JP7414589B2 - イオン注入装置およびモデル生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入装置およびモデル生成方法に関する。

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、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。イオン注入工程に使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれる。イオン注入装置は、ウェハに照射すべきイオンビームのビーム電流やビーム角度といった物理量を測定し、測定値に基づいてイオンビームを調整することで、所望の注入条件において要求されるイオン注入の精度を実現するよう構成される（例えば、特許文献１参照）。

特開平９－８２２６６号公報

注入精度を高めるためには高精度の測定装置を用いることが考えられる。しかしながら、測定自体に何らかの異常がある場合、高精度の測定装置を用いたとしても正しい測定ができない。この場合、正しくない測定値に基づいてビーム調整や注入処理がなされるため、要求される注入精度を実現できなくなるおそれがある。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、物理量の測定の妥当性を評価する技術を提供することにある。

本発明のある態様のイオン注入装置は、注入レシピに基づいてイオンビームを生成するビーム生成装置と、イオンビームの少なくとも一つの物理量を測定する複数の測定装置と、複数の測定装置により測定された複数の測定値を含むデータセットを取得し、複数の測定値の相関関係を示すモデルを用いて、イオンビームの少なくとも一つの物理量の測定の妥当性を評価する制御装置と、を備える。

本発明の別の態様は、モデル生成方法である。この方法は、注入レシピに基づいて生成されたイオンビームを測定する複数の測定装置からイオンビームの少なくとも一つの物理量を示す複数の測定値を含むデータセットを取得するステップと、注入レシピに基づく複数の注入工程にて取得された複数のデータセットを入力として、複数の測定値の相関関係を示すモデルを構築するステップと、を備える。

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。

本発明によれば、イオンビームの物理量の測定の妥当性を評価できる。

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１のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。 注入処理室内の構成を概略的に示す上面図である。 制御装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。 複数の測定値ベクトルの相関関係を示す関数を模式的に示す図である。 モデルに対して設定される複数の閾値を模式的に示す図である。 測定値ベクトルの補正方法を模式的に示すグラフである。 実施の形態に係るイオン注入方法の流れを概略的に示すフローチャートである。

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。

実施の形態を詳述する前に概要を説明する。本実施の形態に係るイオン注入装置は、所望の注入レシピに基づいてイオンビームを生成し、イオンビームの少なくとも一つの物理量を複数の測定装置で測定する。複数の測定装置は、イオン注入装置内の様々な箇所に配置され、物理量の一例としてビーム電流を測定するよう構成される。複数の測定装置は、同一のイオンビームを測定する。そのため、各測定装置の測定自体が正常であれば、複数の測定装置により測定される複数の測定値は、比例関係といったある一定の相関関係を有すると考えられる。仮に、いずれかの測定装置による測定に異常が発生した場合、複数の測定値の相関関係が崩れることが予想される。

そこで、本実施の形態では、正常時における複数の測定値の相関関係を示すモデルをあらかじめ構築し、そのモデルを基準として任意の注入時における複数の測定値の相関関係を評価する。例えば、注入時における複数の測定値の相関関係が基準となるモデルからどの程度ずれているかを算出し、そのずれ量に基づいて測定の妥当性を評価する。これにより、測定自体が異常であることに起因する測定誤差の検知が可能となる。さらに、モデルに基づいて測定値を補正することで、補正されたより正確な測定値に基づいてビーム調整やドーズ制御などを実行できる。これにより、近年求められている非常に厳しい注入精度を実現することができ、イオン注入工程の信頼性を高めることができる。

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。

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に対して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。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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）がスリット幅となるように構成され、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。

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。本実施の形態において、イオン生成装置１２およびビームライン装置１４をビーム生成装置ともいう。ビーム生成装置は、ビーム生成装置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、所望の注入条件を実現するためのイオンビームを生成するよう構成される。

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（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ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。

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の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。

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における正電荷の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。

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。

プロファイラカップ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。プロファイラカップ４４は、プロファイラ駆動装置４５の動作により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退避され、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。プロファイラカップ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。プロファイラカップ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。

サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一方は、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およびプロファイラカップ４４の少なくとも一方は、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。

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。

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。

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。

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。

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。

ビームストッパ４６には、複数のチューニングカップ４７（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ）が設けられている。複数のチューニングカップ４７は、ビームストッパ４６に入射するイオンビームのビーム電流を測定するよう構成されるファラデーカップである。複数のチューニングカップ４７は、ｘ方向に間隔をあけて配置されている。複数のチューニングカップ４７は、例えば、注入位置におけるビーム電流をプロファイラカップ４４を用いずに簡易的に測定するために用いられる。

サイドカップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ４４およびチューニングカップ４７（４７ａ～４７ｄ）は、イオンビームの物理量としてビーム電流を測定するための複数の測定装置である。サイドカップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ４４およびチューニングカップ４７（４７ａ～４７ｄ）は、イオンビームの物理量としてビーム角度を測定するための複数の測定装置であってもよい。

