CN109559963A - 离子源及离子源的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子源和离子源的运转方法，不论灯丝的丝径为何都可谋求与灯丝更换相关的离子源的稼动损失的降低。该离子源具备有：多根灯丝；控制装置，其个别地设定供给于各灯丝的通电电流；以及电压计，其量测在各灯丝的电压；其中，控制装置从设定的电流值与量测的电压值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将供给于各灯丝的通电电流进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

Description

离子源及离子源的运转方法

技术领域

本发明涉及一种使用多个灯丝(filament)产生等离子(plasma)，且自同一等离子引导出离子射束的离子源及离子源的运转方法。

背景技术

离子注入装置、离子掺杂装置或离子射束蚀刻装置中，为了产生离子射束而使用离子源。该离子源因等离子产生的机制(mechanism)的不同而会使用各种的方式。

离子源的一有一种具备了多个灯丝的离子源。根据离子源的运转时间和/或使用的气体、灯丝的配置部位等，各灯丝的时间性消耗程度会不一致。

多根灯丝当中，当一根灯丝的寿命比其他的灯丝还较早耗尽时，离子源的性能会显着地劣化。这是因为使用所有的灯丝来担保离子源性能的缘故。

在离子源性能降低的状态下持续离子源的运转时，会造成对于基板进行的离子射束照射处理不良。虽然由于这样的缘故而停止离子源的运转来进行灯丝的更换，但若在各灯丝中消耗程度不一致，则每当一根灯丝寿命耗尽时，就要每次停止离子源来进行灯丝的更换。

所述的灯丝的更换方法会使离子源的稼动率显着地降低。就改善离子源的稼动率的解决对策而言，专利文献1已有：因应气体种类与灯丝的配置部位而使灯丝的丝径不同的提案。

具体而言，根据经验法则而将容易断线(寿命较早耗尽)的灯丝的丝径设得比不易断线(寿命较晚耗尽)的灯丝的丝径大。

通过不同丝径的灯丝的使用，从而使在离子源所使用的各灯丝的寿命成为相同程度并一举更换所有灯丝，借此来改善肇因于灯丝更换所造成的离子源稼动率降低。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2009-266779。

发明内容

[发明所要解决的课题]

专利文献1的技术手法中，由于必须预备对应灯丝所配置的部位和/或气体种类的特殊丝径的灯丝，因此灯丝无法重复使用，使维护时的便利性有所阙如。

此外，由于是根据经验法则而决定灯丝的丝径，因此例如当使用与假设的气体种类不同的气体时，就会在所有灯丝的寿命产生差异，而增加灯丝更换次数。结果，会有无法充分获得所述的离子源的稼动率改善效果的疑虑。

本发明的主要课题在于：在具备多根灯丝的离子源中，不论灯丝的丝径为何，都可改善肇因于灯丝更换所造成的离子源的稼动率降低。

[用于解决课题的技术方案]

一种离子源，其具备有：

多根灯丝；

控制装置，其个别地设定供给于各灯丝的通电电流；以及

电压计，其量测在各灯丝的电压；其中

所述控制装置从设定的电流值与量测的电压值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将供给于各灯丝的通电电流进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

就另一种离子源而言，其具备有：

多根灯丝；

控制装置，其设定在各灯丝的施加电压；以及

电流计，其量测供给于各灯丝的通电电流；其中

所述控制装置从设定的电压值与量测的电流值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将在各灯丝的端子间的施加电压进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

控制装置根据各灯丝的目前的电阻值与基准的电阻值的差来进行供给于各灯丝的通电电流或施加电压的再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值，从而，不论各灯丝的丝径为何，都可使各灯丝的寿命一致。

通过使寿命一致，更换各灯丝的时序也会一致，所以随着灯丝更换所造成的离子源的停止频度会变少，而使离子源的稼动率提升。

为了要使各灯丝的寿命更正确地一致而容易进行电阻值的校准，优选所述基准的电阻值为将各灯丝的目前的电阻值予以平均而得的电阻值。

若考虑到与通电电流或施加电压相对应的电阻值的变化量会在各灯丝相异的情形，较优选为：

所述控制装置还根据与各灯丝的配置部位相对应的权重系数，而将所述通电电流或施加电压进行再设定。

为了维持从各灯丝所释放的热电子量的相对关系，较优选为：

所述控制装置于进行所述再设定之前，算出各灯丝的将目前的电阻值予以平均而得的电阻值与各灯丝的目前的电阻值的差，以作为初始电阻值，且储存算出后的值，并且也考虑到该初始电阻值来实施所述再设定。

