KR20190036452A - 이온원, 이온원의 운전 방법 - Google Patents

이온원, 이온원의 운전 방법 Download PDF

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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 필라멘트의 직경에 상관없이, 필라멘트 교환에 따른 이온원의 가동 손실의 저감을 도모하는 것을 목적으로 한다.
이온원(IS1)은, 복수 개의 필라멘트(F1∼F3)와, 각 필라멘트에의 통전 전류를 개별적으로 설정하는 제어 장치(C)와, 각 필라멘트(F1∼F3)에서의 전압을 계측하는 전압계(V1∼V3)를 포함한 이온원이며, 제어 장치(C)는, 설정된 전류값과 계측된 전압값으로부터, 각 필라멘트(F1∼F3)에 있어서의 현재의 저항값(R1∼R3)을 산출하고, 기준이 되는 저항값(Rs)과 현재의 저항값(R1∼R3)의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값(R1∼R3)이 기준이 되는 저항값(Rs)이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류(I1∼I3)를 재설정한다.

Description

이온원, 이온원의 운전 방법{ION SOURCE, DRIVING METHOD OF THE ION SOURCE}
본 발명은 복수의 필라멘트를 이용하여 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마로부터 이온 빔을 인출하는 이온원과 이온원의 운전 방법에 관한 것이다.
이온 주입 장치, 이온 도핑 장치나 이온 빔 에칭 장치에서는, 이온 빔을 생성하기 위해서 이온원이 사용되고 있다. 이 이온원은 플라즈마 생성의 메커니즘의 차이에 의해 여러 가지 타입이 사용되고 있다.
이온원의 하나에는 복수의 필라멘트를 포함한 이온원이 있다. 이온원의 운전 시간이나 사용하는 가스, 필라멘트의 배치 장소 등에 따라, 각 필라멘트의 시간적인 소모도는 상이하다.
복수 개의 필라멘트 중, 1개의 필라멘트의 수명이 다른 필라멘트보다 빠르게 다한 경우, 이온원의 성능은 현저히 열화(劣化)한다. 이것은 모든 필라멘트를 이용하여 이온원의 성능이 담보되고 있기 때문이다.
이온원의 성능이 저하된 상태에서 이온원의 운전을 계속한 경우, 기판에의 이온 빔 조사 처리가 불량이 된다. 그 때문에, 이온원의 운전을 정지하여 필라멘트의 교환을 행하게 되는데, 각 필라멘트에서 소모도가 상이하면, 1개의 필라멘트의 수명이 다할 때마다 이온원을 정지하여 필라멘트의 교환을 그때마다 행하게 된다.
전술한 필라멘트의 교환 방법에서는, 이온원의 가동률이 현저히 저하된다. 이온원의 가동률을 개선하는 해결책으로서, 특허문헌 1에서는 가스종과 필라멘트의 배치 장소에 따라 필라멘트의 직경을 상이하게 하는 것이 제안되어 있다.
구체적으로는, 경험칙으로부터 단선되기 쉬운(수명이 빠르게 다하는) 필라멘트의 직경을, 단선되기 어려운(수명이 느리게 다하는) 필라멘트의 직경에 비해 굵게 하고 있다.
직경이 상이한 필라멘트의 사용에 의해, 이온원에서 사용되는 각 필라멘트의 수명을 동일한 정도로 하여 전체 필라멘트를 일거에 교환함으로써, 필라멘트 교환에 기인하는 이온원의 가동률의 저하가 개선된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2009-266779
특허문헌 1의 수법에서는, 필라멘트가 배치되는 장소나 가스종에 따른 특별한 직경의 필라멘트를 준비하는 것이 필요해지고 있기 때문에, 필라멘트의 재사용이 불가능하고, 메인터넌스 시의 편리성이 부족하다.
또한, 경험칙에 기초하여 필라멘트의 직경이 결정되어 있기 때문에, 예컨대, 상정되어 있는 가스종과 상이한 가스를 사용한 경우에는, 전체 필라멘트의 수명에 차이가 생겨 필라멘트 교환 횟수가 증가한다. 그 결과, 전술한 이온원의 가동률 개선 효과를 충분히 얻을 수 없는 것이 염려된다.
