JPH0563894B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、イオンインプランテーシヨ
ン装置に係り、特に、イオンインプラテーシヨン
装置に含まれたイオンソース系統の制御器に係
る。より詳細には、本発明は、イオンビームの自
動的な発生を容易にすると共にイオンインプラン
テーシヨン装置全体の制御を容易にするようなや
り方でフリーマン型のイオンソースを制御する装
置及び方法に係る。

従来の技術 大規模集積回路（LSIC）チツプの製造は、過
去10年ないし15年にわたつて全世界の最も需要な
産業の１つとなつてきている。この技術により、
家庭用コンピユータ及び専用のオフイスコンピユ
ータの分野で急増しつつあるメインフレーム及び
ミニコンピユータシステムやマイクロコンピユー
タシステムが低いコストで大巾に性能改善されて
きている。又、LSIC技術により、工業プロセス
及び装置のための遠隔通信システム及びリアルタ
イム制御システムについても、性能及びコストの
節減が顕著に達成されてきている。LSIC分野に
おける本発明の需要性を理解するためには、集積
回路製造について幾つかの背景技術情報がその助
けとなろう。

イオンインプランテーシヨンの半導体処理への
利用について説明する。ICチツプ上に半導体装
置を集積化する規模及びこのような装置の作動速
度についての大巾な改善が過去数年にわたつて達
成されてきている。これらの改善は、IC製造装
置の多数の進歩、材料の改良及びバージン半導体
ウエハをICチツプに処理する際に用いられる方
法の改良によつて可能となつてきている。半導体
製造装置における最も著しい進歩は、半導体ウエ
ハに回路パターンを写真製版したりエツチングし
たりするシステムや、導電率を変える不純物のイ
オン半導体ウエハにインプランテーシヨンするシ
ステムに関するものである。

集積回路の密度及び作動速度は、半導体ウエハ
上にホトレジストマスク層を介して回路素子のパ
ターンを形成するのに使用される写真製版及びエ
ツチングシステムの精度や分解能によつて大きく
左右される。然し乍ら、密度や速度は、半導体ウ
エハのドープ領域のプロフアイルを厳密に制御す
ることにも基づいている。ドープ領域は、相当の
濃度の導電率変更不純物が添加された領域であ
る。

ウエハのドーピングの厳密な制御は、イオンイ
ンプランテーシヨン技術及び装置を用いて最も良
好に達成することができる。イオンインプランテ
ーシヨンのみで達成されるドーピングの均一性
は、小さい形状の装置を製造する上で重要とな
る。又、非常に多数の重要なイオンインプランテ
ーシヨン工程が要求される装置の製造においても
重要である。個々のウエハに対するドーピングの
均一性やウエハごとのドーパントレベル及び均一
度の再現性も、高密度の装置を高い製造収率で製
造する場合に重要となる。これらの結果、イオン
インプランテーシヨンを用いた場合しか得られな
い。

イオンインプランテーシヨン装置に望まれる特
徴について説明する。イオンインプランテーシヨ
ン技術を用いてLSIC装置を製造する分野で強く
望まれていることの１つは、インプランテーシヨ
ンの質を維持し且つインプランテーシヨンを行な
うコスト、特に、LSICの製造工程においてより
一般的となつてきている高密度インプランテーシ
ヨンを行なうコストを甚だしく増加することなく
イオンインプランテーシヨン装置のウエハスルー
プツトを改善することである。イオンインプラン
テーシヨン装置、特に、システムの高密度インプ
ランテーシヨン作業におけるウエハのスループツ
トを決定する主たるパラメータは、イオンビーム
電流である。現状のイオンインプランテーシヨン
装置は、種種様々なイオンビーム電流発生容量を
有する多数の種々のシステムを含み、これらのシ
ステムは、一般に、低電流装置、中電流装置及び
高電流装置として分類される。

今日利用されている商業的な高電流システムの
大部分は、フリーマン型のイオンソースを用いて
アークチヤンバ内にイオンのプラズマを発生する
もので、抽出及び加速電極系統を使用してこのよ
うなイオンのビームがイオンチヤンバから抽出さ
れて分析磁石系統に向けて送られイオンビーム内
の化学種が分類された後にビームがターゲツトウ
エハに向けられる。フリーマン型のイオンソース
はイオンインプランテーシヨン装置の主要部で、
広範な値のアーク電流を発生することができる
が、フリーマン型のイオンソースはしばしば制御
が困難であり且つ作動中にエラーが発生し易いこ
とも知られている。

本発明は、特に、フリーマン型のイオンソース
を用いた高電流イオンインプランテーシヨン装置
に関連した性能要求を満たそうとするものであ
る。高電流のイオンインプランテーシヨン装置
は、現在の商業的な技術現状では、約２又は３ミ
リアンペアの有効なホウ素イオンビーム電流及び
約10ないし12ミリアンペアの砒素イオンビーム電
流を発生する装置であると考えられる。これらは
半導体ウエハに当る実際のイオンビーム電流であ
り、イオンソース自体に生じたプラズマに含まれ
るアーク電流は非常に高いレベルとなり、１アン
ペア以上の電流レベルとなる。色々な電流レベル
のイオンビームを発生するという融通性を得るた
めに、イオンソース系統は、色々なイオン種の広
範なアーク電流に対して安定な動作を行なうこと
ができねばならない。更に、イオンソースは、特
定のフイラメントを有するソースの典型的な全寿
命サイクルにわたつて安定な動作を行なうことが
できねばならない。

イオンインプランテーシヨンの業界では益々高
いビーム電流容量が要求されてきているので、イ
オンビームの安定性に影響を及ぼし、ひいては、
システムによつて行なわれているインプランテー
シヨンの質に影響を及ぼすような不安定要素を介
入することことなくイオンソースを激しく駆動す
ることが必要となる。

「イオンインプランテーシヨン装置及び方法
（APPARATUS AND METHODS FOR ION
IMPLANTATION）」と題するエイトテン
（Eitken）氏の米国特許第4578589号には、現在
の商業的な技術よりも数倍も大きい有用なイオン
ビーム電流を発生することのできるイオンビーム
ライン技術が開示されている。より詳細には、エ
イトケン氏の特許に開示された新規なイオン光学
技術及びイオンビームライン成分技術を用いて10
ミリアンペア以上のホウ素イオンビーム電流及び
30ミリアンペア以上の砒素イオンビーム電流を得
ることができる。このビーム電流の増加は、ビー
ムライン成分のサイズを実質的に増加することな
く行なわれる。この技術は、エイトケンの大電流
ビーム電流技術と称する。これらのレベルのイオ
ンビーム電流は、ウエハのスループツトを著しく
改善するような新たなイオンインプランテーシヨ
ン装置の形成をもたらす。このように新たに形成
されたイオンインプランテーシヨンに対してウエ
ハの走査を行なう改良された技術が、1985年９月
９日に出願された「半導体ウエハをイオンインプ
ランテーシヨンする装置及び方法（SYSTEMS
AND METHODS FOR ION
IMPLANTATION OF SEMICONDUCTOR
WAFERS）」と題するロビンソン（Robinson）
氏等の米国特許出願第774192号に開示されてい
る。このように新たに形成されたイオンインプラ
ンテーシヨン装置においてウエハを処理する進歩
した技術が、1985年９月９日に出願された「半導
体処理装置においてウエハを処理する装置及び方
法（SYSTEMS AND METHODS FOR
WAFER HANDLING IN
SEMICONDUCTOR PROCESS
EQUIPMENT）」と題するストネストリート
（Stonestreet）氏等の米国特許出願第774209号に
開示されている。

このように進歩したイオンインプランテーシヨ
ン装置の形成によりシステム全体を自動的に設定
及び制御する要求が益々増えてきている。イオン
インプランテーシヨン装置のイオンソースサブ系
統におけるイオン電流の発生は、全システム性能
の非常に重要な部分を占めるので、システム全体
を自動化するためにはイオンソース設定及び制御
を自動化することが重要である。

発明が解決しようとする問題点 第１図は、イオンインプランテーシヨン装置の
基本イオンビーム線サブシステムを一例として示
したものである。第１図に示された特定のサブシ
ステムは、上記エイトケン（Aitken）氏の特許
出願のイオン光学構成を示している。イオンソー
スの構造とは構成は、典型的なフリーマン型イオ
ンソース構成となつている。第２図は、公知の技
術を用いたフリーマン型イオンソースの制御回路
を、概念的な観点から概略的に示したものであ
る。

第１図及び第２図を参照すれば、イオンは、フ
リーマン型イオンソースのアークチヤンバ１５で
発生する。イオン抽出電極組立体１３は、アーク
チヤンバ１５の前面にある長方形の穴１５Ａを通
じてイオンビームを抽出する。イオンビームは、
抽出され、質量分析装置２０に向けて加速され
る。この質量分析装置２０は、分析磁石組立体２
２の磁極間に通路を備えるイオンビームフライト
管２１を含んでいる。イオンビームは、分析磁石
組立体２２を通過する際に曲げられ、イオンドリ
フト管３２に入り、質量分析スリツト３３を通過
し、後加速系４０で加速され、ターゲツト素子に
当る。イオンソース組立体１１は、磁気組立体１
２を含んでいる。この磁気組立体１２は、円筒状
の磁極１２Ａを有する別々の電磁石を備えてお
り、この円筒状の磁極１２Ａの軸は、アークチヤ
ンバ１５内のフイラメント１５Ｂと一直線になつ
ている。イオンソース磁石は、フイラメント１５
Ｂから放出された電子を、アノードとして作用す
るアークチヤンバ１５の壁への通路で、フイラメ
ントの回りを螺旋状に進め、それによつてイオン
ソースのイオン化効率を増加させることでイオン
発生効率を高める。然し乍ら、イオンソース磁石
を激しく駆動すると、アークの安定性に影響が及
ぶ。

後加速用の電源４１は、後加速系統のイオンビ
ームの後加速量を決定するように０ないし160キ
ロボルトの所定の電圧に設定されている。この電
圧は、ターミナル２５の基準電位をも決定する。
このターミナル２５には、イオンソース構成体１
０と質量分析系統とが収納されている。イオンソ
ースの作動電圧と抽出系統の電圧は、全て、後加
速系統用の電源によつて設定されるターミナル電
圧を基準としたものである。前加速用の電源８１
は、０ないし＋20キロボルトの所定の電圧に設定
されており、この電圧がイオンソースチヤンバ１
５に送られ、イオンソースのグラウンド基準電位
となる。フイラメントは、アーク用の電源６１に
よつて、イオンソースチヤンバ１５よりも負の電
圧に直流バイアスされる。フイラメント１５Ｂ
は、フイラメント用の電源６０からの電流の通過
によつて熱せられる。

