流。注入控制部70通过调整射束整形部30中包含的聚焦/发散装置的动作参数等来控制入射到晶圆处理面的离子束的射束尺寸。注入控制部70通过使扭转角调整机构56及倾斜角调整机构58动作来实现所期望的晶圆倾斜角及晶圆扭转角。注入控制部70控制真空排气系统的动作，以使射束线装置14及注入处理室16的内部压力(真空度)成为所期望的值。注入控制部70使晶圆输送装置18动作，以控制晶圆W的搬入及搬出。

注入控制部70控制在注入工序中注入到晶圆W中的掺杂量或掺杂量分布。在实施不均匀注入的情况下，注入控制部70根据所获取的注入工序，对射束扫描速度及晶圆移动速度进行可变控制。注入控制部70通过控制对射束扫描部32指令的扫描电压参数来对射束扫描速度进行可变控制，通过控制对往复运动机构54指令的速度参数来对晶圆移动速度进行可变控制。注入控制部70减小扫描电压的时间变化率dV/dt，以在掺杂量相对高的部位，使射束扫描速度变慢，并且增大扫描电压的时间变化率dV/dt，以在掺杂量相对低的部位，使射束扫描速度变快。注入控制部70在掺杂量相对高的部位使晶圆移动速度变慢，在掺杂量相对低的部位使晶圆移动速度变快。

微粒分析部72包含图像分析部76、条件管理部77及监测部78。图像分析部76根据由摄像装置66生成的摄像图像来检测微粒，并分析微粒的量、速度、大小等。条件管理部77管理图像分析部76使用的微粒的分析条件。监测部78监测微粒的产生状况，诊断异常的有无。

图像分析部76获取由摄像装置66进行拍摄的图像数据，根据图像数据的各个像素的亮度值来检测微粒。例如，图像分析部76判定超过规定阈值的亮度值的像素包含微粒，并且判定小于规定阈值的亮度值的像素不包含微粒。图像分析部76也可以根据亮度值的随着时间的变化量来检测微粒。图像分析部76也可以生成从由摄像装置66生成的摄像图像中减去不包含微粒时的背景图像的差分图像，根据差分图像的亮度值来检测微粒。不包含微粒时的背景图像例如根据由摄像装置66生成的摄像图像而生成，并存储于存储部74。

图像分析部76也可以不对摄像图像的每个像素检测微粒，而对包含于摄像图像中的每个微小区域检测微粒。成为微粒的检测单位的微小区域被设定为包含多个像素，例如被设定为包含5×5的像素。图像分析部76将摄像图像分割为多个微小区域，对构成微小区域的多个像素的亮度值进行合计或平均，由此对每个微小区域计算亮度的合计值或平均值。例如，在每个微小区域的亮度的合计值或平均值超过规定阈值的情况下，图像分析部76判定微小区域中包含微粒。图像分析部76也可以将从摄像图像减去背景图像而得的差分图像分割为多个微小区域，根据差分图像中的微小区域的亮度的合计值或平均值来检测微粒。通过根据多个像素的亮度值的合计或平均，能够对来自微粒的散射光进行积分而检测，从而能够提高微粒的检测精度。

图像分析部76也可以按每个像素或每个微小区域使微粒检测的阈值不同。图像分析部76也可以根据在不包含微粒的情况下拍摄的多个背景图像来计算每个像素或每个微小区域的阈值。多个背景图像例如由摄像装置66在不同的时间点进行拍摄，具有亮度值随着时间经过而稍微变动的波动。图像分析部76针对特定的像素或特定的微小区域计算多个背景图像中的亮度值的平均a及标准偏差σ，使用平均a和标准偏差σ来确定阈值。例如，可以将平均a加标准偏差σ的k倍而得的亮度值作为阈值t，也可以表示为t＝a+kσ。通过根据多个背景图像中的亮度值的平均a及标准偏差σ来确定阈值t，能够防止由与微粒的产生无关的亮度值的变化引起的微粒的误检测。阈值t能够根据例如50～100张左右的背景图像中的平均a及标准偏差σ来确定。

