JP2016100053A - Ion beam irradiation device and program used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンビームをウエハ等に照射するイオンビーム照射装置等に関するものである。 The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus that irradiates a wafer or the like with an ion beam.
例えば液晶ディスプレイや半導体装置の製造において、液晶ガラス基板や半導体基板といった被処理物にリン（Ｐ）やボロン（Ｂ）などの不純物を注入するために、イオンビーム照射装置が用いられる。 For example, in manufacturing a liquid crystal display or a semiconductor device, an ion beam irradiation apparatus is used to inject impurities such as phosphorus (P) and boron (B) into an object to be processed such as a liquid crystal glass substrate and a semiconductor substrate.
このようなイオンビーム照射装置に用いられるイオン源は、内部でプラズマを発生させるプラズマ生成容器と、該プラズマ生成容器の内部に設置された複数のフィラメントを有したものであり、これら各フィラメント電流を流して加熱することにより熱電子を放出させ、プラズマ生成容器内の材料ガス分子に衝突させてプラズマを発生させるとともに、該プラズマを引出し電極系により引き出してイオンビームとして加速可能に構成してある。 An ion source used in such an ion beam irradiation apparatus has a plasma generation container for generating plasma therein and a plurality of filaments installed inside the plasma generation container. By flowing and heating, thermionic electrons are emitted and collided with material gas molecules in the plasma generation container to generate plasma, and the plasma is extracted by an extraction electrode system and can be accelerated as an ion beam.
このようにして所定のエネルギーにまで加速されたイオンビームは、被処理物の表面に照射されるが、この被処理物の各部位に対するイオン注入量を均一化するために、従来のイオンビーム照射装置には、イオンビームに交差する面内における複数位置にイオンビーム電流を計測するビーム電流センサ（例えばファラデーカップ）が設けられている。そして、これらビーム電流センサによってそれぞれ計測された各ビーム電流から得られるイオンビームのビームプロファイルを見て、各フィラメントへ流す電流をオペレータが調整し、イオンビームを均一化できるようにしてある。 The ion beam accelerated to a predetermined energy in this way is irradiated on the surface of the object to be processed. Conventional ion beam irradiation is performed in order to uniformize the ion implantation amount for each part of the object to be processed. The apparatus is provided with beam current sensors (for example, Faraday cups) that measure ion beam currents at a plurality of positions in a plane intersecting the ion beam. Then, by looking at the beam profile of the ion beam obtained from each beam current measured by each of these beam current sensors, the operator adjusts the current flowing to each filament so that the ion beam can be made uniform.
さらに近時では、特許文献１及び特許文献２に示されるように、イオン注入量を均一化すべく、各フィラメントへ流す電流を自動で制御する制御装置を設けたものも考えられている。このような制御装置においては、いずれも、ビーム電流センサがフィラメントの数にグループ分けしてあり、各フィラメントに対応する複数のビーム電流センサ（すなわちグループ）が定めてある。 Furthermore, recently, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is also considered that a control device for automatically controlling the current flowing to each filament is provided in order to make the ion implantation amount uniform. In any of these control devices, the beam current sensors are grouped into the number of filaments, and a plurality of beam current sensors (that is, groups) corresponding to each filament are defined.
そして、特許文献１では、グループごとのビーム電流センサの平均電流、すなわちグループ単位でビーム電流の平均を計測し、グループ単位で、その平均ビーム電流が目標電流に合致するように、対応するフィラメントの電流を制御してビーム電流の均一化を図るようにしてある。 And in patent document 1, the average current of the beam current sensor for each group, that is, the average of the beam current is measured in units of groups, and the corresponding beam of the corresponding filament is measured so that the average beam current matches the target current in units of groups. The current is controlled to make the beam current uniform.
特許文献２では、グループごとのビーム電流センサの平均電流を計測し、その平均電流が目標電流に合致するように、各フィラメントの電流を制御するが、その制御にあたって、各グループの平均電流に及ぼす各フィラメント電流の影響度、つまり重みを予め求めておき、その重みにしたがって各フィラメントの電流を制御してビーム電流の均一化を図るようにしてある。 In Patent Document 2, the average current of the beam current sensor for each group is measured, and the current of each filament is controlled so that the average current matches the target current. In this control, the average current of each group is affected. The degree of influence of each filament current, that is, a weight, is obtained in advance, and the current of each filament is controlled according to the weight to make the beam current uniform.
しかしながら、上記いずれの制御装置も、グループごとのビーム電流センサの平均電流のみに基づいてフィラメント電流を制御するため、グループ内での各ビーム電流センサの計測電流、すなわちイオンビームの各位置でのビーム電流にバラつきが生じたり、それを解消するために、ビーム電流の均一化ルーチンを繰り返し行わなければならなかったりする。 However, since any of the above control devices controls the filament current based only on the average current of the beam current sensor for each group, the measurement current of each beam current sensor in the group, that is, the beam at each position of the ion beam. A variation in the current may occur, or in order to eliminate this, the beam current equalization routine must be repeated.
要するに、各フィラメントから射出されるイオンビームは、理想的にガウシアン分布状をなすものであり、各ビーム電流センサにおいて本来それぞれ異なる電流値となるため、ビーム電流センサをグループ分けしその平均値だけをみて制御するという前記特許文献１や特許文献２の構成によってビーム電流を均一化するには限界がある。 In short, the ion beam emitted from each filament ideally has a Gaussian distribution, and each beam current sensor inherently has a different current value. Therefore, the beam current sensors are grouped and only the average value is obtained. There is a limit in making the beam current uniform by the configurations of Patent Document 1 and Patent Document 2 in which control is performed.
