JP3939179B2 - 微粒子検出装置、微粒子製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子検出装置および微粒子製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可視光に対して透明なガラス中に存在する金属超微粒子を検出する方法としては、ガラスにおける可視光の透過率を測定する方法がある。
【０００３】
より詳しく説明すると、図９に示すように、光源９０１が出射した可視光９０２を、第１の光学系９０３を介してガラス９０４に照射する。そうすると、上記ガラス９０４を透過した透過光９０５が、第２の光学系９１３を介して光強度計９０６に入射する。この光強度計９０６の出力に基づいて、ガラス９０４における可視光９０２の透過率を測定する。このとき、上記ガラス９０４中に金属微粒子が存在すると、特定波長の光の透過率が低下する。
【０００４】
したがって、上記特定波長の光の透過率が低下するかしないかで、ガラス９０４中に金属微粒子が存在するかしないかを判定できる。なお、上記特定波長は金属微粒子の金属種毎に異なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ナノオーダーの微粒子を半導体基板上の酸化膜に形成し、微粒子に電荷を蓄積させてメモリ動作させる等の研究がなされており、酸化膜中の微粒子の状態を容易に把握する手段が求められている。しかしながら、半導体基板は可視光を透過しないため、図９に示すような従来の可視光の透過率を測定する方法では、酸化膜中の微粒子の形成状態を把握することができない。その結果、酸化膜中の微粒子の形成状態は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察等の高価で手間のかかる方法でしか把握できないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、物質が含む微粒子の形成状態を安価かつ容易に把握することできる微粒子検出装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、上記微粒子検出装置を備えた微粒子製造装置を提供することにある。
【０００８】
【０００９】
なお、本明細書中における光とは、特に断らない限り、可視光に限らず電磁波も含むものとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の微粒子検出装置は、
微粒子を含む物質が形成されていると共に、一定波長の光に対して非透過性である基板を保持する保持手段と、
上記微粒子を検出するための所定時間、上記物質へ向けて上記一定波長の光を出射する光源と、
上記物質の上記一定波長の光が入射した側から、上記入射方向と反対方向に出射する光の光強度を測定する光強度測定手段と
を備え、
上記光源は異なる複数の波長の光を出射し、
上記光強度測定段は、上記複数の波長の光の光強度を波長別に測定することを特徴としている。
【００１５】
上記構成の微粒子検出装置によれば、上記光源が物質へ向けて一定波長の光を出射する。そして、上記物質の一定波長の光が入射した側から、入射方向と反対方向に出射する光の光強度を光強度測定手段で測定する。上記光強度は、物質中の微粒子の形成状態の変化に応じて変化する。したがって、上記光強度を測定することにより、物質中の微粒子の形成状態を安価かつ容易に把握することできる。
【００１６】
また、上記微粒子の検出は、物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度に基づいて行うものであるから、物質を破壊しなくてもよい。したがって、上記微粒子を検出するために特別な加工を物質に施す必要がなく、微粒子の形成状態を素早く把握することができる。
【００１７】
また、上記微粒子検出装置があれば、例えば、物質中に微粒子が形成されているか否かの検査をどこでも行なうことができ、微粒子を用いたあらゆる工業製品の検査を素早くかつ正確に行うことができる。
また、上記光源は異なる複数の波長の光を出射するので、微粒子を検出できる光の波長が微粒子の材質毎に異なっていても、材質が異なる複数の微粒子の検出に対応することができる。
また、上記物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光を光強度測定手段で波長別に測定するので、材質が異なる複数の微粒子が物質中に混在しても、その複数の微粒子を検出することができる。
また、上記光強度測定段は異なる複数の波長の光の光強度を波長別に測定し得るので、光源が出射する光の波長がなんらかの原因により多少ずれたとしても、その光の波長がずれたことをただちに認識できる。したがって、上記微粒子の検出ミスを最小限に抑えることができる。
【００１８】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記光源が出射する光の光強度と、上記物質から出射される光の光強度との差を計算する差計算手段を備えている。
【００１９】
上記実施形態の微粒子検出装置によれば、上記光源が出射する光の光強度と、上記物質から出射される光の光強度との差を差計算手段で計算することで基板の反射率を得る。この反射率に基づいて微粒子の形成状態を判断した場合、物質への照射光の光強度が光源の出力の変動により変動しても、微粒子の検出誤差の発生を抑制することができる。
【００２０】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記光源が出射する光を上記物質に導く第１の光案内手段と、上記物質から出射される光を上記光強度測定手段に導く第２の光案内手段とを備えている。
【００２１】
上記実施形態の微粒子検出装置によれば、上記第１の光案内手段は光源が出射する光を物質に導くので、光源の配置の自由度を向上させることができる。
【００２２】
また、上記第２の光案内手段は物質から出射される光を光強度測定手段に導くので、光強度測定手段の配置の自由度を向上させることができる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記波長の光は１．５ｅＶ〜３．０ｅＶの範囲内のエネルギを持つ。
一実施形態の微粒子検出装置は、上記物質の上記基板側とは反対側の表面に対して上記波長の光を垂直に入射させる。
【００２７】
また、上記他の目的を達成するため、本発明の微粒子製造装置は、
上記微粒子検出装置と、
上記物質内に上記微粒子を形成するための微粒子形成手段とを備えたことを特徴としている。
【００２８】
上記構成の微粒子製造装置によれば、上記微粒子の形成状態を把握しながら、物質内に微粒子を形成する。したがって、上記物質内に微粒子を精度よく形成することができる。
【００２９】
一実施形態の微粒子製造装置は、上記微粒子形成手段はイオン注入処理と熱処理とのうちの少なくとも一方を行う。
【００３０】
上記実施形態の微粒子製造装置によれば、上記微粒子形成手段はイオン注入処理と熱処理との少なくとも一方を行うので、イオン注入または熱処理による微粒子の形成を行ないながら、物質の微粒子の形成状態を把握することができる。
【００３１】
一実施形態の微粒子製造装置は、
上記物質から上記基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する第１の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶された上記光強度に基づいて、上記物質中に上記微粒子を形成する必要があると判別したときに、上記物質内に上記微粒子を形成するための微粒子形成処理をスタートさせる処理開始手段と、
上記微粒子形成処理中の上記物質から上記基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する第２の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶された上記光強度と、上記第２の記憶手段に記憶された上記光強度とを比較する比較手段と、
上記比較手段の比較結果に基づいて、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定する判定手段とを備えている。
【００３２】
上記実施形態の微粒子製造装置によれば、上記判定手段を繰り返し行うことにより、微粒子の形成状態を繰り返し確認することができる。
【００３３】
また、上記判定手段において、微粒子の形成状態が所望の形成状態でないと判定されれば、微粒子を形成するための微粒子形成処理を継続する一方、微粒子の形成状態が所望の形成状態であると判定されれば、微粒子を形成するための微粒子形成処理を終了させる。その結果、上記微粒子を非常に精度よく形成できて、歩留りもよく微粒子を製造することができる。
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微粒子検出装置および微粒子製造装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４４】
（参考例）
図１は本発明の参考例の微粒子検出装置における要部の構成を示すブロック図である。
【００４５】
上記微粒子検出装置は、サンプル１０４へ向けて一定波長の光１０２を出射する光源１０１と、サンプル１０４からの反射光１０５の光強度を測定する光強度測定手段としての光強度計１０６とを備えている。図示しないが、上記サンプル１０４は保持手段としてのホルダーで保持している。また、上記微粒子検出装置は、差計算手段としての計算機（図示せず）を備えている。この計算機は、光源１０１が出射する光１０２の光強度と、サンプル１０４で反射された反射光１０５の光強度との差を計算する。