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。

図３は、注入処理室１６内の構成を概略的に示す上面図であり、注入処理室１６に配置される複数の測定装置がスキャンビームＳＢを測定する様子を示している。イオンビームＢは、矢印Ｘで示されるようにｘ方向に往復走査され、ｘ方向に往復走査されたスキャンビームＳＢとしてウェハＷに入射する。

イオンビームＢは、ウェハＷが位置する注入範囲Ｃ１と、注入範囲Ｃ１よりも外側のモニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２Ｒとを含む照射範囲Ｃ３にわたって往復スキャンされる。左右のモニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２Ｒのそれぞれには、左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒが配置されている。左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒは、注入工程においてモニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２ＲまでオーバースキャンされるイオンビームＢを測定することができる。

プロファイラカップ４４は、注入工程において照射範囲Ｃ３よりも外側の非照射範囲Ｃ４Ｒに退避されている。図示する構成では、プロファイラ駆動装置４５が右側に配置され、注入工程においてプロファイラカップ４４が右側の非照射範囲Ｃ４Ｒに退避されている。なお、プロファイラ駆動装置４５が左側に配置される構成では、注入工程において、プロファイラカップ４４が左側の非照射範囲Ｃ４Ｌに退避されてもよい。

プロファイラカップ４４は、注入工程の事前に実行される準備工程において、注入範囲Ｃ１に配置され、注入範囲Ｃ１におけるイオンビームＢのビーム電流を測定する。プロファイラカップ４４は、注入範囲Ｃ１においてｘ方向に移動しながらビーム電流を測定し、スキャンビームＳＢのｘ方向のビーム電流密度分布を測定する。プロファイラカップ４４は、注入工程におけるウェハ処理面に一致する平面（測定面ＭＳ）に沿ってｘ方向に移動することで、ウェハ処理面の位置でのビーム電流を測定する。

複数のチューニングカップ４７は、注入範囲Ｃ１に配置され、注入範囲Ｃ１におけるイオンビームＢのビーム電流を測定する。複数のチューニングカップ４７は、ウェハＷよりも下流側に離れた位置に配置されている。チューニングカップ４７は、プロファイラカップ４４のように注入範囲Ｃ１と非照射範囲Ｃ４Ｒの間で移動させる必要がないため、プロファイラカップ４４に比べて簡易的に注入範囲Ｃ１におけるビーム電流を測定することができる。

準備工程では、注入処理室１６内に設けられる各種ファラデーカップにてビーム電流測定値が測定される。具体的には、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、プロファイラカップ４４および複数のチューニングカップ４７を用いて複数のビーム電流測定値が測定される。制御装置６０は、取得したビーム電流測定値間の比率を記憶し、注入工程においてサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値からウェハ処理面におけるビーム電流値を算出できるようにする。通常、各種ファラデーカップで測定されるビーム電流測定値間の比率は、ビームライン装置１４のビーム光学系の設定に依存し、イオン生成装置１２から引き出されるイオンビームＢのビーム電流が多少変動したとしても、ビーム電流測定値の比率はほぼ一定である。つまり、準備工程においてビーム光学系の設定が決まれば、その後の注入工程におけるビーム電流測定値間の比率も変わらない。したがって、準備工程においてビーム電流測定値間の比率を記憶しておけば、その比率と、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値とに基づいて、注入工程においてウェハＷにイオンが注入される注入位置（つまり、ウェハ処理面）でのビーム電流値を算出できる。

注入工程では、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒを用いてビーム電流を常時測定できる。注入工程では、プロファイラカップ４４やチューニングカップ４７を用いてビーム電流を常時測定することはできず、間欠的な測定しかできない。したがって、注入工程では、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値に基づいて、ウェハ処理面に注入されるイオンのドーズ量が制御される。注入工程の途中でサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値が変化した場合、ウェハＷのｙ方向の往復運動の速度を変化させることで、ウェハ処理面のドーズ量分布が調整される。例えば、ウェハ処理面の面内で均一なドーズ量分布を実現しようとする場合、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒによりモニタされるビーム電流値に比例する速度でウェハＷを往復運動させる。具体的には、モニタするビーム電流測定値が増加する場合にはウェハＷの往復運動を速くし、モニタするビーム電流値が低下する場合にはウェハＷの往復運動を遅くする。これにより、スキャンビームＳＢのビーム電流の変動に起因するウェハ処理面内におけるドーズ量分布のばらつきを防ぐことができる。

図４は、制御装置６０の機能構成を模式的に示すブロック図である。制御装置６０は、注入制御部６１と、測定管理部６５と、モデル構築部６９と、記憶部７０と、を備える。

注入制御部６１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。測定管理部６５は、複数の測定装置にて測定される複数の測定値に基づいて、測定の妥当性を評価し、必要に応じて測定値を補正する。測定管理部６５は、複数の測定値の相関関係を示すモデルを用いて、測定の妥当性の評価および測定値の補正をする。モデル構築部６９は、測定管理部６５にて用いるモデルを構築する。記憶部７０は、注入レシピや注入レシピを実現するための動作パラメータ、複数の測定装置により測定される測定値、複数の測定値の相関関係を示すモデルなどを記憶する。