本発明は、かかる不具合に鑑みてなされたものであって、ビーム電流の均一化を確実かつ短時間で行うことのできるイオンビーム照射装置及びこれに用いられるプログラムを提供すべく図ったものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and is intended to provide an ion beam irradiation apparatus capable of surely and uniformly performing a beam current in a short time and a program used therefor. .
すなわち本発明に係るイオンビーム照射装置は、独立して電流を流すことの可能な複数のフィラメントを有するイオン源と、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以上の数のビーム電流センサと、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とを具備したイオンビーム照射装置である。 That is, an ion beam irradiation apparatus according to the present invention includes an ion source having a plurality of filaments capable of independently flowing current, and a surface that intersects the ion beam with the beam current of the ion beam drawn from the ion source. An ion beam irradiation apparatus comprising a plurality of beam current sensors that are measured at a plurality of positions in the inside, and a controller that controls a filament current flowing through each filament.
そして、前記制御装置が、全部又は一部のビーム電流センサで得られたビーム電流の平均値を演算して、その平均値が所定の目標範囲に入るように各フィラメント電流を制御する平均ビーム電流制御ルーチンを実行した後、各ビーム電流を均一化するためのフィラメント理論電流をそれぞれ算出し、出力する均一制御ルーチンを実行するものであり、
前記均一制御ルーチンにおいて前記制御装置が、各フィラメント電流の変化が各ビーム電流の変化に及ぼす度合いである重み係数を算出する重み係数算出ルーチンと、前記重み係数算出ルーチンで得られた重み係数に基づいて、各ビーム電流の値を所定の目標電流値に可及的に近づけるための各フィラメントの理論電流値をそれぞれ算出するフィラメント理論電流計算ルーチンとを実行することを特徴とする。
And the said control apparatus calculates the average value of the beam current obtained by all or one part of beam current sensors, and average beam current which controls each filament current so that the average value may enter into a predetermined target range After executing the control routine, the filament theoretical current for equalizing each beam current is calculated and output, and the uniform control routine is executed.
In the uniform control routine, the control device calculates a weighting coefficient that is a degree to which a change in each filament current affects a change in each beam current, and a weighting coefficient obtained by the weighting coefficient calculation routine. And a filament theoretical current calculation routine for calculating a theoretical current value of each filament for making the value of each beam current as close as possible to a predetermined target current value.
短時間でかつ有効な重み係数を求めるための具体的実施態様としては、前記重み係数算出ルーチンにおいて制御装置が、前記平均ビーム電流制御ルーチンで設定された各フィラメント電流を初期値として、各フィラメントの電流を順に所定値だけ変化させ、それによって生じる各ビーム電流の変化量に基づいて、前記重み係数を算出するように構成したものを挙げることができる。 As a specific embodiment for obtaining an effective weighting factor in a short time, the control device in the weighting factor calculation routine uses each filament current set in the average beam current control routine as an initial value, A configuration in which the current is changed by a predetermined value in order and the weighting factor is calculated based on the amount of change in each beam current caused thereby can be mentioned.
フィラメント理論電流を実際にフィラメントに流すだけでは、ビーム電流の均一性は実現できても、ビーム電流全体として過不足が生じる可能性がある。これを解消するには、例えば、前記制御装置が、前記均一制御ルーチンの後、前記平均ビーム電流制御ルーチンを再度実行するようにしておけばよい。 Even if the theoretical current of the filament is actually passed through the filament, the beam current can be made uniform, but there is a possibility that the beam current as a whole will be excessive or insufficient. In order to solve this, for example, the control device may execute the average beam current control routine again after the uniform control routine.
ビーム電流の均一性のみを過度に追求すると、制御性が悪化したり、各フィラメント電流に不均一が生じて特定のフィラメントに負荷がかかり、製品寿命やメンテナンス期間が短くなったりする可能性がある。 If only the uniformity of the beam current is pursued excessively, the controllability may be deteriorated, or the filament current may become non-uniform, causing a load on a specific filament and shortening the product life and maintenance period. .
この課題を解決するためには、均一制御ルーチンにおいて前記制御装置が、前記フィラメント理論電流計算ルーチンで得られた各フィラメントの理論電流値を補正するフィラメント理論電流補正ルーチンをさらに実行し、このフィラメント理論電流計算ルーチンにおいて前記制御装置が、前記フィラメント理論電流からイオンビームの理論上の均一性を計算し、この理論上のビーム均一性が前記目標電流値を含む所定の範囲に入っているという条件を満たす限りにおいて、各フィラメント理論電流の値のバラつきが減少する方向に、一部のフィラメント理論電流を所定値だけ変化させる補正を行うようにしておくことが望ましい。 In order to solve this problem, in the uniform control routine, the control device further executes a filament theoretical current correction routine for correcting the theoretical current value of each filament obtained in the filament theoretical current calculation routine. In the current calculation routine, the controller calculates the theoretical uniformity of the ion beam from the filament theoretical current, and the theoretical beam uniformity is in a predetermined range including the target current value. As long as it is satisfied, it is desirable to perform a correction for changing a part of the filament theoretical current by a predetermined value in a direction in which the variation in the value of each filament theoretical current decreases.
