JPH07192684A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ビーム計測部１９によって計測された引出電
流（ＥＣＲイオン源部１から引き出されるイオンビーム
の電流）およびイオンビーム電流（ターゲットに到達す
るイオンビームの電流）がコントローラ２へフィードバ
ックされ、コントローラ２が上記両方の計測結果に基づ
いて、各種イオン源制御パラメータを変化させてイオン
ビーム電流安定制御を行う。 【効果】 実際のイオンビーム電流をフィードバックし
ているので、ＥＣＲイオン源部１の状態に関わらずイオ
ンビーム電流を安定に保つことができる。イオンビーム
電流と引出電流との両方から現在のＥＣＲイオン源部１
の状態を判断することができるので、ＥＣＲイオン源部
１がどのような状態でも、確実にイオンビーム電流を安
定に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に供さ
れ、ターゲットにイオンビームを照射してイオン注入や
表面改質等を行うイオン照射装置に関し、特に、磁界中
のマイクロ波放電によりプラズマを生成してそのプラズ
マからイオンビームを引き出すマイクロ波型イオン源部
を備えたイオン照射装置のビーム電流安定制御に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、真空中でイオンを発
生させた後、イオンビームとして引出し、これを磁界を
用いた質量分析法により所望のイオンビームのみを選択
的に取り出し、さらに上記イオンビームを所定のエネル
ギーまで加速してウエハ等のイオン照射対象物に照射す
ることで、イオン照射対象物内に不純物を注入するもの
であり、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定
する不純物を任意の量および深さに制御性良く注入でき
ることから、現在の集積回路の製造に重要な装置になっ
ている。

【０００３】上記イオン注入装置には、磁界中のマイク
ロ波放電によりプラズマを生成してそのプラズマからイ
オンを引き出すマイクロ波型のイオン源を備えたものが
ある。このマイクロ波型のイオン源は、図６に示すよう
に、マグネトロン５１から出力されたマイクロ波がアイ
ソレータ５２および導波管５３を介してプラズマチャン
バ５４内に導入されることにより、ソースマグネット５
５によって形成される磁界中において、プラズマチャン
バ５４内に供給されているガスイオン種を、マイクロ波
放電によりプラズマ化させるようになっている。

【０００４】上記プラズマチャンバ５４の外部には、ビ
ーム通過孔５６ａを有する引出電極５６が設けられてい
る。プラズマチャンバ５４には引出電源５７より正の高
電圧が印加されており、プラズマチャンバ５３と引出電
極５６との間に強い外部磁界が形成され、この外部電界
によりプラズマチャンバ５４内から正のイオンビームが
引き出されるようになっている。そして、プラズマチャ
ンバ５４から引き出されたイオンビームは、その後、質
量分析器で質量分析され、加速器で加速されてターゲッ
トに照射される。

【０００５】イオン注入装置では、ターゲットに到達す
るイオンビーム量（以下、イオンビーム電流と称する）
を安定に（数パーセント以内に）制御することが非常に
重要であるが、上記マイクロ波型のイオン源を用いた場
合には、フリーマン型イオン源等を用いた場合に比較し
て、イオンビーム電流の安定制御が非常に困難である。

【０００６】マイクロ波型のイオン源を用いた場合のイ
オンビーム電流の安定制御としては、例えば、イオン源
部から引き出されるイオンビームの電流（以下、引出電
流と称する）を計測し、その計測結果をコントローラ５
８にフィードバックすることが考えられる。

【０００７】即ち、上記コントローラ５８は、引出電流
が一定になるように、マイクロ波電源５９を制御し、マ
グネトロン５１から出力されるマイクロ波のパワーを変
化させる。このように、引出電流を一定に保つことによ
り、ターゲットに到達するイオンビーム電流を略一定に
制御することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】通常時（即ち、イオン
源部の真空度が安定しており、且つ、イオン源部が熱平
衡状態になっていれば）、上記のように引出電流を一定
に保つことにより、安定したイオンビーム電流を得るこ
とができる。しかしながら、イオン源部の真空度変化、
イオン源ヘッド交換後、あるいはイオン源部の熱不平衡
時等のときには、プラズマチャンバ５４内に形成される
プラズマの変化により、引出電流を一定に保っても、イ
オンビーム電流が変化することがある。

