JP2001015059A

JP2001015059A - 高精細シングルイオン抽出方法及び該方法を適用した高精細シングルイオン注入装置及び方法

Info

Publication number: JP2001015059A
Application number: JP11187323A
Authority: JP
Inventors: Iwao Oodomari; ▲巌▼ 大泊; Masahiro Shinada; 賢宏品田; Meishoku Ko; 明植黄; Atsutaka Ishikawa; 敦貴石川
Original assignee: Waseda University; Japan Society for Promotion of Science; Japan Society For Promotion of Machine Industry
Current assignee: Waseda University; Japan Society for Promotion of Science; Japan Society For Promotion of Machine Industry
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、従来のチョッピング法より
も高い照準精度が実現でき、ナノメートル領域に注入可
能な、高精細シングルイオン抽出方法及び該方法を適用
した高精細シングルイオン注入装置及び方法を提供する
ことにある。【構成】主要な構成は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）
と前記集束イオンビームよりシングルイオンを抽出する
シングルイオン抽出用アパチャーと、前記シングルイオ
ン抽出用アパチャーにパルス電圧を印加する電源手段と
からなり、前記パルス電圧によって前記シングルイオン
抽出用アパチャーに電界を印加し、静電的に開閉するこ
とによって、シングルイオンを抽出する方法及び集束イ
オンビーム（ＦＩＢ）装置の標準的な構成要素に対して
上記シングルイオン抽出方法に基づくシングルイオン注
入用の構成要素を加えた高精細シングルイオン注入装置
及び方法としての構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集束イオンビーム
（ＦＩＢ）を利用したシングルイオン抽出方法及び該方
法を適用したシングルイオン注入装置及び方法に関し、
具体的には照準精度が向上してナノメートル領域にシン
グルイオン注入可能な高精細シングルイオン抽出方法及
び該方法を適用した高精細シングルイオン注入装置及び
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、イオンマイクロプローブを利用し
たイオン注入装置において、特に狙った部位にイオン１
個もしくは制御された所定数イオンを精度良く照射する
シングルイオンもしくは制御された所定数イオン照射が
可能なイオン照射装置及び方法に関しては、大泊巌，杉
森正章，村山純一，黄明植，則武克誌，松川貴，清水博
明によって提案され、特公平７−７５１５６号公報「イ
オン照射装置及び方法」（特許第２０５１８５９号（登
録日平成８年（１９９６年）５月１０日））に開示され
ている。同様に米国特許第５，３３１，１６１号明細書
（登録日１９９４年７月１９日）において開示されてい
る。

【０００３】更にまた、集束イオンビーム（ＦＩＢ）も
しくはイオンマイクロプローブによるマイクロイオンビ
ーム（ＭＩＢ）を利用したイオン注入装置において、特
に狙った部位に所定の照準精度でイオン１個もしくは制
御された所定数イオンを精度良く注入するシングルイオ
ンもしくは制御された所定数イオン注入が可能なシング
ルイオン注入装置及び方法に関しても、大泊巌によって
提案され、特許第２７３１８８６号（登録日平成９年
（１９９７年）１２月２６日）に開示されている。同様
に米国特許第５，５３９，２０３号明細書（登録日１９
９６年７月２３日）において開示されている。

【０００４】上記２件の先行技術においては、云わゆる
ビームチョッピング方法によってシングルイオンを抽出
する技術を採用していた。図６は従来のシングルイオン
抽出法（チョッピング法）の説明図である。図６におい
て、１は集束イオンビーム（ＦＩＢ）、２はチョッピン
グディフレクタ（偏向板）、３，４はチョッピングディ
フレクタ（偏向板）へ電圧を印加する電極、５はイオン
流通過領域、２１はシングルイオン抽出用アパチャーで
ある。

【０００５】従来のシングルイオン抽出法においては上
記２件の先行技術においても開示されているように、チ
ョッピングディフレクタ（偏向板）２を通過する集束イ
オンビーム（ＦＩＢ）１を偏向する電圧を電極３，４に
対して印加することによって図６に示す如く集束イオン
ビーム（ＦＩＢ）１を偏向させてシングルイオンを抽出
している。図６の例では、電極３に対してＶ＝３０Ｖ印
加し、電極４に対してＶ＝０Ｖ、Ｖ＝３０Ｖ、Ｖ＝６０
Ｖと印加する電圧をパルス的に変化させることによっ
て、シングルイオン抽出用アパチャー２１の左右に集束
イオンビーム（ＦＩＢ）１を偏向させて集束イオンビー
ム（ＦＩＢ）１がシングルイオン抽出用アパチャー２１
内のイオン流通過領域５を通過する時、シングルイオン
を抽出できるように条件を設定している。４８は抽出さ
れたシングルイオンを示す。

【０００６】しかしながら、上記先行技術によるシング
ルイオン抽出法（チョッピンク法）では、図６に示す如
く、イオンビームの軌道が大きくずれることから、照準
精度はサブミクロン程度と低く、用途が限られていた。
即ち、従来のチョッピング法によるシングルイオン抽出
方法及びシングルイオン注入装置では、チョッピング時
に、イオンビームの軌道が大きくずれるため、照準精度
の向上が難しく、サブミクロン程度の低い照準精度しか
得られないという問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のチョッピング法によるシングルイオン抽出方法及びシ
ングルイオン注入装置の照準精度よりも高い照準精度が
実現できる高精細シングルイオン抽出方法及び該方法を
適用した高精細シングルイオン注入装置及び方法を提供
することにある。

【０００８】本発明の別の目的の１つは、シングルイオ
ン抽出用アパチャーに電界を印加し、静電的に開閉する
ことによって、シングルイオンを抽出する手法を採用し
て、イオンビームが原理的に理想的な軌道からずれない
ため、高い照準精度が実現できる高精細シングルイオン
抽出方法及び該方法を適用した高精細シングルイオン注
入装置及び方法を提供することにある。

【０００９】本発明の別の目的の１つは、イオンビーム
からシングルイオンを抽出し、ナノメートルの領域に注
入するための高精細シングルイオン抽出方法及び該方法
を適用した高精細シングルイオン注入装置及び方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は以下に示す通りである。即ち、集束イ
オンビーム（ＦＩＢ）（１）と、前記集束イオンビーム
（ＦＩＢ）（１）よりシングルイオン（４８）を抽出す
るシングルイオン抽出用アパチャー（２１）と、前記シ
ングルイオン抽出用アパチャー（２１）にパルス電圧を
印加する電源手段（２０）とからなる構成において、前
記シングルイオン抽出用アパチャー（２１）は、印加さ
れる前記パルス電圧によって、電界制御的に前記シング
ルイオン抽出用アパチャー（２１）内のイオン流通過領
域（５）に広がるポテンシャル分布が制御されて、イオ
ン流の通過を阻止したり、シングルイオン（４８）を抽
出することを特徴とする高精細シングルイオン抽出方法
（図１，図２）としての構成を有する。