注入制御部６１は、注入レシピ取得部６２と、ビーム調整部６３と、ドーズ制御部６４とを備える。

注入レシピ取得部６２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が定められた注入レシピを取得する。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。

ビーム調整部６３は、取得した注入レシピに基づいてイオンビームを生成する。ビーム調整部６３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、所望の注入レシピに定められる注入パラメータが実現されるようにする。ビーム調整部６３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。ビーム調整部６３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。ビーム調整部６３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。ビーム調整部６３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ＷＳに入射するイオンビームのビームサイズを制御する。

ビーム調整部６３は、準備工程において取得されるイオンビームの物理量の測定値に基づいてビームを調整する。ビーム調整部６３は、測定管理部６５によって補正された測定値に基づいてビームを調整してもよい。

ドーズ制御部６４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、ドーズ制御部６４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。ドーズ制御部６４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。

ドーズ制御部６４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。ドーズ制御部６４は、相対的に高ドーズ量とする箇所については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ついてはウェハ移動速度を速くする。

ドーズ制御部６４は、準備工程において取得されるイオンビームの物理量の測定値に基づいてビームスキャン速度を調整する。ドーズ制御部６４は、例えばプロファイラカップ４４により測定されるｘ方向のビーム電流密度分布の測定値に基づいて、ビームスキャン速度を調整する。ドーズ制御部６４は、注入工程において取得されるイオンビームの物理量の測定値に基づいてウェハ移動速度を調整する。ドーズ制御部６４は、例えばサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにて測定されるビーム電流測定値に基づいて、注入工程におけるビーム電流の変動の影響を低減するようにウェハ移動速度を調整する。ドーズ制御部６４は、測定管理部６５によって補正された測定値に基づいてビームスキャン速度およびウェハ移動速度の少なくとも一方を調整してもよい。

測定管理部６５は、データセット取得部６６と、測定評価部６７と、測定補正部６８とを含む。データセット取得部６６は、測定の評価および補正に必要となる各種データが含まれるデータセットを取得する。データセットには、複数の測定装置により測定された複数の測定値が含まれる。データセットには、例えば、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、プロファイラカップ４４およびチューニングカップ４７により測定された複数のビーム電流測定値が含まれる。データセットには、測定対象となるビームに関連する様々なパラメータが含まれてもよい。データセットには、注入レシピに定められる注入パラメータの少なくとも一つが含まれてもよい。データセットには、少なくとも一つの注入パラメータを実現するための各種機器の動作パラメータの少なくとも一つが含まれてもよい。データセット取得部６６は、複数の注入工程にて取得された複数のデータセットを記憶部７０に蓄積してもよい。記憶部７０に蓄積された複数のデータセットは、モデル構築の入力データとして用いることができる。

測定評価部６７は、取得したデータセットに基づいて、データセットに含まれる複数の測定値が妥当であるか評価する。測定評価部６７は、正常な測定がなされたときの複数の測定値の相関関係を示すモデルを参照し、データセットに含まれる複数の測定値の相関関係がモデルと対応する場合、複数の測定値が妥当であると判定する。言いかえれば、複数の測定値に係る測定が正常であると判定する。一方、データセットに含まれる複数の測定値の相関関係がモデルと対応しない場合、複数の測定値が妥当ではないと判定する。言いかえれば、複数の測定値に係る測定に異常があると判定する。測定の妥当性を示す指標として、例えば、データセットに含まれる複数の測定値が基準となるモデルからどの程度ずれているかを示す値（例えば距離や偏差）を用いることができる。複数の測定値の相関関係を示すモデルの詳細は、別途後述する。

測定補正部６８は、正常な測定がなされたときの複数の測定値の相関関係を示すモデルを用いて、データセットに含まれる複数の測定値の少なくとも一つを補正する。測定補正部６８は、複数の測定値の相関関係がモデルからずれている場合、補正後の複数の測定値の相関関係がモデルに対応するように複数の測定値の少なくとも一つを補正する。測定補正部６８は、例えば、複数の測定値に係る測定が異常であると判定される場合に、複数の測定値の少なくとも一つを補正することで、複数の測定値の少なくとも一つの異常値を正常値と推定される値に補正する。測定補正部６８は、複数の測定値に係る測定が正常であると判定される場合であっても複数の測定値の少なくとも一つを補正してもよい。モデルに基づいて正常値を補正することで、測定誤差等に起因して測定値がモデルからずれている場合に正常な測定値をより正確な値に補正することができる。補正された測定値は、ビーム調整やドーズ制御に用いることができる。

モデル構築部６９は、測定評価部６７や測定補正部６８が用いるモデルを構築する。モデル構築部６９は、正常な測定がなされたときの複数の測定値を含むデータセットを入力として、複数の測定値の相関関係を示すモデルを構築する。モデル構築部６９は、正常な測定がなされたときの複数のデータセットを取得し、複数のデータセットのそれぞれに含まれる複数の測定値の相関関係を解析することでモデルを構築する。モデル構築に必要なデータセットの数は、特に限られないが、例えば５０～２００である。

