(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィラメントを有するイオン源と、このイオン源の各フィラメントに互いに独立してフィラメント電流を流す１以上のフィラメント電源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームのビーム電流を当該イオンビームに交差する面内における複数位置において計測するものであって前記フィラメントの数よりも多い複数のビーム電流計測器とを備えるイオン注入装置において、
前記ビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて前記フィラメント電源から前記各フィラメントに流すフィラメント電流を制御する制御装置であって、前記複数のビーム電流計測器で計測した全ビーム電流の平均値を演算して当該平均値が設定値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる電流値制御ルーチンと、
前記複数のビーム電流計測器を前記フィラメントの数にグループ分けし、各グループ内における計測ビーム電流の平均値をそれぞれ演算し、前記設定値に対して最も差の大きな平均値を有するグループを一つ決定し、当該グループの平均値が前記設定値よりも大きいときは当該グループに対応するフィラメントに流すフィラメント電流を減少させ、同平均値が同設定値よりも小さいときは同フィラメント電流を増加させる均一性制御ルーチンとを、少なくとも１回ずつ行う制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
複数のフィラメントを有するイオン源と、このイオン源の各フィラメントに互いに独立してフィラメント電流を流す１以上のフィラメント電源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームのビーム電流を当該イオンビームに交差する面内における複数位置において計測するものであって前記フィラメントの数よりも多い複数のビーム電流計測器とを備えるイオン注入装置において、
前記ビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて前記フィラメント電源から前記各フィラメントに流すフィラメント電流を制御する制御装置であって、
前記複数のビーム電流計測器で計測した全ビーム電流の平均値を演算して当該平均値が設定値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる電流値制御ルーチンと、
前記複数のビーム電流計測器を前記フィラメントの数にグループ分けし、各グループ内における計測ビーム電流の平均値をそれぞれ演算し、前記設定値に対して最も差の大きな平均値を有するグループを一つ決定し、当該グループの平均値が前記設定値よりも大きいときは当該グループに対応するフィラメントに流すフィラメント電流を減少させ、同平均値が同設定値よりも小さいときは同フィラメント電流を増加させる均一性制御ルーチンとを、少なくとも１回ずつ行う制御装置を備えており、
しかも前記制御装置は、前記均一性制御ルーチンにおいて、前記設定値と前記決定されたグループの平均値との差を求めて当該差の大きさを複数段階に分け、前記フィラメント電流を増減させる量をこの各段階に応じて異ならせる制御を行う、ことを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のフィラメントを有するイオン源から引き出したイオンビームを基体に照射してイオン注入を行うイオン注入装置に関し、より具体的には、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御する手段の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン注入装置の従来例を図６に示す。このイオン注入装置は、イオンドーピング装置（または非質量分離型イオン注入装置）とも呼ばれるものであり、イオン源２から引き出した大面積のイオンビーム１２を、質量分離器を通すことなくそのまま基体１４に照射して、当該基体１４にイオン注入を行うよう構成されている。イオン注入時は、必要に応じて、基体１４をイオンビーム照射領域内で、例えば紙面の表裏方向に、機械的に走査しても良い。基体１４は、例えばガラス基板、半導体基板等である。
【０００３】
このイオン源２は、バケット型イオン源（または多極磁場型イオン源）とも呼ばれるものであり、プラズマ生成容器４内に複数（例えば三つ）のフィラメント６を設けており、この各フィラメント６とプラズマ生成容器４との間でアーク放電を生じさせてイオン源ガスを電離させてプラズマ８を生成し、このプラズマ８から、引出し電極系１０によって、上記イオンビーム１２を引き出す構成をしている。多極磁場形成用の磁石の図示は省略している。
【０００４】
上記各フィラメント６には、この例ではフィラメント電源１６がそれぞれ接続されており、この各フィラメント電源１６から各フィラメント６に対して、各フィラメント６を加熱するフィラメント電流ＩＦを互いに独立して流すことができる。
【０００５】
