JP4709664B2

JP4709664B2 - Ion source

Info

Publication number: JP4709664B2
Application number: JP2006064220A
Authority: JP
Inventors: 辻　　康之
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007242460A

Description

本発明は、ガスを供給して電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオビームを生成するイオン源に関する。 The present invention relates to an ion source that generates a plasma by supplying a gas and applying a voltage and generates an ion beam from the plasma.

従来のＤＣイオン源、例えばバーナス型イオン源では、チャンバ内でアーク放電を起こし、チャンバ内に供給された原料ガスから所望のイオンを生成する。チャンバは、少なくとも一部に導体面を有する内部空間を備える。このチャンバの内部空間には、チャンバと電気絶縁され、内部空間のチャンバ内壁面から突出したフィラメントが設けられている。このフィラメントは、アーク放電するために、チャンバの内部空間に熱電子を放出する熱電子供給源である。 In a conventional DC ion source, for example, a Bernas type ion source, arc discharge is generated in a chamber, and desired ions are generated from a raw material gas supplied in the chamber. The chamber includes an internal space having a conductor surface at least partially. The interior space of the chamber is provided with a filament that is electrically insulated from the chamber and protrudes from the inner wall surface of the interior space. This filament is a thermoelectron source that emits thermoelectrons into the interior space of the chamber for arc discharge.

上記イオン源において、アーク放電を確立するまでの流れは、以下の通りである。
まず、チャンバの内部空間内に原料ガスを導入し、減圧してアーク放電に適した圧力とする。次に、チャンバの内部空間に磁場を印加する。この磁場は、チャンバの内部空間に生成されるプラズマを閉じ込め、アーク放電に適した状態でプラズマ密度を維持しやすくするために用いられる。次に、フィラメントとチャンバとの間に、例えば数十Ｖ〜百数十Ｖの電圧を印加する。この後、フィラメントに電流を流しフィラメントを白熱させる。このとき、フィラメントが白熱し熱電子がチャンバ内の内部空間に放出され始め、熱電子の放出量が一定量を超えるとアーク放電が開始する。アーク放電開始後、フィラメント電流を増加させ１０〜２０秒後、アーク放電は安定する。 In the ion source, the flow until the arc discharge is established is as follows.
First, a source gas is introduced into the internal space of the chamber, and the pressure is reduced to a pressure suitable for arc discharge. Next, a magnetic field is applied to the internal space of the chamber. This magnetic field is used to confine the plasma generated in the internal space of the chamber and to easily maintain the plasma density in a state suitable for arc discharge. Next, a voltage of, for example, several tens of volts to several hundreds of volts is applied between the filament and the chamber. Thereafter, an electric current is passed through the filament to incandescent the filament. At this time, the filament becomes incandescent and thermoelectrons begin to be emitted into the internal space of the chamber, and arc discharge starts when the amount of emitted thermoelectrons exceeds a certain amount. After starting the arc discharge, the filament current is increased, and after 10 to 20 seconds, the arc discharge becomes stable.

図５は、従来のバーナス型イオン源にて、フィラメントの通電を開始して熱電子を放出することによって安定したアーク放電を確立するまでの、フィラメント電流とアーク放電電流の履歴を示す図である。
図５に沿って説明すると、まず、フィラメントに通電開始後、予め定められた流れに従ってフィラメント電流を制御して、すなわちフィードフォワード制御してフィラメント電流を徐々に増加させる。例えば５Ａ／秒で増加させる。フィラメント電流を徐々に増加させると、通電開始後２０〜３０秒の間に、アーク放電が始まりアーク放電電流が立ち上がる。しかし、このアーク放電の状態は不安定な発生状態である。
一方、通電開始後３０秒以降においては、アーク放電電流の計測値と目標値とのずれによりフィラメント電流を制御する。すなわちフィードバック制御してフィラメント電流を制御することにより、アーク放電を安定化させる。アーク放電が安定した後は、フィラメント電流の制御により、アーク放電電流を効率よく制御できる。しかし、上記アーク放電の不安定状態では、アーク放電電流をフィラメント電流で制御することは難しい。 FIG. 5 is a diagram showing a history of filament current and arc discharge current until a stable arc discharge is established by starting energization of the filament and emitting thermoelectrons in a conventional Bernas ion source. .
Referring to FIG. 5, first, after starting to energize the filament, the filament current is controlled according to a predetermined flow, that is, feedforward control is performed to gradually increase the filament current. For example, it is increased at 5 A / second. When the filament current is gradually increased, arc discharge starts and the arc discharge current rises within 20 to 30 seconds after the start of energization. However, this arc discharge state is an unstable occurrence state.
On the other hand, after 30 seconds from the start of energization, the filament current is controlled by the difference between the measured value of the arc discharge current and the target value. That is, the arc discharge is stabilized by controlling the filament current by feedback control. After the arc discharge is stabilized, the arc discharge current can be efficiently controlled by controlling the filament current. However, in the unstable state of the arc discharge, it is difficult to control the arc discharge current with the filament current.

また、上記フィラメントに通電開始後、２０〜３０秒の間のアーク放電の発生が不安定な状態では、図５に示されるように、フィラメント電流はオーバーシュートする。アーク放電が確実に安定して発生するために、すなわちアーク放電電流を増大させて一定値に安定させるために、フィラメント電流を徐々に増加させるとき、フィラメント電流は、制御可能な一定値に到達する前に、この一定値よりも大きな値を必要とする。図５の例では、２０〜３０秒の間で、フィラメント電流は一度１５０Ａに達し、その後１００Ａまで低下して、１１２Ａで一定値となる。
このようなオーバーシュートを回避するために、アーク放電電流が流れ始め、例えば０．１Ａを閾値としてアーク放電電流を検知したときにフィラメント電流を一定にする制御を行うと、ノイズ等による誤動作により不安定に発生するアーク放電の状態でフィラメント電流の増加を止める不具合が生じる。
一方、アーク放電電流が立ち上がり、例えば１Ａを閾値としてアーク放電電流を検知した場合、フィラメント電流の上記オーバーシュートは避けられない状態となる。
このオーバーシュートは、特にプラズマに曝され、スパッタリングにより摩耗することによって線径の細くなったフィラメントは、抵抗損が大きくなるため発熱によって自らが溶断する場合も多い。このように、アーク放電を安定的に発生させるためのフィラメント電流を得るためには、フィラメント電流はオーバーシュートを経なければならない。 In addition, when the generation of arc discharge is unstable for 20 to 30 seconds after the start of energization of the filament, the filament current overshoots as shown in FIG. The filament current reaches a controllable constant value when gradually increasing the filament current to ensure that the arc discharge occurs stably, i.e., to increase the arc discharge current and stabilize it at a constant value. Before this, a value larger than this constant value is required. In the example of FIG. 5, the filament current once reaches 150 A within 20 to 30 seconds, then decreases to 100 A, and reaches a constant value at 112 A.
In order to avoid such overshoot, the arc discharge current starts to flow. For example, if control is performed to make the filament current constant when the arc discharge current is detected using 0.1 A as a threshold value, malfunctions due to noise or the like may occur. There is a problem that stops the increase in filament current in the state of arc discharge that occurs stably.
On the other hand, when the arc discharge current rises and the arc discharge current is detected with, for example, 1A as a threshold, the filament current overshoot is unavoidable.
This overshoot is particularly exposed to plasma, and filaments that have become thin due to wear due to sputtering have a large resistance loss, so they often melt themselves due to heat generation. Thus, in order to obtain a filament current for stably generating arc discharge, the filament current must pass overshoot.