モデル構築に使用する複数のデータセットは、同一の注入レシピを実現するために異なるタイミングに生成されたイオンビームを測定した測定値を含んでもよいし、注入パラメータや動作パラメータの少なくとも一つが異なる注入レシピを実現するために生成されたイオンビームの測定値を含んでもよい。複数のデータセットのそれぞれは、注入パラメータや動作パラメータの少なくとも一つが特定の条件を満たすイオンビームの測定値のみを含んでもよい。モデル構築部６９は、測定対象のイオンビームを照射したウェハの特性が所定条件を満たしたデータセットのみを用いてモデルを構築してもよい。例えば、イオン注入されたウェハ上に製造されたデバイスが正常に動作したときのデータセットのみを用いてモデルを構築してもよい。

つづいて、本実施の形態に係るモデルの構築について詳述する。以下では、左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、プロファイラカップ４４、および、４個のチューニングカップ４７ａ～４７ｄの計７個の測定装置にて測定される７つのビーム電流測定値の相関関係を示すモデルを例として説明する。なお、モデルの構築対象となる物理量は、ビーム電流測定値でなくてもよく、上記カップで測定されるビーム角度に関する測定値であってもよい。また、モデルを構築するために用いる測定装置の数は７個に限られず、６個未満であってもよいし、８個以上であってもよい。但し、測定装置の数は、３個以上または４個以上であることが好ましい。測定装置の数を増やすことで、測定の妥当性の評価精度や測定値の補正精度を高めることができる。

モデル構築部６９は、複数のカップで測定される複数のビーム電流測定値を含むデータセットを取得する。複数のビーム電流測定値は、複数のカップの個数ｎ（例えば７個）の次元（例えば７次元）を有する配列データまたは測定値ベクトルｘ（ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｉ，…，ｘ_ｎ）として表すことができる。モデル構築部６９は、複数の測定値ベクトルｘを取得し、取得した複数の測定値ベクトルｘの相関関係を示す関数ｆ（ｘ）を特定する。モデル構築部６９は、例えば、主成分分析（Principal Component Analysis; ＰＣＡ）により、複数の測定値ベクトルｘの相関関係を示す直線を特定する。主成分分析により特定される直線は、複数の測定値ベクトルｘをｎ次元（７次元）の空間上にプロットした場合に、主成分方向に延びる直線として表すことができる。なお、複数の測定値ベクトルｘの相関関係を示す関数ｆ（ｘ）は、直線に限られず、任意の非線形関数であってもよい。

図５は、複数の測定値ベクトルの相関関係を示す関数を模式的に示す図である。図５のグラフでは、説明の制約上、第１カップの測定値ｘ_１と第２カップの測定値ｘ_２の２次元のみを示しているが、実際にはｎ次元（例えば７次元）である。グラフ上のプロット７２は、測定値ベクトルｘが示す位置座標に配置されている。グラフ上の直線７４は、複数のプロット７２の近似直線であり、複数の測定値ベクトルｘの相関関係を示す関数ｆ（ｘ）である。直線７４は、複数のプロット７２の分布の中心を通り、第１主成分方向に延びる直線として定義される。例えば、複数のプロット７２の分布の中心座標をｘ_０とし、第１主成分方向の単位ベクトルをｖとすると、媒介変数ｔを用いて、ｘ_０＋ｔｖの式で直線７４を表すことができる。

モデル構築部６９は、複数の測定値ベクトルｘの分布に基づいて、測定の妥当性を評価するための閾値を決定する。測定の妥当性を評価するための閾値は、例えば、図５のグラフに示される基準領域７６として定義される。評価対象となる測定値ベクトルｘが基準領域７６の内側にあれば、その測定値ベクトルｘは正常であると判定される。一方、評価対象となる測定値ベクトルｘが基準領域７６の外側にあれば、その測定値ベクトルｘは異常であると判定される。基準領域７６は、直線７４に沿った第１主成分方向の第１範囲７６ａと、直線７４に直交する第２主成分方向の第２範囲７６ｂとにより定義できる。第１範囲７６ａは、第１主成分方向の分布のばらつきを示すＴ^２統計量に基づいて定義できる。Ｔ^２統計量は、測定値ベクトルｘの第１主成分方向の成分ｔと、分布の第１主成分方向の標準偏差σ_ｔを用いて、Ｔ^２＝Σ（ｔ／σ_ｔ）^２と表すことができる。第２範囲７６ｂは、第１主成分方向に直交する方向の分布のばらつきを示すＱ統計量を用いて定義できる。Ｑ統計量は、第１主成分軸（例えば、直線７４）から測定値ベクトルｘまでの距離ｑを用いて、Ｑ＝Σｑ^２と表すことができる。距離ｑは、測定値ベクトルｘを第１主成分軸上に射影したときの位置座標ｘ_ｔ＝ｘ_０＋ｔｖを用いて、ｑ＝ｘ－ｘ_ｔと表すことができる。閾値となる具体的な範囲は、Ｔ^２統計量またはＱ統計量が所定値となる範囲として定義することができ、例えば、複数の測定値ベクトルｘの分布の９９．５％が基準領域７６の内側に含まれるように閾値を定義できる。なお、基準領域７６を定義するための閾値は、固定値でなくてもよく、必要とする注入精度に応じて可変値としてもよい。