図に示すように、減速電極１３Ｂは、ターミナ
ル電位に直接接続される。抽出電極１３Ａは、収
束用の電源から電圧を供給される。この電圧は、
０ないし30キロボルトに設定することができる。
イオンビームは、所定の前加速電源電圧にあるイ
オンソースチヤンバと所定の収束電源電圧にある
抽出電極との間の抽出／加速磁界によつてソース
チヤンバから抽出される。前加速電源の出力電圧
は所望のビームの前加速量に従つて設定される。
収束電圧の値は、ビーム調整処理中に、所望のイ
オンビーム特性が得られるように設定される。

第２図に示すように、フリーマン型のイオンソ
ースは、電気的な観点からは、フイラメント用の
電極６０をフイラメント１５Ｂに接続して、低電
圧で高電流をフイラメントに供給することによつ
て作動する。アーク用の電極６１は、典型的には
最大約170ボルトに抑制される電圧を、アノード
として作用するアークチヤンバ１５とフイラメン
ト１５Ｂとの間に印加する。フイラメント１５Ｂ
は、熱電子を発生させる。この熱電子は、アーク
チヤンバ内のガス種を通じてアークチヤンバの壁
に向けて加速され、アークチヤンバ１５内にイオ
ン種のプラズマを発生させる。

独立した前加速（又は抽出）用電源６２は、40
キロボルトまでの前分析加速電圧をアークチヤン
バ１５に供給する。抑制用電源６３は、約−２キ
ロボルトという僅かな負電圧を、抑制電極として
も知られる抽出電極１３Ａに供給する。最終電極
１３Ｂは、最終イオンビームの前分析加速がアー
クチヤンバ自身に印加される前分析加速電圧の値
によつて決定されるように、ターミナルのグラウ
ンド基準電位にバイアスされる。ターミナルのグ
ラウンド基準電位は、ターミナルに印加される後
加速電圧の値であり、この値が、ダーゲツトに当
る最終イオンビームのエネルギを決定する。

第２図に示すように、イオンソースの動作を制
御し安定させる目的で従来実施されたサーボ制御
理論は、定アーク電圧作動モードを用いている。
アーク電圧エラー回路６４は、フイラメントとア
ノードとの間に印加された実際のアーク電圧と要
求されるアーク電圧との間の差を検出する。高速
サーボループで作動させると、アーク電圧エラー
回路６４からのエラー信号は、アーク電源を制御
し、アーク電圧をアーク電圧要求信号に非常に近
いレベルに維持する。時には、フイードバツクル
ープが省略され、アーク電圧を変化させるために
別の手段が使用され、アーク電流に対するアーク
電圧の調整が悪くなる。

イオンソースの動作を安定させるには、アーク
電圧とアーク電流の両方を比較的一定の値に保つ
ことが必要であるから、公知の技術によるアーク
電流の制御は、フイラメント電流又はフイラメン
ト電力を制御するフイードバツクループを用いた
ものであつた。換言すれば、アーク電流が下降し
た場合には、アーク電流測定回路６５とアーク電
流エラー回路６６が、フイラメント電力制御回路
を通じてフイラメント電力を変更して、実際のア
ーク電流を要求されるアーク電流レベルに戻そう
とする。高抵抗フイラメントの熱的な慣性作用に
より、アーク電流を一定に保つためのフイラメン
ト電力制御ループが低速の制御ループとなり、多
くの問題点を抱えると共に大巾な制約を受ける。

この公知の制御技術は、低周波数のアーク電流
発振を起こすことが分かつており、特に、フイラ
メントの老化（厚さが減少する）が装置を不安定
にする傾向がある時にこのような状態となる。ア
ーク電流ループの応答は非常に緩慢であり、これ
により、制御機構全体が不安定となる。この方法
では、高周波数アーク電流リプルを直接制御でき
ない。低いアーク電圧においては、この制御方法
を用いた場合に、アーク消滅する傾向がある。ソ
ース磁気電流が低い場合でも、少量のハツシユ型
雑音が装置に発生することがある。一般的に、こ
の定電圧（フイラメント制御）作動モードは、狭
い範囲の動作条件に対して予想し得る安定したア
ーク電流を供給するのに用いる場合のみに満足な
ものである。問題点は、アーク電流、アーク電
圧、ソース磁界、ガス圧力及びガス種によつて、
アーク電流が安定であることもないこともあると
いうことである。アーク電流が安定でない場合
は、安定した動作を得るために、変数のいくつく
か或いは全部を「調整」することが必要である
が、これは、予想し得るやり方で自動制御を与え
るものではない。

広い範囲のアーク電流を正確に制御する上で問
題点があるゆえに、この従来の技術は、イオンイ
ンプランテーシヨン装置を３ないし10ミリアンペ
アの範囲のビーム電流で使用するのが限界であ
り、これより高い電流のイオンインプランテーシ
ヨン装置に使用するには全く不適当である。

第２図に示された従来のイオンソース／抽出装
置に伴うもう１つの問題点は、アークチヤンバ１
５と抽出電極１３Ａとの間にスパークが発生する
傾向があることである。イオンソース／抽出組立
体の内部の汚れた状態と高電圧により、スパーク
が発生しやすくなり、このスパークが、アークチ
ヤンバ電源が電流容量を越えて作動するときにア
ークチヤンバに印加される前分析加速電圧を降下
させるため、イオンビームに悪影響を与えるとい
うことは周知である。これによつてビーム加速電
圧全体が変化し、スパークが発生している時に
は、イオンビームの予め選択された化学種が分析
スリツトを通じて集束されないようになる。

フリーマン型イオンソースから抽出されたイオ
ンビームの安定性は、ソース内に安定したアーク
電流を有しているかどうかに大きく依存し、更
に、イオンビームの純度は、インプランテーシヨ
ンの質を維持する上で重要な要素となるので、自
動化の水準をイオンインプランテーシヨン装置に
必要な水準に到達させると共にビームの質を高級
LISC処理に必要な水準に到達させるためには、
イオンソース制御機構と電極バイアス機構に改良
を加えることが必要であることが理解されよう。

問題点を解決するための手段 従つて、本発明の主たる目的は、フリーマン型
イオンソースを制御するための改良された装置及
び方法を提供することである。

本発明の別の目的は、全自動コンピユータ制御
機構に容易に適合させることのできるフリーマン
型イオンソースの制御装置及び方法を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、前記エイトケン氏の
超高ビーム電流技術に必要なアーク電流レベルを
広い範囲の動作条件について扱うことのできるイ
オンソース制御装置及び方法を提供することであ
る。

本発明の更に別の目的は、イオンビームの非ラ
ツチを自動的に管理する装置及び方法であつて、
イオンソース制御機構に組み込めるような改良さ
れた装置及び方法を提供することである。

本発明の１つの特徴は、イオンソースチヤンバ
を構成するアノードとフイラメントのカソードと
の間に直流電力を供給するようにしてフイラメン
トのカソードとアノードとを有するイオンソース
を作動する方法であつて、その両者の間に実質的
に一定のアーク電流を流し且つ変化するアーク電
圧をフイラメントカソードに印加し、フイラメン
トカソードに直流電力を供給することを特徴とす
る方法にある。この方法では、アーク電圧の値を
監視し、フイラメントカソードに供給される直流
電力の大きさを、検出されたアーク電圧の変化に
応じてアーク電圧が実質的に所定の基準値に戻る
ように変更する。

監視ステツプ及び変更ステツプは、規則的な所
定の間隔で行なうことが望ましい。又、変更ステ
ツプは、２つのステツプを含んでいることが望ま
しい。その第１ステツプは、所定の基準値に所定
の積分利得値を掛け合わせた値と監視したアーク
電圧との差を含む所定の関数としてフイラメント
電力が変動信号を引き出すものである。第２のス
テツプは、上記フイラメントカソードに印加され
る電力の大きさを、フイラメント電力変動信号だ
け変更させるものである。

アノードとフイラメントカソードとの間に電力
を供給するステツプは、３つの別々の動作を含ん
でいることが望ましい。第１の動作は、アノード
とフイラメントカソードとの間に流れるアーク電
流の値を監視するものである。第２の動作は、ア
ーク電流エラー信号を、監視したアーク電流値と
所定のアーク電流需要信号との間の差の関数とし
て引出すものである。第３の動作は、監視したア
ーク電流と所定のアーク電流需要信号が等しくな
るまでアーク電流エラー信号の関数としてフイラ
メントカソードに供給された電圧を変更すること
である。

本発明の方法は、イオンソースを動作させると
共にそこからイオンビームを引出すことに利用さ
れる。抽出電極は、イオンソースの近くに配置さ
れる。減速電極は、抽出電極の近くに配置され
る。第１の正電圧レベルのの直流電圧がイオソー
スに供給され、負電圧レベルの直流電位が抽出電
極に供給され、イオンソースからイオンビームが
抽出される。この方法は、更に、電位ビームのラ
ツチ状態を検出する段階を含んでいる。このラツ
チ状態では、イオンビームが抽出電極に当り、ラ
ツチ検出信号を供給し、フイラメントカソードに
印加される電圧をラツチ検出信号に応答して瞬間
的に変更させ、ラツチ状態を防止或いは軽減する
ようにアーク電流を瞬間的に下降させる。ラツチ
検出信号がある間は、フイラメントの電力値を前
回これらのステツプを実行した間に設定した値に
維持するために、監視及び変更ステツプが中断さ
れる。

本発明の別の特徴は、イオンソースチヤンバに
収容されたアノードと、フイラメントカソードと
を有するイオンソースを始動／動作させる方法で
あつて、アーク電流値とアーク電圧値を安定な所
定の値に到達させてその値を維持するような方法
にある。この方法においては、所定のアーク電圧
値を超過する初期最大電圧Varcの直流電圧がフ
イラメントカソードとアノードとの間に印加さ
れ、イオンチヤンバにアークを開始させるのに要
求される電力値を下回る初期値の直流電力がフイ
ラメントカソードに印加される。チヤンバのアー
ク電流の監視は、規則的な所定の間隔で行われ、
所定の最小値のアーク電流があるかどうかが判定
される。各所定の監視間隔の終わりには、増加さ
れた直流電力が、監視ステツプで所定の最小値の
アーク電流が検出されるまで、フイラメントカソ
ードに印加される。

