(57)【要約】【課題】  自動制御または簡単な調整のみによって、イオンビームを高精度に制御する。【解決手段】  イオンビーム発生装置１０は、複数種のイオンを生成し、該複数種のイオンからなる第１イオンビームＩａを出力するイオン源１と、第１イオンビームＩａの中から特定種類のイオンのみを分離抽出して第２イオンビームＩｂを出力する質量分離機２と、質量分離機２内に中和用電子を供給する中和用フィラメント３と、第１イオンビームＩａの状態を観測する第１イオンビーム観測機４と、第２イオンビームＩｂの状態を観測する第２イオンビーム観測機５と、第１イオンビーム観測機４の出力と第２イオンビーム観測機５の出力との関係が所定の関係となるように、中和用フィラメント３から供給される中和用電子量を調整する第１の制御手段６とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、
該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、
該質量分離機内に中和用電子を供給する中和用電子供給手段と、
該イオン源から出力される該第１イオンビームの状態量を観測する第１イオンビーム観測手段と、
該質量分離機から出力される該第２イオンビームの状態量を観測する第２イオンビーム観測手段と、
該第１イオンビーム観測手段の出力と該第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、該中和用電子供給手段から供給される中和用電子量を調整する第１の制御手段とを有するイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記第１の制御手段による、前記中和用電子供給手段から供給される中和用電子量の調整は、該中和用電子供給手段における電子量管理パラメータを調整することによって行なわれる請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
前記中和用電子供給手段はフィラメントであって、前記電子量管理パラメータは該フィラメントで消費される電力であり、
前記第１の制御手段による該フィラメントを介した中和用電子量の調整は、該フィラメントで消費される電力の調整によって行なわれる請求項２に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項４】
前記第１の制御手段は、
前記第１イオンビーム観測手段の出力と前記第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値を出力する第１演算手段と、
該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第１比較手段と、
該第１比較手段による比較結果に基づいて、該電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように、該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第１の電子量操作パラメータ調整手段とを有する請求項２または３に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項５】
前記第１演算手段は、
前記第１イオンビーム観測手段の出力が入力されて前記第２イオンビームの状態量の推定値を出力するモデル部と、
該推定値と前記第２イオンビーム観測手段の出力とを比較する比較部と、
該比較部からの比較結果に基づいて、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値を出力するゲイン部とを有する請求項４に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項６】
前記第１の制御手段は、前記第１演算手段と前記第１比較手段との間をスイッチングする第１スイッチ手段を更に有する請求項４に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項７】
前記第１の制御手段は、
前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値が入力可能とされる入力手段と、
該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第１比較手段と、
該第１比較手段による比較結果に基づいて、該電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように、該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第１の電子量操作パラメータ調整手段とを有する請求項２または３に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項８】
複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、
該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、
該質量分離機内に中和用電子を供給する中和用電子供給手段と、
該中和用電子供給手段から供給される中和用電子量に対応する、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータを、該第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御する中和用電子供給制御手段とを有するイオンビーム発生装置。
【請求項９】
前記中和用電子供給手段はフィラメントであって、前記電子量管理パラメータは該フィラメントで消費される電力であり、
前記中和用電子供給制御手段は、該フィラメントで消費される電力を、前記第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御する請求項８に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１０】
前記中和用電子供給制御手段は、
前記第２イオンビームの状態量の目標値に対応して、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値を出力する第２演算手段と、
該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第２比較手段と、
該第２比較手段による比較結果に基づいて、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第２の電子量操作パラメータ調整手段とを有する請求項８または９に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１１】
前記中和用電子供給制御手段は、
前記第２イオンビームの状態量の目標値に対応する、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値が入力可能とされる入力手段と、
該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第２比較手段と、
該第２比較手段による比較結果に基づいて、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第２の電子量操作パラメータ調整手段とを有する請求項８または９に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１２】
前記質量分離機から出力される前記第２イオンビームの状態量を観測する第２イオンビーム観測手段を更に有する請求項８〜１１のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１３】
前記第１イオンビーム観測手段は、前記第１イオンビームの状態量として、該第１イオンビームの電流密度、前記イオン源の出口部に設けられた電極に流れる電流値、および該イオン源の放電電力の少なくともいずれかを測定する請求項１〜７のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１４】
前記第２イオンビーム観測手段は、前記第２イオンビームの状態量として、該第２イオンビームの電流密度、および前記質量分離機の出口部に設けられた電極に流れる電流値の少なくともいずれかを測定する請求項１〜７および１２〜１３のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１５】
前記第２イオンビーム観測手段の出力が所定の値となるように、前記イオン源からの前記第１イオンビームを出力調整する第２の制御手段を更に有する請求項１〜７および１２〜１４のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１６】
前記第２の制御手段による、前記イオン源からの前記第１イオンビームの出力調整は、
該イオン源における第１イオンビーム操作パラメータを調整することによって行なわれる請求項１５に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１７】
前記イオン源は、放電により前記複数種のイオンを生成するものであって、前記第１イオンビーム操作パラメータは該イオン源の放電電力あり、
前記第２の制御手段は、前記第２イオンビーム観測手段の出力が所定の値となるように、該イオン源の放電電力を調整して前記第１イオンビームを出力調整する請求項１６に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１８】
前記第２の制御手段は、
前記第２イオンビーム観測手段の出力と前記第２イオンビームの状態量の目標値とを比較する第３比較手段と、
該第３比較手段による比較結果に基づいて、該第２イオンビーム観測手段の出力と該第２イオンビームの状態量の目標値とが一致するように、前記第１イオンビームの状態量の目標値を出力する第１イオンビーム目標値出力手段と、
前記第１イオンビーム観測手段の出力と、該第１イオンビーム目標値出力手段からの該第１イオンビームの状態量の目標値とを比較する第４比較手段と、
該第４比較手段による比較結果に基づいて、該第１イオンビーム観測手段の出力と該第１イオンビームの状態量の目標値とが一致するように、前記イオン源に与える前記第１イオンビーム操作パラメータを調整する第１イオンビーム操作パラメータ調整手段とを有する請求項１６または１７に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１９】
前記第２の制御手段は、前記第１イオンビーム目標値出力手段と前記第４比較手段との間をスイッチングする第２スイッチ手段を有する請求項１８に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項２０】
前記第１の制御手段に設けられた第１スイッチ手段および、前記第２の制御手段に設けられた前記第２スイッチ手段がともにオンとなる第１期間と、該第１スイッチ手段および該第２スイッチ手段がともにオフとなる第２期間とが交互に繰り返される請求項１９に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項２１】
前記第１スイッチ手段および第２スイッチ手段が、互いに異なるタイミングでオン／オフを繰り返す第１期間と、該第１スイッチ手段および該第２スイッチ手段がともにオフとなる第２期間とが交互に繰り返される請求項１９に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項２２】
前記第２の制御手段は、
前記第１イオンビームの状態量の目標値が入力可能とされる入力手段と、
前記第１イオンビーム観測手段の出力と、該入力手段からの該第１イオンビームの状態量の目標値とを比較する第４比較手段と、
該第４比較手段による比較結果に基づいて、該第１イオンビーム観測手段の出力と該第１イオンビームの状態量の目標値とが一致するように、前記イオン源に与える前記第１イオンビーム操作パラメータを調整する第１イオンビーム操作パラメータ調整手段とを有する請求項１６または１７に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項２３】
