(57)【要約】【課題】プラズマ生成容器内に予備フィラメントを有するプラズマ源で、プラズマ源の運転中に生じる予備フィラメントの線径の減りを軽減する。【解決手段】内部でアーク放電によりプラズマＰが生成されるプラズマ生成容器２と、プラズマ生成容器２内に配置された複数本のフィラメント５とを備えたプラズマ源１であって、プラズマ源１の運転中に、当該フィラメント５の少なくとも１本が未使用の状態であり、かつ、未使用のフィラメント５ｂの電位が浮遊電位もしくはアノード電位に設定されている。【選択図】  図１
2015109193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部でアーク放電によりプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントとを備えたプラズマ源であって、
プラズマ源の運転中に、当該フィラメントの少なくとも１本が未使用の状態であり、かつ、前記未使用のフィラメントの電位が浮遊電位もしくはアノード電位に設定されているプラズマ源。
【請求項２】
プラズマ源の運転中に、使用中のフィラメントをカソードとし、前記プラズマ生成容器をアノードとして、前記プラズマ生成容器の室内でアーク放電によりプラズマが生成されるプラズマ源であって、
未使用のフィラメントは前記プラズマ生成容器に電気的に接続されている請求項１記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットを有していて、
前記フィラメントユニット内で使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとの電気回路を切り替える切り替えスイッチと、
使用中のフィラメントの電気特性を計測する計測器と、
前記計測器の計測結果に応じて、前記切り替えスイッチを動作させる制御装置とを備える請求項１または２記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットを有していて、
前記フィラメントユニット内のフィラメントは、共通のフランジにより一体化されているとともに、  
前記フィラメントユニットは、互いに隣接配置されたフィラメントで構成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットを有していて、
前記フィラメントユニット内で、使用中のフィラメントの消耗度に応じて、使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとが切り替えて使用されるとともに、同一のフィラメントユニット内に配置された未使用のフィラメントと使用中のフィラメントとの離間距離を第一の距離とし、前記プラズマ生成容器の室内に配置された使用中のフィラメント同士の離間距離を第二の距離とした場合、第一の距離は第二の距離に比べて短くなるように各フィラメントが配置されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記プラズマ生成容器内に配置された全てのフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットで構成されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置で用いられるプラズマ源で、特に、フィラメントからの熱電子を利用してアーク放電によりプラズマを生成するプラズマ源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置において、フィラメントからの熱電子を利用してアーク放電によりプラズマを生成するプラズマ源が用いられている。例えば、この種のプラズマ源は、プラズマが生成される室内で半導体基板に対して処理を行うＣＶＤ装置やプラズマ源よりイオンビームの引き出しを行いプラズマが生成される室内とは別の室内に配置された半導体基板に対して処理を行うイオン注入装置で利用されている。なお、このプラズマ源は、装置での利用用途によって名称が異なっており、例えば、イオン注入装置では、イオンビームを引き出すことからイオン源と呼ばれている。
【０００３】
特許文献１には、イオン注入装置で用いられているイオン源の例が示されている。このイオン源は、複数本のフィラメントを有するイオン源で、イオン源の運転中は各フィラメントへの通電が同時に行われている。
【０００４】