イオン源２から引き出すイオンビーム１２のビーム電流を所定の値に制御するために、このイオン注入装置は、更に、イオンビーム１２を受けてそのビーム電流を当該イオンビーム１２に交差する面内における複数位置において計測するものであってフィラメント６の数よりも多い複数（例えば２４個）のビーム電流計測器１８と、この各ビーム電流計測器１８で計測したビーム電流ＩＢの平均値を求めて、当該平均値が設定値に近づくように各フィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを互いに同じ量だけ増減させる制御を行う制御装置２０とを備えている。
【０００６】
各ビーム電流計測器１８は、例えばファラデーカップから成り、イオンビーム１２の照射領域内に例えば一列に配置されている。なお、ビーム電流計測器１８によるイオンビーム１２の計測時には、基体１４はイオンビーム１２を遮らない位置に移動させておくものとする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記イオン注入装置では、各フィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦの比率を、イオンビーム１２の均一性が良くなるように予め設定しておいて運転している。
【０００８】
しかし、各フィラメント６の経時変化の仕方は互いに異なるのが常であるので、各フィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを互いに同じ量だけ増減させる上記制御装置２０を用いたのでは、フィラメント６の経時変化に伴って、イオンビーム１２の均一性が悪化するという課題がある。
【０００９】
また、特開平３−１３４９３７号公報には、フィラメントと同数のビーム電流計測器を設けておき、各ビーム電流計測器で計測するビーム電流が設定値になるように、各フィラメントに流すフィラメント電流をそれぞれ制御する技術が記載されている。
【００１０】
しかしこの公報に記載の技術では、各設定値を互いに同一にすればイオンビームの均一化が可能なように見えるけれども、実際は、一つのフィラメントに流すフィラメント電流の制御が他のフィラメント付近のプラズマ密度に影響を及ぼし、ひいては他のビーム電流計測器で計測するビーム電流にまで影響を及ぼすので、即ちフィラメント電流の制御が互いに影響を及ぼし合って、一の計測点のビーム電流を所定値に制御しようとすると他の計測点のビーム電流が所定値から外れ、この外れた他の計測点のビーム電流を所定値に制御しようとすると折角所定値に制御した一の計測点のビーム電流が所定値から外れるというように、制御がハンチングを起こして収束しなくなるという深刻な課題がある。
【００１１】
そこでこの発明は、図６に示したようなイオン注入装置を改良して、そのイオン源から引き出すイオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することができるようにすることを主たる目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、前記ビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて前記フィラメント電源から前記各フィラメントに流すフィラメント電流を制御する制御装置であって、前記複数のビーム電流計測器で計測した全ビーム電流の平均値を演算して当該平均値が設定値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる電流値制御ルーチンと、前記複数のビーム電流計測器を前記フィラメントの数にグループ分けし、各グループ内における計測ビーム電流の平均値をそれぞれ演算し、前記設定値に対して最も差の大きな平均値を有するグループを一つ決定し、当該グループの平均値が前記設定値よりも大きいときは当該グループに対応するフィラメントに流すフィラメント電流を減少させ、同平均値が同設定値よりも小さいときは同フィラメント電流を増加させる均一性制御ルーチンとを、少なくとも１回ずつ行う制御装置を備えていることを特徴としている（請求項１）。
【００１３】
上記電流値制御ルーチンによって、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流の平均値が設定値に近づく方向に制御される。
【００１４】
一方、上記均一性制御ルーチンによって、設定値に対して最も差の大きな平均値を有するグループのビーム電流が増減させられるので、ビーム電流の均一性が良くなる方向に制御される。
【００１５】
上記制御装置は、このような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを少なくとも１回ずつ行うので、フィラメントの経時変化等による均一性の悪化を防いで、イオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００１６】