【０００９】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、イオン源部の真空度が安定し、且つ、
イオン源部が熱平衡状態になるという条件が整っている
ときだけでなく、イオン源部がどのような状態のときで
も確実にイオンビーム電流を安定に保つことができるイ
オン注入装置等のイオン照射装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るイオン照射
装置は、磁界中のマイクロ波放電によりプラズマを生成
してそのプラズマからイオンビームを引き出すマイクロ
波型イオン源部を備え、該イオン源部から引き出された
イオンビームをターゲットに照射するものであって、上
記の課題を解決するために、以下の手段が講じられてい
ることを特徴とするものである。

【００１１】即ち、上記イオン照射装置は、上記イオン
源部から引き出されるイオンビームの電流を計測する引
出電流計測手段と、上記ターゲットに到達するイオンビ
ームの電流を計測するビーム電流計測手段と、上記引出
電流計測手段および上記ビーム電流計測手段の両方の計
測結果に基づいて、ターゲットに到達するイオンビーム
の電流を略一定に保つように、上記イオン源部を制御し
て各種イオン源制御パラメータ（例えば、マイクロ波パ
ワー、引出電極ギャップ（プラズマチャンバと引出電極
との間の距離）、マグネット電流等）を変化させるイオ
ンビーム電流安定制御手段とを備えている。

【００１２】

【作用】上記の構成によれば、ビーム電流計測手段によ
ってターゲットに到達している実際のイオンビーム電流
が計測され、その計測結果がイオンビーム電流安定制御
手段にフィードバックされるようになっている。このよ
うにターゲットに到達している実際のイオンビーム電流
自身をフィードバックし、それに基づいてイオンビーム
電流安定制御手段がマイクロ波型イオン源部を制御して
各種イオン源制御パラメータを変化させながらイオンビ
ーム電流の安定制御を行うようになっているので、マイ
クロ波型イオン源部の状態に関わらず（例えば、マイク
ロ波型イオン源部の真空度が安定し、且つ、マイクロ波
型イオン源部が熱平衡状態になるという条件が整ってい
なくても）、イオンビーム電流を安定（数パーセント以
内）に保つことができる。

【００１３】また、引出電流計測手段によってイオン源
部から引き出されるイオンビームの電流（引出電流）が
計測されており、上記イオンビーム電流だけでなく、引
出電流も同時にイオンビーム電流安定制御手段にフィー
ドバックされている。このため、イオンビーム電流安定
制御手段は、イオンビーム電流と引出電流との両方から
現在のマイクロ波型イオン源部の状態を判断することが
でき、そのときのマイクロ波型イオン源部の状態に応じ
て、各種イオン源制御パラメータを的確に変化させるこ
とが可能であり、イオンビーム電流安定制御手段がどの
ような状態でも、確実にイオンビーム電流を安定に制御
できる。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図５に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１５】本実施例に係るイオン照射装置は、図１に
示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electr
on Cyclotron Resonance）条件の磁界中でマイクロ波放
電を生じさせてプラズマを生成し、このプラズマからイ
オンをビームとして引き出すマイクロ波型イオン源部と
してのＥＣＲイオン源部１、およびこのＥＣＲイオン源
部１の各部の動作を制御してＥＣＲイオン源部１から引
き出されるイオンビームの電流を調整し、ターゲットに
到達するイオンビーム電流をコントロールするコントロ
ーラ２を備えている。

【００１６】上記ＥＣＲイオン源部１は、プラズマを生
成するためのプラズマチャンバ８と、マイクロ波電源７
から電力の供給を受けて、例えば2.４５ＧＨｚのマイク
ロ波を出力するマグネトロン３と、マグネトロン３から
出力されたマイクロ波を上記プラズマチャンバ８へ導く
導波管６とを備えている。