본 발명에서는, 복수 개의 필라멘트를 포함한 이온원이며, 필라멘트의 직경에 상관없이, 필라멘트 교환에 기인하는 이온원의 가동률의 저하를 개선하는 것을, 주된 과제로 한다.
이온원은,
복수 개의 필라멘트와,
각 필라멘트에의 통전 전류를 개별적으로 설정하는 제어 장치와,
각 필라멘트에서의 전압을 계측하는 전압계를 포함한 이온원이며,
상기 제어 장치는, 설정된 전류값과 계측된 전압값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류를 재설정한다.
다른 이온원으로서는,
복수 개의 필라멘트와,
각 필라멘트에서의 인가 전압을 설정하는 제어 장치와,
각 필라멘트에의 통전 전류를 계측하는 전류계를 포함한 이온원이며,
상기 제어 장치는, 설정된 전압값과 계측된 전류값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압을 재설정한다.
제어 장치는, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값과 기준이 되는 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류나 인가 전압의 재설정을 행함으로써, 각 필라멘트의 직경에 상관없이, 각 필라멘트의 수명을 일치시키는 것이 가능해진다.
수명이 일치함으로써, 각 필라멘트를 교환하는 타이밍도 일치하기 때문에, 필라멘트 교환에 따르는 이온원의 정지 빈도가 적어져, 이온원의 가동률이 향상된다.
각 필라멘트의 수명을 보다 정확히 일치시키고, 저항값의 맞춤을 용이하게 행하기 위해서는,
상기 기준이 되는 저항값이, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 평균한 저항값인 것이 바람직하다.
통전 전류나 인가 전압에 따른 저항값의 변화량이 각 필라멘트에서 상이한 것을 고려하면,
상기 제어 장치는, 또한 각 필라멘트의 배치 장소에 따른 가중 계수에 기초하여 상기 통전 전류나 인가 전압을 재설정하는 것이 바람직하다.
각 필라멘트로부터 방출되는 열전자량의 상대적인 관계를 유지하기 위해서는,
상기 제어 장치는,
상기 재설정을 행하기 전에, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 평균한 저항값과 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값의 차를 초기 저항값으로서 산출하고, 산출된 값을 기억해 두며, 상기 초기 저항값도 고려하여, 상기 재설정을 실시하는 것이 바람직하다.
이온원의 운전 방법으로서는,
이온원에 포함된 복수 개의 필라멘트에의 통전 전류를 재설정하는 이온원의 운전 방법으로서,
각 필라멘트에의 통전 전류를 초기 설정하고,
각 필라멘트의 단자 사이에서의 전압을 계측하며,
초기 설정된 전류값과 계측된 전압값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류를 재설정한다.
이온원의 다른 운전 방법으로서는,
이온원에 포함된 복수 개의 필라멘트에의 인가 전압을 재설정하는 이온원의 운전 방법으로서,
각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압을 초기 설정하고,
각 필라멘트에서의 통전 전류를 계측하며,
초기 설정된 전압값과 계측된 전류값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압을 재설정한다.
각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값과 기준이 되는 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류나 인가 전압의 재설정을 행함으로써, 각 필라멘트의 직경에 상관없이, 각 필라멘트의 수명을 일치시키는 것이 가능해진다.
수명이 일치함으로써, 각 필라멘트를 교환하는 타이밍도 일치하기 때문에, 필라멘트 교환에 따르는 이온원의 정지 빈도가 적어져, 이온원의 가동률이 향상된다.
도 1은 이온원의 일 구성예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 이온원의 다른 구성예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 저항값 제어의 흐름도이다.
도 4는 기준이 되는 저항값과 각 필라멘트의 저항값의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)는 시간적으로 변화하지 않는 임의의 값을 기준이 되는 저항값으로 했을 때의 도면이고, 도 4의 (b)는 각 필라멘트의 저항값을 평균화한 값을 기준이 되는 저항값으로 했을 때의 도면이다.
도 5는 도 4의 (b)에서 초기 저항값의 차이를 고려했을 때의 도면이다.
도 6은 초기 저항값을 고려한 저항값 제어의 흐름도이다.