【００１１】或いはまた、集束イオンビーム（ＦＩＢ）
（１）と、前記集束イオンビーム（ＦＩＢ）（１）より
シングルイオン（４８）を抽出するシングルイオン抽出
用アパチャー（２１）と、前記シングルイオン抽出用ア
パチャーにパルス電圧を印加する電源手段（２０）とか
らなる構成において、前記シングルイオン抽出用アパチ
ャー（２１）近傍における集束イオンビーム（ＦＩＢ）
（１）のイオンビーム運動エネルギーｑＶｉ（ｑはイオ
ンの電荷量）に対して、前記シングルイオン抽出用アパ
チャー（２１）に印加するパルス電圧Ｖは、Ｖ＞Ｖｉの
時、イオンビームの通過を阻止し、或いは、Ｖｉ≧Ｖの
時、イオンビームの通過を阻止し、Ｖ＝０の時、シング
ルイオン（４８）を抽出することを特徴とする高精細シ
ングルイオン抽出方法（図１，図２）としての構成を有
する。

【００１２】或いはまた、集束イオンビーム（ＦＩＢ）
装置の標準的な構成要素に対して、シングルイオン注入
用の構成要素を加えた高精細シングルイオン注入装置で
あって、前記シングルイオン注入用の構成要素として、
シングルイオン抽出用アパチャー（２１）に対してパル
ス電圧を印加してシングルイオン（４８）を抽出する電
源手段を具備することを特徴とする高精細シングルイオ
ン注入装置（図３，図４，図５）としての構成を有す
る。

【００１３】或いはまた、集束イオンビーム（ＦＩＢ）
装置の標準的な構成要素に対して、シングルイオン注入
用の構成要素を加えた高精細シングルイオン注入装置で
あって、前記シングルイオン注入用の構成要素として、
シングルイオン抽出用アパチャー（２１）に対してパル
ス電圧を印加してシングルイオンを抽出する電源手段
（２０）を具え、前記シングルイオン抽出用アパチャー
（２１）は、印加される前記パルス電圧によって、電界
制御的に前記シングルイオン抽出用アパチャー（２１）
内のイオン流通過領域（５）に広がるポテンシャル分布
が制御されて、イオン流の通過を阻止したり、シングル
イオン（４８）を抽出することを特徴とする高精細シン
グルイオン注入装置（図３，図４，図５）としての構成
を有する。

【００１４】或いはまた、前記シングルイオン抽出用ア
パチャー（２１）近傍における集束イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）（１）のイオンビーム運動エネルギーｑＶｉ（ｑは
イオンの電荷量）に対して、前記シングルイオン抽出用
アパチャー（２１）に印加するパルス電圧Ｖは、Ｖ＞Ｖ
ｉの時、イオンビームの通過を阻止し、或いは、Ｖｉ≧
Ｖの時、イオンビームの通過を阻止し、Ｖ＝０の時、シ
ングルイオン（４８）を抽出することを特徴とする高精
細シングルイオン注入装置（図３，図４，図５）として
の構成を有する。

【００１５】或いはまた、集束イオンビーム（ＦＩＢ）
装置の標準的な構成要素に対して、シングルイオン注入
用の構成要素を加えた高精細シングルイオン注入装置で
あって、前記シングルイオン注入用の構成要素として
は、シングルイオン照射用液体金属イオン源（１６）も
しくはガスソースイオン源と、前記シングルイオン照射
用液体金属イオン源（１６）もしくはガスソースイオン
源に結合して配置した加速器（１７）と、前記加速器
（１７）に結合して配置したコンデンサレンズ（１８）
と、前記コンデンサレンズ（１８）に結合して配置した
静電型円筒プリズム（１９）と、前記静電型円筒プリズ
ム（１９）に結合して配置した質量分析器（９）と、前
記質量分析器（９）の下側に集束イオンビームラインを
介して配置したシングルイオン抽出用アパチャー（２
１）と、前記シングルイオン抽出用アパチャー（２１）
に対してパルス電圧を印加してシングルイオンを抽出す
る電源手段（２０）とから構成され、前記標準的な構成
要素としては、試料トリミング用液体金属イオン源
（６）もしくはガスソースイオン源と、前記試料トリミ
ング用液体金属イオン源（６）もしくはガスソースイオ
ン源に結合して配置した加速器（７）と、前記加速器
（７）に結合して配置したコンデンサレンズ（８）と、
前記コンデンサレンズ（８）に対して前記静電型円筒プ
リズム（１９）を介して配置された前記質量分析器
（９）と、前記質量分析器（９）に対して、前記シング
ルイオン抽出用アパチャー（２１）を介して配置された
静電型対物レンズ（１０）と、前記静電型対物レンズ
（１０）に対して結合して配置されたアパチャー（１
１）と、前記アパチャー（１１）に対して結合して配置
された走査偏向用電極（１２）と、前記試料（１３）を
保持する試料ステージ（１４）と、前記抽出されたシン
グルイオン（４８）を検出する２次電子検出器（１５）
とから構成され、前記シングルイオン照射用液体金属イ
オン源（１６）もしくはガスソースイオン源に結合して
配置された前記加速器（１７）によって加速された集束
イオンビームから、前記シングルイオン抽出用アパチャ
ー（２１）に対して前記電源手段（２０）から印加され
た前記パルス電圧によってイオン流通過領域（５）内に
おいて電界制御されて抽出されたシングルイオン（４
８）は、前記アパチャー（１１）及び前記走査偏向用電
極（１２）を介して前記試料（１３）に対してイオン注
入されることを特徴とする高精細シングルイオン注入装
置（図３）としての構成を有する。

