JPH0616387B2 - 集束イオンビーム注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、集束イオンビーム注入装置に関し、更に詳し
くは、より確実に材料にイオン注入を行うことができる
ようにした集束イオンビーム注入装置に関する。

（従来の技術） 液体金属イオン源を用いた集束イオンビーム装置は、そ
のイオン源から、Ｃａ，Ｉｎを始めＳｉ，Ｂｅ，Ｂ，
Ｐ，Ａｓ，Ｚｎ等の金属イオンを得ることができる。そ
れらの金属イオンは、Ｓｉ或いはIII−Ｖ族半導体基板
（サブストレイトという）に対して、Ｐ型，Ｎ型の不純
物となる。そこで、イオン源から出射されたこれらのイ
オンをサブストレート（以下単に材料という）に注入す
ることができればマスクレスのイオン注入が可能とな
る。このような集束イオンビーム（ＦＩＢ）技術を用い
たイオン注入装置を集束イオンビーム注入装置という。

この種の不純物となるイオンを加速して単結晶Ｓｉウエ
ハ等に打込む場合、ビームをウエハ面に垂直（＜１１０
＞方向他）に照射すると、イオンは原子と衝突せずに奥
深く打込まれる。第３図はイオン注入の様子を示す図で
ある。ウエハ１内には原子２が図に示すように規則正し
く並んでいる。この状態でイオンビームＢ１をウエハ１
面に垂直に照射すると図に示すようにイオンは原子と衝
突しないで奥深く打込まれる。このような現象はチャネ
ル効果と呼ばれる。

特に深いイオン打込みを意識的に行う場合を除き、この
チャネル効果を防止するためにイオンビームを図に示す
ようにウエハ１面に対して斜めに傾けたビームＢ２とな
してウエハ１面に照射する。ここで、θはイオンビーム
Ｂ２が光軸Ｋとなす角である。傾き角θとしては７゜程
度が用いられる。このようなイオンビームの斜め照射を
行うとイオンは図に示すようにウエハ１の表面近くの原
子２と衝突して表面近くにとどまる。

第４図はこのようなイオンビームの斜め照射機構をもつ
集束イオンビーム装置の構成概念図である。イオン源
（図示せず）から出射したイオンビームＢｉは走査用
（スキャン用）偏向器１１でｘ，ｙ各方向に２次元の偏
向を受けて対物レンズ１２に入る。対物レンズ１２は電
子レンズで構成されており、通過するイオンビームＢｉ
を収束する。対物レンズ１２を通過したイオンビームＢ
ｉは、上下２段の斜め照射用偏向器１３，１４により斜
め照射用の偏向を受け、ウエハ１に斜め照射を行う。こ
の場合において、斜め照射用偏向器を１３，１４と２段
構成にしているのは、偏向による色収差を補正するため
である。

（発明が解決しようとする問題点） 前述の説明では、チャネル効果を排除するために光軸に
対して７゜の傾きをもたせてイオンビームをウエハ（材
料）上に照射する場合を例にとった。しかしながら、チ
ャネル効果を排除するためには、これだけでは充分でな
い。以下にその理由を説明する。

第５図はウエハ（材料）の立体構造を示す図である。図
において、ｘ，ｙ，ｚはウエハの結晶軸、Ｓ１，Ｓ２は
それぞれ原子２を含む面である。結晶軸のうちｚ軸は光
軸Ｋと平行であり、面Ｓ１とＳ２も平行である。そし
て、面Ｓ１とＳ２の距離をＬとする。今、面Ｓ１とＳ２
との間に原子２を含まず、且つＳ１，Ｓ２と平行な面Ｓ
３を設定する。この面Ｓ３に沿って光軸Ｋに対しθだけ
傾いたイオンビームＢｉを入射しても原子２と衝突する
ことはない。従って、依然としてチャネル効果が発生し
てしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
その目的は、チャネル効果を排除してより確実に材料に
イオン注入を行うことができるようにした集束イオンビ
ーム注入装置を実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本発明は、イオンビームを材
料に照射してイオン注入を行う集束イオンビーム注入装
置において、イオンビームを光軸に対して所定角だけ傾
かせる斜め照射用偏向器を水平方向に回転可能な構造と
すると共に、該斜め照射用偏向器を回転させる回転駆動
機構を設け、その回転角を制御できるように構成したこ
とを特徴とするものである。