【００１７】上記マグネトロン３と導波管６の端部との
間には、マグネトロン３からのマイクロ波の出力方向
（進行方向）のみマイクロ波を通過させ、反射波がマグ
ネトロン３へ戻るのを防ぐアイソレータ４が設けられて
いる。また、上記導波管６には、導波管６のインピーダ
ンスとプラズマチャンバ８側のインピーダンス（プラズ
マインピーダンス）との間のインピーダンス整合を図る
ためのスタブ等のチューナ９が設けられている。

【００１８】また、上記プラズマチャンバ８には、固体
イオン源物質を蒸発させるベーパライザ等の、ガス状の
イオン源物質をチャンバ内に供給するためのガス供給部
（図示せず）が接続されている。

【００１９】また、上記プラズマチャンバ８の周囲に
は、ソレノイドコイルを備えたソースマグネット１０が
配設されており、このソースマグネット１０は、プラズ
マチャンバ８内にビーム引き出し方向と略平行な磁界を
形成するようになっている。上記ソースマグネット１０
の各ソレノイドコイルには、マグネット用電源１１が接
続されており、このマグネット用電源１１からソースマ
グネット電流が供給されるようになっている。

【００２０】また、上記プラズマチャンバ８には図示し
ないビーム引出しスリットが形成されており、プラズマ
チャンバ８の外部におけるビーム引出しスリットと対向
する位置には、ビーム通過孔１２ａが形成された引出電
極１２およびビーム通過孔１３ａが形成された減速電極
１３がこの順に配設されている。

【００２１】上記引出電極１２はビーム引出し方向に可
動に設けられており、その位置が引出電極コントローラ
２０によって制御されるようになっている。

【００２２】上記減速電極１３はそれより下流側の基準
電位に固定されており、上記引出電極１２は減速電極１
３よりも負電位になるように、減速電源１４より負電圧
が印加されている。そして、上記プラズマチャンバ８に
は、引出電源１５の正極端子が接続されており、この引
出電源１５より高電圧の引出電圧が印加されるようにな
っている。これにより、プラズマチャンバ８と引出電極
１５との間に所定の電位差が生じ、プラズマチャンバ８
の外部に強い外部電界が形成され、この外部電界によ
り、プラズマチャンバ８内のプラズマから正イオンが引
き出され、イオンビームが形成されるようになってい
る。

【００２３】上記プラズマチャンバ８内から引き出され
たイオンビームの一部は引出電極１２または減速電極１
３にあたり、それ以外のイオンビームはビーム通過孔１
２ａおよびビーム通過孔１３ａを通過して下流にセット
された半導体ウエハ等のイオン照射対象物に到達する。
尚、イオンビームがＥＣＲイオン源部１からイオン照射
対象物がセットされている照射位置まで輸送される過程
の中で、必要により質量分析、後段加速、整形、偏向等
が行われる。

【００２４】上記のように、引出電極１２を減速電極１
３よりも負電位にすることにより、減速電極１３よりも
下流で発生した電子の逆流（電子がビーム通過孔１２ａ
およびビーム通過孔１３ａを通過してプラズマチャンバ
８内に進入する現象）を防ぐことができるようになって
いる。

【００２５】本実施例では、図２に示すように、複数の
イオン照射対象物１６…が、アルミニウム等の金属製の
回転ディスク１７の表面上にその周方向に並べられて固
定されており、該回転ディスク１７を一定速度で回転さ
せながら同時にイオンビームと略直交する方向に並進移
動させること（いわゆるメカニカルスキャン）によっ
て、同時に複数のイオン照射対象物１６…に対してイオ
ンビームを照射することができるようになっている。
尚、回転ディスク１７の表面とイオンビームとのなす角
度（ビーム照射角度）は可変である。

【００２６】上記回転ディスク１７の後方には、回転デ
ィスク１７がイオンビームの軌道から外れたとき（オー
バースキャンのとき）に、イオンビームをキャッチする
ファラデカップ等のビームキャッチャ１８が設置されて
いる。