도 7은 필라멘트의 배치 장소에 따른 가중 계수를 고려한 저항값 제어의 흐름도이다.
도 1은 이온원(IS1)의 모식도이다. 이 이온원(IS1)은, 종래부터 알려져 있는 플라즈마 생성 용기(1)의 내부에 삽입된 복수 개의 필라멘트[이 예에서는, U자형의 3개의 필라멘트(F1∼F3)]를 갖는 이온원이다.
도시되지 않은 가스 포트를 통해 플라즈마 생성 용기(1)의 내부에는 이온화 가스(예컨대, BF3나 PH3)가 도입된다. 이 가스는 각 필라멘트로부터 방출된 열전자에 의해 전리되어, 용기 내부에 플라즈마가 생성된다.
플라즈마는, 인출 전극계(E)라고 불리는 복수 매의 전극(이 예에서는 4매의 다공 전극)에 의해, 이온원(IS1)의 하류측에 이온 빔(IB)으로서 인출된다.
각 필라멘트(F1∼F3)의 단자 사이에는 전원(PS1∼PS3)이 접속되어 있다. 제어 장치(C)는, 각 전원(PS1∼PS3)을 독립 제어함으로써, 각 필라멘트(F1∼F3)에의 통전 전류를 설정하는 장치이다.
본 발명에서는, 각 필라멘트(F1∼F3)의 단자 사이에 전압계(V1∼V3)가 접속되어 있다. 제어 장치(C)에 의해 각 필라멘트(F1∼F3)에의 통전 전류가 설정되고, 각 필라멘트에의 통전이 개시된 후, 전압계(V1∼V3)에 의해 각 필라멘트(F1∼F3)에의 인가 전압이 계측된다.
계측된 인가 전압은, 유선 혹은 무선으로 제어 장치(C)에 송신된다. 그 신호를 수신한 제어 장치(C)는, 각 필라멘트(F1∼F3)의 저항값(R1∼R3)을 산출한다. 이 산출 결과에 따라, 제어 장치(C)가 각 필라멘트(F1∼F3)에의 통전 전류를 재설정한다.
도 2는 이온원의 다른 구성예를 도시한 모식도이다. 기본적인 구성은 도 1에서 설명한 이온원(IS1)과 동일하다. 여기서는 차이점에 대해 설명한다.
이온원(IS2)에서는, 제어 장치(C)가 각 필라멘트(F1∼F3)의 단자 사이에 접속된 전원(PS1∼PS3)의 전압값의 설정을 행하고 있다. 설정값에 기초하여 전압이 인가된 후, 각 필라멘트(F1∼F3)에 접속된 전류계(A1∼A3)에 의해 각 필라멘트(F1∼F3)에의 통전 전류의 계측이 행해진다.
계측된 통전 전류는, 유선 혹은 무선으로 제어 장치(C)에 송신된다. 그 신호를 수신한 제어 장치(C)는, 각 필라멘트(F1∼F3)의 저항값(R1∼R3)을 산출한다. 이 산출 결과에 따라, 제어 장치(C)가 각 필라멘트(F1∼F3)에의 인가 전압을 재설정한다.
본 발명에서는, 도 1, 도 2에서 설명한 어느 이온원을 이용해도 좋다. 도 3에는, 도 1, 도 2에서 설명한 각 이온원의 제어 장치(C)에 의한 전류, 전압의 재설정에 관한 구체적인 흐름도가 그려져 있다.
이 흐름도를 기초로, 제어 장치(C)에 의해 행해지는 저항값 제어에 대해 상세히 설명한다. 이 흐름도나 후술하는 다른 흐름도에서는, 인가 전압을 계측하고, 통전 전류를 재설정하는 도 1의 이온원(IS1)의 구성예를 전제로 한 설명을 하고 있으나, 각 도면의 흐름도에서 설정하는 대상을 인가 전압으로 하고, 계측하는 대상을 통전 전류로 변경하면, 도 2의 이온원(IS2)의 구성예에도 적용하는 것은 가능하다.