前記均一性制御ルーチンにおいて、前記設定値と前記決定されたグループの平均値との差を求めて当該差の大きさを複数段階（例えば大、中、小）に分け、前記フィラメント電流を増減させる量をこの各段階に応じて異ならせる制御を行うようにしても良い（請求項２）。そのようにすれば、差が大きいときほどフィラメント電流を大きく増減させて速くビーム電流を増減させることができるので、ビーム電流の均一性を速く良くすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一例を示す図である。図６に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００１８】
このイオン注入装置は、従来の制御装置２０に代わるものとして、次のような制御装置２２を備えている。
【００１９】
制御装置２２は、前記各ビーム電流計測器１８で計測したイオンビームＩＢに基づいて、前記各フィラメント電源１６から前記各フィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを制御するものであり、以下に詳述するような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを、少なくとも１回ずつ行うものである。
【００２０】
電流値制御ルーチンの一例を図２に示す。また、制御の前後におけるビームプロファイルの概略例を図５に示し、以下の説明においてはこの図５も参照するものとする。なお、図５中の横軸の１〜２４は、２４個のビーム電流計測器１８の端からの番号を示している。
【００２１】
まず、各ビーム電流計測器１８によってイオンビーム１２のビーム電流をそれぞれ計測する（ステップ３０）。これによって、例えば、図５中のビームプロファイルＡが得られる。次に、計測した全てのビーム電流ＩＢの平均値ＡＶＥを演算する（ステップ３１）。
【００２２】
この平均値ＡＶＥが、その設定値ＳＥＴに対する停止範囲ＳＴＰ内にあるか否かを判断する（ステップ３２）。停止範囲ＳＴＰは、例えば、設定値ＳＥＴの±３％の範囲である。停止範囲ＳＴＰ内にあれば、既に平均値制御の目的は達成されているので、図３に示す均一性制御ルーチンに進む。
【００２３】
平均値ＡＶＥが停止範囲ＳＴＰ内にないときは、ステップ３３に進んで、当該平均値ＡＶＥが上記設定値ＳＥＴより大か否かを判断し、大きければステップ３４に進んで全てのフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ減少させ、小さければステップ３５に進んで全てのフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させる。この増加または減少の量は、この例では、全てのフィラメント６に対して互いにほぼ同じ（同じを含む）量としている。このフィラメント電流ＩＦの増減によって、各フィラメント６からの放出電子量が増減し、それによって各フィラメント６付近でのプラズマ８の密度が増減し、各フィラメント６に対応する領域から引き出されるイオンビーム１２のビーム電流が増減する。
【００２４】
上記電流値制御ルーチンによって、イオン源２から引き出すイオンビーム１２のビーム電流の平均値ＡＶＥが設定値ＳＥＴに近づく方向に制御される。これによって、例えば、図５中のビームプロファイルＢが得られる。この状態では、未だ均一性制御ルーチンを実行していないので、ビームプロファイルＢは、元のビームプロファイルＡと似た形状をしており、当該ビームプロファイルＡをほぼ平行移動させたようなものである。
【００２５】
続いて、図３に示す例のような均一性制御ルーチンに進む。
【００２６】
ここでは、上記２４個のビーム電流計測器１８（計測点）を上記フィラメント６の数すなわち三つにグループ分けする（ステップ４０）。具体的には、図５中に示すように、１番目から８番目までのビーム電流計測器１８をグループ１とし、９番目から１６番目までのビーム電流計測器１８をグループ２とし、１７番目から２４番目までのビーム電流計測器１８をグループ３とする。
【００２７】
そして、上記各グループ１〜３内における計測ビーム電流の平均値ＡＶＥ1 〜ＡＶＥ3 をそれぞれ演算し（ステップ４１）、前記設定値ＳＥＴに対して最も差の大きい平均値を有するグループを一つ決定する（ステップ４２）。図５の例では、ＡＶＥ2 ＜ＡＶＥ1 ＜ＡＶＥ3 であるので、グループ３がそれに該当する。
【００２８】
次いで、ステップ４３に進んで、上記のようにして決定されたグループ３の平均値ＡＶＥ3 が前記設定値ＳＥＴより大きいか否かを判断し、大きければステップ４４に進んで、当該グループ３に対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ減少させ、大きくなければステップ４５に進んで、同平均値ＡＶＥ3 が同設定値ＳＥＴより小さいか否かを判断し、小さければステップ４６に進んで、当該グループ３に対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させ、小さくなければ（これはＡＶＥ3 ＝ＳＥＴを意味する）ステップ４７に進む。図５の例では、ＡＶＥ3 ＜ＳＥＴであるので、グループ３に対応するフィラメント６のフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させる。
【００２９】