このようにアークが当てられた後、アーク電流
とアーク電圧の値を所定の値に戻し、その後、そ
の値を維持するために、上述の電圧制御方法が用
いられる。

本発明の更に別の特徴は、アノードとして作用
するチヤンバを有するイオンソースとチヤンバ内
に取り付けられたフイラメントカソードとを結合
し且つ特別の特性のアーク電源構成体とフイラメ
ント電源構成体を有するイオンソース作動装置に
ある。アーク電源構成体は、直流電力をアノード
とフイラメントカソードとの間に供給するもの
で、アーク電圧が付随的に変化してもアノードと
フイラメントカソードとの間に流れるアーク電流
を実質的に一定の値に維持する回路構成体を含ん
でいる。フイラメント電源構成体は、フイラメン
ト電力制御信号に応答して、ある値の直流電力を
フイラメントカソードに供給する。アーク電圧を
監視するための構成体が備えられている。更に、
アーク電圧値と基準アーク電圧値との差の所定の
関数としてフイラメント電力変動信号を発生する
ための構成体も備えられている。最後に、フイラ
メント電力変動信号の関数としてフイラメントカ
ソードに供給される電力の大きさを変更し、アー
ク電圧値を基準アーク電圧値に復帰させるための
回路構成体が備えられている。

好ましい実施例においては、アーク電源手段
は、次の３つの要素を含んでいる。(1)直流電圧を
上記フイラメントカソードとアノードとの間に供
給し、入力制御信号に応答してフイラメントカソ
ードのアーク電圧を変動させるためのアーク電
源。(2)アーク電源とアノードとに接続され、アー
ク電流の値に対応するアーク電流信号を発するた
めの回路。及び(3)アーク電流信号とアーク電流需
要信号を受け取り、入力制御信号を、アーク電流
信号とアーク電流需要信号との間の差に比例する
値の信号としてアーク電源に供給するためのエラ
ー回路。このようにして、アーク電源は、アーク
電圧を、制御信号に応答して、アーク電流信号が
アーク電流需要信号と等しくなるまで変更する。

好ましい実施例においては、上記変更構成体
は、５つの要素を含んでいる。第１に、フイラメ
ントカソードに接続された回路がフイラメント電
流値の信号を発する。別の回路がフイラメント電
圧信号を引出す。電力回路は、フイラメント電流
信号とフイラメント電圧信号と受け取り、フイラ
メント電力信号を発する。更に別の回路構成体
は、フイラメント電力信号に応答して、フイラメ
ント電力需要信号を発する。エラー回路は、フイ
ラメント電力信号とフイラメント電力需要信号と
を受け取り、フイラメント電力信号の値とフイラ
メント電力需要信号の値との差に比例する大きさ
の制御信号をフイラメント電源に発し、それによ
つて、フイラメント電源が、フイラメントに印加
される電力を、フイラメント電力信号の値とフイ
ラメント電力需要信号の値が等しくなるまで変更
させるようにする。

本発明の好ましい実施例による装置全体は、フ
イラメント電力についてのプログラム式コンピユ
ータ制御器を使用してハードウエアサーボループ
でアーク電圧の制御を行ない、アノードとして作
用するアークチヤンバと、該チヤンバ内のフイラ
メントカソードとを有するイオンソースに一定の
アーク電流を維持する。この実施例においては、
アーク電力供給手段は、フイラメントカソードと
アノードとの間に直流電力を供給すると共に、入
力制御信号に応答してフイラメントカソードに供
給されるアーク電圧を制御する。フイラメントカ
ソードとアーク電源に接続されたアーク電流検出
回路は、フイラメントカソードとアノードとの間
に流れるアーク電流に対する値を有するアーク電
流信号を発する。

第１のエラー回路は、アーク電流需要入力リー
ド線を備えると共に、アーク電流検出回路手段に
接続されており、アーク電流需要入力リード上の
信号の値とアーク電流信号の値との差に比例する
信号として入力制御信号をアーク電力供給手段に
供給し、アーク電源が、アーク電流の需要値とア
ーク電流の値が等しくなるかアーク電圧が最大の
値になるまでアーク電圧を変更させるようにす
る。

フイラメント電源は、直流電力をフイラメント
カソードに供給すると共に、入力制御信号に応答
してフイラメントに供給される電力の量を制御す
る。フイラメント電力制御盤においては、フイラ
メント電力検出回路がフイラメントカソードに接
続され、フイラメントで消費される電力の値を検
出する。第２のエラー回路が備えられており、こ
の回路は、フイラメント電力需要入力リードを備
えている。このエラー回路は、フイラメント電力
検出回路に接続されており、フイラメント電力需
要入力リードを経てコンピユータから送られた信
号の値とフイラメント電力の値との差に比例する
信号として入力制御信号をフイラメント電源に供
給し、フイラメント電源が、フイラメントに印加
された電力を、フイラメント電力の値とフイラメ
ント電力の需要値とが等しくなるまで変更させる
ようにする。

プログラム可能なコンピユータ装置は、アーク
電源及びフイラメント電力検出回路と通信してア
ーク電流とフイラメント電力の値を入力するため
の入力回路と、第１及び第２のエラー回路と通信
して要求されるアーク電の値と要求されるフイラ
メント電力の値とを出力するための出力回路と、
要求されるアーク電流の基準値と要求されるフイ
ラメント電力の基準値とその他の所定の変数とを
記憶するためのメモリ回路手段とを含んでいる。
このコンピユータ装置は、更に、アーク電流需要
信号の値を第１エラー回路に供給してアーク電流
を要求される値にすると共に所定の時間間隔でフ
イラメント電力設定制御ルーチンを実行するため
のプログラム構成体をも含んでいる。このルーチ
ンは、アーク電圧値を入力し、入力アーク電圧値
と記憶されたアーク電圧の需要値との部分エラー
の絶対値を計算し、入力アーク電圧と記憶された
アーク電圧の基準値との差に所定の利得係数を掛
けたものを含む所定の関数として新たなフイラメ
ント電力の基準値を計算し、新たなフイラメント
電力基準信号を第２のエラー回路に通信すること
を含む。

本発明の特徴により、イオンソースとそれに関
連するイオンビーム抽出部品を非常に効果的に制
御できると共に、イオンインプランテーシヨン装
置の動作をコンピユータで完全に自動化して容易
に制御できるという効果が得られる。本発明は、
従来の制御機構に伴う問題点を全て解決するもの
であり、広い範囲のアーク電流とアーク電圧につ
いて使用することができる。

本発明の目的、特徴及び効果は、添付図面を参
照して以下に詳細に述べる。

実施例 第３図は本発明によるイオンソース制御装置及
び方法を説明するものである。これは、基本的
に、高速サーボ制御ループを用いてアーク電流を
実質的に一定に維持することを含む。この高速サ
ーボ制御ループは、フイラメントカソードとアノ
ードとの間に印加されるアーク電圧を変更し、高
速応答を生じると共に、アーク電圧を比較的遅い
サーボ制御ループで制御する。このサーボ制御ル
ープは、アーク電圧の変化を検出し、フイラメン
ト電力の量を制御して、アーク電圧をその需要値
に戻す。この新規な制御技術は、定アーク電流作
動モードと称される。このモードは、アーク電流
ループがアーク電圧によつて制御されるので、ア
ーク電圧制御モードとしても知られている。

第３図に示すように、本装置及び方法を実施す
る好ましいやり方は、ハードウエア制御ループを
用いてアーク電流を一定に維持し、コンピユータ
制御機構で作動するソフトウエア制御ループを用
いてフイラメント電力の低速サーボ制御ループを
実施しアーク電圧を実質的に一定の値に維持する
ことである。第３図は、又、非ラツチアツプ系統
を概略的に示している。この非ラツチアツプ系統
は、定アーク電流モードで作動するアーク電源制
御装置と一体化される。このアーク電源制御装置
の部分は、アークチヤンバと抽出電極との間のス
パークによつて起こる切迫したビームラツチアツ
プ状態を早期に検出し、アーク電圧とアーク電流
を減少させてビームを早急に収縮させることによ
つてビームを非ラツチさせ、そして非ラツチ機能
が完了した後に速やかに通常状態に復帰させるも
のである。本発明の動作を、以下で詳細に説明す
る。

本発明のアーク電圧制御モードは、アーク電流
制御回路７０を用いて分路抵抗器７１のアーク電
流の変化を検出し、このアーク電流信号をアーク
電流エラー回路７２に供給する。アーク電流エラ
ー回路７２は、実際のアーク電流とアーク電流の
需要値とを比較し、電流制御信号を出力してアー
ク電源６１によつてアーク電圧を制御する。アー
ク電流需要信号は、全体制御用に非ラツチ回路９
０の出力と合計される。これらの制御信号の全て
を１つの入力段で合計するための代替的な方法を
以下に述べる。然し乍ら、非ラツチ回路９０が有
効な場合以外は、アーク電源６１の制御は、全
て、アーク電流エラー回路７２によつて行われ
る。アークチヤンバ１５内のアークインピーダン
スの早い変化は、アーク電流エラー信号に応答し
てアーク電圧を変化させることによつて容易に受
け入れることができ、これによつて、アーク電流
を非常に安定した値に維持でき、非常に安定なア
ーク状態を、通常、アークチヤンバ内で実現でき
る。

然し乍ら、アーク電圧の変化によつて起こり得
るアークチヤンバ内の他の不安定性を避けるため
に、アーク電圧をサーボ制御する機構を備えて、
アーク電圧を実質的に一定の値に維持することも
必要である。これは、アーク電流が低い場合と、
フイラメント１５Ｂの寿命が終わりに近い場合
に、特に言えることである。アーク電圧を実質的
に一定に維持するアーク電圧制御は、コンピユー
タ制御装置７５による低速制御ループによつて行
われる。このコンピユータ制御装置７５は、アー
ク電圧の変化を検出し、制御ループプログラムを
実行する。この制御ループプログラムは、フイラ
メント電源回路への電力需要信号を変更し、フイ
ラメントに供給された電力をアーク電圧が本質的
に要求される値に戻るような方向に変えさせる。

