JP6529000B2 - Ion source, operating method of ion source - Google Patents
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Description
本発明は、複数のフィラメントを用いてプラズマを生成し、同プラズマからイオンビームを引き出すイオン源とイオン源の運転方法に関する。 The present invention relates to an ion source that generates a plasma using a plurality of filaments and extracts an ion beam from the plasma and a method of operating the ion source.
イオン注入装置、イオンドーピング装置やイオンビームエッチング装置では、イオンビームを生成するためにイオン源が使用されている。このイオン源はプラズマ生成のメカニズムの違いによって様々なタイプが使用されている。 In ion implantation systems, ion doping systems and ion beam etching systems, an ion source is used to generate an ion beam. Various types of this ion source are used depending on the difference in the mechanism of plasma generation.
イオン源の一つには複数のフィラメントを備えたイオン源がある。イオン源の運転時間や使用するガス、フィラメントの配置場所等により、各フィラメントの時間的な消耗度は異なっている。 One of the ion sources is an ion source provided with a plurality of filaments. The degree of temporal consumption of each filament differs depending on the operating time of the ion source, the gas used, the location of the filament, and the like.
複数本のフィラメントのうち、１本のフィラメントの寿命が他のフィラメントよりも早く尽きた場合、イオン源の性能は著しく劣化する。これは全てのフィラメントを用いてイオン源の性能が担保されているためである。 Of the plurality of filaments, the performance of the ion source is significantly degraded if the lifetime of one filament is exhausted earlier than the other filaments. This is because all the filaments are used to secure the performance of the ion source.
イオン源の性能が低下した状態でイオン源の運転を継続した場合、基板へのイオンビーム照射処理が不良となる。このことから、イオン源の運転を停止してフィラメントの交換を行うことになるが、各フィラメントで消耗度が異なっていれば、１本のフィラメントの寿命が尽きるたびにイオン源を停止してフィラメントの交換を都度行うことになる。 If the operation of the ion source is continued while the performance of the ion source is lowered, the ion beam irradiation treatment to the substrate becomes defective. This means that the operation of the ion source will be stopped and filament replacement will be carried out, but if the degree of consumption is different in each filament, the ion source will be stopped and the filament will be stopped each time the life of one filament is exhausted. Will be replaced each time.
前述したフィラメントの交換方法では、イオン源の稼働率が著しく低下する。イオン源の稼動率を改善する解決策として、特許文献１ではガス種とフィラメントの配置場所に応じてフィラメントの径を異ならせることが提案されている。
具体的には、経験則から断線し易い（寿命が早く尽きる）フィラメントの径を、断線し難い（寿命が遅く尽きる）フィラメントの径に比べて太くしている。
径の異なるフィラメントの使用により、イオン源で使用される各フィラメントの寿命を同程度にして全フィラメントを一挙に交換することで、フィラメント交換に起因するイオン源の稼働率の低下が改善される。
The filament replacement method described above significantly reduces the availability of the ion source. As a solution for improving the operation rate of the ion source, Patent Document 1 proposes that the diameter of the filament be different depending on the gas type and the location of the filament.
Specifically, from the rule of thumb, the diameter of a filament that is prone to breaking (earlies the end of life) is made larger than the diameter of a filament that does not break easily (that means that the end of life runs out).
By using filaments of different diameters, the lifetime of each filament used in the ion source is equalized to replace all the filaments at once, thereby reducing the reduction in the operation rate of the ion source due to the filament exchange.
特許文献１の手法では、フィラメントが配置される場所やガス種に応じた特別な径のフィラメントを用意することが必要とされているため、フィラメントの使いまわしができず、メンテナンス時の利便性に欠ける。
また、経験則にもとづいてフィラメントの径が決定されているので、例えば、想定されているガス種と異なるガスを使用した場合には、全フィラメントの寿命に差が生じてフィラメント交換回数が増加する。その結果、上述したイオン源の稼働率改善効果を十分に得られないことが懸念される。
In the method of Patent Document 1, since it is necessary to prepare a filament of a special diameter according to the place where the filament is disposed and the gas type, the filament can not be used all the time, and it is convenient for maintenance. I miss it.
Also, since the diameter of the filament is determined based on the rule of thumb, for example, when using a gas different from the assumed gas type, the life of all the filaments is different and the number of filament replacements increases. . As a result, there is a concern that the operation rate improvement effect of the ion source described above can not be sufficiently obtained.
本発明では、複数本のフィラメントを備えたイオン源で、フィラメントの径によらず、フィラメント交換に起因するイオン源の稼働率の低下を改善することを、主たる課題とする。 In the present invention, the main object of the present invention is to improve the reduction of the operation rate of the ion source due to the filament exchange regardless of the diameter of the filament in the ion source provided with a plurality of filaments.
イオン源は、
複数本のフィラメントと、
各フィラメントへの通電電流を個別に設定する制御装置と、
各フィラメントでの電圧を計測する電圧計と、を備えたイオン源で、
前記制御装置が、設定された電流値と計測された電圧値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントへの通電電流を再設定する。
The ion source is
With multiple filaments,
A controller for individually setting the current supplied to each filament;
And a voltmeter for measuring the voltage at each filament.