このように構成した本発明によれば、従来のようなグループ分けした一群のビーム電流の平均に基づいてフィラメント電流を制御するのではなく、各計測位置におけるビーム電流の値に基づいて各フィラメント電流を制御するので、より精度の高いビーム電流の均一化を図ることができる。 According to the present invention configured as described above, the filament current is not controlled based on the average of the grouped group of beam currents as in the prior art, but based on the value of the beam current at each measurement position. Therefore, the beam current can be made more uniform with higher accuracy.
一方、このような各ビーム電流の値に基づく制御は、多値、多パラメータとなり、フィードバック制御のみでは安定するまでに時間がかかったり、安定しないことも十分ありうるが、ここでは、各ビーム電流の均一性を実現できるフィラメント電流を、理論計算によってフィードフォワード的に求めているため、短い時間で安定性よく各ビーム電流の均一化を図ることができる。 On the other hand, such control based on the value of each beam current is multi-valued and multi-parameter, and it may take time to stabilize or not stable with only feedback control. Since the filament current capable of realizing the uniformity is obtained in a feed-forward manner by theoretical calculation, each beam current can be made uniform with high stability in a short time.
また、平均ビーム電流制御ルーチンを理論計算の前に実行し、その実行結果に基づいて理論計算を行うので該理論計算の精度がより向上するとともに、フィラメント理論電流だけでは補えないフィラメント電流の過不足を回避することもできる。 In addition, since the average beam current control routine is executed before the theoretical calculation and the theoretical calculation is performed based on the execution result, the accuracy of the theoretical calculation is further improved, and the filament current is insufficient or insufficient which cannot be compensated by the filament theoretical current alone. Can also be avoided.
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First Embodiment>
このイオンビーム照射装置１００は、例えば非質量分離型イオン注入装置に用いられるものであり、図１に示すように、イオン源２から引出し電極機構３を介して引き出した大面積のイオンビームＢを、質量分離器を通すことなく、そのまま被照射体Ｗに照射してイオン注入できるようにしたものである。イオン注入時は、必要に応じて、被照射体ＷをイオンビームＢの照射領域内で、例えば紙面の表裏方向に、機械的に走査しても良い。被照射体Ｗは、例えばガラス基板、半導体基板等である。 This ion beam irradiation apparatus 100 is used, for example, in a non-mass separation type ion implantation apparatus. As shown in FIG. 1, a large area ion beam B extracted from an ion source 2 through an extraction electrode mechanism 3 is used. Irradiate the irradiated object W as it is without passing through the mass separator, so that ion implantation can be performed. At the time of ion implantation, the irradiated object W may be mechanically scanned within the irradiation region of the ion beam B, for example, in the front and back direction of the paper surface, as necessary. The irradiated object W is, for example, a glass substrate or a semiconductor substrate.
前記イオン源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、イオン源ガスが収容されたプラズマ生成容器２１と、このプラズマ生成容器２１内に設けられた複数（例えば１０個）のフィラメント２２と、各フィラメント２２にそれぞれ独立に電流を供給する同数のフィラメント電源２３とを具備してなる。 The ion source 2 is also called a bucket type ion source (or a multipole magnetic field type ion source), and includes a plasma generation container 21 in which an ion source gas is accommodated, and a plurality (in the plasma generation container 21 ( For example, ten filaments 22 and the same number of filament power supplies 23 for supplying current to each filament 22 independently.
そして、各フィラメント２２にフィラメント電源２３からフィラメント電流ＩＦを流してこれを加熱し、熱電子を発生させてプラズマ生成容器２１との間でアーク放電を生じさせ、イオン源ガスを電離させてプラズマ８を生成するとともに、前記引出し電極機構１０によって、このプラズマ８から前記イオンビームＢを引き出すことができるように構成してある。 Then, a filament current IF is supplied to each filament 22 from the filament power source 23 and heated to generate thermoelectrons to cause arc discharge with the plasma generation vessel 21, ionizing the ion source gas and plasma 8. And the ion beam B can be extracted from the plasma 8 by the extraction electrode mechanism 10.
さらにこのイオンビーム照射装置１００には、イオンビームＢに交差する面内における所定各位置でのビーム電流ＩＢを測定するための複数のビーム電流センサ３と、これらビーム電流センサ３によって計測されたビームプロファイルを目標値（ここでは均一な所定値）に近づけるべく、フィラメント電源２３を通じて前記各フィラメント２２に流す電流ＩＦを制御する制御装置４とが設けられている。 Further, the ion beam irradiation apparatus 100 includes a plurality of beam current sensors 3 for measuring a beam current IB at predetermined positions in a plane intersecting the ion beam B, and beams measured by the beam current sensors 3. In order to bring the profile close to a target value (here, a uniform predetermined value), there is provided a control device 4 that controls the current IF that flows to each filament 22 through the filament power supply 23.
前記ビーム電流センサ３は、例えばファラデーカップ等から構成したものであり、フィラメント２２の数よりも多い複数（例えば５９個）が、イオンビームＢの照射領域内であってその断面長手方向に平行に直列配置されている。なお、このビーム電流センサ３によるイオンビームＢの計測時には、被照射体ＷはイオンビームＢを遮らない位置に退避移動させてある。また、ビーム電流センサの数とフィラメントの数とは同数であってもよい。 The beam current sensor 3 is constituted by, for example, a Faraday cup or the like, and a plurality (for example, 59 pieces) larger than the number of filaments 22 are within the irradiation region of the ion beam B and are parallel to the longitudinal direction of the cross section. They are arranged in series. Note that when the ion beam B is measured by the beam current sensor 3, the irradiated object W is retreated to a position where the ion beam B is not blocked. Further, the number of beam current sensors and the number of filaments may be the same.