【００２７】上記回転ディスク１７およびビームキャッ
チャ１８はリード線によってビーム電流計測手段として
のビーム計測部１９に電気的に接続されており、このビ
ーム計測部１９によって、ビーム照射位置に到達したイ
オンビーム電流が計測されるようになっている。即ち、
イオンビームが回転ディスク１７によって遮られている
ときは、回転ディスク１７に流れる電流がイオンビーム
電流として計測され、回転ディスク１７がイオンビーム
の軌道から外れたときは、ビームキャッチャ１８に流れ
る電流がイオンビーム電流として計測され、イオンビー
ムが回転ディスク１７およびビームキャッチャ１８の両
方に到達しているときは、両者１７・１８に流れる電流
の和がイオンビーム電流として計測される。

【００２８】上記ビーム計測部１９は、微小なイオンビ
ーム電流を電圧に変換して増幅する増幅回路、上記増幅
回路の出力を高速でアナログ／ディジタル変換するアナ
ログ／ディジタル変換回路等から構成されている。

【００２９】また、図１に示すように、前記の引出電極
１２および減速電極１３も、引出電流計測手段としての
ビーム計測部１９に電気的に接続されており、このビー
ム計測部１９において、両電極１２・１３に流れる電流
（プラズマチャンバ８から引き出されたイオンビームの
一部が電極１２・１３にあたって流れる電流）の和も計
測される。そして、ビーム計測部１９は、両電極１２・
１３に流れる電流の和と前記のオンビーム電流とを合計
して、ＥＣＲイオン源部１から引き出されるイオンビー
ムの電流（引出電流）を求めるようになっている。

【００３０】そして、上記ビーム計測部１９は、イオン
ビーム電流および引出電流の各計測結果を、コントロー
ラ２へ出力するようになっている。

【００３１】上記コントローラ２は、ＣＰＵ（Central
Processing Unit)、ＲＯＭ（Read Only Memory) 、ＲＡ
Ｍ（Random Access Memory) 等を含むマイクロコンピュ
ータによって構成されており、イオン注入条件としてイ
オンビーム電流を入力設定すれば、ビーム計測部１９か
らフィードバックされるイオンビーム電流および引出電
流の各計測結果に基づいて、ＥＣＲイオン源部１の各種
イオン源制御パラメータを変化させて、イオンビーム電
流安定制御を行うようになっている。

【００３２】上記のイオン源制御パラメータには、マイ
クロ波パワー、引出電極ギャップ（プラズマチャンバ８
と引出電極１２との間の距離）、マグネット電流等があ
り、上記コントローラ２は、マイクロ波電源７を制御し
てマグネトロン３から出力されるマイクロ波パワーを変
化させ、また、引出電極コントローラ２０を制御して引
出電極１２のビーム引出し方向の位置を変えることによ
って引出電極ギャップを変化させ、また、マグネット用
電源１１を制御してソースマグネット１０のコイルに流
れるマグネット電流を変化させるようになっている。

【００３３】上記の構成において、イオン照射装置の動
作を以下に説明する。

【００３４】イオン照射装置の全自動運転モードにとき
には、図示しない全自動コントローラから上記コントロ
ーラ２にイオンビーム電流一定指令が与えられる。ま
た、マニュアル操作モードのときには、オペレータによ
って設定されたイオンビーム電流の設定値が、イオンビ
ーム電流一定指令として上記コントローラ２に入力され
る。

【００３５】上記コントローラ２は、イオンビーム電流
の設定値に基づいて、ＥＣＲイオン源部１の各部の動作
を制御し、ＥＣＲイオン源部１の運転を開始する。ＥＣ
Ｒイオン源部１では、プラズマチャンバ８内にガス供給
部からガス状のイオン源物質が導入されると共に、ソー
スマグネット１０のソレノイドコイルにマグネット用電
源１１からマグネット電流が供給され、プラズマチャン
バ８内にビーム引き出し方向と略平行な磁界が形成され
る。また、マイクロ波電源７が投入されてマグネトロン
３が作動し、マイクロ波がアイソレータ４および導波管
６を介してプラズマチャンバ８内に導入されることにな
る。これにより、ＥＣＲ現象によるマイクロ波放電によ
って、プラズマチャンバ８内に導入されているイオン源
物質がプラズマ化される。