처리 S1에서, 각 필라멘트에의 통전 전류(I1∼I3)를 설정하고, 설정한 전류를 각 필라멘트에 통전한다. 이때의 설정값은 임의의 값이면 되고, 각 필라멘트에 흘리는 통전 전류값은 동일해도, 개개로 상이해도 좋다.
다음으로, 처리 S2에서 각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압(V1∼V3)을 계측한다. 계측한 인가 전압(V1∼V3)의 데이터는 제어 장치(C)에 송신되고, 처리 S3에서 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)이 산출된다.
그 후, 처리 S4에서 기준이 되는 저항값(Rs)과 조금 전 산출된 각 필라멘트의 현재의 저항값(R1∼R3)의 차가 개별적으로 계산된다.
여기서 말하는 기준이 되는 저항값(Rs)이란, 임의의 상수여도 좋고, 각 필라멘트의 저항값을 평균한 값이어도 좋다.
제어 장치(C)는, 전술한 차를 메우기 위해서, 처리 S5에서 각 필라멘트에의 통전 전류의 재설정을 행하고, 재설정한 전류값에 기초하여 각 필라멘트에의 통전을 행한다.
일반적으로는, 필라멘트는 통전 전류가 커지면 빠르게 소모되고, 저항값이 높아지는 방향으로 급격히 변화한다.
반대로, 필라멘트는 통전 전류가 작아지면 소모가 느려지고, 저항값은 높아지는 방향으로 변화하지만, 그 변화는 완만한 것이 된다.
처리 S5에서의 구체적인 처리에 대해 서술하면, 전술한 기준이 되는 저항값(Rs)으로부터 필라멘트의 저항값을 뺐을 때의 값이 양의 값이면, 대상으로 하는 필라멘트의 저항값을 기준이 되는 저항값(Rs)에 가깝게 하기 위해서, 필라멘트에의 통전 전류를 현재의 설정값보다 크게 한다.
반대로, 뺐을 때의 값이 음의 값인 경우에는, 대상으로 하는 필라멘트의 저항값을 기준이 되는 저항값(Rs)에 가깝게 하기 위해서, 필라멘트에의 통전 전류를 현재의 설정값보다 작게 한다.
도 4는 기준이 되는 저항값(Rs)과 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)와 도 4의 (b)에서는 기준이 되는 저항값(Rs)의 취득 방식에 차이가 있다. 구체적으로는, 도 4의 (a)에서는 기준이 되는 저항값(Rs)을 일정값으로 하고 있고, 도 4의 (b)에서는 각 필라멘트의 저항값을 평균화한 값으로 하고 있다.
각 도면에 기재된 R1d∼R3d는, 기준이 되는 저항값(Rs)과 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)의 차를 나타내고 있다.
도 4의 (a)에서는 기준이 되는 저항값(Rs)을 일정값으로 하고 있다. 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)이 기준이 되는 저항값(Rs)보다 작을 때, 저항값(R1∼R3)을 저항값(Rs)에 맞추는 것(저항값 제어)은 가능하지만, 저항값(R1∼R3)이 저항값(Rs)을 초과하고 있는 경우에는 저항값 제어에 곤란함이 있다.
예컨대, 시간 T1의 타이밍에서는, 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)이 기준이 되는 저항값(Rs)을 이미 초과하고 있다. 이온원의 운전에 따라, 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)은 정도의 차는 있으나 높아지는 경향이 된다. 도 3에서 서술한 저항값 제어를 시간 T1의 타이밍에서 행한 경우, 높아진 저항값(R1∼R3)을 내릴 수 없기 때문에, 기준이 되는 저항값(Rs)에의 맞춤은 불가능해진다.
이로부터, 만일 기준이 되는 저항값(Rs)을 일정값으로 하면, 이 값을 각 필라멘트의 저항값이 하회하고 있을 때에 저항값 제어를 행하여 기준이 되는 저항값(Rs)에의 맞춤을 행하게 되지만, 이러면 저항값 제어가 가능한 타이밍이 시간적으로 제약되어 버린다.
그러나, 저항값 제어를 전혀 행하지 않는 경우에 비하면, 1회라도 행하는 편이 각 필라멘트의 수명을 일치시키는 방향으로는 작용하기 때문에, 필라멘트 교환에 따르는 이온원의 정지 빈도가 적어져, 이온원의 가동률이 향상된다.