これによって、グループ３のビーム電流が増えるので、ビーム電流の均一性が良くなる方向に制御される。その結果、例えば図５中に示すビームプロファイルＣが得られる。なお、ここではグループ３に対応するフィラメント６のフィラメント電流ＩＦのみを制御するので、このビームプロファイルＣと上記ビームプロファイルＢとは、グループ３以外の部分はほぼ同じ形をしている。
【００３０】
上記電流値制御ルーチンおよび均一性制御ルーチンは、少なくとも１回ずつ行うものとし、複数回ずつ行っても良い。何回行うかは予め制御装置２２に設定しておけば良い。そしてこの所定回数を繰り返したか否かをステップ４７で判断し、繰り返しが完了すれば制御は終了し、繰り返しが未完了であれば電流値制御ルーチンの初め（ステップ３０）に戻って上記制御が繰り返される。
【００３１】
このイオン注入装置によれば、制御装置２２によって、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを少なくとも１回ずつ行うので、フィラメント６の経時変化等による均一性の悪化を防いで、イオンビーム１２のビーム電流を所定の値に（即ち設定値ＳＥＴに）、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００３２】
しかも、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとの２段階制御によれば、先の公報に示した従来技術の場合と違って、制御がハンチングを起こして収束しなくなる問題も起こらず、安定した制御を行うことができる。
【００３３】
また、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを複数回ずつ繰り返すようにすれば、イオンビーム１２のビーム電流をより高精度で所定値に制御することができると共に、均一性もより高めることができる。例えば、図５に示す例の場合は、次の回の均一性制御ルーチンでは、ビームプロファイルＣを出発点として、設定値ＳＥＴに対して最も差の大きい平均値を有するグループとしてグループ１が決定され、その平均値ＡＶＥ1 が設定値ＳＥＴに近づくように制御されるので、均一性は一層良くなる。
【００３４】
上記均一性制御ルーチンにおいて、上記設定値ＳＥＴと上記決定されたグループの平均値との差（即ち｜設定値−平均値｜。図５の例の場合は｜ＳＥＴ−ＡＶＥ3 ｜）を求めて、この差の大きさを複数段階（例えばある一定の値を基準にして大、中、小の３段階）に分け、ステップ４４および４６においてフィラメント電流ＩＦを増減させる量を、この各段階に応じて異ならせる制御を行うようにしても良い。即ち、差の大、中、小に応じて、フィラメント電流ＩＦの増減量も、ある一定の値を基準にして大、中、小にするようにしても良い。
【００３５】
そのようにすれば、差が大きいときほどフィラメント電流ＩＦを大きく増減させて速くビーム電流を増減させることができるので、ビーム電流の均一性をより速く良くすることができる。
【００３６】
なお、均一性制御ルーチンに関しては、図４に示す比較例のようにする考えもある。同図のステップ５０および５５の内容は、図３のステップ４０および４７の内容とそれぞれ同じである。
【００３７】
この図４の均一性制御ルーチンでは、ステップ５０のグループ分け後、全てのビーム電流計測器１８による全ての計測値の中から最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを探し（ステップ５１）、その最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮが属するグループをそれぞれ決定し（ステップ５２）、最大値ＭＡＸが属するグループに対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ減少させ（ステップ５３）、最小値ＭＩＮが属するグループに対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させる（ステップ５４）。これによって、上記ビームプロファイルＢの最大値ＭＡＸが属するグループ１のビーム電流が減少させられ、最小値ＭＩＮが属するグループ３のビーム電流が増加させられるので、ビーム電流の均一性が良くなる方向に制御される。
【００３８】
しかし、図４の均一性制御ルーチンを採用した場合は、均一性の悪い状態からの制御では、ビーム電流を設定値ＳＥＴに到達させるのに比較的長い時間を要する場合がある。即ち、フィラメント電流ＩＦを増減させる基準になる最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮは全ての計測点内での相対値であり、例えば、図５を参照して、電流値制御ルーチン後のビームプロファイルＢ全体の平均値ＡＶＥが設定値ＳＥＴより小さい（但し停止範囲ＳＴＰ内にはある）場合を考えると、その場合でも、図４の均一性制御ルーチンでは、最大値ＭＡＸのあるグループ１のフィラメント電流ＩＦを下げる制御が行われる。しかしこれは、平均値ＡＶＥを設定値ＳＥＴから更に遠ざける方向の制御であり、先の電流値制御ルーチンと相反する制御になる。従ってその分、ビーム電流を設定値ＳＥＴに到達させるのに時間がかかるようになる。
【００３９】
