JP2007529878A - 回転ディスク型イオン注入装置のインサイチュー監視 - Google Patents

Abstract

本発明は、イオン注入システムにおいて、例えばイオン注入の前後に費やされる付加的な監視ツールによる手順を回避するために、イオン注入の間に粒子又は他の構造物をインサイチューに検出することに関する。光源（例えばレーザービーム）により照明された１つ又は複数の半導体ウエハ上の粒子から散乱される光を検出するための、１つ又は複数のシステムが開示される。本発明に係るシステムは、ウエハ上のスポットを照明するレーザー装置と一対の検出器（例えばＰＭＴ又はフォトダイオード）とを有するイオン注入装置を含み、これらのレーザー装置及び検出器は、イオン注入箇所から回転位置上反対側に配置される。１つ又は複数のウエハは、ウエハ搬送部によって保持され、固定されたレーザースポット下を走査移動する。照明されたウエハ（加工物）からの検出散乱光の強度は、コンピュータによって解析され、コンピュータは、その検出散乱光を一意的な位置に位置付けることができる。例えば、ウエハ上の粒子又は他の汚染をイオン注入処理の間に識別することができ、余分な時間および資源を費やすことがなく、汚染源の判別にも役立つ。さらに、粒子の量及びサイズについてのしきい値解析により、例えば、システムの遮断又はフィードバック制御等のシステム保護動作を実施してもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的には、イオン注入装置に関し、より詳しくは、汚染粒子、構造物、構造物の損傷、温度、及びイオン注入システムにおけるその他の検出可能量をイオン注入の間に監視することに関する。

イオン注入システムは、一般に加工物と呼ばれる半導体基板又はウエハ中に、ドーパント元素として知られる不純物を与えるために使用される。イオン注入システムでは、イオン源で所望のドーパント元素がイオン化され、イオン化された不純物がイオンビームとしてイオン源から引き出される。イオンビームは、複数の加工物にイオン化されたドーパントを注入するために、例えばイオンビームを掃引することによって、それぞれの加工物に導かれる。加工物は、ドーパントイオンにより所望の電気的特性を有するように組成を変化させ、その電気的特性は、例えば基板上にトランジスタ等の特定の半導体デバイスを形成するために有用なものである。

電子デバイスの微小化の傾向が継続することにより、より小さく、より強力で、かつよりエネルギー効率の高い半導体素子を、個々のウエハ上に、より数多く「詰め込む」ことが促進されている。加えて、製造収率を向上させるために、半導体デバイスを形成する加工物のサイズが増大している。例えば、一枚のウエハ上に製造できるデバイス数を増加させるため、３００ｍｍ以上の直径を有するウエハが使用されている。これによって、イオン注入を含む半導体製造工程を注意深く監視して制御することが必要となる。

しかしながら、イオン注入装置又は他のイオンビーム装置（例えば、線形加速器）の動作には汚染粒子の発生が伴い、この汚染粒子がウエハに付着する場合がある。汚染粒子のサイズは、例えば１μｍよりも小さいものである。イオン注入の間にウエハに付着する粒子は、イオン注入の前後に使用される粒子検出器にウエハを装填して、測定されることが多い。このような検出器を使用することは、追加の投資を要し、時間と資源の消費が増大し、また、ウエハを更なる汚染に曝す可能性がある。

ウエハは高価なものであるため、イオン注入後に検出された汚染粒子のために、時間と資源とを既に投入した後にウエハ全体を破棄しなければならないといった無駄を低減することには、強い要望がある。さらに、イオン注入のような多くのステップを要する処理では、処理後に検出を実施することによって、粒子及び他の汚染の発生源及び要因を突き止めることが困難になる。加えて、従来の検出器は、汚染源となる可能性もあり、また、より多くの時間と資源とを費やすものでもあるため、その使用を最小限に留めることが望ましい。

本発明の１つ又は複数の態様の基本的な理解に供するために、以下に本発明の簡単な要約を示す。この要約は、本発明の完全な概要ではなく、また、本発明の重要な又は必須の要素を同定するものでも、本発明の範囲を画定するものでもない。この要約の主要な目的は、後述する詳細な説明の導入として、本発明の概念の幾つかを簡略化された形式で提示することである。

本発明は、枚葉式イオン注入システム又はバッチ式イオン注入システムにおいて、粒子又はその他の構造物を、イオン注入の間にインサイチューに（in-situ）監視することを特徴とする。本発明によれば、例えば、イオン注入の前及び後に、別の検出ツールを用いたステップを費やすことが回避される。本明細書には、レーザー光源のような光源による散乱光を検出するための複数の配置構成が記載されている。例えば、枚葉式イオン注入システム又は回転ディスク型バッチ式イオン注入システムのエンドステーションにおいて、レーザー光の散乱を使用して、イオン注入の間に、１つ又は複数のウエハ（加工物）表面上の粒子を検出することができる。すべてのウエハ上のすべての箇所を走査するために、ディスクの回転及び／又は直線走査を使用するものであってもよい。このようにして、粒子汚染とその検出動作とを最小限に留めつつ、ウエハの注入処理におけるイオン濃度の均一性が向上するように、イオン注入処理を監視することができる。

本発明の１つ又は複数の態様に従って、本発明に係るシステムは、バッチ式イオン注入装置を含んでいる。このイオン注入装置には、ウエハ上のスポットを照明するレーザー及び１つ又は複数の（例えば、一対の）検出器（例えば、ＰＭＴ又はフォトダイオード）が含まれており、それらは、イオン注入動作の実施される箇所から回転位置上反対側に配置される。本発明の一実施形態では、エンドステーション内の回転ディスク型搬送部にウエハのバッチが保持されており、固定されたレーザーのスポット下でウエハの回転走査（Ｘ軸）が実施されると共に、直線搬送部が、ウエハをその全高（Ｙ軸）に亘って走査する。本発明において、イオン注入装置とインサイチュー監視システムとは、同一の回転走査移動及び直線走査移動を使用するものである。

本発明は、さらに、照明されたウエハからの散乱検出光の強度を解析するコンピュータ又は他の同様の処理装置を含んでいる。コンピュータ又は処理装置は、ウエハの走査における回転搬送位置及び直線搬送位置に関連するエンコーダのカウント数により一意的に決定される位置に対応させて、検出光を位置付けるものである。本発明の別の態様において、コンピュータ又は処理装置は、加工物上の一意的な位置に対応付けられた光を解析して、例えば、粒子、引掻き傷、構造物、構造物の損傷、又は加工物の温度に相当する光のパターンを判別する。本発明の別の態様では、散乱光の強度を使用して、粒子の存在を検出すると共にその粒子のサイズを推定するものであってもよい。このような推定は、ベースラインとして設定される粒子の散乱光の強度と、検出された散乱光の強度との間に相関が存在することに基づく分類手順により実施される。所望の場合、このような分類を使用して、さらに、粒子源を突き止めるものであってもよい。

本発明のさらに別の態様では、粒子のサイズ及び量のしきい値を解析することによって、例えば、システムの遮断又はイオン注入処理のフィードバック制御等のシステム保護動作を実施するものであってもよい。このようにして、例えば、イオン注入処理の間に加工物上の粒子又は他の汚染を識別することができるため、余分な時間及び資源を費やすことがなく、また、汚染源の判別にも役立つものである。

本発明に係るシステムには、レーザービーム及びイオンビームの下流にあるエンドステーション又は処理チャンバーも含まれており、このエンドステーション又は処理チャンバーに、レーザービーム及びイオンビームが導かれる１つ又は複数の加工物が保持されている。また、インサイチュー監視システムの検出器には、１つ又は複数のレンズ、フィルター、及びスリットを含んでり、このスリットは、検出器に結像される散乱光を通過させると共に、光源（例えば、レーザー光源）による鏡面反射光を遮蔽して検出器の飽和を回避するために、直線移動の方向に揃うように設けられている。本発明の一実施形態では、散乱光による測定信号の最大化、検出視野角の改善、及び検出解像度の増大のために、レーザー光源に対して互いに反対側の位置に取り付けられた一対の検出器を備えている。