한편, 전술한 기준이 되는 저항값(Rs)의 값을 충분히 큰 것으로 하는 것도 고려되지만, 각 필라멘트의 저항값과의 차가 지나치게 커지면, 각 필라멘트의 저항값을 기준이 되는 저항값에 맞추는 것은 곤란해진다.
또한, 만일 맞춤이 가능했다고 해도, 기준이 되는 저항값이 높은 값으로 설정되어 있으면, 각 필라멘트의 저항값을 높은 저항값에 맞추게 되어, 각 필라멘트의 수명이 짧아져, 오히려 이온원의 가동률이 저하되어 버리는 것이 염려된다.
상기 점에 입각하여, 각 필라멘트의 저항값이 경시적으로 증가함에 따라, 기준이 되는 저항값(Rs)도 경시적으로 증가하는 것이 바람직하다.
구체적으로 말하면, 기준이 되는 저항값(Rs)은, 복수 개의 필라멘트 중 대표적인 필라멘트를 선택하고, 선택된 필라멘트의 저항값을 기준이 되는 저항값(Rs)으로 해도 좋다.
단, 선택된 필라멘트의 저항값이 특이적인 것일 가능성이 있기 때문에, 보다 바람직하게는, 도 4의 (b)에 도시된 전체 필라멘트의 저항값을 평균화한 값[평균 저항값(Rave)]을, 기준이 되는 저항값(Rs)으로 하는 것이 좋다.
한편, 이 평균 저항값(Rave)은, 전체 필라멘트 중 복수 개의 필라멘트의 저항값을 평균화한 값이어도 좋다.
대표적인 필라멘트의 저항값이나 평균 저항값을 이용함으로써, 기준이 되는 저항값(Rs)을 일정값으로 한 경우에 비해, 각 필라멘트의 수명을 보다 정확히 일치시키고, 또한, 저항값의 맞춤을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
한편, 각 필라멘트의 저항값과는 관계 없는 1차 함수 혹은 2차 함수적으로 시간적으로 증가하는 저항값의 함수를 마련해 두고, 이러한 함수를 기준이 되는 저항값(Rs)으로 해도 좋다. 단, 이러한 함수를 마련하는 것보다도, 현실의 저항값을 이용하는 편이 저항값을 맞출 때의 조정폭이 타당한 것이 되기 쉬워, 저항값 제어를 지장없이 행할 수 있다.
이온원의 운전을 개시하기 전에 모든 필라멘트를 새로운 것으로 교환한 직후이면, 이상적으로는 도 4에 도시된 바와 같이 시간 제로의 시점에서의 각 필라멘트의 저항값(초기 저항값)은 일치하고 있다.
그러나, 전류 도입 단자와의 접속 상태나 필라멘트 제작 시의 가공 오차가 각 필라멘트에서 고르지 않아, 시간 제로의 시점에서의 각 필라멘트의 저항값이 크게 어긋나 있는 경우도 있다. 이 저항값의 어긋남이 큰 경우에는, 각 필라멘트로부터 방출되는 열전자량의 상대적인 관계가, 저항값 제어의 전후에서 크게 변화하는 것이 염려된다.
도 5는 필라멘트의 저항값의 맞춤에 관한 설명도이며, 여기서는 각 필라멘트의 초기 저항값에 큰 차가 있는 경우를 상정하고 있다.
대략적인 필라멘트로부터의 열전자 방출량은, 필라멘트에의 통전 전류와 필라멘트 저항값의 제곱과의 곱으로 결정되기 때문에, 각 필라멘트에서의 필라멘트 저항값의 상대적인 관계가 크게 무너진 경우에는, 각 필라멘트로부터의 열전자 방출량의 상대적인 관계도 크게 무너져 버린다.
도 5에서, 각 필라멘트의 초기 저항값에 차이가 있음에도 불구하고, 시간 T1에서 저항값 제어를 행하여 각 필라멘트 저항(R1∼R3)을 저항값 평균값(Rave)에 맞춘 경우, 각 필라멘트의 저항값이 저항값 평균값(Rave)에 일치해 버리면, 각 필라멘트로부터의 열전자 방출량의 상대적인 관계도 무너져 버린다.