制御装置４は、図示しないＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏポート、ＡＤコンバータなどを備えたデジタル乃至アナログ電子回路からなるものであり、前記メモリに記憶させた所定のプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が共働することによって、ビーム電流センサ３から得られるビームプロファイルが所定の均一範囲となるようにフィラメント電源２３を制御する均一化ルーチンを実行するものである。 The control device 4 includes a digital or analog electronic circuit including a CPU, a memory, an I / O port, an AD converter, and the like (not shown), and the CPU and its peripheral devices are in accordance with a predetermined program stored in the memory. By working together, a uniformizing routine for controlling the filament power supply 23 is executed so that the beam profile obtained from the beam current sensor 3 falls within a predetermined uniform range.
次に、前記均一化ルーチンの詳細を説明する。ここでの均一化ルーチンは、後述する均一制御ルーチンと平均ビーム電流制御ルーチンとを含むものである。また、この実施形態では、次々搬送されてくる各被照射体Ｗがイオン注入位置に設置される前に、都度均一化ルーチンを実行するようにしているが、被照射体ロットごとに均一化ルーチンを実行するなど、その実行タイミングは適宜変更可能である。 Next, details of the uniformizing routine will be described. The uniformizing routine here includes a uniform control routine and an average beam current control routine which will be described later. In this embodiment, the uniformizing routine is executed each time before each irradiated object W transported one after another is installed at the ion implantation position. However, the uniformizing routine is performed for each irradiated object lot. The execution timing can be changed as appropriate.
しかして、前記均一化ルーチンにおいて制御装置４は、図２に示すように、まず、各フィラメント電源２３に指令を出して予め定めた初期電流を各フィラメント２２に流し（ステップＳ１）、続いて平均ビーム電流制御ルーチンを実行する（ステップＳ２）。 Accordingly, in the uniformizing routine, as shown in FIG. 2, the control device 4 first issues a command to each filament power source 23 to cause a predetermined initial current to flow through each filament 22 (step S1), and then averages. A beam current control routine is executed (step S2).
この平均ビーム電流制御ルーチンにおいては、図３に示すように、制御装置４は、全ての各ビーム電流センサ３によってビーム電流ＩＢをそれぞれ計測し（ステップＳｂ１１）、計測した各ビーム電流ＩＢの平均値を演算する（ステップＳｂ１２）。そして、演算した平均値が設定値の許容範囲内にあるか否か判断し（ステップＳｂ１３）、許容範囲内に無い場合、平均値が許容範囲内になるまで、全てのフィラメント電流ＩＦをそれぞれほぼ同じ量だけ増減させるステップ（ステップＳｂ１４〜Ｓｂ１６）を繰り返す。 In this average beam current control routine, as shown in FIG. 3, the control device 4 measures the beam current IB by all the beam current sensors 3 (step Sb11), and the average value of the measured beam currents IB. Is calculated (step Sb12). Then, it is determined whether or not the calculated average value is within the allowable range of the set value (step Sb13). If the calculated average value is not within the allowable range, all the filament currents IF are substantially equal until the average value is within the allowable range. The steps of increasing / decreasing by the same amount (steps Sb14 to Sb16) are repeated.
なお、この平均ビーム電流制御ルーチンにおいては、特許文献１に示すようにグループごとのビーム電流センサの平均電流を計測し、各グループの平均電流が目標電流にそれぞれ合致するように、対応するフィラメントの電流を制御するようにしてもよい。
また、全てのビーム電流センサのうちのいくつかを予め選定しておき、その選定したビーム電流センサで計測されたビーム電流の平均値に基づいて、フィラメントの電流を制御するようにしてもよい。
In this average beam current control routine, as shown in Patent Document 1, the average current of the beam current sensor for each group is measured, and the corresponding filaments are adjusted so that the average current of each group matches the target current. The current may be controlled.
Alternatively, some of the beam current sensors may be selected in advance, and the filament current may be controlled based on the average value of the beam currents measured by the selected beam current sensor.
次に、前記平均ビーム電流制御ルーチンによって、計測した各ビーム電流ＩＢの平均値が設定値の許容範囲内になると、前述したように制御装置４は均一制御ルーチンを実行する。
この均一制御ルーチンにおいて、制御装置４は、図２に示すように、重み係数算出ルーチン（ステップＳ３）をまず実行する。
Next, when the average value of the measured beam currents IB is within the allowable range of the set value by the average beam current control routine, as described above, the control device 4 executes the uniform control routine.
In this uniform control routine, the control device 4 first executes a weight coefficient calculation routine (step S3) as shown in FIG.