前記第１イオンビーム観測手段は、前記イオン源から出力される前記第１イオンビームの状態量として、前記イオン源に供給される放電電力を観測する請求項１８または２２に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項２４】
複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、
該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、
該質量分離機内に中和用電子を供給する中和用電子供給手段と、
該イオン源から出力される該第１イオンビームの状態量を観測する第１イオンビーム観測手段と、
該質量分離機から出力される該第２イオンビームの状態量を観測する第２イオンビーム観測手段と、を有するイオンビーム発生装置を用い、
該第１イオンビーム観測手段の出力と該第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、該中和用電子供給手段から供給される中和用電子量を調整する第１の制御処理を有するイオンビーム発生方法。
【請求項２５】
前記中和用電子供給手段はフィラメントであって、
前記第１の制御処理による該フィラメントを介した中和用電子量の調整は、該フィラメントで消費される電力の調整によって行なわれる請求項２４に記載のイオンビーム発生方法。
【請求項２６】
複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、
該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、
該質量分離機内に中和用電子を供給するフィラメントと、
を有するイオンビーム発生装置を用い、
該フィラメントで消費される電力を、該第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御するフィラメント電力制御処理を有するイオンビーム発生方法。
【請求項２７】
前記第２イオンビームの状態量が所定の値となるように、前記第１イオンビームを出力調整する第２の制御処理を更に有する請求項２４〜２６のいずれかに記載のイオンビーム発生方法。
【請求項２８】
請求項１〜２３のいずれかに記載のイオンビーム発生装置を用いて、半導体または半導体層にイオン注入するイオン注入処理工程を有する機能素子の製造方法。
【請求項２９】
請求項２０または２１に記載のイオンビーム発生装置を用いて、半導体または半導体層にイオン注入するイオン注入処理工程を有し、
前記第１期間はイオンビームの調整ステップに対応させ、前記第２期間はイオン注入ステップに対応させる機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体集積回路（ＩＣ）やＴＦＴ液晶表示装置などの半導体デバイスの製造工程に使用されるイオンビームの高精度な制御を可能とするイオンビーム発生装置、これを用いたイオンビーム発生方法、およびこのイオンビーム発生装置を用いて作製される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの機能素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体集積回路（ＩＣ）やＴＦＴ液晶表示装置などの半導体デバイスの製造工程においては、所定の導電型の半導体または半導体層を形成するために、半導体または半導体層に対してイオン注入（イオンドーピング）処理が施されている。
【０００３】
このイオン注入（イオンドーピング）処理工程では、半導体または半導体層に対して、特定のイオンを所定のドーズ量で注入することが要求されており、この要求に応えるため、イオン種や電流密度が高精度に制御されたイオンビームを出力することが可能なイオンビーム発生装置が切望されている。
【０００４】
上記要求に応えることができるイオンビーム発生装置として、例えば特許文献１には、質量分離機と、この質量分離機内のイオンビームの発散を抑制するための電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段とが設けられたイオンビーム発生装置が開示されている。これを図１３に示している。
【０００５】
図１３は、従来のイオンビーム発生装置の概略構成例を示す模式図である。
【０００６】
図１３に示すように、イオンビーム発生装置１００は、複数種のイオンからなる第１イオンビームＩａを出力するイオン源１０１と、このイオン源１０１から引き出された第１イオンビームＩａの中から磁場作用により特定のイオンを選別し、第２イオンビームＩｂを出力する質量分離機１０２とを有している。この質量分離機１０２から出力された第２イオンビームＩｂは、図示しない加速手段などによって適宜加速され、これによって、半導体（または半導体層）に対するイオン注入が行なわれる。
【０００７】
このイオンビーム発生装置１００には、さらに、イオンビームの発散を抑制するために、質量分離機１０２内に電子を供給する電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段１０３が設けられている。なお、この電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段１０３では、質量分離機１０２内に新たな磁場が追加されないように、質量分離用の磁場を兼用して、これと共鳴を起こすような周波数のマイクロ波放電が用いられている。
【０００８】
以上のように構成された従来のイオンビーム発生装置１００によれば、電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段１０３から供給される電子によって、イオンビームの発散が抑えられた状態が作り出され、この状態において、質量分離機１０２によって特定のイオンが選別されるため、イオン種や電流密度が制御されたイオンビームを効率的に発生させることができる。
【特許文献１】特開平９−１８０６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来のイオンビーム発生装置１００では、イオン種や電流密度が制御されたイオンビームを効率的に発生させることが可能な構造を有している。
【００１０】
しかしながら、上記従来のイオンビーム発生装置１００では、所定の電流密度および所定のイオン種のイオンビーム（第２イオンビームＩｂ）を出力するために、イオン源１０１のパラメータ（例えばイオンを生成するための放電電力など）と、電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段１０３のパラメータ（例えばマイクロ波放電の放電電力など）との双方を、その相互間の影響を考慮しながら調整する必要があった。
【００１１】
この理由は、以下の通りである。
【００１２】
第１に、所定の電流密度の第２イオンビームＩｂを出力するために、電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段１０３から供給すべき電子の量が、イオン源１０１から出力される第１イオンビームＩａの状態（電流密度など）によって異なるためである。
【００１３】
第２に、第２イオンビームＩｂの電流密度が所定値となっている場合であっても、イオン源１０１のパラメータと、電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段１０３のパラメータとの双方のバランスが異なれば、イオン種が異なってしまうからである。
【００１４】
以上のような相互作用を考慮した複数パラメータの同時調整は、非常に困難なものであり、さらに、イオン源１０１や質量分離機１０２に作用する外乱の影響（例えば、装置壁面の状態変化に起因する、装置壁面へのイオンビーム衝突時の２次電子発生量の変化など）が、この調整をより一層困難なものとさせていた。
【００１５】
この結果、従来のイオンビーム発生装置１００では、イオン種やイオンビーム電流の制御が可能な構造（機構）を有しているにも拘らず、パラメータの調整誤差が生じやすく、十分に制御されたイオンビームを出力することができなかった。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みて為されたもので、自動制御または簡単な調整によって、イオンビームを容易かつ高精度に制御できるイオンビーム発生装置、これを用いたイオンビーム発生方法およびこのイオンビーム発生装置を用いて作製される機能素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のイオンビーム発生装置は、複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、該質量分離機内に中和用電子を供給する中和用電子供給手段と、 該イオン源から出力される該第１イオンビームの状態量を観測する第１イオンビーム観測手段と、該質量分離機から出力される該第２イオンビームの状態量を観測する第２イオンビーム観測手段と、該第１イオンビーム観測手段の出力と該第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、該中和用電子供給手段から供給される中和用電子量を調整する第１の制御手段とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１８】
また、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１の制御手段による、前記中和用電子供給手段から供給される中和用電子量の調整は、該中和用電子供給手段における電子量管理パラメータを調整することによって行なわれる。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における中和用電子供給手段はフィラメントであって、前記電子量管理パラメータは該フィラメントで消費される電力であり、前記第１の制御手段による該フィラメントを介した中和用電子量の調整は、該フィラメントで消費される電力の調整によって行なわれる。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１の制御手段は、前記第１イオンビーム観測手段の出力と前記第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値を出力する第１演算手段と、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第１比較手段と、該第１比較手段による比較結果に基づいて、該電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように、該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第１の電子量操作パラメータ調整手段とを有する。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１演算手段は、前記第１イオンビーム観測手段の出力が入力されて前記第２イオンビームの状態量の推定値を出力するモデル部と、該推定値と前記第２イオンビーム観測手段の出力とを比較する比較部と、該比較部からの比較結果に基づいて、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値を出力するゲイン部とを有する。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１の制御手段は、前記第１演算手段と前記第１比較手段との間をスイッチングする第１スイッチ手段を更に有する。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１の制御手段は、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値が入力可能とされる入力手段と、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第１比較手段と、該第１比較手段による比較結果に基づいて、該電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように、該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第１の電子量操作パラメータ調整手段とを有する。
【００２４】