モデル構築部６９は、一つのモデルに対して複数の閾値を決定してもよい。図６は、モデルに対して設定される複数の閾値を模式的に示す図である。図６では、一つのモデルに対する複数の閾値として、第１基準領域７７および第２基準領域７８が設定されている。第１基準領域７７は、評価対象となる測定値ベクトルｘが正常とされる範囲である。第１基準領域７７に含まれる測定値ベクトルｘは、補正されてもよいし、補正されなくてもよい。第２基準領域７８は、評価対象となる測定値ベクトルｘが異常とされる範囲であって、測定値ベクトルの補正が可能な範囲である。第１基準領域７７および第２基準領域７８のいずれにも該当しない範囲は、評価対象となる測定値ベクトルｘが異常とされる範囲であって、測定値ベクトルの補正ができない範囲である。

モデル構築部６９は、様々な注入レシピに適用可能な汎用モデルを構築してもよいし、特定の注入レシピにのみ適用が可能な個別モデルを構築してもよい。個別モデルは、例えば、特定の条件を満たす測定値ベクトルｘのみを入力として用いることで構築できる。例えば、特定の注入パラメータまたは特定の動作パラメータが所定条件を満たす状況下で測定された測定値ベクトルｘのみをモデル構築の入力として用いることで、個別モデルを構築できる。モデル構築部６９は、注入パラメータや動作パラメータの値をモデルに入力することで汎用モデルを構築してもよい。この場合、汎用モデルに組み込まれる注入パラメータや動作パラメータの値が所定条件を満たすように制約することで、個別モデルを構築することができる。ここで、特定の注入パラメータおよび動作パラメータは、測定値とは直接関連しないパラメータであってもよい。例えば、ビーム電流測定値のためのモデルの場合、イオン種、ビームエネルギーまたはビーム角度といったビーム電流とは異なる注入パラメータや、ビーム電流とは異なる注入パラメータを制御するための動作パラメータなどを対象としてもよい。このようなモデルは、複数の測定値と少なくとも一つの注入パラメータまたは動作パラメータとの相関関係を示すモデルということができる。

モデル構築部６９は、モデル構築の入力として用いる測定値ベクトルｘに対して事前処理を施してもよい。例えば、特定の測定装置ｉが測定したビーム電流測定値ｘ_ｉの分布の平均値μ_ｉと標準偏差σ_ｉを用いて、ビーム電流測定値ｘ_ｉを標準化してもよい。標準化されたビーム電流測定値ｘ_ｉ’は、ｘ_ｉ’＝（ｘ_ｉ－μ_ｉ）／σ_ｉと表すことができる。測定装置ごとにビーム電流測定値ｘ_ｉを標準化することで、カップごとの測定のばらつき等を平準化することができ、モデルに対する各測定装置の寄与を均一化できる。

モデル構築部６９は、モデルに対する各測定装置の寄与を測定装置ごとに異ならせてもよい。例えば、各測定装置の寄与を示す調整係数α_ｉを測定装置ごとに設定し、ビーム電流測定値ｘ_ｉに調整係数α_ｉを乗算した調整後のビーム電流測定値α_ｉｘ_ｉを入力としてモデルを構築してもよい。調整係数α_ｉは、標準化されたビーム電流測定値ｘ_ｉ’に対して乗算してもよく、標準化され、かつ、調整後のビーム電流測定値α_ｉｘ_ｉ’を入力としてモデルを構築してもよい。調整係数α_ｉの値は、各測定装置における測定の信頼性に基づいて定められてもよい。例えば、測定誤差が生じにくく信頼性が高い測定装置の調整係数α_ｉを相対的に大きくする一方、測定誤差が生じやすく信頼性が低い測定装置の調整係数α_ｉを相対的に小さくしてもよい。

モデル構築部６９は、モデルごとに調整係数α_ｉの値を可変としてもよい。例えば、特定の注入レシピに適用する個別モデルについて、特定の測定装置の調整係数α_ｉを汎用モデルや他の個別モデルとは異なる値としてもよい。例えば、高ビーム電流が必要となる注入レシピでは、ビームラインＡの下流側においてビームが拡がりやすくなり、ビームラインＡの最下流に配置されるチューニングカップ４７にビーム径の全体が入射しにくい状況となる。そうすると、理想的なビーム電流測定値に比べてチューニングカップ４７の測定値が小さくなり、測定誤差が大きくなってしまう。そこで、ビームが拡がりやすい注入レシピに適用する個別モデルでは、チューニングカップ４７に適用する調整係数α_ｉを小さな値とし、チューニングカップ４７における測定誤差がモデルに反映されにくくなるようにしてもよい。また、サイドカップ４２の測定値は、ビームのスキャン条件に応じて変化しうる。そこで、不均一注入用の注入レシピに適用する個別モデルでは、ビームスキャンの速度分布や走査範囲に応じて、サイドカップ４２に適用する調整係数α_ｉを可変としてもよい。特定の測定装置の調整係数α_ｉは、注入レシピに定められる注入パラメータや注入レシピを実現するための動作パラメータに応じて、個別に設定されてもよい。