フイラメント電源６０の制御は、電力エラー回
路７６によつて行なわれ、この回路は、コンピユ
ータ制御システム７５から電力需要信号を受け取
ると共に、電力計算回路７７から実際の電力値を
受け取る。電力計算回路７７は、リード７８のフ
イラメント電圧と、フイラメント電流回路８０に
よつて計算されたリード７９のフイラメント電流
から実際のフイラメント電力を計算する。

コンピユータ制御システムにおいて実行される
制御アリゴリズムの詳細は、添付図面に含まれた
ソフトウエアフローチヤートに示されており、こ
れについては以下で詳細に述べる。然し乍ら、制
御機構の基本的な原理には、実際のアーク電圧を
アーク電圧需要と比較し、これら入力を電子制御
回路からの他の入力と共に使用して新たな電力需
要信号を発生することが含まれる。この新たな電
力需要信号は、アーク電流を増加又は減少させる
方向にフイラメント電力を変化させ、これに対応
して、アーク電流エラー回路７２がこのアーク電
流の徐々の変化を検出し、これがアーク電圧需要
レベルに戻るまでアーク電圧を変更させる。

以下で詳細に述べるように、コンピユータ制御
システム７５の制御のもとで機能する本発明のア
ーク電圧制御モードでは、コンピユータで制御し
て自動的にイオンソースをソフトスタートルーチ
ンにおいて始動させ、このソフトスタートルーチ
ンは、イオソースを比較的安定な標準作動状態へ
もつていつてからアーク電流制御モードへ切り換
え、最終的に、イオンソースの作動状態をアーク
電流及びアーク電圧需要レベルへもつていく。こ
のソフトスタート制御ルーチンのステツプについ
ては如何で詳細に述べる。

又、第３図は、本発明による非ラツチ系統の一
般的な原理を説明するものである。前記エイトケ
ン氏の非常に高いビーム電流の技術は、ソフトス
パーク機能を組み込んだ異なつたビーム抽出バイ
アス構成体を用いている。

前加速用電源８１は、20キロボルトまでの前分
析加速電圧をイオンチヤンバ１５に発生するハー
ド電源である。収束用の電源８２は、負の30キロ
ボルトまでの電圧を抽出電極１３Ａに印加するソ
フト電源である。減速電極１３Ｂは、アーク電位
にある。抽出電極１３Ａには大きな負の電圧が印
加され、この電圧は収束用電源８２の電流発生容
量が低いという点でソフトであるから、アークチ
ヤンバ１５と抽出電極１３Ａとの間に生じるスパ
ークは、抽出電極の電圧が急激に低下するために
迅速に消弧される傾向がある。これによつてスパ
ークが素早く消弧され、その全体的なエネルギか
らみればソフトスパークであるが、抽出電極１３
Ａの電圧が低下するために、イオンビームの収束
制御が失われ、ビームの縁が抽出電極に当り始め
る。これが生じると、スパークが消えても収束電
圧を回復することができないのでビームがこの状
態にラツチアツプされる。

本発明の非ラツチ回路は、電流レベル検出回路
８３を用いており、この回路は、収束電源によつ
て引き出される電流量を検出し、それに対応する
出力電圧を発生する。この出力電圧は、ラツチア
ツプ検出回路８４において基準電圧と比較され、
この回路は電流レベル検出回路８３の出力が基準
電圧値を越えてラツチアツプ状態を指示する時に
出力を発生する。このラツチアツプ信号は、光フ
アイバ送信器８５によつて光フアイバ受信器８６
へ送られ、出力をアーク電源へ送信すべきである
ことを非ラツチ回路９０に知らせ、該電源はアー
ク電圧を素早く降下させ、イオンビームを瞬間的
に停止して、ビームのラツチ状態を解除する。非
ラツチ回路９０は、非ラツチ動作中のアーク電流
及び電圧の変化を無視できるように、ラツチ状態
を知らせる状態信号をコンピユータ制御システム
７５に送信する。

第４図及び第１図は、本発明のイオンソース制
御装置及び方法がイオンインプランテーシヨン装
置の全てのサブシステムに対する全コンピユータ
制御構成体にいかに組み込まれるかを説明するた
めのものである。本発明のアーク電圧制御モード
は、熱フイラメントと、フイラメントカソード対
アノードの加速電位をベースとするイオンソース
を利用し、フリーマン型のイオンソースと基本的
に同じ形式の作動特性を有しているようなイオン
インプランテーシヨン装置に用いることができ
る。従つて、本発明のイオンソース制御装置及び
方法は、公知のイオンインプランテーシヨン装置
及びエイトケン氏の非常に大電流のビーム技術を
ベースとするイオンインプランテーシヨン装置に
使用することができる。

本発明のイオンソース制御装置及び方法を利用
する好ましい環境は、前記エイトケン氏の特許出
願によるビームライン技術を利用すると共に、ウ
エハターゲツト走査系統５１及びウエハ装填系統
５３として上記特許出願に開示された技術を利用
するような高級なイオンインプランテーシヨン装
置である。これらの技術と、本発明によるイオン
ソース制御装置及び方法とがあいまつてイオンイ
ンプランテーシヨン装置の全ての作動機能を中央
コンピユータ制御システム７５で制御するように
容易にもつていくことができる。

イオンインプランテーシヨン装置に精通した者
に明らかなように、インプランテーシヨンを行な
うようにシステムの種々の部品及びサブ組立体を
設定することは、多数の制御パラメータが含まれ
るために非常に複雑な工程となる。更に、これら
制御パラメータの多くは互いに作用し合い、１つ
の制御パラメータの設定が他の制御パラメータに
影響を及ぼす。例えば、抽出系統の電源によつて
アークチヤンバに印加される前分析加速電圧はア
ークチヤンバ１５から抽出されるイオンビーム速
度を制御する。イオンビーム分析系統２０は、質
量もしくはモーメント分析器であるから、ビーム
分析系統の電磁石への電流供給を、ビーム分析系
統に入るイオンエネルギに関して制御して、所望
の化学種のイオンが分析系統３０を経て後加速系
統へ通過するようにしなければならない。

全イオンソースの制御は、イオンソース蒸気供
給系統１６（固体ソースを蒸発するための直接ガ
ス供給源及びオーブンを含む）及びイオンソース
磁石系統１２の制御と、フイラメントカソード及
びアノード／アークチヤンバ１５の電気的作動パ
ラメータの制御を含む。イオンソースにおけるイ
オン発生の制御は、イオンインプランテーシヨン
システムの重要な部分であるから、イオンソース
自体を効果的にコンピユータ制御することが、イ
ンプランテーシヨン装置全体の全自動化を確立す
るための基礎となる。更に、本発明のイオンソー
ス制御装置及び方法は、高級なイオンインプラン
テーシヨン装置の特徴、例えば、コンピユータ制
御のもとでの自動的なソースの調整を実現できる
ようにする。大電流を発生してベーンを用いてビ
ーム電流を小さな値に減少するのではなく、本発
明を用いた場合には、小さなアークを使用して小
さなビーム電流を制御することができる。

高い電圧がかゝつている部品及びサブ組立体の
コンピユータ制御は、システムのこれら部分間に
高電圧の分離を与えるように光フアイバ送信を用
いてデータ収集ユニツトを探索することによつて
行なうことができる。

第５図及び第６図は、本発明の電子ハードウエ
ア部分の回路実施例を詳細に示す部分回路図であ
る。第５図に示すように、コンピユータ制御シス
テム７５によつてフイラメント電力エラー回路７
６に送られるフイラメント電力制御信号は、フイ
ラメント電力制御システムに関連したデータ収集
ユニツトに多ビツトのデジタル制御信号として送
られ、デジタル／アナログコンバータ７６Ａは、
デジタル信号をアナログ信号に変換し、フイラメ
ント電力エラー回路へ入力する。又、第５図から
明らかなように、フイラメント電流、フイラメン
ト電圧、フイラメント電力、フイラメント電力制
御信号及びデジタル／アナログコンバータの出力
といつた種々のアナログ信号の値は、典型的に、
適当な信号結合回路網を経てデータ収集ユニツト
へフイードバツクされ、これにより、中央のコン
ピユータ制御システム７５は、状態チエツク及び
エラー分析の目的で制御信号パラメータ及び作動
パラメータを監視することができる。

第６図は、アーク電源及びこれに関連した制御
回路を詳細に示している。第６図に示す態様は、
アーク電圧制御モードが実行されるかフイラメン
ト制御モードが実行されるかを制御するためのモ
ードリレーを含んでいる。アーク電圧制御モード
（即ち、一定アーク電流のフイラメント電力につ
いてのアーク電圧制御）は、アーク状態の全ての
範囲にわたつて優れたものであり、従つて、モー
ドスイツチを設ける必要がない。

第６図に示すように、アーク需要アナログ信号
は、コンピユータ制御のもとでセツトされるモー
タポテンシヨメータ回路の出力としてターミナル
１００に入力される。このアーク需要信号は、典
型的に、いつたんセツトされると、迅速な変更を
必要としないので、モータポテンシヨメータの制
御が満足なものとなる。これは、コンピユータか
ら第５図に示されたフイラメント電源制御回路へ
送られる新たな電力制御信号の迅速なデジタル制
御信号通信と対照的である。然し乍ら、或る条件
のもとでは、アーク需要信号を迅速に変更できる
ことも要望される。従つて、アーク需要デジタル
信号成分をデジタル入力ライン１０１を通してデ
ジタル／アナログコンバータ１０２へ通信するた
めの個別の構成がなされ、コンバータ１０２の出
力は、全エラー回路７２，７３への入力において
モータポテンシヨメータアナログ需要信号と加算
される。

エラー増幅消に対しては多数の色々な回路解決
策を実施できることが明らかであろう。第６図に
示されたアナログ入力信号加算構成では、全体的
な最終アーク電圧制御信号に用いられる種々の入
力アナログ信号の数に鑑み、エラー回路全体が簡
単化される。非ラツチ回路９０は、ラツチ入力信
号を受け取り、この信号を適当なアナログレベル
においてエラー増幅回路の加算入力に結合し、他
の入力制御電圧を一時的にオーバーライドしてビ
ーム非ラツチ機能を実行する。ハードウエア制御
システムにはハードウエア過電流保護回路１０３
も含まれている。この過電流保護回路は、アーク
電流に対してハードウエアのクランプ作用を与
え、危険な高いアーク電流を要求できないように
する。