就离子源的运转方法而言，其将供给于离子源所具备的多根灯丝的通电电流进行再设定，该离子源的运转方法包含：

初始设定供给于各灯丝的通电电流，

量测在各灯丝的端子间的电压，

从初始设定的电流值与量测的电压值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差将供给于各灯丝的通电电流进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

就离子源的另一运转方法而言，其将供给于离子源所具备的多根灯丝的施加电压进行再设定，该离子源的运转方法包含：

初始设定在各灯丝的端子间的施加电压，

量测在各灯丝的通电电流，

从初始设定的电压值与量测的电流值算出各灯丝的目前的电阻值，并根据基准的电阻值与目前的电阻值的差将在各灯丝的端子间的施加电压进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

(发明效果)

根据各灯丝的目前的电阻值与基准的电阻值的差进行供给于各灯丝的通电电流或施加电压的再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值，从而，不论灯丝的丝径为何，都可使各灯丝的寿命一致。

通过使寿命一致，更换各灯丝的时序也会一致，所以随着灯丝更换所造成的离子源的停止频度会变少，而使离子源的稼动率提升。

附图说明

图1为示意性显示离子源的一构成例的图。

图2为示意性显示离子源的另一构成例的图。

图3为电阻值控制的流程图。

图4(A)和图4(B)为显示基准的电阻值与各灯丝的电阻值的时间变化的图。图4(A)为以不随着时间性变化的任意值为基准的电阻值时的图；而图4(B)为以将各灯丝的电阻值予以平均化而得的值为基准的电阻值时的图。

图5为考虑到图4(B)中初期电阻值的差异时的图。

图6为考虑到初期电阻值的电阻值控制的流程图。

图7为考虑到与灯丝的配置部位相对应的权重系数的电阻值控制的流程图。

附图标记说明

1 等离子产生容器

A1、A2、A3 电流计

C 控制装置

F1、F2、F3 灯丝

IB 离子射束

IS1、IS2 离子源

PS1、PS2、PS3 电源

R1、R2、R3 灯丝的电阻值

R1d、R2d、R3d 基准的电阻值Rs与各灯丝的电阻值R1至R3的差

Rave 平均电阻值

Ri 初始电阻值

Rs 基准的电阻值

T1 时间

V1、V2、V3 电压计。

具体实施方式

图1为离子源IS1的示意图。同一离子源IS1具有插入于以往众所周知的等离子产生容器1的内部的多根灯丝(在此例中，为三根U字型的灯丝F1至F3)的离子源。

经由未图示的气体喷出口(gas port)对等离子产生容器1的内部导入离子化气体(例如BF3或PH3)。该气体被从各灯丝所释放的热电子所电离，而在容器内部产生等离子。

等离子利用称为引导电极系统E的多枚电极(在本例中为四枚多孔电极)，而作为离子射束IB朝离子源IS1的下游侧引导。

在各灯丝F1至F3的端子间连接有电源PS1至PS3。控制装置C用于独立控制各电源PS1至PS3，从而设定供给于各灯丝F1至F3的通电电流的装置。

本发明于各灯丝F1至F3的端子间连接有电压计V1至V3。在利用控制装置C设定供给于各灯丝F1至F3的通电电流，并使对于各灯丝的通电开始之后，利用电压计V1至V3量测供给于各灯丝F1至F3的施加电压。

量测到的施加电压以有线或无线的方式传送至控制装置C。接收到其信号的控制装置C算出各灯丝F1至F3的电阻值R1至R3。因应其算出结果，控制装置C会将供给于各灯丝F1至F3的通电电流进行再设定。

图2为显示离子源的另一构成例的示意图。基本构成与在图1说明的离子源IS1相同。在此，针对不同点加以说明。

离子源IS2中，控制装置C进行连接于各灯丝F1至F3的端子间的电源PS1至PS3的电压值的设定。在根据设定值施加电压之后，利用连接于各灯丝F1至F3的电流计A1至A3进行供给于各灯丝F1至F3的通电电流的量测。