このようなオーバーシュートの回避は、フィラメント電流の増加速度を低く抑えることで可能であるが、フィラメント電流の増加速度を低下させることにより、アーク放電を安定して発生させる状態に維持するまでに多くの時間を要する。イオン注入装置に用いるイオン源は、可能な限り短時間で作動するように立ち上げることが望まれているが、上記オーバーシュートを回避するためにフィラメント電流の増加速度を低くすることは、短時間でプラズマを生成して、イオンビームを生成するイオン注入装置にとって好ましくない。 Such overshoot can be avoided by keeping the rate of increase of the filament current low, but by reducing the rate of increase of the filament current, it is often necessary to maintain a state in which arc discharge is stably generated. Takes time. The ion source used in the ion implantation apparatus is desired to be started up to operate in as short a time as possible. However, in order to avoid the overshoot, it is necessary to reduce the rate of increase in the filament current for a short time. This is not preferable for an ion implantation apparatus that generates plasma and generates an ion beam.

下記特許文献１には、フィラメント電流が微小電流のときに、フィラメントの抵抗値を見積もり、フィラメントの摩耗状態を判断し、この判断した状態から、フィラメント電流の増分速度の高低を設定するフィラメント電流の制御方法が開示されている。しかし、この制御方法では、必ずしも摩耗により線径が細くなったフィラメントの溶断を抑えることができないといった問題がある。
また、イオン源を用いるイオン注入装置の場合、フィラメント電流をある一定の状態から低下させる場合もあるが、この場合、フィラメント周辺の回路部分はすでに加熱されているので、フィラメント周辺の回路部分が加熱されていない場合と比べてフィラメント周辺の状態は著しく異なっている。この抵抗値は、フィラメントの抵抗値を含むが、温度の影響を受けて変化した回路抵抗値をも含むため、フィラメントの摩耗状態を精度よく判断することはできない。 In the following Patent Document 1, when the filament current is a minute current, the filament resistance value is estimated, the filament wear state is determined, and from this determined state, the filament current setting the level of the incremental speed of the filament current is set. A control method is disclosed. However, this control method has a problem that it is not always possible to suppress fusing of a filament whose wire diameter has become thin due to wear.
In the case of an ion implantation apparatus using an ion source, the filament current may be lowered from a certain state. In this case, the circuit portion around the filament is already heated, so the circuit portion around the filament is heated. The state around the filament is significantly different compared to the case where it is not. Although this resistance value includes the resistance value of the filament, it also includes a circuit resistance value that has changed under the influence of temperature, and therefore, the wear state of the filament cannot be accurately determined.

特開平８−２２７６７７号公報JP-A-8-227777

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、短時間でアーク放電を行い、かつ、フィラメントの溶断を防止することのできるイオン源を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an ion source capable of performing arc discharge in a short time and preventing the filament from fusing.

上記目的を達成するために、本発明は、ガスを供給して電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオビームを生成するイオン源であって、
ガスが供給されてプラズマを生成する、少なくとも一部に導体面を有する内部空間を備えたチャンバと、
前記チャンバと電気絶縁され、前記内部空間のチャンバ内壁面から突出し、通電することにより前記内部空間に熱電子を放出するフィラメントと、
前記フィラメントと同じサイズ及び同じ種類のフィラメントが前記内部空間に生成されるプラズマにより摩耗することにより線径が細くなり、フィラメントの発熱によりフィラメント自体が溶断する時の溶断電流を記録保持する記録部と、
前記溶断電流の５０〜８０％の電流をフィラメントの通電開始時に流す電流制御部と、
フィラメントに前記溶断電流の５０〜８０％の範囲の一定の電流を流したときの抵抗値を求める計測部と、
求めた抵抗値から前記フィラメントの摩耗状態を判定する判定部と、を有し、
前記電流制御部は、前記フィラメントの電流を増加させるとき、判定した前記フィラメントの摩耗状態に応じて、前記フィラメントの電流の増加速度を変化させるように制御することを特徴とするイオン源を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an ion source that generates a plasma by supplying a gas and applying a voltage, and generates an ion beam from the plasma.
A chamber having an internal space at least partially having a conductor surface, in which gas is supplied to generate plasma;
A filament that is electrically insulated from the chamber, protrudes from the inner wall surface of the internal space, and emits thermoelectrons to the internal space when energized;
A recording section for recording and holding a fusing current when the filament of the same size and the same type as the filament is worn by the plasma generated in the internal space, and the filament itself is blown by heat generation of the filament; ,
A current control unit for supplying a current of 50 to 80% of the fusing current at the start of energization of the filament;
A measurement unit for obtaining a resistance value when a constant current in a range of 50 to 80% of the fusing current flows through the filament;
A determination unit for determining the wear state of the filament from the obtained resistance value,
The current control unit provides an ion source characterized in that when increasing the filament current, the current control unit controls the filament current increase rate to change according to the determined wear state of the filament. .

その際、前記計測部は、前記溶断電流の５０〜８０％の電流を流す通電開始から一定時間後の前記抵抗値を計測し、この計測結果から前記フィラメントの熱平衡により収束したときの抵抗値を推定することが好ましい。 At that time, the measurement unit measures the resistance value after a predetermined time from the start of energization through which a current of 50 to 80% of the fusing current flows, and from this measurement result, the resistance value when converged by the thermal equilibrium of the filament is calculated. It is preferable to estimate.

あるいは、前記計測部は、前記溶断電流の５０〜８０％の電流を流す通電開始から一定時間毎に前記抵抗値を計測し、これらの抵抗値の時間変化から、前記フィラメントが熱平衡により収束したときの抵抗値を推定することが好ましい。
また、前記記録部は、前記イオン源に以前装着されて溶断するときのフィラメントの溶断直前の電流の計測結果を前記溶断電流として記録保持することが好ましい。 Alternatively, the measurement unit measures the resistance value at regular intervals from the start of energization to flow 50 to 80% of the fusing current, and when the filament converges due to thermal equilibrium from changes in the resistance value over time. It is preferable to estimate the resistance value.
Further, it is preferable that the recording unit records and holds the measurement result of the current immediately before the filament is blown when the recording unit is previously attached to the ion source and blown as the blowing current.

本発明のイオン源では、摩耗末期のフィラメントの溶断電流の５０〜８０％の電流を、フィラメントの通電開始時に流し、そのときの抵抗値を求め、この抵抗値から、フィラメントが溶断する程度にフィラメントが摩耗したか否かを正確に判定する。このため、フィラメント電流の増加速度を抵抗値に応じて変化させることができ、短時間で安定したアーク放電の発生状態を達成し、かつフィラメントの溶断を防止することができる。 In the ion source of the present invention, a current of 50 to 80% of the fusing current of the filament at the end of wear is passed at the start of energization of the filament, the resistance value at that time is obtained, and the filament is blown to the extent that the filament is fused. It is accurately determined whether or not the wear has occurred. For this reason, the increase rate of the filament current can be changed according to the resistance value, a stable arc discharge can be achieved in a short time, and the filament can be prevented from fusing.