本発明のイオンビーム発生装置は、複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、該質量分離機内に中和用電子を供給する中和用電子供給手段と、 該中和用電子供給手段から供給される中和用電子量に対応する、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータを、該第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御する中和用電子供給制御手段とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
また、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における中和用電子供給手段はフィラメントであって、前記電子量管理パラメータは該フィラメントで消費される電力であり、
前記中和用電子供給制御手段は、該フィラメントで消費される電力を、前記第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における中和用電子供給制御手段は、前記第２イオンビームの状態量の目標値に対応して、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値を出力する第２演算手段と、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第２比較手段と、該第２比較手段による比較結果に基づいて、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第２の電子量操作パラメータ調整手段とを有する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における中和用電子供給制御手段は、前記第２イオンビームの状態量の目標値に対応する、前記中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの目標値が入力可能とされる入力手段と、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とを比較する第２比較手段と、該第２比較手段による比較結果に基づいて、該中和用電子供給手段の電子量管理パラメータの測定値と、該電子量管理パラメータの目標値とが一致するように該中和用電子供給手段に与える電子量操作パラメータを調整する第２の電子量操作パラメータ調整手段とを有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における質量分離機から出力される前記第２イオンビームの状態量を観測する第２イオンビーム観測手段を更に有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１イオンビーム観測手段は、前記第１イオンビームの状態量として、該第１イオンビームの電流密度、前記イオン源の出口部に設けられた電極に流れる電流値、および該イオン源の放電電力の少なくともいずれかを測定する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第２イオンビーム観測手段は、前記第２イオンビームの状態量として、該第２イオンビームの電流密度、および前記質量分離機の出口部に設けられた電極に流れる電流値の少なくともいずれかを測定する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第２イオンビーム観測手段の出力が所定の値となるように、前記イオン源からの前記第１イオンビームを出力調整する第２の制御手段を更に有する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第２の制御手段による、前記イオン源からの前記第１イオンビームの出力調整は、該イオン源における第１イオンビーム操作パラメータを調整することによって行なわれる。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置におけるイオン源は、放電により前記複数種のイオンを生成するものであって、前記第１イオンビーム操作パラメータは該イオン源の放電電力あり、前記第２の制御手段は、前記第２イオンビーム観測手段の出力が所定の値となるように、該イオン源の放電電力を調整して前記第１イオンビームを出力調整する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第２の制御手段は、前記第２イオンビーム観測手段の出力と前記第２イオンビームの状態量の目標値とを比較する第３比較手段と、該第３比較手段による比較結果に基づいて、該第２イオンビーム観測手段の出力と該第２イオンビームの状態量の目標値とが一致するように、前記第１イオンビームの状態量の目標値を出力する第１イオンビーム目標値出力手段と、前記第１イオンビーム観測手段の出力と、該第１イオンビーム目標値出力手段からの該第１イオンビームの状態量の目標値とを比較する第４比較手段と、該第４比較手段による比較結果に基づいて、該第１イオンビーム観測手段の出力と該第１イオンビームの状態量の目標値とが一致するように、前記イオン源に与える前記第１イオンビーム操作パラメータを調整する第１イオンビーム操作パラメータ調整手段とを有する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第２の制御手段は、前記第１イオンビーム目標値出力手段と前記第４比較手段との間をスイッチングする第２スイッチ手段を有する。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１の制御手段に設けられた第１スイッチ手段および、前記第２の制御手段に設けられた前記第２スイッチ手段がともにオンとなる第１期間と、該第１スイッチ手段および該第２スイッチ手段がともにオフとなる第２期間とが交互に繰り返される。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１スイッチ手段および第２スイッチ手段が、互いに異なるタイミングでオン／オフを繰り返す第１期間と、該第１スイッチ手段および該第２スイッチ手段がともにオフとなる第２期間とが交互に繰り返される。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第２の制御手段は、前記第１イオンビームの状態量の目標値が入力可能とされる入力手段と、前記第１イオンビーム観測手段の出力と、該入力手段からの該第１イオンビームの状態量の目標値とを比較する第４比較手段と、該第４比較手段による比較結果に基づいて、該第１イオンビーム観測手段の出力と該第１イオンビームの状態量の目標値とが一致するように、前記イオン源に与える前記第１イオンビーム操作パラメータを調整する第１イオンビーム操作パラメータ調整手段とを有する。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置における第１イオンビーム観測手段は、前記イオン源から出力される前記第１イオンビームの状態量として、前記イオン源に供給される放電電力を観測する。
【００４０】
本発明のイオンビーム発生方法は、複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、該質量分離機内に中和用電子を供給する中和用電子供給手段と、該イオン源から出力される該第１イオンビームの状態量を観測する第１イオンビーム観測手段と、該質量分離機から出力される該第２イオンビームの状態量を観測する第２イオンビーム観測手段と、を有するイオンビーム発生装置を用い、該第１イオンビーム観測手段の出力と該第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、該中和用電子供給手段から供給される中和用電子量を調整する第１の制御処理を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００４１】
また、好ましくは、本発明のイオンビーム発生方法における中和用電子供給手段はフィラメントであって、前記第１の制御処理による該フィラメントを介した中和用電子量の調整は、該フィラメントで消費される電力の調整によって行なわれる。
【００４２】
本発明のイオンビーム発生方法は、複数種のイオンを生成し、生成した該複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、該イオン源から出力された該第１イオンビームの中から、一または複数の特定種類のイオンを分離抽出した第２イオンビームを出力する質量分離機と、該質量分離機内に中和用電子を供給するフィラメントと、
を有するイオンビーム発生装置を用い、該フィラメントで消費される電力を、該第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御するフィラメント電力制御処理を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
また、好ましくは、本発明のイオンビーム発生方法において、第２イオンビームの状態量が所定の値となるように、前記第１イオンビームを出力調整する第２の制御処理を更に有する。
【００４４】
本発明の機能素子の製造方法は、請求項１〜２３のいずれかに記載のイオンビーム発生装置を用いて、半導体または半導体層にイオン注入するイオン注入処理工程を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
本発明の機能素子の製造方法は、請求項２０または２１に記載のイオンビーム発生装置を用いて、半導体または半導体層にイオン注入するイオン注入処理工程を有し、前記第１期間はイオンビームの調整ステップに対応させ、前記第２期間はイオン注入ステップに対応させており、そのことにより上記目的が達成される。
以下に、本発明の作用について説明する。
【００４６】
本発明にあっては、放電などにより複数種のイオンを生成し、複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、イオン源から出力された第１イオンビームの中から、特定種類のイオンのみを分離抽出して、第２イオンビームを出力する質量分離機と、質量分離機内にイオンビームの電流密度（電荷密度）に見合った中和用電子を供給して、イオンビームの発散を抑制する中和用フィラメントなどの中和用電子供給手段を備えたイオンビーム発生装置において、第１イオンビーム観測手段によって第１イオンビームの状態量を観測し、第２イオンビーム観測手段によって第２イオンビームの状態量を観測する。第１の制御手段によって、第１イオンビーム観測手段の出力と、第２イオンビーム観測手段の出力との関係が所定の関係となるように、中和用電子供給手段から供給される中和用電子量を調整する。
【００４７】
このように、第１イオンビーム観測手段の出力と第２イオンビーム観測手段の出力とが所定の関係となるように、中和用電子供給手段から供給される中和用電子量が調整されるため、質量分離機に外乱が加わっても、その外乱の影響を抑えて、質量分離機から出力される第２イオンビームが変動することを抑制することが可能となる。
【００４８】
さらに、第１の制御手段により質量分離機に加わる外乱の影響が抑えられた状態において、第２の制御手段によって、第２イオンビーム観測手段の出力が所定の値となるように、イオン源の放電電力を調整することなどにより第１イオンビームを出力調整する。このことによって、質量分離機に加わる外乱の影響が抑えられた状態で、イオン源に加わる外乱の影響を抑制して、第２イオンビームの状態量をその目標値に追従させることができる。また、そのことにより、第１イオンビームの状態量および第２イオンビームの状態量の双方を、ともに、第２イオンビームの目標値に応じた所定の値とすることができるため、電流密度などの第２イオンビームの状態量のみならず、イオン種も高精度に制御することが可能となる。
【００４９】
したがって、従来のように相互作用を考慮した複数パラメータの同時調整を行なう必要がなく、また、質量分離機やイオン源に外乱が加わっても、自動制御または簡単な調整のみによってイオンビームの高精度な制御が可能となる。
【００５０】