The control device calculates the current resistance value of each filament from the set current value and the measured voltage value, and the current value of each filament based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. The conduction current to each filament is reset so that the resistance value becomes the reference resistance value.
別のイオン源としては、
複数本のフィラメントと、
各フィラメントでの印加電圧を設定する制御装置と、
各フィラメントへの通電電流を計測する電流計と、を備えたイオン源で、
前記制御装置が、設定された電圧値と計測された電流値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントの端子間での印加電圧を再設定する。
As another ion source,
With multiple filaments,
A controller for setting an applied voltage at each filament;
And an ammeter for measuring the current supplied to each filament.
The control device calculates the current resistance value of each filament from the set voltage value and the measured current value, and the current value of each filament based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. The applied voltage between the terminals of each filament is reset so that the resistance value becomes the reference resistance value.
制御装置が、各フィラメントにおける現在の抵抗値と基準となる抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントへの通電電流や印加電圧の再設定を行うことで、各フィラメントの径によらず、各フィラメントの寿命を揃えることが可能となる。
寿命が揃うことで、各フィラメントを交換するタイミングも揃うので、フィラメント交換に伴うイオン源の停止頻度が少なくなり、イオン源の稼働率が向上する。
Based on the difference between the current resistance value of each filament and the reference resistance value, the control device controls the current or voltage applied to each filament so that the current resistance value of each filament becomes the reference resistance value. Resetting makes it possible to equalize the life of each filament regardless of the diameter of each filament.
By equalizing the life, the timing of replacing each filament is also matched, so the frequency of stopping the ion source accompanying the filament replacement is reduced, and the operation rate of the ion source is improved.
各フィラメントの寿命をより正確に揃えて、抵抗値の合わせこみを容易に行うには、
前記基準となる抵抗値が、各フィラメントにおける現在の抵抗値を平均した抵抗値であることが望ましい。
To more precisely align the life of each filament and facilitate the matching of resistance values,
It is desirable that the reference resistance value be a resistance value obtained by averaging the current resistance values of the respective filaments.
通電電流や印加電圧に応じた抵抗値の変化量が各フィラメントで異なることを考慮するならば、
前記制御装置が、さらに各フィラメントの配置場所に応じた重み係数に基づいて前記通電電流や印加電圧を再設定するものであることが望ましい。
If it is considered that the amount of change in resistance value according to the applied current or applied voltage is different in each filament,
It is preferable that the control device resets the current or the applied voltage based on a weighting factor according to the arrangement location of each filament.
各フィラメントから放出される熱電子量の相対的な関係を維持するには、
前記制御装置が、
前記再設定を行う前に、各フィラメントにおける現在の抵抗値を平均した抵抗値と各フィラメントにおける現在の抵抗値との差を初期抵抗値として算出し、算出した値を記憶しておき、当該初期抵抗値も考慮して、前記再設定を実施するものであることが望ましい。
To maintain the relative relationship of the amount of thermoelectrons emitted from each filament:
The controller
Before performing the resetting, the difference between the current resistance value of each filament and the current resistance value of each filament is calculated as an initial resistance value, and the calculated value is stored. It is desirable that the resetting be performed in consideration of the resistance value.
イオン源の運転方法としては、
イオン源に備えられた複数本のフィラメントへの通電電流を再設定するイオン源の運転方法であって、
各フィラメントへの通電電流を初期設定して、
各フィラメントの端子間での電圧を計測し、
初期設定された電流値と計測された電圧値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントへの通電電流を再設定する。
As the operation method of the ion source,
An operation method of an ion source for resetting electric current to a plurality of filaments provided in an ion source, comprising:
Initialize the current to each filament,
Measure the voltage between the terminals of each filament,
The current resistance value of each filament is calculated from the initially set current value and the measured voltage value, and the current resistance value of each filament is determined based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. Re-set the current flow to each filament so that the resistance value becomes
イオン源の別の運転方法としては、
イオン源に備えられた複数本のフィラメントへの印加電圧を再設定するイオン源の運転方法であって、
各フィラメントの端子間での印加電圧を初期設定して、
各フィラメントでの通電電流を計測し、
初期設定された電圧値と計測された電流値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントの端子間での印加電圧を再設定する。
Another way to operate the ion source is
An operation method of an ion source for resetting an applied voltage to a plurality of filaments provided in the ion source, comprising:
Initializing the applied voltage between the terminals of each filament,
Measure the current flow in each filament,
The current resistance value of each filament is calculated from the initially set voltage value and the measured current value, and the current resistance value of each filament is determined based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. The applied voltage between the terminals of each filament is reset so that the resistance value becomes
各フィラメントにおける現在の抵抗値と基準となる抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントへの通電電流や印加電圧の再設定を行うことで、各フィラメントの径によらず、各フィラメントの寿命を揃えることが可能となる。
寿命が揃うことで、各フィラメントを交換するタイミングも揃うので、フィラメント交換に伴うイオン源の停止頻度が少なくなり、イオン源の稼働率が向上する。
Based on the difference between the current resistance value of each filament and the reference resistance value, the current or voltage applied to each filament is reset so that the current resistance value of each filament becomes the reference resistance value. This makes it possible to equalize the life of each filament regardless of the diameter of each filament.