以下、本発明のイオン源について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。 Hereinafter, an ion source of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

図１は、本発明のイオン源の一実施形態の構成を示す断面図である。
イオン源１０は、原料ガスを供給しアーク放電することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンを取り出すことによりイオビームを生成するバーナス型イオン源である。イオン源１０は、図１に示す様に、チャンバ１２、フィラメント１４、反射電極板（リペラープレート）１６、背面電極板１８、絶縁部材２０、原料ガス供給口２２、イオンビーム取出口２４、および所定の電圧を印加する引出電源２６、アーク電源２８、フィラメント電源３０、原料ガス調整バルブ３２、電流制御部４０、計測部４２、及びコンピュータ４４を有して構成される。チャンバ１２は、図示されないイオン注入装置の減圧容器内に収納され、チャンバ１２内で１０^−２〜１０^−３（Ｐａ）に減圧された状態とされる。コンピュータ４４には、ＣＰＵ４４ａ、メモリ４４ｂ及び判定部４４ｃを有し、この他にイオン源１０の動作を制御する図示されない制御部を有する。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an embodiment of an ion source of the present invention.
The ion source 10 is a Bernas ion source that generates a plasma by supplying a source gas and performing arc discharge, and generates an ion beam by extracting ions from the plasma. As shown in FIG. 1, the ion source 10 includes a chamber 12, a filament 14, a reflective electrode plate (repeller plate) 16, a back electrode plate 18, an insulating member 20, a source gas supply port 22, an ion beam extraction port 24, and It has an extraction power supply 26 for applying a predetermined voltage, an arc power supply 28, a filament power supply 30, a raw material gas adjustment valve 32, a current control unit 40, a measurement unit 42, and a computer 44. The chamber 12 is housed in a decompression vessel of an ion implantation apparatus (not shown) and is decompressed to 10 ⁻² to 10 ⁻³ (Pa) in the chamber 12. The computer 44 includes a CPU 44 a, a memory 44 b, and a determination unit 44 c, and further includes a control unit (not shown) that controls the operation of the ion source 10.

チャンバ１２は、耐高温性を有する導電性材料、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、炭素等によって構成され、直方体形状の内部空間３４を有する放電箱である。
チャンバ１２の内部空間３４の内壁面には、一方の端面から内部空間３４に突出するフィラメント１４が設けられ、他方の端面には反射電極板１６が設けられ、フィラメント１４が反射電極板１６に対向するように配置されている。フィラメント１４は、タングステン等の抵抗導体線が１〜数回螺旋状に巻かれて折り返された発熱素子体である。 The chamber 12 is a discharge box made of a conductive material having high temperature resistance, such as tungsten, molybdenum, tantalum, or carbon, and having a rectangular parallelepiped internal space 34.
The inner wall surface of the internal space 34 of the chamber 12 is provided with a filament 14 projecting from one end face to the internal space 34, and the other end face is provided with a reflective electrode plate 16, and the filament 14 faces the reflective electrode plate 16. Are arranged to be. The filament 14 is a heating element body in which a resistance conductor wire such as tungsten is wound in a spiral shape one to several times.

フィラメント１４と内壁面の端面との間には背面電極板１８が設けられ、カソードプレートとなっている。フィラメント１４には、フィラメント１４から熱電子を放出するように、フィラメント１４の両端間に所定の電圧、例えば数Ｖ〜１０数Ｖを印加することでフィラメント電流を流すフィラメント電源３０が設けられ、２０００℃程度に加熱されて白熱したフィラメント１４から内部空間３４に熱電子を放出する。また、フィラメント１４の負極側の端と導電性を有するチャンバ１２との間にアーク電圧を印加するように、アーク電源２８が設けられている。アーク電圧は、チャンバ１２の電位がフィラメント１４の電位に対して高くなるようにアーク電圧が数１０〜１００Ｖが印加され、プラズマが発生することによりアーク放電電流が流れる。なお、フィラメント１４と導電性を有するチャンバ１２との間は、それぞれ絶縁性部材２０によって電気絶縁されている。 A back electrode plate 18 is provided between the filament 14 and the end surface of the inner wall surface to form a cathode plate. The filament 14 is provided with a filament power supply 30 for applying a predetermined voltage, for example, several V to several tens V between both ends of the filament 14 so as to emit thermoelectrons from the filament 14, and 2000 Thermal electrons are emitted from the filament 14 heated to about 0 ° C. and incandescent to the internal space 34. Further, an arc power source 28 is provided so as to apply an arc voltage between the negative electrode end of the filament 14 and the conductive chamber 12. As the arc voltage, an arc voltage of several tens to 100 V is applied so that the potential of the chamber 12 becomes higher than the potential of the filament 14, and an arc discharge current flows when plasma is generated. The filament 14 and the conductive chamber 12 are electrically insulated from each other by an insulating member 20.

反射電極板１６は、フィラメント１４に対向するように内部空間３４に設けられ、反射電極板１６に向かって移動する熱電子を反射する反射板である。反射電極板１６とチャンバ１２との間は、絶縁性部材２０によって電気絶縁されている。反射電極板１６は、フィラメント電源３０の負極と接続されている。なお、フィラメント１４に対して反射電極板１６の方向と反対方向にある背面電極板１８は、フィラメント１４の陰極と接続されており、背面電極板１８と反射電極板１６は同電位となるように、フィラメント電源３０の負極と接続されている。
一方、チャンバ１２の外側には、背面電極板１８、フィラメント１４および反射電極板１６の配置方向（図１中のＸ方向）に沿って磁場が形成されるようにＮ極、Ｓ極の磁石３６、３８が設けられている。
また、内部空間３４の内壁面には、原料ガス供給口２２が設けられ、供給管４２を介して図示されないガス供給源と接続され、原料ガス調整バルブ３２を介して原料ガスの供給が調整されるようになっている。
さらに、チャンバ１２には、生成したイオンを引き出す開口部と、この開口部近傍にイオンビームとしてイオンを引き出す引出電極（板）４６が設けられている。 The reflective electrode plate 16 is a reflective plate that is provided in the internal space 34 so as to face the filament 14 and reflects the thermal electrons moving toward the reflective electrode plate 16. The reflective electrode plate 16 and the chamber 12 are electrically insulated by an insulating member 20. The reflective electrode plate 16 is connected to the negative electrode of the filament power supply 30. The back electrode plate 18 in the direction opposite to the direction of the reflective electrode plate 16 with respect to the filament 14 is connected to the cathode of the filament 14 so that the back electrode plate 18 and the reflective electrode plate 16 have the same potential. , Connected to the negative electrode of the filament power supply 30.
On the other hand, on the outside of the chamber 12, N-pole and S-pole magnets 36 are formed so that a magnetic field is formed along the arrangement direction (X direction in FIG. 1) of the back electrode plate 18, the filament 14, and the reflective electrode plate 16. , 38 are provided.
A source gas supply port 22 is provided on the inner wall surface of the internal space 34 and is connected to a gas supply source (not shown) via a supply pipe 42, and supply of the source gas is adjusted via a source gas adjustment valve 32. It has become so.
Further, the chamber 12 is provided with an opening through which the generated ions are extracted, and an extraction electrode (plate) 46 that extracts ions as an ion beam in the vicinity of the opening.