【００３６】この後、減速電源１４および引出電源１５
が投入されることにより、プラズマチャンバ８と引出電
極１２との間には、強い外部電界が形成され、この外部
電界により、プラズマチャンバ８内で生成されたプラズ
マ中の正イオンがビーム引出しスリットから引き出され
る。そして、ビーム通過孔１２ａおよびビーム通過孔１
３ａを通過したイオンビームが、回転ディスク１７にセ
ットされたイオン照射対象物１６を照射する。

【００３７】ビーム照射処理中、ビーム計測部１９にお
いてイオンビーム電流および引出電流が計測され、各計
測結果がコントローラ２へフィードバックされる。

【００３８】上記コントローラ２では、Ｓ／Ｎ比の高い
イオンビーム電流の認識を行うために、ビーム計測部１
９からのイオンビーム電流を一定時間毎（例えば１秒
毎）にサンプリングし、サンプリングを行ったイオンビ
ーム電流（瞬時値）の複数個（例えば５個）の移動平均
を求めるようになっている。

【００３９】尚、前回のサンプリングデータに比べてイ
オンビーム電流が所定値（例えば１ｍＡ）以上変化した
とき、今回のサンプリングデータの代わりに前回のサン
プリングデータを用いて移動平均を求める。また、コン
トローラ２は、引出電圧もモニタしており、引出電圧値
が所定値（例えば２ｋＷ）以上変化しているときは、Ｅ
ＣＲイオン源部１において放電が発生したものとみな
し、今回のサンプリングデータの代わりに前回のサンプ
リングデータを用いて移動平均を求める。

【００４０】例えば、図３に示すようなイオンビーム電
流の計測値がコントローラ２に入力されるとした場合、
コントローラ２は、例えば１秒毎にサンプリングを行っ
たａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅの５つの移動点の平均値から
イオンビーム電流を認識する。次は、ｂ、ｃ、ｄ、ｅお
よびｆの５つの移動点の平均値を求める。その次のサン
プリングデータｇとサンプリングデータｆとの差が、例
えば１ｍＡ以上であれば、コントローラ２は、サンプリ
ングデータｇをノイズのみなし、ｃ、ｄ、ｅ、ｆおよび
ｆの５つのデータの平均値を求める。また、ＥＣＲイオ
ン源部１における放電等によって引出電圧が所定値以上
低下すると、イオンビームがターゲットまで到達せずに
イオンビーム電流が急激に低下する。このような場合に
サンプリングされたデータｉは、その前のサンプリング
データｈに置き換えられて移動平均がとられる。

【００４１】但し、コントローラ２は、上記サンプリン
グデータｉだけでなく、その次のサンプリングデータｊ
もサンプリングデータｈよりイオンビーム電流が所定値
以上低下しているときは（即ち、所定回数連続して所定
値以上外れた状態が続くと）、ノイズの影響ではなくて
実際にイオンビーム電流が低下していると判断し、ｆ、
ｇ、ｈ、ｉおよびｊの移動平均をとる。

【００４２】そして、上記コントローラ２は、上記のよ
うにして認識したイオンビーム電流と引出電流とに基づ
いて、ＥＣＲイオン源部１の各種イオン源制御パラメー
タを変化させて、イオンビーム電流安定制御を行う。こ
の、コントローラ２のイオンビーム電流安定制御を図４
のフローチャートに基づいて以下に説明する。

【００４３】先ず、コントローラ２は、フィードバック
されたイオンビーム電流（実際のイオンビーム電流）
が、設定されたイオンビーム電流に対して規定範囲内
（数パーセント内）に入っているか否かを判断し（Ｓ
１）、規定範囲から外れている場合、イオンビーム電流
が設定値に対して大き過ぎるのか小さ過ぎるのかを判断
する（Ｓ２）。