本発明の別の態様に従って、インサイチュー粒子検出及び／又は監視システムを有する１次元走査又は２次元走査方式の枚葉式加工物システムが開示される。この監視システムは、加工物の少なくとも一部に照明ビームを供給するように構成された光源と、加工物の照明された部分からの散乱光を捕捉するために適した検出器とを含んでいる。散乱光に基づいて、システム中の粒子の存在に関する結論を下すことができる。

本発明の１つ又は複数の態様に従って、回転ディスク型バッチ式イオン注入装置において、１つ又は複数の加工物上の汚染粒子を検出するために適したインサイチュー監視システムが開示される。このシステムは、イオンビームを形成してそのイオンビームをエンドステーション内に保持される１つ又は複数の加工物に向けて下流側へ導くイオン注入装置と、イオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子または構造物を検出するために適したインサイチュー監視システムとを含んでいる。また、インサイチュー監視システムは、エンドステーション内に保持された１つ又は複数の加工物と、加工物を回転移動させると共に半径方向の走査位置に対応するエンコーダのカウント数を供給する回転走査搬送部と、加工物を往復直線移動させると共に直線方向の走査位置に対応するエンコーダのカウント数を供給する直線走査搬送部とを含んでいる。インサイチュー監視システムは、さらに、１つの加工物の一部に、固定された照明ビームを供給する光源と、加工物の照明された一部からの散乱光を捕捉するための検出器とを含んでいる。また、インサイチュー監視システムは、照明された加工物から検出された散乱光の強度を解析し、回転走査搬送の位置及び直線走査搬送の位置に関するエンコーダのカウント数から一意的に決定される加工物上の位置に対応させて、検出された散乱光を位置付けるための処理装置を含んでいる。

以下、添付図面を参照して本発明を説明する。全体を通じて、同様の構成要素には同様の符号を付して参照する。各図面および以下の説明は、例示的なものであって本発明を限定するものではない。したがって、例示されたシステム及び方法の変形例、並びに、本明細書に例示された実施形態とは異なる他の実施形態は、本発明及び添付請求項の範囲内に含まれるものである。

本発明は、イオン注入システムにおいて、例えば、イオン注入における汚染粒子の発生源及び発生要因を判別するために、１つ又は複数の加工物上の粒子又は他の検出可能な構造物及び検出可能な量によって発生する（例えばレーザー光源のような光源による）散乱光を、イオン注入の間に検出することに関する。本明細書には、レーザー光源のような光源によって照明された加工物（例えば、ウエハ）からの散乱光を検出するための、複数の配置構成が開示される。例えば、検出された散乱光の強度又は光子数は、各ウエハ上の照明スポットのＸ−Ｙ位置に対応させて位置付けられる。そして、例えばコンピュータのような処理装置によって、粒子、構造物、又は加工物の温度プロファイルに相当する検出散乱光のパターンが解析される。ウエハは、回転及び周期的な往復又はその他の移動により、固定されたレーザービーム下を通過することで、各ウエハのすべての部分が照明される。これによって、処理チャンバー又はエンドステーションの１箇所で完全な監視を実施しながら、別の箇所でイオン注入を実施することができる。したがって、余分な操作コストをかけることなく又はその操作に固有の汚染リスクを回避しつつ、監視時間を有利に節約することができる。

解析されたパターン情報及び／又は粒子検出データを使用して、さらに、システムの保護動作を実施するか、あるいは、ウエハ上に検出された粒子が臨界的なしきい値であった場合には、イオン注入動作を遮断するようにフィードバックをかけることができる。本発明のこの動作により、浪費される余分な時間および資源を低減することができる。

本発明の一態様では、本発明に係るシステムは、粒子のトラブルシューティング手順に関連して使用することができる。すなわち、１つ又は複数の構造的変数又は注入処理の変数を変化させ、それに伴う粒子発生を監視することによって、特定の物理変数又は処理変数が粒子発生の要因であるか否かを判別することができる。さらに、汚染粒子のサイズを確定する分類手順と併用することによって、様々な粒子発生の態様または要因を調査及び／又は確認することができる。

図１を参照すると、本発明の１つ又は複数の態様を実装するために好適なイオン注入及び監視システム１００が、ブロック図の形式で示されている。このシステム１００は、イオンビーム１０４の形で引き出すことができる多数のイオンを生成するためのイオン注入装置１０２を含んでいる。イオン注入装置１０２には、通常、イオンを生成するためのガス源を有するイオン源と、ガスからのイオン生成を促進するエネルギー源とが含まれる。

イオン注入システム１００は、さらにエンドステーション１１０を含んでいる。エンドステーション１１０は、ビームラインアセンブリ（図示は省略する）を通じて導かれるイオンビーム１０４を受け入れると共に、イオンビーム１０４による注入のための、例えば半導体ウエハのような１つ又は複数の加工物（図示は省略する）を支持するものである。エンドステーション１１０は、ターゲット走査システム（図示は省略する）を含み、このターゲット走査システムは、ターゲットとなる１つ又は複数の加工物とイオンビーム１０４とを相対的に移動又は走査するものである。ターゲット走査システムは、例えば、所与の状況、動作パラメータ、及び／又は目的に応じて、バッチ式のイオン注入又はシリアル式のイオン注入に適したものとすることができる。尚、本明細書に記載した例において、エンドステーションという用語が使用されるが、この用語は、任意のタイプの注入処理チャンバーを含む広い意味に解釈すべきものとして用いられており、そのような処理チャンバーは、すべて本発明の範囲に含まれるものである。

エンドステーション１１０には、さらに、インサイチュー監視システム１２０が動作上結合しており、インサイチュー監視システム１２０は、本発明に従って、イオン注入の間に、例えば、１つ又は複数の加工物上の粒子、構造物、又は温度を検出するものである。インサイチュー監視システム１２０は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）又はフォトダイオード（図示は省略する）を含むものであってもよく、それによって、ウエハが走査されて、固定された照明ビーム（図示は省略する）を通過する際に、１つ又は複数のウエハ上の照明されたスポットからの散乱光の強度を検出するように動作可能となる。検出された散乱光は、本発明の１つ又は複数の態様に従って、操作者による粒子の判別のために表示されるものであっても、又は、粒子に相当する光のパターンを判別するために、（例えば、図示しない処理装置により）解析されるものであっても、あるいはそれらの両方が実施されるものであってもよい。インサイチュー監視システム１２０は、その動作の一例として、イオン注入の間に動作可能なものであるが、本発明に従って、イオン注入の前、イオン注入の間、又はイオン注入の後に監視を実施することもできる。加えて、バッチ式のイオン注入システムの場合、粒子の解析用に試験用の１つのブランクウエハが使用されるものであっても、ウエハ上に形成された構造物の作用等により重畳される散乱について考慮することにより、すべての製品用ウエハについて交替で粒子の評価を実施することができる。

図２は、本発明の１つ又は複数の態様を実装するために好適なイオン注入及び監視システム２００を、より詳細に示すブロック図である。このシステム２００は、イオンビーム２０４の形で引き出すことができる多数のイオンを生成するためのイオン注入装置２０２を含んでいる。イオン注入装置２０２は、イオンを生成するためのガス源を有するイオン源と、ガスからのイオン生成を促進するエネルギー源とが含んでいてもよい。

イオン注入システム２００は、さらに、エンドステーション２１０を含んでいる。エンドステーション２１０は、ビームラインアセンブリ（図示は省略する）を通じて導かれるイオンビーム２０４を受け入れると共に、イオンビーム２０４による注入のための、例えば半導体ウエハのような１つ又は複数の加工物（図示は省略する）を支持するものである。エンドステーション２１０は、ターゲット走査システム（図示は省略する）を含み、このターゲット走査システムは、ターゲットとなる１つ又は複数の加工物とイオンビーム１０４とを相対的に移動又は走査するものである。ターゲット走査システムは、例えば、所与の状況、動作パラメータ、及び／又は目的に応じて、バッチ式のイオン注入又はシリアル式のイオン注入に適したものとすることができる。