【００４６】
上記光源１０１は、約１.５ｅＶ〜約４.０ｅＶ（波長にして約８２０ｎｍ〜３１０ｎｍ）の範囲よりも広い範囲の光を発することができる。つまり、上記光源１０１は、少なくとも約１.５ｅＶ〜約４.０ｅＶの範囲の光を発することができる。上記光源１０１が出射した光１０２は、第１，第２の光案内手段としての光学系１０３に導かれてサンプル１０４に入射する。そして、上記サンプル１０４に入射した光１０２の一部が反射されて反射光１０５となる。この反射光１０５は、光学系１０３に導かれて光強度計１０６に入射する。上記光学系１０３は、レンズ、プリズム、ミラーおよびフイルター等で構成されている。
【００４７】
上記サンプル１０４として、次のサンプル（１）〜（３）を用いる。
【００４８】
サンプル（１）は、一定波長の光１０２に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板と、このシリコン基板上に形成され、その一定波長の光１０２に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜とを有するものである。この熱酸化膜には、微粒子を形成するためのイオン注入処理および熱処理は施していない。つまり、上記熱酸化膜中には微粒子が存在していない。
【００４９】
サンプル（２）は、サンプル（１）に比較的少ない銀イオンを熱酸化膜にイオン注入した後、Ａｒ雰囲気中６００℃で熱処理したものである。
【００５０】
サンプル（３）は、サンプル（１）に比較的多い銀イオンを熱酸化膜にイオン注入した後、Ａｒ雰囲気中６００℃で熱処理したものである。
【００５１】
このように、銀イン注入前のサンプル（１）と、銀イオンの注入量が比較的少ないサンプル（２）と、銀イオンの注入量が比較的多いサンプル（２）とを、サンプル１０４として用いる。
【００５２】
図２に、上記サンプル１０４の光反射特性を示す。図２のグラフ線２０１は、サンプル（１）から得られた光反射率と、サンプル（２）から得られた光反射率との差を示している。また、図２のグラフ線２０２は、サンプル（１）から得られた光反射率と、サンプル（３）から得られた光反射率との差を示している。
【００５３】
図２に示すように、グラフ線２０２は、グラフ線２０１に比べ、光反射率が約２．８ｅＶ（波長約４４０ｎｍ）付近で大きく減少している。
【００５４】
図３（ａ）に、銀イオンの注入量が比較的少ないサンプルのＴＥＭ像を示し、図３（ｂ）に、銀イオンの注入量が比較的多いサンプルのＴＥＭ像を示す。つまり、図３（ａ）のＴＥＭ像はサンプル（２）のものであり、図３（ｂ）のＴＥＭ像はサンプル（３）のものである。また、図３（ａ），（ｂ）において、３０１，３１１はシリコン基板、３０２，３１２はＳｉＯ2層である。なお、３０３，３１３で示す箇所がサンプル表面に相当し、３０４，３１４で示す箇所がＳｉＯ2／Ｓｉ界面に相当する。
【００５５】
図３（ａ）に示すように、銀イオンの注入量が比較的少ないサンプルでは、ＳｉＯ2層３０２内に少量の銀微粒子３０５しか形成されていない。これに対して、図３（ｂ）に示すように、銀イオンの注入量が比較的多いサンプルでは、ＳｉＯ2層３１２内に多量の銀微粒子３１５が形成されている。
【００５６】
図２、図３（ａ），（ｂ）から、ＳｉＯ2層３１２内に多量の銀微粒子３１５が形成されていれば、約２．８ｅＶ付近の光反射率が、ＳｉＯ2層３０２内に少量の銀微粒子３０５が形成されている場合に比べて大きく低下することが分かる。このように、上記銀微粒子３０５，３１５の形成状態を示すデータが、サンプル１０４の光反射特性から得ることができる。したがって、上記サンプル１０４の光反射特性を観測することにより、ＳｉＯ2層３０２，３１２中に銀微粒子３０５，３１５が存在するか否かを判定することができ、銀微粒子３０５，３１５の形成状態を安価かつ容易に判別することができる。
【００５７】
また、上記銀微粒子３０５，３１５の検出は、サンプル１０４の光反射特性から得るものであるから、サンプル１０４を破壊しなくてもよい。したがって、上記銀微粒子３０５，３１５を検出するために特別な加工をサンプル１０４に施す必要がなく、銀微粒子３０５，３１５の形成状態を素早く把握できる。
【００５８】
本参考例では銀微粒子の検出を行ったが、光源１０１の発光波長の範囲を十分に広くすれば、ＡｕやＣｕ等の金属微粒子、Ｓｉ等の半導体微粒子の検出を参考例と同様の方法で行える。つまり、本発明の微粒子検出装置は、導電体微粒子、半導体微粒子および絶縁体微粒子の検出に用いてもよい。
【００５９】
また、特定の微粒子のみを検出したい場合、その微粒子の材質が分かっていれば、その材質の微粒子の検出に適した特定波長の光のみを光源１０１が出射するようすればよい。例えば、上記光源１０１は、銀微粒子を検出するのであれば約２．５ｅＶ〜約３．５ｅＶ、銅微粒子を検出するのであれば約１．５ｅＶ〜約３．０ｅＶ、金微粒子であれば約２．０ｅＶ〜約３．０ｅＶの範囲内の特定波長の光のみを出射すればよい。
【００６０】
また、上記光源１０１が特定波長の光のみを出射する場合、光強度計１０６はその特定波長の光の光強度のみを測定するものであってもよい。上記光源１０１が特定波長の光のみを出射するものであり、光強度計１０６がその特定波長の光の光強度のみを測定するものである場合は、光源１０１，光強度計１０６は安価であり、微粒子検出装置を製造するためのコストを低く抑えることができる。
【００６１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の微粒子検出装置は、上記参考例の微粒子検出装置において、光源１０１の代わりに、異なる波長の光を出射する光源を用いたものである。この場合、上記光強度計１０６で反射光１０５の光強度を波長別に検出することにより、多種の微粒子を検出することができる。
【００６２】
また、上記光源は連続発振するものであってもよいし、パルス発振するものであってもよい。
【００６３】
また、上記光反射率の減少のピークを検出する観点上、光源１０１が出射する光の波長は連続波長であることが好ましい。
【００６４】
【００６５】
また、上記微粒子検出装置は、ほぼ可視光の領域の電磁波を用いて微粒子の検出を行ってもよいし、可視光の領域外の電磁波を用いて微粒子の検出を行ってもよい。
【００６６】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。この微粒子製造装置は、上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置をイオン注入装置に組み付け、イオン注入中も微粒子を検出できるようにしたものである。
【００６７】
以下に、本実施の形態２の微粒子製造装置について詳しく説明する。
【００６８】
上記微粒子製造装置は、一定波長の光４１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板４０１を収容するイオン注入室４１０と、このイオン注入室４１０に上部に接続されたビーム輸送管４１１と、このビーム輸送管４１１の側方に配置された第１，第２の光案内手段としての第１，第２の光導波管４１２，４１３とを備えている。上記シリコン基板４０１上には、その一定波長の光４１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜４０２が形成されている。この熱酸化膜４０２は熱酸化によって得ている。
【００６９】
上記ビーム輸送管４１１は、図示しないイオン源からイオン注入室４１０にイオン４１４を輸送する。また、上記ビーム輸送艦管４１１は、イオン４１４が熱酸化膜４０２の表面に対してほぼ垂直に入射するように設けている。
【００７０】
上記第１の光導波管４１２は、光源（図示せず）が出射した光４１５が熱酸化膜４０２に導く。上記第１の光導波管４１２で熱酸化膜４０２に導かれた光４１５は、熱酸化膜４０２の表面に対して斜めに入射する。
【００７１】
上記第２の光導波管４１３は、シリコン基板４０１で反射された反射光４１６が光強度計（図示せず）に導く。上記反射光４１６の進む方向は熱酸化膜４０２の表面に対して斜めになっている。
【００７２】
以下、上記微粒子製造装置が行う処理を、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００７３】
まず、上記熱酸化膜４０２内に微粒子を形成するための処理前、つまり微粒子形成処理前のシリコン基板４０１を、イオン注入室４１０内に収容し、イオン注入室４１０内の保持手段としての基板ホルダー（図示せず）で所定の位置に保持する。
【００７４】
その後、図８に示すように、ステップＳ５１で、微粒子形成処理前のシリコン基板４０１に対して光４１５を照射し、シリコン基板４０１からの反射光４１６のデータを記憶する。具体的には、上記微粒子形成処理前の熱酸化膜４０２からシリコン基板４０１に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する。
【００７５】
次に、ステップＳ５２で、微粒子形成処理をスタートさせる。具体的には、ステップＳ５１で記憶された光強度に基づいて、熱酸化膜４０２中に微粒子を形成する必要があると判別したときに、熱酸化膜４０２内に微粒子を形成するための微粒子形成処理をスタートさせる。ここでは、上記熱酸化膜４０２内に形成された微粒子の数が０であると判別したときに、微粒子形成処理をスタートさせている。