イオン源の稼働時間、俗に言うイオン源の運転寿命は、フィラメントの寿命によって決定される。これは、イオン源を構成する他の部材に比べて、フィラメントの消耗が早いことによる。複数本のフィラメントの１本が断線すると、イオン源として所望する性能を保つことが困難になる。この為、この種のイオン源では、フィラメントが断線する度に、イオン源の運転を停止して断線したフィラメントをプラズマ生成容器の外部に排出して、新たなフィラメントとの交換作業を必要としていた。
【０００５】
フィラメントの交換中とフィラメントを取り換えてからイオンビームを再立ち上げするまでの間、イオン注入装置を用いて半導体基板を処理することはできない。装置稼働率は装置の性能指数を表す重要なファクターの一つであり、装置メーカーにとって装置稼働率を向上させることは必須の要件とされている。この稼働率を向上させる為の１つの方法として、特許文献２に記載の方法がある。
【０００６】
特許文献２にも、特許文献１と同様にイオン注入装置で用いられるイオン源が開示されている。このイオン源は２本のフィラメントを有していて、１本のフィラメントは未使用の状態にしておき、通常はもう１本のフィラメントを用いて、イオン源の運転を行うように構成されている。そして、使用中のフィラメントが断線した際、あるいは、断線する直前に未使用のフィラメントへの通電がなされるように電気配線の切り替えが行われるので、予備となるフィラメントの本数がなくなるまで、フィラメントをプラズマ生成容器の外部へ排出する工程を必要としない。この為、イオン源の装置稼働率を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−９７９５８
【特許文献２】実開平１−１７７２６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の構成において、未使用のフィラメントを使用する際、使用前であるにもかかわらず、真新しいフィラメントに比べてフィラメントの線径がやせ細っている。
【０００９】
このような線径の細化は、イオン源の運転中に未使用のフィラメントの電位がカソード電位に設定されていることに起因する。プラズマ中の正の電荷を有するイオン（陽イオン）はカソード電位にある未使用のフィラメントに引き寄せられる。これにより、フィラメントとイオンとの化学反応やイオンによるフィラメントのスパッタリングが発生し、未使用のフィラメントの線径が使用前にやせ細ってしまう。使用前に未使用のフィラメントの線径が細くなると、期待通りにイオン源の寿命を向上させることが困難になる。
【００１０】
そこで、本発明ではプラズマ生成容器内に予備フィラメントを有するプラズマ源で、プラズマ源の運転中に生じる予備フィラメントの線径の減りを軽減することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一のプラズマ源は、内部でアーク放電によりプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントとを備えたプラズマ源であって、プラズマ源の運転中に、前記フィラメントの少なくとも１本が未使用の状態にあり、かつ、前記未使用のフィラメントの電位が浮遊電位もしくはアノード電位に設定されている。
【００１２】
未使用のフィラメントの電位を、従来の構成で用いられていたカソード電位よりも高い電位である浮遊電位もしくはアノード電位に設定しておくことで、従来の構成に比べて、プラズマ中の陽イオンが未使用のフィラメントに到達することが困難になる。これにより、未使用のフィラメントとイオンとの化学反応やイオンによるフィラメントのスパッタリングが抑制されるので、使用前の未使用のフィラメントの細化を軽減することができる。
【００１３】
より好ましくは、プラズマ源の運転中に、使用中のフィラメントをカソードとし、前記プラズマ生成容器をアノードとして、前記プラズマ生成容器の室内でアーク放電によりプラズマが生成されるプラズマ源であって、未使用のフィラメントは前記プラズマ生成容器に電気的に接続されている。
【００１４】
未使用のフィラメントをプラズマ生成容器に電気的に接続しておくことにより、簡単な構成で当該フィラメントの電位をアノード電位に設定することが可能となる。
【００１５】
使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとの交換を自動化する場合、次のようにしてプラズマ源を構成することが考えられる。前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントは未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットを有していて、前記フィラメントユニット内で使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとの電気回路を切り替える切り替えスイッチと、使用中のフィラメントの電気特性を計測する計測器と、前記計測器の計測結果に応じて、前記切り替えスイッチを動作させる制御装置とを備えたプラズマ源。