图像分析部76也可以不对每个微小区域单独地检测微粒，而是在相邻的多个微小区域的亮度值超过规定阈值的情况下检测微粒。图像分析部76将亮度值超过规定阈值的微小区域设为有可能包含微粒的“候补区域”。在候补区域的周围存在规定数量以上的其他候补区域的情况下，图像分析部76判定在这些候补区域中包含微粒。在候补区域的周围存在的其他候补区域小于规定数量的情况下，图像分析部76判定这些候补区域中不包含微粒。例如，在由以候补区域为中心的5×5的微小区域的集合构成的判定范围内存在三个以上的候补区域的情况下，将判定范围内包含的三个以上的候补区域作为微粒的检测区域。另一方面，在由以候补区域为中心的5×5的微小区域的集合构成的判定范围内存在二个以下的候补区域的情况下，将判定范围内包含的二个以下的候补区域不作为微粒的检测区域而原样地作为候补区域。

图8是示意地表示微粒的检测区域84的图，表示根据摄像图像80而确定的候补区域82及检测区域84的分布的一例。在图8中，由细实线的框表示候补区域82，由粗实线的框表示检测区域84，由虚线表示由5×5的微小区域的集合构成的判定范围86。如图所示，候补区域82分布在摄像图像80整体中。许多候补区域82远离其他候补区域82而单独存在。一部分候补区域82密集地存在于其他候补区域82的附近。图像分析部76将密集地存在的候补区域82设为微粒的检测区域84。具体而言，在由以某个候补区域82为中心的5×5的微小区域的集合构成的判定范围86内存在三个以上的候补区域82的情况下，将该三个以上的候补区域82全部作为检测区域84。在图8的例子中，检测到21个检测区域84。

如图8所示，通过将密集的候补区域82设为微粒的检测区域84，能够防止由与微粒的产生无关的亮度值的变化引起的微粒的误检测。在射束线装置14或注入处理室16内产生的微粒并不是不改变位置而漂浮，通常具有速度而飞行。在利用摄像装置66拍摄移动的微粒的情况下，拍摄微粒的飞行轨迹，与飞行轨迹对应的多个区域的亮度值变大。由于与微粒的飞行轨迹对应的多个区域相互相邻而存在，因此通过将密集的候补区域82作为检测区域84并设为微粒的检测对象，能够高精度地检测飞行的微粒。

图像分析部76也可以根据微粒的检测结果来推断微粒的量、速度或大小。图像分析部76也可以根据检测到微粒的像素或微小区域的数量来推断微粒的量。图像分析部76也可以将检测到微粒的像素或微小区域的数量作为微粒的个数。也可以使用与微粒测定装置62不同的装置预先测定微粒的个数，将检测到微粒的像素或微小区域的数量与微粒的个数的相关关系存储于存储部74。图像分析部76也可以根据存储于存储部74的相关关系来推断微粒的个数。图像分析部76也可以根据存储于存储部74的相关关系来推断能够到达晶圆W的微粒的个数。

图像分析部76也可以通过分析微粒的运动来推断微粒的速度。例如，也可以根据与微粒的飞行轨迹对应的多个检测区域84的范围来推断微粒的速度。例如，也可以通过将多个检测区域84相连的长度除以与摄像装置66的摄像周期对应的时间来推断微粒的速度。图像分析部76也可以通过比较多个帧的摄像图像80，确定微粒的飞行轨迹来推断微粒的速度。例如，也可以通过比较在时间上相邻的两个帧的摄像图像80，确定各帧的摄像图像80中的微粒的检测区域84的位置的变化来推断微粒的移动量，并通过将所推断的移动量除以与摄像装置66的摄像周期对应的时间来推断微粒的速度。图像分析部76也可以使用由立体摄像机等多个摄像装置66生成的多个摄像图像80来分析微粒的运动，推断微粒的速度。

图像分析部76也可以根据微粒的检测区域84的亮度值来推断微粒的大小。微粒的散射光强度取决于微粒的大小(粒径)，因此通过预先测定微粒的大小与散射光强度的相关关系，并将相关关系存储于存储部74，能够根据散射光强度(即亮度值)推断微粒的大小。图像分析部76也可以根据在多个电极之间作用于微粒的电场E和微粒的加速度α来推断微粒的大小。

条件管理部77将由摄像装置66生成的摄像图像存储于存储部74，根据所存储的摄像图像来确定图像分析部76所使用的微粒的检测条件。条件管理部77将由图像分析部76判定为不包含微粒的摄像图像作为背景图像进行存储。条件管理部77根据所存储的多个背景图像来计算多个背景图像中的每个像素或每个微小区域的平均a和标准偏差σ，决定用于检测微粒的阈值t。条件管理部77也可以根据新获取的背景图像来更新阈值t。背景图像能够根据离子注入装置10的运用随着时间经过而变化。因此，通过根据新获取的背景图像来更新阈值t，能够根据与在任意时点的背景图像的差分来高精度地检测微粒。