【００７６】
次に、ステップＳ５３で、微粒子形成処理中のシリコン基板４０１に対して光４１５を照射し、シリコン基板４０１からの反射光４１６のデータを記憶する。具体的には、上記微粒子形成処理中の熱酸化膜４０２からシリコン基板４０１に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する。
【００７７】
次に、ステップ５４において、ステップＳ５１で記憶したデータと、ステップＳ５３で記憶したデータとを比較する。つまり、ステップＳ５１で記憶した反射光４１６の光強度と、ステップＳ５３で記憶した反射光４１６の光強度とを比較する。
【００７８】
次に、ステップ５５で、ステップＳ５４の比較結果に基づいて、形成しようとする微粒子に対応する波長成分の光強度の増減を検出し、この光強度の増減からから微粒子の形成状態を判定する。つまり、上記熱酸化膜４０２内に銀微粒子が形成された時に増減する波長領域の反射光４１６の光強度によって、銀微粒子の形成状態を参考例と同様の方法で判断する。
【００７９】
次に、ステップ５６で、微粒子の形成が十分であると判定したら、ステップ５８に進んで、微粒子形成処理を終了する。つまり、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であると判定したら、熱酸化膜４０２への銀イオンの注入を終了する。
【００８０】
一方、ステップ５６で、微粒子の形成が十分でない、つまり、微粒子の形成状態が所望の形成状態ではないと判定したら、ステップＳ５７に進む。そして、ステップＳ５７で微粒子形成処理を継続した後、再び、ステップＳ５３〜Ｓ５６を順次行う。
【００８１】
ここでは、ステップＳ５１が第１の記憶手段、ステップＳ５２が処理開始手段、ステップＳ５３が第２の記憶手段、ステップＳ５４が比較手段、ステップＳ５５，Ｓ５６が判定手段を構成している。
【００８２】
従来のイオン注入装置では注入時間は決めることができてもイオン注入エネルギーや注入電流などの注入条件が変動し、再現よく微粒子を形成することができなかった。これに対して、本実施の形態２の微粒子製造装置は、イオン注入条件が多少変動しても、所望の微粒子が形成された時点を把握できるから、その時点でイオン注入を停止させることにより、所望の形態を有する微粒子を正確に作製することができる。
【００８３】
また、ステップＳ５６で微粒子の形成状態を判定するので、微粒子が特定の状態に形成された時点で精度よく処理を終了することができ、再現性に優れる。
【００８４】
また、万一、上記イオン注入室４１０からシリコン基板４０１を取り出す直前に、微粒子の形成状態が所望の形成状態と異なっていることが判明した場合であっても、追加処理をただちに行うことができるので歩留まりの向上や検査工程を短縮できるためスループットの向上が可能となる。
【００８５】
また、上記実施の形態２では、上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置をイオン注入装置に組み付けた微粒子製造装置を用いていたが、図６に示すように、上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置を熱処理装置に組み付けた微粒子製造装置を用いてもよい。
【００８６】
図６の微粒子製造装置は、一定波長の光６１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板６０１を収容する熱処理室６１０と、この熱処理室６１０の図中上側に設けられた第１，第２の光導波管６１２，６１３とを備えている。上記シリコン基板６０１上には、その一定波長の光６１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜６０２が形成されている。この熱酸化膜６０２は、熱酸化によって得られ、銀微粒子を含んでいる。
【００８７】
上記第１の光導波管６１２は、光源（図示せず）が出射した光６１５をシリコン基板６０１に導く。上記光源が出射した光６１５は、熱酸化膜６０２の表面に対して斜めに入射する。
【００８８】
上記第２の光導波管６１３は、シリコン基板６０１で反射された反射光６１６を光強度計（図示せず）に導く。上記反射光６１６の進む方向は、熱酸化膜６０２の表面に対して斜めになっている。
【００８９】
図６の微粒子製造装置によれば、銀微粒子を含む熱酸化膜６０２が表面上に形成されたシリコン基板６０１を熱処理室６１０に収容し、熱処理室６１０内の基板ホルダー（図示せず）でシリコン基板６０１を保持する。そして、上記シリコン基板６０１に対して熱処理を行うと、熱処理の温度によって銀原子が凝集または拡散し、銀微粒子が形成されたり消滅したりする。
【００９０】
そこで、本実施の形態２と同様に銀微粒子の形成状態を把握しながら、シリコン基板６０１に対して熱処理を行って、熱処理温度と熱処理時間とのうちの少なくとも一方を変化させ、特定の銀微粒子が得られた時点で熱処理を終了して、再現よく銀微粒子を形成する。すなわち、銀微粒子の形成状態が熱処理により所望の形成状態と異なるのを阻止する。
【００９１】
また、本発明の微粒子製造装置は、イオン注入装置や熱処理装置以外の、微粒子を形成するための装置に上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置を組み付けたものであってもよい。
【００９２】
また、本発明の微粒子製造装置は、コンピュータをステップＳ５１〜Ｓ５６で示すような手段として機能させる微粒子製造プログラムを格納した記録媒体を備えてもよい。
【００９３】
本実施の形態２のステップＳ５２では、熱酸化膜４０２内に形成された微粒子の数が０であると判別したときに、微粒子形成処理をスタートさせていたが、熱酸化膜４０２内に形成された微粒子の数が所定数以下であると判別したときに、微粒子形成処理をスタートさせてもよい。
【００９４】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。この微粒子製造装置は、イオン注入装置に上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置を組み付け、イオン注入中も微粒子を検出できるようにしたものである。上記微粒子製造装置は、図４の微粒子製造装置と比べて、熱酸化膜７０２の表面に対するイオン７１４の入射角と、熱酸化膜７０２の表面に対する光７１５の入射角と、シリコン基板７０１の表面に対する反射光７１６の反射角とが異なっている。
【００９５】
以下に、本実施の形態３の微粒子製造装置について具体的に説明する。
【００９６】
上記微粒子製造装置は、一定波長の光７１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板７０１を収容するイオン注入室７１０と、このイオン注入室７１０に上部に接続されたビーム輸送管７１１と、このビーム輸送管７１１の側方に配置された第１，第２の光案内手段としての光導波管７１２とを備えている。上記シリコン基板７０１上には、その一定波長の光７１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜７０２が形成されている。この熱酸化膜７０２は熱酸化によって得ている。
【００９７】
上記ビーム輸送管７１１は、図示しないイオン源からイオン注入室７１０にイオン７１４を輸送する。また、上記ビーム輸送管７１１は、イオン７１４が熱酸化膜７０２の表面に対して斜めに入射するように設けている。
【００９８】
上記光導波管７１２は、光源（図示せず）が出射した光７１５を熱酸化膜７０２に導くと共に、シリコン基板７０１で反射された反射光７１６を光強度計（図示せず）に導く。また、上記光導波管７１２は、光源からの光７１５が熱酸化膜７０２の表面に対してほぼ垂直に入射するように設けている。
【００９９】
上記構成の微粒子製造装置は、図４の微粒子製造装置と同様の効果を奏すると共に、光源からの光７１５を熱酸化膜７０２の表面に対してほぼ垂直に入射させていることにより、反射光７１６の光強度が強くなり、微粒子の形成状態のより精度よく把握することができる。
【０１００】
また、上記微粒子の形成状態のより精度よく把握しながら、熱酸化膜７０２内に微粒子を形成することができるので、微粒子をより精度よく再現することが可能であり、より微小な微粒子を形成することが可能である。
【０１０１】
図８に、本実施の形態３の微粒子製造装置の変形例を示す。この変形例の微粒子製造装置は、上記実施の形態２と同様の微粒子検出装置を熱処理装置に組み付けたものである。また、上記微粒子製造装置は、図６の微粒子製造装置に比べて、熱酸化膜８０２に対する光８１５の入射角と、熱酸化膜８０２に対する反射光８１６の反射角とが異なっている。
【０１０２】
図８の微粒子製造装置は、一定波長の光８１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板８０１を収容する熱処理室８１０と、この熱処理室８１０の図中上側に設けられた光導波管８１２とを備えている。上記シリコン基板８０１上には、その一定波長の光８１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜８０２が形成されている。この熱酸化膜８０２は、熱酸化で得られ、銀微粒子を含んでいる。
【０１０３】