【００１６】
このようなプラズマ源であれば、使用中のフィラメントの消耗度に応じて、自動的に使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとの交換を行うことができる。
【００１７】
また、フィラメントの構成については、次のようにしておくことが考えられる。前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットを有していて、前記フィラメントユニット内のフィラメントは、共通のフランジにより一体化されているとともに、前記フィラメントユニットは、互いに隣接配置されたフィラメントで構成されている。
【００１８】
フィラメントユニット内のフィラメントが共通のフランジで一体化されているので、フィラメントユニットごとにフィラメントの交換が可能となる。しかも、隣接配置されたフィラメントでフィラメントユニットが構成されているので、フランジの構成が簡単な構成でよい。
【００１９】
さらに、フィラメントの配置については、次のようにしておくことが考えられる。前記プラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットを有していて、前記フィラメントユニット内で、使用中のフィラメントの消耗度に応じて、使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとが切り替えて使用されるとともに、同一のフィラメントユニット内に配置された未使用のフィラメントと使用中のフィラメントとの離間距離を第一の距離とし、前記プラズマ生成容器の室内に配置された使用中のフィラメント同士の離間距離を第二の距離とした場合、第一の距離は第二の距離に比べて短くなるように各フィラメントが配置されている。
【００２０】
フィラメントの配置は、プラズマ生成容器内で生成されるプラズマの特性や当該プラズマから引き出されるイオンビームの特性に影響する。上記した構成にしておけば、使用中のフィラメントと未使用のフィラメントとの切り替えを行っても、プラズマやイオンビームの特性に与える影響を小さくすることができる。
【００２１】
プラズマ源の稼働率を向上させるには、次のようにしておくことが望ましい。前記プラズマ生成容器内に配置された全てのフィラメントは、未使用のフィラメントと使用中のフィラメントからなる少なくとも１つのフィラメントユニットで構成されている。
【００２２】
フィラメントユニットに属さないフィラメントが存在している場合には、当該フィラメントが消耗したとしても通電を切り替える為の未使用フィラメントが存在していないので、プラズマ源の運転を停止してフィラメントの交換を行うことが必要とされる。しかしながら、上記した構成であれば、プラズマ生成室内に配置された全てのフィラメントが１つまたは複数のフィラメントユニットのいずれかに属することになるので、使用中のフィラメントの消耗が大きくなった時点で、未使用のフィラメントに通電を切り替えることができる。これにより、プラズマ源の稼働率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
未使用のフィラメントの電位を、カソード電位よりも高い電位である浮遊電位もしくはアノード電位に設定しておくことで、従来の構成に比べて、プラズマ中の陽イオンが未使用のフィラメントに到達することが困難になる。これにより、未使用のフィラメントとイオンとの化学反応やイオンによる未使用のフィラメントのスパッタリングが抑制されるので、使用前の未使用のフィラメントの細化を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第一の実施例に係るプラズマ源の構成を表す概略図。
【図２】図１でフィラメントを交換した後の様子を表す概略図。
【図３】設定電位による未使用のフィラメントの消耗度の違いを表す実験データ。
【図４】第二の実施例に係るプラズマ源の構成を表す概略図。
【図５】フィラメントユニットの構成例を表す概略図。
【図６】各フィラメント間での距離の関係を表す概略図。