つづいて、構築されたモデルを用いた測定値の評価および補正について詳述する。

測定評価部６７は、評価対象とする複数の測定値が含まれるデータセットを取得する。測定評価部６７は、取得したデータセットに含まれる注入パラメータや動作パラメータに基づいて、評価に用いるモデルを選択する。測定評価部６７は、取得したデータセットにおける注入パラメータや動作パラメータに対応する個別モデルが構築されていれば、取得したデータセットに対応する個別モデルを評価に用いる。測定評価部６７は、取得したデータセットにおける注入パラメータや動作パラメータに対応する個別モデルが構築されていなければ、汎用モデルを評価に用いてもよい。

測定評価部６７は、選択したモデルを参照して、取得したデータセットに含まれる複数の測定値の妥当性を評価する。測定評価部６７は、例えば、取得した複数の測定値に対応する測定値ベクトルを図５のグラフにプロットし、プロットした測定値ベクトルが基準領域７６の範囲内に含まれるか否かを判定する。測定評価部６７は、測定値ベクトルが基準領域７６の範囲内に含まれる場合、取得したデータセットに係る測定が正常であると判定する。一方、測定値ベクトルが基準領域７６の範囲外である場合、取得したデータセットに係る測定が異常であると判定する。測定評価部６７は、選択したモデルにおいて測定値ベクトルの標準化や調整係数α_ｉによる重み付けがなされている場合、取得した複数の測定値に対して標準化や重み付け調整を適用してから測定の妥当性を評価する。

測定評価部６７は、選択したモデルを参照して、複数の測定値の妥当性を示す指標を算出してもよい。測定評価部６７は、測定値の妥当性の指標として、複数の測定値に対応する測定値ベクトル８２がモデルからどの程度ずれているかを示す値（ずれ量）を算出してもよい。例えば、モデルが示す直線７４から測定値ベクトル８２までの距離、つまり、第１主成分方向に直交する方向の距離を第１指標として算出してもよい。第１指標は、上述のＱ統計量に基づいて算出されてもよい。また、モデルの中心座標ｘ_０から測定値ベクトル８２までの第１主成分方向に沿った方向の距離を第２指標として算出してもよい。第２指標は、上述のＴ^２統計量に基づいて算出されてもよい。第１指標および第２指標は、分布の標準偏差σなどに基づいて標準化または正規化された値であってもよい。測定評価部６７は、算出した第１指標および第２指標の少なくとも一方に基づいて、複数の測定値の妥当性を評価してもよい。測定評価部６７は、算出した指標と、上述の基準領域７６，７７，７８に対応する閾値とを比較することで、測定が正常であるか異常であるか等の評価をしてもよい。

測定補正部６８は、測定評価部６７により評価された複数の測定値をモデルに基づいて補正する。図７は、測定値ベクトルの補正方法を模式的に示すグラフである。測定補正部６８は、例えば、取得した複数の測定値に対応する測定値ベクトル８２を図７のグラフにプロットし、モデルが示す直線７４の上で測定値ベクトル８２に最も近いベクトルを補正後の測定値ベクトル８４として算出する。矢印８０で示される補正前の測定値ベクトル８２から補正後の測定値ベクトル８４への補正方向は、モデルが示す直線７４に直交する方向である。

測定補正部６８は、測定評価部６７が評価に用いたモデルを用いて複数の測定値を補正する。測定補正部６８は、モデルにおいて測定値ベクトルの標準化や調整係数α_ｉによる重み付けがなされている場合、標準化および重み付け調整がなされた状態で測定値ベクトルを補正する。測定補正部６８は、補正後の測定値ベクトル８４に対して、標準化および重み付け調整を解除するための逆演算をすることで補正後の測定値を算出してもよい。具体的には、補正後の測定値ベクトル８４をｙ（ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｉ，…，ｙ_ｎ）とすると、補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’は、ｙ_ｉ’＝（σ_ｉ・ｙ_ｉ／α_ｉ）＋μ_ｉと表すことができる。ここで、α_ｉは特定の測定装置ｉにおける調整係数であり、σ_ｉは特定の測定装置ｉにおける標準偏差であり、μ_ｉは特定の測定装置ｉにおける平均値である。

ビーム調整部６３は、測定評価部６７により測定が異常であると判定された場合、アラートを出力してビーム調整を中止してもよい。ビーム調整部６３は、測定評価部６７により測定が異常であると判定された場合、ビーム生成装置の動作パラメータを調整して、測定が正常となるようにビームを再調整してもよい。ビーム調整部６３は、ビームの再調整後においても測定評価部６７によって測定が異常であると判定された場合、ビーム調整を中止してアラートを出力してもよい。

ビーム調整部６３は、測定補正部６８により算出された補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’に基づいてビーム調整をしてもよい。ビーム調整部６３は、補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’が注入レシピにより指定されるビーム電流となるようにビーム調整をしてもよい。ビーム調整部６３は、特定の測定装置ｉに対応する補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’に基づいてビーム調整をしてもよく、例えばプロファイラカップ４４における補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’を基準としてビーム調整がなされてもよい。