アークが消えるような点にアーク電圧が下がる
のを防ぐために、ハードウエアの低電圧クランプ
回路１０４も設けられている。この低電圧クラン
プ回路は、約21ボルトのアーク電圧においてオン
になり始め、約17ボルトのアーク電圧出力にハー
ドウエアをクランプする。

第４図に示す中央コンピユータ制御システム７
５の制御のもとで第５図及び第６図の回路がいか
に動作するかは、以下のソフトウエア制御ルーチ
ンの説明から明らかとなろう。

第７図は、データ収集ユニツトを介してフイラ
メント制御系統及びアーク電源制御系統に通信さ
れる入力及び出力信号をより詳細に示している。
特に、第７図は、本発明のイオンソース制御系統
が前記エイトケン氏の特許出願に開示された形式
のイオンソースに好ましく組み込まれるところを
示しており、イオンソースは分割アノード構成体
を用いており、その各々の分割アノード部分１１
０Ａ，１１０Ｂ及び１１０Ｃは、イオンソースチ
ヤンバにおけるプラズマの分布を制御可能に変更
すると共にフイラメントに印加される電圧によつ
て生じる磁界変更作用を補償するために、プログ
ラム可能な電源１１１Ａ，１１１Ｂ及び１１１Ｃ
に別々に接続される。

モータポテンシヨメータ１１２は、データ収集
モジユールの１つを含むDAQシステム１１３に
よつて制御され、別々のモータポテンシヨメータ
１１３Ａ及び１１３Ｃは個々のアノード部分の電
源１１１Ａ及び１１１Ｃを制御するように作動さ
れ、アノード電源１１１Ｂは、プリセツトされ
る。個別のデータ収集モジユール１１４は、フイ
ラメント電源の制御盤と通信するように用いら
れ、基本的に、指示された入力及び出力信号を有
している。

ソフトウエア制御ルーチンについて以下に説明
する。第８図は、本発明によるフリーマン型イオ
ンソースを制御する定アーク電流モードに含まれ
る基本的なソフトウエアルーチンを示している。
アークチヤンバのアークが既にオンである時に
は、定アーク電流ルーチンに入ることができるの
で、実行すべき第１のテストは、アークがオンで
あるかどうかを決定することである。アークがオ
ンであれば、システムは、直接的に、定アーク電
流制御ループルーチンに入る。アークがオンでな
い場合には、最初に実行されるルーチンは、アー
ク電源及びフイラメント電源をオンにすることで
ある。このオンに切り換えるルーチンの後に、ソ
フトスタートルーチンが実行され、充分に制御さ
れたやり方でアークチヤンバ内にアークが開始さ
れる。ソフトスタートルーチン首尾よく行なわれ
た場合には、定アーク電流制御ループに入る。

電源をオンに切り換えるルーチンは、比較的簡
単であり、詳細に説明する必要はないと考えられ
る。基本的に、このルーチンは、フレオン冷媒を
アークチヤンバに導入しそしてアーク電源の出力
にあるダミー負荷抵抗リレーをオフにすることに
よつて開始される。１アンペアの電流需要信号が
データ構造体に送られ、次いで、アーク電流モー
タポテンシヨメータがこの記憶された需要値に調
整される。その後、アーク電源に対するメインス
イツチがオンにされ、タイマがセツトされ、制御
ループに入つて、タイマが時間切れする前に主電
源が実際にオンにされたかどうかチエツクされ
る。

同様のルーチンを用いてフイラメント電源がオ
ンにされる。フイラメント電力需要は最大値、例
えば、120ワツトにセツトされ、次いで、フイラ
メント電源への主電源入力がオンにされる。同様
のタイマ及びチエツクループを用いて、フイラメ
ント電源への主電源が所定の時間内にオンにされ
たかどうか決定される。その後、システムは、フ
イラメント電源が実際にオンになつているかどう
かチエツクする。

これらの作動状態のもとでは、アークが当るこ
とが予想できず、従つて、アーク電流は流れな
い。実際上アーク電流は流れないがアーク電流需
要が１つの増幅器にセツトされるので、アーク電
圧制御系統のエラー回路はアーク電圧を約140ボ
ルトの最大値にもつていくようにさせる。この電
圧においては、フイラメント電力がアークを開始
するのに充分なものでないため、まだアークは発
生しない。

電源が首尾よくオンになつたと仮定すれば、ソ
フトウエアは第９図に示す低速スタートルーチン
に入る。この低速スタートルーチンの基本的な機
能は、アークが当つて最小のアーク電流が流れる
までフイラメント電力を小さな増分でゆつくりと
増加することである。このようなアークの発生
は、タイマが時間切れする前であつて且つフイラ
メント電力が最大許容フイラメント電力に増加す
る前に得られなければならない。

低速スタートルーチンの実際のステツプを第９
図を参照して以下に述べる。第１のステツプは、
アークを首尾よく発生するために許容された最大
時間である100秒にタイマをセツトすることであ
る。このルーチンは、0.2秒間休止し、次いで、
以下に述べるようにDAQ通信システムを介して
アーク電流及びフイラメント電力の値を得る。次
いで、フイラメント電力がその最大許容電力以上
であるかどうかを決定するためにテストが行なわ
れる。もしそうであれば、時間切れの値が強制的
に「真」とされ、その後このルーチンから出るよ
うにされ、実行されない。次のステツプは、アー
クフイラメント電力（ARC.FLL.PWR）値、即
ち、アークフイラメント電力を実際のフイラメン
ト電力と25ワツトの増加分との和に等しくするた
めに要求される値をセツトすることである。25ワ
ツトの増分は、実現可能であると分かつている便
利な値であるが、ほゞ同じレンジ内の他の増分値
を用いることもできる。

次いで、システムは、この新たなアークフイラ
メント電力需要値が電源オンルーチン中にフイラ
メント制御系統に予めセツトされたアーク電力最
大値（例えば、120ワツト）より小さいかどうか
判断する。もしそうならば、アーク電力最大値は
不変のまゝにされる。第10を参照すれば、アーク
フイラメント電力信号は、新たな値がこれにオー
バーライドするまで、最初にセツトされた120ワ
ツトに維持されることが明らかである。ARC.
FIL.PWR需要信号は、DAQを経て、新たなフイ
ラメント電力制御信号としてフイラメント電力制
御回路に送られる。次いで、システムは、時間切
れが生じたかどうかチエツクする。時間切れが生
じた場合には、システムは分岐してアークの発生
中にどのような形式のエラーが生じたかを判断す
る。これについては、以下で述べる。

時間切れが生じない場合には、システムは、ア
ークが首尾よく発生したことを指示する値である
と実験によつて確立されている最大アーク電流値
よりもアーク電流の値が大きいかどうか決定する
ためのテストを行なう。上記の値は、例えば、第
１０図では100ｍＡである。低速スタートルーチ
ンを最初に数回たどる間に生じることであるがこ
のテストの結果が否定であつた場合には、ルーチ
ンは分岐して休止ステツプへ戻り再実行が行なわ
れる。通常の状態のもとでは、メインルーチンを
或る回数だけたどつた後に、アークが発生し、ア
ーク電流が最小アーク電流値よりも上昇し、ソフ
トウエア制御は、定アーク電流制御ループに入る
ように復帰する。

時間切れが生じた場合には、アーク電圧を読み
取るステツプが実行され、これが140ボルトの最
大アーク電圧より小さいかどうかを判断するテス
トが行なわれる。アーク電圧が140ボルトの最大
値より小さい場合には、明らかとなるエラーはア
ーク発生電圧自体におけるものである。アーク電
圧が140ボルトの最大値である場合には、明らか
となるエラーはアークが単に発生しなかつたとい
うものである。これらの機械的なエラーの一方又
は他方が明らかとなつた状態で、ユーザは、何等
かの問題が生じたことを指示し、その後、その問
題の探求を試みることができる。

低速スタートルーチンによつてアークチヤンバ
内にアークが首尾よく開始されたと仮定すれば、
定アーク電流制御ループによりアーク電圧及びア
ーク電流の両方がユーザにより決められた値又は
装置によつて決められた値にもつていかれ、その
後、ソフトウエアをベースとする低速サーボルー
プを用いてアーク電圧が実質的に一定の値に維持
される。このサーボループは、基本的に、アーク
電圧の変化を検出し、それに対応してアークフイ
ラメント電力を変化させ、アーク電圧を需要値に
もつていくものである。定アーク電流制御ループ
ルーチンが第１１図ないし第１３図に示されてお
り、第１４図に示されたグラフに関連してこれを
説明する。定アーク電流ルーチンは、このルーチ
ンに用いられた幾つかの変数を初期化することに
よつて開始される。変数STABLE COUNTは、
No.ARC及びVref.OLD変数と同様にゼロにセツト
される。Vold変数の値は、一定のアーク電圧値
にセツトされ、Varcは回路から読み取られる。

変数が初期化された後に、先ず、イオンビーム
がラツチ状態にあるかどうかのテストが行なわれ
る。これは、ビームがラツチするたびに書き込ま
れるデータ構造フラグを調べることによつて行な
われる。ビームがラツチ状態にある場合には、ル
ーチンが3/10秒間分岐し、ビームがまだラツチ状
態にあるかどうかのチエツクが再び行なわれる。

ビームラツチテストが否定であつた場合には、
システムが需要アーク電流Irefと需要アークVref
を読み取る。これらの値は、コンピユータ内の内
部データ構造体に記憶される。次いで、システム
は、適当なDAQを経てアーク電圧Varcの値を得
る。

次に行なうステツプは、需要アーク電圧Vref
が現実的でないゼロの値にセツトされているかど
うか判断することである。このような値にセツト
されている場合には、Vref値が欠陥値Vdefにリ
セツトされ、実行が続けられる。次のステツプ
は、Vrefの値がVref.OLDの値に等しいかどうか
判断することである。Vrec.OLDは、プログラム
の最初の段階でゼロに初期化されており、従つ
て、最初にループを通る時には、このテストの結
果が否定となる。これにより、MIN.FIL.PWRが
200ワツトにセツトされ、MAX.FIL.PWRが100
ワツトにセツトされ、Vref.OLDがVrefにセツト
される。その後にルーチンを通る時には、ユーザ
又は或る自動ソース調整ルーチンによつて新たな
Vref値がデータ構造体にセツトされない限り、
VrefはVref.OLDに等しくなる。