【００１６】或いはまた、集束イオンビーム（ＦＩＢ）
装置の標準的な構成要素に対して、シングルイオン注入
用の構成要素を加えた高精細シングルイオン注入装置で
あって、前記シングルイオン注入用の構成要素として
は、シングルイオン照射用液体金属イオン源（１６）も
しくはガスソースイオン源と、前記シングルイオン照射
用液体金属イオン源（１６）もしくはガスソースイオン
源に結合して配置した加速器（１７）と、前記加速器
（１７）に結合して配置したコンデンサレンズ（１８）
と、前記コンデンサレンズ（１８）に結合して配置した
静電型円筒プリズム（１９）と、前記静電型円筒プリズ
ム（１９）に結合して配置した質量分析器（９）と、前
記質量分析器（９）の下側に集束イオンビームラインを
介して配置したシングルイオン抽出用アパチャー（２
１）と、前記シングルイオン抽出用アパチャー（２１）
に対してパルス電圧を印加してシングルイオンを抽出す
る電源手段（２０）とから構成され、前記標準的な構成
要素としては、前記質量分析器（９）に対して、前記シ
ングルイオン抽出用アパチャー（２１）を介して配置さ
れた静電型対物レンズ（１０）と、前記静電型対物レン
ズ（１０）に対して結合して配置されたアパチャー（１
１）と、前記アパチャー（１１）に対して結合して配置
された走査偏向用電極（１２）と、前記試料（１３）を
保持する試料ステージ（１４）と、前記抽出されたシン
グルイオン（４８）を検出する２次電子検出器（１５）
とから構成され、前記シングルイオン照射用液体金属イ
オン源（１６）もしくはガスソースイオン源に結合して
配置された前記加速器（１７）によって加速された集束
イオンビームから、前記シングルイオン抽出用アパチャ
ー（２１）に対して前記電源手段（２０）から印加され
た前記パルス電圧によってイオン流通過領域（５）内に
おいて電界制御されて抽出されたシングルイオン（４
８）は、前記アパチャー（１１）及び前記走査偏向用電
極（１２）を介して前記試料（１３）に対してイオン注
入されることを特徴とする高精細シングルイオン注入装
置（図５）としての構成を有する。

【００１７】或いはまた、前記シングルイオン注入用の
構成要素として、更に、シングルイオン入射によって発
生した一光子検出用ストリークカメラ（２２）を具備す
ることを特徴とする高精細シングルイオン注入装置（図
３，図４，図５）としての構成を有する。

【００１８】或いはまた、前記シングルイオン注入用の
構成要素として、更に、前記走査偏向用電極（１２）と
前記試料（１３）との間に配置され、前記抽出されたシ
ングルイオン（４８）を前記試料（１３）に対して減速
電界とともに注入する阻止電場印加用電極（３５）を具
備することを特徴とする高精細シングルイオン注入装置
（図４）としての構成を有する。

【００１９】或いはまた、前記シングルイオン注入用の
構成要素として、更に、前記試料ステージ（１４）に結
合され、前記抽出されたシングルイオン（４８）を前記
試料（１３）に対して減速電界とともに注入する阻止電
場発生用電源手段（２３）を具備することを特徴とする
高精細シングルイオン注入装置としての構成を有する。

【００２０】或いはまた、半導体のドーパントとなる原
子のイオン又は液体金属イオン源として構成される各種
イオン種又はガスソースによるイオン源として構成され
る各種イオン種から選択される一のイオンを、シングル
イオン抽出用アパチャー（２１）に印加するパルス電圧
Ｖをイオンビーム運動エネルギーｑＶｉ（ｑはイオンの
電荷量）に対して、Ｖ＞Ｖｉ或いはＶｉ≧Ｖの時、イオ
ンビームの通過を阻止し、Ｖ＝０の時、シングルイオン
（４８）を１個ずつ取り出すシングルイオン抽出工程
と、試料（１３）の極微小領域を的にして絞り、前記抽
出されたシングルイオン（４８）が注入されるべき領域
に照準する照準工程と、前記１個ずつ抽出されたシング
ルイオン（４８）を前記照準された試料（１３）の極微
小領域に所定の加速エネルギーで打ち込むシングルイオ
ン注入工程とから構成され、前記シングルイオン抽出工
程により１個ずつ抽出されたシングルイオン（４８）を
前記照準工程により、前記試料（１３）の極微小領域を
的にして照準するとともに、前記シングルイオン注入工
程によってシングルイオン注入を行なうことを特徴とす
る高精細シングルイオン注入方法としての構成を有す
る。

【００２１】或いはまた、前記液体金属イオン源として
構成される各種イオン種は、ボロン（Ｂ）のイオン、シ
リコン（Ｓｉ）のイオン、リン（Ｐ）のイオン、銅（Ｃ
ｕ）のイオン、ガリウム（Ｇａ）のイオン、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）のイオン、砒素（Ａｓ）のイオン、金（Ａ
ｕ）のイオンを含むことを特徴とする高精細シングルイ
オン注入方法としての構成を有する。

【００２２】或いはまた、前記ガスソースによるイオン
源として構成される各種イオン種は、水素（Ｈ）のイオ
ン、ヘリウム（Ｈｅ）のイオン、酸素（Ｏ）のイオン、
アルゴン（Ａｒ）のイオンを含むことを特徴とするの高
精細シングルイオン注入方法としての構成を有する。

【００２３】或いはまた、前記１個ずつ抽出されたシン
グルイオン（４８）を前記照準された前記試料（１３）
の極微小領域に所定の加速エネルギーで打ち込むシング
ルイオン注入工程において、前記１個ずつ抽出されたシ
ングルイオン（４８）は、前記試料（１３）の近傍に配
置された阻止電場印加用電極（３５）に印加された電圧
もしくは阻止電場発生用電源手段（２３）によって試料
ステージ（１４）に印加された電圧により、前記試料
（１３）に対して減速電界を受けて柔軟に着陸すること
を特徴とする高精細シングルイオン注入方法としての構
成を有する。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の高精細シングルイオン抽
出方法においては、集束イオンビーム（ＦＩＢ）（１）
と、前記集束イオンビーム（ＦＩＢ）（１）よりシング
ルイオン（４８）を抽出するシングルイオン抽出用アパ
チャー（２１）と、前記シングルイオン抽出用アパチャ
ー（２１）にパルス電圧を印加する電源手段（２０）と
からなる構成において、前記シングルイオン抽出用アパ
チャー（２１）に印加される前記パルス電圧によって、
前記シングルイオン抽出用アパチャー（２１）内のイオ
ン流通過領域（５）に電界制御的に制御される空乏層を
発生させて、前記パルス電圧の値によって、イオン流の
通過を阻止したり、シングルイオン（４８）の抽出を可
能とする実施の形態を有する。前記シングルイオン抽出
用アパチャー（２１）に印加するパルス電圧Ｖの値は、
ｑＶｉをイオンビーム運動エネルギーとする時、Ｖ＞Ｖ
ｉの時イオン流の通過を阻止し、Ｖ＝０の時シングルイ
オンを抽出する条件としてもよい。或いはまた、Ｖｉ≧
Ｖの時イオン流の通過を阻止し、Ｖ＝０の時シングルイ
オンを抽出する条件としてもよい。