ドーズ制御部６４は、測定補正部６８により算出された補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’に基づいてドーズ制御をしてもよい。ドーズ制御部６４は、特定の測定装置ｉに対応する補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’に基づいてドーズ制御をしてもよく、例えばプロファイラカップ４４における補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’を基準としてイオンビームのスキャン速度分布を調整してもよい。ドーズ制御部６４は、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒとプロファイラカップ４４における補正後のビーム電流測定値ｙ_ｉ’の比率を基準として、イオン注入中のビーム電流の変動の影響が低減されるようにウェハ移動速度を調整してもよい。

図８は、実施の形態に係るイオン注入方法の流れを概略的に示すフローチャートである。制御装置６０は、複数の測定値を含むデータセットを取得し（Ｓ１０）、モデルを用いて複数の測定値の測定の妥当性を評価する（Ｓ１２）。測定が正常であれば（Ｓ１４のＹ）、取得した測定値に基づいてイオン注入処理を実行する（Ｓ１６）。測定が異常であり（Ｓ１４のＮ）、測定値の補正が可能であれば（Ｓ１８のＹ）、モデルを用いて測定値を補正し（Ｓ２０）、補正値に基づいてイオン注入処理を実行する（Ｓ２２）。測定値の補正が不可であり（Ｓ１８のＮ）、ビーム調整が不可であれば（Ｓ２４のＹ）、注入処理を中止する（Ｓ２６）。測定値の補正が不可であり（Ｓ１８のＮ）、ビーム調整が可能であれば（Ｓ２４のＮ）、ビームを再調整して（Ｓ２８）、フローの最初に戻ってＳ１０以降の処理を実行する。

本実施の形態によれば、複数の測定値に係る測定の妥当性をモデルを用いて評価することで、測定の異常の有無をより高精度に検出できる。本実施の形態によれば、複数の測定値の正常時の相関関係を示すモデルを参照することで、複数の測定値の少なくとも一つが正常時から逸脱した測定をしていることを容易に特定できる。特に、モデルに適用する測定装置の数を増やすことで、いずれかの測定装置にわずかな測定誤差が生じている場合であっても、その測定誤差を高精度に検出できる。これにより、高精度で正常と評価された測定値に基づいてイオン注入処理を実行することができ、注入精度を高めることができる。

本実施の形態によれば、複数の測定値の正常時の相関関係を示すモデルを用いて測定値を補正し、補正値に基づいてイオン注入工程を実行できる。これにより、わずかな測定誤差に起因して測定に異常が発生していると判定される場合に、イオン注入装置の停止を回避することができ、装置の停止による生産性の低下を防ぐことができる。また、測定誤差に起因すると考えられるモデルからのずれを補正することで、測定誤差に起因する測定値のずれを低減することができ、より正確な値の物理量に基づいてイオン注入処理を実行できる。これにより、測定値を補正しない場合に比べて、注入精度を高めることができる。

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。

上述の実施の形態において、モデル構築部６９は、構築したモデルを都度更新してもよい。例えば、イオン注入装置１０を継続的に使用することで、多様な注入レシピに基づく多数の注入工程においてデータセットが取得されて記憶部７０に蓄積される。モデル構築部６９は、記憶部７０に蓄積されていくデータセットに基づいて、モデルに反映する測定値ベクトルのプロット数を増やすことでモデルを更新できる。例えば、蓄積されるデータセットに基づいてモデルを構築することで、特定の注入レシピのみに適用可能な個別モデルの種類数を増やすことができる。イオン注入装置１０の使用期間が短い場合は、限定された注入レシピに対応するデータセットしか蓄積されていないため、限定された注入レシピに対応する個別モデルしか構築できない。一方、イオン注入装置１０の長期使用により多様な注入レシピに対応するデータセットが蓄積されれば、多様な注入レシピのそれぞれに対応する種々の個別モデルを構築できる。注入レシピごとに多様な個別モデルを構築することで、特定の注入レシピにおける測定の妥当性の評価精度および測定値の補正精度を高めることができる。

測定評価部６７は、モデル構築部６９によって個別モデルが構築されていないタイミングでは汎用モデルを用いて測定を評価し、モデル構築部６９によって個別モデルが構築されたタイミング以降では個別モデルを用いて測定を評価してもよい。つまり、モデル構築部６９によるモデル構築の進捗度に応じて評価に用いるモデルを動的に切り替えてもよい。測定補正部６８が補正に用いるモデルについても同様であってもよい。

モデル構築部６９は、補正後の測定値に基づいて実行されたイオン注入処理の結果に基づいてモデルを更新してもよい。モデル構築部６９は、例えば、補正後の測定値に基づいてイオン注入されたウェハ上に製造されたデバイスの特性や歩留まりに関する情報を取得し、測定値の補正の影響を評価してもよい。モデル構築部６９は、測定値の補正によるデバイスへの悪影響が低減されるようにモデルを更新または再構築してもよい。

