JPH07302546A

JPH07302546A - イオン源の自動エイジング運転方法

Info

Publication number: JPH07302546A
Application number: JP12173794A
Authority: JP
Inventors: Masashi Konishi; 正志小西; Junichi Tatemichi; 潤一立道
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-11-14
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JP3339183B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】イオン源からイオンビ−ムを引き出すための
電極において、製造直後、清掃後には突起物やゴミがあ
って放電が起こりやすい状態である。そこで製造直後あ
るいは清掃直後は、電極間に電圧を印加し電極間に強制
的に放電を起こさせる操作を行なう。これがエイジング
である。従来は人の手によって行なっていたので、人件
費がかかるし、エイジングの結果の電極の状態も一定で
ないという問題があった。これを自動運転する方法を提
供する。【構成】初期電圧、最終電圧を決め、一定計測期間毎
に放電の回数を計測する。放電回数Ｍがある閾値Ｎ₀ 以
下であると電圧を一定電圧だけ上げる。放電回数Ｍが閾
値以上であると、電圧を一定電圧下げる。計測期間毎に
印加電圧を上昇あるいは下降させる操作を、印加電圧が
最終電圧に至るまで行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、イオン源のエイジン
グ運転を自動化した方法に関する。イオン源は、原料ガ
スを、ア−ク放電、高周波電圧、マイクロ波などにより
励起し、プラズマとして、電極間に電圧を印加してイオ
ンビ−ムとして引き出す装置である。イオン注入装置、
イオンド−ピング装置、エッチング装置などにイオン源
が使用される。

【０００２】イオン源の電極の数は、４枚或いは３枚で
ある。４枚電極の場合は、引出電極、加速電極、減速電
極、接地電極という。３枚の場合は、加速電極、減速電
極、接地電極と呼ぶ。これらの電極には、ビ−ムの流れ
の方向にイオンビ−ムを通すために、一つまたは複数の
通し孔を有する。電極の間に適当な電圧を印加すること
によりプラズマからイオンをビ−ムとして引出す。エイ
ジングというのは、新しくイオン源を製造した時、或い
は電極を修繕、補修、研磨した後、電極間に強制的に放
電を起こさせて電極の表面を平坦にし、安定したビ−ム
引出ができるようにするための動作である。

【０００３】

【従来の技術】イオン源の電極は平板に孔を穿孔したも
のである。機械加工するので、製造直後の新しい電極の
孔の周り等には目に見えない多数の細かい突起やバリな
どが存在する。イオン源として利用する時は、チャンバ
を真空に引いてから、電極間には高い電圧を印加する。
細い突起の先端には電気力線が集中する。ためにここか
ら電子放出が起こりやすい。

【０００４】対向する電極面に突起が存在すると、印加
電圧が低くても、突起の間にア−ク放電が起こる。放電
が起こると電極間が短絡する。短絡すると大電流が流れ
て、突起自体は溶けて消える。放電を繰り返すことによ
り次第にこのような細かい突起がなくなってゆく。やが
て放電の頻度が減り安定したイオン源の運転が可能にな
る。不安定なイオン源により対象物を処理すると、イオ
ンの密度が揺らいで不均一になる。

【０００５】この事情は、イオン源の電極を修繕補修し
た直後も同じことである。電極には様々な汚れが付着
し、これが電界を遮るので電極間に十分な電圧がかから
ない。そこで随時電極を取り外して研磨する必要があ
る。研磨によって電極金属の表面を露出させる。電極を
取り付けて再び運転すると、やはり微細な突起により放
電が頻繁に起こる。

【０００６】そこではじめに電極間に放電を強制的に起
こさせて突起物などを放電の熱で溶かして除去する。こ
れがエイジングである。新規の装置や修理後の装置にお
いて、エイジングを必ず行なう必要がある。エイジング
を行なうことにより安定したイオン源の運転ができるよ
うになる。電極間電圧が安定してア−ク放電が起こらな
いので、イオンビ−ムが安定して発生する。イオン源に
よる処理の質が安定するということである。またア−ク
放電が起こらないので、周辺機器、周辺装置に及ぼす悪
影響もなくなる。

【０００７】従来は人手によってエイジングをしてい
た。これは難しい作業である。エイジングは最大の電圧
がかかる２枚の電極の間に直流電圧を加えて放電を強制
的に起こさせ、放電の頻度を次第に減少させるようにす
る作業である。放電の頻度を見て電圧を昇降させる必要
がある。この判断が容易でない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】エイジングは難しい作
業である。熟練した作業者でなければできない。熟練者
がいない場合はエイジングができない。さらに熟練者で
あっても、人によって判断が違うので操作も違う。ある
人は念入りにエイジングする。またある人は簡単に片付
ける。２時間で終わる人もいれば、２日かける人もい
る。ある電圧をかけて放電の頻度や強さをオシロスコ−
プなどで観察しながら電圧の昇降操作をする。一定電圧
をかけていると、バリが徐々に減少してゆくので放電頻
度が減る筈である。放電回数が減ると電圧をさらに上げ
る。早く電圧を上げると、放電頻度が高くなる。しかし
これも次第に治まってくる。逆に、放電が強すぎると思
えば電圧を下げる。