次いで、システムはこのルーチンを出て、FIL.
PWR及びアーク電流Iarcを得る。次いで、この
Iarc値が25ｍＡより小さいかどうかテストされ
る。この25ｍＡの値は、或る状態のもとでアーク
が消えるかどうかをテストするのに用いる実際上
の値として予め選択されたものである。アーク電
流需要が25ｍＡより小さくセツトされることもあ
るので、これは最終的なテストではない。然し乍
ら、ほとんどの作動状態においては、より高いア
ーク電流が要求され、アーク電流値が25ｍＡより
小さい場合にはアークがおそらく消えることにな
る。このテスト結果が肯定であつた場合には、シ
ステムが特殊なルーチンへ分岐し、この状態が処
理される。これらのルーチンは、以下で説明す
る。

ここで、このテストルーチンが否定であり、No.
ARC変数がゼロにセツトされたと仮定する。シ
ステムは、ソフトウエアをベースとする実際のサ
ーボループに入り、先ず、アーク電圧にエラーが
あるかどうか判断され、もしエラーがあれば、そ
のエラー修正しようとする方向でフイラメント電
力の適当な変更が指示される。

このルーチンの最初のステツプは、Varcと
Vrefの差をVrefで分割した絶対値として部分エ
ラーERを計算することである。次いで、この部
分エラーERと、良好な結果を得るために経験的
に決定されているプリセツト利得定数値0.5の積
がに等しくなるように積分利得定数がセツトされ
る。次いで、システムは、部分エラー小さなもの
であつて、ARC.FIL.PWRの最終変更の微分利得
係数に対して無視できるものであるかどうかを決
定する。システムは、ERが0.1以下であるかどう
かテストする。もしそうならば、微分変数DVは
ゼロにセツトされる。さもなくば、微分変数DV
は、VarcとVoldの差に等しい値にセツトされ
る。Voldは次にVarcに等しくセツトされるの
で、微分変数の値はループを最後に実行した時か
らアーク電圧が実際に変化した量に等しくなるこ
とが明らかであろう。ループの実行間隔は比較的
一定であるから、DVは、アーク電圧がいかに速
く変化したかの尺度となる。

次いで、微分項と積分項によつて古いARC.
FIL.PWR需要値と増加することにより新たな
ARC.FIL.PWR需要値が計算され、微分項及び積
分項は、アークが安定な場合にはゼロの値にされ
てもよい。微分項は、導関数の利得定数値（この
場合は0.6）を、フイラメント電力の最後の変更
によつて生じたアーク電圧の変更値で乗算するこ
とを含む。積分利得係数の値は、アーク電圧が実
際のアーク需要電圧からどれ程ずれているかに基
づいている。微分及び積分利得係数は異なつた符
号を有する。

次いで、システムは、チエツクルーチンに入
り、計算された新たなARC.FIL.PWR値を使用す
るかどうか判断する。先ず始めに、新たなARC.
FIL.PWR値がMIN.FIL.PWRより小さいかどう
かのテストが行なわれる。このテストの結果が肯
定であれば、ARC.FIL.PWRは、計算された値を
使用するのではなく最小値にセツトされる。これ
により、アークを消してしまうような新たな
ARC.FIL.PWR値がセツトされないようにする。
次いで、新たなARC.FIL.PWR値がMAX.FIL.
PWR値より大きいかどうかのテストが行なわれ
る。このテストの結果が否定である場合には、新
たなARC.FIL.PWR値がDAQを経てフイラメン
ト電力制御回路に送られ、アーク電圧のエラーを
修正する方向にフイラメント電力をもつていく。

ARC.FIL.PWR値がMAX.FIL.PWR値より大
きい場合には、プログラムにより、ARC.FIL.
PWR値がMAX.FIL.PWR値に等しくセツトさ
れ、次いで、Varc値が140の最大アーク発生電圧
より大きいかどうかのテストが行なわれる。この
テストが満足なものであれば、アークは非常に不
安定な状態である。それ故、安定な状態を回復す
るか、少なくともフイラメントの燃焼を防ぐため
に、アークフイラメント電力が最大500ワツトに
セツトされる。上記の条件が満たされない場合、
システムは、フイラメント電源によつて供給でき
る最大電圧の値の平方値で乗算された抵抗値
Ifil／Vfilを用いてフイラメントが受けることの
できる最大電力MAX.FIL.Pを計算する。次い
で、システムは、MAX.FIL.Pの値がARC.FIL.
PWR（これは、MAX.FIL.PWRにセツトされて
いる）より大きいかどうかテストする。もし大き
ければ、ARC.FIL.PWRがMAX.FIL.P値にセツ
トされる。もし大きくなければ、ARC.FIL.PWR
はMAX.FIL.PWRのまゝとされる。この時に、
ARC.FIL.PWR値は、新たな電力需要信号として
フイラメント電力制御回路に送られる。

この点において、プラグラムは、アークが存在
して非常に安定した状態にあるかどうかを判断す
るチエツクを行ない、もしそうであれば、第１４
図に示すように、現在のARC.FIL.PWR値からず
れること±30ワツトにMAX.FIL.PWR−MIN.
FIL.PWRバンドを狭める。より詳細には、プロ
グラムは、先ず、ARC.FIL.PWR値がARC.FIL.
PWR.OLD値に等しいかどうかを判断する。この
テストがノーであれば、プログラムは、
STABLE COUNT変数をゼロにセツトし、
MIN.FIL.PWRを200ワツトにセツトし、MAX.
FIL.PWRを1000ワツトにセツトする。そのテス
ト結果がイエスになると、システムは、
SRABLE COUNT値が、25に選択されている安
定スレツシユホールドパラメータ以上であるかど
うかのテストを行なう。STABLE COUNTが25
以上である場合には、MIN.FIL.PWRがARC.
FIL.PWR−30にセツトされ、MAX.FIL.PWRが
ARC.FIL.PWR＋30にセツトされる。これらの値
は、次にループを通る間に行なう次のARC.FIL.
PWR計算の際の大きな変化を防止するものであ
る。これは、アークが或る時間安定である場合
に、不安定であると見える状態が一時的な現象で
あつて、例えば、小さな火花がソースに落下して
アークを一時的に短絡したり又はビームラツチ状
態を招いたりするという経験に基づくものであ
る。この点において、プログラムは0.2秒間休止
し、アークフイラメント電力需要においてなされ
た変更が効果を奏するようにする。次いで、次に
ループを通る時に使用するために、ARC.FIL.
PWR.OLD値が現在のARC.FIL.PWR値にセツト
され、プログラムは、再実行を開始するところに
戻る。

第１１図のIarcの値が25ｍＡよりも小さいかど
うかを判断するテストを実行したところに戻る
と、このテストの結果がイエスになつた場合に
は、システムは、先ず、No.ARC変数が３以上で
あるかどうかのテストを行なう。換言すれば、シ
ステムは、３回ループを通つて、無アーク状態と
思われる状態からそれ自体復帰する。そのテスト
の結果が否定であると、次のステツプは、Irefが
Iarcより大きいかどうかをテストすることであ
る。IrefがIarcより大きくない場合には、Iarcが
25ｍＡより小さい値にセツトされていてアークが
消えていないことを意味する。従つて、No.ARC
の値はゼロにセツトされ、プログラムは点Ｄにお
いてその実行を続ける。IrefがIarcより大きいか
どうかのテストがイエスになつた場合には、シス
テムは、Varc値が最小アーク発生電圧140以上で
あるかどうかのテストを行なう。このテストの結
果がノーである場合には、アークは消えておら
ず、No.ARCがゼロにセツトされる。このテスト
の結果がイエスである場合には、No.ARC値が１
だけ増加される。

アークが消えたかどうかのテスト結果がループ
を通して３回肯定であつた場合には、No.ARCが
３以上であるかどうかのテストが満足され、プロ
グラムは、システムがNo.ARC状態を有している
ものとして処理する。任意の種々の設定に基づい
て、エラーが明らかにされるか、或いは、アーク
再発生ルーチンが実行される。

本発明のハードウエア及びソフトウエア機能並
びにそれらの動作についての以上の説明から、本
発明のイオンソース制御装置及び方法は、フリー
マン型のイオンソース（又は、他の同様の形式の
イオンソース）内においてアーク状態を制御する
効果的な解決策をもたらすことが明らかである。
電子回路及びソフトウエア技術の当業者に明らか
なように、本発明の基本的な概念から逸脱するこ
となくここに開示する方法及び装置において種々
の変更を行なうことができる。例えば、実際のフ
イラメント電力を回路においてアナログ形態で計
算するのではなくコンピユータ制御システムで計
算するようにすることもできる。システムの全体
的な効率及び有効性は、実際のフイラメント電力
のアナログ計算を用いて増大されることが分かつ
ている。更に、このような場合には、フイラメン
ト電源の制御盤に対して必要とされる通信量が減
少される。

又、添付図面に示して上記で説明した特定のソ
フトウエア制御ルーチンは、多数の色々なやり方
で変更することができ、このようにしても、イオ
ンソース状態についての全体的に同じ基本的なフ
イードバツク制御が得られることが当業者に明ら
かであろう。

効 果 本発明の装置及び方法は、エイトケン氏の非常
に高いビーム電流の技術を用いた原形イオンイン
プランテーシヨン装置において実際にテストした
時に非常に良好な結果が得られることが証明され
た。10ｍＡから10Aまでのアーク電流値にわたつ
てイオンソースの作動の安定性が得られた。高い
アーク電流の作動領域は、エイトケン氏の非常に
高いビーム電流の技術については特に重要であ
る。というのは、イオンソースがこれら状態のも
とで非常に過酷に駆動され、これらの高いアーク
電流状態のもとではエラー生じ易い状態や困難な
制御動作を被るからである。更に、これらの状態
では、アークチヤンバ内で効率よくプラズマを発
生するために高いソース磁界を用いることが要求
される。これも又、イオンソースの動作に不安定
性を招く。