また、本発明にあっては、放電により複数種のイオンを生成し、生成した複数種のイオンからなる第１イオンビームを出力するイオン源と、イオン源から出力された第１イオンビームの中から、特定種類のイオンのみを分離抽出して、第２イオンビームを出力する質量分離機と、質量分離機内にイオンビームの電流密度（電荷密度）に見合った中和用電子を供給して、イオンビームの発散を抑制する中和用フィラメントなどの中和用電子供給手段とを備えたイオンビーム発生装置において、中和用電子供給制御手段によって、中和用フィラメントの電力などの、中和用電子供給手段の電子量管理パラメータを、第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に制御する。
【００５１】
このように、第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に、中和用電子供給手段の電子量管理パラメータが制御されるのみであるため、質量分離機に加わる外乱がほとんど作用しない場合には、イオンビームの高精度な制御を可能としながら、制御系の構成をより簡略化することが可能となる。
【発明の効果】
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、第１イオンビーム観測手段の出力と第２イオンビーム観測手段の出力とが所定の関係となるように、中和用電子供給手段から供給される中和用電子量を調整することによって、質量分離機に加わる外乱の影響を抑え、質量分離機から出力される第２のイオンビームが変動することを抑制して、高精度でイオン注入を行うことができる。
【００５３】
さらに、上記質量分離機に加わる外乱の影響が抑えられた状態において、第２イオンビーム観測手段の出力が所定の値となるように、第１イオンビームの状態量を調整することによって、イオン源および質量分離機に作用する外乱の双方の影響を抑制して、第２イオンビームの電流密度とイオン種を、所定の状態に制御できる。また、第２イオンビームの状態量の目標値が変化する場合においても、その目標値の変化に、第２イオンビームの状態量を確実に追従させることができる。これらの結果、さらに高精度のイオン注入を行うことができる。したがって、相互作用を考慮した複数パラメータの同時調整を行なう必要がなく、自動制御もしくは簡単な調整のみによって、イオンビームの容易かつ高精度な制御が可能となる。
【００５４】
また、本発明によれば、第２イオンビームの状態量の目標値によって決まる所定の値に、中和用電子供給手段の電子量管理パラメータを制御することによって、質量分離機に加わる外乱がほとんど作用しない場合には、制御系をより簡単な構成としても、高精度でイオン注入を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下に、本発明のイオンビーム発生装置およびこれを用いたイオンビーム発生方法の実施形態１〜７について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
まず、本実施形態１のイオンビーム発生装置の全体構成について、図１を用いて説明する。
【００５６】
図１は、本発明の実施形態１におけるイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【００５７】
図１に示すように、本実施形態１のイオンビーム発生装置１０は、放電などにより複数種のイオンを生成し、この複数種のイオンからなる第１イオンビームＩａを出力するイオン源１と、イオン源１から出力される第１イオンビームＩａの中から、特定のイオンを分離抽出して第２イオンビームＩｂを出力する質量分離機２と、質量分離機２内のイオンビームの発散を抑制するために中和用電子を供給する中和用電子供給手段としての中和用フィラメント３と、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａを測定する第１イオンビーム観測手段としての第１イオンビーム観測機４と、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂを測定する第２イオンビーム観測手段としての第２イオンビーム観測機５と、第１イオンビーム観測機４の出力（ＸＩａ）と第２イオンビーム観測機５の出力（ＸＩｂ）とが入力されて両出力の関係が所定の関係となるように中和用フィラメント３から供給される中和用電子の量を調整する第１の制御手段６と、第２イオンビーム観測機５の出力（ＸＩｂ）とその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）とが入力されて両出力値が一致するように第１イオンビームＩａの状態量（ＸＩａ）を調整する第２の制御手段７とを有している。
【００５８】
次に、イオン源１、質量分離機２および中和用フィラメント３からなるイオンビーム発生装置１０の機構部の構成、第１イオンビーム観測機４および第２イオンビーム観測機５からなる観測機の構成、第１の制御手段６および第２の制御手段７からなる制御系の構成とその動作について、順次詳細に説明する。
【００５９】
まず、イオン源１、質量分離機２および中和用フィラメント３からなるイオンビーム発生装置１０の機構部の構成について、図２を用いて詳細に説明する。
【００６０】
図２は、本実施形態１のイオンビーム発生装置１０の機構部の構成例を示す模式図である。
【００６１】
図２に示すように、イオン源１では、放電などにより複数種のイオンが生成され、この複数種のイオンからなる第１イオンビームＩａが出力される。
【００６２】
このイオン源１では、例えば、互いに平行に配置されたアノード１ａとカソード１ｂとの間に原料ガス（例えばＨ２希釈されたＢ２Ｈ６）が供給され、その原料ガスに基づくプラズマが生成される。そして、このプラズマ中のイオン（Ｂ２Ｈｘ＋、Ｂ１Ｈｘ＋、Ｈ＋など）が、イオン源１の出口に設けられた引出電極１ｃによって、第１イオンビームＩａとして引き出される。好ましくは、アノード１ａとカソード１ｂとの間にイオン源用フィラメント１ｄが設けられ、効率的にプラズマを生成するための電子が供給される。
【００６３】
このイオン源１の出口側には、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａを観測するための第１イオンビーム観測機４が配置されている。
【００６４】
質量分離機２では、イオン源１から出力される第１イオンビームＩａの中から、特定のイオンが分離抽出され、第２イオンビームＩｂが出力される。
【００６５】
この質量分離機２には、紙面に対して直角方向に磁場Ｂが作用するように、図示しないコイルが単独で、または、ヨークを含む磁気回路として設けられている。
【００６６】
なお、上記特定のイオンとは、例えば、Ｂ２Ｈｘ＋、Ｂ１Ｈｘ＋等の特定イオンの一種のみ、または、複数種のイオン（例えば、Ｂ２Ｈｘ＋とＢ１Ｈｘ＋）が特定の比率で混合されたイオン群の何れかを指す。
【００６７】
質量分離機２の出口付近には、上記磁場Ｂの作用によって特定の軌道半径（または特定範囲の軌道半径）で曲げられた上記特定のイオンのみが通過できるように、開口部２ａが設けられている。この開口部２ａを通過したイオンビームは、加速電極２ｂによって適宜に加速され、第２イオンビームＩｂとして出力される。この第２イオンビームＩｂによって、半導体（または半導体層）に対するイオン注入が行なわれる。なお、加速電極２ｂは、上記開口部２ａに設けられるものであってもよい。
【００６８】
この質量分離機２の出口側には、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂを観測するための第２イオンビーム観測機５が配置されている。
【００６９】
中和用フィラメント３からは、質量分離機２内のイオンビームの発散を抑制するために、質量分離機２内に中和用電子（熱電子）が供給される。
【００７０】
この中和用フィラメント３は、例えば、質量分離機２のある側面から内部に向かって挿入されている。
【００７１】
なお、質量分離機２は、中和用フィラメント３から放出される中和用電子（熱電子）が均一に行き渡るように、適宜に、その内壁にバイアス電圧が印加されるように構成されていてもよい。
【００７２】
上記構成により、中和用フィラメント３から供給される中和用電子（熱電子）によってイオンビームの発散が抑えられ、この状態において、質量分離機２から特定のイオンが分離抽出されるので、イオン種や電流密度が制御されたイオンビーム（第２イオンビームＩｂ）を、効率的に発生させることができる。
【００７３】
次に、第１イオンビーム観測機４および第２イオンビーム観測機５の観測機構成について詳細に説明する。
【００７４】
第１イオンビーム観測機４では、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａが測定される。
【００７５】
ここで「状態量」とは、イオンビームの電流密度や強度を、直接的に、または、間接的に測定した物理量を表す。
【００７６】
第１イオンビーム観測機４には、この「状態量」に応じた観測機が用いられる。例えば、「第１イオンビームＩａの電流密度」を測定する場合には、ファラデーカップや電流プローブなどのビーム電流密度測定器が用いられる。また、「イオン源１の出口に設けられた引出電極１ｃに流れる電流値」を測定する場合には、引出電流測定器が用いられる。さらに、「イオン源１の放電電力（アノード１ａ／カソード１ｂ間の電力）」を測定する場合には、放電電力測定器が用いられる。
【００７７】
好ましくは、直接的に第１イオンビームＩａの電流密度を測定することができるものとして、ビーム電流密度測定器が用いられるが、これを配置することが困難であるような場合には、上述した他の測定器が用いられる。
【００７８】
第２イオンビーム観測機５も、第１イオンビーム観測機４の場合と同様であり、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂを測定する。
【００７９】
この「状態量」は、例えば、「第２イオンビームＩｂの電流密度」、「質量分離機２の出口に設けられた加速電極２ｂに流れる電流値」などである。好ましくは、第２イオンビーム観測機５として、直接的に第２イオンビームＩｂの電流密度を測定するものとして、ビーム電流密度測定器が用いられる。
【００８０】
次に、第１の制御手段６および第２の制御手段７からなるイオンビーム発生装置１０の制御系全体の構成とその動作の概要について詳細に説明する。
【００８１】
第１の制御手段６では、第１イオンビーム観測機４の出力（第１イオンビームＩａの状態量）ＸＩａと、第２イオンビーム観測機５の出力（第２イオンビームＩｂの状態量）ＸＩｂとが入力されて、これらが所定の関係となるように、中和用フィラメント３から供給される中和用電子の量が調整される。
【００８２】
また、第２の制御手段７では、第１の制御手段６によって第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂとが所定の関係に制御された状態において、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂがその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）と一致するように、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａが調整される。
【００８３】
言い換えると、第２の制御手段７は、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂがその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）と一致するように構成された、メインのフィードバックループを構成している。また、第１の制御手段６は、上記メインループ内にあって、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂとを所定の関係に制御するマイナーループを構成している。
【００８４】
即ち、第１の制御手段６は、質量分離機２（入力：第１イオンビームＩａ、出力：第２イオンビームＩｂ）に作用する外乱Ｔ２を抑制するループとして機能する。
【００８５】
また、第２の制御手段７は、上記第１の制御手段６によって質量分離機２に作用する外乱Ｔ２が抑制された状態において、イオン源１に作用する外乱Ｔ１を抑制するループ、または、第２イオンビームＩｂの目標値（ＸＩｂｒｅｆ）の変化に追従するループとして機能する。
【００８６】
上記第１の制御手段６および第２の制御手段７の各々の機能をイメージ的に表現すると、下記式（１）のように表される。
【００８７】
ＸＩｂ＝（ＸＩｂ／ＸＩａ）×ＸＩａ                                          （１）