電流制御部４０は、コンピュータ４４の制御指示に従って所定のフィラメント電流を流すための制御信号を生成し、この制御信号をフィラメント電源３０に与えて、フィラメント電流を制御する部位である。
計測部４２は、フィラメント１４による電圧低下を計測することによりフィラメント１４の両端間の抵抗値を求めるとともに、フィラメント１４の正極とチャンバ１２との間を流れるアーク放電電流を計測する部位である。これらの計測結果は、コンピュータ４４に供給される。
コンピュータ４４は、イオン源１０全体の作動を制御管理するとともに、イオン源の使用とともにスパッタにより摩耗して線径が細くなるフィラメントの現在の摩耗状態を判定し、この判定結果に応じてフィラメント１４に流す電流の制御信号を生成する部位である。具体的には、コンピュータ４４は、各種演算処理を実行するＣＰＵ４４ａ、各種情報を保持するメモリ４４ｂ及びフィラメントの摩耗状態を判定する判定部４４ｃを有する。判定部４４ｃは、コンピュータ４４にてプログラムを実行することにより機能するサブルーチンにて構成される。勿論この他に、イオン源１０全体の作動を制御管理する機能も有する。 The current control unit 40 is a part that generates a control signal for causing a predetermined filament current to flow in accordance with a control instruction of the computer 44 and supplies the control signal to the filament power supply 30 to control the filament current.
The measuring unit 42 is a part that obtains a resistance value between both ends of the filament 14 by measuring a voltage drop caused by the filament 14 and measures an arc discharge current flowing between the positive electrode of the filament 14 and the chamber 12. These measurement results are supplied to the computer 44.
The computer 44 controls and manages the operation of the entire ion source 10, determines the current wear state of the filament that wears due to sputtering as the ion source is used and the wire diameter becomes thin, and determines the filament 14 according to the determination result. This is a part that generates a control signal for the current to flow. Specifically, the computer 44 includes a CPU 44a that executes various types of arithmetic processing, a memory 44b that holds various types of information, and a determination unit 44c that determines the state of filament wear. The determination unit 44 c is configured by a subroutine that functions by executing a program on the computer 44. Of course, in addition to this, it also has a function of controlling and managing the operation of the ion source 10 as a whole.

コンピュータ４４は、フィラメントの通電開始前、まず、電流制御部４０に対して、フィラメント電流の制御信号を生成するが、そのフィラメント電流の制御信号は、フィラメント１４の通電開始時、溶断電流の５０〜８０％の電流を急激に立ち上げてフィラメント１４に流すように制御する。さらに、フィラメント１４に通電したときの計測部４２で計測される抵抗値の値に応じて、フィラメント電流の増加速度を制御するように電流制御部４０に指示する。
メモリ４４ｂは、計測部４２で計測された抵抗値及びアーク放電電流の計測結果を記録保持するとともに、フィラメント１０と同じサイズ、同じ種類のフィラメントがプラズマのスパッタにより摩耗することにより線径が細くなり、フィラメントの発熱によりフィラメント自体が溶断する時の溶断電流を記録保持する。この溶断電流は、イオン源のインストール時からメモリ４４ｂ内に記憶し設定しておいてもよく、あるいは現在装着されているフィラメント１４ではなくフィラメント１４以前に装着されて用いられた以前のフィラメントの溶断直前に抵抗値を計測したときのフィラメント電流を記録保持するように構成してもよい。 The computer 44 first generates a filament current control signal to the current control unit 40 before starting the filament energization. Control is performed so that a current of 80% is suddenly raised to flow through the filament 14. Furthermore, the current control unit 40 is instructed to control the increase rate of the filament current according to the resistance value measured by the measurement unit 42 when the filament 14 is energized.
The memory 44b records and holds the measurement result of the resistance value and the arc discharge current measured by the measurement unit 42, and the wire diameter is reduced by the same size and the same type of filament as the filament 10 being worn by plasma sputtering. The fusing current when the filament itself melts due to the heat generated by the filament is recorded and held. This fusing current may be stored and set in the memory 44b from the time of installation of the ion source, or the fusing of a previous filament that was installed and used before the filament 14 instead of the currently installed filament 14 is used. It may be configured to record and hold the filament current when the resistance value is measured immediately before.

コンピュータ４４は、メモリ４４ｂに予め記録保持されている溶断電流から、この溶断電流の５０〜８０％の電流をフィラメントに流すように、電流制御部４０に指示する。
判定部４４ｃは、溶断電流の５０〜８０％の電流をフィラメント１４に流したときの計測部４２にて求められる抵抗値を用いて、フィラメント１４の摩耗状態を判定する。 The computer 44 instructs the current control unit 40 to flow a current of 50 to 80% of the fusing current from the fusing current recorded and held in the memory 44b in advance.
The determination unit 44 c determines the wear state of the filament 14 using the resistance value obtained by the measurement unit 42 when a current of 50 to 80% of the fusing current is passed through the filament 14.

本発明では、フィラメント１４の摩耗状態を判定するために、溶断電流の５０〜８０％のフィラメント電流を流したときの抵抗値を用いることを特徴とする。上述した特許文献１では、フィラメントに微小電流を流してそのときの抵抗値を測定する点で異なる。
具体的には、溶断電流の５０〜８０％のフィラメント電流は、フィラメント１４を自らの発熱により白熱して高温化状態とするので、プラズマを安定状態で発生するときのフィラメントの使用状態に近くなる。本発明は、この状態におけるフィラメント１４の両端間の抵抗値を求める。したがって、判定部４４ｃは、アーク放電が安定的に行われてプラズマが安定して生成される状態になるまでのフィラメント電流のオーバーシュートに耐えられるか否かを精度良く判定することができる。 In the present invention, in order to determine the wear state of the filament 14, a resistance value when a filament current of 50 to 80% of the fusing current is passed is used. Patent Document 1 described above differs in that a minute current is passed through the filament and the resistance value at that time is measured.
Specifically, the filament current that is 50 to 80% of the fusing current is incandescent due to the heat generated by the filament 14 and is brought into a high temperature state, so that it is close to the state of use of the filament when generating plasma in a stable state. . The present invention determines the resistance value between both ends of the filament 14 in this state. Therefore, the determination unit 44c can accurately determine whether or not it can withstand overshoot of the filament current until the arc discharge is stably performed and the plasma is stably generated.