さらに、エンドステーション２１０には、インサイチュー監視システム２２０が動作上結合しており、インサイチュー監視システム２２０は、本発明に従って、イオン注入の間に、例えば、１つ又は複数の加工物上の粒子、構造物、又は温度を検出するものである。インサイチュー監視システム２２０は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）又はフォトダイオード（図示は省略する）を含むインサイチュー粒子検出器２２５を含むものであってもよく、それによって、ウエハが走査されて、固定された照明ビーム（図示は省略する）を通過する際に、１つ又は複数のウエハ上の照明されたスポットからの散乱光の強度を検出するように動作可能となる。

検出された散乱光は、本発明の１つ又は複数の態様に従って、Ｘ−Ｙ走査の移動データに対応させて位置付けられ、操作者による粒子の判別のために表示されるものであっても、又は、粒子２３２又はウエハ２３６上の他の構造物２３４に相当する光のパターンを判別するために、処理装置又はコンピュータ２３０により解析されるものであっても、あるいはそれらの両方が実施されるものであってもよい。インサイチュー監視システム２２０は、その動作の一例として、イオン注入の間に監視又は粒子２３４の検出動作が可能なものであるが、本発明に従って、イオン注入の前、イオン注入の間、又はイオン注入の後に監視を実施することもできる。

本発明のさらなる態様に従って、Ｘ−Ｙ走査の移動データは、走査用ロータリエンコーダのカウント数及び走査用リニアエンコーダのカウント数から取得される。回転駆動（走査）用モータ２４０により、例えば回転ディスク型イオン注入装置のエンドステーション２１０中のディスク（図示は省略する）が回転する。回転駆動用モータ２４０に取り付けられたロータリエンコーダ２４５は、例えばウエハのＸ方向への移動２４７を表すカウント数２４６を供給する。直線駆動（走査）用モータ２５０により、例えば回転ディスク型イオン注入装置のエンドステーション２１０中のディスク（図示は省略する）は、直線的に移動する。直線駆動用モータ２５０に取り付けられたリニアエンコーダ２５５は、例えばウエハのＹ方向の移動２５７を表すカウント数２５６を供給する。あるいは、所望の場合、エンコーダ２４５、２５５は、極座標の形式におけるｒ（動径）とθ（偏角）を供給するものであってもよく、又はその他の形式の座標値を供給するものであってもよい。

本発明に係る処置装置又はコンピュータ２３０は、ウエハのＸ−Ｙ方向の移動（それぞれ、２４７及び２５７）を表すロータリエンコーダのカウント数２４６及びリニアエンコーダのカウント数２５６に対応させて、検出された散乱光を位置付けるものである。そして、コンピュータ２３０は、ウエハ２３６を表す画像データの画素群として、散乱光及び移動データのマップを表示する。コンピュータは、本発明の別の態様に従って、ウエハの画像データを解析して粒子２３２、構造物２３４、又はウエハの温度マップに相当する光のパターンを識別及び／又は計数する。本発明の別の態様では、粒子数を判別する解析を使用して、例えば、警告２６０を発生させるものであってもよく、又は、例えば任意のウエハ又はウエハの領域における許容可能な粒子数を超過した場合に、システムを遮断する別のシステム保護動作を発動するものであってもよい。

加えて、処理装置２３０は、検出された粒子を散乱光の強度に基づいて複数のカテゴリに分類するように動作するものであってもよい。例えば、ベースラインとなる散乱手順を実施することによって、多くの既知の粒子（例えば、既知のサイズのポリスチレン球）について、その粒子の散乱光が検出される範囲を調査して特定することができる。そして、本システムにおいて粒子が検出されたときに、散乱光の強度を識別することができ、その強度が予め特定された範囲内にある場合には、検出された粒子とその範囲内にある既知の粒子とが相関するという結論を下すことが可能である。すなわち、正確に同じサイズではないものの、粒子が同等の散乱プロファイルを与えることを結論することができ、そこから粒子のサイズを推定することができる。

図３は、イオン注入システム３００の構成要素及び作用を示す図であり、イオン注入システム３００は、本発明に従って使用されるインサイチュー監視システムと、イオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するために使用される図１及び図２のシステムを有するものである。イオン注入及び監視システム３００は、エンドステーション３１０中に保持される１つ又は複数の加工物３０８に向けてイオンビーム３０４を導くイオン注入装置３０２と、インサイチュー監視システム３２０とを含んでいる。インサイチュー監視システム３２０は、光源３２２（例えば、レーザー装置）を含んでおり、例えば光ファイバー３２４を通じて、エンドステーション３１０中に保持される１つ又は複数の加工物３０８に向けてレーザービーム３２３を導くものである。

インサイチュー監視システム３２０のレーザービーム３２３は、１つの加工物３０８上のスポットを照明して散乱光３２６を発生させ、その散乱光は、検出器アセンブリ３２８によって受光される。検出された散乱光３２６の信号は、コンピュータ処理装置３３０による表示及び解析のために、さらに、検出器インターフェイス３２９によって調整されるものであってもよい。図１及び図２を参照して上述したように、処理装置３３０は、検出された散乱光をＸ―Ｙ走査の移動データに対応させて位置付け、検出光のパターンを表示する。そして、操作者及び／又は処理装置３３０は、検出光のパターンを解析し、粒子３３２又はウエハ３３６上のその他の構造物３３４に対応する光のパターンを識別する。インサイチュー監視システム３２０は、本発明に従って、イオン注入の間に、例えば、１つ又は複数の加工物３０８上の粒子、構造物、又は温度を検出するように動作可能なものである。システム３２０は、その動作の一例としてイオン注入の間に粒子３３４を監視又は検出可能なものであるが、本発明に従って、イオン注入の前、イオン注入の間、又はイオン注入の後に監視を実施することもできる。

イオン注入及び監視システム３００のイオン注入装置３０２は、さらに、イオンビーム３０４の形で引き出すことができる多数のイオンを生成するためのイオン源３４０を含んでおり、イオンビーム３０４は、ビームラインアセンブリ３４２を通じてエンドステーション３１０に導かれる。エンドステーション３１０は、イオンビーム３０４による注入のための、例えば半導体ウエハのような１つ又は複数の加工物３０８を支持するものである。エンドステーション３１０は、ターゲット走査システムを含んでおり、このターゲット走査システムは、ターゲットとなる１つ又は複数の加工物３０８とイオンビーム３０４とを相対的に移動又は走査するものである。例えば、本発明の一実施形態では、回転ディスク型のウエハ支持部３５２を用いて、回転走査移動３５４によりウエハを搬送し、固定されたイオンビーム３０４及び固定されたレーザービーム３２３を通過する全てのウエハを走査するものである。また、ウエハの全体をカバーするために、エンドステーション中の１つ又は複数の加工物３０８に対して、直線移動３５６による搬送も実施される。ターゲット走査システムは、例えば、所与の状況、動作パラメータ、及び／又は目的に応じて、バッチ式のイオン注入又はシリアル式のイオン注入に適したものとすることができる。

本発明に係るインサイチュー監視システム３２０は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）又はフォトダイオード（図示は省略する）を含む１つ又は複数のインサイチュー粒子検出器２２５を含むものであってもよい。検出器３６０は、フランジ３６２に保持されており、１つ又は複数の加工物３０８が走査されて、照明用の固定されたビーム（例えば、レーザービーム）を通過する際に、加工物３０８上の照明されたスポットからの散乱光３２６の強度を検出するものである。本発明の例示的な実施形態では、ウエハ３０８は、ウエハ支持部３５２の回転平面に対してゼロではない角度を有して保持されており、レーザービーム３２３に対して直交するものではない。ウエハがゼロではない角度を有する（ウエハ３０８とレーザービーム３２３とが直交しない）場合、検出器３６０には、鏡面反射されたレーザー３６４を遮蔽すると共に、散乱光３２６を検出器３６０へと通過させる窓としても機能するスリットを要するものである。