각 필라멘트로부터의 열전자 방출량의 관계는, 이온원으로부터 인출되는 이온 빔의 빔 전류 분포에 크게 영향을 주고 있다. 예컨대, 이 이온원을 사용하여 기판에 이온 빔 조사 처리를 행하는 경우, 저항값 제어의 전후에서 빔 전류 분포가 크게 변화해 버리면, 경우에 따라서는 기판의 처리 불량을 야기해 버린다.
도 6은 전술한 초기 저항값의 고르지 못함을 고려한 저항값 제어의 흐름도이다. 이하, 이 흐름도에 대해 설명한다.
기판 처리 매수나 이온원의 운전 개시로부터의 경과 시간 등에 따라, 저항값 제어가 개시된다. 그 후, 처리 S11에서 현재의 저항값 제어의 실시 횟수가 1회 이상이고, 또한, 이번의 저항값 제어에서 산출된 각 필라멘트의 저항값을 평균화한 값(평균 저항값)이 이전회의 저항값 제어에서 산출된 평균 저항값과 비교하여 미리 정해진 설정값보다 큰 경우에는, 처리 S12에서 저항값 제어 횟수에 제로가 입력되고 처리 S13으로 진행한다.
한편, 처리 S11에서 조건을 만족시키지 않는 경우, 처리 S11로부터 처리 S13으로 처리가 이동한다.
처리 S13에서는, 현재의 저항값 제어의 횟수가 제로로 리셋되어 있는지의 여부를 판정한다. 여기서, 저항값 제어의 횟수가 제로로 리셋되어 있으면, 처리 S14로 이동하여 현재의 평균 저항값(Rave)으로부터 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)을 빼서, 각 필라멘트의 초기 저항값(Ri)을 산출한다.
그 후, 처리 S15에서 산출된 각 필라멘트의 초기 저항값(Ri)이 제어 장치(C)에 기록되고, 처리 S16에서 저항값 제어 횟수를 하나 늘린 후, 저항값 제어가 종료된다.
한편, 처리 S14∼처리 S16에 나타내는 처리가 행해진 후의 2회째의 저항값 제어에서는, 처리 S13에서 저항값 제어 횟수가 제로가 아니기 때문에, 처리 S17로 진행하여, 저항값 제어 횟수가 하나 증가한다.
그 후, 처리 S18로 진행하여, 1회째의 저항값 제어에서 산출된 초기 저항값을 각 필라멘트의 저항값(R1∼R3)에 더한 후에, 필라멘트마다 평균 저항값(Rave)과의 차가 산출된다.
이후, 처리 S19에서, 처리 S18에서의 산출 결과에 기초하여 각 필라멘트의 통전 전류가 재설정되고, 저항값 제어가 종료된다. 이러한 제어 흐름을 이용하면, 초기 저항값을 고려한 저항값 제어가 가능해지고, 가령 각 필라멘트의 초기 저항값에 큰 차가 있었다고 해도, 저항값 제어의 전후에서 각 필라멘트에서의 열전자 방출량의 상대적인 관계를 거의 동일한 상태로 유지할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 모든 필라멘트에 대해, 통전 전류가 동일한 정도 증감하면, 저항값이 동일한 정도 변화하는 것으로서 취급하고 있었다.
그러나, 필라멘트에 따라서는 동일한 통전 전류를 흘려도 저항값이 크게 변화하는 것도 있으면, 그렇지 않은 것도 있다.
이 점을 고려하면, 도 6에 도시된 흐름도를 도 7에 도시된 흐름도와 같이 변형해도 좋다. 도 6의 흐름도에 기재된 각 처리와 동일한 부호가 사용되고 있는 도 7의 처리는 동일한 처리가 이루어지기 때문에, 여기서는 각 흐름도의 차이점에 대해서만 설명한다.
도 7의 흐름도에서는, 처리 S20으로서 도 6에 도시된 처리 S18에서의 계산 결과에 가중 계수(K)를 적산하는 처리가 마련되어 있다. 이 점이, 도 6의 흐름도와 상이하다.