【００２５】本発明の高精細シングルイオン注入装置に
おいては、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の標準的な
構成要素に対して、シングルイオン注入用の構成要素を
加えた構成を発明の実施の形態とする。前記シングルイ
オン注入用の構成要素として、シングルイオン抽出用ア
パチャー（２１）に対して、パルス電圧を印加して所定
の条件においてシングルイオン（４８）を抽出する電源
手段（２０）を具備することを特徴とする。前記シング
ルイオン抽出用アパチャー（２１）に印加するパルス電
圧Ｖの条件は、ｑＶｉをイオンビーム運動エネルギーと
する時、Ｖ＞Ｖｉの時イオンビームの通過を阻止し、Ｖ
＝０の時シングルイオンを抽出する条件、或いは、Ｖｉ
≧Ｖの時イオンビームの通過を阻止し、Ｖ＝０の時シン
グルイオンを抽出する条件としてもよい。

【００２６】本発明の高精細シングルイオン注入方法に
おいては、半導体のドーパントとなる原子のイオン又は
液体金属イオン源として構成される各種イオン種、又は
ガスソースによるイオン源として構成される各種イオン
種から選択される一のイオンを、シングルイオン抽出用
アパーチャ（２１）に印加するパルス電圧を変化させ
て、１個ずつ取り出すシングルイオン抽出工程と、試料
（１３）の極微小領域の前記抽出されたシングルイオン
（４８）が注入されるべき領域に照準する照準工程と、
前記抽出されたシングルイオン（４８）を前記照準され
た試料（１３）の極微小領域に所定の加速エネルギーで
打ち込むシングルイオン注入工程とから構成される発明
の実施の形態を有する。

【００２７】前記液体金属イオン源として構成される各
種イオン種は、例えば、ボロン（Ｂ）のイオン、シリコ
ン（Ｓｉ）のイオン、リン（Ｐ）のイオン、銅（Ｃｕ）
のイオン、ガリウム（Ｇａ）のイオン、ゲルマニウム
（Ｇｅ）のイオン、砒素（Ａｓ）のイオン、金（Ａｕ）
のイオンを含む。

【００２８】前記ガスソースによるイオン源として構成
される各種イオン種は、水素（Ｈ）のイオン、ヘリウム
（Ｈｅ）のイオン、酸素（Ｏ）のイオン、アルゴン（Ａ
ｒ）のイオンを含む。

【００２９】前記試料（１３）の表面近傍には阻止電場
印加用電極（３５）を設けてもよい。また試料ステージ
（１４）に阻止電場発生用電源手段（２３）を結合して
もよい。またシングルイオン入射によって発生した一光
子検出用ストリークカメラ（２２）を具備していてもよ
い。

【００３０】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例と
しての高精細シングルイオン抽出方法の模式的説明図で
ある。図１において、１は集束イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）、５はイオン流通過領域、２１はシングルイオン抽
出用アパチャー、２０は前記シングルイオン抽出用アパ
チャーにパルス電圧を印加するための電源手段、４８は
抽出されたシングルイオンを示す。ｑＶｉ（ｑはイオン
の電荷量）を集束イオンビーム（ＦＩＢ）１のシングル
イオン抽出用アパチャー２１近傍におけるイオンビーム
運動エネルギーとする時、電源手段２０によってシング
ルイオン抽出用アパチャー２１に印加されるパルス電圧
Ｖは以下の条件としている。即ち、Ｖ＞Ｖｉの時、集束
イオンビーム１はシングルイオン抽出用アパチャー２１
近傍の逆電界によって反発、反転されシングルイオン抽
出用アパチャー２１はイオン流の通過を阻止し、Ｖ＝０
の時、集束イオンビーム１よりシングルイオン４８を抽
出するというものである。

【００３１】図１中の３つの図面は、それぞれ電源手段
２０によって印加されるパルス電圧Ｖ＞Ｖｉ，Ｖ＝０，
Ｖ＞Ｖｉの各条件に対応している。前述の如く、ｑＶｉ
をイオンビーム運動エネルギーとする時にパルス電圧Ｖ
＞Ｖｉと設定することによって、集束イオンビーム１は
反発・反転され、Ｖ＝０の時のみシングルイオン４８を
抽出するようにシングルイオン抽出用アパチャー２１内
のイオン流通過領域５の幅及び厚さが選択されている。

【００３２】原理的には電界制御によるイオン流通過領
域５のポテンシャル分布によってイオン流が反発・反転
されたりシングルイオン４８が抽出される条件に設定す
ることができる。このような条件を満足するものであれ
ばよく、シングルイオン抽出用アパチャー２１の材質、
寸法、イオン流通過領域５の幅及び厚さも任意に選択す
ることができる。

【００３３】シングルイオン抽出用アパチャー２１にパ
ルス電圧Ｖを印加し、イオン流通過領域５に発生する空
乏層の幅及び厚さを静電的、電界制御によって開閉する
ことによって、シングルイオン４８を抽出したり、イオ
ン流の通過を阻止したりするため、イオンビームは原理
的に理想的な軌道からずれることがない。このため高い
照準精度が実現される。例えば、ナノメートル領域への
シングルイオン注入も実現することができる。

【００３４】シングルイオン抽出用アパチャー２１に印
加するパルス電圧Ｖの時間的なタイミングを制御して一
定の時系列でシングルイオン４８を抽出したり、阻止し
たり、再びシングルイオン４８を抽出したり、阻止した
りという動作を繰り返すことができる。

【００３５】また本発明の第１の実施例ではシングルイ
オン４８の抽出について開示したが、制御された数の所
望の所定数イオンを抽出したり、阻止したりする動作を
繰り返すこともできる。即ち、本発明の第１の実施例と
しての高精細シングルイオン抽出方法と同様の方法によ
って、制御された所定数のイオン抽出方法を実現するこ
ともできる。

【００３６】また、図１に開示した本発明の第１の実施
例では、集束イオンビーム（ＦＩＢ）１を発生する集束
イオンビームカラムは単一の例であるが、スループット
を改善するために更に複数の集束イオンビームカラムを
設定してもよい。

【００３７】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
としての高精細シングルイオン抽出方法の模式的説明図
である。図２において、１は集束イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）、５はイオン流通過領域、２１はシングルイオン抽
出用アパチャー、２０は前記シングルイオン抽出用アパ
チャーにパルス電圧を印加するための電源手段、４８は
抽出されたシングルイオンを示す。ｑＶｉ（ｑはイオン
の電荷量）を集束イオンビーム（ＦＩＢ）１のシングル
イオン抽出用アパチャー２１近傍におけるイオンビーム
運動エネルギーとする時、電源手段２０によってシング
ルイオン抽出用アパチャー２１に印加されるパルス電圧
Ｖは、以下の条件としている。即ち、Ｖｉ≧Ｖの時、シ
ングルイオン抽出用アパチャー２１内のイオン流通過領
域５には電界制御によってイオン流の通過を阻止するの
に充分なポテンシャル（電位）が与えられて、イオン流
の通過は遮断され、Ｖ＝０の時、集束イオンビーム１よ
りシングルイオン４８を抽出するというものである。