By equalizing the life, the timing of replacing each filament is also matched, so the frequency of stopping the ion source accompanying the filament replacement is reduced, and the operation rate of the ion source is improved.
図１はイオン源ＩＳ１の模式図である。同イオン源ＩＳ１は、従来から知られているプラズマ生成容器１の内部に挿入された複数本のフィラメント（この例では、Ｕの字型の３本のフィラメントＦ１〜Ｆ３）を有するイオン源である。 FIG. 1 is a schematic view of the ion source IS1. The same ion source IS1 is an ion source having a plurality of filaments (in this example, three U-shaped filaments F1 to F3) inserted in the interior of the plasma generation container 1 conventionally known. .
図示されないガスポートを介してプラズマ生成容器１の内部にはイオン化ガス（例えば、ＢＦ３やＰＨ３）が導入される。このガスは各フィラメントから放出された熱電子で電離され、容器内部にプラズマが生成される。
プラズマは、引出電極系Ｅと呼ばれる複数枚の電極（この例では４枚の多孔電極）で、イオン源ＩＳ１の下流側にイオンビームＩＢとして引き出される。
An ionized gas (for example, BF 3 or PH 3 ) is introduced into the plasma generation container 1 through a gas port (not shown). This gas is ionized by the thermions emitted from each filament and a plasma is generated inside the container.
The plasma is extracted as an ion beam IB downstream of the ion source IS1 by a plurality of electrodes (four porous electrodes in this example) called an extraction electrode system E.
各フィラメントＦ１〜Ｆ３の端子間には電源ＰＳ１〜ＰＳ３が接続されている。制御装置Ｃは、各電源ＰＳ１〜ＰＳ３を独立制御することで、各フィラメントＦ１〜Ｆ３への通電電流を設定する装置である。 Power sources PS1 to PS3 are connected between the terminals of the filaments F1 to F3. The control device C is a device that sets the conduction current to each of the filaments F1 to F3 by independently controlling each of the power supplies PS1 to PS3.
本発明では、各フィラメントＦ１〜Ｆ３の端子間に電圧計Ｖ１〜Ｖ３が接続されている。制御装置Ｃで各フィラメントＦ１〜Ｆ３への通電電流が設定されて、各フィラメントへの通電が開始された後、電圧計Ｖ１〜Ｖ３で各フィラメントＦ１〜Ｆ３への印加電圧が計測される。 In the present invention, voltmeters V1 to V3 are connected between the terminals of the filaments F1 to F3. After the energization current to each filament F1 to F3 is set by the control device C and energization to each filament is started, the voltage applied to each filament F1 to F3 is measured by a voltmeter V1 to V3.
計測された印加電圧は、有線あるいは無線にて制御装置Ｃに送信される。同信号を受信した制御装置Ｃは、各フィラメントＦ１〜Ｆ３の抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を算出する。この算出結果に応じて、制御装置Ｃが各フィラメントＦ１〜Ｆ３への通電電流を再設定する。 The measured applied voltage is transmitted to the control device C in a wired or wireless manner. The control device C having received the same signal calculates resistance values R1 to R3 of the respective filaments F1 to F3. The control device C resets the current flow to each of the filaments F1 to F3 according to the calculation result.
図２は、イオン源の別の構成例を示す模式図である。基本的な構成は図１で説明したイオン源ＩＳ１と同一である。ここでは相違点について説明する。 FIG. 2 is a schematic view showing another configuration example of the ion source. The basic configuration is the same as that of the ion source IS1 described in FIG. Here, the differences will be described.
イオン源ＩＳ２では、制御装置Ｃが各フィラメントＦ１〜Ｆ３の端子間に接続された電源ＰＳ１〜ＰＳ３の電圧値の設定を行っている。設定値に基づいて電圧が印加された後、各フィラメントＦ１〜Ｆ３に接続された電流計Ａ１〜Ａ３で各フィラメントＦ１〜Ｆ３への通電電流の計測が行われる。 In the ion source IS2, the control device C sets the voltage values of the power supplies PS1 to PS3 connected between the terminals of the filaments F1 to F3. After the voltage is applied based on the set value, measurement of current flow to each of the filaments F1 to F3 is performed by the ammeters A1 to A3 connected to the respective filaments F1 to F3.
計測された通電電流は、有線あるいは無線にて制御装置Ｃに送信される。同信号を受信した制御装置Ｃは、各フィラメントＦ１〜Ｆ３の抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を算出する。この算出結果に応じて、制御装置Ｃが各フィラメントＦ１〜Ｆ３への印加電圧を再設定する。 The measured conduction current is transmitted to the control device C in a wired or wireless manner. The control device C having received the same signal calculates resistance values R1 to R3 of the respective filaments F1 to F3. The control device C resets the voltage applied to each of the filaments F1 to F3 according to the calculation result.
本発明では、図１、図２で説明したいずれのイオン源を用いてもよい。図３には、図１、図２で説明した各イオン源の制御装置Ｃによる電流、電圧の再設定に係る具体的なフローチャートが描かれている。
このフローチャートをもとに、制御装置Ｃで行われる抵抗値制御について詳細に説明する。同フローチャートや後述する別のフローチャートでは、印加電圧を計測し、通電電流を再設定する図１のイオン源ＩＳ１の構成例を前提にした説明をしているが、各図のフローチャートで設定する対象を印加電圧にし、計測する対象を通電電流に変更すれば、図２のイオン源ＩＳ２の構成例にも適用することは可能である。
In the present invention, any of the ion sources described in FIGS. 1 and 2 may be used. FIG. 3 illustrates a specific flowchart related to resetting of current and voltage by the controller C of each ion source described in FIGS. 1 and 2.