条件管理部77也可以根据离子注入装置10的动作状态来变更微粒的检测条件。条件管理部77也可以将多个检测条件存储于存储部74，根据离子注入装置10的动作状态来变更检测条件。条件管理部77也可以根据离子注入装置10的动作状态对背景图像进行分类并存储，根据与特定的动作状态对应的多个背景图像来决定阈值t等微粒的检测条件。也可以根据离子注入装置10的动作状态，切换用于阈值t的标准偏差σ的倍率k。

条件管理部77也可以根据离子束的射束电流量来变更检测条件。在离子束的射束电流量大的情况下，由真空腔室内的残留气体与离子束的相互作用引起的发光现象中的发光量变大，背景图像的整体或一部分的亮度值有时上升。因此，也可以根据离子束的射束电流量来切换用于微粒的检测的背景图像。通过根据上述发光现象中的发光量来切换背景图像，能够防止由发光现象引起的微粒的误检测。

条件管理部77也可以根据所输送的离子束的输送状态来变更检测条件。条件管理部77也可以根据是处于离子束未被射束扫描部32往复扫描的非扫描状态还是处于离子束被射束扫描部32往复扫描的扫描状态来切换检测条件。条件管理部77也可以根据是否处于离子束在中途被射束停驻装置24或注入器法拉第杯28屏蔽的状态来切换检测条件。由于上述发光现象的影响范围根据离子束的输送状态而不同，因此通过根据离子束的输送状态来切换背景图像，能够防止由发光现象引起的微粒的误检测。

条件管理部77也可以根据射束线装置14及注入处理室16的至少一者的内部压力的变化来变更检测条件。在使真空排气系统动作、或向装置内导入气体、或输送晶圆W的情况下，有时在射束线装置14内或注入处理室16内产生气体流，微粒沿着气体流飞散，或微粒的飞散量增加。并且，通过向射束线装置14内或注入处理室16内导入气体，有时由所导入的气体与离子束的相互作用引起的发光现象的发光量发生变化。通过根据这样的压力的变化来切换检测条件，能够更适当地检测微粒。

条件管理部77也可以根据施加于离子束的电场的大小来变更检测条件。例如，也可以根据施加于AD柱、射束平行化部34、角能量过滤器36等的多个电极的电压值来切换检测条件。在施加于离子束的电场大的情况下，有时微粒因电场而加速，或微粒因在电极之间产生的放电而飞散，对微粒的运动带来影响。通过根据施加于多个电极的电压值来切换检测条件，能够更适当地检测微粒。

条件管理部77也可以通过切换照明装置64的动作来变更微粒的检测条件。条件管理部77也可以在实际测定的微粒的量多的情况下或处于预想微粒的量容易增多的动作状态的情况下，使照明装置64照射片状的照明光L。通过使用片状的照明光L来限制照射范围，能够限制在摄像图像中成为高亮度的像素或微小区域的数量，能够更适当地检测微粒。条件管理部77也可以在实际测定的微粒的量少的情况下或处于预想微粒的量容易减少的动作状态的情况下，使照明装置64照射箱体状的照明光L。通过使用箱体状的照明光L来扩展照射范围，能够将更宽的范围作为测定对象，能够更适当地检测微粒。

监测部78将由图像分析部76分析的微粒的有无、量、速度及大小之类的产生状况存储于存储部74，监测微粒的产生状况的时间变化来诊断离子注入装置10的状态是否有异常。监测部78例如也可以在微粒的量突发地增加的情况下，视为离子注入装置10的状态发生了异常而中止注入处理，或输出警报。监测部78也可以在微粒的量随着时间经过而单调地增加而超过了规定阈值的情况下，促使用户进行离子注入装置10的维护。监测部78也可以根据在离子注入装置10的维护后分析的微粒的产生状况，诊断是否为能够执行注入处理的环境。监测部78也可以根据诊断结果促使用户执行离子注入装置10的射束线的清洁处理。

监测部78也可以按每个注入工序诊断微粒的产生状况。监测部78也可以按每个注入工序将微粒的产生状况存储于存储部74，根据注入工序单独地设定视为离子注入装置10的状态存在异常的阈值。监测部78也可以在执行按照特定的注入工序的注入处理时，以执行相同的注入工序时的过去的微粒的产生状况为基准，诊断在任意时刻的微粒的产生状况。