上記光導波管８１２は、光源（図示せず）が出射した光８１５をシリコン基板８０１に導くと共に、シリコン基板８０１で反射された反射光８１６を光強度計に導く。また、上記光導波管８１２は、光源からの光８１５が熱酸化膜８０２の表面に対してほぼ垂直に入射するように設けている。
【０１０４】
図８の微粒子製造装置によれば、図６の微粒子製造装置と同様の効果を奏すると共に、光源からの光８１５を熱酸化膜８０２の表面に対してほぼ垂直に入射させていることにより、反射光８１６の光強度が強くなり、微粒子の形成状態のより精度よく把握することができる。
【０１０５】
また、上記微粒子の形成状態のより精度よく把握しながら、熱酸化膜８０２内に微粒子を形成することができるので、微粒子をより精度よく再現することが可能であり、より微小な微粒子を形成することが可能である。
【０１０６】
上記実施の形態２および実施の形態３においては、イオン注入室や熱処理室（以下、イオン注入室や熱処理室を単に「処理室」と言う）と、光の出入口との関係は様々であるが、例えば、微粒子を形成するための処理中の基板に対して様々の箇所や方向から微粒子を検出したい場合には、処理室に光の出入口を固定せず可動にしたほうが好ましい。この場合、処理室の外壁の少なくとも２箇所に、微粒子検出に用いる光を透過する物質でできた領域（窓）を設け、その領域を介して光を入射させたり、または、その領域を介して反射光を取り出したりする。このようにすることで、処理室の環境を一定に保ったまま様々な方向から微粒子を検出することが可能となり、機動性に優れ好ましい。
【０１０７】
また、微粒子製造装置の他の例としては、処理すべき基板に対して外部環境の影響がなるべく及ばないように処理室に光の出入口を固定したり、または、出入口を内側に延長して処理すべき基板の近傍に設けたりすることが考えられる。このようにすれば、基板以外からの信号（光）、例えば基板や処理室内壁で乱反射した光が検出されることがなく、微粒子の形成状態の把握するための信号にノイズがのるのを抑制できる。つまり、Ｓ／Ｎ比を向上することができて、微粒子の形状状態の把握精度を向上させることができる。
【０１０８】
このような微粒子製造装置で製造された微粒子を備えた固体素子は、微粒子の形成状態のばらつきが非常に少なく、信頼性に優れている。
【０１０９】
また、上記微粒子製造装置を用いて、例えばゲート絶縁膜中に微粒子を形成し、メモリ動作を行なわせる固体素子を作成すれば、集積化した時の動作マージンを少なくなり、信頼性に優れる。
【０１１０】
また、上記固体素子の性能のばらつきが少ないのでメモリの多値化も容易に可能となる。
【０１１１】
また、微粒子検出方法で使用する基板は、一定波長の光に対して非透過性の基板であればよく、例えば、サファイア基板、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板、半導体基板などでもよい。
【０１１２】
また、微粒子検出方法の検査対象である物質は、一定波長の光に対して透過性の物質であればよく、例えば、熱酸化膜以外の絶縁体であってもよい。
【０１１３】
また、微粒子検出方法は、ナノオーダはもちろんマイクロオーダの微粒子を検出することができる。
【０１１４】
【発明の効果】
【０１１５】
【０１１６】
以上より明らかなように、本発明の微粒子検出装置は、物質から基板に面する側と反対側に出射する光の強度を光強度測定手段で測定するので、その光強度に基づいて物質中の微粒子を検出して、物質中の微粒子の形成状態を安価かつ容易に把握することできる。
【０１１７】
また、上記微粒子の検出は、物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度に基づいて行うものであるから、微粒子を検出するために特別な加工を物質に施す必要がなく、微粒子の形成状態を素早く把握することができる。
また、上記微粒子検出装置の光源は異なる複数の波長の光を出射するので、微粒子を検出できる光の波長が微粒子の材質毎に異なっていても、材質が異なる複数の微粒子の検出に対応することができる。
また、上記物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光を光強度測定手段で波長別に測定するので、材質が異なる複数の微粒子が物質中に混在しても、その複数の微粒子を検出することができる。
また、上記光強度測定段は異なる複数の波長の光の光強度を波長別に測定し得るので、光源が出射する光の波長がなんらかの原因により多少ずれたとしても、その光の波長がずれたことをただちに認識して、微粒子の検出ミスを最小限に抑えることができる。
【０１１８】
一実施形態の微粒子検出装置は、光源が出射する光の光強度と、物質から出射される光の光強度との差を差計算手段で計算するから、基板の反射率を得ることができる。
【０１１９】
また、上記反射率に基づいて微粒子の形成状態を判断した場合、微粒子の検出誤差の発生を抑制することができる。
【０１２０】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記光源が出射する光を第１の光案内手段で物質に導くので、光源の配置の自由度を向上させることができる。
【０１２１】
また、上記物質から出射される光を第２の光案内手段で光強度測定手段に導くので、光強度測定手段の配置の自由度を向上させることができる。
【０１２２】
【０１２３】
【０１２４】
【０１２５】
本発明の微粒子製造装置は、上記微粒子検出装置と、物質内に微粒子を形成するための微粒子形成手段とを備えているので、微粒子の形成状態を把握しながら、物質内に微粒子を形成して、物質内に微粒子を精度よく形成できる。
【０１２６】
一実施形態の微粒子製造装置は、上記微粒子形成手段がイオン注入処理と熱処理との少なくとも一方を行うので、イオン注入または熱処理による微粒子の形成を行ないながら、物質の微粒子の形成状態を把握することができる。
【０１２７】
一実施形態の微粒子製造装置は、比較手段の比較結果に基づいて、微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定する判定手段を繰り返し行うことにより、微粒子の形成状態を繰り返し確認することができる。
【０１２８】
また、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定手段で判定するので、微粒子の形成状態に応じて微粒子形成処理を継続または終了させ、微粒子を非常に精度よく形成できて、歩留りもよく微粒子を製造することができる。
【０１２９】
【０１３０】
【０１３１】
【０１３２】
【０１３３】
【０１３４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の参考例の微粒子検出装置における要部の構成を示すブロック図である
【図２】 図２は上記参考例の微粒子検出方法で使用するサンプルの光反射特性のグラフを示す図である。
【図３】 図３（ａ）は銀イオンの注入量が比較的少ないＴＥＭ像を示す図であり、図３（ｂ）は銀イオンの注入量が比較的多いサンプルのＴＥＭ像を示す図である。
【図４】 図４は本発明の実施の形態２の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。
【図５】 図５は上記実施の形態２の微粒子製造装置の処理を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図６】 図６は上記実施の形態２の微粒子製造装置の変形例の要部の構成を示す図である。
【図７】 図７は本発明の実施の形態３の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。
【図８】 図８は上記実施の形態３の微粒子製造装置の変形例の要部の構成を示す模式図である。
【図９】 図９は従来の微粒子検出方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１ 光源
１０２，４１５，６１５，７１５，８１５ 光源が出射した光
１０４ サンプル
１０５，４１６，６１６，７１６，８１６ 反射光
１０６ 光強度計
４０１，６０１，７０１，８０１ シリコン基板
４０２，６０２，７０２，８０２ 熱酸化膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子検出装置および微粒子製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可視光に対して透明なガラス中に存在する金属超微粒子を検出する方法としては、ガラスにおける可視光の透過率を測定する方法がある。
【０００３】
より詳しく説明すると、図９に示すように、光源９０１が出射した可視光９０２を、第１の光学系９０３を介してガラス９０４に照射する。そうすると、上記ガラス９０４を透過した透過光９０５が、第２の光学系９１３を介して光強度計９０６に入射する。この光強度計９０６の出力に基づいて、ガラス９０４における可視光９０２の透過率を測定する。このとき、上記ガラス９０４中に金属微粒子が存在すると、特定波長の光の透過率が低下する。
【０００４】