【００３８】第１の実施例と比較すると、パルス電圧Ｖ
の値が低いために、集束イオンビーム１はシングルイオ
ン抽出用アパチャー２１近傍において反発・反転される
ことはない。図２に示す如く、Ｖｉ≧Ｖの条件ではイオ
ンビームのスポットがシングルイオン抽出用アパチャー
２１上において、イオン流通過領域５を中心として広が
っている様子がわかる。しかしながら、この条件におい
てはイオン流通過領域５内にはイオンの通過を阻止する
べく充分なポテンシャル障壁が形成されて、シングルイ
オン４８の通過も阻止されている。しかるに、Ｖ＝０の
条件において、ようやくシングルイオン４８を抽出する
ことができる。即ち、Ｖ＝０の時にのみシングルイオン
４８を抽出するようにシングルイオン抽出用アパチャー
２１内のイオン流通過領域５の幅及び厚さが選択されて
いる。原理的には、電界制御によるイオン流通過領域５
内のポテンシャル分布によって、イオン流が阻止された
り、シングルイオン４８が抽出される条件に選定するこ
とができる。このような条件を満足するものであればよ
く、シングルイオン抽出用アパチャー２１の材質、寸
法、イオン流通過領域５の幅及び厚さも任意に選択する
ことができる点でも第１の実施例と同様である。

【００３９】本発明の第２の実施例においても、イオン
ビームは原理的に理想的な軌道からずれることはないた
め、高い照準精度が実現される。例えば、ナノメートル
領域へのシングルイオン注入も実現することができる。

【００４０】またシングルイオン抽出用アパチャー２１
内に印加するパルス電圧Ｖの時間的なタイミングを制御
して、一定の時系列でシングルイオン４８を抽出した
り、阻止したり、再びシングルイオン４８を抽出した
り、阻止したりという動作を繰り返すこともできる。

【００４１】また本発明の第２の実施例ではシングルイ
オン４８の抽出について開示したが、制御された数の所
望の所定数イオンを抽出したり、阻止したりする動作を
繰り返すこともできる。即ち、本発明の第２の実施例と
しての高精細シングルイオン抽出方法と同様の方法によ
って、制御された所定数のイオン抽出方法を実現するこ
とができる。

【００４２】また、図２に開示した本発明の第２の実施
例では、集束イオンビーム（ＦＩＢ）１を発生する集束
イオンビームカラムは単一の例であるが、スループット
を改善するために更に複数の集束イオンビームカラムを
設定してもよい。

【００４３】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
としての、高精細シングルイオン抽出方法を適用した高
精細シングルイオン注入装置の模式的構成図を示す。図
３は集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の標準的な構成要
素に対して、シングルイオン注入用の構成要素を加えた
高精細シングルイオン注入装置に対応している。以下具
体的に説明する。標準的な構成要素としては、試料トリ
ミング用液体金属イオン源６と加速器７と、コンデンサ
レンズ８と、質量分析器９と、静電型対物レンズ１０
と、アパチャー１１と、走査偏向用電極１２と、試料１
３と、試料ステージ１４と及び二次電子検出器１５が含
まれている。これらの標準的な構成要素に対して、新た
に本発明の第３の実施例においては高精細シングルイオ
ン注入のための構成として、シングルイオン照射用液体
金属イオン源１６と、加速器１７と、コンデンサレンズ
１８と、静電型円筒プリズム１９と、シングルイオン抽
出用アパチャー２１と、前記シングルイオン抽出用アパ
チャー２１にパルス電圧を印加するための電源手段２０
と、前記シングルイオン抽出用アパチャー２１内のイオ
ン流通過領域５において電界制御されて抽出されたシン
グルイオン４８とを具備している。尚、必ずしも必要で
はないが一光子検出用ストリークカメラ２２を更に具備
していてもよい。

【００４４】試料トリミング時、及び２次電子像取得時
には、標準的構成の集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を
使用する。即ち、試料トリミング用液体金属イオン源６
で発生したイオンビームは、加速器７を通して所望のエ
キルギーまで加速され、コンデンサレンズ８によって集
束を受ける。その後、質量分析器９により所望の質量
数、価数のイオンが選択され、最終的に試料に照射され
て試料表面の原子をスパッタする。

【００４５】高精細シングルイオン注入時には、標準的
構成に加え、新たに付加されたシングルイオン照射用液
体金属イオン源１６を使用する。シングルイオン照射用
液体金属イオン源１６、加速器１７、コンデンサレンズ
１８は、試料トリミング時と同様にイオンビームを加
速、集束させる働きがあるが、その後イオンビームは静
電型円筒プリズム１９によってその軌道が偏向される。
この静電型円筒プリズム１９の作用によって、質量分析
器９では除去することができず、レンズの集束作用も受
けない電気的中性粒子が、シングルイオン注入時に試料
に到達するのを防ぐことができる。このようにして、電
気的中性粒子を取り除かれたイオンビームから、質量分
析器９によって所望の質量数、価数のイオンビームを選
択して取り出す。更にこのイオンビームより、上記実施
例１，２に開示した高精細シングルイオン抽出方法を適
用して、電源手段２０よりパルス電圧Ｖをシングルイオ
ン抽出用アパチャー２１に印加して、イオン流通過領域
５内に広がる空乏層を電界制御して、イオン流の通過を
阻止したり、シングルイオン４８を抽出して、試料１３
の希望する部位に照射する。

【００４６】抽出されたシングルイオン４８の試料への
入射は、２次電子検出器１５によって検出される。また
シングルイオン入射に伴う発光現象を一光子検出用スト
リークカメラ２２によって検出することもできる。

【００４７】本発明の第３の実施例においても、パルス
電圧Ｖの値は、実施例１と同様に、Ｖ＞Ｖｉの時、イオ
ン流の通過を阻止し、Ｖ＝０の時、シングルイオンを抽
出する条件に設定することができる。或いはまた、実施
例２の場合と同様に、Ｖｉ≧Ｖの時イオン流の通過を阻
止し、Ｖ＝０の時、シングルイオンを抽出する条件に設
定することもできる。

【００４８】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
としての、高精細シングルイオン抽出方法を適用した高
精細シングルイオン注入装置の模式的構成図を示す。図
４の構成は図３と実質的に同一であるが、唯一異なる点
は、試料１３の表面近傍に阻止電場印加用電極３５を具
備する点にある。この阻止電場印加用電極３５に電圧を
印加することによって、シングルイオン４８の速度を試
料１３表面近傍において減速させ、試料１３表面に軟着
陸させることができる。これにより、試料１３表面の損
傷を緩和し、またより高精細なシングルイオン注入を実
現することができる。