図２（ａ），（ｂ）は、フィラメント電流と抵抗値との関係を示す図である。図２（ａ）は、フィラメント１４が新品の時の電流を流したときのもので、抵抗値の応答を示す図である。図２（ｂ）は、フィラメント１４が摩耗して線径が細くなり寿命末期のもので、電流を流したときの抵抗値の応答を示す図である。図２（ａ），（ｂ）に示すように計測部４２で計測される抵抗値は緩和過程を示し、最終的に一定値に漸近する。通常、プラズマを安定的に発生させて維持するには、１４０〜１６０Ａのフィラメント電流が必要である。一方、イオン源１０を用いるイオン注入装置は、イオンビームを生成して基板にイオン注入する処理を迅速に行う生産に用いられることから、この緩和過程により抵抗値がある値に漸近するのを待つことは生産効率の点から好ましくない。このため、判定部４４ｃは、例えば通電開始後１０〜２０秒後における抵抗値を求め、これから抵抗値が漸近したときの値を見積もる。 2A and 2B are diagrams showing the relationship between the filament current and the resistance value. FIG. 2A shows the response of the resistance value when a current is passed when the filament 14 is new. FIG. 2 (b) is a diagram showing the response of the resistance value when an electric current is passed at the end of the life because the filament 14 is worn and the wire diameter becomes thin. As shown in FIGS. 2A and 2B, the resistance value measured by the measurement unit 42 indicates a relaxation process and finally approaches a constant value. Usually, a filament current of 140 to 160 A is required to stably generate and maintain plasma. On the other hand, since the ion implantation apparatus using the ion source 10 is used for production in which an ion beam is generated and ions are implanted into a substrate quickly, it waits for the resistance value to approach a certain value by this relaxation process. This is not preferable from the viewpoint of production efficiency. For this reason, the determination part 44c calculates | requires the resistance value in 10 to 20 seconds after an energization start, for example, and estimates the value when a resistance value becomes asymptotic from this.

判定部４４ｃは、さらに、計測部４２にて求めた抵抗値を予め設定された設定値と比較し、抵抗値が設定値に比べて高い場合、フィラメント１４は摩耗して溶断し易い状態になっていると判定する。前述の特許文献１では、フィラメントに予め定められた微小電流を流し、そのときのフィラメントの抵抗値を求めるが、このとき、フィラメントの摩耗状態の判定を精度良くできない。
図２（ａ）に示すフィラメント１４が新品の時の抵抗値とフィラメント電流との関係と、図２（ｂ）に示すフィラメント１４が寿命末期の抵抗値とフィラメント電流との関係とを比較すると、新品時と寿命末期の差異は明確に示される。具体的には、フィラメント１４が発熱する状態とは程遠い微小電流（２０Ａ）のフィラメント電流では、抵抗値は新品の時５ｍΩであり（図２（ａ）参照）、摩耗末期では１０ｍΩであり（図２（ｂ）参照）、摩耗による抵抗の増加は５ｍΩ程度と小さい。このため、判定部４４ｃは精度のよい判定は困難である。しかし、例えば、フィラメント１４が白熱する状態となるフィラメント電流が６０Ａの場合、抵抗値は新品の時６ｍΩに（図２（ａ）参照）、摩耗末期では２１ｍΩに（図２（ｂ）参照）漸近し、摩耗による抵抗の増加は１５ｍΩ以上となる。フィラメント電流が６０Ａを超える場合でも同様の傾向であり、フィラメント１４が白熱する状態では摩耗による抵抗の増加が大きいため、判定部４４ｃは精度のよい判定を容易に行うことができる。 The determination unit 44c further compares the resistance value obtained by the measurement unit 42 with a preset value, and when the resistance value is higher than the set value, the filament 14 is worn and easily melts. It is determined that In the aforementioned Patent Document 1, a predetermined minute current is passed through the filament and the resistance value of the filament at that time is obtained, but at this time, the determination of the worn state of the filament cannot be made with high accuracy.
When the relation between the resistance value and the filament current when the filament 14 shown in FIG. 2A is new is compared with the relation between the resistance value and the filament current at the end of life of the filament 14 shown in FIG. The difference between new and end of life is clearly shown. Specifically, the resistance value is 5 mΩ when the filament 14 is new (see FIG. 2A), and the resistance value is 10 mΩ at the end of wear (FIG. 2A). 2 (b)), the increase in resistance due to wear is as small as about 5 mΩ. For this reason, it is difficult for the determination unit 44c to perform accurate determination. However, for example, when the filament current at which the filament 14 becomes incandescent is 60 A, the resistance value is 6 mΩ when new (see FIG. 2A), and 21 mΩ at the end of wear (see FIG. 2B) asymptotically. However, the increase in resistance due to wear is 15 mΩ or more. Even when the filament current exceeds 60 A, the same tendency is observed. In the state where the filament 14 is incandescent, the increase in resistance due to wear is large. Therefore, the determination unit 44c can easily make a highly accurate determination.

一方、計測部４２は、フィラメント１４の両端間の抵抗値を計測するが、この抵抗値には、フィラメント自体の抵抗の他に、フィラメントの接続抵抗を含むフィラメント電源３０の回路抵抗が含まれている。フィラメント１４の抵抗値は、フィラメントの線径が２ｍｍと大きいため、フィラメントが白熱しない状態では抵抗値が極めて低い。このため、白熱しない状態では、フィラメント１４の抵抗値と回路抵抗値は同程度である。このため、計測した抵抗値は、フィラメント１４の抵抗値と乖離したものとなっている。また、回路抵抗に含まれるフィラメント１４の装着時の接触抵抗もフィラメント１４の装着毎に変化するため、回路抵抗値と略同等レベルのフィラメント１４の抵抗値では、計測した抵抗値からフィラメント１４の摩耗状態を精度良く判定することはできない。 On the other hand, the measuring unit 42 measures the resistance value between both ends of the filament 14, and this resistance value includes the circuit resistance of the filament power supply 30 including the connection resistance of the filament in addition to the resistance of the filament itself. Yes. Since the filament 14 has a large wire diameter of 2 mm, the resistance value of the filament 14 is extremely low when the filament is not incandescent. For this reason, the resistance value of the filament 14 and the circuit resistance value are about the same in the state where it is not incandescent. For this reason, the measured resistance value is different from the resistance value of the filament 14. Further, since the contact resistance when the filament 14 included in the circuit resistance is changed also changes every time the filament 14 is mounted, the filament 14 wears from the measured resistance value when the resistance value of the filament 14 is approximately equal to the circuit resistance value. The state cannot be determined accurately.

本発明では、フィラメント１４が２０００℃に白熱した状態では、その抵抗値は白熱しない状態のフィラメント１４の抵抗値に比べて１０倍程度増加する。このため、白熱したフィラメント１４は、回路抵抗値に比べて抵抗値が高くなることから、計測された抵抗値はフィラメント１４の抵抗値に近い値を示す。このため、計測した抵抗値によって、フィラメント１４の抵抗値を精度良く見積もることができ、フィラメント１４の摩耗状態を正確に判定することができる。例えば、微小電流を流したときのフィラメントの抵抗値は１．６ｍΩ、回路抵抗値は３．４ｍΩであり、計測される抵抗値は５ｍΩとなる。一方、フィラメントに溶断電流の５０〜８０％の電流が流れている場合、フィラメントの抵抗値は１６ｍΩ、回路抵抗値は３．４ｍΩであり、計測される抵抗値は２０ｍΩとなる。計測される抵抗値は、溶断電流の５０〜８０％の電流を流したときの抵抗値の方が近い値を示すことがわかる。 In the present invention, when the filament 14 is incandescent to 2000 ° C., its resistance value increases by about 10 times compared to the resistance value of the filament 14 in an incandescent state. Therefore, the incandescent filament 14 has a higher resistance value than the circuit resistance value, and thus the measured resistance value is close to the resistance value of the filament 14. For this reason, the resistance value of the filament 14 can be accurately estimated based on the measured resistance value, and the wear state of the filament 14 can be accurately determined. For example, the resistance value of the filament when a minute current is passed is 1.6 mΩ, the circuit resistance value is 3.4 mΩ, and the measured resistance value is 5 mΩ. On the other hand, when 50 to 80% of the fusing current flows through the filament, the filament resistance value is 16 mΩ, the circuit resistance value is 3.4 mΩ, and the measured resistance value is 20 mΩ. It can be seen that the measured resistance value is closer to the resistance value when a current of 50 to 80% of the fusing current is passed.

