JP2006041402A - イオンビーム発生装置、イオンビーム発生方法および機能素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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。
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。
以下に、本発明の作用について説明する。
(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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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
Claims (29)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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