モデル構築部６９が構築するモデルは、他のイオン注入装置で利用されてもよい。例えば、第１のイオン注入装置にて取得されたデータセットに基づいて構築された第１モデルを第２のイオン注入装置における測定の妥当性評価および測定値の補正に用いてもよい。この場合、第１モデルをそのまま第２のイオン注入装置で使用するのではなく、第１モデルに変換処理を施した第２モデルを第２のイオン注入装置で使用してもよい。第２モデルは、第１モデルに対して所定の変換係数βを適用したモデルであってもよい。変換係数βは、上述の調整係数αと同様、測定装置ごとに設定される係数であってもよく、例えば、複数のビーム電流測定値ｘ_ｉのそれぞれに乗算される変換係数β_ｉとして設定されてもよい。変換係数β_ｉの具体値は、第２のイオン注入装置にて取得される複数の測定値に基づいて決定されてもよい。

上述の変換係数β_ｉを用いて、第２のイオン注入装置にて用いる個別モデルを構築してもよい。例えば、第１のイオン注入装置において、汎用モデル（第１汎用モデルともいう）および個別モデル（第１個別モデルともいう）が構築されており、第２のイオン注入装置において汎用モデル（第２汎用モデルともいう）のみが構築されている場合を考える。第１汎用モデルと第２汎用モデルの間で変換係数β_ｉが求まっている場合、第１個別モデルに同じ変換係数β_ｉを適用することで、第２のイオン注入装置にて用いる個別モデル（第２個別モデル）が構築されてもよい。

上述の実施の形態では、モデルを用いて複数の測定値の妥当性の評価および補正の双方を実施する場合について示した。別の実施の形態では、モデルを用いて複数の測定値の妥当性の評価のみが実行されてもよい。別の実施の形態では、測定の妥当性を評価せずに、モデルを用いて複数の測定値の補正のみが実行されてもよい。

１０…イオン注入装置、１２…イオン生成装置、１４…ビームライン装置、１６…注入処理室、４２…サイドカップ、４４…プロファイラカップ、４７…チューニングカップ、６０…制御装置、６１…注入制御部、６２…注入レシピ取得部、６３…ビーム調整部、６４…ドーズ制御部、６５…測定管理部、６６…データセット取得部、６７…測定評価部、６８…測定補正部、６９…モデル構築部、７０…記憶部、Ｂ…イオンビーム、Ｗ…ウェハ。

Claims (10)

1. 注入レシピに基づいてイオンビームを生成するビーム生成装置と、
   前記イオンビームのビーム電流を測定する複数の測定装置と、
   前記複数の測定装置により測定された複数の測定値を含むデータセットを取得し、予め構築された前記複数の測定値と前記注入レシピに定められる少なくとも一つの注入パラメータとの相関関係を示すモデルを用いて、前記イオンビームのビーム電流の測定の妥当性を評価する制御装置と、を備え、
   前記少なくとも一つの注入パラメータは、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、および、平均ドーズ量の少なくとも一つを備えることを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記制御装置は、前記データセットに含まれるパラメータとして、前記注入レシピに定められる少なくとも一つの注入パラメータを取得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。
3. 前記制御装置は、前記イオンビームのビーム電流の測定の妥当性の評価結果に基づいて、前記ビーム生成装置の動作パラメータを調整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。
4. 前記制御装置は、前記モデルを用いて、前記イオンビームのビーム電流の値を補正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。
5. 前記複数の測定装置は、ウェハに前記イオンビームが入射する注入位置にて前記イオンビームのビーム電流を測定する第１測定装置と、前記注入位置とは異なる位置にて前記イオンビームのビーム電流を測定する第２測定装置とを含み、
   前記制御装置は、前記モデルを用いて前記第１測定装置の測定値を補正す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。
6. 前記制御装置は、前記イオンビームのビーム電流の補正値に基づいて、前記イオンビームをウェハに照射する注入工程のドーズ量を制御することを特徴とする請求項４または５に記載のイオン注入装置。
7. 前記制御装置は、異なる注入レシピに基づく複数の注入工程にて取得された複数のデータセットを蓄積し、蓄積された複数のデータセットを入力として前記モデルを構築することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
8. 前記制御装置は、所定条件を満たす注入レシピに基づく複数の注入工程にて取得された複数のデータセットを入力として前記モデルを構築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。
9. 前記制御装置は、前記イオンビームを照射する注入工程を用いて製造された半導体デバイスの評価結果に関する情報を取得し、前記評価結果が所定条件を満たす半導体デバイスの製造に用いた注入工程にて取得されたデータセットを入力として前記モデルを構築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。
10. 注入レシピに基づいて生成されたイオンビームを測定する複数の測定装置から前記イオンビームのビーム電流を示す複数の測定値を含むデータセットを取得するステップと、
    前記注入レシピに基づく複数の注入工程にて取得された複数のデータセットを入力として、前記複数の測定値と前記注入レシピに定められる少なくとも一つの注入パラメータとの相関関係を示すモデルを構築するステップと、を備え、
    前記少なくとも一つの注入パラメータは、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、および、平均ドーズ量の少なくとも一つを備えることを特徴とするモデル生成方法。

Images