【０００９】次第に電圧を上げて行き、ある一定電圧に
高めた時に放電頻度が十分に低くなるとエイジングが完
了したということになる。放電頻度が大きい小さいとい
う判断が人により違うので、エイジングの時間が違うの
である。時間が違うだけでなく、エイジング後の電極の
品質自体も異なる。時間をかけて念入りにエイジングし
たものは、以後放電が起こりにくく安定したイオン源の
運転が可能である。短時間でエイジングしたものは電極
表面の平坦度が不十分であるから、なお放電が起こりや
すく不安定である。このようにエイジングの質自体が違
うので、イオン源の運転にも影響を及ぼす。熟練者がい
なくてもエイジングが自動的にできるようにしたエイジ
ング方法を提案することが本発明の目的である。また電
極の品質を一定にすることのできるエイジング方法を提
供することが本発明の第２の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の自動エイジング
方法は、エイジングの初期電圧をＶｉ、最終電圧をＶ
ｅ、放電計測期間をＴ、上昇電圧単位をＢ、下降電圧単
位をＣ、放電頻度閾値をＮとして、始め初期電圧Ｖｉを
電極間に加え、計測期間Ｔ毎に放電回数Ｍを計り、放電
回数Ｍが閾値Ｎ₀ 以下であれば印加電圧をＢだけ増や
し、ＭがＮ₀ を越えれば印加電圧をＣだけ減少させる。
Ｔ時間毎に印加電圧Ｖを＋Ｂあるいは−Ｃ変化させ、最
終電圧Ｖｅに到達するまでこの操作を繰り返す。

【００１１】つまりＴを単位として期間の番号をｊと
し、その期間Ｔ_j での印加電圧をＶ_jとすると、Ｖ₁ ＝
Ｖｉとし、Ｍ≦Ｎ₀ ならばＶ_j+1 ＝Ｖ_j ＋Ｂとし、Ｍ＞
Ｎ₀ ならばＶ_j+1 ＝Ｖ_j −Ｃと変化させるのである。通
常は放電により電極の微細な突起などが消滅し、時間の
経過と共に放電の頻度が低下してゆくので、上記の操作
により、印加電圧を次第に上げて行き、最終電圧に到達
することができる。そうするとエイジングを終了する。
しかし、いくら繰り返しても最終電圧に至らないことが
ある。この場合は、予め操作回数ｊの最大値Ｊ_m を決め
ておき、ｊ＝Ｊ_m になった時にエイジングを停止する。

【００１２】上昇電圧単位Ｂは全範囲において、一定値
であっても良い。しかしＶｉ〜Ｖｅの印加電圧の範囲を
複数の領域Ｕ₁ 、Ｕ₂ 、Ｕ₃ …に分割し、それぞれにお
いて異なる上昇電圧単位Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｂ₃ …（Ｂ₁ ＞Ｂ
₂ ＞Ｂ₃ …）を対応させても良い。印加電圧が上ると、
放電が起こりやすくなるので、上昇電圧の単位を少しづ
つ小さくしてゆくと、放電回数が一挙に増えて、電圧を
下げなければならないという可能性が減少する。

【００１３】

【作用】初期電圧から、電極間に電圧を印加し始める。
一定の計測時間Ｔにおける放電を数える。放電は電極間
の電圧が急激に低下することにより検出できる。電極間
電圧は常時計測しているので、電圧の一時的、急激な減
少はすぐに分かる。電圧低下の回数を数えることによ
り、時間Ｔの間における放電の回数Ｍを求める。これが
予め定めてある閾値Ｎ₀ より小さい場合、この電圧でも
電極間の状態は安定であるということである。だから電
圧を一定値だけ上昇させる。これは例えば３ｋＶ〜７ｋ
Ｖとする。例えば５ｋＶの程度にする。電圧を上げると
始めは放電が増えるが、次第に電極間が安定し放電回数
が減ってくる。ＭがＮ₀ 以下なら再び印加電圧を１段階
上げる。