即ち、第１の制御手段６は、質量分離機２に加わる外乱Ｔ２の影響を抑えて、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂとが所定の関係になるように（（１）式の右辺第１項が所定の値となるように）制御するものである。
また、第２の制御手段７は、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂ（（１）式の左辺）がその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）と一致するように、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａ（（１）式の右辺第２項）を調整するものである。
上記の第１の制御手段６と第２の制御手段７とによって、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａおよび第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂの双方を、ともに、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じた所定の値とすることができる。このため、第２イオンビームＩｂの状態量（電流密度など）のみならず、イオン種も高精度に制御することが可能となる。
【００８８】
次に、第１の制御手段６の具体的な構成例について詳細に説明する。
【００８９】
図１に示すように、第１の制御手段６は、第１イオンビーム観測機４の出力ＸＩａと第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂとが入力されて、中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆ（電子量管理パラメータの目標値）を出力する第１演算手段としての演算器６ａと、中和用フィラメント３の電力ＷＮ（電子量管理パラメータの測定値）とその目標値ＷＮｒｅｆとを比較する第１比較手段としての比較器６ｂと、中和用フィラメント３の電力ＷＮがその目標値ＷＮｒｅｆと一致するように中和用フィラメント３に供給される電圧（電子量操作パラメータ）を調整する、第１の電子量操作パラメータ調整手段としての電圧調整回路６ｃと、演算器６ａから出力される電力目標値ＷＮｒｅｆを比較器６ｂに伝えるか否かを切替える第１スイッチ手段としてのスイッチ６ｄとを有している。
【００９０】
図３は、本発明の実施形態１におけるイオンビーム発生装置１０において、第１の制御手段６の動作に関わる部分のみを抜き出し、併せて、演算器６ａの内部詳細構造を示すブロック図である。
【００９１】
図３に示すように、演算器６ａは、第１イオンビーム観測機４からの出力ＸＩａが入力されて第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂの推定値ＳＸＩｂを出力するモデル部６ａ１と、この推定値ＳＸＩｂと第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂとを比較する比較部としての比較器６ａ２と、比較器６ａ２からの比較出力に基づいて、質量分離機２に作用する外乱Ｔ２を打消すために必要な電子量に相当する中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆを出力するゲイン部６ａ３とを有している。
【００９２】
ここで、モデル部６ａ１の伝達関数（「第１イオンビーム観測手段の出力と第２イオンビーム観測手段の出力との所定の関係」に相当する）としては、例えば、装置の理想状態（例えば、メンテナンス直後の標準的な状態）において予め測定されている、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂとの関係を用いることができる。
【００９３】
この「第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂの関係」（「所定の関係」）は、模式的に、図４中の実線のように表される。
【００９４】
図４は、本実施形態１のイオンビーム発生装置１０において、第１の制御手段６の動作と第２の制御手段７の動作とを説明するためのグラフである。なお、ここで、横軸は第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａを示し、縦軸は第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂを示している。
【００９５】
図３と図４とを参照して第１の制御手段６の動作について説明する。ここでは、スイッチ６ｄはオン（ＯＮ）状態とする。
【００９６】
図４中に白い丸印で示すように、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）がＸＩａ＝ＸＩａ１、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）がＸＩｂ＝ＸＩｂ１とすると、モデル部６ａ１からは、図４中に黒い丸印で示すように、第１イオンビーム観測機４の出力（ＸＩａ＝ＸＩａ１）に対応する第２イオンビームＩｂの状態量の推定値ＳＸＩｂ＝ＳＸＩｂ１が出力される。
【００９７】
比較器６ａ２からは、この推定値ＳＸＩｂ１と第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂ１との差（ＳＸＩｂ１−ＸＩｂ１）が出力される。
【００９８】
ゲイン部６ａ３からは、この差が０となるように（ＸＩｂ１がＳＸＩｂ１と一致するように）、即ち、質量分離機２に作用する外乱Ｔ２を打消すような量の中和用電子を供給するように、中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆが出力される。
【００９９】
さらに、比較器６ｂ、電圧調整回路６ｃおよび中和用フィラメント３からなるフィードバックループによって、中和用フィラメント３の電力ＷＮがその目標値ＷＮｒｅｆと一致するように制御され、この結果、質量分離機２に作用する外乱Ｔ２を打消すだけの中和用電子（熱電子）が、中和用フィラメント３から質量分離機２内に供給される。
【０１００】
このようにして、第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂが、第１イオンビーム観測機４の出力（ＸＩａ＝ＸＩａ１）に対応する推定値ＳＸＩｂ１と一致するように制御される。即ち、第１イオンビーム観測機４の出力ＸＩａと、第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂとが、所定の関係に制御される。
【０１０１】
なお、上述したように、中和用フィラメント３から供給される中和用電子（熱電子）を調整することによって、質量分離機２に作用する外乱Ｔ２を補償できる理由は、以下の通りである。
【０１０２】
即ち、質量分離機２に作用する外乱Ｔ２が、主として、イオンビームが質量分離機２の内壁や残留ガスに衝突することによって発生される２次電子量の時間的な変化や、被膜に起因して中和用フィラメント３から放出される熱電子量が時間的に変化するなど、質量分離機２内の電子密度の変化によるところが大きいためである。
【０１０３】
ここで、中和用フィラメント３自体の経時的な抵抗変化も外乱因子であるが、この影響は、中和用フィラメント３の電力制御（比較器６ｂ、電圧調整回路６ｃおよび中和用フィラメント３からなるフィードバックループ）によって除去されている。
【０１０４】
また、中和用フィラメント３から放出される中和用電子の量を、中和用フィラメント３の電力によって調整している理由は、中和用フィラメント３から放出される熱電子の量が、中和用フィラメント３の温度、即ち電力によって決まるからである。
【０１０５】
次に、第２の制御手段７の具体的な構成例について、図１を用いて詳細に説明する。
【０１０６】
第２の制御手段７は、第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂとその目標値ＸＩｂｒｅｆとの比較結果を出力する第３比較手段としての比較器７ａと、この比較器７ａの出力に基づいて第１イオンビームＩａの状態量の目標値ＸＩａｒｅｆを出力する、第１イオンビーム目標値出力手段としての目標値出力回路７ｂと、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａをその目標値ＸＩａｒｅｆと比較する、第４比較手段としての比較器７ｃと、第１イオンビーム観測機４の出力ＸＩａがその目標値ＸＩａｒｅｆと一致するように、イオン源１の放電空間に供給する放電電力（第１イオンビーム操作パラメータ）を調整する第１イオンビーム操作パラメータ調整手段としての電力調整回路７ｄと、目標値出力回路７ｂから出力される第１イオンビームＩａの状態量の目標値ＸＩａｒｅｆを比較器７ｃに伝えるか否かを切替える第２スイッチ手段としてのスイッチ７ｅとを有している。
【０１０７】
次に、図１と図４とを用いて、第２の制御手段７の動作について詳細に説明する。ここで、スイッチ７ｅはオン（ＯＮ）状態とする。
【０１０８】
第２の制御手段７では、第１の制御手段６によって、図４中に黒い丸印で示すように、質量分離機２に加わる外乱Ｔ２が抑えられた状態、即ち、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂとが所定の関係に制御された状態において、図４中に黒い四角印で示すように、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂがその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）と一致するように、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａが調整される。
【０１０９】
ここで、目標値出力回路７ｂからは、このような第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａの目標値ＸＩａｒｅｆが出力される。
【０１１０】
また、比較器７ｃ、電力調整回路７ｄ、イオン源１および第１イオンビーム観測機４からなるフィードバックループでは、第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａが、その目標値ＸＩａｒｅｆと一致するように制御される。このうち、電力調整回路７ｄでは、上記フィードバックループにおいて、イオン源１の放電空間に供給される放電電力が調整される。
【０１１１】
以上のようにして、第２の制御手段７によって、イオン源１に作用する外乱Ｔ１を打消すような、または、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値（ＸＩｂｒｅｆ）の変化に追従するような制御が行われ、この結果、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂがその目標値ＸＩｂｒｅｆと一致するように制御される。
【０１１２】
次に、第１イオンビーム観測機４および第２イオンビーム観測機５が共にイオンビームの電流密度を直接的に測定するビーム電流密度測定器であり、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅが図５（ａ）に示すように共にオン（ＯＮ）状態にあるものとして、イオンビーム発生装置１０によるイオンビーム発生方法とその作用について説明する。なお、質量分離機２に与えられる磁場Ｂの強度は、第２イオンビームＩｂに要求されるイオン種（質量）によって決まる特定のものである。
【０１１３】
図５は、本実施形態１におけるイオンビーム発生装置１０を用いたイオンビーム発生方法を説明するための図であり、（ａ）はスイッチ６ｄとスイッチ７ｅの状態、（ｂ）は第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆ、（ｃ）はイオン源１に作用する外乱Ｔ１、（ｄ）は質量分離機２に作用する外乱Ｔ２、（ｅ）は本実施形態１によって制御された第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの各々の時間変化を示す模式図である。
【０１１４】
ここで、図５（ｃ）に示すイオン源１に作用する外乱Ｔ１は、放電電力が一定の条件下でも第１イオンビームＩａの状態量（第１イオンビーム観測機４の出力）ＸＩａを変化させてしまうような因子である。