量测到的通电电流以有线或无线的方式传送至控制装置C。接收到其信号的控制装置C算出各灯丝F1至F3的电阻值R1至R3。因应其算出结果，控制装置C会将供给于各灯丝F1至F3的施加电压进行再设定。

在本发明中，也可采用在图1、图2所说明的任一个离子源。图3中绘制了：与通过在图1、图2所说明的各离子源的控制装置C所进行的电流、电压的再设定相关的具体流程图。

根据该流程图，详细说明利用控制装置C所进行的电阻值控制。在该流程图或后述的其他流程图中，虽是以量测施加电压且将通电电流进行再设定的图1的离子源IS1的构成例为前题进行说明，但只要将各个流程图中所设定的对象设为施加电压，且将量测的对象变更为通电电流，则也可适用于图2的离子源IS2的构成例。

在处理S1，设定供给于各灯丝的通电电流I1至I3，且以设定后的电流对各灯丝通电。此时的设定值可为任意值，流通于各灯丝的通电电流值可为相同，也可个别不同。

接着，在处理S2，量测在各灯丝的端子间的施加电压V1至V3。量测到的施加电压V1至V3的资料会传送至控制装置C，并在处理S3算出各灯丝的电阻值R1至R3。

之后，在处理S4个别地计算基准的电阻值Rs与先前计算出的各灯丝的目前的电阻值R1至R3的差。

在此所谓的基准的电阻值Rs可为任意的常数，也可为将各灯丝的电阻值予以平均而得的值。

为了要补偿所述的差，控制装置C在处理S5进行供给于各灯丝的通电电流的再设定，且根据再设定后的电流值进行对于各灯丝的通电。

一般而言，若通电电流变大则灯丝越快消耗，且电阻值向提高的方向急遽地变化。

反之，若通电电流变小则灯丝消耗变慢，虽然电阻值向提高的方向变化，但其变化平缓。

详述在处理S5的具体的处理，若从所述的基准的电阻值Rs减去灯丝的电阻值后的值为正值，则将供给于灯丝的通电电流设为较目前的设定值还大，以使作为对象的灯丝的电阻值接近于基准的电阻值Rs。

反之，当减去后的值为负值时，则将供给于灯丝的通电电流设为比目前的设定值还小，以使作为对象的灯丝的电阻值接近于基准的电阻值Rs。

图4(A)和图4(B)为显示基准的电阻值Rs与各灯丝的电阻值R1至R3的时间变化的图。图4(A)与图4(B)中，基准的电阻值Rs的采取方式不同。具体而言，图4(A)中，将基准的电阻值Rs设为恒定值，而图4(B)中，使其设为将各灯丝的电阻值予以平均化而得的值。

于各图中所记载的R1d至R3d为显示基准的电阻值Rs与各灯丝的电阻值R1至R3的差。

图4(A)中，将基准的电阻值Rs设为恒定值。各灯丝的电阻值R1至R3比基准的电阻值Rs还小时，虽然可将电阻值R1至R3校准成电阻值Rs(电阻值控制)，但会在电阻值R1至R3超过电阻值Rs时于电阻值控制有缺失。

例如，在时间T1的时序中，各灯丝的电阻值R1至R3已经超过基准的电阻值Rs。随着离子源的运转，各灯丝的电阻值R1至R3虽有程度上的差异但都是变高的倾向。当在时间T1的时序进行图3所述的电阻值控制时，并无法使变高后的电阻值R1至R3降低，所以无法进行往基准的电阻值Rs的校准。

如此，假若将基准的电阻值Rs设为恒定值，则当各灯丝的电阻值低于该值时，就要进行电阻值控值，以进行往基准的电阻值Rs的校准，但这样的话，能够进行电阻值控制的时序会受到时间性限制。