监测部78也可以分析按每个注入工序存储于存储部74的微粒的产生状况，提取容易产生微粒的注入条件。例如，作为容易产生微粒的注入条件，也可以提取并显示离子种类、射束能量、射束电流、射束尺寸、电极电压等注入条件。并且，在确定了容易产生微粒的注入条件或注入工序的情况下，也可以在要执行使用了该确定的注入条件或注入工序的注入处理时输出警报。

监测部78也可以根据由图像分析部76分析的微粒的运动来推断微粒的产生源。例如，在向特定方向行进的微粒的量多的情况下，也可以推断在微粒的行进方向的上游侧存在微粒的产生源。在与射束线A的不同的位置对应地设置有多个微粒测定装置62的情况下，监测部78也可以根据各位置上的微粒的产生状况来推断微粒的产生源。例如，在射束线A的上游侧微粒的量增加后，在射束线A的下游侧微粒的量也增加的情况下，也可以推断在射束线A的上游侧存在微粒的产生源。

以上，参考上述各实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式，适当组合或替换各实施方式的结构的方式也包含于本发明。并且，根据本领域技术人员的知识，也能够对各实施方式中的组合或处理的顺序适当进行重新排列或对实施方式增加各种设计变更等变形，增加这样的变形的实施方式也包含于本发明的范围。

Claims (20)

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：

射束线装置，输送离子束；

注入处理室，进行向晶圆照射所述离子束的注入处理；

照明装置，在所述射束线装置内及所述注入处理室内的至少一者中，向与所述离子束的输送方向交叉的方向照射照明光；

摄像装置，生成对所述照明光通过的空间进行拍摄而得的摄像图像；及

控制装置，根据所述摄像图像检测使所述照明光散射的微粒。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据所述射束线装置的动作状态来改变所述微粒的检测条件。

3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据所述离子束的射束电流量来改变所述微粒的检测条件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据所述射束线装置内的所述离子束的输送状态来改变所述微粒的检测条件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据所述射束线装置内及所述注入处理室内的至少一者的内部压力的变化来改变所述微粒的检测条件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束线装置具备用于对所述离子束施加电场的多个电极，

所述照明光以通过所述多个电极之间的方式照射，

所述摄像装置对所述多个电极之间的空间进行拍摄。

7.根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据施加于所述多个电极的电压值来改变所述微粒的检测条件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述照明光朝向所述晶圆的表面附近照射，

所述摄像装置配置成在所述摄像装置的视场角中不包含所述晶圆的表面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述注入处理室具备用于调整所述晶圆相对于所述离子束的输送方向的倾斜角的倾斜角调整机构，

所述照明装置构成为能够根据所述晶圆的倾斜角来调整所述照明光的通过位置，

所述摄像装置构成为能够根据所述晶圆的倾斜角来调整所述摄像装置的视场角。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述照明光以与所述离子束交叉的方式呈片状或箱体状照射。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述照明光在时间上连续地照射，所述摄像装置生成在不同的时间点拍摄的多个摄像图像。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置将所述摄像图像分割为多个微小区域，通过对所述多个微小区域各自所包含的多个像素的亮度值进行合计或平均来计算微小区域的亮度值，并根据所述微小区域的亮度值对每个所述微小区域检测所述微粒的有无。

13.根据权利要求12所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置确定具有超过阈值的亮度值的微小区域，根据所述确定的微小区域在所述摄像图像中的分布对每个所述微小区域检测所述微粒的有无。

14.根据权利要求12或13所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置使用对每个所述微小区域决定的所述微粒的检测条件，对每个所述微小区域检测所述微粒的有无。

15.根据权利要求14所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据所述摄像装置在不同的时间点拍摄的多个摄像图像中的所述微小区域的亮度值的平均及标准偏差，对每个所述微小区域决定所述微粒的检测条件。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据每个所述微小区域的微粒的有无的检测结果，推断存在于所述摄像装置拍摄的空间中的微粒的量。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据在所述射束线装置处于特定的动作状态的情况下所述摄像装置在不同的时间点拍摄的多个摄像图像，决定在所述射束线装置处于所述特定的动作状态的情况下使用的所述微粒的检测条件。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置判定在所述摄像图像中是否包含所述微粒，根据判定为不包含所述微粒的摄像图像，更新所述微粒的检测条件。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制装置根据所述摄像图像分析所述微粒的运动，根据所述微粒的运动的分析结果推断所述微粒的大小。

20.一种微粒检测方法，其特征在于，包括：

向与离子束的输送方向交叉的方向照射照明光的步骤；

生成对所述照明光通过的空间进行拍摄而得的摄像图像的步骤；及

根据所述摄像图像检测使所述照明光散射的微粒的步骤。

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