この重み係数算出ルーチンでは、図４に示すように、制御装置４は、各フィラメント２２の電流ＩＦｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）を順に所定値（ここでは、例えば単位量（１Ａ））だけ変化させ、それによる各ビーム電流ＩＢｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の変化量をそれぞれ計測して（ステップＳｂ２１〜Ｓｂ２６）、その値をメモリの所定領域に格納する。そして、メモリに格納された前記各ビーム電流ＩＢｉの変化量に基づいて、各フィラメント電流ＩＦｊの変化が、各ビーム電流ＩＢｉの変化に及ぼす度合い、つまり重み係数ａｉｊを算出する（ステップＳｂ２７）。ここでの重み係数ａｉｊは、各フィラメント電流ＩＦｊをそれぞれ単位量だけ変化させたときの各ビーム電流ＩＢｉの変化量としている。
なお、前記重み係数算出ルーチンにおいて、重み係数を求めるために電流を変化させるフィラメント２２は、通常運転時に使用される、あるいは稼動中の全てのフィラメント２２という意味である。この種のイオン照射装置においては、使用中のフィラメントが断線、消耗した際に代替させるための予備フィラメントを有している場合があり、このような予備フィラメントは含まないという意味である。また、全てのビーム電流センサを用いる必要はなく、一部のみ（例えば１つおき）を用いて残りは推定によって重み係数を求めるなどしてもよい。
In this weighting factor calculation routine, as shown in FIG. 4, the control device 4 sequentially sets the current IF j (j = 1, 2,..., M) of each filament 22 to a predetermined value (here, for example, a unit amount). (1A)), and the amount of change of each beam current IB i (i = 1, 2,..., N) is measured (steps Sb21 to Sb26), and the value is stored in a predetermined area of the memory. To store. Then, based on the amount of change of each beam current IB i stored in the memory, the degree to which the change of each filament current IF j affects the change of each beam current IB i , that is, the weighting factor a ij is calculated (step) Sb27). The weighting coefficient a ij here is the amount of change in each beam current IB i when each filament current IF j is changed by a unit amount.
In the weighting coefficient calculation routine, the filaments 22 that change the current to obtain the weighting coefficient mean all the filaments 22 that are used during normal operation or are in operation. In this type of ion irradiation apparatus, there are cases where a filament in use has a spare filament for replacement when the filament is broken or worn, and this means that such a spare filament is not included. Further, it is not necessary to use all the beam current sensors, and only a part (for example, every other) may be used, and the remaining weight coefficients may be obtained by estimation.
次に、制御装置４は、前記重み係数ａｉｊに基づいて、各ビーム電流ＩＢｉを目標電流に合致させることのできる、各フィラメントの電流値（以下、フィラメント理論電流ともいう。）を算出する（ステップＳ４、フィラメント理論電流計算ルーチン）。
その算出理論を以下に説明する。
ｉ番目のビーム電流センサ３で計測されたビーム電流ＩＢｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）は、以下の式（数１）で表すことができる。
Next, the control device 4 calculates a current value of each filament (hereinafter, also referred to as a filament theoretical current) that can match each beam current IB i with a target current based on the weight coefficient a ij . (Step S4, filament theoretical current calculation routine).
The calculation theory will be described below.
The beam current IB i (i = 1, 2,... N) measured by the i-th beam current sensor 3 can be expressed by the following equation (Equation 1).
イオンビームＢの均一性を向上させるには、式（数１）に示される各ビーム電流ＩＢｉが目標電流(一定値)になるよう、各フィラメント電流ＩＦｊを変化させればよい。
フィラメント電流ＩＦｊをΔＩＦｊだけ変化させたとき、式（数１）は、以下の式（数２）で表される。
When the filament current IF j is changed by ΔIF j , the equation (Equation 1) is expressed by the following equation (Equation 2).
式（数２）より、各ビーム電流の変化量ΔＩＢｉは、以下の式（数３）で表される。
そこで、各ビーム電流の計測値を所定の目標値にするための偏差を前記ΔＩＢｉとおいた場合、均一制御には、式（数３）で表される各ΔＩＢｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）を同時に満たすΔＩＦｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）を求める必要がある。つまり、Ｎ個の式の連立方程式の厳密解を求める必要がある。しかし、そもそも変数と式の数が一致していない場合があり、その場合は、厳密解が存在しないことも生じ得るため、ここでは厳密解ではなく、最小二乗法による近似解を求めるようにしている。
すなわち、ΔＩＢｉと式（数３）の残差の二乗和Ｓは、
That is, ΔIB i and the square sum S of the residuals in the equation (Equation 3) are
近似解の条件は、ΔＩＦｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）の微小変化に対して、残差の二乗和Ｓの変化がゼロになることである。具体的には極小値を求めれば良く、その条件が下記式（数５）で表される。
すなわち、式（数４）と式（数５）より、下記式（数６）で表されるＭ個の式からなる連立方程式の解を求めれば良い。
式（数６）は、下記式（数７）と展開され、式（数７）を満たすΔＩＦｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）を求めればよい。
式（数７）はＭ個の変数を持ち、同数の一次方程式で構成されるため、クラメルの公式が適用できる。クラメルの公式より式（数７）の解は、
以上より、ビーム電流制御に必要なフィラメント電流値の組を求めることができる。実際には、制御装置４は、フィラメント理論電流計算ルーチン（ステップＳ４）において、式（数８）またはそれと均等な式から各フィラメント２２に流すべき理論電流を計算する。
次に制御装置４は、前記フィラメント理論電流を各フィラメント２２に実際に流す（ステップＳ５）。
以上で、均一制御ルーチンを終了する。
From the above, a set of filament current values necessary for beam current control can be obtained. Actually, the control device 4 calculates the theoretical current to be supplied to each filament 22 from the equation (Equation 8) or an equation equivalent thereto in the filament theoretical current calculation routine (step S4).
Next, the control device 4 actually causes the filament theoretical current to flow through each filament 22 (step S5).
This completes the uniform control routine.