図３は、横軸をフィラメント電流、縦軸を計測される抵抗値を採ったグラフを示している。新品時のフィラメントの場合、６０Ａ付近でフィラメント電流の増分に対する抵抗値の増分が大きくなることから、フィラメントは６０Ａ付近から発熱により抵抗値が増加しているといえる（図３中の線Ｌ₂）。一方、寿命末期のフィラメント（図３中の線Ｌ₁）は、４０Ａ付近からフィラメント電流の増分に対する抵抗値の増分が大きくなる。このことから、このフィラメントは４０Ａ付近から発熱により抵抗値が増加したといえる。したがって、新品時のフィラメント及び寿命末期のフィラメントにおける計測される抵抗値を比較した場合、図３中の斜線部分において抵抗値に大きな差が生じる。したがって、摩耗状態が不明なフィラメントであっても、斜線領域の一定のフィラメント電流を流し、そのときのフィラメント両端間の抵抗値を計測することで、摩耗状態に応じて抵抗値が大きな差となって現れる。したがって、この抵抗値を用いることで、フィラメントの摩耗状態を正確に判定することができる。
このような斜線領域におけるフィラメント電流は、摩耗により寿命末期とされるフィラメントの溶断電流の５０〜８０％である。図３の例では、新品時のフィラメントが発熱により抵抗値を増大させる６０Ａを下限とし、フィラメント電流が寿命末期のフィラメントであってもオーバーシュートしない８０Ａを上限とすることが好ましい。より好ましくは７０〜８０Ａの範囲をフィラメント電流とする。 FIG. 3 shows a graph in which the horizontal axis represents the filament current and the vertical axis represents the measured resistance value. In the case of a new filament, the increase in the resistance value with respect to the increase in the filament current increases in the vicinity of 60 A, so it can be said that the resistance value of the filament increases due to heat generation from around 60 A (line L _{2 in} FIG. 3). . On the other hand, in the filament at the end of life (line L _{1 in} FIG. 3), the increase in resistance value with respect to the increase in filament current increases from around 40A. From this, it can be said that the resistance value of this filament increased due to heat generation from around 40A. Therefore, when the measured resistance values of the new filament and the end-of-life filament are compared, a large difference occurs in the resistance value in the hatched portion in FIG. Therefore, even if the filament is in an unknown wear state, a constant filament current in the shaded region is passed, and the resistance value between the two ends of the filament is measured, resulting in a large difference in resistance value depending on the wear state. Appear. Therefore, the wear state of the filament can be accurately determined by using this resistance value.
The filament current in such a shaded region is 50 to 80% of the fusing current of the filament which is assumed to be at the end of its life due to wear. In the example of FIG. 3, it is preferable that the lower limit is 60A, which increases the resistance value of a new filament by heat generation, and the upper limit is 80A, which does not overshoot even if the filament current is a filament at the end of its life. More preferably, the range of 70 to 80 A is the filament current.

判定部４４ｃは、計測された抵抗値を用いてフィラメント１４の摩耗状態が寿命末期か、否かを判定する。寿命末期とは、アーク放電が安定して発生し維持されるためにフィラメント電流がオーバーシュートしたとき溶断する可能性があることを意味する。判定部４４ｃは、予め設定された値と比較し、抵抗値が設定された値を超える場合、フィラメント１４の摩耗状態が寿命末期に近いと判定する。
コンピュータ４４は、この判定結果に基づいて、フィラメント電流の制御の指示を電流制御部４０に送る。フィラメント１４が寿命末期に近いと判定された場合、フィラメント電流の増加速度を下げてオーバーシュートを可能な限り小さくする。
このようにして、フィラメント１４の摩耗状態に応じて、フィラメント電流の増加速度を変化させることで、フィラメント１４が溶断せずに、効率よく安定したアーク放電を発生させ維持させることができる。 The determination unit 44c determines whether or not the worn state of the filament 14 is at the end of its life using the measured resistance value. The term “life end” means that arc discharge is stably generated and maintained, so that there is a possibility of fusing when the filament current overshoots. The determination unit 44c compares with a preset value, and determines that the worn state of the filament 14 is near the end of life when the resistance value exceeds the set value.
The computer 44 sends an instruction to control the filament current to the current control unit 40 based on the determination result. If it is determined that the filament 14 is near the end of its life, the rate of increase of the filament current is reduced to reduce the overshoot as much as possible.
In this way, by changing the increase rate of the filament current according to the worn state of the filament 14, the filament 14 can be efficiently generated and maintained without fusing.

図４は、フィラメント１４への通電開始から、プラズマが安定して発生する状態にいたるまでの流れを示すフローチャートである。
まず、メモリ４４ｂに記録された溶断電流の値が呼び出されて溶断電流の５０〜８０％の範囲の一定値、例えば６０％が設定され、溶断電流に一定値を乗算した電流値が通電開始時のフィラメント電流として設定される（ステップＳ１０）。コンピュータ４４は、設定された電流値に応じた指示を電流制御部４０に出す。電流制御部４０は、この指示に応じた制御信号を生成し、フィラメント電源３０のフィラメント電流を制御する。例えば、設定されるフィラメント電流は７０〜８０Ａである。 FIG. 4 is a flowchart showing a flow from the start of energization to the filament 14 to a state where plasma is stably generated .
First, the value of the fusing current recorded in the memory 44b is called and a constant value in the range of 50 to 80% of the fusing current, for example 60%, is set, and the current value obtained by multiplying the fusing current by a certain value is the start of energization. Is set as the filament current (step S10). The computer 44 issues an instruction according to the set current value to the current control unit 40. The current control unit 40 generates a control signal according to this instruction and controls the filament current of the filament power supply 30. For example, the set filament current is 70 to 80A.