【図７】フィラメントの自動切り替えの例を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係るプラズマ源の構成に関し、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１に記載のプラズマ源１は、特許文献１と同様の構成であり、イオン注入装置に用いられることから、イオン源とも呼ばれている。
【００２７】
当該プラズマ源１は、プラズマ生成容器２の端部に沿って複数本のフィラメント５が配置されていて、プラズマ源１の運転中には、一部のフィラメントのみが使用されるように構成されている。具体的には図示されるフィラメント５ａが使用中のフィラメントで、その両端にはフィラメント電源Ｖfが接続されている。一方、フィラメント５ｂは未使用のフィラメントで、当該フィラメントはプラズマ生成容器２に電気的に接続されている。この例では、未使用のフィラメント５ｂと使用中のフィラメント５ａの２本のフィラメントを一組とし、これらのフィラメントを共通のフランジ４で物理的に一体化したものが、プラズマ生成容器２の壁面にボルト等で取り付けられている。
【００２８】
このプラズマ源１は、アーク放電によりプラズマ生成容器２の内部にプラズマＰを発生させるプラズマ源である。使用中のフィラメント５ａとプラズマ生成容器２の壁面との間にはアーク電源Ｖarcが接続されていて、プラズマ源１の運転中には、使用中のフィラメント５ａがカソード電極として機能し、プラズマ生成容器２がアノード電極として機能する。なお、アーク電源Ｖarcは特許文献１と同様に図示されない加速電源に接続されている。
【００２９】
プラズマ生成容器２には、イオンビーム７中に含まれるイオンの原料となるＰＨ３やＢＦ３等のドーパントガスが封入されたボンベ６が接続されていて、このボンベ６からプラズマ生成容器２の室内にガスの供給が行われる。フィラメント電源Ｖfにより使用中のフィラメント５aに電流が流れると、当該フィラメントから熱電子が放出される。この熱電子は、プラズマ生成用容器２の壁面に向けて移動し、その過程でボンベ６から供給されたガスと衝突する。そして、この衝突により、ガスから電子が引き剥がされる。電子が引き剥がされたガスはイオン化され、最終的にプラズマ生成容器２の室内がイオンと電子で満たされて、プラズマＰが生成される。
【００３０】
プラズマ源１からイオンビーム７を引き出す場合、プラズマ生成容器２の一端には図示されないイオンビーム７の引出用の開口が形成されている。この開口と隣接するように、イオンビーム７の引出方向に沿って複数枚の電極が並べられた引出電極系１１と呼ばれる電極群が配置されており、各電極に所定の電圧が印加されることで、イオンビーム７の引出が行われる。
【００３１】
また、図示されるプラズマ源１には、プラズマＰの生成効率を向上させる為に、特許文献１と同様に、プラズマ生成容器２の周囲に図示されないホルダーによって支持された複数の永久磁石３が設けられている。
【００３２】
図１の例で特筆すべき点は、未使用のフィラメント５ｂをプラズマ生成容器２に電気的に接続している点にある。このような構成にすることで、未使用のフィラメント５ｂの電位をアノードであるプラズマ生成容器２の電位に設定することができる。
【００３３】
プラズマ生成容器２の内部で生成されたプラズマＰには陽イオンが含まれている。アノード電位はカソード電位よりも高い。未使用のフィラメント５ｂの電位をアノード電位に設定しておくと、プラズマＰ中に含まれる陽イオンが未使用のフィラメント５ｂに到達することが困難になる。これにより、未使用のフィラメント５ｂとイオンとの化学反応やイオンによる未使用のフィラメント５ｂのスパッタリングが抑制されるので、使用前の未使用のフィラメント５ｂの細化を軽減することができる。
【００３４】
プラズマ源１の運転中、フィラメント５ａの線径はフィラメント自身が発する熱やプラズマＰ中のイオンとの反応等によって時間の経過とともに細くなる。プラズマ源１の運転を継続して行うと、最終的にフィラメント５ａは断線してしまうので、適当なタイミングで現在使用中のフィラメント５ａに代えて、未使用のフィラメント５ｂを使用することが必要とされる。
【００３５】
図２には、図１のプラズマ源１で使用するフィラメントを変更したときの様子が描かれている。図１に記載の未使用のフィラメント５ｂは、図２では使用中のフィラメント５ａとしてその両端にフィラメント電源Ｖfが接続されるとともに、その電位がカソード電位となるように電気配線の繋ぎ替えが行われる。一方、図１に記載の使用中のフィラメント５ａは、図２では使用済みのフィラメント５ｃとして、プラズマ生成容器２と電気的に接続されており、その電位がアノード電位となるように電気配線の繋ぎ替えが行われる。
【００３６】