本発明の別の態様に従って、インサイチュー監視システムは、ウエハ支持部３５２の回転平面に対してほぼゼロの角度を有するように配置されたウエハを含むものであってもよい。このような例では、所望の場合、散乱光を検出するために、検出器３６０中に略円形のアパーチャを使用することができる。このような代替的な配置構成は、本発明の範囲に含まれるものである。

検出器用のフランジ３６２の下方において、検出器アセンブリ３２８の一部とウエハ３０８を含む回転ディスク型ウエハ支持部３５２の全体は、真空処理チャンバー３６５内に密閉されている。検出器アセンブリ３２８は、鏡面反射されたレーザ３６４を減衰させるレーザービームトラップ又はビームダンプ３６６も含んでおり、これがない場合には、真空処理チャンバー３６５内の反射光が検出値に対して圧倒的な影響を及ぼすものとなる。

図４及び図５には、図１〜図３に示した本発明の１つ又は複数の態様を実装し、イオン注入の間に加工物上の粒子及び他の構造物、及び温度をインサイチュー監視又は検出するために好適なイオン注入システム４００、５００がそれぞれ例示されている。以下、本発明に係るインサイチュー監視のための例示的なシステムの背景的な基本構成を明らかにするために、これらのイオン注入システムの詳細について説明する。

図４には、本発明の１つ又は複数の態様を実装するために好適なイオン注入システム４００が、詳細に図示されている。尚、図４には、低エネルギーシステムが図示されているが、このイオン注入システム４００は一例として掲げるものであって、本発明は、様々なタイプのイオン注入システムに適用可能であり、そのような変形例は、本発明の範囲に含まれるものである。イオン注入システム４００は、イオン源４０２、ビームラインアセンブリ４０４、及びターゲットステーション又はエンドステーション４０６を含んでいる。エンドステーション４０６とビームラインアセンブリ４０４とは、ステンレス鋼製の展開可能なベローズアセンブリ４０８によって連結されており、それによって、エンドステーション４０６をビームラインアセンブリ４０４に対して移動させることができる。

イオン源４０２は、プラズマチャンバー４１０及びイオン励起アセンブリ４１２を含む。イオン化可能なドーパントガスにエネルギーが付与されて、プラズマチャンバー４１０内にイオンが発生する。通常は、正イオンが発生するが、本発明は、イオン源４０２によって負イオンを発生させるシステムに適用することもできる。正イオンは、複数の電極４１４からなるイオン引出アセンブリ４１２によって、プラズマチャンバー４１０中のスリットを通じて引き出される。イオン引出アセンブリ４１２は、プラズマチャンバー４１０から正イオンのビーム４１６を引き出して、引き出されたイオンをビームラインアセンブリ４０４内へ、より詳しくは、ビームラインアセンブリ４０４の質量分析磁石４１８内へ加速するものである。

質量分析磁石４１８は、側壁４２４を有する金属（例えば、アルミニウム）製のビームガイドによって形成される通路４２２内の、曲線状のビーム経路４２０を含んでおり、質量分析磁石内は、真空ポンプ４２６により排気されている。ビーム経路４２０に沿って伝播するイオンビーム４１６において、不適切な質量対電荷比を有するイオンは、質量分析磁石４１８により発生する磁界の作用によって排除される。制御用電子装置４２８は、この双極子磁界の強さ及び方向を調整すると共に、他の必要な制御を実施するものである。この磁界は、磁石用コネクタ４３０を通じて質量分析磁石４１８の界磁巻線を流れる電流によって制御される。制御用電子装置４２８は、イオン注入システム４００の全体的な制御のための処理装置及び／又はコンピュータシステムを含むものであってもよい。

イオビーム４１６は、この双極子磁界によって、イオン源４０２付近の第１軌道又は入口軌道４３２から、通路４２２の出射端付近の第２軌道又は出口軌道４３４へと、曲線状のビーム経路４２０に沿って移動する。イオンビーム４１６の、不適切な質量対電荷比を有するイオンからなる部分４３６、４３８は、曲線状の軌道からビームガイドの側壁４２４へと偏向される。このようにして、質量分析磁石４１８により、所望の質量対電荷比を有するイオンビーム４２０中のイオンのみが、通路４２２内を完全に通過可能となるものである。

また、ビームラインアセンブリ４０４は、加速装置４４０を含んでいる。加速装置４４０は、複数の電極４４２を含んでおり、これらの電極は、イオンを加速及び／又は減速すると共に、イオンビームを集束、屈曲、及び除染するように配置されかつバイアス電圧が印加されている。加速装置は、イオンビームのサンプル電流を検出するためのファラデーカップ４４４のような線量計を含むものであってもよい。また、プラズマシャワー４４８を供給して（正）電荷を中性化するプラズマ源４４６が含まれていてもよく、これがない場合には、（正に）帯電したイオンビーム４１６が注入される結果、ターゲットとなる加工物上に（正）電荷が蓄積されることになる。さらに、加速装置４４０を排気する真空ポンプ４５０を含むものであってもよい。

加速装置４４０の下流側は、エンドステーション４０６である。エンドステーションは、ウエハ支持部又はディスク４５２を含んでおり、１つ又は複数のウエハ４５４又は処理される他の加工物が、このディスク上に取り付けられている。ウエハ支持部４５２は、イオンビームの方向に対して略直交するターゲット平面内に存在するものであるが、図示及び記載された向きとは異なる角度を有するように向き付けられていてもよい。また、ウエハ支持部は、例えば、イオンビームを横切るようにウエハを移動させることができるアーム機構であってもよく、又は、回転するディスクであってもよい。図４には、エンドステーション４６０のモータ４５６によって回転する、ディスク型のウエハ支持部４５２が図示されている。したがって、イオンビームは、支持部に取り付けられて円形の経路に沿って移動しているウエハに衝突するものである。エンドステーション４０６は、イオンビームのビーム経路４０６とウエハ４５４との交点４５８回りに回転するものであり、それによって、ターゲット平面は、この交点４５８回りに調整される。

イオン注入システム４００は、さらに、監視システムを含んでおり、この監視システムは、例えば、イオン注入の前、イオン注入の間、又はイオン注入の後に、１つ又は複数のウエハ４５４又は他の加工物上の粒子、構造物、及び他の検出可能量を検出する検出器アセンブリ４７０を有している。監視システム４７０は、例えば、処理チャンバー上のイオンビーム経路４６０から回転位置上反対側に取り付けられるものであってもよく、又は、反対側とは異なる角度を有する位置に取り付けられるものであってもよい。監視システム４７０は、例えばレーザー光源である光源４７２を含んでおり、このレーザー光源４７２は、光ファイバー４７３によって、回転する支持ディスク４５２上に取り付けられた１つ又は複数のウエハ４５４又は他の加工物に向かう指向性を有するように構成されている。

また、検出器アセンブリ４７０は、本発明に従って、１つ又は複数の検出器４７４も含んでおり、この検出器は、レーザー光４７２によって照明されたウエハ４５４上のスポットからの散乱光を受光するものである。イオン注入の間に、ウエハ支持部４５２上に取り付けられたウエハ４５４が、回転してレーザー光４７２のビーム下を通過することによって、ウエハ４５４の全表面から散乱された光が検出される。本発明の別の態様では、その後、検出された散乱光は、例えば処理装置又はコンピュータを使用して、各ウエハについてのＸ−Ｙ移動のエンコーダの位置に対応させて位置付けられ、画像表示されるか、又は、粒子もしくは他の構造物が解析されるか、あるいは、その両方が実施される。

図５には、本発明の１つ又は複数の態様に従って、イオンビームのビーム電流が変調可能なイオン注入システム５００が図示されている。このイオン注入システムは、イオンビーム源アセンブリ５０２を含んでおり、このイオンビーム源アセンブリは、イオンを発生させ、それを経路に沿って加速してイオンビーム５０４を形成するものである。ビーム５０４中のイオンは、イオンビーム源アセンブリ５０２からの経路を通過して、注入ステーション５０６において加工物又はウエハ５２６（例えば、シリコンウエハ）に衝突する。典型的な注入ステーションの一例では、シリコンウエハ５２６に衝突するイオンビーム５０４によって、特定のイオン粒子が導入され、ウエハ５２６にドープされる。