したがって、上記特定波長の光の透過率が低下するかしないかで、ガラス９０４中に金属微粒子が存在するかしないかを判定できる。なお、上記特定波長は金属微粒子の金属種毎に異なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ナノオーダーの微粒子を半導体基板上の酸化膜に形成し、微粒子に電荷を蓄積させてメモリ動作させる等の研究がなされており、酸化膜中の微粒子の状態を容易に把握する手段が求められている。しかしながら、半導体基板は可視光を透過しないため、図９に示すような従来の可視光の透過率を測定する方法では、酸化膜中の微粒子の形成状態を把握することができない。その結果、酸化膜中の微粒子の形成状態は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察等の高価で手間のかかる方法でしか把握できないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、物質が含む微粒子の形成状態を安価かつ容易に把握することできる微粒子検出装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、上記微粒子検出装置を備えた微粒子製造装置を提供することにある。
【０００８】
【０００９】
なお、本明細書中における光とは、特に断らない限り、可視光に限らず電磁波も含むものとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の微粒子検出装置は、
微粒子を含む物質が形成されていると共に、一定波長の光に対して非透過性である基板を保持する保持手段と、
上記微粒子を検出するための所定時間、上記物質へ向けて上記一定波長の光を出射する光源と、
上記物質の上記一定波長の光が入射した側から、上記入射方向と反対方向に出射する光の光強度を測定する光強度測定手段と
を備え、
上記光源は異なる複数の波長の光を出射し、
上記光強度測定段は、上記複数の波長の光の光強度を波長別に測定することを特徴としている。
【００１５】
上記構成の微粒子検出装置によれば、上記光源が物質へ向けて一定波長の光を出射する。そして、上記物質の一定波長の光が入射した側から、入射方向と反対方向に出射する光の光強度を光強度測定手段で測定する。上記光強度は、物質中の微粒子の形成状態の変化に応じて変化する。したがって、上記光強度を測定することにより、物質中の微粒子の形成状態を安価かつ容易に把握することできる。
【００１６】
また、上記微粒子の検出は、物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度に基づいて行うものであるから、物質を破壊しなくてもよい。したがって、上記微粒子を検出するために特別な加工を物質に施す必要がなく、微粒子の形成状態を素早く把握することができる。
【００１７】
また、上記微粒子検出装置があれば、例えば、物質中に微粒子が形成されているか否かの検査をどこでも行なうことができ、微粒子を用いたあらゆる工業製品の検査を素早くかつ正確に行うことができる。
また、上記光源は異なる複数の波長の光を出射するので、微粒子を検出できる光の波長が微粒子の材質毎に異なっていても、材質が異なる複数の微粒子の検出に対応することができる。
また、上記物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光を光強度測定手段で波長別に測定するので、材質が異なる複数の微粒子が物質中に混在しても、その複数の微粒子を検出することができる。
また、上記光強度測定段は異なる複数の波長の光の光強度を波長別に測定し得るので、光源が出射する光の波長がなんらかの原因により多少ずれたとしても、その光の波長がずれたことをただちに認識できる。したがって、上記微粒子の検出ミスを最小限に抑えることができる。
【００１８】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記光源が出射する光の光強度と、上記物質から出射される光の光強度との差を計算する差計算手段を備えている。
【００１９】
上記実施形態の微粒子検出装置によれば、上記光源が出射する光の光強度と、上記物質から出射される光の光強度との差を差計算手段で計算することで基板の反射率を得る。この反射率に基づいて微粒子の形成状態を判断した場合、物質への照射光の光強度が光源の出力の変動により変動しても、微粒子の検出誤差の発生を抑制することができる。
【００２０】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記光源が出射する光を上記物質に導く第１の光案内手段と、上記物質から出射される光を上記光強度測定手段に導く第２の光案内手段とを備えている。
【００２１】
上記実施形態の微粒子検出装置によれば、上記第１の光案内手段は光源が出射する光を物質に導くので、光源の配置の自由度を向上させることができる。
【００２２】
また、上記第２の光案内手段は物質から出射される光を光強度測定手段に導くので、光強度測定手段の配置の自由度を向上させることができる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記波長の光は１．５ｅＶ〜３．０ｅＶの範囲内のエネルギを持つ。
一実施形態の微粒子検出装置は、上記物質の上記基板側とは反対側の表面に対して上記波長の光を垂直に入射させる。
【００２７】
また、上記他の目的を達成するため、本発明の微粒子製造装置は、
上記微粒子検出装置と、
上記物質内に上記微粒子を形成するための微粒子形成手段とを備えたことを特徴としている。
【００２８】
上記構成の微粒子製造装置によれば、上記微粒子の形成状態を把握しながら、物質内に微粒子を形成する。したがって、上記物質内に微粒子を精度よく形成することができる。
【００２９】
一実施形態の微粒子製造装置は、上記微粒子形成手段はイオン注入処理と熱処理とのうちの少なくとも一方を行う。
【００３０】
上記実施形態の微粒子製造装置によれば、上記微粒子形成手段はイオン注入処理と熱処理との少なくとも一方を行うので、イオン注入または熱処理による微粒子の形成を行ないながら、物質の微粒子の形成状態を把握することができる。
【００３１】
一実施形態の微粒子製造装置は、
上記物質から上記基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する第１の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶された上記光強度に基づいて、上記物質中に上記微粒子を形成する必要があると判別したときに、上記物質内に上記微粒子を形成するための微粒子形成処理をスタートさせる処理開始手段と、
上記微粒子形成処理中の上記物質から上記基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する第２の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶された上記光強度と、上記第２の記憶手段に記憶された上記光強度とを比較する比較手段と、
上記比較手段の比較結果に基づいて、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定する判定手段とを備えている。
【００３２】
上記実施形態の微粒子製造装置によれば、上記判定手段を繰り返し行うことにより、微粒子の形成状態を繰り返し確認することができる。
【００３３】
また、上記判定手段において、微粒子の形成状態が所望の形成状態でないと判定されれば、微粒子を形成するための微粒子形成処理を継続する一方、微粒子の形成状態が所望の形成状態であると判定されれば、微粒子を形成するための微粒子形成処理を終了させる。その結果、上記微粒子を非常に精度よく形成できて、歩留りもよく微粒子を製造することができる。
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微粒子検出装置および微粒子製造装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４４】
（参考例）
図１は本発明の参考例の微粒子検出装置における要部の構成を示すブロック図である。
【００４５】
上記微粒子検出装置は、サンプル１０４へ向けて一定波長の光１０２を出射する光源１０１と、サンプル１０４からの反射光１０５の光強度を測定する光強度測定手段としての光強度計１０６とを備えている。図示しないが、上記サンプル１０４は保持手段としてのホルダーで保持している。また、上記微粒子検出装置は、差計算手段としての計算機（図示せず）を備えている。この計算機は、光源１０１が出射する光１０２の光強度と、サンプル１０４で反射された反射光１０５の光強度との差を計算する。
【００４６】
上記光源１０１は、約１.５ｅＶ〜約４.０ｅＶ（波長にして約８２０ｎｍ〜３１０ｎｍ）の範囲よりも広い範囲の光を発することができる。つまり、上記光源１０１は、少なくとも約１.５ｅＶ〜約４.０ｅＶの範囲の光を発することができる。上記光源１０１が出射した光１０２は、第１，第２の光案内手段としての光学系１０３に導かれてサンプル１０４に入射する。そして、上記サンプル１０４に入射した光１０２の一部が反射されて反射光１０５となる。この反射光１０５は、光学系１０３に導かれて光強度計１０６に入射する。上記光学系１０３は、レンズ、プリズム、ミラーおよびフイルター等で構成されている。
【００４７】
上記サンプル１０４として、次のサンプル（１）〜（３）を用いる。
【００４８】
サンプル（１）は、一定波長の光１０２に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板と、このシリコン基板上に形成され、その一定波長の光１０２に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜とを有するものである。この熱酸化膜には、微粒子を形成するためのイオン注入処理および熱処理は施していない。つまり、上記熱酸化膜中には微粒子が存在していない。