使用済みのフィラメント５cの電位をアノード電位以外の電位に設定すると、フィラメントの交換の前後でプラズマ生成容器２の室内の電位分布に変動を来す恐れがある。室内の電位分布に変動が生じ、フィラメント交換の前後でプラズマＰの分布が変動すると、処理対象である半導体基板の特性がフィラメント交換の前後で異なるものになってしまう。このような理由から、フィラメント交換の前後で、各フィラメントの電位の関係は、大きく変化させないようにしておくことが望ましい。具体的には、使用するフィラメントの切り替えに伴って、切り替え対象にするフィラメントの電位関係を逆転させておく。
【００３７】
図３は設定電位による未使用のフィラメントの消耗度の違いを表す実験データである。この実験は、特許文献１の装置と同様の装置に未使用のフィラメントを追加し、このフィラメントの電位をカソード電位とアノード電位のいずれかに設定して行われている。図３に示すデータは、プラズマ源を数時間運転させた後の未使用フィラメントの線径の変化を表している。破線は未使用のフィラメントの電位をカソード電位に設定した時の線径の減りを表し、実線は未使用のフィラメントの電位をアノード電位に設定した時の線径の減りを表している。
【００３８】
また、図３に示すデータの横軸は、フィラメントの長さ方向での位置を表しており、右側がフィラメントの先端部に相当し、左側がフィラメントの根元部分に相当する。一方、図３に示すデータの縦軸はフィラメントの消耗量を表していて、真新しいフィラメントの線径（プラズマ源が運転される前のフィラメントの線径）からの変化量を表している。例えば、損耗量-０．０５ｍｍはプラズマ源の運転後に０．０５ｍｍ線径が減少したことを表している。
【００３９】
この実験データからもわかるように、未使用のフィラメントの電位をアノード電位にした方がフィラメントの線径の減りが軽減されることがわかる。
【００４０】
図１の実施例では未使用のフィラメント５ｂの電位をアノード電位に設定するものであったが、アノード電位に代えて、浮遊電位に設定してもいい。図４にはこの場合の例が描かれている。
【００４１】
未使用のフィラメント５ｂを浮遊電位にした場合、当該フィラメントの電位は、プラズマ中の電子が帯電することで、おおよそカソード電位とプラズマ電位の中間電位となる。このような電位であれば、カソード電位の場合に比べて、プラズマ中の陽イオンが未使用のフィラメント５ｂに到達することが困難になる。よって、未使用のフィラメント５ｂを浮遊電位にしておいても、カソード電位に設定する場合に比べて、未使用のフィラメント５ｂの線径の減りを軽減することができる。なお、未使用のフィラメント５ｂを浮遊電位に設定する場合、このフィラメントの端子はどこにも接続する必要がないので、その分、配線の引き回しが簡単に済む。
【００４２】
図２の実施例と同様に、未使用のフィラメント５ｂの電位を浮遊電位に設定する場合には、使用中のフィラメント５ａを交換して、これを使用済みのフィラメント５cとするときは、使用済みのフィラメントの電位を浮遊電位に設定しておくことが望まれる。
【００４３】
図５（Ａ）〜（Ｄ）にはフィラメントユニットＦＵの４つの構成例が記載されている。本発明で言うフィラメントユニットＦＵとは、未使用のフィラメント５ｂと使用中のフィラメント５ａからなるユニットで、共通のフランジにより物理的に一体化された構造体のことを指す。このフィラメントユニットＦＵ内で使用中のフィラメント５ａに代えて未使用のフィラメント５ｂが使用されるように電気配線の繋ぎ替えが行われる。なお、各フィラメントはフランジにより物理的に一体化されているが、フィラメント同士は電気的には接続されていない。
【００４４】
図５（Ａ）には、プラズマ生成容器２の壁面に配置された８本のフィラメントが２本ずつ一組となり、フィラメントユニットＦＵを構成している例が描かれている。この図に描かれているように、同数のフィラメントを１つのフィラメントユニットＦＵごとに割り当てるようにしてもよい。
【００４５】
一方、フィラメントユニットＦＵに含まれるフィラメントの本数は必ずしも同数である必要はない。図５（Ｂ）には、フィラメントユニットＦＵでフィラメントの本数が異なる例が描かれている。例えば、この図５（Ｂ）では、８本のフィラメントは、３本のフィラメントからなる２つのフィラメントユニットＦＵと２本のフィラメントからなる１つのフィラメントユニットＦＵに割り当てられている。このようにして、フィラメントユニットＦＵを構成しておいてもよい。
【００４６】
何本のフィラメントをフィラメントユニットＦＵ内に設けるのかは、例えば、フィラメントの消耗度に応じて決めることができる。プラズマ生成容器２の内部でのプラズマの分布等の関係で、フィラメントが消耗しやすい場所が存在する場合、その場所ではフィラメントの交換が頻繁に行われることになるので、この場所に配置されるフィラメントユニットＦＵ内のフィラメントの本数を他の場所に配置されるフィラメントユニットＦＵよりも多くしておくことが考えられる。