이 가중 계수(K)는 필라멘트마다 결정되는 계수이고, 소모되기 쉬운 필라멘트(저항값의 경시적인 변화가 큰 필라멘트)일수록 큰 계수가 설정되어 있다.
이 이유는 점점 가늘어진 필라멘트일수록 설정되는 통전 전류를 크게 변화시키지 않으면, 평균 저항값에 맞추는 것이 곤란해지기 때문이다.
한편, 필라멘트의 소모되기 쉬움은, 필라멘트의 배치 장소에 의존하는 경향에 있기 때문에, 가중 계수(K)는 필라멘트의 배치 장소에 따라 결정하도록 해도 좋다.
상기 실시형태에서는, 필라멘트의 형상으로서 U자형의 구성이 사용되고 있었으나, 필라멘트의 형상은 이 형상에 한정되지 않는다. 예컨대, 플라즈마 생성 용기 내부에 배치되는 필라멘트의 선단부를 소용돌이 형상으로 구성하는 등, 여러 가지 형상의 필라멘트를 이용해도 좋다.
또한, 필라멘트의 개수는 3개에 한정되지 않고, 2개 이상이면 개수에 제한은 없다. 또한, 도 1, 도 2의 이온원은, 플라즈마 생성 용기의 한 벽면에 필라멘트를 배열하는 구성이었으나, 다른 벽면에도 필라멘트를 배치하는 구성이어도 좋다.
그 외, 전술한 것 이외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종의 개량 및 변경을 행해도 좋은 것은 물론이다.
IS1, IS2: 이온원 C: 제어 장치
A1∼A3: 전류계 V1∼V3: 전압계
F1∼F3: 필라멘트 PS1∼PS3: 전원
R1∼R3: 필라멘트의 저항값 Rave: 평균 저항값
Rs: 기준이 되는 저항값 Ri: 초기 저항값

Claims (7)

  1. 복수 개의 필라멘트와,
    각 필라멘트에의 통전 전류를 개별적으로 설정하는 제어 장치와,
    각 필라멘트에서의 전압을 계측하는 전압계
    를 포함한 이온원으로서,
    상기 제어 장치는, 설정된 전류값과 계측된 전압값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류를 재설정하는 것인 이온원.
  2. 복수 개의 필라멘트와,
    각 필라멘트에서의 인가 전압을 설정하는 제어 장치와,
    각 필라멘트에의 통전 전류를 계측하는 전류계
    를 포함한 이온원으로서,
    상기 제어 장치는, 설정된 전압값과 계측된 전류값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압을 재설정하는 것인 이온원.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기준이 되는 저항값은, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 평균한 저항값인 것인 이온원.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 장치는 또한, 각 필라멘트의 배치 장소에 따른 가중 계수에 기초하여 상기 통전 전류나 상기 인가 전압을 재설정하는 것인 이온원.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 재설정을 행하기 전에, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 평균한 저항값과 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값의 차를 초기 저항값으로서 산출하고, 산출된 값을 기억해 두며, 상기 초기 저항값도 고려하여, 상기 재설정을 실시하는 것인 이온원.
  6. 이온원에 포함된 복수 개의 필라멘트에의 통전 전류를 재설정하는 이온원의 운전 방법으로서,
    각 필라멘트에의 통전 전류를 초기 설정하고,
    각 필라멘트의 단자 사이에서의 전압을 계측하며,
    초기 설정된 전류값과 계측된 전압값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트에의 통전 전류를 재설정하는 이온원의 운전 방법.
  7. 이온원에 포함된 복수 개의 필라멘트에의 인가 전압을 재설정하는 이온원의 운전 방법으로서,
    각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압을 초기 설정하고,
    각 필라멘트에서의 통전 전류를 계측하며,
    초기 설정된 전압값과 계측된 전류값으로부터, 각 필라멘트에 있어서의 현재의 저항값을 산출하고, 기준이 되는 저항값과 현재의 저항값의 차에 기초하여 각 필라멘트의 현재의 저항값이 기준이 되는 저항값이 되도록 각 필라멘트의 단자 사이에서의 인가 전압을 재설정하는 이온원의 운전 방법.
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