【００４９】（実施例５）図５は本発明の第５の実施例
としての、高精細シングルイオン抽出方法を適用した高
精細シングルイオン注入装置の模式的構成図を示す。図
５の構成は、図３及び図４の構成に比べて簡単化されて
いる。即ち、図３及び図４に示した集束イオンビーム
（ＦＩＢ）装置の標準的な構成要素における、試料トリ
ミング用液体金属イオン源６と、前記試料トリミング用
液体金属イオン源６に結合して配置した加速器７、及び
前記加速器７に結合して配置したコンデンサレンズ８か
らなる３つの構成を構成要素として含まない点に特徴を
有する。図５の例では、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装
置の標準的な構成要素としては、質量分析器９に対して
シングルイオン抽出用アパチャー２１を介して配置され
た静電型対物レンズ１０と、前記静電型対物レンズ１０
に対して結合されたアパチャー１１と、前記アパチャー
１１に対して結合して配置された走査偏向用電極１２
と、試料を保持する試料ステージ１４と、抽出されたシ
ングルイオン４８を検出する２次電子検出器１５とを含
む。シングルイオン注入用の構成要素は、図５に示され
た如く、シングルイオン照射用液体金属イオン源１６
と、前記シングルイオン照射用液体金属イオン源１６に
結合して配置した加速器１７と、前記加速器１７に結合
して配置したコンデンサレンズ１８と、前記コンデンサ
レンズ１８に結合して配置した静電型円筒プリズム１９
と、前記静電型円筒プリズム１９に結合して配置した質
量分析器９と、前記質量分析器９の下側に集束イオンビ
ームラインを介して配置したシングルイオン抽出用アパ
チャー２１と、前記シングルイオン抽出用アパチャー２
１に対してパルス電圧を印加してシングルイオンを抽出
する電源手段２０とから構成されている。これらの構成
要素は図５に示す如く、一直線上に配置されていても、
或いは、図３，図４と同様に屈曲して配置されていても
よい。図５に示した第５の実施例では、一直線上に配置
されており、しかも前述の如く構成要素が３つ減少して
いることから装置構成が簡略化されている。即ち、小型
・軽量化され、全体としてコンパクトな装置を提供でき
るという利点がある。図５の構成においても阻止電場印
加用電極３５を設けてもよいことはもちろんである。或
いは、阻止電場印加用電極３５の代わりに試料ステージ
１４に阻止電場発生用のための電圧を印加してもよい。
図５の例では阻止電場発生用電源手段２３を試料ステー
ジ１４に結合している。直流電圧として例えば、−２０
〜２０ｋＶの値を印加している。この点は図３，図４に
示した他の実施例に適用してもよいことはもちろんであ
る。

【００５０】また、図３，図４に示した試料トリミング
用液体金属イオン源６、加速器７、コンデンサレンズ８
からなる構成と、シングルイオン照射用液体金属イオン
源１６、加速器１７、コンデンサレンズ１８からなる構
成を逆に配置してもよいことは明らかである。

【００５１】更に、図５に示したような簡略化構成も可
能であることから、図３，図４においても、試料トリミ
ング用液体金属イオン源６の代わりにシングルイオン照
射用液体金属イオン源１６を配置し、更に加速器７の代
わりに加速器１７、コンデンサレンズ８の代わりにコン
デンサレンズ１８を配置して、２系統のシングルイオン
注入装置を構成してもよい。この場合には、例えば、ｐ
型のドーパントとなるイオン源、ｎ型のドーパントとな
るイオン源をそれぞれ配置して、イオン源の交換に要す
る時間を節約できる等の利点も存在する。即ち、図３，
図４に示した実施例３，４の構成において、試料トリミ
ング用液体金属イオン源６の代わりにシングルイオン照
射用液体金属イオン源１６を用いれば、異種のイオンソ
ースを配置できることから、装置の稼働効率が上昇し、
スループット（生産性）の向上に寄与することもでき
る。

【００５２】尚、上記実施例３，４，５における装置構
成では、いずれもイオン源として液体金属イオン液
（６，１６）を用いる例を開示したが、これに限るもの
ではない。ガスソースによるイオン源として構成される
各種イオン種を使用する場合もあるため、シングルイオ
ン注入用のイオン源としては、ガスソースによるイオン
源を用いる構成を有していてもよい。更に複数系統のイ
オン源を用いる場合には、液体金属イオン源とガスソー
スによるイオン源をそれぞれ別々の系統で用いてもよ
い。

【００５３】液体金属イオン源として構成可能なイオン
としては、例えば、ボロン（Ｂ）のイオン、シリコン
（Ｓｉ）のイオン、リン（Ｐ）のイオン、銅（Ｃｕ）の
イオン、ガリウム（Ｇａ）のイオン、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）のイオン、砒素（Ａｓ）のイオン、金（Ａｕ）のイ
オン等が存在する。

【００５４】ガスソースによるイオン源として構成可能
なイオンとしては、例えば、水素（Ｈ）のイオン、ヘリ
ウム（Ｈｅ）のイオン、酸素（Ｏ）のイオン、アルゴン
（Ａｒ）のイオン等が存在する。

【００５５】（実施例６）本発明の高精細シングルイオ
ン注入方法においては、半導体のドーパントとなる原子
のイオン又は液体金属イオン源として構成される各種イ
オン種、又はガスソースによるイオン源として構成され
る各種イオン種から選択される一のイオンを、上記実施
例１，２に開示した高精細シングルイオン抽出方法を用
いて、１個ずつ取出し（高精細シングルイオン抽出工
程）、試料の極微小領域を的（ターゲット）にして照準
し（照準工程）、上記実施例３，４，５に開示した高精
細シングルイオン注入装置を用いて前記１個ずつ抽出さ
れたシングルイオンを前記照準された試料の極微小領域
に所定の加速エネルギーでシングルイオン注入（シング
ルイオン注入工程）を行なう。

【００５６】前記液体金属イオン源として構成される各
種イオン種は、例えば、ボロン（Ｂ）のイオン、シリコ
ン（Ｓｉ）のイオン、リン（Ｐ）のイオン、銅（Ｃｕ）
のイオン、ガリウム（Ｇａ）のイオン、ゲルマニウム
（Ｇｅ）のイオン、砒素（Ａｓ）のイオン、金（Ａｕ）
のイオン等を含む。

【００５７】前記ガスソースによるイオン源として構成
される各種イオン種は、例えば、水素（Ｈ）のイオン、
ヘリウム（Ｈｅ）のイオン、酸素（Ｏ）のイオン、アル
ゴン（Ａｒ）のイオン等を含む。