The resistance value control performed by the control device C will be described in detail based on this flowchart. In the flowchart and another flowchart to be described later, the explanation is based on the configuration example of the ion source IS1 of FIG. 1 that measures the applied voltage and resets the conduction current, but the target to be set in the flowchart of each figure Can be applied to the configuration example of the ion source IS2 of FIG. 2 by changing the target to be measured to the conduction current.
処理Ｓ１で、各フィラメントへの通電電流Ｉ１〜Ｉ３を設定し、設定した電流を各フィラメントに通電する。このときの設定値は任意の値であればよく、各フィラメントに流す通電電流値は同じであっても、個々に異なっていてもよい。 In step S1, the current I1 to I3 to the filaments is set, and the set current is applied to the filaments. The set value at this time may be any value, and the values of the current supplied to the filaments may be the same or different.
次に、処理Ｓ２で各フィラメントの端子間での印加電圧Ｖ１〜Ｖ３を計測する。計測した印加電圧Ｖ１〜Ｖ３のデータは制御装置Ｃに送信されて、処理Ｓ３で各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３が算出される。 Next, in step S2, the applied voltages V1 to V3 between the terminals of each filament are measured. Data of the measured applied voltages V1 to V3 are transmitted to the control device C, and resistance values R1 to R3 of the respective filaments are calculated in processing S3.
その後、処理Ｓ４で基準となる抵抗値Ｒｓとさきほど算出された各フィラメントの現在の抵抗値Ｒ１〜Ｒ３との差が個別に計算される。
ここでいう基準となる抵抗値Ｒｓとは、任意の定数でもいいし、各フィラメントの抵抗値を平均した値であってもよい。
制御装置Ｃは、前述した差を埋めるべく、処理Ｓ５で各フィラメントへの通電電流の再設定を行い、再設定した電流値にもとづいて各フィラメントへの通電を行う。
Thereafter, the difference between the reference resistance value Rs and the current resistance values R1 to R3 of the respective filaments previously calculated in the processing S4 is individually calculated.
The reference resistance value Rs may be an arbitrary constant or may be a value obtained by averaging the resistance values of the respective filaments.
The control device C resets the current flow to each filament in step S5 to fill the difference described above, and applies current to each filament based on the reset current value.
一般的には、フィラメントは通電電流が大きくなれば早く消耗し、抵抗値が高くなる方向に急激に変化する。
反対に、フィラメントは通電電流が小さくなれば消耗が遅くなり、抵抗値は高くなる方向に変化するものの、その変化は緩やかなものになる。
In general, the filament is consumed quickly as the current flow increases, and changes rapidly in the direction in which the resistance value increases.
On the other hand, the smaller the current, the slower the consumption of the filament, and the higher the resistance value, the slower the change.
処理Ｓ５での具体的な処理について述べると、前述した基準となる抵抗値Ｒｓからフィラメントの抵抗値を差し引きしたときの値が正の値であれば、対象とするフィラメントの抵抗値を基準となる抵抗値Ｒｓに近づけるべく、フィラメントへの通電電流を現在の設定値よりも大きくする。
反対に、差し引きしたときの値が負の値の場合には、対象とするフィラメントの抵抗値を基準となる抵抗値Ｒｓに近づけるべく、フィラメントへの通電電流を現在の設定値よりも小さくする。
Regarding the specific processing in the processing S5, if the value obtained by subtracting the resistance value of the filament from the above-described reference resistance value Rs is a positive value, the resistance value of the target filament is used as a reference In order to approach the resistance value Rs, the current supplied to the filament is made larger than the current set value.
On the other hand, when the subtracted value is a negative value, the current supplied to the filament is made smaller than the current set value so that the resistance value of the target filament approaches the reference resistance value Rs.
図４は、基準となる抵抗値Ｒｓと各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３の時間変化を表す図である。図４（Ａ）と図４（Ｂ）では基準となる抵抗値Ｒｓの取り方に違いがある。具体的には、図４（Ａ）では基準となる抵抗値Ｒｓを一定値にしており、図４（Ｂ）では各フィラメントの抵抗値を平均化した値にしている。
各図に記載のＲ１ｄ〜Ｒ３ｄは、基準となる抵抗値Ｒｓと各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３との差を示している。
FIG. 4 is a diagram showing the time change of the reference resistance value Rs and the resistance values R1 to R3 of the respective filaments. There is a difference in the method of setting the reference resistance value Rs between FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B). Specifically, in FIG. 4A, the reference resistance value Rs is a constant value, and in FIG. 4B, the resistance value of each filament is an averaged value.
R1d to R3d described in each drawing indicate the difference between the reference resistance value Rs and the resistance values R1 to R3 of the respective filaments.