【００４７】
また、プラズマ生成容器２に配置される全てのフィラメントがいずれかのフィラメントユニットＦＵに属する必要はない。この例が、図５（Ｃ）に描かれている。図５（Ｃ）では、８本のフィラメントは、３本のフィラメントからなる２つのフィラメントユニットＦＵといずれのフィラメントユニットＦＵにも属さない２本のフィラメントに割り当てられている。
【００４８】
さらに、フィラメントユニットＦＵは必ずしも隣接したフィラメントで構成される必要はない。例えば、図５（Ｄ）に描かれているような構成でもいい。図５（Ｄ）では、２本の未使用のフィラメント５ｂ１と２本の使用中のフィラメント５ａ１が第一のフィラメントユニットを形成し、２本の未使用のフィラメント５ｂ２と２本の使用中のフィラメント５ａ２が第二のフィラメントユニットを形成している。各フィラメントユニットはそれぞれ第一のフランジ４１と第二のフランジ４２によって物理的に一体化されている。このように、プラズマ生成容器２に配置された８本のフィラメントが交互に別のフィラメントユニットＦＵに属するように構成しておいてもいい。
【００４９】
図５（Ａ）〜５（Ｃ）に記載のフランジ４は、隣接配置されたフィラメントでフィラメントユニットＦＵが構成されている為、例えば、プラズマ生成容器２の壁面との当接面が円形状あるいは長方形状といった単純な形状にすることができる。一方、図５（Ｄ）に記載の第一のフランジ４１と第二のフランジ４２は、隣接配置されたフィラメントでフィラメントユニットＦＵが構成されていない為、櫛歯状のような複雑な形状にしなければならない。フランジの構成があまりにも複雑になると、製造が困難となることや製造価格が高額になってしまう。また、フィラメントユニットＦＵごとフィラメントを交換することを考えると、フランジの構造は単純な構造の方が交換に係る作業性もよい。これらの点を考慮すると、隣接配置されたフィラメントでフィラメントユニットＦＵが構成されている方が望ましい。
【００５０】
フィラメントの配置は、プラズマ生成容器内で生成されるプラズマの特性や当該プラズマから引き出されるイオンビームの特性に影響する。一般に、プラズマ源の運転中に通電されるフィラメントの位置は装置ごとに適切な配置となっている。このような配置関係を過度に壊すことなく、使用中のフィラメント５ａと未使用のフィラメント５ｂとを切り替えて使用する場合には、図６に記載の構成にしておくことが望まれる。
【００５１】
図６には、図５（Ａ）と同様に、８本のフィラメントが２本ずつ一組となり、各フィラメントユニットＦＵを構成している例が描かれている。この図に記載されている距離Ｂは、プラズマ生成容器２の壁面に沿った方向から視て、同一のフィラメントユニットＦＵ内に配置された未使用のフィラメント５ｂと使用中のフィラメント５ａとの離間距離を表している。また、距離Ａは、同方向における使用中のフィラメント５ａ同士の離間距離を表している。
【００５２】
これらの距離の関係で、距離Ｂが距離Ａよりも小さくなるように各フィラメントを配置しておけば、フィラメントユニットＦＵ内で使用するフィラメントが交換された場合でも、プラズマ生成用器２の室内のプラズマＰの特性や当該プラズマＰより引き出されるイオンビーム７の特性に与える影響を少なくすることができる。
【００５３】
使用中のフィラメント５ａと未使用のフィラメント５ｂの電気配線の繋ぎ替えは、手動で繋ぎかえてもいいが、フィラメントの交換を短時間で行って、装置の稼働率を向上させるには自動化することが望まれる。
【００５４】
図７には、フィラメントの交換を自動で行う構成例が描かれている。図７に記載されているように、フィラメントユニットＦＵ内で使用中のフィラメント５ａと未使用のフィラメント５ｂとの電気回路を切り替える切り替えスイッチ８を設けておく。より具体的には、この切り替えスイッチ８はリレー回路により構成されている。
【００５５】
使用中のフィラメント５ａには、フィラメント端子間の電圧を計測する為の電圧計が並列接続されているとともに、当該フィラメントを流れる電流を計測する為の電流計が直列接続されている。ここで言う電圧計及び電流計は、計測器９のブロックをなし、計測器９で使用中のフィラメント５ａの電気特性が計測される。また、計測器９での計測結果は信号Ｄとして制御装置１０に送信される。
【００５６】