【０１１５】
このような外乱Ｔ１としては、例えば、圧力変化、プラズマ中の２次反応、イオンビームのイオン源１の内壁への衝突などに起因する、イオン電流と電子電流とのバランス変化などが挙げられる。
【０１１６】
また、図５（ｄ）に示す質量分離機２に作用する外乱Ｔ２は、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａおよび中和用フィラメント３の電力が一定であったとしても、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂを変化させてしまうような因子である。
【０１１７】
このような外乱Ｔ２としては、例えば、イオンビームが質量分離機２の内壁や残留ガスに衝突することで発生する２次電子量の変化や、被膜に起因して中和用フィラメント３から放出される熱電子量（中和用電子量）が変化するなど、質量分離機２内の電子密度の変化が挙げられる。
【０１１８】
本実施形態１では、図５（ａ）に示すように、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅが共にオン（ＯＮ）状態となっているので、第１の制御手段６と第２の制御手段７とが協動的に連続動作する。
【０１１９】
したがって、第１の制御手段６によって質量分離機２に加わる外乱Ｔ２が抑えられ、この状態において、第２の制御手段７によってイオン源１に作用する外乱Ｔ１を打消すような、または、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂをその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）の変化に追従させるような制御が行われる。
【０１２０】
この結果、図５（ｃ）に示す外乱Ｔ１および図５（ｄ）に示す外乱Ｔ２の影響を受けることなく、図５（ｅ）に示す第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂを、図５（ｂ）に示すその目標値ＸＩｂｒｅｆに確実に追従させることができる。
【０１２１】
この際に、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａと、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂとは、所定の関係に保たれている。即ち、上記（１）式中の右辺第１項（ＸＩｂ／ＸＩａ）と第２項（ＸＩａ）が、共に所定の状態となって、ＸＩｂが目標値ＸＩｂｒｅｆに追従している。
【０１２２】
これは、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂが同じ値である場合に、イオン源１（出力：ＸＩａ）および質量分離機２（伝達関数：ＸＩｂ／ＸＩａ）において、双方の状態のバランスが崩れることなく、共に同じ状態が再現されていることを意味している。
したがって、本実施形態１によれば、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａおよび第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂの双方を、ともに、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じた所定の値とすることができるため、第２イオンビームＩｂの状態量（電流密度）のみならず、イオン種も高精度に制御することが可能である。
【０１２３】
さらに、上記動作は自動制御によって行なうことができるため、図１３に示す従来のイオンビーム発生装置１００のように、相互作用を考慮した複数パラメータの同時調整を行なう必要がない。
【０１２４】
以上説明したように、本実施形態１によれば、上記自動制御によってイオンビームを容易かつ高精度に制御できるイオンビーム発生装置１０を実現することができる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅが、図５（ａ）に示すように共にオン（ＯＮ）状態にある場合について、イオンビーム発生方法とその作用を説明した。本実施形態２では、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅのＯＮ／ＯＦＦ状態が、図６（ａ）に示すように共にパルス状態にある場合のイオンビーム発生方法とその作用について説明する。
【０１２５】
図６は、イオンビーム発生装置１０Ａを用いた本発明の実施形態２によるイオンビーム発生方法を説明するための図であり、（ａ）はスイッチ６ｄとスイッチ７ｅの状態、（ｂ）は第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆ、（ｃ）はイオン源１に作用する外乱Ｔ１、（ｄ）は質量分離機２に作用する外乱Ｔ２、（ｅ）は本実施形態２によって制御された第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの各々の時間変化を示す模式図である。
【０１２６】
本実施形態２では、図１に示すイオンビーム発生装置１０Ａにおいて、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅが、図６（ａ）に示すように所定期間Ａ（第１期間）においてのみオン（ＯＮ）状態となり、それ以外の期間Ｂ（第２期間）ではオフ（ＯＦＦ）状態となるパルス状態の場合のイオンビーム発生方法について説明する。
【０１２７】
例えば、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅがＯＮ状態の期間Ａは、イオン注入処理前のイオンビームの調整ステップに対応し、ＯＦＦ状態の期間Ｂは基板へのイオン注入（イオンドーピング）ステップに対応する。
【０１２８】
第１イオンビーム観測機４および第２イオンビーム観測機５はそれぞれ、上記実施形態１の場合と同様に、イオンビームの電流密度を直接的に測定するビーム電流密度測定器である。
【０１２９】
但し、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅがＯＦＦ状態の期間Ｂにおいては、第２イオンビーム観測機５は必ずしも動作している必要がなく、この第２イオンビーム観測機５は、ＯＮ状態の期間Ａにおいてのみイオンビーム（第２イオンビームＩｂ）の電流密度が測定できるような所定位置に配置され、ＯＦＦ状態では退避するような構成とされていてもよい。また、ＯＮ状態の期間Ａにはイオンビームと対向され、ＯＦＦ状態の期間Ｂではイオン注入される基板の下方に隠れるように配置されていてもよい。
【０１３０】
上記イオン源１に作用する外乱Ｔ１（図６（ｃ））および質量分離機２に作用する外乱Ｔ２（図６（ｄ））は、上記実施形態１の場合と同様である。
【０１３１】
本実施形態２では、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅがＯＮ状態である期間Ａ（例えばイオンビームの調整ステップ）において、イオンビーム発生装置１０Ａが上記実施形態１の場合と同様の動作を行い、図６（ｃ）に示す外乱Ｔ１および図６（ｄ）に示す外乱Ｔ２の影響を受けることなく、図６（ｅ）に示す第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂを、図６（ｂ）に示すその目標値ＸＩｂｒｅｆに確実に追従させることができる。また、第２イオンビームＩｂの状態量（電流密度）のみならず、イオン種も高精度に制御することが可能である。
【０１３２】
また、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅがＯＦＦ状態である期間Ｂ（例えばイオン注入ステップ）においては、直前のＯＮ状態の期間Ａで演算器６ａから出力された電力目標値ＷＮｒｅｆに基づく中和用フィラメント３の電力制御、および目標値出力回路７ｂから出力された目標値ＸＩａｒｅｆに基づく第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａの制御が行なわれる。
なお、上記のような、中和用フィラメント３の電力制御（比較器６ｂ、電圧調整回路６ｃおよび中和用フィラメント３からなるフィードバックループ）によって、この期間Ｂにおいても、中和用フィラメント３の経時的な抵抗変化の影響を受けることなく、期間Ａで中和用フィラメント３が供給したのと同量の中和用電子を質量分離機２に供給することができる。
よって、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅがＯＦＦ状態である期間Ｂにおいても、図６（ｅ）に示す第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂを、図６（ｂ）に示すその目標値ＸＩｂｒｅｆに、ほぼ追従させることができる。
但し、スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅがＯＦＦ状態である期間Ｂには、質量分離機２に作用した外乱Ｔ２の影響が現れる分だけ、上記実施形態１の場合に比べて制御性が劣ることになる。
【０１３３】
以上説明したように、本実施形態２によれば、第２イオンビーム観測機５に非動作期間（スイッチ６ｄおよびスイッチ７ｅのＯＦＦ期間）を設けても、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂをその目標値ＸＩｂｒｅｆにほぼ追従させることができる。したがって、上記実施形態１の効果に加えて、第２イオンビーム観測機５の配置により自由度を持たせることができる。
（実施形態３）
上記実施形態２では、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅのＯＮ／ＯＦＦ状態が、図６（ａ）に示すように共に、オン期間（期間Ａ）とオフ期間（期間Ｂ）とを有するパルス状態の場合のイオンビーム発生方法とその作用について説明した。本実施形態３では、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅのＯＮ／ＯＦＦ状態が、図７（ａ）に示すように、共にそのオン期間（期間Ａ）において、更に断続的なパルス状態にある場合のイオンビーム発生方法とその作用について説明する。さらに、上記実施形態２では、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅとが同時にＯＮ／ＯＦＦされる場合について説明したが、本実施形態３では、これらのスイッチ６ｄとスイッチ７ｅのＯＮ／ＯＦＦタイミングが互いに異なる場合である。
【０１３４】
図７は、イオンビーム発生装置１０Ｂを用いた本発明の実施形態３によるイオンビーム発生方法を説明するための図であり、（ａ）はスイッチ６ｄとスイッチ７ｅの状態、（ｂ）は第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆ、（ｃ）はイオン源１に作用する外乱Ｔ１、（ｄ）は質量分離機２に作用する外乱Ｔ２、（ｅ）は本実施形態３によって制御された第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの各々の時間変化を示す模式図である。
【０１３５】
本実施形態３では、図７に示すように、所定期間Ａ（第１期間）の間、スイッチ６ｄのＯＮ状態と、スイッチ７ｅのＯＮ状態とが交互に繰り返され、その後の期間Ｂ（第２期間）において、双方のスイッチ６ｄおよび７ｅのＯＦＦ状態が続き、これらが繰り返される。例えば、上記期間Ａは、イオン注入処理前のイオンビームの調整ステップに対応し、期間Ｂは基板へのイオン注入（イオンドーピング）ステップに対応する。
【０１３６】
この場合には、期間Ａにおけるスイッチ６ｄのＯＮ状態において、第１の制御手段６によって、第１イオンビーム観測機４の出力ＸＩａと第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂとが所定の関係となるように、中和用フィラメント３から供給される中和用電子の量が調整される。
【０１３７】
続いて、スイッチ７ｅのＯＮ状態においては、第２の制御手段７によって、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂがその目標値ＸＩｂｒｅｆと一致するように、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａが調整される。