次に、制御装置４は、前記ステップＳ２と同様の平均ビーム電流制御ルーチンを再度実行する（ステップＳ６）。
そして、計測した各ビーム電流ＩＢｉが、所定の目標範囲に入っているかどうか、すなわち、均一性が所定範囲内かどうかを判定する（ステップＳ７）。そして、均一性が満たされていれば、この均一化ルーチンを終了し、そうでなければステップＳ３に戻る。
Next, the control device 4 executes again the average beam current control routine similar to step S2 (step S6).
Then, it is determined whether or not each measured beam current IB i is within a predetermined target range, that is, whether the uniformity is within the predetermined range (step S7). If the uniformity is satisfied, the uniformity routine is terminated. Otherwise, the process returns to step S3.
以上の構成によれば、従来のようなグループ分けした一群のビーム電流の平均に基づいてフィラメント電流を制御するのではなく、各計測位置におけるビーム電流の値に基づいて各フィラメント電流を制御するので、より精度の高いビーム電流の均一化を図ることができる。 According to the above configuration, the filament current is controlled based on the value of the beam current at each measurement position, instead of controlling the filament current based on the average of the grouped beam current as in the conventional case. Therefore, the beam current can be made more uniform with higher accuracy.
一方、このような各ビーム電流の値に基づく制御は、多値、多パラメータとなり、フィードバック制御のみでは安定するまでに時間がかかったり、安定しないことも十分ありうるが、ここでは、各ビーム電流の均一性を実現できるフィラメント電流を、例えば最小二乗法を応用した理論計算によってフィードフォワード的に求めているため、短い時間で安定性よく各ビーム電流の均一化を図ることができる。また、平均ビーム電流制御ルーチンを理論計算の前に実行し、その実行結果に基づいて理論計算を行うので該理論計算の精度（特に重み係数の精度）がより向上するとともに、理論計算の後にも平均ビーム電流制御ルーチンを実行するので、フィラメント理論電流だけでは補えないフィラメント電流の過不足を修正することもできる。 On the other hand, such control based on the value of each beam current is multi-valued and multi-parameter, and it may take time to stabilize or not stable with only feedback control. Since the filament current capable of realizing the uniformity is obtained in a feed-forward manner by, for example, theoretical calculation using the least square method, each beam current can be made uniform in a short time with good stability. In addition, since the average beam current control routine is executed before the theoretical calculation and the theoretical calculation is performed based on the execution result, the accuracy of the theoretical calculation (especially the accuracy of the weighting factor) is further improved, and also after the theoretical calculation. Since the average beam current control routine is executed, the excess or deficiency of the filament current that cannot be compensated only by the filament theoretical current can be corrected.
さらに、この実施形態では、各被照射体ごとに、あるいはロットごとに前記各ルーチンを実行するので、フレッシュなデータを使用することができ、装置のコンディション変化に対応できる。 Furthermore, in this embodiment, since each said routine is performed for every to-be-irradiated object or for every lot, fresh data can be used and it can respond to the condition change of an apparatus.
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
この第２実施形態では、図５に示すように、前記均一化ルーチンにおいて、フィラメント理論電流計算ルーチンの後に、該ルーチンで算出したフィラメント理論電流を補正するフィラメント理論電流補正ルーチン（ステップＳ４’）を実行する点が異なっている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, in the equalization routine, after the filament theoretical current calculation routine, a filament theoretical current correction routine (step S4 ′) for correcting the filament theoretical current calculated in the routine is performed. The point of execution is different.
このフィラメント理論電流補正ルーチンは、均一なビーム電流を得るための最適化された理論フィラメント電流そのものを直ちに出力してしまうのではなく、ビーム電流の均一性が最適値よりやや緩めの許容範囲内にあることを条件に、各フィラメント理論電流の値を平均化される方向に補正するためのものである。
次に、このフィラメント理論電流補正ルーチンについて詳述する。
This filament theoretical current correction routine does not immediately output the optimized theoretical filament current itself to obtain a uniform beam current, but the uniformity of the beam current is within an allowable range that is slightly looser than the optimum value. It is for correcting the value of each filament theoretical current in the direction in which it is averaged on condition that it exists.
Next, the filament theoretical current correction routine will be described in detail.
このフィラメント理論電流補正ルーチンにおいて、制御装置４は、図６に示すように、まずフィラメント電流理論計算ルーチンで求めたフィラメント理論電流をそのまま出力するか（すなわち、図５に示すステップＳ５に進むか）、補正のための再計算を行うかのいずれかを判断する出力／再計算判定ルーチンを実行する。 In this filament theoretical current correction routine, as shown in FIG. 6, the controller 4 first outputs the filament theoretical current obtained in the filament current theoretical calculation routine as it is (that is, whether to proceed to step S5 shown in FIG. 5). Then, an output / recalculation determination routine for determining whether to perform recalculation for correction is executed.
より具体的には、この出力／再計算判定ルーチンにおいて、制御装置は、図７に示すように、前記フィラメント理論電流からイオンビームＢ（又は各ビーム電流）の理論上の均一性を計算する（ステップＳｂ４１）。 More specifically, in this output / recalculation determination routine, as shown in FIG. 7, the control device calculates the theoretical uniformity of the ion beam B (or each beam current) from the filament theoretical current ( Step Sb41).