次に、制御信号に従ったフィラメント電流がフィラメント１４に流され、フィラメント電流が１０〜２０秒間維持される（ステップＳ２０）。
この間に、計測部４２では、フィラメント１４の両端間の電圧が測定され、抵抗値が推定算出される（ステップＳ３０）。抵抗値は、フィラメント電流が一定値を保つ１０〜２０秒の間に複数回計測され、複数回計測した抵抗値が平均される。この平均値を予め設定された１次緩和過程に基づく関数に入力されて、抵抗値が漸近して一定値になるときの抵抗値が推定算出される。すなわち、フィラメント電流の通電開始から一定時間経過後のフィラメント１４の両端間の抵抗値を計測し、フィラメント１４が熱平衡により収束したときの抵抗値を推定して求める。上記１次緩和過程に基づく関数の替わりに、参照テーブルを参照して、抵抗値が推定算出されてもよい。
フィラメント１４が発熱し白熱した状態では、フィラメントの温度が周辺部品に伝熱して、周辺部品の温度も上昇するため、フィラメント１４の温度変化はフィラメントの周辺部品の熱伝導率及び熱容量に依存する。したがって、同一のイオン源であれば、フィラメントの発熱量を一定にすることでフィラメントの温度は常に一定の時間で静定する。このため、フィラメントに一定の電流を流してそのときの抵抗値を求めることにより、静定したときのフィラメント１４の両端間の抵抗値を推定することができる。
なお、本発明においては、計測部４２は、フィラメント電流を通電開始から一定時間毎に抵抗値を計測し、この抵抗値の過渡変化から、フィラメント１４が熱平衡により収束したときの抵抗値を推定して求めてもよい。 Next, a filament current according to the control signal is supplied to the filament 14, and the filament current is maintained for 10 to 20 seconds (step S20).
In the meantime, in the measurement part 42, the voltage between the both ends of the filament 14 is measured, and a resistance value is estimated and calculated (step S30). The resistance value is measured a plurality of times during 10 to 20 seconds in which the filament current maintains a constant value, and the resistance values measured a plurality of times are averaged. The average value is input to a function based on a preset first order relaxation process, and the resistance value when the resistance value asymptotically becomes a constant value is estimated and calculated. That is, the resistance value between both ends of the filament 14 after a lapse of a certain time from the start of application of the filament current is measured, and the resistance value when the filament 14 is converged by thermal equilibrium is estimated and obtained. Instead of the function based on the first-order relaxation process, the resistance value may be estimated and calculated with reference to a reference table.
When the filament 14 is heated and incandescent, the temperature of the filament is transferred to the peripheral components and the temperature of the peripheral components also rises. Therefore, the temperature change of the filament 14 depends on the thermal conductivity and heat capacity of the peripheral components of the filament. Therefore, if the ion source is the same, the filament temperature is always settled at a constant time by keeping the heating value of the filament constant. For this reason, the resistance value between the both ends of the filament 14 when it settles can be estimated by sending a fixed electric current through a filament and calculating | requiring the resistance value at that time.
In the present invention, the measuring unit 42 measures the resistance value at regular intervals from the start of energization of the filament current, and estimates the resistance value when the filament 14 converges due to thermal equilibrium from the transient change of the resistance value. You may ask.

推定された抵抗値の結果はコンピュータ４４の判定部４４ｃに送られ、フィラメント１４の摩耗状態が判定される（ステップＳ４０）。抵抗値が予め定められた値より高い場合、フィラメント１４の線径は細くフィラメント１４のスパッタによる摩耗は大きいとされ、摩耗による寿命末期と判定される。
次に、この判定結果に応じて、フィラメント電流を増加させるときの増加速度が設定される（ステップＳ５０）。判定結果で、フィラメントが摩耗による寿命末期と判定される場合、フィラメントでは、新品時のフィラメントと同様のフィラメント電流の増加速度を与えると、フィラメント電流が大きなオーバーシュートを引き起こしてフィラメント自体が溶断する可能性が高い。このため、フィラメント電流は、新品時のフィラメントに与えるフィラメント電流の増加速度よりも低い増加速度で増加させる。例えば、新品時のフィラメントの場合の増加速度が２（Ａ／秒）とすると、０．５（Ａ／秒）と設定される。
一方、抵抗値が予め定められた値以下の場合、新品時と同様のフィラメント電流の増加速度で制御してもフィラメントは溶断しないとされ、新品時のフィラメントに与えるフィラメント電流の増加速度と同じ増加速度、例えば２（Ａ／秒）が設定される。 The result of the estimated resistance value is sent to the determination unit 44c of the computer 44, and the wear state of the filament 14 is determined (step S40). When the resistance value is higher than a predetermined value, the filament 14 has a thin wire diameter, and the filament 14 has a large wear due to sputtering, and is determined to be the end of life due to the wear.
Next, an increase rate when increasing the filament current is set according to the determination result (step S50). If it is determined that the filament is at the end of its life due to wear, if the filament is given a rate of increase in filament current similar to that of a new filament, the filament current may cause a large overshoot and the filament itself may melt. High nature. For this reason, the filament current is increased at an increase rate lower than the increase rate of the filament current applied to the new filament. For example, if the increase rate in the case of a new filament is 2 (A / second), it is set to 0.5 (A / second).
On the other hand, if the resistance value is less than or equal to a predetermined value, the filament will not melt even if controlled at the same rate of increase in filament current as when new, and the same increase as the rate of increase in filament current applied to the filament when new A speed, for example, 2 (A / second) is set.

このようにフィラメントが寿命末期の場合、アーク放電が安定して発生する状態に至る間に、時間とともに上昇するフィラメント電流でフィラメント自体が溶断しないように、フィラメント電流の増加速度を抑える。フィラメントの摩耗の判定を行わずに一律にフィラメント電流の増加速度を低く設定すると、例えば０．５Ａ／秒とすると、安定したアーク放電を発生させるフィラメント電流１１０Ａ程度に到達するには、３〜４分の時間を要する。イオン源の立ち上げは、原料ガスの供給、イオン源のパラメータの設定、及びプラズマの安定化を含めたトータルの時間は３分以下であることが要求されていることから、アーク放電を安定して発生させるフィラメント電流１１０Ａの状態に到達するまでに要する時間を３〜４分とすることは、好ましくない。
又、白熱したフィラメントでは、微小電流を流した場合に比べて抵抗値が大きくなり、フィラメントの抵抗値に近い値を示すので、フィラメントの摩耗状態を精度良く判定することができる。
こうして、フィラメント電流を設定した増加速度で上昇させることにより、チャンバ１２内の雰囲気は、フィラメントが溶断することなく、しかも安定してアーク放電が発生する状態に効率よく到達される（ステップＳ６０）。 In this way, when the filament is at the end of its life, the rate of increase in the filament current is suppressed so that the filament itself does not melt with the filament current that rises with time while the arc discharge is stably generated. If the increase rate of the filament current is uniformly set low without determining the wear of the filament, for example, 0.5 A / second, 3 to 4 is required to reach the filament current of about 110 A that generates a stable arc discharge. It takes a minute. The start-up of the ion source stabilizes the arc discharge because the total time including the supply of the source gas, the setting of the ion source parameters, and the stabilization of the plasma is required to be 3 minutes or less. It is not preferable that the time required to reach the state of the filament current 110A to be generated is 3 to 4 minutes.
In addition, the filament that is incandescent has a resistance value larger than that when a minute current is passed, and shows a value close to the resistance value of the filament. Therefore, the worn state of the filament can be accurately determined.
Thus, by raising the filament current at the set increasing rate, the atmosphere in the chamber 12 can efficiently reach a state where the filament is not melted and a stable arc discharge is generated (step S60).