図示の例では、イオンビーム５０４が通過する経路はほぼ固定されている。イオンの注入線量に対する制御は、部分的には、イオンビーム５０４を横切るシリコンウエハ５２６の移動を選択することによって維持される。イオンビーム源アセンブリ５０２は、例えばマイクロ波発生器及び／又はフィラメントを使用して、イオン発生チャンバー又はアークチャンバー５０８内の自由電子を励起する。これらの電子は、アークチャンバー内に注入されたガス分子に衝突し、それによって、イオンが発生する。発生したイオンは、引出／抑止電極５１０により、アークチャンバー５０８から加速されてイオンビーム５０４に形成される。注入チャンバー５０６に入るイオンは、部分的には引出／抑止電極５１０の作用により、例えば、最大約９０ＫｅＶの初期エネルギーを有するものである。

イオンビーム５０４は、排気された経路を通じて、注入ステーション５０６へと伝播する。経路の排気は、真空ポンプ５１２、５１４によって実施される。イオンビーム５０４を構成するイオンは、帯電したイオンを注入ステーション５０６へ向けて偏向させる分析磁石５２０に入る。多価イオン及び不適切な原子番号を有する化学種からなるイオンは、分析磁石５２０によって設定される磁界との相互作用により、ビーム５０４から取り除かれる。分析磁石５２０と注入ステーション５０６との間の領域を伝播するイオンは、注入ステーション５０６においてウエハ５２６に衝突する前に、加速電極５２２によってさらに高エネルギーに加速される。プラズマ源５１６は、イオンビーム５０４に対して中性化プラズマを浴びせるものであり、これがなければターゲットとなる加工物上に蓄積されていまう正電荷を低減するものである。

制御用電子装置（図示は省略する）により、注入ステーション５０６に到達する注入線量が監視され、注入ステーション５０６におけるシリコンウエハ５２６への所望のドープレベルに基づいて、イオンビームの濃度が増大又は低減される。この動作には、例えばイオンビームと交差するファラデーカップ５２４を使用して、イオンビームの線量を監視することが含まれていてもよい。注入ステーション５０６には、ウエハ５２６のための可動支持部５３２が含まれている。ウエハは、可動支持部５３２のロード動作の間に、ロボットアーム５３０によってウエハカセット５２８から引き抜かれ、ロードロック（図示は省略する）を通じて注入チャンバー５３４内に挿入される。可動支持部５３２は、モータ５４０によって中心軸５４２回りに回転し、それによって、可動支持部５２６の外縁部上に配置されたウエハは、イオンビーム５０４を横切って通過することになる。

イオンビーム源アセンブリ５０２は、イオン源ハウジング５４４を含み、イオン源ハウジングの周りには、イオン源磁石が配置されている。図示の例では、イオン源磁石は、複数の構成要素５４６ａ，５４６ｂからなり、これらは、例えば、電磁石のヨーク５４４ａ及びコイル５４４ｂに対応するものである。１組の接地電極５５０及びもう１組の電極５５２は、分析磁石５２０に入る前のイオンビーム５０４を閉じ込めるために有用なものである。同様に、不要なイオンを遮蔽してイオンビーム５０４の閉じ込めを維持するために、さらに別の１組の電極５５４、分解アパーチャを形成する１組のプレート５５６、及び後続の１組の電極５５８を含めることができる。

イオン源アセンブリ５０２に密接に関連付けられた１つ又は複数の構成要素と共に、イオン源アセンブリ５０２の下流側の１つ又は複数の構成要素を選択的に制御することによって、ビーム電流を変調して、所望のイオン注入を達成することができる。例えば、引出／抑止電極５１０、接地電極５５０、電極５５２、電極５５４、プレート５５６、及び電極５５８に印加される電圧を選択的に調整して、ビーム電流を変調することができる。同様に、イオン源磁石５４６及び中性化プラズマ源５１６を選択的に調整することによって、ビーム電流を変調することもできる。

イオン注入システム５００は、さらに、監視システムを含んでおり、この監視システムは、例えば、イオン注入の前、イオン注入の間、又はイオン注入の後に、１つ又は複数のウエハ５２６又は他の加工物上の粒子、構造物、及び他の検出可能量を検出する検出器アセンブリ５７０を有するものである。監視システム５７０は、イオンチャンバー５３４内の可動ウエハ支持部５３２上のイオンビーム経路５０４から、回転位置上反対側に取り付けられるものであってもよく、又は、反対側とは異なる角度を有する位置に取り付けられるものであってもよい。監視システム５７０は、例えばレーザー光源５７２である光源５７２を含んでおり、このレーザー光源５７２は、光ファイバー５７３によって、回転するウエハ支持部５３２上に取り付けられた１つ又は複数のウエハ５２６又は他の加工物に向かう指向性を有するように構成されている。

また、検出器アセンブリ５７０は、本発明に従って、１つ又は複数の検出器５７４も含んでおり、この検出器は、レーザー光５７２によって照明されたウエハ５２６上のスポットからの散乱光を受光するものである。イオン注入の間に、ウエハ支持部５３２上に取り付けられたウエハ５２６が、回転してレーザー光５７２のビーム下を通過することによって、ウエハ５２６の全表面から散乱された光が検出される。本発明の別の態様では、その後、検出された散乱光は、各ウエハについてのＸ−Ｙ移動のエンコーダの位置に対応させて位置付けられ、画像表示されるか、又は、粒子もしくは他の構造物が解析されるか、あるいは、その両方が実施される。本発明の別の態様では、その後、検出された散乱光は、例えば処理装置又はコンピュータを使用して、各ウエハについてのＸ−Ｙ移動のエンコーダの位置に対応させて位置付けられ、画像表示されるか、又は、粒子もしくは他の構造物が解析されるか、あるいは、その両方が実施される。但し、このような位置エンコーダの使用は一例であって、欠陥の位置は、他の方法、例えば、光学式位置検出器を使用して判別するものであってもよい。

図３〜図５のイオン注入システムは、バッチ式のシステムを示すものであるが、本発明は、１次元又は２次元の加工物搬送システムを使用した枚葉式のシステムと共に使用することもできる。例えば、いわゆるペンシルビーム型のシステムでは、イオンビームが加工物に亘って２次元的に走査することで、加工物全体を効率的に描画してイオン注入を実施するように、加工物を移動させることができる。あるいは、いわゆるリボンビーム型のシステムを使用して、イオンビーム又は加工物のいずれかを互いに１次元的に走査又は移動させ、同様の描画作用を得ることができる。

加えて、本発明の一態様では、単一の光源を備えるものとしたが、代わりに、複数の光源を使用して、それぞれの光源が、加工物の所定の区画又は部分を照明するものであってもよい。また、別の配置構成では、加工物（試験用加工物又は製品用加工物）の一部の領域に向けられた１つ又は複数の光源を用い、その領域に関して確定された任意の粒子数情報を使用することによって、ウエハ全体の粒子数を概算するものであってもよい。また、本発明の一態様では、検出された粒子に関する位置情報を供給するものであるが、本発明は、収集される粒子数情報に関する位置情報を伴うことなく、粒子数情報を収集する例に対して適用することもでき、そのような代替例は、本発明の範囲に含まれるものである。

図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、図１〜図５に示したような本発明の１つ又は複数の態様を実装するインサイチュー監視システムにおける、例示的な検出器アセンブリ６００の側断面図、正面図、上断面図をそれぞれ示した図である。