【００１４】時間Ｔ内における放電回数Ｍが閾値Ｎ₀ よ
り大きい場合は、電極の状態が不安定であり放電が頻り
に起こるということである。これは電圧が高すぎるとい
うことである。だから一定電圧だけ下げるようにする。
電圧を下げると放電回数が減少する。それで放電回数が
減ると再び電圧を上げるようにする。上昇電圧の単位
は、印加電圧が低い間は大きく、印加電圧が高くなると
小さくするようにもできる。こうすると放電増加により
電圧を度々下げる必要がない。放電の回数について述べ
る。どのような電圧降下も放電に対応する。しかし電流
量の大きい放電もあるし、電流量の小さい放電もある。
そこで、電流量の大きい放電は２回分に数えるようにす
ると、放電の生起する状態をより一層厳密に評価するこ
とができる。そこで、設定電圧値の半分以下に電圧が降
下した場合、これを放電２回分と評価することもでき
る。

【００１５】

【実施例】図１はイオン源の概略の構成と、電源の関係
を示す略図である。イオン源１は真空に引くことのでき
る空間であり、ここに原料ガスを導入し、何らかの手段
により励起し、プラズマに変化させる。これをイオン源
前方の開口に設けた電極によりイオンビ−ムとして引き
出すようにしたものである。電極としては、引出電極
２、加速電極３、減速電極４、接地電極５がある。これ
らは同じ箇所に穴を持っている。イオンビ−ムが通過す
る穴である。イオン源１の全体と引出電極２には、加速
電源Ｖ_acc が印加される。加速電極３は引出電源Ｖ_ext
により、Ｖ_acc−Ｖ_ext の電圧がかかるようになってい
る。引出電極と加速電極の間にＶ_ext の電圧がかかるの
でプラズマからイオンが引き出される。減速電極４は減
速電源Ｖ_dec によりグランド電位より低い値に保たれ
る。

【００１６】結局加速電極３と、減速電極４の間に、Ｖ
_acc ＋Ｖ_ext ＋Ｖ_dec の電圧がかかる。この間で最も
放電が起こりやすい。引出電源６、減速電源７、加速電
源８の電流、電圧はコントロ−ラ９に入力される。コン
トロ−ラはこれら電源の電圧または電流を設定する。安
定運転時の標準的な値は、例えばＶ_acc ＝１００ｋＶ、
Ｖ_dec ＝１ｋＶ、Ｖ_ext ＝１ｋＶの程度である。本発明
は、初期電圧をＶｉ、最終電圧をＶｅ、放電計測時間を
Ｔ、電圧下降単位をＣ、電圧上昇単位をＢとして、Ｔ内
における放電の回数Ｍを測定し、ＭがＮ₀ より小さいと
電圧をＢだけ上げるようにし、ＭがＮ₀ より大きいと電
圧をＣだけ下げるようにする。

【００１７】ここでは、標準の加速電圧が１００ｋＶの
場合を例にして説明する。１０％高い１１０ｋＶを最終
電圧Ｖｅとする。初期電圧Ｖｉを３０ｋＶとする。電圧
上昇単位を５ｋＶあるいは１ｋＶ、電圧下降単位を１ｋ
Ｖとする。放電計測単位時間Ｔは１分とする。放電回数
の閾値Ｎ₀ は２０回とする。しかも、電圧上昇単位が、
６０ｋＶを境にして５ｋＶから１ｋＶに切り替わる。始
め加速電圧Ｖ_acc を３０ｋＶとし、１分以内での放電の
数Ｍが２０以下なら、電圧を５ｋＶ高める。３５ｋＶ、
４０ｋＶというふうに印加電圧が上がって行く。放電数
が２０以上になった場合は、逆に５ｋＶ下げる。電圧を
上げたり下げたりして、６０ｋＶになると、これ以後の
電圧の上昇値は１ｋＶとする。このような操作を加速電
圧が１１０ｋＶになるまで行なう。図２に電圧の変化の
例を示している。次に手順を述べる。

【００１８】加速電圧Ｖ_acc の初期設定値を３０ｋ
Ｖとする。最終電圧を１１０ｋＶとする。印加電圧が３０〜６０ｋＶまでは、５ｋＶ刻みで電
圧を上げる。６０ｋＶ〜１１０ｋＶでは１ｋＶずつ電圧
を上げる。一定時間Ｔ内での放電の回数Ｍを計る。例えばＴは
１分である。放電回数の閾値Ｎ₀ は例えば２０回であ
る。Ｍが２０以上なら電圧を５ｋＶ下げる。Ｍが２０未
満ならば、電圧を上げる。６０ｋＶより下で５ｋＶ、６
０ｋＶより上では１ｋＶ上げるようにする。