図３に示すように、新品時のフィラメントの場合、計測される抵抗値は、フィラメント電流が６０Ａ付近まで、５〜８ｍΩであるが、６０Ａを越すと抵抗値が立ち上がる。一方、寿命末期のフィラメントの場合、計測される抵抗値は、フィラメント電流が４０Ａ付近まで、１０〜１２ｍΩであるが、４０Ａを越すと抵抗値が立ち上がる。そして、フィラメント電流１００Ａ付近で溶断する。そこで、フィラメントに溶断前の６０〜８０Ａの領域（図３中の斜線領域）、すなわち、溶断電流の５０〜８０％のフィラメント電流における抵抗値を計測することで、この抵抗値からフィラメントの摩耗状態がどの段階に該当するかを判定することができる。上述の特許文献１ではフィラメント電流を微小電流とした場合、５〜１０ｍΩの範囲で変化するが、回路抵抗値の変化やフィラメントの装着状態による接続抵抗の変化は、この範囲を上回る場合もある。このため、フィラメント電流を微小電流とした場合、フィラメントの摩耗状態を誤判定する場合がある。 As shown in FIG. 3, in the case of a new filament, the measured resistance value is 5 to 8 mΩ until the filament current is close to 60 A. However, when the filament current exceeds 60 A, the resistance value rises. On the other hand, in the case of a filament at the end of its life, the measured resistance value is 10 to 12 mΩ until the filament current reaches around 40 A, but when the filament current exceeds 40 A, the resistance value rises. Then, it melts around the filament current 100A. Therefore, by measuring the resistance value in the region of 60 to 80 A before the filament is blown (the hatched region in FIG. 3), that is, the filament current of 50 to 80% of the fusing current, the filament wear state is determined from this resistance value. Can be determined at which stage. In the above-mentioned Patent Document 1, when the filament current is a minute current, it changes in the range of 5 to 10 mΩ, but the change in the circuit resistance value and the change in the connection resistance due to the attached state of the filament may exceed this range. For this reason, when the filament current is a minute current, the worn state of the filament may be erroneously determined.

このように、本発明では、フィラメント電流の増加速度の設定を、フィラメント及び回路抵抗を含んだ抵抗値を用いて行うが、この抵抗値は、従来方法の微小電流における抵抗値とは異なり、フィラメントが白熱した状態の抵抗値であって、寿命末期のフィラメントが溶断する溶断電流の５０〜８０％のフィラメント電流を流したときのフィラメント両端間の抵抗値である。 As described above, in the present invention, the increase rate of the filament current is set by using the resistance value including the filament and the circuit resistance. This resistance value is different from the resistance value in the minute current of the conventional method, Is a resistance value in the incandescent state, and is a resistance value between both ends of the filament when a filament current of 50 to 80% of a fusing current at which the filament at the end of life is blown is passed.

以上、本発明のイオン源について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The ion source of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. .

本発明のイオン源の一形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of one form of the ion source of this invention. （ａ），（ｂ）は、フィラメント電流と計測される抵抗値との関係を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the relationship between a filament current and the measured resistance value. フィラメント電流と抵抗値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a filament electric current and resistance value. フィラメントへの通電開始から、プラズマが安定して発声する状態にいたるまでの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow from the energization start to a filament until it will be in the state which plasma utters stably. 従来のバーナス型イオン源にて、安定したアーク放電を確立するまでの、フィラメント電流とアーク放電電流の履歴を示す図である。It is a figure which shows the log | history of a filament current and an arc discharge current until stable arc discharge is established in the conventional Bernas type ion source.

符号の説明Explanation of symbols

１０イオン源
１２チャンバ
１４フィラメント
１６反射電極板
１８背面電極板
２０絶縁部材
２２原料ガス供給口
２４イオンビーム取出口
２６引出電源
２８アーク電源
３０フィラメント電源
３２原料ガス調整バルブ
３４内部空間
３６，３８磁石
４０電流制御部
４２計測部
４４コンピュータ
４６引出電極（板） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ion source 12 Chamber 14 Filament 16 Reflective electrode plate 18 Back electrode plate 20 Insulating member 22 Source gas supply port 24 Ion beam extraction port 26 Extraction power source 28 Arc power source 30 Filament power source 32 Source gas adjustment valve 34 Internal space 36, 38 Magnet 40 Current control unit 42 Measuring unit 44 Computer 46 Lead electrode (plate)

Claims

ガスを供給して電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオビームを生成するイオン源であって、
ガスが供給されてプラズマを生成する、少なくとも一部に導体面を有する内部空間を備えたチャンバと、
前記チャンバと電気絶縁され、前記内部空間のチャンバ内壁面から突出し、通電することにより前記内部空間に熱電子を放出するフィラメントと、
前記フィラメントと同じサイズ及び同じ種類のフィラメントが前記内部空間に生成されるプラズマにより摩耗することにより線径が細くなり、フィラメントの発熱によりフィラメント自体が溶断する時の溶断電流を記録保持する記録部と、
前記溶断電流の５０〜８０％の電流をフィラメントの通電開始時に流す電流制御部と、
フィラメントに前記溶断電流の５０〜８０％の範囲の一定の電流を流したときの抵抗値を求める計測部と、
求めた抵抗値から前記フィラメントの摩耗状態を判定する判定部と、を有し、
前記電流制御部は、前記フィラメントの電流を増加させるとき、判定した前記フィラメントの摩耗状態に応じて、前記フィラメントの電流の増加速度を変化させるように制御することを特徴とするイオン源。 An ion source that generates a plasma by supplying a gas and applying a voltage and generates an ion beam from the plasma,
A chamber having an internal space at least partially having a conductor surface, in which gas is supplied to generate plasma;
A filament that is electrically insulated from the chamber, protrudes from the inner wall surface of the internal space, and emits thermoelectrons to the internal space when energized;
A recording section for recording and holding a fusing current when the filament of the same size and the same type as the filament is worn by the plasma generated in the internal space, and the filament itself is blown by heat generation of the filament; ,
A current control unit for supplying a current of 50 to 80% of the fusing current at the start of energization of the filament;
A measurement unit for obtaining a resistance value when a constant current in a range of 50 to 80% of the fusing current flows through the filament;
A determination unit for determining the wear state of the filament from the obtained resistance value,
The ion source according to claim 1, wherein when the filament current is increased, the current control unit performs control so as to change a rate of increase of the filament current in accordance with the determined worn state of the filament.

前記計測部は、前記溶断電流の５０〜８０％の電流を流す通電開始から一定時間後の前記抵抗値を計測し、この計測結果から前記フィラメントの熱平衡により収束したときの抵抗値を推定する請求項１に記載のイオン源。 The measurement unit measures the resistance value after a predetermined time from the start of energization through which a current of 50 to 80% of the fusing current flows, and estimates a resistance value when converged due to thermal equilibrium of the filament from the measurement result. Item 12. The ion source according to Item 1.

前記計測部は、前記溶断電流の５０〜８０％の電流を流す通電開始から一定時間毎に前記抵抗値を計測し、これらの抵抗値の時間変化から、前記フィラメントが熱平衡により収束したときの抵抗値を推定する請求項１に記載のイオン源。 The measurement unit measures the resistance value at regular intervals from the start of energization to flow 50% to 80% of the fusing current, and the resistance when the filament converges due to thermal equilibrium from the change in the resistance value over time. The ion source according to claim 1, wherein the value is estimated.

前記記録部は、前記イオン源に以前装着されて溶断するときのフィラメントの溶断直前の電流の計測結果を前記溶断電流として記録保持する請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン源。 The ion source according to any one of claims 1 to 3, wherein the recording unit records and holds a measurement result of a current immediately before fusing of a filament when the recording unit is previously attached to the ion source and fusing.