（作用） 斜め照射用偏向器を回転駆動機構により水平方向に所定
角だけ回転できるようにする。第６図は本発明の作用説
明図である。照射用偏向器を水平方向にφだけ回転させ
ることにより、第５図に示す面Ｓ３をＳ３′のように角
φだけ回転する。この結果、入射イオンビームＢｉが原
子２と衝突する可能性を大幅に高めることができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。第４図
と同一のものは、同一の符号を付して示す。図におい
て、２０は斜め照射用静電型偏向器１３，１４がその内
部に固定されたブロックで、その立体形状は第２図に示
す通りである。ブロック２０は軸３０（具体的にはｘ軸
又はｙ軸）を中心としてここでは水平方向に±９０゜ま
で回転できるようになっている。

２１はブロック２０の外周に設けられた歯車で、この歯
車２１が回転すると、ブロック２０は第２図に示すよう
に水平方向に所定角だけ回転するようになっている。２
２は歯車２１と噛合する歯車で、モータ２３の回転軸に
取付けられている。２４はモータ２３にブロック２０の
回転角に応じた制御信号を出力するＭＰＵである。この
ように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通り
である。

イオン源（図示せず）から出射したイオンビームＢｉ
は、走査用偏向器１１で２次元方向の偏向を受け、対物
レンズ１２に入って収束される。対物レンズ１２で収束
されたイオンビームＢｉは、水平方向に回転可能な斜め
照射用偏向器１３，１４に入る。斜め照射用偏向器１
３，１４は、前述したように第２図に示すようなブロッ
ク２０に固定されている。今、ＭＰＵ２４からモータに
回転制御信号を与えてやると、該モータ２３は入力信号
に応じた量だけ回転する。モータ２３が回転すると、そ
の回転軸に直結した歯車２２も回転し、その回転力はこ
れと噛合した歯車２１に伝わる。

歯車２１が回転すると、それに応じてブロック２０が第
２図に示すように所定角だけ水平方向に回転する。ブロ
ック２０が回転すると、該ブロック２０の内側に固定さ
れた偏向器１３，１４も当然に同一角だけ回転する。こ
の回転角φは、最もイオンビームＢｉが原子２と衝突す
る確率が高くなるような角に設定することができる。従
って、材料に照射されるイオンビームＢｉは光軸Ｋに対
して角θ（具体的には前述した角７゜）だけ傾くと共
に、水平方向にも所定角φだけ傾いているので、第６図
に示したように材料１にチャネル効果を排除した状態で
注入することができる。

ここで、斜め照射用偏向器１３，１４の水平方向の回転
角φをモニタする方法としては、以下に示すような方法
が考えられる。

機械的に角度を読取る機構を設ける。

ステージ上に載置された十字線（基準マーク）を検出
して角度を測定する。

上述の説明においては、斜め照射用偏向器１３，１４を
水平方向に回転するのに、これら偏向器が固定されたブ
ロックを回転駆動機構を用いて回転させる場合を例にと
った。しかしながら、本発明はこれに限るものではな
く、斜め照射用偏向器１３，１４を水平方向に所定角だ
け回転させることができる機構であれば、どのような機
構を用いてもよい。又、実施例中に示すブロック２０を
回転させる機構も歯車を用いて行うものに限るものでは
なくベルトその他の機構を用いて回転させることができ
るものであれば、どのようなものであってもよい。回転
角の許容範囲も例示のように±９０に限るものでないこ
とはいうまでもない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、斜め照射
用偏向器を水平方向に回転できるようにすると共に、そ
の回転角を制御することにより、チャネル効果を排除し
てより確実に材料にイオン注入を行うことができるよう
にした集束イオンビーム注入装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は水平
方向回転部の立体形状を示す図、第３図はイオン注入の
様子を示す図、第４図は斜め照射機構をもつ集束イオン
ビーム装置の構成概念図、第５図はウエハの立体構造を
示す図、第６図は本発明の作用説明図である。 １１……走査用偏向器、１２……対物レンズ １３，１４……斜め照射用偏向器 ２０……ブロック、２１，２２……歯車 ２３……モータ、２４……ＭＰＵ Ｂｉ……イオンビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを材料に照射してイオン注入
   を行う集束イオンビーム注入装置において、イオンビー
   ムを光軸に対して所定角だけ傾かせる斜め照射用偏向器
   を水平方向に回転可能な構造とすると共に、該斜め照射
   用偏向器を回転させる回転駆動機構を設け、その回転角
   を制御できるように構成したことを特徴とする集束イオ
   ンビーム注入装置。