そして、この理論上のビーム均一性が所定の範囲に入っているかどうかを判断し（ステップＳｂ４２）、入っていない場合、前記フィラメント理論電流をそのまま出力すると判断する（ステップＳｂ４５）。その理由は、このフィラメント理論電流補正ルーチンが、前述したように理論上のビーム均一性の最適値を緩和する方向の補正を施すものであるから、この判断時点（ステップＳｂ４２）で、理論上のビーム均一性が所定の範囲に入っていない場合は、この後のフィラメント理論電流補正ルーチンを行うことによってさらに理論上のビーム均一性が悪くなり、前記許容範囲を外れてしまうからである。 Then, it is determined whether or not the theoretical beam uniformity is within a predetermined range (step Sb42). If not, it is determined that the filament theoretical current is output as it is (step Sb45). The reason for this is that the filament theoretical current correction routine corrects the direction in which the optimum value of the theoretical beam uniformity is relaxed as described above, and at this point in time (step Sb42), the theoretical This is because when the beam uniformity is not within the predetermined range, the theoretical beam uniformity is further deteriorated by performing the subsequent filament theoretical current correction routine, and the allowable range is not satisfied.
一方で、理論上のビーム均一性が所定の範囲に入っている場合は、さらに各フィラメントの制御前電流と各フィラメントの前記理論電流との差の絶対値の平均が所定値以下かどうかを判断する（ステップＳｂ４３）。所定値以下であれば、前記フィラメント理論電流をそのまま出力すると判断して（ステップＳｂ４５）、図５に示すステップＳ５に進む。その理由はａｉｊの非線形性の影響が小さいと判断できるからである。一方、そうでなければ、再計算要、つまり補正要と判断する（ステップＳｂ４４）。 On the other hand, when the theoretical beam uniformity is within a predetermined range, it is further determined whether the average of the absolute value of the difference between the pre-control current of each filament and the theoretical current of each filament is less than the predetermined value. (Step Sb43). If it is below the predetermined value, it is determined that the filament theoretical current is output as it is (step Sb45), and the process proceeds to step S5 shown in FIG. The reason is that it can be determined that the influence of nonlinearity of a ij is small. On the other hand, if not, it is determined that recalculation is necessary, that is, correction is necessary (step Sb44).
しかして、この出力／再計算判定ルーチンにおいて再計算要と判断した場合、制御装置４は、制御前電流値と理論電流値との差が最も大きいフィラメントを抽出し、その抽出したフィラメント（以下、ＦＩＬｅｘｔ１ともいう。）の理論電流値を、その差を打ち消す方向に所定値だけ変える（ステップＳｂ３２）。
次に、制御装置４は、ＦＩＬｅｘｔ１を除外して前記フィラメント電流理論計算ルーチンを実行する（ステップＳｂ３３）。
If it is determined in this output / recalculation determination routine that recalculation is necessary, the control device 4 extracts the filament having the largest difference between the pre-control current value and the theoretical current value, and the extracted filament (hereinafter, The theoretical current value of FIL ext1 ) is changed by a predetermined value in a direction to cancel the difference (step Sb32).
Next, the control device 4 excludes FIL ext1 and executes the filament current theory calculation routine (step Sb33).
そして、再度、出力／再計算判定ルーチンを実行し（ステップＳｂ３４）、前記フィラメント理論電流をそのまま出力すると判断した場合は、ステップＳｂ３５に進み、平均理論電流の値から最も離れた値の理論電流を有するフィラメントが前記ＦＩＬｅｘｔ１かどうかを判断する。
そして、前記ＦＩＬｅｘｔ１であった場合は、ステップＳｂ３２に戻る。
Then, the output / recalculation determination routine is executed again (step Sb34), and if it is determined that the filament theoretical current is output as it is, the process proceeds to step Sb35, and the theoretical current having the value farthest from the average theoretical current value is obtained. It is determined whether the filament having the FIL ext1 .
If it is FIL ext1 , the process returns to step Sb32.
そうでなければ、制御装置４は、フィラメント制御前電流値とフィラメント理論電流値との差が最も大きいフィラメントを新たに抽出し、前記同様の手順を繰り返す（ステップＳｂ３６〜ステップＳｂ３１１・・・）。 Otherwise, the control device 4 newly extracts a filament having the largest difference between the pre-filament current value and the filament theoretical current value, and repeats the same procedure (steps Sb36 to Sb311...).
かかる第２実施形態によれば、イオンビームの均一化を担保しつつ、制御前のフィラメント電流値、つまり平均ビーム電流制御ルーチンで設定されたフィラメント電流値とフィラメント理論電流値との差を少なくし、実際に流す各フィラメント電流の均一性を向上させることができる。 According to the second embodiment, while ensuring uniformity of the ion beam, the difference between the filament current value before control, that is, the filament current value set in the average beam current control routine and the filament theoretical current value is reduced. Thus, the uniformity of each filament current that is actually passed can be improved.
これは、フィラメント電流値の増加量に対する、ビームへの依存性が比例の関係にないことに着目したことによって初めてなされたものであり、これによって、取得した重み係数による理論計算と、実際の均一性との誤差を少なくすることが可能となる。ひいては、前記第１実施形態よりも制御性、制御安定性に優れるという効果を得られる。
さらに、フィラメントの均一性も良い値に保てる。これにより、特定のフィラメントだけに負荷が掛かるのを避けることができる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
This was made for the first time by paying attention to the fact that the dependence on the beam is not proportional to the increase in filament current value. It is possible to reduce an error from the sex. As a result, it is possible to obtain an effect that controllability and control stability are superior to those of the first embodiment.