図４（Ａ）では基準となる抵抗値Ｒｓを一定値にしている。各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３が基準となる抵抗値Ｒｓよりも小さいとき、抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を抵抗値Ｒｓに合わせこむこと（抵抗値制御）は可能であるが、抵抗値Ｒ１〜Ｒ３が抵抗値Ｒｓを超えている場合には抵抗値制御に不都合がある。 In FIG. 4A, the reference resistance value Rs is a constant value. When resistance values R1 to R3 of each filament are smaller than reference resistance value Rs, it is possible to match resistance values R1 to R3 to resistance value Rs (resistance value control), but resistance values R1 to R3 If the resistance value Rs is exceeded, there is a disadvantage in resistance value control.
例えば、時間Ｔ１のタイミングでは、各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３が基準となる抵抗値Ｒｓを既に超えている。イオン源の運転にともなって、各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３は程度の差こそあれ高くなる傾向となる。図３で述べた抵抗値制御を時間Ｔ１のタイミングで行った場合、高くなった抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を下げることはできないので、基準となる抵抗値Ｒｓへの合わせこみは不可能となる。 For example, at the timing of time T1, the resistance values R1 to R3 of the respective filaments have already exceeded the reference resistance value Rs. With the operation of the ion source, the resistance values R1 to R3 of the respective filaments tend to be higher to some extent. When the resistance value control described in FIG. 3 is performed at the timing of time T1, the increased resistance values R1 to R3 can not be reduced, so that matching to the reference resistance value Rs becomes impossible.
このことから、仮に基準となる抵抗値Ｒｓを一定値とするならば、この値を各フィラメントの抵抗値が下回っているときに抵抗値制御を行って基準となる抵抗値Ｒｓへの合わせこみを行うことになるが、これでは抵抗値制御が可能なタイミングが時間的に制約されてしまう。
しかしながら、抵抗値制御を全く行わない場合に比べれば、１回でも行った方が各フィラメントの寿命を揃える方向には働くので、フィラメント交換に伴うイオン源の停止頻度が少なくなり、イオン源の稼働率が向上する。
From this, if the resistance value Rs serving as a reference is a constant value, resistance control is performed when the resistance value of each filament falls below this value, and adjustment to the resistance value Rs serving as a reference is performed. Although this is to be performed, the timing at which resistance control can be performed is temporally restricted.
However, compared with the case where resistance value control is not performed at all, one time operation works to equalize the life of each filament, so the frequency of stop of the ion source accompanying filament exchange decreases, and the operation of the ion source Improve the rate.
なお、前述した基準となる抵抗値Ｒｓの値を十分に大きなものにすることも考えられるが、各フィラメントの抵抗値との差が大きくなりすぎれば、各フィラメントの抵抗値を基準となる抵抗値に合せ込むことは困難となる。
また、仮に合わせこみができたとしても、基準となる抵抗値が高い値に設定されていれば、各フィラメントの抵抗値を高い抵抗値に合せ込むことになり、各フィラメントの寿命が短くなり、かえってイオン源の稼働率が低下してしまうことが懸念される。
Although it is conceivable to make the reference resistance value Rs, which is the reference mentioned above, sufficiently large, if the difference from the resistance value of each filament becomes too large, the resistance value based on the resistance value of each filament will be considered. It will be difficult to fit into.
Also, even if the alignment can be made, if the reference resistance value is set to a high value, the resistance value of each filament will be adjusted to the high resistance value, and the life of each filament becomes short, On the contrary, there is a concern that the operation rate of the ion source may decrease.
上記点を踏まえ、各フィラメントの抵抗値が経時的に増加するのに伴って、基準となる抵抗値Ｒｓも経時的に増加するものであることが望ましい。
具体的に言えば、基準となる抵抗値Ｒｓは、複数本のフィラメントのうちの代表的なフィラメントを選択し、選択されたフィラメントの抵抗値を基準となる抵抗値Ｒｓにしてもよい。
Based on the above-mentioned point, it is desirable that the reference resistance value Rs also increase with time as the resistance value of each filament increases with time.
Specifically, the reference resistance value Rs may be selected from a representative filament of the plurality of filaments, and the resistance value of the selected filament may be used as the reference resistance value Rs.
ただし、選択されたフィラメントの抵抗値が特異的なものである可能性があることから、より望ましくは、図４（Ｂ）に示す全フィラメントの抵抗値を平均化した値（平均抵抗値Ｒａｖｅ）を、基準となる抵抗値Ｒｓにする方がいい。
なお、この平均抵抗値Ｒａｖｅは、全フィラメント中の複数本のフィラメントの抵抗値を平均化した値であってもよい。
However, since the resistance value of the selected filament may be specific, it is more preferable to average the resistance values of all the filaments shown in FIG. 4 (B) (average resistance value Rave) It is better to set the resistance value Rs as a reference.
The average resistance value Rave may be a value obtained by averaging the resistance values of a plurality of filaments in all the filaments.
代表的なフィラメントの抵抗値や平均抵抗値を用いることで、基準となる抵抗値Ｒｓを一定値にした場合に比べて、各フィラメントの寿命をより正確に揃え、かつ、抵抗値の合わせこみを容易に行うことが可能となる。 By using typical resistance values and average resistance values of the filaments, the lifespans of the respective filaments can be more accurately aligned and the resistance values can be adjusted as compared with the case where the reference resistance value Rs is constant. It becomes easy to do.