然而，相比于完全不进行电阻值控制的情形，由于进行过一次会朝使各灯丝的寿命一致的方向运作，所以随着灯丝更换所造成的离子源的停止频度会变少，而使离子源的稼动率提升。

另外，虽然也可考虑将所述的基准的电阻值Rs的值设为足够大的值，但若与各灯丝的电阻值的差变得太大，则难以使各灯丝的电阻值校准成基准的电阻值。

此外，即使已进行过校准，但若基准的电阻值被设定为较高的值，则各灯丝的电阻值会被校准成较高的电阻值，而使各灯丝的寿命变短，而且还会有离子源的稼动率降低的疑虑。

根据所述点，较优选为随着各灯丝的电阻值经时性地增加，而使基准的电阻值Rs也经时性地增加。

具体而言，基准的电阻值Rs也可选择多根灯丝当中的代表性的灯丝，且将被选择的灯丝的电阻值设为基准的电阻值Rs。

但是，由于被选择的灯丝的电阻值可能具有特异性，所以更优选的是将图4(B)所示的将所有灯丝的电阻值予以平均化而得的值(平均电阻值Rave)设为基准的电阻值Rs。

另外，该平均电阻值Rave也可为将所有灯丝中的多根灯丝的电阻值予以平均化而得的值。

相比于将基准的电阻值Rs设为恒定值的情形，通过采用代表性的灯丝的电阻值或平均电阻值，可使各灯丝的寿命更正确地一致化、并且容易进行电阻值的校准。

另一方面，也可预先设置一种在与各灯丝的电阻值无关系的一次函数或二次函数方面随着时间性增加的电阻值的函数，且将此种函数设为基准的电阻值Rs。然而，相比于设置这样的函数，使用实际的电阻值会更易于使校准电阻值时的调整幅度变得稳妥，且可无障碍地进行电阻值控制。

在开始离子源的运转的前才刚将所有灯丝更换成新品的瞬间后，理想而言是如图4(A)和图4(B)所示，在时间为零的时刻点的各灯丝的电阻值(初始电阻值)为一致。

然而，与电流导入端子的连接状态和/或灯丝制作时的加工误差会在各灯丝有所不同，而也会使得在时间为零的时刻点的各灯丝的电阻值大幅偏差。当该电阻值的偏差较大时，会有从各灯丝所释放的热电子量的相对关系在电阻值控制的前后大幅变化的疑虑。

图5为灯丝的电阻值的校准的说明图，在此，假设为于各灯丝的初始电阻值有较大的差的情形。

大致的来自灯丝的热电子释放量为以供给于灯丝的通电电流与灯丝电阻值平方的积所决定，所以在各灯丝的灯丝电阻值的相对关系大幅失衡时，来自各灯丝的热电子释放量的相对关系也会大幅失衡。

图5中，当虽然于各灯丝的初始电阻值有差异但仍在时间T1进行电阻值控制而将各灯丝电阻R1至R3校准成电阻值平均值Rave时，若使各灯丝的电阻值与电阻值平均值Rave一致，则也会致使来自各灯丝的热电子释放量的相对关系失衡。

来自各灯丝的热电子释放量的关系会大幅影响到自离子源引导出的离子射束的射束电流分布。例如，使用该离子源对基板进行离子射束照射处理时，若射束电流分布在电阻值控制的前后大幅变化，在某些状况会引发基板的处理不良。

图6为考虑到所述初始电阻值的不一致的电阻值控制的流程图。以下，针对该流程图加以说明。

根据基板处理枚数和/或从离子源的运转开始起的经过时间等，开始电阻值控制。之后，在处理S11，当目前的电阻值控制的实施次数为一次以上，并且，将在本次的电阻值控制所算出的各灯丝的电阻值予以平均化而得的值(平均电阻值)与在前次电阻值控制所算出的平均电阻值相比较会比预先决定的设定值还大时，就在处理S12于电阻值控制次数输入零，并前进至处理S13。

另一方面，在处理S11中未满足条件时，则处理会自处理S11移动至处理S13。

在处理S13，判定目前的电阻值控制的次数是否被重置为零。在此，若电阻值控制的次数被重置为零，则移动至处理S14，并从目前的平均电阻值Rave减去各灯丝的电阻值R1至R3，而算出各灯丝的初始电阻值Ri。

之后，将在处理S15所算出的各灯丝的初始电阻值Ri记录至控制装置C，并在处理S16将电阻值控制次数增加一次之后，结束电阻值控制。

另一方面，在进行了处理S14至处理S16所示的处理的后的第二次的电阻值控制中，由于在处理S13中电阻值控制次数并不是零，所以前进至处理S17，且将电阻值控制次数增加一次。