【００４４】上記Ｓ２において、現在のイオンビーム電
流が設定値に対して小さ過ぎる場合、コントローラ２
は、マイクロ波電源７を制御してマグネトロン３から出
力されるマイクロ波パワーを高くする（Ｓ３）。

【００４５】その後、コントローラ２は、フィードバッ
クされるイオンビーム電流および引出電流の増減をみる
（Ｓ４およびＳ５）。上記Ｓ３においてマイクロ波パワ
ーを高くしたことにより、イオンビーム電流および引出
電流がどちらも増加している場合（Ｓ４およびＳ５の両
ステップともＹＥＳ）、再び上記Ｓ１に戻る。

【００４６】上記Ｓ３においてマイクロ波パワーを高く
したにも関わらず、フィードバックされる引出電流が減
少した場合（Ｓ４においてＮＯ）（尚、この場合引出電
流が減少するのでイオンビーム電流も減少する）、コン
トローラ２は、プラズマチャンバ８内のイオン飽和電流
を増すために（プラズマ密度を高めるために）、マグネ
ット用電源１１を制御してソースマグネット１０のコイ
ルに流れるマグネット電流を増加させる（Ｓ６）。その
後は、上記Ｓ１に戻り、必要によってマイクロ波パワー
の再調整が行われる。

【００４７】また、Ｓ３においてマイクロ波パワーを高
くしたにも関わらず、フィードバックされる引出電流は
増加するがイオンビーム電流が増加しない（ほとんど変
わらないかまたは減少する）場合（Ｓ４においてＹＥＳ
且つＳ５においてＮＯ）、以下に示す規格化パービアン
ス（Ｐ／Ｐ_c ）を計算し、この規格化パービアンスが0.
６８になるように、引出電極コントローラ２０を制御し
て引出電極１２のビーム引出し方向の位置を変えること
によって引出電極ギャップを変化させる（Ｓ７）。その
後は、上記Ｓ１に戻り、必要によってマイクロ波パワー
の再調整が行われる。

【００４８】上記のような、引出電流が増加してもイオ
ンビーム電流が増加しないという現象は、プラズマチャ
ンバ８から引き出されたイオンビームの発散が大き過ぎ
るため、引出電極１２のビーム通過孔１２ａを通過して
ターゲットに到達するイオンビームが減少するためと考
えられる。

【００４９】即ち、高電界により引き出されたイオンビ
ームは、レンズ効果の影響を受けて発散する。イオンビ
ームの発散角ωは、図５に示すように、規格化パービア
ンス（Ｐ／Ｐ_c ）により変化し、Ｐ／Ｐ_c ＝0.６８で最
小発散角が与えられ、Ｐ／Ｐ_c が0.６８からはなれる
程、発散角ωが大きくなる。

【００５０】上記Ｐ／Ｐ_c は、引出電圧（プラズマチャ
ンバ８と引出電極１２との間の電位差）Ｖ_e 、引出電極
ギャップｄ、プラズマチャンバ８のビーム引出しスリッ
トの厚さｔ、引出電流Ｉ_e 、イオン種の実効質量数Ｍ
_eff 等のパラメータにより左右され、以下に示す関係式
により表される。

【００５１】Ｐ／Ｐ_c ＝ｋ・Ｍ_eff ^1/2 ・Ｉ_e （ｄ＋
ｔ）² ／Ｖ_e ^3/2 （ｋは定数） 上式からわかるように、引出電流Ｉ_e が変化すると規格
化パービアンスが変化し、それによってイオンビームの
発散角ωも大きくなるので、引出電流が増加してもイオ
ンビーム電流が増加しないのである。この場合、コント
ローラ２は、Ｐ／Ｐ_c ＝0.６８となるような引出電極ギ
ャップｄを演算し、引出電極コントローラ２０を制御し
て引出電極１２を移動させるのである（Ｓ７）。