制御装置１０は、計測器９からの信号Ｄに基づきフィラメントの抵抗値をリアルタイムで算出し、この値が制御装置１０に予め記憶されている基準値よりも高くなった場合に、現在使用中のフィラメントが断線間近であると判断して、信号ＳＷを切り替えスイッチ８に送信するように構成されている。制御装置１０からの信号ＳＷを受信した切り替えスイッチ８は、各部のスイッチを切り替えて、電気回路の切り替えが行われる。
【００５７】
ここでは制御装置１０の機能として、使用中のフィラメント５ａの抵抗値に基づいてフィラメントが断線間近であるかどうかを判断すると説明したが、抵抗値に代えて使用中のフィラメント５ａに流れる電流値に基づいて判断するようにしてもよい。この場合、図示される計測器９で電圧計は不要となる。また、この種の判断を、使用中のフィラメント５ａの抵抗値の変化率に基づいて行うようにしてもよい。何らかの原因でフィラメントの線径が急激にやせ細ってしまう場合もある。抵抗値の変化率を用いた場合、たとえ抵抗値が正常値であったとしても、次の瞬間にはフィラメントが断線してしまうような場合にも対応できうる。
【００５８】
＜その他の変形例＞
プラズマ源１を構成するプラズマ生成容器２の形状は、特段の限定はなく、円柱形であっても矩形状であっても、他の形状であっても構わない。また、プラズマ生成容器２の室内に配置されるフィラメントの本数は、未使用のフィラメント５ｂを含めて２本以上あればよく、図５や図６の実施例で説明した８本のフィラメントに限られるものではない。
【００５９】
図１の実施例では、プラズマ生成容器２に未使用のフィラメント５ｂを接続することで、当該フィラメントの電位をアノード電位にする構成を説明したが、プラズマ生成容器２への接続に代えて、別電源を用意しておき、フィラメントの電位がアノード電位と同等の電位となるように設定するようにしてよい。ただし、この場合、配線の引き回しが複雑になることや別電源が必要となることから、構成の簡素化を鑑み未使用のフィラメント５ｂをプラズマ生成容器２に電気的に接続しておく方が望ましい。
【００６０】
手動により電気配線を繋ぎかえる場合、フィラメントの交換のタイミングがわかるようにしておくことが望まれる。例えば、図７の例と同じように計測器９と制御装置１０を設けておき、制御装置１０からの信号ＳＷを基に、プラズマ源や当該プラズマ源を備える装置から警報が鳴るように構成しておくことが考えられる。また、警告灯を装置に設けておき、警報とともに警告灯でも装置の操作者にフィラメント交換のタイミングを知らせるように構成しておいてもいい。一方、切り替えスイッチ８のみを用意しておき、装置の操作者の経験則等に基づいてフィラメントの交換を行うようにしてもよい。
【００６１】
電気配線の繋ぎ替えについては、手動、自動に関わらず、使用中のフィラメント５ａの断線前に行われることが望ましい。半導体基板を処理中にフィラメントが断線すると、当該基板が使用不可能となってしまう恐れがある。処理中での断線が予測される場合には、速やかにプラズマ源の運転を停止して、フィラメントが断線する前にフィラメント交換が行われるように構成しておくことが望まれる。
【００６２】
上述した実施形態では、略Ｕの字状のフィラメントを例に挙げて説明したが、フィラメントの形状はこれに限らず、別の形状をしていてもよい。例えば、凸形状のフィラメントを用いてもよい。
【００６３】
また、上述した実施例では、複数のＵの字状のフィラメントが同一方向を向いて取り付けられていたが、フィラメントごとにバラバラの方向を向くようにして取り付けられていてもよい。さらに、一方向から視て各フィラメントのＵの字状の面が重なるように一列に配置されていても構わない。また、一列に配置されている必要はなく、若干のズレを持たせて各フィラメントを千鳥状に配置したり、複数列で配置するようにしてもよい。
【００６４】
上述した実施例ではプラズマ生成容器２をアノード電極として用いていたが、本発明のプラズマ源１はこのような構成に限らない。例えば、プラズマ生成容器２の内壁に沿って別の電極を設けておき、これをアノード電極として用いるようなプラズマ源であってもよい。この場合、例えば、未使用のフィラメント５ｂはプラズマ生成容器２の内側に設けられたアノード電極に電気的に接続されるように構成しておく。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・プラズマ源
２・・・プラズマ生成容器
４・・・フランジ
５・・・フィラメント
５ａ・・・使用中のフィラメント
５ｂ・・・未使用のフィラメント 
【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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