さらに、図７〜図１２は、イオン注入装置及びインサイチュー監視システムを様々な面から示す図であり、ウエハ、ウエハ支持部、及びイオン注入とインサイチュー監視が実施されるチャンバーとの関連において、検出器アセンブリ６００が示されている。図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃに示す検出器アセンブリ６００は、１つ又は複数の（例えば、２つの）検出器６１０を含んでおり、この検出器は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）６１１を含み、それによって、１つのウエハ６０８上の照明されたスポットからの散乱光６１２を検出するものである。それぞれの検出器６１０は、検出器取付部６１４によって、ウエハ６０８上のスポットを照明するレーザービーム６１８の両側に、互いに補完し合うような入射角度で取り付けられている。レーザービーム６１８は、例えば光ファイバー６２０（又は他の手段）によってウエハ６０８の表面に向けられ、回転するウエハ支持部５３２のイオンビーム５０４の反対側において、レーザビーム下を回転方向及び直線方向に走査されて通過するウエハ６０８上にスポットを形成するものである。

２つの検出器６１０は、その動作によって、信号を最大化し、散乱光６１２の検出解像度を向上するための第２の視角を形成し、及び、入射するレーザービーム６１８又は鏡面反射されたレーザー６２４の軸外での検出を実施するために使用される。鏡面反射されたレーザー６２４は、レーザービームトラップ（又はレーザービームダンプ）６２８によって捕捉され、それによって、エンドステーションのチャンバー６０２内での反射によって、不要な背景光により検出器６１０での検出が不能になることが回避される。検出器６１０は、ＰＭＴフランジ６３０によって検出器取付部６１４に保持される。検出される粒子又は構造物は、レーザービーム６１８よりもずっと小さい場合があるため、レーザービーム６１８前をウエハ６０８が複数回通過するように走査して、任意の特定の瞬間における散乱光の検出機会を増加させることによって、検出解像度を向上させるものである。加えて、処理装置（例えば、３３０）は、複数回の散乱光検出において、１箇所に位置付けされた粒子に対応する検出結果中の信号を結合し、ピーク値を探索するように解析するものであってもよい。

例示した検出器アセンブリ６００の２つの検出器６１０は、ウエハ６０８上の照明されたレーザースポットからの散乱光６１２を捕捉する。散乱光６１２は、レンズハウジング６３６に保持された第１レンズ６３４によってコリメートされ、次いで、不要な波長を除去するフィルター６３８を通過して、第２レンズ６４０によって集光されてスリット６４４によるマスクを通過し、ＰＭＴハウジング６４８に保持された検出器ＰＭＴ６１１内に入る。一例として、アパーチャではなくスリット６４４を使用するのは、ウエハの直線方向の走査の両端からの光を通過させることができるためである。有利なことに、このスリットは、鏡面反射されたレーザー６２４を遮蔽しつつ、検出のための散乱光６１２を通過させるものである。このように、検出器アセンブリは、任意に選択可能な付随する光学要素を備えた検出器を有するものと考えることができる。

例示した検出器アセンブリ６００は、さらに、光ファイバーのヘッド部６５８を、光ファイバー６２０の動きに対してほぼ固定するように保持する光ファイバー用クランプ６５４を含んでおり、これによって、レーザービーム６１８を、ウエハ６０８上の所定のスポットを照明するものである（図６Ｃ参照）。検出器アセンブリ６００のビームトラップ６２８は、さらに、鏡６５０を含んでおり、この鏡は、鏡面反射されたレーザー６２４をビームトラップ６２８内の窓（８０４として後に示す）を通じて、ＮＤフィルター（neutral density filters）６５９へと反射する。ＮＤフィルター６５９は、入射方向に対して大きな角度を有するように保持されており、内部反射の度に鏡面反射されたレーザー６２４のエネルギーを減衰又は吸収するものである。

この例において、図示されたように、検出器アセンブリ６００のチャンバー側に設けられたアパーチャハウジング６６４中に密閉された３つのアパーチャ６６０を検出器と共に使用して、ウエハ６０８に照射するレーザービームの形状を整形するものであってもよい。

図７及び図８は、図４及び図５に示したシステムと同様の回転ディスク型バッチ式イオン注入システムで使用される、例示的なインサイチュー監視システムを備えたエンドステーション７００の様々な構成要素を示す透視図である。インサイチュー監視システムを備えたエンドステーション７００は、本発明の１つ又は複数の態様に従うイオン注入の間に、１つ又は複数の加工物６０８上の粒子を検出するための、図６に示す検出器アセンブリと同様の検出器アセンブリ６００を含んでいる。図７及び図８は、例示的なウエハアセンブリ７１０を示すものであり、このウエハアセンブリは、イオン注入用エンドステーション（例えば、３１０、５０６）の真空チャンバー７４０内に、最大で１３個のウエハ６０８を保持する可動ウエハ支持部を含んでいる。検出器アセンブリ６００は、前述したように、イオンビームの反対側に取り付けられているが、所望の場合には、他の位置に配置することもできる。

図９及び図１０は、図６〜図８に示す本発明の１つ又は複数の態様に従うインサイチュー監視システムの構成要素に対応する検出器アセンブリ６００を示す透視図である。図９及び図１０には、検出器６１０に対するビームトラップ６２８の方向と、ビームトラップが、レーザーにより照明されたウエハ６０８の表面から鏡面反射されたレーザー６２４を捕捉するために、検出器同士の間に配置されていることが、より明確に示されている。鏡面反射光６２４は、ビームトラップの鏡６５０で反射され、ビームトラップ６２８の窓８０４を通過して、ビームトラップ６２８内の、レーザー光のエネルギーを吸収する２つのＮＤフィルター６５９の間に入射する。図１０に示すように、検出器アセンブリ６００のチャンバー側に、３つのアパーチャ６６０を密閉するアパーチャハウジング６６４が設けられていてもよく、それによって、ウエハ６０８に照射されるレーザビームの形状を整形することができる。

図１１には、図９及び図１０に示す検出器アセンブリ６００で使用される例示的なＰＭＴ検出器６１０の透視図が示されており、この検出器は、本発明の１つ又は複数の態様に従って、散乱光６１２を検出するものである。ＰＭＴ検出器６１０は、ＰＭＴ６１１、散乱光６１２をＰＭＴ検出器６１１へ導くための光学要素の積層体（柱体）、及び、様々な構成要素を密閉してＰＭＴをチャンバー７４０内の真空に対してシールする取付用ハードウェアを含んでいる。上述したように、検出器アセンブリ６００には、検出器６１０と共に、次に詳述するような、任意に選択可能な付随する光学要素が含まれている。

ＰＭＴ検出器６１０による検出の前に、散乱光６１２は、レンズハウジング６３６に保持された第１レンズ６３４によりコリメートされる。次いで、コリメートされた光は、不要な波長を除去するフィルター６３８を通過する。フィルター６３８は、第１スペーサ９１０と第２スペーサ９２０との間に保持されている。次いで、コリメートされかつフィルタリングされた光は、第２レンズ６４０によって集光されて、スリット６４４によるマスクを通過し、ＰＭＴハウジング６４８によって保持されたＰＭＴ６１１に入る。ＰＭＴフランジ６３０は、ＰＭＴ６１１とレンズアセンブリとを、散乱光の受光のために最良の所定の角度で取り付けると共に、チャンバー７４０に対して検出器アセンブリ６００をシールするものである。直線走査に伴ってウエハへの距離が変化するため、ウエハの直線走査の両端部からの光を通過させるために、スリット６４４が使用される。このスリットは、鏡面反射６２４を遮蔽しつつ、散乱光６１２をＰＭＴで検出することができる点で有利なものである。

図１２は、図７〜図１０に示す検出器アセンブリ６００における、本発明の１つ又は複数の態様に従う例示的なレーザービームダンプ又はレーザービームトラップ６２８を示す透視図である。前述したように、レーザービームダンプ又はレーザービームトラップ６２８は、ウエハから反射される鏡面反射光６２４を減衰させるものであり、鏡６５０により反射された光を、２つのＮＤフィルター６５９間を繰返し往復させることによって、レーザーのエネルギーを徐々に吸収するものである。このように、鏡面反射６２４を減衰させることにより、エンドステーションのチャンバー内での反射光の発生と、検出器６１０における不要なバックグランド信号の発生が阻止される。