【００５２】一方、上記Ｓ２において、現在のイオンビ
ーム電流が設定値に対して小さ過ぎる場合、コントロー
ラ２は、マグネトロン３の出力パワーが最低値（例えば
２００Ｗ）になっているか否かを判断する（Ｓ７）。こ
れは、マグネトロン３は、ある出力以下になれば非常に
不安定になるといった出力特性を有しているため、微小
ビーム電流調整を行う場合には、マイクロ波電源７の制
御によるマグネトロン３の出力パワー調整だけでは限界
があるからである。

【００５３】そこで、コントローラ２は、マグネトロン
３の出力パワーが最低値になっていなければ、マイクロ
波電源７を制御してマグネトロン３から出力されるマイ
クロ波パワーを低くする（Ｓ９）一方、その出力パワー
が最低値になっていれば、マグネット用電源１１を制御
してソースマグネット１０のコイルに流れるマグネット
電流を変化させる（Ｓ１０）。上記のＳ９またはＳ１０
の後は、上記Ｓ１に戻る。

【００５４】以降、フィードバックされたイオンビーム
電流が、設定されたイオンビーム電流に対して規定範囲
内に入るまで、上述のイオンビーム電流安定制御（Ｓ１
〜Ｓ１０）が繰り返される。このイオンビーム電流安定
制御は、ビーム照射処理の期間中継続して行われる。

【００５５】尚、上記Ｓ１においてイオンビーム電流が
安定であると判断するイオンビーム電流の許容範囲（規
定範囲）は、イオン種および設定イオンビーム電流値に
よって変えてもよい。例えば、イオン種および設定イオ
ンビーム電流値を入力データとし、メンバシップ関数を
決めてファジー制御を行って許容範囲を決定する。

【００５６】また、イオンビーム電流を効率良く安定さ
せるために、上記Ｓ３またはＳ９においてマクイロ波パ
ワーを増減させるときの速度（例えば、0.１Ｗずつ変化
させる時間）も、イオン種および設定イオンビーム電流
値によって変えてもよい。この場合も、例えば、イオン
種および設定イオンビーム電流値を入力データとし、メ
ンバシップ関数を決めてファジー制御を行ってマクイロ
波パワーの変化速度を決定すればよい。

【００５７】以上のように、本実施例のイオン照射装置
は、マイクロ波型イオン源部としてのＥＣＲイオン源部
１を備え、該ＥＣＲイオン源部１から引き出されたイオ
ンビームをターゲットに照射するものであって、ＥＣＲ
イオン源部１から引き出されるイオンビームの電流（引
出電流）およびターゲットに到達するイオンビームの電
流（イオンビーム電流）を計測するビーム計測部１９
と、上記ビーム計測部１９による引出電流およびイオン
ビーム電流の両方の計測結果に基づいて、ターゲットに
到達するイオンビーム電流を略一定に保つように、上記
ＥＣＲイオン源部１を制御して各種イオン源制御パラメ
ータを変化させるコントローラ２とを備えている構成で
ある。

【００５８】このように、ターゲットに到達している実
際のイオンビーム電流を計測してコントローラ２にフィ
ードバックし、ＥＣＲイオン源部１のイオン源制御パラ
メータを変化させながらイオンビーム電流の安定制御を
行うようになっているので、ＥＣＲイオン源部１の状態
に関わらず（例えば、ＥＣＲイオン源部１の真空度が安
定し、且つ、ＥＣＲイオン源部１が熱平衡状態になると
いう条件が整っていなくても）、イオンビーム電流を安
定（数パーセント以内）に保つことができる。

【００５９】また、上記イオンビーム電流だけでなく、
引出電流も同時にコントローラ２にフィードバックして
いるので、イオンビーム電流と引出電流との両方から現
在のＥＣＲイオン源部１の状態を判断することができ、
そのときのＥＣＲイオン源部１の状態に応じて、マイク
ロ波パワーだけでなく、それ以外の各種イオン源制御パ
ラメータ（例えば、引出電極ギャップもマグネット電流
等）も的確に変化させることができるので、ＥＣＲイオ
ン源部１がどのような状態でも、確実にイオンビーム電
流を安定に制御できる。