一方、各フィラメントの抵抗値とは無関係な１次関数あるいは２次関数的に時間的に増加する抵抗値の関数を設けておき、このような関数を基準となる抵抗値Ｒｓにしてもいい。ただし、このような関数を設けるよりも、現実の抵抗値を用いた方が抵抗値を合せ込むときの調整幅が妥当なものになり易く、抵抗値制御を支障なく行うことができる。 On the other hand, a linear function or a function of the resistance value increasing with time in a quadratic function regardless of the resistance value of each filament may be provided, and such a function may be used as the reference resistance value Rs. However, using an actual resistance value tends to make the adjustment range for combining the resistance values more appropriate than providing such a function, and resistance value control can be performed without any problem.
イオン源の運転を開始する前に全てのフィラメントを新しいものに交換した直後であれば、理想的には図４に示すように時間ゼロの時点での各フィラメントの抵抗値（初期抵抗値）は揃っている。
しかしながら、電流導入端子との接続状態やフィラメント製作時の加工誤差が各フィラメントでばらついており、時間ゼロの時点での各フィラメントの抵抗値が大きくずれていることもある。この抵抗値のずれが大きい場合には、各フィラメントから放出される熱電子量の相対的な関係が、抵抗値制御の前後で大きく変化することが懸念される。
Ideally, the resistance value (initial resistance value) of each filament at time zero is as shown in FIG. 4 immediately after replacing all the filaments with new ones before starting the operation of the ion source. It is complete.
However, the connection state with the current introducing terminal and the processing error at the time of filament production may vary among the filaments, and the resistance value of each filament at time zero may be largely deviated. If the difference in resistance value is large, there is a concern that the relative relationship between the amount of thermoelectrons emitted from each filament may significantly change before and after resistance value control.
図５はフィラメントの抵抗値の合わせこみに係る説明図で、ここでは各フィラメントの初期抵抗値に大きな差がある場合を想定している。
おおよそのフィラメントからの熱電子放出量は、フィラメントへの通電電流とフィラメント抵抗値の自乗との積で決定されるので、各フィラメントでのフィラメント抵抗値の相対的な関係が大きく崩れた場合には、各フィラメントからの熱電子放出量の相対的な関係も大きく崩れてしまう。
FIG. 5 is an illustration related to the alignment of the resistance values of the filaments. Here, it is assumed that there is a large difference in the initial resistance value of each filament.
The amount of thermal electron emission from an approximate filament is determined by the product of the current supplied to the filament and the square of the filament resistance value, so if the relative relationship between the filament resistance values at each filament is largely broken, Also, the relative relationship between the thermionic emission amounts from the respective filaments is largely broken.
図５で、各フィラメントの初期抵抗値に違いがあるにも関わらず、時間Ｔ１で抵抗値制御を行って各フィラメント抵抗Ｒ１〜Ｒ３を抵抗値平均値Ｒａｖｅに合せ込んだ場合、各フィラメントの抵抗値が抵抗値平均値Ｒａｖｅに揃ってしまえば、各フィラメントからの熱電子放出量の相対的な関係も崩れてしまう。
各フィラメントからの熱電子放出量の関係は、イオン源から引出されるイオンビームのビーム電流分布に大きく影響している。例えば、このイオン源を使用して基板にイオンビーム照射処理を行う場合、抵抗値制御の前後でビーム電流分布が大きく変化してしまうと、場合によっては基板の処理不良を引き起こしてしまう。
In FIG. 5, although the initial resistance value of each filament is different, when resistance control is performed at time T1 and each filament resistance R1 to R3 is matched with the average resistance value Rave, the resistance of each filament If the values are equal to the resistance value average value Rave, the relative relationship between thermionic emission amounts from the filaments also breaks down.
The relationship between thermionic electron emission from each filament greatly affects the beam current distribution of the ion beam extracted from the ion source. For example, when performing ion beam irradiation processing on a substrate using this ion source, if the beam current distribution changes significantly before and after resistance value control, in some cases processing defects of the substrate may be caused.
図６は、前述の初期抵抗値のバラツキを考慮した抵抗値制御のフローチャートである。以下、このフローチャートについて説明する。 FIG. 6 is a flowchart of resistance value control in consideration of the above-mentioned variation in initial resistance value. The flowchart will be described below.
基板処理枚数やイオン源の運転開始からの経過時間等に応じて、抵抗値制御が開始される。その後、処理Ｓ１１で現在の抵抗値制御の実施回数が１回以上であり、かつ、今回の抵抗値制御で算出された各フィラメントの抵抗値を平均化した値（平均抵抗値）が前回の抵抗値制御で算出された平均抵抗値と比較して予め定められた設定値よりも大きい場合には、処理Ｓ１２で抵抗値制御回数にゼロが入力されて処理Ｓ１３に進む。
一方、処理Ｓ１１で条件を満たさない場合、処理Ｓ１１から処理Ｓ１３に処理が移動する。
Resistance value control is started according to the number of processed substrates, an elapsed time from the start of operation of the ion source, and the like. Thereafter, at step S11, the current number of times of execution of resistance value control is one or more, and a value (average resistance value) obtained by averaging the resistance values of the respective filaments calculated in the current resistance value control is the previous resistance. When the average resistance value calculated by the value control is larger than a predetermined set value, zero is input as the number of times of resistance value control in the process S12, and the process proceeds to the process S13.