【００４９】
サンプル（２）は、サンプル（１）に比較的少ない銀イオンを熱酸化膜にイオン注入した後、Ａｒ雰囲気中６００℃で熱処理したものである。
【００５０】
サンプル（３）は、サンプル（１）に比較的多い銀イオンを熱酸化膜にイオン注入した後、Ａｒ雰囲気中６００℃で熱処理したものである。
【００５１】
このように、銀イン注入前のサンプル（１）と、銀イオンの注入量が比較的少ないサンプル（２）と、銀イオンの注入量が比較的多いサンプル（２）とを、サンプル１０４として用いる。
【００５２】
図２に、上記サンプル１０４の光反射特性を示す。図２のグラフ線２０１は、サンプル（１）から得られた光反射率と、サンプル（２）から得られた光反射率との差を示している。また、図２のグラフ線２０２は、サンプル（１）から得られた光反射率と、サンプル（３）から得られた光反射率との差を示している。
【００５３】
図２に示すように、グラフ線２０２は、グラフ線２０１に比べ、光反射率が約２．８ｅＶ（波長約４４０ｎｍ）付近で大きく減少している。
【００５４】
図３（ａ）に、銀イオンの注入量が比較的少ないサンプルのＴＥＭ像を示し、図３（ｂ）に、銀イオンの注入量が比較的多いサンプルのＴＥＭ像を示す。つまり、図３（ａ）のＴＥＭ像はサンプル（２）のものであり、図３（ｂ）のＴＥＭ像はサンプル（３）のものである。また、図３（ａ），（ｂ）において、３０１，３１１はシリコン基板、３０２，３１２はＳｉＯ2層である。なお、３０３，３１３で示す箇所がサンプル表面に相当し、３０４，３１４で示す箇所がＳｉＯ2／Ｓｉ界面に相当する。
【００５５】
図３（ａ）に示すように、銀イオンの注入量が比較的少ないサンプルでは、ＳｉＯ2層３０２内に少量の銀微粒子３０５しか形成されていない。これに対して、図３（ｂ）に示すように、銀イオンの注入量が比較的多いサンプルでは、ＳｉＯ2層３１２内に多量の銀微粒子３１５が形成されている。
【００５６】
図２、図３（ａ），（ｂ）から、ＳｉＯ2層３１２内に多量の銀微粒子３１５が形成されていれば、約２．８ｅＶ付近の光反射率が、ＳｉＯ2層３０２内に少量の銀微粒子３０５が形成されている場合に比べて大きく低下することが分かる。このように、上記銀微粒子３０５，３１５の形成状態を示すデータが、サンプル１０４の光反射特性から得ることができる。したがって、上記サンプル１０４の光反射特性を観測することにより、ＳｉＯ2層３０２，３１２中に銀微粒子３０５，３１５が存在するか否かを判定することができ、銀微粒子３０５，３１５の形成状態を安価かつ容易に判別することができる。
【００５７】
また、上記銀微粒子３０５，３１５の検出は、サンプル１０４の光反射特性から得るものであるから、サンプル１０４を破壊しなくてもよい。したがって、上記銀微粒子３０５，３１５を検出するために特別な加工をサンプル１０４に施す必要がなく、銀微粒子３０５，３１５の形成状態を素早く把握できる。
【００５８】
本参考例では銀微粒子の検出を行ったが、光源１０１の発光波長の範囲を十分に広くすれば、ＡｕやＣｕ等の金属微粒子、Ｓｉ等の半導体微粒子の検出を参考例と同様の方法で行える。つまり、本発明の微粒子検出装置は、導電体微粒子、半導体微粒子および絶縁体微粒子の検出に用いてもよい。
【００５９】
また、特定の微粒子のみを検出したい場合、その微粒子の材質が分かっていれば、その材質の微粒子の検出に適した特定波長の光のみを光源１０１が出射するようすればよい。例えば、上記光源１０１は、銀微粒子を検出するのであれば約２．５ｅＶ〜約３．５ｅＶ、銅微粒子を検出するのであれば約１．５ｅＶ〜約３．０ｅＶ、金微粒子であれば約２．０ｅＶ〜約３．０ｅＶの範囲内の特定波長の光のみを出射すればよい。
【００６０】
また、上記光源１０１が特定波長の光のみを出射する場合、光強度計１０６はその特定波長の光の光強度のみを測定するものであってもよい。上記光源１０１が特定波長の光のみを出射するものであり、光強度計１０６がその特定波長の光の光強度のみを測定するものである場合は、光源１０１，光強度計１０６は安価であり、微粒子検出装置を製造するためのコストを低く抑えることができる。
【００６１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の微粒子検出装置は、上記参考例の微粒子検出装置において、光源１０１の代わりに、異なる波長の光を出射する光源を用いたものである。この場合、上記光強度計１０６で反射光１０５の光強度を波長別に検出することにより、多種の微粒子を検出することができる。
【００６２】
また、上記光源は連続発振するものであってもよいし、パルス発振するものであってもよい。
【００６３】
また、上記光反射率の減少のピークを検出する観点上、光源１０１が出射する光の波長は連続波長であることが好ましい。
【００６４】
【００６５】
また、上記微粒子検出装置は、ほぼ可視光の領域の電磁波を用いて微粒子の検出を行ってもよいし、可視光の領域外の電磁波を用いて微粒子の検出を行ってもよい。
【００６６】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。この微粒子製造装置は、上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置をイオン注入装置に組み付け、イオン注入中も微粒子を検出できるようにしたものである。
【００６７】
以下に、本実施の形態２の微粒子製造装置について詳しく説明する。
【００６８】
上記微粒子製造装置は、一定波長の光４１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板４０１を収容するイオン注入室４１０と、このイオン注入室４１０に上部に接続されたビーム輸送管４１１と、このビーム輸送管４１１の側方に配置された第１，第２の光案内手段としての第１，第２の光導波管４１２，４１３とを備えている。上記シリコン基板４０１上には、その一定波長の光４１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜４０２が形成されている。この熱酸化膜４０２は熱酸化によって得ている。
【００６９】
上記ビーム輸送管４１１は、図示しないイオン源からイオン注入室４１０にイオン４１４を輸送する。また、上記ビーム輸送艦管４１１は、イオン４１４が熱酸化膜４０２の表面に対してほぼ垂直に入射するように設けている。
【００７０】
上記第１の光導波管４１２は、光源（図示せず）が出射した光４１５が熱酸化膜４０２に導く。上記第１の光導波管４１２で熱酸化膜４０２に導かれた光４１５は、熱酸化膜４０２の表面に対して斜めに入射する。
【００７１】
上記第２の光導波管４１３は、シリコン基板４０１で反射された反射光４１６が光強度計（図示せず）に導く。上記反射光４１６の進む方向は熱酸化膜４０２の表面に対して斜めになっている。
【００７２】
以下、上記微粒子製造装置が行う処理を、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００７３】
まず、上記熱酸化膜４０２内に微粒子を形成するための処理前、つまり微粒子形成処理前のシリコン基板４０１を、イオン注入室４１０内に収容し、イオン注入室４１０内の保持手段としての基板ホルダー（図示せず）で所定の位置に保持する。
【００７４】
その後、図８に示すように、ステップＳ５１で、微粒子形成処理前のシリコン基板４０１に対して光４１５を照射し、シリコン基板４０１からの反射光４１６のデータを記憶する。具体的には、上記微粒子形成処理前の熱酸化膜４０２からシリコン基板４０１に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する。
【００７５】
次に、ステップＳ５２で、微粒子形成処理をスタートさせる。具体的には、ステップＳ５１で記憶された光強度に基づいて、熱酸化膜４０２中に微粒子を形成する必要があると判別したときに、熱酸化膜４０２内に微粒子を形成するための微粒子形成処理をスタートさせる。ここでは、上記熱酸化膜４０２内に形成された微粒子の数が０であると判別したときに、微粒子形成処理をスタートさせている。
【００７６】
次に、ステップＳ５３で、微粒子形成処理中のシリコン基板４０１に対して光４１５を照射し、シリコン基板４０１からの反射光４１６のデータを記憶する。具体的には、上記微粒子形成処理中の熱酸化膜４０２からシリコン基板４０１に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する。
【００７７】
次に、ステップ５４において、ステップＳ５１で記憶したデータと、ステップＳ５３で記憶したデータとを比較する。つまり、ステップＳ５１で記憶した反射光４１６の光強度と、ステップＳ５３で記憶した反射光４１６の光強度とを比較する。
【００７８】
次に、ステップ５５で、ステップＳ５４の比較結果に基づいて、形成しようとする微粒子に対応する波長成分の光強度の増減を検出し、この光強度の増減からから微粒子の形成状態を判定する。つまり、上記熱酸化膜４０２内に銀微粒子が形成された時に増減する波長領域の反射光４１６の光強度によって、銀微粒子の形成状態を参考例と同様の方法で判断する。
【００７９】
次に、ステップ５６で、微粒子の形成が十分であると判定したら、ステップ５８に進んで、微粒子形成処理を終了する。つまり、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であると判定したら、熱酸化膜４０２への銀イオンの注入を終了する。