【００６０】尚、上記実施例では、ビーム計測部１９が
引出電流とイオンビーム電流との両方を計測するように
なっており、引出電流計測手段とビーム電流計測手段と
が一体化された構成となっているが、勿論、引出電流計
測手段とビーム電流計測手段とがそれぞれ独立した構成
になっていてもよい。上記実施例は、あくまでも、本発
明の技術内容を明らかにするものであって、そのような
具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではな
く、本発明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変
更して実施することができるものである。

【００６１】

【発明の効果】本発明のイオン照射装置は、以上のよう
に、マイクロ波型イオン源部から引き出されるイオンビ
ームの電流を計測する引出電流計測手段と、ターゲット
に到達するイオンビームの電流を計測するビーム電流計
測手段と、上記引出電流計測手段および上記ビーム電流
計測手段の両方の計測結果に基づいて、ターゲットに到
達するイオンビームの電流を略一定に保つように、上記
イオン源部を制御して各種イオン源制御パラメータを変
化させるイオンビーム電流安定制御手段とを備えている
構成である。

【００６２】それゆえ、実際のイオンビーム電流自身を
フィードバックしてイオンビーム電流の安定制御を実行
しているので、マイクロ波型イオン源部の状態に関わら
ず（例えば、マイクロ波型イオン源部の真空度が安定
し、且つ、マイクロ波型イオン源部が熱平衡状態になる
という条件が整っていなくても）、イオンビーム電流を
安定に保つことができる。また、上記イオンビーム電流
だけでなく、引出電流も同時にフィードバックしている
ので、イオンビーム電流と引出電流との両方から現在の
マイクロ波型イオン源部の状態を判断することができ、
そのときのマイクロ波型イオン源部の状態に応じて、各
種イオン源制御パラメータを的確に変化させることが可
能であり、イオンビーム電流安定制御手段がどのような
状態でも、確実にイオンビーム電流を安定に制御するこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、イオン照
射装置の要部の構成を示すブロック図である。

【図２】上記イオン照射装置におけるイオンビーム電流
の計測系の構成を示すブロック図である。

【図３】イオンビーム電流の経時変化の一例を示すグラ
フである。

【図４】上記イオン照射装置のコントローラによるイオ
ンビーム電流安定制御を示すフローチャートである。

【図５】プラズマチャンバから引き出されたイオンビー
ムの発散角（ω）と規格化パービアンス（Ｐ／Ｐ_c ）と
の関係を示すグラフである。

【図６】従来例を示すものであり、イオン注入装置の要
部の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ＥＣＲイオン源部（マイクロ波型イオン源部） ２ コントローラ（イオンビーム電流安定制御手段） ３ マグネトロン ７ マイクロ波電源 ８ プラズマチャンバ １０ ソースマグネット １１ マグネット用電源 １２ 引出電極 １５ 引出電源 １６ イオン照射対象物 １７ ビームキャッチャ １９ ビーム計測部（引出電流計測手段、ビーム電流
計測手段） ２０ 引出電極コントローラ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 21/3065

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁界中のマイクロ波放電によりプラズマを
   生成してそのプラズマからイオンビームを引き出すマイ
   クロ波型イオン源部を備え、該イオン源部から引き出さ
   れたイオンビームをターゲットに照射するイオン照射装
   置であって、 上記イオン源部から引き出されるイオンビームの電流を
   計測する引出電流計測手段と、 上記ターゲットに到達するイオンビームの電流を計測す
   るビーム電流計測手段と、 上記引出電流計測手段および上記ビーム電流計測手段の
   両方の計測結果に基づいて、ターゲットに到達するイオ
   ンビームの電流を略一定に保つように、上記イオン源部
   を制御して各種イオン源制御パラメータを変化させるイ
   オンビーム電流安定制御手段とを備えていることを特徴
   とするイオン照射装置。