Furthermore, the uniformity of the filament can be kept at a good value. Thereby, it is possible to avoid applying a load only to a specific filament.
In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００・・・イオンビーム照射装置
２・・・イオン源
２２・・・フィラメント
３・・・イオン電流センサ
４・・・制御装置
ＩＢ・・・ビーム電流
ＩＦ・・・フィラメント電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Ion beam irradiation apparatus 2 ... Ion source 22 ... Filament 3 ... Ion current sensor 4 ... Control apparatus IB ... Beam current IF ... Filament current
Claims (5)
前記制御装置が、全部又は一部のビーム電流センサで得られたビーム電流の平均値を演算して、その平均値が所定の目標範囲に入るように各フィラメント電流を制御する平均ビーム電流制御ルーチンを実行した後、各ビーム電流を均一化するためのフィラメント理論電流をそれぞれ算出し、出力する均一制御ルーチンを実行するものであり、
前記均一制御ルーチンにおいて前記制御装置は、各フィラメント電流の変化が各ビーム電流の変化に及ぼす度合いである重み係数を算出する重み係数算出ルーチンと、前記重み係数算出ルーチンで得られた重み係数に基づいて、各ビーム電流の値を所定の目標電流値に可及的に近づけるための、各フィラメントの理論電流値をそれぞれ算出するフィラメント理論電流計算ルーチンとを実行することを特徴とするイオンビーム照射装置。 An ion source having a plurality of filaments capable of independently flowing current, and a beam current of an ion beam extracted from the ion source at a plurality of positions in a plane intersecting the ion beam; In an ion beam irradiation apparatus comprising a beam current sensor having a number equal to or greater than the number of filaments and a control device for controlling a filament current flowing through each filament,
An average beam current control routine in which the control device calculates an average value of beam currents obtained by all or some of the beam current sensors and controls each filament current so that the average value falls within a predetermined target range. After executing the above, the filament theoretical current for equalizing each beam current is calculated and output, and a uniform control routine for executing is executed.
In the uniform control routine, the control device is configured to calculate a weighting coefficient that is a degree to which a change in each filament current affects a change in each beam current, and a weighting coefficient obtained by the weighting coefficient calculation routine. And a filament theoretical current calculation routine for calculating a theoretical current value of each filament for making the value of each beam current as close as possible to a predetermined target current value. .
このフィラメント理論電流計算ルーチンにおいて前記制御装置は、前記フィラメント理論電流からイオンビームの理論上の均一性を計算し、この理論上のビーム均一性が前記目標電流値を含む所定の範囲に入っているという条件を満たす限りにおいて、各フィラメント理論電流の値のバラつきが減少する方向に、一部のフィラメント理論電流を所定値だけ変化させる補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のイオンビーム照射装置。 In the uniform control routine, the control device further executes a filament theoretical current correction routine for correcting the theoretical current value of each filament obtained in the filament theoretical current calculation routine,
In the filament theoretical current calculation routine, the controller calculates the theoretical uniformity of the ion beam from the filament theoretical current, and the theoretical beam uniformity falls within a predetermined range including the target current value. 4. The correction according to claim 1, wherein correction is performed to change a part of the filament theoretical current by a predetermined value in a direction in which the variation in the value of each filament theoretical current is reduced as long as the above condition is satisfied. Ion beam irradiation device.
前記制御装置が、全部又は一部のビーム電流センサで得られたビーム電流の平均値を演算して、その平均値が所定の目標範囲に入るように各フィラメント電流を制御する平均ビーム電流制御ルーチンを実行した後、各ビーム電流を均一化することの可能なフィラメント理論電流をそれぞれ算出し、出力する均一制御ルーチンを実行し、
前記均一制御ルーチンにおいて前記制御装置が、前記平均ビーム電流制御ルーチンで設定された各フィラメント電流を初期値として、各フィラメントの電流を順に所定値だけ変化させ、それによって生じる各ビーム電流の変化量に基づいて、各フィラメント電流の変化が各ビーム電流の変化に及ぼす度合いである重み係数を算出する重み係数算出ルーチンと、
前記重み係数算出ルーチンで得られた重み係数に基づいて、各ビーム電流の値が所定の目標電流値に可及的に近づけるための、各フィラメントの理論電流値を算出するフィラメント理論電流計算ルーチンとを実行するように当該制御装置を機能させることを特徴とするプログラム。 An ion source having a plurality of filaments capable of independently flowing current, and a beam current of an ion beam extracted from the ion source at a plurality of positions in a plane intersecting the ion beam; A program installed in the control device of an ion beam irradiation apparatus comprising a beam current sensor having a number equal to or greater than the number of filaments, and a control device for controlling the filament current passed through each filament,
An average beam current control routine in which the control device calculates an average value of beam currents obtained by all or some of the beam current sensors and controls each filament current so that the average value falls within a predetermined target range. After executing the above, execute the uniform control routine to calculate and output the filament theoretical current that can equalize each beam current,
In the uniform control routine, the control device changes each filament current by a predetermined value in order by using each filament current set in the average beam current control routine as an initial value, and changes the amount of each beam current generated thereby. A weighting factor calculation routine for calculating a weighting factor that is a degree to which each filament current change affects each beam current change;
A filament theoretical current calculation routine for calculating a theoretical current value of each filament so that the value of each beam current is as close as possible to a predetermined target current value based on the weight coefficient obtained by the weight coefficient calculation routine; A program for causing the control device to function so as to execute.
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