【００８０】
一方、ステップ５６で、微粒子の形成が十分でない、つまり、微粒子の形成状態が所望の形成状態ではないと判定したら、ステップＳ５７に進む。そして、ステップＳ５７で微粒子形成処理を継続した後、再び、ステップＳ５３〜Ｓ５６を順次行う。
【００８１】
ここでは、ステップＳ５１が第１の記憶手段、ステップＳ５２が処理開始手段、ステップＳ５３が第２の記憶手段、ステップＳ５４が比較手段、ステップＳ５５，Ｓ５６が判定手段を構成している。
【００８２】
従来のイオン注入装置では注入時間は決めることができてもイオン注入エネルギーや注入電流などの注入条件が変動し、再現よく微粒子を形成することができなかった。これに対して、本実施の形態２の微粒子製造装置は、イオン注入条件が多少変動しても、所望の微粒子が形成された時点を把握できるから、その時点でイオン注入を停止させることにより、所望の形態を有する微粒子を正確に作製することができる。
【００８３】
また、ステップＳ５６で微粒子の形成状態を判定するので、微粒子が特定の状態に形成された時点で精度よく処理を終了することができ、再現性に優れる。
【００８４】
また、万一、上記イオン注入室４１０からシリコン基板４０１を取り出す直前に、微粒子の形成状態が所望の形成状態と異なっていることが判明した場合であっても、追加処理をただちに行うことができるので歩留まりの向上や検査工程を短縮できるためスループットの向上が可能となる。
【００８５】
また、上記実施の形態２では、上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置をイオン注入装置に組み付けた微粒子製造装置を用いていたが、図６に示すように、上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置を熱処理装置に組み付けた微粒子製造装置を用いてもよい。
【００８６】
図６の微粒子製造装置は、一定波長の光６１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板６０１を収容する熱処理室６１０と、この熱処理室６１０の図中上側に設けられた第１，第２の光導波管６１２，６１３とを備えている。上記シリコン基板６０１上には、その一定波長の光６１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜６０２が形成されている。この熱酸化膜６０２は、熱酸化によって得られ、銀微粒子を含んでいる。
【００８７】
上記第１の光導波管６１２は、光源（図示せず）が出射した光６１５をシリコン基板６０１に導く。上記光源が出射した光６１５は、熱酸化膜６０２の表面に対して斜めに入射する。
【００８８】
上記第２の光導波管６１３は、シリコン基板６０１で反射された反射光６１６を光強度計（図示せず）に導く。上記反射光６１６の進む方向は、熱酸化膜６０２の表面に対して斜めになっている。
【００８９】
図６の微粒子製造装置によれば、銀微粒子を含む熱酸化膜６０２が表面上に形成されたシリコン基板６０１を熱処理室６１０に収容し、熱処理室６１０内の基板ホルダー（図示せず）でシリコン基板６０１を保持する。そして、上記シリコン基板６０１に対して熱処理を行うと、熱処理の温度によって銀原子が凝集または拡散し、銀微粒子が形成されたり消滅したりする。
【００９０】
そこで、本実施の形態２と同様に銀微粒子の形成状態を把握しながら、シリコン基板６０１に対して熱処理を行って、熱処理温度と熱処理時間とのうちの少なくとも一方を変化させ、特定の銀微粒子が得られた時点で熱処理を終了して、再現よく銀微粒子を形成する。すなわち、銀微粒子の形成状態が熱処理により所望の形成状態と異なるのを阻止する。
【００９１】
また、本発明の微粒子製造装置は、イオン注入装置や熱処理装置以外の、微粒子を形成するための装置に上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置を組み付けたものであってもよい。
【００９２】
また、本発明の微粒子製造装置は、コンピュータをステップＳ５１〜Ｓ５６で示すような手段として機能させる微粒子製造プログラムを格納した記録媒体を備えてもよい。
【００９３】
本実施の形態２のステップＳ５２では、熱酸化膜４０２内に形成された微粒子の数が０であると判別したときに、微粒子形成処理をスタートさせていたが、熱酸化膜４０２内に形成された微粒子の数が所定数以下であると判別したときに、微粒子形成処理をスタートさせてもよい。
【００９４】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。この微粒子製造装置は、イオン注入装置に上記実施の形態１と同様の微粒子検出装置を組み付け、イオン注入中も微粒子を検出できるようにしたものである。上記微粒子製造装置は、図４の微粒子製造装置と比べて、熱酸化膜７０２の表面に対するイオン７１４の入射角と、熱酸化膜７０２の表面に対する光７１５の入射角と、シリコン基板７０１の表面に対する反射光７１６の反射角とが異なっている。
【００９５】
以下に、本実施の形態３の微粒子製造装置について具体的に説明する。
【００９６】
上記微粒子製造装置は、一定波長の光７１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板７０１を収容するイオン注入室７１０と、このイオン注入室７１０に上部に接続されたビーム輸送管７１１と、このビーム輸送管７１１の側方に配置された第１，第２の光案内手段としての光導波管７１２とを備えている。上記シリコン基板７０１上には、その一定波長の光７１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜７０２が形成されている。この熱酸化膜７０２は熱酸化によって得ている。
【００９７】
上記ビーム輸送管７１１は、図示しないイオン源からイオン注入室７１０にイオン７１４を輸送する。また、上記ビーム輸送管７１１は、イオン７１４が熱酸化膜７０２の表面に対して斜めに入射するように設けている。
【００９８】
上記光導波管７１２は、光源（図示せず）が出射した光７１５を熱酸化膜７０２に導くと共に、シリコン基板７０１で反射された反射光７１６を光強度計（図示せず）に導く。また、上記光導波管７１２は、光源からの光７１５が熱酸化膜７０２の表面に対してほぼ垂直に入射するように設けている。
【００９９】
上記構成の微粒子製造装置は、図４の微粒子製造装置と同様の効果を奏すると共に、光源からの光７１５を熱酸化膜７０２の表面に対してほぼ垂直に入射させていることにより、反射光７１６の光強度が強くなり、微粒子の形成状態のより精度よく把握することができる。
【０１００】
また、上記微粒子の形成状態のより精度よく把握しながら、熱酸化膜７０２内に微粒子を形成することができるので、微粒子をより精度よく再現することが可能であり、より微小な微粒子を形成することが可能である。
【０１０１】
図８に、本実施の形態３の微粒子製造装置の変形例を示す。この変形例の微粒子製造装置は、上記実施の形態２と同様の微粒子検出装置を熱処理装置に組み付けたものである。また、上記微粒子製造装置は、図６の微粒子製造装置に比べて、熱酸化膜８０２に対する光８１５の入射角と、熱酸化膜８０２に対する反射光８１６の反射角とが異なっている。
【０１０２】
図８の微粒子製造装置は、一定波長の光８１５に対して非透過性の基板の一例であるシリコン基板８０１を収容する熱処理室８１０と、この熱処理室８１０の図中上側に設けられた光導波管８１２とを備えている。上記シリコン基板８０１上には、その一定波長の光８１５に対して透過性の物質の一例である熱酸化膜８０２が形成されている。この熱酸化膜８０２は、熱酸化で得られ、銀微粒子を含んでいる。
【０１０３】
上記光導波管８１２は、光源（図示せず）が出射した光８１５をシリコン基板８０１に導くと共に、シリコン基板８０１で反射された反射光８１６を光強度計に導く。また、上記光導波管８１２は、光源からの光８１５が熱酸化膜８０２の表面に対してほぼ垂直に入射するように設けている。
【０１０４】
図８の微粒子製造装置によれば、図６の微粒子製造装置と同様の効果を奏すると共に、光源からの光８１５を熱酸化膜８０２の表面に対してほぼ垂直に入射させていることにより、反射光８１６の光強度が強くなり、微粒子の形成状態のより精度よく把握することができる。
【０１０５】
また、上記微粒子の形成状態のより精度よく把握しながら、熱酸化膜８０２内に微粒子を形成することができるので、微粒子をより精度よく再現することが可能であり、より微小な微粒子を形成することが可能である。
【０１０６】
上記実施の形態２および実施の形態３においては、イオン注入室や熱処理室（以下、イオン注入室や熱処理室を単に「処理室」と言う）と、光の出入口との関係は様々であるが、例えば、微粒子を形成するための処理中の基板に対して様々の箇所や方向から微粒子を検出したい場合には、処理室に光の出入口を固定せず可動にしたほうが好ましい。この場合、処理室の外壁の少なくとも２箇所に、微粒子検出に用いる光を透過する物質でできた領域（窓）を設け、その領域を介して光を入射させたり、または、その領域を介して反射光を取り出したりする。このようにすることで、処理室の環境を一定に保ったまま様々な方向から微粒子を検出することが可能となり、機動性に優れ好ましい。
【０１０７】