本発明は、枚葉式イオン注入システム、複数ウエハ用のバッチ式回転ディスク型イオン注入システム、及びその他のタイプのイオン注入システムに適用されるものである。加えて、本明細書に記載されたインサイチュー監視システムは、散乱光を検出するための固定されたレーザービーム又は他の光源、及び、２軸又はそれ以上の移動軸を有する可動加工物を使用して、適用するものであってもよい。したがって、本発明の１つ又は複数の態様に従って、本明細書に記載された粒子検出、構造物検出、又は温度検出は、イオン注入の前、イオン注入の間、又はイオン注入の後に達成することができる。

以上、本発明を特定の態様及び実施形態に関連させて図示及び説明してきたが、本明細書及び添付された図面の理解に基づいて、当業者が同等な変更及び修正に想至し得ることは理解されるであろう。特に、上述した構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する上述した構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものである。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、所定の又は特定の用途のために望ましくかつ有利であるように、そのような特徴を他の態様の１つ又はそれ以上の特徴と組み合わせることもできる。さらに、「含む（include）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有している（having）」という用語は、及びそれらの変化形が発明の詳細な説明又は請求項で使用されている範囲に関して、これらの用語が、用語「含んでいる（comprising）」と同様な意味で包含的なものであることが意図されている。また、本明細書において、「例示的な（exemplary）」という用語は、単に一例であることを意味するものであり、模範的なものであることを意味するものではない。

〔発明の開示〕に記載された目的及び関連する目的を達成するために、添付図面及び以下の説明には、本発明の特定の例示的な態様及び実施形態が詳細に記載されているが、これらは、本発明の原理を使用可能な様々な態様のごく一部を示すものである。本発明の他の態様、利点、及び新規な特徴は、上述した本発明の詳細な説明を図面と共に考慮することによって、明らかになるであろう。

図１は、本発明の１つ又は複数の態様に従って、イオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するインサイチュー監視システムを有するイオン注入装置の構成要素を示すブロック図である。 図２は、本発明の１つ又は複数の態様に従って、イオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するインサイチュー監視システムを有するイオン注入装置の構成要素を、より詳細に示すブロック図である。 図３は、本発明の１つ又は複数の態様に従って、イオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するインサイチュー監視システムを有するイオン注入装置の作用的側面と構成要素とを示す断面図である。 図４は、本発明の１つ又は複数の態様に従う例示的なイオン注入及びインサイチュー監視システムを示す側断面図である。 図５は、本発明の１つ又は複数の態様に従う別の例示的なイオン注入及びインサイチュー監視システムを示す側断面図である。 図６Ａは、本発明の１つ又は複数の態様が実装される損場監視システムの例示的な検出器アセンブリを示す側断面図である。 図６Ｂは、本発明の１つ又は複数の態様が実装される損場監視システムの例示的な検出器アセンブリを示す正面図である。 図６Ｃは、本発明の１つ又は複数の態様が実装される損場監視システムの例示的な検出器アセンブリを示す上断面図である。 図４及び図５に示すシステムと同様の回転ディスク型バッチ式イオン注入システムで使用され、本発明の１つ又な複数の態様に従ってイオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子を検出する、例示的なインサイチュー監視システムのエンドステーション部分の、様々な構成要素を示す透視図である。 図４及び図５に示すシステムと同様の回転ディスク型バッチ式イオン注入システムで使用され、本発明の１つ又な複数の態様に従ってイオン注入の間に１つ又は複数の加工物上の粒子を検出する、例示的なインサイチュー監視システムのエンドステーション部分の、様々な構成要素を示す透視図である。 図７及び図８に示す本発明の１つ又は複数の態様に従うインサイチュー監視システムの構成要素に対応する検出器アセンブリを示す透視図である。 図７及び図８に示す本発明の１つ又は複数の態様に従うインサイチュー監視システムの構成要素に対応する検出器アセンブリを示す透視図である。 図９及び図１０に示す検出器アセンブリにおいて、本発明の１つ又は複数の態様に従って散乱光を検出するための例示的なＰＭＴ検出器及び光学要素を示す透視図である。 図７〜図１０に示した検出器アセンブリにおいて、本発明の１つ又は複数の態様に従って鏡面反射レーザー光を減衰させるための例示的なレーザービームダンプを示す透視図である。

Claims (58)