低いアーク電流を制御できることも重要であ
る。というのは、ビームベーンがビーム電流の大
部分から外れることなく低いビーム電流で容易に
動作できるからである。

このような大小のアークビーム電流状態のもと
ではイオンソースの動作をハードウエア／ソフト
ウエアの組合せで効率よく制御できることによ
り、本発明による装置及び方法は、優れた結果を
もたらすだけでなく、公知の制御方法では得られ
なかつた結果をもたらすことができる。

本発明のハードウエア及びソフトウエアの制御
機能は効果的であるから、コンピユータ制御のも
とで機能する全イオンインプランテーシヨン装置
は、他の色々なソフトウエアアルゴリズムを用い
て、最大ビーム電流に対して自動的にソースを調
整するようにしてこれらの進歩した機能を実施す
ることができるし、他の目方ビームパラメータを
得ることもできる。

本発明の装置及び方法の主たる効果は、イオン
インプランテーシヨン装置の全自動化動作を、清
潔な部屋にいるイオンインプランテーシヨン装置
のオペレータが、予め構成されて記憶されたイオ
ンインプランテーシヨンプロトコルのメニユーか
らイオンインプランテーシヨン手順を選択し、ウ
エハをシステムに装填し、システムを自動動作で
運転するようにセツトするだけで、技術者やオペ
レータのそれ以上の付き添いが要らないような程
度にまで簡単化することである。従つて、本発明
は、進歩した集積半導体回路の製造作業に必要と
される完全自動化のイオンインプランテーシヨン
装置の実現に直接的及び実質的に貢献するもので
ある。