On the other hand, when the condition is not satisfied in the process S11, the process moves from the process S11 to the process S13.
処理Ｓ１３では、現在の抵抗値制御の回数がゼロにリセットされているかどうかを判定する。ここで、抵抗値制御の回数がゼロにリセットされていれば、処理Ｓ１４に移動して現在の平均抵抗値Ｒａｖｅから各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を差し引いて、各フィラメントの初期抵抗値Ｒｉを算出する。
その後、処理Ｓ１５で算出された各フィラメントの初期抵抗値Ｒｉが制御装置Ｃに記録されて、処理Ｓ１６で抵抗値制御回数を１つ増やした後、抵抗値制御が終了する。
In step S13, it is determined whether the current number of times of resistance value control has been reset to zero. Here, if the number of times of resistance value control is reset to zero, it moves to processing S14, subtracts resistance value R1-R3 of each filament from present average resistance value Rave, initial resistance value Ri of each filament calculate.
Thereafter, the initial resistance value Ri of each filament calculated in step S15 is recorded in the control device C, and the number of times of resistance value control is increased by one in step S16, and then the resistance value control is ended.
一方、処理Ｓ１４〜処理Ｓ１６に示す処理が行われた後の２回目の抵抗値制御では、処理Ｓ１３で抵抗値制御回数がゼロでないことから、処理Ｓ１７に進み、抵抗値制御回数が１つ増加する。
その後、処理Ｓ１８に進み、１回目の抵抗値制御で算出された初期抵抗値を各フィラメントの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３に加えた上で、フィラメントごとに平均抵抗値Ｒａｖｅとの差が算出される。
以降、処理Ｓ１９で、処理Ｓ１８での算出結果にもとづいて各フィラメントの通電電流が再設定されて、抵抗値制御が終了する。このような制御フローを用いれば、初期抵抗値を考慮した抵抗値制御が可能となり、たとえ各フィラメントの初期抵抗値に大きな差があったとしても、抵抗値制御の前後で各フィラメントでの熱電子放出量の相対的な関係をほぼ同じ状態に保つことができる。
On the other hand, in the second resistance value control after the processing shown in the processing S14 to the processing S16, the number of times of resistance value control is not zero in the processing S13, so the process proceeds to the processing S17 and the number of times of resistance value control increases by one. Do.
Thereafter, the process proceeds to step S18, and after adding the initial resistance value calculated in the first resistance value control to the resistance values R1 to R3 of each filament, the difference from the average resistance value Rave is calculated for each filament.
Thereafter, in step S19, the current flow of each filament is reset based on the calculation result in step S18, and the resistance value control ends. By using such a control flow, resistance value control can be performed in consideration of the initial resistance value, and even if there is a large difference in the initial resistance value of each filament, the thermoelectrons in each filament before and after the resistance value control The relative relationship of the emissions can be kept approximately the same.
前記実施形態では、全てのフィラメントについて、通電電流が同程度増減すれば、抵抗値が同程度変化するものとして扱われていた。
しかしながら、フィラメントによっては同じ通電電流を流しても抵抗値が大きく変化するものもあれば、そうでないものもある。
この点を考慮すれば、図６に示すフローチャートを図７に示すフローチャートのように変形してもよい。図６のフローチャートに記載の各処理と同一の符号が使用されている図７の処理は同じ処理がなされるので、ここでは各フローチャートの相違点についてのみ説明する。
In the above-described embodiment, the resistance value is treated as changing to the same extent if the supplied current increases and decreases to the same extent for all the filaments.
However, depending on the filament, the resistance value may greatly change even if the same current flow.
If this point is considered, the flowchart shown in FIG. 6 may be modified as the flowchart shown in FIG. The processes of FIG. 7 in which the same reference numerals as in the processes in the flowchart of FIG. 6 are used perform the same processes, so only the differences between the flowcharts will be described here.
図７のフローチャートでは、処理Ｓ２０として図６に示す処理Ｓ１８での計算結果に重み係数Ｋを積算する処理が設けられている。この点が、図６のフローチャートと異なっている。
この重み係数Ｋはフィラメントごとに決定される係数であり、消耗し易いフィラメント（抵抗値の経時的な変化が大きいフィラメント）ほど大きい係数が設定されている。
この理由はやせ細ったフィラメントほど設定される通電電流を大きく変化させなければ、平均抵抗値に合せ込みをすることが困難となるからである。
なお、フィラメントの消耗のし易さは、フィラメントの配置場所に依存する傾向にあるため、重み係数Ｋはフィラメントの配置場所に応じて決定するようにしてもよい。
In the flowchart of FIG. 7, processing of integrating the weighting factor K to the calculation result in processing S18 shown in FIG. 6 as processing S20 is provided. This point is different from the flowchart of FIG.
The weighting factor K is a factor determined for each filament, and the larger the factor, the larger the consumable filament (filament with a large change in resistance value over time).
The reason for this is that it is difficult to adjust to the average resistance value if the set current is not changed as much as a thin filament.
Since the ease of filament consumption tends to depend on the location of the filament, the weighting factor K may be determined according to the location of the filament.