1. １つ又は複数の加工物へのイオン注入における使用及び前記加工物上の粒子の検出に適したイオン注入システムであって、
   イオンビームを形成し、該イオンビームを、エンドステーション内に保持される前記１つ又は複数の加工物に向けて下流側へ導くイオン注入装置を含んでおり、
   該イオン注入装置は、
   前記加工物を回転移動させると共に、半径方向の走査位置に対応するエンコーダのカウント数を供給する回転走査搬送部と、
   前記加工物を往復直線移動させると共に、直線方向の走査位置に対応するエンコーダのカウント数を供給する直線走査搬送部と、
   前記エンドステーションに結合され、イオン注入の間に前記１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するために適したインサイチュー監視システムとを含み、
   該インサイチュー監視システムは、
   １つの前記加工物の一部に、固定された照明ビームを供給する光源と、
   前記加工物の照明された一部からの散乱光を捕捉するための検出器と、
   照明された前記加工物から検出された散乱光の強度を解析し、前記回転走査搬送部及び前記直線走査搬送部に関する前記エンコーダのカウント数から一意的に決定される加工物上の位置に対応させて、検出された前記散乱光を位置付けるために構成された処理装置と、
   を含んでいることを特徴とするイオン注入システム。
2. 前記処理装置に結合すると共に、前記加工物上の一意的な位置に対応させて位置付けられた前記散乱光のパターンを表示するための表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記処理装置は、さらに、前記加工物上の一意的な位置に位置付けられた前記散乱光を解析し、その位置が、粒子、引掻き傷、構造物、構造物の損傷、又は前記加工物の温度に相当するか否かを判別するように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 前記処理装置は、さらに、前記パターンの判別結果と、検出された粒子、引掻き傷、構造物、構造物の損傷、及び前記加工物の温度の１つのしきい値との比較に基づいて、システム警告を発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入システム。
5. 前記１つ又は複数の加工物は、１つ又は複数の半導体ウエハを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 前記光源は、レーザー光源を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
7. 前記レーザー光源は、光ファイバーを使用して、前記加工物に向かう指向性を有するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
8. 前記検出器は、前記レーザー光から散乱光の鏡面反射を消去するためのレーザービームトラップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
9. 前記処理装置は、コンピュータを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
10. 前記検出器は、光電子増倍管又はフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
11. 前記インサイチュー監視システムは、前記光源の両側に取り付けられて、前記加工物の照明された部分に向き付けられた２つの検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
12. 前記光源は、レーザー光源を含むことを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入システム。
13. 前記検出器は、前記レーザー光から散乱光の鏡面反射を消去するためのレーザービームトラップをさらに含み、該レーザービームトラップは、前記２つの検出器の間に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入システム。
14. 前記処理装置に結合すると共に、前記１つまはた複数の加工物上の一意的な位置に対応させて位置付けられた前記散乱光のパターンを表示するための表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
15. 前記イオン注入システムは、バッチ式イオン注入装置を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
16. 前記イオン注入システムは、回転ディスク型バッチ式イオン注入装置を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
17. 前記加工物は、回転移動の平面に対してゼロではない角度を有するように前記エンドステーション内に保持されており、前記検出器は、該検出器に結像される前記散乱光を通過させると共に、前記光源からの鏡面反射光を遮蔽して前記検出器の飽和を回避するためのスリットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
18. 前記検出器は、
    前記散乱光をコリメートするための第１レンズと、
    前記散乱光の不要な波長を吸収するためのフィルターと、
    前記散乱光を集光するための第２レンズと、
    前記散乱光を前記検出器へと通過させると共に、鏡面反射光を遮蔽して前記検出器の飽和を回避するためのスリットと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
19. 前記散乱光は、前記第１レンズから前記検出器へと光学的柱体内を通過し、該光学的柱体は、前記第１レンズ、前記フィルター、前記第２レンズ、前記スリット、及び前記検出器をこの順序で含んでいることを特徴とする請求項１８に記載のイオン注入システム。
20. 前記検出器は、２つの異なる検出器を含んでおり、一方の検出器は、前記加工物からの散乱光を監視し、他方の検出器は、散乱光、赤外放射、及び電磁スペクトルの波長の１つを監視することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
21. イオン注入システムの１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するためのシステムであって、
    イオンビームを形成し、該イオンビームを、エンドステーション内に保持される前記１つ又は複数の加工物に向けて下流側へ導くイオン注入装置を含んでおり、
    前記エンドステーションは、
    前記加工物を回転移動させると共に、半径方向の走査位置に対応するエンコーダのカウント数を供給する回転走査搬送部と、
    前記加工物を往復直線移動させると共に、直線方向の走査位置に対応するエンコーダのカウント数を供給する直線走査搬送部と、
    イオン注入の間に前記１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するために適したインサイチュー監視システムとを含み、
    該インサイチュー監視システムは、
    １つの前記加工物の一部に、固定された照明ビームを供給する光源と、
    前記加工物の照明された一部からの散乱光を捕捉するための検出器と、
    照明された前記加工物から検出された散乱光の強度を解析し、前記回転走査搬送部及び前記直線走査搬送部に関する前記エンコーダのカウント数から一意に決定される加工物上の位置に対応させて、検出された前記散乱光を位置付けるために適した処理装置と、
    を含んでいることを特徴とするシステム。
22. 前記処理装置に結合すると共に、前記加工物上の一意的な位置に対応させて位置付けられた前記散乱光のパターンを表示するための表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
23. 前記処理装置は、さらに、前記加工物上の一意的な位置に位置付けられた前記散乱光を解析し、その位置が、粒子、引掻き傷、構造物、又は構造物の損傷に相当するか否かを判別するように動作可能であることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
24. 前記処理装置は、さらに、前記パターンの判別結果と、検出された粒子、引掻き傷、構造物、構造物の損傷、及び前記加工物の温度の１つのしきい値との比較に基づいて、システム警告を発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
25. 前記１つ又は複数の加工物は、１つ又は複数の半導体ウエハを含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
26. 前記光源は、レーザー光源を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
27. 前記レーザー光源は、光ファイバーを使用して、前記加工物に向かう指向性を有するように構成されていることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
28. 前記検出器は、前記レーザー光から散乱光の鏡面反射を消去するためのレーザービームトラップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
29. 前記処理装置は、コンピュータを含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
30. 前記検出器は、光電子増倍管又はフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
31. 前記インサイチュー監視システムは、前記光源の両側に取り付けられて、前記加工物の照明された部分に向き付けられた２つの検出器を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
32. 前記光源は、レーザー光源を含むことを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
33. 前記検出器は、前記レーザー光から散乱光の鏡面反射を消去するためのレーザービームトラップをさらに含み、該レーザービームトラップは、前記２つの検出器の間に配置されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
34. 前記処理装置に結合すると共に、前記１つまはた複数の加工物上の一意的な位置に対応させて位置付けられた前記散乱光のパターンを表示するための表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
35. 前記イオン注入装置は、バッチ式イオン注入装置を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
36. 前記イオン注入装置は、回転ディスク型バッチ式イオン注入装置を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
37. 前記加工物は、回転移動の平面に対してゼロではない角度を有するように前記エンドステーション内に保持されており、前記検出器は、該検出器に結像される前記散乱光を通過させると共に、前記光源からの鏡面反射光を遮蔽して前記検出器の飽和を回避するためのスリットをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
38. 前記検出器は、
    前記散乱光をコリメートするための第１レンズと、
    前記散乱光の不要な波長を吸収するためのフィルターと、
    前記散乱光を集光するための第２レンズと、
    前記散乱光を前記検出器へと通過させると共に、鏡面反射光を遮蔽して前記検出器の飽和を回避するためのスリットと、をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
39. 前記散乱光は、前記第１レンズから前記検出器へと光学的柱体内を通過し、該光学的柱体は、前記第１レンズ、前記フィルター、前記第２レンズ、前記スリット、及び前記検出器をこの順序で含んでいることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
40. 前記回転走査搬送部及び前記直線走査搬送部は、ウエハに対する検出のための走査とイオン注入のための走査との複合的な移動を達成するために使用される１つ又は複数の駆動部を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
41. 前記回転走査搬送部及び前記直線走査搬送部は、検出のための走査とイオン注入のための走査に対して別の駆動部を含んでいることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
42. 前記検出器は、２つの異なる検出器を含んでおり、一方の検出器は、前記加工物からの散乱光を監視し、他方の検出器は、散乱光、赤外放射、及び電磁スペクトルの波長の１つを監視することを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
43. １つ又は複数の検出器及び光源を含むインサイチュー監視システムを有する回転ディスク型イオン注入システム内の１つ又は複数の加工物上の粒子を、イオン注入の間に検出するための方法であって、
    加工物を回転させるステップと、
    前記回転ディスク上の前記加工物に向けてイオンビームを導くことにより、前記加工物にイオンを注入するステップと、
    前記光源から前記加工物に向けて光ビームを導くことにより、前記１つ又は複数の加工物を照明するステップと、
    前記１つ又は複数の加工物からの散乱光を検出するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
44. 検出された前記散乱光を前記回転ディスク上の位置に対応させて解析し、粒子に相当する光のパターンを判別するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
45. 前記１つまたは複数の加工物上の粒子数を計数することを特徴とする請求項４４に記載方法。
46. 前記計数された粒子数と粒子数のしきい値とを比較して、イオン注入動作を停止することを特徴とする請求項４５に記載の方法。
47. 検出された前記散乱光を表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
48. 前記検出は、イオン注入動作の前に実施されることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
49. 前記検出は、イオン注入動作の後に実施されることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
50. 前記散乱光の強度を検出し、検出された前記強度に基づいて、検出粒子のサイズを推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
51. 複数の前記検出粒子を、検出粒子の推定サイズ範囲に関連付けられた複数の区分のうちの１つに分類するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
52. 前記検出粒子の分類に基づいて、１つ又は複数の粒子汚染源を調査するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
53. １つ又は複数の加工物へのイオン注入における使用及び前記加工物上の粒子の検出に適したイオン注入システムであって、
    前記１つ又は複数の加工物をイオンビームに対して走査搬送するように構成されたイオン注入装置と、
    前記１つ又は複数の加工物上の粒子を検出するために適したインサイチュー監視システムと、を含んでおり、該インサイチュー監視システムは、
    前記１つ又は複数の加工物の一部に照明ビームを供給するように構成された光源と、
    前記１つ又は複数の加工物の照明された部分からの散乱光を捕捉するように構成された検出器と、
    を含むことを特徴とするイオン注入システム。
54. 前記１つ又は複数の加工物の照明された部分から検出された前記散乱光の強度を解析するように構成された処理装置をさらに含むことを特徴とする請求項５３に記載のイオン注入システム。
55. 前記処理装置は、さらに、前記１つ又は複数の加工物に関連付けられた一意的な位置に対応させて前記散乱光を位置付けるように構成されていることを特徴とする請求項５４に記載のイオン注入システム。
56. 走査位置を表すカウント数を供給するように構成されたエンコーダをさらに含むことを特徴とする請求項５５に記載のイオン注入システム。
57. 前記走査搬送は、前記１つ又は複数の加工物を前記イオンビームに対して往復直線移動させる直線走査搬送を含むことを特徴とする請求項５３に記載のイオン注入システム。
58. 前記走査搬送は、さらに、前記１つ又は複数の加工物を前記イオンビームに対して回転移動させる回転走査搬送を含むことを特徴とする請求項５７に記載のイオン注入システム。
    

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