【０１３８】
上記第１の制御手段６の動作と、第２の制御手段７の動作とが交互に繰り返される。
【０１３９】
これにより、本実施形態３における期間Ａの最終段では、上記実施形態２の期間Ａの最終段と同様に、外乱Ｔ１およびＴ２の影響を受けることなく、図７（ｅ）に示す第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂを、図７（ｂ）に示すその目標値ＸＩｂｒｅｆに確実に追従させることができる。また、第２イオンビームＩｂの状態量（電流密度）のみならず、イオン種も高精度に制御することが可能である。
【０１４０】
この期間Ａに続く期間Ｂの動作については、上記実施形態２の場合と同様である。
【０１４１】
以上説明したように、本実施形態３によれば、上記実施形態２の効果に加えて、第１の制御手段６および第２の制御手段７の各々の動作を順次確認しながら、イオンビームの制御を行なうことができる。
なお、上記期間Ａにおけるスイッチ６ｄのＯＮとスイッチ７ｅのＯＮとの繰り返しについて、その終了条件は、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの、目標値ＸＩｂｒｅｆに対する偏差が所定値以下となるまで、などとすればよい。
（実施形態４）
上記実施形態３では、期間Ａにおいて、スイッチ６ｄとスイッチ７ｅとを交互にオン（ＯＮ）状態にしてイオンビームの調整を行なう場合について説明した。本実施形態４では、図１のイオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）の構成を簡略化して、ユーザの手動操作を交えて、上記実施形態３と同様のイオンビームの調整を行なう場合について説明する。
【０１４２】
図８は、本実施形態４のイオンビーム発生装置２０の全体構成例を示すブロック図である。なお、図１の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１４３】
図８に示すように、本実施形態４のイオンビーム発生装置２０は、図１のイオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）における第１の制御手段６の演算器６ａとスイッチ６ｄとを省略しており、ユーザによって中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆが入力手段６ｅから入力設定されるように構成されている。この点が上記実施形態１〜３の場合とは異なる点である。即ち、イオンビーム発生装置２０には、第１の制御手段６の代わりに、入力手段６ｅ、比較器６ｂおよび電圧調整回路６ｃを有する第１の制御手段２６が設けられている。
【０１４４】
このイオンビーム発生装置２０を用いたイオンビーム発生方法では、例えば、図７（ａ）におけるスイッチ６ｄのＯＮ期間において、図１に示すイオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）のスイッチ６ｄのＯＮ期間における演算器６ａの動作と同様の動作を、ユーザが行なうようにすればよい。即ち、ユーザが、第１イオンビーム観測機４の出力ＸＩａと、第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂとを確認しながら、これらが所定の関係になるように、中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆを適宜に調整して入力手段６ｅから入力すればよい。なお、図７（ａ）におけるスイッチ７ｅのＯＮ／ＯＦＦに相当する動作は、ユーザが手動で行えばよい。
上記したイオンビーム発生装置２０を用いたイオンビーム発生方法では、ユーザによる、入力手段６ｅからの中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆの入力操作と、スイッチ７ｅのＯＮ／ＯＦＦ操作とによって、上記実施形態３の期間Ａと同様のイオンビームの調整を行なうことができる。
【０１４５】
次に、本実施形態４のイオンビーム発生装置２０の構成例とは別の構成例について説明する。
【０１４６】
図９は、本実施形態４の他のイオンビーム発生装置２０Ａの全体構成例を示すブロック図である。
【０１４７】
図９に示すように、イオンビーム発生装置２０Ａでは、さらに制御系が簡略化されて、図８のイオンビーム発生装置２０における第２の制御手段７の比較器７ａ，目標値出力回路７ｂおよびスイッチ７ｅが省略されており、ユーザによって第１イオンビームＩａの状態量の目標値ＸＩａｒｅｆが入力手段７ｆから入力設定されるように構成されている。
【０１４８】
このイオンビーム発生装置２０Ａを用いたイオンビーム発生方法では、例えば、図７（ａ）におけるスイッチ７ｅのＯＮ期間において、図８に示すイオンビーム発生装置２０のスイッチ７ｅのＯＮ期間における目標値出力回路７ｂの動作と同様の動作を、ユーザが行なうようにすればよい。すなわち、ユーザが、第２イオンビーム観測機５の出力ＸＩｂを確認しながら、この値が目標値ＸＩｂｒｅｆと一致するように、第１イオンビームＩａの状態量の目標値ＸＩａｒｅｆを適宜に調整して入力手段７ｆから入力すればよい。
【０１４９】
上記したイオンビーム発生装置２０Ａを用いたイオンビーム発生方法では、ユーザによる、入力手段６ｅからの中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆの入力操作と、入力手段７ｆからの第１イオンビームＩａの状態量の目標値ＸＩａｒｅｆの入力操作とを、交互に繰り返すことにより、上記実施形態３の期間Ａと同様のイオンビームの調整を行なうことができる。
（実施形態５）
上記実施形態１〜３によるイオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）では、質量分離機２に作用する外乱Ｔ２を抑制するために、第１の制御手段６が設けられていた。しかし、外乱Ｔ２が全く作用しないものと仮定すると、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じた所定量の中和用電子（熱電子）が質量分離機２に供給されてさえいれば、第１の制御手段６を省略しても、イオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）と同等の機能を果たすことができる。
本実施形態５では、この外乱Ｔ２がほとんど作用しない場合に、制御系の構成を簡略化する例について説明する。
【０１５０】
図１０は、本実施形態５のイオンビーム発生装置３０の全体構成例を示すブロック図である。
【０１５１】
図１０に示すように、本実施形態５のイオンビーム発生装置３０では、上記技術思想に基づいて、図１のイオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）における第１の制御手段６に代えて、中和用電子供給制御手段３６が設けられている。
【０１５２】
中和用電子供給制御手段３６は、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆが入力されて中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆ（電子量管理パラメータの目標値）を出力する、第２演算手段としての演算器３６ａと、中和用フィラメント３の電力ＷＮ（電子量管理パラメータの測定値）とその目標値ＷＮｒｅｆとを比較する第２比較手段としての比較器３６ｂと、中和用フィラメント３の電力ＷＮがその目標値ＷＮｒｅｆと一致するように、中和用フィラメント３に供給する電圧（電子量操作パラメータ）を調整する第２の電子量操作パラメータ調整手段としての電圧調整回路３６ｃとを有している。
【０１５３】
演算器３６ａには、最適化実験によって予め求められている、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに対応する中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆが設定されており、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆが入力されて、中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆが出力される。
比較器３６ｂ、電圧調整回路３６ｃおよび中和用フィラメント３からなるフィードバックループによって、中和用フィラメント３の電力ＷＮがその目標値ＷＮｒｅｆと一致するように制御される。
上記のような、中和用フィラメント３の電力制御（比較器３６ｂ、電圧調整回路３６ｃおよび中和用フィラメント３からなるフィードバックループ）によって、中和用フィラメント３の経時的な抵抗変化の影響を受けることなく、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じた所定量の中和用電子（熱電子）が、中和用フィラメント３から質量分離機２内に供給される。
すなわち、質量分離機２に外乱Ｔ２がほとんど作用しない場合において、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂとを、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じた所定の関係に保つことができる。
【０１５４】
この状態において、第２の制御手段７によって、第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂがその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）と一致するように、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａが調整される。すなわち、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａと第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂとが、上記所定の関係に保たれた状態において、第２の制御手段７によって、イオン源１に作用する外乱Ｔ１を打消すような、または、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂをその目標値（ＸＩｂｒｅｆ）の変化に追従させるような制御が行われる。
以上説明したように、本実施形態５のイオンビーム発生装置３０によれば、質量分離機２に外乱Ｔ２がほとんど作用しない場合において、上記実施形態１〜３のイオンビーム発生装置１０（または１０Ａまたは１０Ｂ）の場合と同様に、第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂを、その目標値ＸＩｂｒｅｆに追従させることができる。
また、このとき、第１イオンビームＩａの状態量ＸＩａおよび第２イオンビームＩｂの状態量ＸＩｂの双方を、ともに、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じた所定の値とすることができるため、第２イオンビームＩｂの状態量（電流密度）のみならず、イオン種も高精度に制御することが可能である。
【０１５５】
さらに、本実施形態５のイオンビーム発生装置３０においては、その制御系を非常に簡単な構成とすることができる。
【０１５６】
なお、本実施形態５のイオンビーム発生装置３０においても、上記実施形態２の場合と同様に、スイッチ７ｅが所定期間のみＯＮ状態となり、それ以外の期間はＯＦＦ状態となるようにして、イオンビームを発生させてもよい。例えば、上記ＯＮ状態の期間はイオンビームの調整ステップに対応し、ＯＦＦ状態の期間は基板へのイオン注入（イオンドーピング）ステップに対応する。
（実施形態６）
上記実施形態５では、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆが入力されて中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆを出力する演算器３６ａが設けられていたるが、 本実施形態６では、演算器３６ａの代わりに、ユーザによって、適宜に、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じて、中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆを入力設定する場合について説明する。本実施形態６では、上記実施形態５の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１５７】