【００１９】放電の回数の数え方について、放電に
より電極間電圧が設定値の５０％〜９０％の値に下がっ
た時は１回とする。設定値の０％〜５０％の値になると
２回と数える。図２において、印加電圧の上昇の例を示
している。上の図は、加速電圧の設定値の時間変化を示
す。縦の線とその次の縦の線との間は、放電計測の単位
時間Ｔを示している。下の図は、電極間の実際の電圧
を、その時の印加電圧で割った値を示す。縦軸の意味す
るものが、時間毎に異なることに注意するべきである。

【００２０】図３は本発明の実施例を行なうための操作
のフロ−チャ−トである。自動エイジングのモ−ドを選
択する。以下の操作は全て自動的になされる。手動では
ない。順に説明する。加速電源を起動する。始めは加速
電圧を０ｋＶにする。２秒後に加速電圧を３０ｋＶに上
げる。この値になってから１０秒の時間待機し、エイジ
ングチェックする。これは先に述べたように、１分間の
放電の回数を数える操作である。

【００２１】放電回数ＭがＮ₀ 以上の場合は、この電圧
でのエイジングは早すぎるという訳であるので、電圧を
下げる。エイジングチェックを終了する。電圧が下がる
と、１０秒待機し、再びエイジングチェックする。放電
回数を数える。これがＮ₀ 以下の場合は、加速電圧を増
やす。エイジングチェックを停止する。電圧が上がると
再び１０秒待った後、エイジングチェック（放電回数計
数）する。このような繰り返しの末、加速電圧が１１０
ｋＶになると、エイジングを終了する。エイジング操作
をリセットする。手動操作に切り替える。これにより自
動的に装置のエイジングを行なうことができる。

【００２２】

【発明の効果】従来熟練者がカンと経験に頼って行なっ
ていたイオン源のエイジングを、本発明は人手によら
ず、完全に自動的に行なうことができる。検出しなけれ
ばならない観測量は放電回数Ｍだけである。放電回数Ｍ
の計測は電圧降下、電流増加を検出することにより自動
的に行なうことができる。このために本発明方法は完全
にエイジング操作を自動化することができるのである。
熟練者が不要になる。自動エイジングは従来存在しなか
ったので、この点での効果が顕著である。また、人によ
りエイジングの結果が異なっていたが、本発明は放電回
数に対する対応が予め決まっているので、エイジングの
結果に差異がない。どのようなイオン源に対しても同一
の品質のエイジングを保障することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオン源の電極構造と電圧制御機構を説明する
ためのイオン源構成図。

【図２】本発明の制御方法において、印加電圧の時間的
変化と、電極間電圧の時間的変化を示すグラフ。上は設
定電圧を示す、下は電極間電圧を設定値で割って正規化
したものを示す。

【図３】本発明の制御方法のフロ−チャ−ト。

【符号の説明】

１イオン源２引出電極３加速電極４減速電極５接地電極６引出電源７減速電源８加速電源９コントロ−ラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】新たに製造したイオン源あるいは、電極
を補修、清掃、或いは研磨した直後のイオン源を、イオ
ン源として使用する前に、電極間に放電を強制的に起こ
させて電極面の微細な突起を除き安定な運転を可能にす
るためのエイジングを自動的に行なう方法であって、エ
イジングの初期電圧をＶｉ、最終電圧をＶｅ、放電計測
期間をＴ、上昇電圧単位をＢ、下降電圧単位をＣ、放電
頻度閾値をＮとして、始め初期電圧Ｖｉを電極間に加
え、計測期間Ｔ毎に放電回数Ｍを計り、放電回数Ｍが閾
値Ｎ₀ 以下であれば印加電圧をＢだけ増やし、ＭがＮ₀
を越えれば印加電圧をＣだけ減少させるようにし、Ｔ時
間毎に印加電圧Ｖを＋Ｂあるいは−Ｃ変化させ、最終電
圧Ｖｅに到達するまでこの操作を繰り返す事を特徴とす
るイオン源の自動エイジング運転方法。
【請求項２】初期電圧Ｖｉから最終電圧Ｖｅまでに渡
る印加電圧の範囲を複数の電圧領域Ｑ₁ 、Ｑ₂ …に分割
し、印加電圧領域Ｑ₁ 、Ｑ₂ …において、異なる値Ｂ
₁ 、Ｂ₂ …（Ｂ₁ ＞Ｂ₂ ＞…）の電圧を電極間に印加す
るようにした事を特徴とする請求項１に記載のイオン源
の自動エイジング運転方法。
【請求項３】放電のために電極間の電圧が設定値Ｖ
_acc の０％〜５０％の値に下降した時、放電数２回と数
え、放電のために電極間電圧が設定値Ｖ_acc の５０％〜
９０％の値に下降した時、放電数１回と数えることを特
徴とする請求項１または２に記載のイオン源の自動エイ
ジング運転方法。