之后，前进至处理S18，对各灯丝的电阻值R1至R3加上在第一次的电阻值控制中所算出的初始电阻值，而且还依每个灯丝算出与平均电阻值Rave的差。

以后，在处理S19，根据在处理S18的算出结果，将各灯丝的通电电流进行再设定，并结束电阻值控制。只要采用如所述的控制流程，即可进行有考虑到初始电阻值的电阻值控制，即使例如于各灯丝的初始电阻值有较大的差，仍可在电阻值控制的前后将在各灯丝的热电子释放量的相对关系保持在大致相同的状态。

在所述实施方式，会针对所有的灯丝，若通电电流进行相同程度增减就使电阻值进行相同程度变化来进行处理。

然而，依灯丝的不同，会有即使流通相同的通电电流却仍使电阻值大幅变化的灯丝，也有不会这样的灯丝。

考虑到这一点时，则也可将图6所示的流程图依图7所示的流程图的方式变形。由于使用与图6的流程图所记载的各处理相同的符号的图7的处理会进行相同的处理，所以在此仅针对各流程图的相异点加以说明。

在图7的流程图中，作为处理S20，设置有对图6所示的处理S18中的计算结果乘以权重系数K的处理。此点与图6的流程图不同。

该权重系数K为依每个灯丝所决定的系数，且越容易消耗的灯丝(电阻值的经时性变化较大的灯丝)则设定越大的系数。其理由在于：若不使所设定的通电电流大幅变化，越纤细的灯丝就会越难校准成平均电阻值。

另外，灯丝的消耗的容易度会有取决于灯丝的配置部位的倾向，所以权重系数K也可与灯丝的配置部位相对应来决定。

在所述实施方式中使用U字型的构成作为灯丝的形状，但灯丝的形状并不限定于该形状。例如，也可使用将配置于等离子产生容器内部的灯丝的前端部构成为螺旋状等各式各样的形状的灯丝。

此外，灯丝的根数不限定于三根，只要两根以上则未限制根数。此外，图1、图2的离子源为将灯丝排列在等离子产生容器内的一壁面的构成，但也可为在其他壁面也配置灯丝的构成。

其他，除所述之外，当然也可在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种的改良及变更。

Claims (7)

1.一种离子源，其具备有：

多根灯丝；

控制装置，其个别地设定供给于各灯丝的通电电流；以及

电压计，其量测在各灯丝的电压；其中

所述控制装置从设定的电流值与量测的电压值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将供给于各灯丝的通电电流进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

2.一种离子源，其具备有：

多根灯丝；

控制装置，其设定在各灯丝的施加电压；以及

电流计，其量测供给于各灯丝的通电电流；其中

所述控制装置从设定的电压值与量测的电流值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将在各灯丝的端子间的施加电压进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

3.根据权利要求1或2所述的离子源，其中，

所述基准的电阻值为将各灯丝的目前的电阻值予以平均而得的电阻值。

4.根据权利要求3所述的离子源，其中，

所述控制装置还根据与各灯丝的配置部位相对应的权重系数，而将所述通电电流或所述施加电压进行再设定。

5.根据权利要求3所述的离子源，其中，

所述控制装置于进行所述再设定之前，算出各灯丝的将目前的电阻值予以平均而得的电阻值与各灯丝的目前的电阻值的差，以作为初始电阻值，且储存算出后的值，并且也考虑到该初始电阻值来实施所述再设定。

6.一种离子源的运转方法，其将供给于离子源所具备的多根灯丝的通电电流进行再设定，该离子源的运转方法包含：

初始设定供给于各灯丝的通电电流，

量测在各灯丝的端子间的电压，

从初始设定的电流值与量测的电压值算出各灯丝的目前的电阻值，且根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将供给于各灯丝的通电电流进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。

7.一种离子源的运转方法，其将供给于离子源所具备的多根灯丝的施加电压进行再设定，该离子源的运转方法包含：

初始设定在各灯丝的端子间的施加电压，

量测在各灯丝的通电电流，

从初始设定的电压值与量测的电流值算出各灯丝的目前的电阻值，并根据基准的电阻值与目前的电阻值的差，将在各灯丝的端子间的施加电压进行再设定，以使各灯丝的目前的电阻值成为基准的电阻值。