図１１は、本実施形態６のイオンビーム発生装置３０Ａの全体構成例を示すブロック図である。
【０１５８】
図１１に示すように、本実施形態６のイオンビーム発生装置３０Ａでは、図１０に示すイオンビーム発生装置３０における中和用電子供給制御手段３６の演算器３６ａが省略されており、ユーザによって中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆが入力手段３６ｅから入力設定されるように構成されている。
【０１５９】
このイオンビーム発生装置３０Ａを用いたイオンビーム発生方法では、図１０に示すイオンビーム発生装置３０における演算器３６ａの動作と同様の動作を、ユーザが行なうようにすればよい。
【０１６０】
即ち、最適化実験によって予め求められている、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに対応する中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆに基づいて、ユーザが、第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆに応じて、中和用フィラメント３の電力目標値ＷＮｒｅｆを入力手段３６ｅから入力すればよい。
【０１６１】
なお、本実施形態６のイオンビーム発生装置３０Ａにおいても、上記実施形態５の場合と同様に、スイッチ７ｅが所定期間のみＯＮ状態となり、それ以外の期間はＯＦＦ状態となるようにして、イオンビームを発生させてもよい。例えば、上記ＯＮ状態の期間はイオンビームの調整ステップに対応し、ＯＦＦ状態の期間は基板へのイオン注入（イオンドーピング）ステップに対応する。
【０１６２】
また、本実施形態６の他のイオンビーム発生装置の全体構成例として、図１１の代わりに、図１１の第２の制御手段７の比較器７ａ，目標値出力回路７ｂおよびスイッチ７ｅを省略して、最前段に、ユーザによって第１イオンビームＩａの状態量の目標値ＸＩａｒｅｆが入力設定可能とされる入力手段７ｆを設けることができる。
（実施形態７）
上記実施形態１〜６では、第１イオンビーム観測機４として、イオンビームの電流密度を直接的に測定するビーム電流密度測定器を用いていた。本実施形態７では、イオン源１に外乱Ｔ１がほとんど作用せず、放電電力が第１イオンビームＩａの電流密度と等価であると見なせる場合について説明する。
【０１６３】
図１２は、本実施形態７のイオンビーム発生装置４０の全体構成例を示すブロック図である。
【０１６４】
図１２に示すように、本実施形態７のイオンビーム発生装置４０では、イオン源１に外乱Ｔ１がほとんど作用せず、放電電力が第１イオンビームＩａの電流密度と等価であると見なせる場合であるから、イオンビームの状態を間接的に観測する第１イオンビーム観測機４ａとして、イオン源１の放電電力を観測する放電電力測定器を用いる。
【０１６５】
この場合には、第１イオンビームＩａを調整するための放電電力自体が、第１イオンビーム観測機４の出力となる。
【０１６６】
本実施形態７によれば、イオン源の放電電力自体を、第１イオンビーム観測機４の出力とできるため、ビーム電流密度測定器のような新たな観測機を設ける必要がなくなり、イオンビーム発生装置の構造を簡略化することが可能である。なお、このような、放電電力自体を、第１イオンビーム観測機４の出力することについては、上記イオンビーム発生装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ，３０，３０Ａおよび４０の何れに対しても適用可能である。
【０１６７】
以上により、上記実施形態１〜７で説明したように、本発明のイオンビーム発生装置およびイオンビーム発生方法によれば、図１３に示す従来のイオンビーム発生装置のように、相互作用を考慮した複数パラメータの同時調整を行なう必要がなく、自動制御または簡単な調整のみによって、イオンビームの高精度な制御が可能となる。
【０１６８】
このような本発明のイオンビーム発生装置およびイオンビーム発生方法を用いることにより、半導体または半導体層に対するイオン注入（イオンドーピング）を高精度で行なうことができる。したがって、高精度のイオン注入（イオンドーピング）が要求される、ＬＤＤ構造トランジスタにおける低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンが注入されるチャネル部などを、容易に形成することができる。
【０１６９】
このようにして作製されたトランジスタなどの機能素子は、高スイッチング特性、低消費電力および高信頼性のデバイスとして、非常に有用である。
【０１７０】
なお、上記実施形態１〜７では、中和用電子供給手段として中和用フィラメント３を用いた例について説明したが、中和用電子を供給することが可能なものであれば、これに限られず、電子サイクロトロン共鳴プラズマ生成手段など、他の手段を用いることも可能である。
【０１７１】
但し、電力（温度）によって簡単に中和用電子量を調整できることから、中和用フィラメント３が好適である。
【０１７２】
また、上記説明では、中和用電子供給手段の電子量管理パラメータを、中和用フィラメント３の電力としていたが、電子量に対応するものであればよく、例えば、フィラメントの温度としてもよい。
【０１７３】
また、上記説明では、中和用電子供給手段の電子量操作パラメータを、中和用フィラメント３に供給される電圧としていたが、電流としてもよい。
また、上記説明では、イオン源１の第１イオンビーム操作パラメータを、放電電力としていたが、第１イオンビームＩａを調整できるものであればよく、例えば、イオン源用フィラメントに供給する電力としてもよい。
【０１７４】
また、質量分離機２に与えられる磁場Ｂの強度は、第２イオンビームＩｂに要求されるイオン種（質量）によって決まる特定のものとすればよい。
【０１７５】
さらに、上記実施形態１〜７では、第１の制御手段６、第１の制御手段２６または中和用電子供給制御手段３６と、第２の制御手段７または第２の制御手段２７とを共に用いて構成したが、これに限らず、第１の制御手段６、第１の制御手段２６または中和用電子供給制御手段３６だけであってもよく、これによっても、本発明の効果を奏する。
【０１７６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜７を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜７に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜７の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明は、例えば半導体集積回路（ＩＣ）やＴＦＴ液晶表示装置などの半導体デバイスの製造工程に使用され、所定の導電型の半導体または半導体層を形成するために、半導体または半導体層にイオン注入処理（イオンドーピング）を行うためのイオンビーム発生装置、これを用いたイオンビーム発生方法、およびこのイオンビーム発生装置を用いて作製される機能素子の製造方法の分野において、このイオン注入処理（イオンドーピング）を行う際に、質量分離機やイオン源に加わる外乱によって、質量分離機から出力される第２イオンビームの電流密度やイオン種が変動することを抑制して、高精度にイオン注入を行うことができる。また、第２イオンビームの目標値が変化する場合においても、質量分離機に加わる外乱の影響が抑制された状態で、イオン源に加わる外乱の影響を抑えて、第２イオンビームがその目標値に追従するように調整を行うことができる。
【０１７８】
よって、従来のイオンビーム発生装置のように相互作用を考慮して複数パラメータの同時調整を行う必要がなく、また、質量分離機やイオン源に外乱が加わっても、自動制御または簡単な調整のみによって、イオンビームを高精度に制御して、高精度でかつ安定してイオン注入を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】本発明の実施形態１〜３に係るイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のイオンビーム発生装置の機構部の構成例を示す模式図である。
【図３】図１のイオンビーム発生装置における第１の制御手段の動作に関する構成部分のブロック図である。
【図４】図１のイオンビーム発生装置における第１の制御手段と第２の制御手段との各動作とを説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態１のイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法を説明するための図であって、（ａ）は各スイッチの状態、（ｂ）は第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆ、（ｃ）はイオン源に作用する外乱Ｔ１、（ｄ）は質量分離機に作用する外乱Ｔ２、（ｅ）は本実施形態１によって制御された第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの各々の時間変化を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２のイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法を説明するための図であって、（ａ）は各スイッチの状態、（ｂ）は第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆ、（ｃ）はイオン源に作用する外乱Ｔ１、（ｄ）は質量分離機に作用する外乱Ｔ２、（ｅ）は本実施形態２によって制御された第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの各々の時間変化を示す図である。
【図７】本発明の実施形態３のイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法を説明するための図であって、（ａ）は各スイッチの状態、（ｂ）は第２イオンビームＩｂの状態量の目標値ＸＩｂｒｅｆ、（ｃ）はイオン源に作用する外乱Ｔ１、（ｄ）は質量分離機に作用する外乱Ｔ２、（ｅ）は本実施形態３によって制御された第２イオンビームＩｂの状態量（第２イオンビーム観測機５の出力）ＸＩｂの各々の時間変化を示す図である。
【図８】本発明の実施形態４に係るイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る他のイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係るイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態６に係るイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態７に係るイオンビーム発生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図１３】従来のイオンビーム発生装置における機構部の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１８０】
１  イオン源
１ｃ  引出電極
２  質量分離機
２ｂ  加速電極
３  中和用フィラメント（中和用電子供給手段）
４，４ａ 第１イオンビーム観測機（第１イオンビーム観測手段）
５  第２イオンビーム観測機（第２イオンビーム観測手段）
６，２６ 第１の制御手段
６ａ 演算器
６ａ１ モデル部
６ａ２ 比較器
６ａ３ ゲイン部
６ｂ  比較器
６ｃ 電圧調整回路
６ｄ スイッチ
７，２７ 第２の制御手段
７ａ 比較器
７ｂ 目標値出力回路
７ｃ 比較器
７ｄ 電力調整回路
７ｅ スイッチ
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ，３０，３０Ａ，４０  イオンビーム発生装置
３６ 中和用電子供給制御手段
３６ａ 演算器
３６ｂ 比較器
３６ｃ 電圧調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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