また、微粒子製造装置の他の例としては、処理すべき基板に対して外部環境の影響がなるべく及ばないように処理室に光の出入口を固定したり、または、出入口を内側に延長して処理すべき基板の近傍に設けたりすることが考えられる。このようにすれば、基板以外からの信号（光）、例えば基板や処理室内壁で乱反射した光が検出されることがなく、微粒子の形成状態の把握するための信号にノイズがのるのを抑制できる。つまり、Ｓ／Ｎ比を向上することができて、微粒子の形状状態の把握精度を向上させることができる。
【０１０８】
このような微粒子製造装置で製造された微粒子を備えた固体素子は、微粒子の形成状態のばらつきが非常に少なく、信頼性に優れている。
【０１０９】
また、上記微粒子製造装置を用いて、例えばゲート絶縁膜中に微粒子を形成し、メモリ動作を行なわせる固体素子を作成すれば、集積化した時の動作マージンを少なくなり、信頼性に優れる。
【０１１０】
また、上記固体素子の性能のばらつきが少ないのでメモリの多値化も容易に可能となる。
【０１１１】
また、微粒子検出方法で使用する基板は、一定波長の光に対して非透過性の基板であればよく、例えば、サファイア基板、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板、半導体基板などでもよい。
【０１１２】
また、微粒子検出方法の検査対象である物質は、一定波長の光に対して透過性の物質であればよく、例えば、熱酸化膜以外の絶縁体であってもよい。
【０１１３】
また、微粒子検出方法は、ナノオーダはもちろんマイクロオーダの微粒子を検出することができる。
【０１１４】
【発明の効果】
【０１１５】
【０１１６】
以上より明らかなように、本発明の微粒子検出装置は、物質から基板に面する側と反対側に出射する光の強度を光強度測定手段で測定するので、その光強度に基づいて物質中の微粒子を検出して、物質中の微粒子の形成状態を安価かつ容易に把握することできる。
【０１１７】
また、上記微粒子の検出は、物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度に基づいて行うものであるから、微粒子を検出するために特別な加工を物質に施す必要がなく、微粒子の形成状態を素早く把握することができる。
また、上記微粒子検出装置の光源は異なる複数の波長の光を出射するので、微粒子を検出できる光の波長が微粒子の材質毎に異なっていても、材質が異なる複数の微粒子の検出に対応することができる。
また、上記物質から基板に面する側と反対側に向って放射される光を光強度測定手段で波長別に測定するので、材質が異なる複数の微粒子が物質中に混在しても、その複数の微粒子を検出することができる。
また、上記光強度測定段は異なる複数の波長の光の光強度を波長別に測定し得るので、光源が出射する光の波長がなんらかの原因により多少ずれたとしても、その光の波長がずれたことをただちに認識して、微粒子の検出ミスを最小限に抑えることができる。
【０１１８】
一実施形態の微粒子検出装置は、光源が出射する光の光強度と、物質から出射される光の光強度との差を差計算手段で計算するから、基板の反射率を得ることができる。
【０１１９】
また、上記反射率に基づいて微粒子の形成状態を判断した場合、微粒子の検出誤差の発生を抑制することができる。
【０１２０】
一実施形態の微粒子検出装置は、上記光源が出射する光を第１の光案内手段で物質に導くので、光源の配置の自由度を向上させることができる。
【０１２１】
また、上記物質から出射される光を第２の光案内手段で光強度測定手段に導くので、光強度測定手段の配置の自由度を向上させることができる。
【０１２２】
【０１２３】
【０１２４】
【０１２５】
本発明の微粒子製造装置は、上記微粒子検出装置と、物質内に微粒子を形成するための微粒子形成手段とを備えているので、微粒子の形成状態を把握しながら、物質内に微粒子を形成して、物質内に微粒子を精度よく形成できる。
【０１２６】
一実施形態の微粒子製造装置は、上記微粒子形成手段がイオン注入処理と熱処理との少なくとも一方を行うので、イオン注入または熱処理による微粒子の形成を行ないながら、物質の微粒子の形成状態を把握することができる。
【０１２７】
一実施形態の微粒子製造装置は、比較手段の比較結果に基づいて、微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定する判定手段を繰り返し行うことにより、微粒子の形成状態を繰り返し確認することができる。
【０１２８】
また、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定手段で判定するので、微粒子の形成状態に応じて微粒子形成処理を継続または終了させ、微粒子を非常に精度よく形成できて、歩留りもよく微粒子を製造することができる。
【０１２９】
【０１３０】
【０１３１】
【０１３２】
【０１３３】
【０１３４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の参考例の微粒子検出装置における要部の構成を示すブロック図である
【図２】 図２は上記参考例の微粒子検出方法で使用するサンプルの光反射特性のグラフを示す図である。
【図３】 図３（ａ）は銀イオンの注入量が比較的少ないＴＥＭ像を示す図であり、図３（ｂ）は銀イオンの注入量が比較的多いサンプルのＴＥＭ像を示す図である。
【図４】 図４は本発明の実施の形態２の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。
【図５】 図５は上記実施の形態２の微粒子製造装置の処理を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図６】 図６は上記実施の形態２の微粒子製造装置の変形例の要部の構成を示す図である。
【図７】 図７は本発明の実施の形態３の微粒子製造装置の要部の構成を示す模式図である。
【図８】 図８は上記実施の形態３の微粒子製造装置の変形例の要部の構成を示す模式図である。
【図９】 図９は従来の微粒子検出方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１ 光源
１０２，４１５，６１５，７１５，８１５ 光源が出射した光
１０４ サンプル
１０５，４１６，６１６，７１６，８１６ 反射光
１０６ 光強度計
４０１，６０１，７０１，８０１ シリコン基板
４０２，６０２，７０２，８０２ 熱酸化膜
Claims (8)
- 微粒子を含む物質が形成されていると共に、一定波長の光に対して非透過性である基板を保持する保持手段と、
上記微粒子を検出するための所定時間、上記物質へ向けて上記一定波長の光を出射する光源と、
上記物質の上記一定波長の光が入射した側から、上記入射方向と反対方向に出射する光の光強度を測定する光強度測定手段と
を備え、
上記光源は異なる複数の波長の光を出射し、
上記光強度測定段は、上記複数の波長の光の光強度を波長別に測定することを特徴とする微粒子検出装置。 - 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
上記光源が出射する光の光強度と、上記物質から出射される光の光強度との差を計算する差計算手段を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。 - 請求項１または２に記載の微粒子検出装置において、
上記光源が出射する光を上記物質に導く第１の光案内手段と、
上記物質から出射される光を上記光強度測定手段に導く第２の光案内手段とを備えたことを特徴とする微粒子検出装置。 - 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
上記波長の光は１．５ｅＶ〜３．５ｅＶの範囲内のエネルギを持つことを特徴とする微粒子検出装置。 - 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
上記物質の上記基板側とは反対側の表面に対して上記波長の光を垂直に入射させることを特徴とする微粒子検出装置。 - 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の微粒子検出装置と、
上記物質内に上記微粒子を形成するための微粒子形成手段とを備えたことを特徴とする微粒子製造装置。 - 請求項６に記載の微粒子製造装置において、
上記微粒子形成手段はイオン注入処理と熱処理とのうちの少なくとも一方を行うことを特徴とする微粒子製造装置。 - 請求項６または７に記載の微粒子製造装置において、
上記物質から上記基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する第１の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶された上記光強度に基づいて、上記物質中に上記微粒子を形成する必要があると判別したときに、上記物質内に上記微粒子を形成するための微粒子形成処理をスタートさせる処理開始手段と、
上記微粒子形成処理中の上記物質から上記基板に面する側と反対側に向って放射される光の光強度を記憶する第２の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶された上記光強度と、上記第２の記憶手段に記憶された上記光強度とを比較する比較手段と、
上記比較手段の比較結果に基づいて、上記微粒子の形成状態が所望の形成状態であるか否かを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする微粒子製造装置。
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