【００５８】実施例３，４，５，６に開示した本発明の
高精細シングルイオン注入装置及び方法においては、集
束イオンビームカラムを複数配置することによってスル
ープットを改善することができる。またシングルイオン
抽出方法と同様の方法によって、制御された所定数のイ
オンを抽出し、ターゲットに照準し、イオン注入するこ
とも可能である。即ち、本発明において開示した高精細
シングルイオン注入装置及び方法においては、シングル
イオンのみならず、所望の所定数の制御されたイオンの
イオン注入も行なうことができる。

【００５９】前述の如くシングルイオン抽出用アパチャ
ー２１に印加するパルス電圧Ｖを繰り返しＯＮ−ＯＦＦ
することによって、イオン流通過領域５内のポテンシャ
ル分布が電界制御されるため、一定の時系列でシングル
イオン４８を抽出したり、阻止したりする動作を繰り返
すことによって、パルス電圧ＶのＯＮ−ＯＦＦによって
繰り返し制御された高精細シングルイオン注入装置及び
方法を実現することもできる。

【００６０】本発明の高精細シングルイオン注入装置及
び方法によれば、イオンビームは原理的に理想的な軌道
からずれることはないため、高い照準精度が実現され、
ナノメートル領域へのシングルイオン注入も実現するこ
とができる。

【００６１】照準精度としては例えば２０ｎｍ程度まで
実現されている。即ち、ビーム径５０ｎｍに対して照準
精度２０ｎｍまで実現されており、ナノメートル領域へ
のシングルイオン注入も実現される。

【００６２】半導体集積回路（ＬＳＩ）を構成する半導
体デバイスの極微細化を妨げる不純物のゆらぎを、本発
明の高精細シングルイオン抽出方法及び該方法を適用し
た高精細シングルイオン注入装置及び方法を適用して、
制御することによって、更なる高性能ＬＳＩの実現が期
待される。特にシングルイオン照準精度の改善によっ
て、ＬＳＩロードマップ上の更に一世代先の技術として
期待される。

【００６３】また、半導体材料のみならず、金属、絶縁
体材料へのシングルイオン注入は、材料の局所的性状改
善効果が極めて大きく、改質部位と非改質部位の選択性
を利用してナノメートルオーダーの構造形成が容易に可
能である。ナノ構造集合体の利用価値は高く、新機能デ
バイス、高密度メモリ、高感度センサなど多岐に渡り、
応用分野は非常に広い。

【００６４】

【発明の効果】本発明の高精細シングルイオン抽出方法
によれば、シングルイオン抽出用アパチャーへ印加する
バルス電圧だけでシングルイオンを容易に抽出すること
ができ、しかもイオンビームは原理的に理想的な軌道か
らずれないため、高い照準精度を実現することができ
る。

【００６５】本発明の高精細シングルイオン抽出方法を
適用した高精細シングルイオン注入装置によれば、従来
の集束イオンビーム（ＦＩＢ）をシングルイオン抽出用
アパチャー上で静電的に偏向するビームチョンピング法
によるサブミクロン程度の低い照準精度に比べ、シング
ルイオン抽出用アパチャーに電界を印加し静電誘導的、
電界制御的に開閉することによってシングルイオンを抽
出することから、イオンビームが原理的に理想的な軌道
からずれることがなく、ナノメートル領域へのシングル
イオン注入を実現することができ、高い照準精度を実現
することができる。

【００６６】本発明の高精細シングルイオン抽出方法を
適用した高精細シングルイオン注入方法によれば、半導
体のドーパントとなる原子のイオン又は液体金属イオン
源として構成可能な各種イオン種として、例えば、ボロ
ン（Ｂ）のイオン、シリコン（Ｓｉ）のイオン、リン
（Ｐ）のイオン、銅（Ｃｕ）のイオン、ガリウム（Ｇ
ａ）のイオン、ゲルマニウム（Ｇｅ）のイオン、砒素
（Ａｓ）のイオン、金（Ａｕ）のイオン等、又はガスソ
ースによるイオン源として構成可能な各種イオン種とし
て、例えば、水素（Ｈ）のイオン、ヘリウム（Ｈｅ）の
イオン、酸素（Ｏ）のイオン、アルゴン（Ａｒ）のイオ
ン等から選択される一のイオンを１個ずつ取り出すシン
グルイオン抽出工程において、シングルイオン抽出用ア
パチャーに印加するパルス電圧を変化させることによっ
てシングルイオンを容易に抽出することができ、しかも
イオンビームは原理的に理想的な軌道からずれないた
め、ナノメートル領域へのシングルイオン注入を実現す
ることができ、高い照準精度を実現することができる。

【００６７】更に上記高精細シングルイオン注入装置及
び方法において、試料表面近傍に配置された阻止電場印
加用電極に電圧を印加することにより、試料へのシング
ルイオン注入時に減速電界を発生させて、シングルイオ
ンを試料表面に対して軟着陸させることによって、ナノ
メートル領域へのシングルイオン注入を高い照準精度と
ともに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例としての高精細シングル
イオン抽出方法の模式的説明図