前記実施形態では、フィラメントの形状としてＵの字型の構成が使用されていたが、フィラメントの形状はこの形状に限られない。例えば、プラズマ生成容器内部に配置されるフィラメントの先端部を渦巻き状に構成する等、様々な形状のフィラメントを用いてもよい。 In the embodiment, the U-shaped configuration is used as the shape of the filament, but the shape of the filament is not limited to this shape. For example, filaments of various shapes may be used, such as forming the tip of the filament disposed inside the plasma generation container in a spiral shape.
また、フィラメントの本数は３本に限られず、２本以上であれば本数に制限はない。さらに、図１、図２のイオン源は、プラズマ生成容器の一壁面にフィラメントを並べる構成であったが、別の壁面にもフィラメントを配置する構成であってもよい。 Further, the number of filaments is not limited to three, and the number of filaments is not limited as long as it is two or more. Furthermore, although the ion source of FIG. 1, FIG. 2 was a structure which arranges a filament in one wall surface of a plasma production container, it may be a structure which arranges a filament also on another wall surface.
その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。 In addition to the foregoing, it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
ＩＳ１，ＩＳ２ イオン源
Ｃ 制御装置
Ａ１〜Ａ３ 電流計
Ｖ１〜Ｖ３ 電圧計
Ｆ１〜Ｆ３ フィラメント
ＰＳ１〜ＰＳ３ 電源
Ｒ１〜Ｒ３ フィラメントの抵抗値
Ｒａｖｅ 平均抵抗値
Ｒｓ 基準となる抵抗値
Ｒｉ 初期抵抗値
IS1, IS2 Ion source C Controller A1 to A3 Ammeter V1 to V3 Voltmeter F1 to F3 Filament PS1 to PS3 Power supply R1 to R3 Filament resistance Rave Average resistance Rs Reference resistance Resistance Ri Initial resistance
Claims (7)
各フィラメントへの通電電流を個別に設定する制御装置と、
各フィラメントでの電圧を計測する電圧計と、を備えたイオン源で、
前記制御装置が、設定された電流値と計測された電圧値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントへの通電電流を再設定する、イオン源。 With multiple filaments,
A controller for individually setting the current supplied to each filament;
And a voltmeter for measuring the voltage at each filament.
The control device calculates the current resistance value of each filament from the set current value and the measured voltage value, and the current value of each filament based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. An ion source that resets the current flow to each filament so that the resistance value becomes the reference resistance value.
各フィラメントでの印加電圧を設定する制御装置と、
各フィラメントへの通電電流を計測する電流計と、を備えたイオン源で、
前記制御装置が、設定された電圧値と計測された電流値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントの端子間での印加電圧を再設定する、イオン源。 With multiple filaments,
A controller for setting an applied voltage at each filament;
And an ammeter for measuring the current supplied to each filament.
The control device calculates the current resistance value of each filament from the set voltage value and the measured current value, and the current value of each filament based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. An ion source that resets the applied voltage between the terminals of each filament so that the resistance value becomes a reference resistance value.
さらに各フィラメントの配置場所に応じた重み係数に基づいて前記通電電流や前記印加電圧を再設定する請求項３に記載のイオン源。 The controller
4. The ion source according to claim 3, wherein the current or the applied voltage is reset on the basis of a weighting factor according to the location of each filament.
前記再設定を行う前に、各フィラメントにおける現在の抵抗値を平均した抵抗値と各フィラメントにおける現在の抵抗値との差を初期抵抗値として算出し、算出した値を記憶しておき、当該初期抵抗値も考慮して、前記再設定を実施する、請求項３または４記載のイオン源。 The controller
Before performing the resetting, the difference between the current resistance value of each filament and the current resistance value of each filament is calculated as an initial resistance value, and the calculated value is stored. The ion source according to claim 3, wherein the resetting is performed in consideration of a resistance value.
各フィラメントへの通電電流を初期設定して、
各フィラメントの端子間での電圧を計測し、
初期設定された電流値と計測された電圧値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントへの通電電流を再設定する、イオン源の運転方法。 An operation method of an ion source for resetting electric current to a plurality of filaments provided in an ion source, comprising:
Initialize the current to each filament,
Measure the voltage between the terminals of each filament,
The current resistance value of each filament is calculated from the initially set current value and the measured voltage value, and the current resistance value of each filament is determined based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. The operation method of the ion source which resets the current flow to each filament so as to become the resistance value which becomes.
各フィラメントの端子間での印加電圧を初期設定して、
各フィラメントでの通電電流を計測し、
初期設定された電圧値と計測された電流値から、各フィラメントにおける現在の抵抗値を算出し、基準となる抵抗値と現在の抵抗値との差に基づいて各フィラメントの現在の抵抗値が基準となる抵抗値になるように各フィラメントの端子間での印加電圧を再設定する、イオン源の運転方法。 An operation method of an ion source for resetting an applied voltage to a plurality of filaments provided in the ion source, comprising:
Initializing the applied voltage between the terminals of each filament,
Measure the current flow in each filament,
The current resistance value of each filament is calculated from the initially set voltage value and the measured current value, and the current resistance value of each filament is determined based on the difference between the reference resistance value and the current resistance value. The operating method of the ion source which resets the applied voltage between the terminals of each filament so that it becomes resistance value which becomes.
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