ここに開示した本発明の特定の装置及び方法の
実施例では、特許請求の範囲に規定する本発明の
範囲から逸脱せずに多数の変更がなされ得ること
が当業者に明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のイオンソース制御装置及び
方法の好ましい装置環境であるイオンインプラン
テーシヨンビームラインを示す断面図、第２図
は、公知のイオンソース制御装置及びイオンビー
ム抽出系統の概略図、第３図は、本発明によるイ
オンソース制御装置の概略図、第４図は、イオン
インプランテーシヨン装置の全コンピユータ制御
システムに組み込まれた本発明によるイオンソー
ス制御装置のブロツク図、第５図及び第６図は、
本発明によるアーク電源制御回路及びフイラメン
ト電源制御回路の電気回路図、第７図は、本発明
によるイオンソース制御装置と、コンピユータシ
ステムに対する制御及び作動パラメータのやり取
りとを示したブロツク図、第８図は、本発明によ
るイオンソース制御装置に用いられるメインソフ
トウエアルーチンを示す図、第９図は、本発明に
よるソフトスタートのソフトウエアルーチンを示
す流れ線図、第１０図は、第９図のソフトスター
トルーチンの動作を説明するのに有用な図、第１
１図ないし第１３図は、本発明による定アーク電
流制御ループソフトウエアルーチンの流れ線図、
そして第１４図は、第１１図ないし第１３図に示
された定アーク電流ルーチンの一部分を説明する
のに有用な図である。 １０……イオンソース構成体、１１……イオン
ソース組立体、１２……磁石組立体、１３……抽
出電極組立体、１５……アークチヤンバ、１５Ｂ
……フイラメント、２０……質量分析系統、２１
……イオンビームフライト管、２２……分析磁石
組立体、２５……ターミナル、３２……イオンド
リフト管、３３……質量分析スリツト、４０……
後加速系統、４１……後加速用電源、５０……タ
ーゲツト素子、５１……ターゲツト走査系統、５
３……ウエハ装填系統、６０……フイラメント電
源、６１……アーク電源、７０……電流検出回
路、７１……分路抵抗、７２……アーク電流エラ
ー回路、７５……コンピユータ制御システム、７
７……電力計算回路、８０……フイラメント電流
回路、８１……前加速用電源、８２……収束電
源、８３……電流レベル検出回路、８４……ラツ
チアツプ検出回路、９０……非ラツチ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フイラメントのカソード及びアノードを有す
   るイオンソースを動作する方法において、 実質的に一定のアーク電流を上記アノードとカ
   ソードとの間に流すと共に、変化するアーク電圧
   を上記フイラメントカソードに印加するようにし
   て、上記フイラメントカソードとアノードとの間
   に直流電力を供給し、 上記フイラメントカソードにまたがつて直流電
   流を供給し、 上記アーク電圧の値を監視し、そして 上記アーク電圧の検出された変化に応答して上
   記フイラメントカソードへ供給される電力の大き
   さを変更して上記アーク電圧を実質的にプリセツ
   トされた基準値へ復帰させるという段階を具備す
   ることを特徴とする方法。 ２ 上記監視段階及び変更段階はプリセツトされ
   た規則的な間隔で行ない、上記変更段階は、 上記監視されたアーク電圧と上記プリセツト基
   準値との値の差に予め定められた積分利得値を乗
   算したものを含む予め構成された関数としてフイ
   ラメント電力変更信号を導出し、そして 上記フイラメント電力変更信号の値によつて上
   記フイラメントカソードへ送られる電力の大きさ
   を変更する段階を含む特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 ３ 上記監視されたアーク電圧の最後の値を記憶
   する段階を更に具備し、上記予め構成された関数
   は、更に、監視されたアーク電圧の現在値と監視
   されたアーク電圧の記憶された最後の値との差に
   予め定められた導関数利得定数を乗算したものを
   含むフイラメント電力変更信号の第２の追加成分
   を備えている特許請求の範囲第２項に記載の方
   法。 ４ 上記積分利得値は、上記監視されたアーク電
   圧値と上記基準アーク電圧値との間の部分エラー
   の絶対値の関数であるように計算される特許請求
   の範囲第２項に記載の方法。 ５ 上記積分利得値は、上記監視されたアーク電
   圧値と上記基準アーク電圧値との間の部分エラー
   の絶対値の関数であるように計算されそしてフイ
   ラメント電力エラー信号の上記第２の追加成分
   は、上記積分利得値がプリセツト限界より低い場
   合に無視される特許請求の範囲第３項に記載の方
   法。 ６ 上記フイラメントカソードに送られる電力の
   大きさを変更する上記段階は、該電力の大きさ
   を、プリセツトされた最大フイラメント電力値又
   はプリセツトされた最小フイラメント電力値より
   大きく変更しないように制限される特許請求の範
   囲第５項に記載の方法。 ７ 上記アノードとフイラメントカソードとの間
   に電力を供給する上記段階は、 上記アノードとフイラメントカソードとの間に
   流れるアーク電流の値を監視し、 監視されたアーク電流値とプリセツトされたア
   ーク電流需要信号との差の関数としてアーク電流
   エラー信号を導出し、そして 上記監視されたアーク電流が上記アーク電流需
   要信号に等しくなるまで上記アーク電流エラー信
   号の関数として上記フイラメントカソードへ送ら
   れる電圧を変更するという段階を備えている特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ８ 上記監視段階及び変更段階はプリセツトされ
   た規則的な間隔で行ない、上記変更段階は、 上記監視されたアーク電圧と上記プリセツト基
   準値との値の差に予め定められた積分利得値を乗
   算したものを含む予め構成された関数としてフイ
   ラメント電力変更信号を導出し、そして 上記フイラメント電力変更信号の値によつて上
   記フイラメントカソードへ送られる電力の大きさ
   を変更する段階を含む特許請求の範囲第７項に記
   載の方法。 ９ イオンソースを作動しそしてここからイオン
   ビームを抽出するのに用いられる方法で、 上記イオンソースの付近に抽出電極を配置し、 上記抽出電極の付近に減速電極を配置し、 第１の正の電圧レベルで上記イオンソースに直
   流電位を供給し、 負の電圧レベルで上記抽出電極に直流電位を供
   給して上記イオンソースからイオンビームを抽出
   し、 上記イオンビームが上記抽出電極に当たるよう
   な潜在的なビームラツチ状態を検出してラツチ検
   出信号を発生し、 上記ラツチ検出信号に応答してフイラメントカ
   ソードに送られる電圧を瞬間的に変更して上記ラ
   ツチ状態を防止するようにアーク電流を瞬間的に
   停止し、そして 上記ラツチ検出信号が存在する間に上記監視及
   び変更段階を中断して、フイラメント電力値を、
   監視及び変更段階の最後の実行中にセツトされた
   値に維持するという段階を具備する特許請求の範
   囲第８項に記載の方法。 １０ プリセツトされた安定なアーク電流値及び
   プリセツトされた安定なアーク電圧値に到達して
   これを維持するように、フイラメントカソード
   と、イオンソースチヤンバを構成するアノードと
   を有するイオンソースを始動して動作させる方法
   において、 上記プリセツトされたアーク電圧値より大きい
   初期最大値Varcで直流電圧を上記フイラメント
   カソードとアノードとの間に印加し、 上記イオンチヤンバにアークを開始させるに必
   要な電力レベルより低い初期値で直流電力を上記
   フイラメントカソードに供給し、 上記チヤンバのアーク電流をプリセツトされた
   規則的な間隔で監視して、プリセツトされた最小
   値のアーク電流が存在するかどうかを決定し、 上記プリセツトされた最小値のアーク電流が上
   記監視段階中及びその後に検出されるようになる
   まで、各々の上記プリセツトされた監視間隔の終
   わりに、直流電力の段階的に増加された値を上記
   フイラメントカソードに供給し、 上記アノードとフイラメントカソードとの間に
   流れるアーク電流の値を連続的に監視し、 上記アノードとフイラメントカソードとの間に
   印加されるアーク電圧の値をプリセツトされた間
   隔で監視し、 上記監視されたアーク電流値と上記プリセツト
   されたアーク電流値との間の差の関数としてアー
   ク電流エラー信号を導出し、 上記アーク電流エラー信号の関数として上記フ
   イラメントカソードへ送られる電圧を変更して上
   記アーク電流を上記プリセツトされたアーク電流
   値へもつていくと共にその後上記アーク電流を上
   記プリセツト値に維持し、そして 上記監視されたアーク電圧値と上記プリセツト
   されたアーク電圧値との間の差を含む関数に基づ
   いて上記フイラメントカソードに送られる電力の
   大きさを各々の上記プリセツトされた監視間隔中
   に変更して上記アーク電圧値を上記プリセツト値
   にもつていくと共にその後上記アーク電圧を実質
   的に上記プリセツト値に維持するという段階を具
   備することを特徴とする方法。 １１ アノードを構成するチヤンバと、このチヤ
   ンバ内に取り付けられたフイラメントカソードと
   を有するイオンソースと、 上記アノードとフイラメントカソードとの間に
   直流電力を供給するアーク電源手段であつて、上
   記アノードのアーク電圧が付随的に変化しても上
   記アノードとフイラメントカソードとの間に実質
   的に一定のアーク電流を維持する手段を備えてい
   るようなアーク電源手段と、 フイラメント電力制御信号に応答して上記フイ
   ラメントカソードに直流電力の値を供給するため
   のフイラメント電源手段と、 上記アーク電圧の値を監視する手段と、 上記アーク電圧値と基準アーク電圧値との差の
   予め定められた関数としてフイラメント電力変更
   信号を発生する手段と、 上記フイラメント電力変更信号の関数として上
   記フイラメントカソードに送られる電力の大きさ
   を変更して上記アーク電圧を上記基準アーク電圧
   値へ復帰させる手段とを具備することを特徴とす
   るイオンソースシステム。 １２ 上記アーク電源手段は、 上記フイラメントカソードとアノードとの間に
   直流電圧を供給し、入力制御信号に応答して上記
   フイラメントカソードとアーク電圧を変更するア
   ーク電源と、 上記アーク電源、上記フイラメントカソード及
   び上記アノードに回路接続されていて、上記アー
   ク電流の値に対応するアーク電流信号を発生する
   手段と、 上記アーク電流信号及びプリセツトされたアー
   ク電流需要信号を受け取り、上記アーク電流信号
   と上記アーク電流需要信号との差に比例する値を
   有する信号として上記入力制御信号を上記アーク
   電源に供給するエラー回路手段とを備えており、
   これにより、上記アーク電源は、上記制御信号に
   応答して、上記アーク電流信号が上記アーク電流
   需要信号に等しくなるまで上記アーク電圧を変更
   する特許請求の範囲第１１項に記載のシステム。 １３ 上記変更手段は、 上記フイラメント電源及びフイラメントカソー
   ドに接続されていて、上記フイラメントカソード
   に流れる電流の値に対応するフイラメント電流信
   号を発生するための手段と、 上記フイラメントカソードに印加された電圧の
   値に対応するフイラメント電圧信号を導出する手
   段と、 上記フイラメント電流信号及びフイラメント電
   圧信号を受け取つてフイラメント電力信号を発生
   する手段と、 上記フイラメント電力変更信号に応答してフイ
   ラメント電力需要信号を発生する手段と、 上記フイラメント電力信号及びフイラメント電
   力需要信号を受け取り、これら信号間の値の差に
   比例する大きさの制御信号を上記フイラメント電
   源に発生し、これにより、上記フイラメント電力
   信号の値とフイラメント電力需要信号の値とが等
   しくなるまで上記フイラメント電源が上記フイラ
   メントへ印加する電力を変更するようにするため
   のエラー回路手段とを備えている特許請求の範囲
   第１１項に記載のシステム。 １４ 上記イオンソースはイオン出口孔を含み、
   上記システムは、更に、上記イオン出口孔の付近
   に取り付けられた抽出電極と、この抽出電極の付
   近に取り付けられた減速電極と、この減速電極の
   バイアスに対して上記イオンソースを第１の正の
   電圧にバイアスするための第１バイアス手段と、
   この正の電圧と実質的に同程度の大きさの負の電
   圧値であつて、上記抽出電極とイオンソースとの
   間に著しいスパークが生じないように電流要領が
   制限されたような電圧値に上記抽出電極をバイア
   スするための第２のバイアス手段と、この第２の
   バイアス手段に接続され、相当のイオンビームが
   上記抽出電極に当つて該電極にビームがラツチア
   ツプするような状態を検出するためのラツチ検出
   手段と、このラツチ検出手段及び上記エラー回路
   手段に接続され、上記ビームラツチアツプ状態を
   防止又は排除するようにアーク電流を下げる出力
   を上記エラー回路から短い時間中に発生させるよ
   うにする手段とを備えた特許請求の範囲第１３項
   に記載のシステム。 １５ アノードとして働くアークチヤンバと、こ
   のチヤンバ内に取り付けられたフイラメントカソ
   ードとを有するイオンソースと、 上記アノードとフイラメントカソードとの間に
   直流電力を供給するアーク電源手段であつて、入
   力制御信号に応答して上記フイラメントカソード
   に送られるアーク電圧を制御するようなアーク電
   源手段と、 上記フイラメントカソード及び上記アーク電源
   に接続され、上記フイラメントカソードとアノー
   ドとの間に流れるアーク電流の値に対応する値を
   有したアーク電流信号を発生するためのアーク電
   流検出回路手段と、 アーク電流需要入力リードを有し、上記アーク
   電流検出回路手段に接続されていて、上記アーク
   電流信号と上記アーク電流需要リード上の信号値
   との差に比例する信号値として上記入力制御信号
   を上記アーク電源手段に供給し、上記アーク電流
   需要値と上記アーク電流値とが等しくなるか或い
   は上記アーク電圧が最大値となるまで上記アーク
   電源が上記アーク電圧を変更するようにさせる第
   １エラー回路手段と、 直流電力を上記フイラメントカソードに供給
   し、入力制御信号に応答して、上記フイラメント
   に送られる電力の量を制御するフイラメント電源
   手段と、 上記フイラメントカソードに接続され、上記フ
   イラメントで消費される電力の値を検出するフイ
   ラメント電力検出回路手段と、 フイラメント電力需要入力リードを有し、上記
   フイラメント電力検出回路手段に接続され、上記
   フイラメント電力値と上記フイラメント電力需要
   入力リード上の信号値との差に比例する信号値と
   して上記入力制御信号を上記フイラメント電源手
   段に供給し、上記フイラメント電力値と上記フイ
   ラメント電力需要値とが等しくなるまで上記フイ
   ラメント電源が上記フイラメントに送る電力を変
   更するようにさせる第２エラー回路手段と、 上記アーク電源及び上記フイラメント電力検出
   回路手段と通信してアーク電流及びフイラメント
   電力の値を入力するための入力回路、上記第１及
   び第２のエラー回路とを通信してアーク電流需要
   及びフイラメント電力需要の値を出力するための
   出力回路、及びアーク電流基準需要値、アーク電
   圧基準需要値及びその他の予め定められた変数を
   記憶するためのメモリ回路手段を含んでいるプロ
   グラム可能なコンピユータシステムとを具備し、
   このコンピユータ回路は、更に、アーク電流需要
   信号値を上記第１エラー回路に送つて上記値のア
   ーク電流を確立すると共にプリセツトされた時間
   間隔でフイラメント電力設定制御ルーチンを実行
   するプログラム手段を含んでおり、上記ルーチン
   は、アーク電圧の値を入力し、入力アーク電圧値
   と記憶されたアーク電圧基準需要値との間の部分
   エラーの絶対値を計算し、入力アーク電圧と記憶
   されたアーク電圧基準との差に上記部分エラーの
   絶対値を乗算したものに比例する予め構成された
   利得係数を含む予め構成された関数として新たな
   フイラメント電力需要値を計算し、そしてこの新
   たなフイラメント電力需要信号を上記第２のエラ
   ー回路に通信する段階を含むことを特徴とするイ
   オンソースシステム。 １６ 上記予め構成された利得係数は、上記計算
   された部分エラーの絶対値に比例し、上記予め構
   成された関数は、上記予め構成された利得係数の
   値がプリセツトされた量より大きい場合に導関数
   電力修正項を含み、この導関数電力項は、アーク
   電流の現在値と上記ルーチンのその前の実行によ
   るアーク電流の記憶された値との差に比例する特
   許請求の範囲第１５項に記載のシステム。 １７ 上記ルーチンは、更に、上記新たなフイラ
   メント電力需要値がフイラメント電力需要のプリ
   セツト上限又は下限を越えるかどうかテストし、
   これを越えるような上記限界の適当な一方に上記
   新たなフイラメント電力需要値をリセツトする特
   許請求の範囲第１６項に記載のシステム。 １８ 上記ルーチンは、更に、上記新たなフイラ
   メント電力需要値が上記ルーチンの最後の実行中
   に計算された新たなフイラメント電力需要値に等
   しいかどうかテシトし、これら値が等しければ
   STABEL COUNTパラメータを増加し、これら
   値が等しくなければ上記STABLE COUNTパラ
   メータをゼロにリセツトし、STABLE COUNT
   値が安定なアーク状態を示すプリセツトスレツシ
   ユホールドを越えるかどうか判断するテストを行
   ない、上記STABLE COUNTスレツシユホール
   ド値を越える場合にはフイラメント電力需要の上
   限及び下限を電流アークフイラメント電力値より
   プリセツト量だけ上下の値にリセツトすることを
   含む特許請求の範囲第１７項に記載のシステム。 １９ 上記イオンソースはイオン出口孔を含み、
   上記システムは、更に、上記イオン出口孔の付近
   に取り付けられた抽出電極と、この抽出電極の付
   近に取り付けられた減速電極と、この減速電極と
   のバイアスに対して上記イオンソースを第１の正
   の電圧にバイアスするための第１バイアス手段
   と、この正の電圧と実質的に同程度の大きさの負
   の電圧値であつて、上記抽出電極とイオンソース
   との間に著しいスパークが生じないように電流要
   領が制限されたような負の電圧値に上記抽出電極
   をバイアスするための第２のバイアス手段と、こ
   の第２のバイアス手段に接続され、相当のイオン
   ビームが上記抽出電極に当つて該電極にビームが
   ラツチアツプするような状態を検出するためのラ
   ツチ検出手段と、このラツチ検出手段及び上記エ
   ラー回路手段に接続され、上記ビームラツチアツ
   プ状態を防止又は排除するようなアーク電流を下
   げる出力を上記エラー回路から短い時間中に発生
   させるようにする回路手段とを備え、上記コンピ
   ユータシステムは、更に、上記ラツチ検出手段と
   通信してラツチ状態フラグを上記コンピユータに
   入力するための入力回路を含み、上記フイラメン
   ト電力設定ルーチンは、ビームラツチ状態がハー
   ドウエア回路によつて処理されることを上記ラツ
   チ状態フラグが示す時に上記新たなフイラメント
   電力需要信号の計算及び新たなフイラメント電力
   需要信号の出力をバイアスさせる特許請求の範囲
   第１８項に記載のシステム。