これに対して、図３の均一性制御ルーチンでは、設定値ＳＥＴに対して最も差の大きな平均値を有する一つのグループの平均値（図５のビームプロファイルＢの場合はグループ３の平均値ＡＶＥ3 ）を設定値ＳＥＴに近づける制御しか行われないので、ビームプロファイルＢ全体の平均値ＡＶＥは必ず設定値ＳＥＴに近づく方向に制御される。即ち、先の電流値制御ルーチンと相反する制御は行われない。従ってその分、ビーム電流を速く設定値ＳＥＴに到達させることができる。
【００４０】
更に、図３の均一性制御ルーチンでは、グループごとの平均値に基づいて制御するので、仮に複数のビーム電流計測器１８による複数のビーム電流計測値の中に少数の特異値やノイズが含まれていても、それの平均値への影響は小さく、従って当該特異値やノイズによる影響を小さく抑えてビーム電流を制御することができる。換言すれば、単発的な特異点やノイズがあったとしても、それに全体の制御が引きずられることを防止して、イオンビーム全体のビーム電流をより正しく制御することができる。図４の均一性制御ルーチンの場合は、上記特異値やノイズを最大値ＭＡＸまたは最小値ＭＩＮとして検出する恐れがあるので、この点においても図３の均一性制御ルーチンの方が優れている。
【００４１】
なお、上記複数のフィラメント電源１６は、必ずしも別個のものである必要はなく、それらを一つにまとめて、各フィラメント６に互いに独立してフィラメント電流ＩＦを流すことのできる一つのフィラメント電源としても良い。
【００４２】
また、上記ビーム電流計測器１８の数は、例えばフィラメント６の数の２以上の整数倍であるが、必ずしも整数倍でなくても良い。また、各グループ内に属させるビーム電流計測器１８の数は、必ずしも同数ずつにする必要はない。よりきめ細かく制御したいグループ内のビーム電流計測器１８の数を他より増やしても良い。
【００４３】
制御装置２２による上記例のような制御は、制御方法として着目すれば、イオン注入装置の制御方法、イオン源の制御方法またはイオンビーム電流の自動制御方法と言うこともできる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００４５】
請求項１記載の発明によれば、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを少なくとも１回ずつ行う制御装置を備えているので、フィラメントの経時変化等による均一性の悪化を防いで、イオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００４６】
しかも、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとの２段階制御によれば、制御がハンチングを起こして収束しなくなる問題も起こらず、安定した制御を行うことができる。
【００４７】
また、上記均一性制御ルーチンでは、設定値に対して最も差の大きな平均値を有する一つのグループの平均値を設定値に近づける制御を行うことによって、電流値制御ルーチンと相反する制御が行われることを防止することができるので、計測ビーム電流の最大値および最小値が属するグループのフィラメント電流を増減させる均一性制御ルーチンを採用する場合に比べて、ビーム電流を速く設定値に到達させることができる。
【００４８】
更に、上記均一性制御ルーチンでは、グループごとの平均値に基づいて制御するので、仮に複数のビーム電流計測器による複数のビーム電流計測値の中に少数の特異値やノイズが含まれていても、それの平均値への影響は小さく、従って当該特異値やノイズによる影響を小さく抑えてビーム電流を制御することができる。この点においても、計測ビーム電流の最大値および最小値が属するグループのフィラメント電流を増減させる均一性制御ルーチンを採用する場合に比べて優れている。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の上記効果と同様の効果に加えて、更に次のような効果を奏する。
【００５０】
即ち、均一性制御ルーチンにおいて、設定値と決定されたグループの平均値との差が大きいときほどフィラメント電流を大きく増減させて速くビーム電流を増減させることができるので、ビーム電流の均一性を速く良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一例を示す図である。
【図２】図１中の制御装置における電流値制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】図１中の制御装置における均一性制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】均一性制御ルーチンの比較例を示すフローチャートである。
【図５】制御の前後におけるビームプロファイルの概略例を示す図である。
【図６】従来のイオン注入装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
２  イオン源
６  フィラメント
１２  イオンビーム
１６  フィラメント電源
１８  ビーム電流計測器
２２  制御装置
【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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