【図２】本発明の第２の実施例としての高精細シングル
イオン抽出方法の模式的説明図

【図３】本発明の第３の実施例としての、高精細シング
ルイオン抽出方法を適用した高精細シングルイオン注入
装置の模式的構成図

【図４】本発明の第４の実施例としての、高精細シング
ルイオン抽出方法を適用した高精細シングルイオン注入
装置の模式的構成図

【図５】本発明の第５の実施例としての、高精細シング
ルイオン抽出方法を適用した高精細シングルイオン注入
装置の模式的構成図

【図６】従来例としてのシングルイオン抽出方法（チョ
ッピング法）の模式的説明図

【符合の説明】

１集束イオンビーム（ＦＩＢ）２チョッピングディフレクタ（ビームチョップ用静電
偏向板）３，４電極５イオン流通過領域６試料トリミング用液体金属イオン源７，１７加速器８，１８コンデンサレンズ９質量分析器１０静電型対物レンズ１１アパチャー１２走査偏向用電極１３試料１４試料ステージ１５二次電子検出器１６シングルイオン照射用液体金属イオン源１９静電型円筒プリズム２０電源手段２１シングルイオン抽出用アパチャー２２一光子検出用ストリークカメラ２３阻止電場発生用電源手段３５阻止電場印加用電極４８抽出されたシングルイオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黄明植東京都練馬区旭丘１丁目52番２号 (72)発明者石川敦貴東京都杉並区高井戸西２丁目12番25号Ｆターム(参考） 5C033 AA01 BB01 BB02 5C034 CC17 CD07 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束イオンビーム（ＦＩＢ）と、前記集
束イオンビーム（ＦＩＢ）よりシングルイオンを抽出す
るシングルイオン抽出用アパチャーと、前記シングルイ
オン抽出用アパチャーにパルス電圧を印加する電源手段
とからなる構成において、前記シングルイオン抽出用ア
パチャーは、印加される前記パルス電圧によって、電界
制御的に前記シングルイオン抽出用アパチャー内のイオ
ン流通過領域に広がるポテンシャル分布が制御されて、
イオン流の通過を阻止したり、シングルイオンを抽出す
ることを特徴とする高精細シングルイオン抽出方法。
【請求項２】集束イオンビーム（ＦＩＢ）と、前記集
束イオンビーム（ＦＩＢ）よりシングルイオンを抽出す
るシングルイオン抽出用アパチャーと、前記シングルイ
オン抽出用アパチャーにパルス電圧を印加する電源手段
とからなる構成において、前記シングルイオン抽出用ア
パチャー近傍における集束イオンビーム（ＦＩＢ）のイ
オンビーム運動エネルギーｑＶｉ（ｑはイオンの電荷
量）に対して、前記シングルイオン抽出用アパチャーに
印加するパルス電圧Ｖは、Ｖ＞Ｖｉの時、イオンビーム
の通過を阻止し、或いは、Ｖｉ≧Ｖの時、イオンビーム
の通過を阻止し、Ｖ＝０の時、シングルイオンを抽出す
ることを特徴とする高精細シングルイオン抽出方法。
【請求項３】集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の標準
的な構成要素に対して、シングルイオン注入用の構成要
素を加えた高精細シングルイオン注入装置であって、前
記シングルイオン注入用の構成要素として、シングルイ
オン抽出用アパチャーに対してパルス電圧を印加してシ
ングルイオンを抽出する電源手段を具備することを特徴
とする高精細シングルイオン注入装置。
【請求項４】集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の標準
的な構成要素に対して、シングルイオン注入用の構成要
素を加えた高精細シングルイオン注入装置であって、前
記シングルイオン注入用の構成要素として、シングルイ
オン抽出用アパチャーに対してパルス電圧を印加してシ
ングルイオンを抽出する電源手段を具え、前記シング
ルイオン抽出用アパチャーは、印加される前記パルス電
圧によって、電界制御的に前記シングルイオン抽出用ア
パチャー内のイオン流通過領域に広がるポテンシャル分
布が制御されて、イオン流の通過を阻止したり、シング
ルイオンを抽出することを特徴とする高精細シングルイ
オン注入装置。
【請求項５】前記シングルイオン抽出用アパチャー近
傍における集束イオンビーム（ＦＩＢ）のイオンビーム
運動エネルギーｑＶｉ（ｑはイオンの電荷量）に対し
て、前記シングルイオン抽出用アパチャーに印加するパ
ルス電圧Ｖは、Ｖ＞Ｖｉの時、イオンビームの通過を阻
止し、或いは、Ｖｉ≧Ｖの時、イオンビームの通過を阻
止し、Ｖ＝０の時、シングルイオンを抽出することを特
徴とする請求項３もしくは４の内いずれか１項記載の高
精細シングルイオン注入装置。
【請求項６】集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の標準
的な構成要素に対して、シングルイオン注入用の構成要
素を加えた高精細シングルイオン注入装置であって、前
記シングルイオン注入用の構成要素としては、シングル
イオン照射用液体金属イオン源もしくはガスソースイオ
ン源と、前記シングルイオン照射用液体金属イオン源も
しくはガスソースイオン源に結合して配置した加速器
と、前記加速器に結合して配置したコンデンサレンズ
と、前記コンデンサレンズに結合して配置した静電型円
筒プリズムと、前記静電型円筒プリズムに結合して配置
した質量分析器と、前記質量分析器の下側に集束イオン
ビームラインを介して配置したシングルイオン抽出用ア
パチャーと、前記シングルイオン抽出用アパチャーに対
してパルス電圧を印加してシングルイオンを抽出する電
源手段とから構成され、前記標準的な構成要素として
は、試料トリミング用液体金属イオン源もしくはガスソ
ースイオン源と、前記試料トリミング用液体金属イオン
源もしくはガスソースイオン源に結合して配置した加速
器と、前記加速器に結合して配置したコンデンサレンズ
と、前記コンデンサレンズに対して前記静電型円筒プリ
ズムを介して配置された前記質量分析器と、前記質量分
析器に対して、前記シングルイオン抽出用アパチャーを
介して配置された静電型対物レンズと、前記静電型対物
レンズに対して結合して配置されたアパチャーと、前記
アパチャーに対して結合して配置された走査偏向用電極
と、前記試料を保持する試料ステージと、前記抽出され
たシングルイオンを検出する２次電子検出器とから構成
され、前記シングルイオン照射用液体金属イオン源もし
くはガスソースイオン源に結合して配置された前記加速
器によって加速された集束イオンビームから、前記シン
グルイオン抽出用アパチャーに対して前記電源手段から
印加された前記パルス電圧によってイオン流通過領域内
において電界制御されて抽出されたシングルイオンは、
前記アパチャー及び前記走査偏向用電極を介して前記試
料に対してイオン注入されることを特徴とする高精細シ
ングルイオン注入装置。
【請求項７】集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の標準
的な構成要素に対して、シングルイオン注入用の構成要
素を加えた高精細シングルイオン注入装置であって、前
記シングルイオン注入用の構成要素としては、シングル
イオン照射用液体金属イオン源もしくはガスソースイオ
ン源と、前記シングルイオン照射用液体金属イオン源も
しくはガスソースイオン源に結合して配置した加速器
と、前記加速器に結合して配置したコンデンサレンズ
と、前記コンデンサレンズに結合して配置した静電型円
筒プリズムと、前記静電型円筒プリズムに結合して配置
した質量分析器と、前記質量分析器の下側に集束イオン
ビームラインを介して配置したシングルイオン抽出用ア
パチャーと、前記シングルイオン抽出用アパチャーに対
してパルス電圧を印加してシングルイオンを抽出する電
源手段とから構成され、前記標準的な構成要素として
は、前記質量分析器に対して、前記シングルイオン抽出
用アパチャーを介して配置された静電型対物レンズと、
前記静電型対物レンズに対して結合して配置されたアパ
チャーと、前記アパチャーに対して結合して配置された
走査偏向用電極と、前記試料を保持する試料ステージ
と、前記抽出されたシングルイオンを検出する２次電子
検出器とから構成され、前記シングルイオン照射用液体
金属イオン源もしくはガスソースイオン源に結合して配
置された前記加速器によって加速された集束イオンビー
ムから、前記シングルイオン抽出用アパチャーに対して
前記電源手段から印加された前記パルス電圧によってイ
オン流通過領域内において電界制御されて抽出されたシ
ングルイオンは、前記アパチャー及び前記走査偏向用電
極を介して前記試料に対してイオン注入されることを特
徴とする高精細シングルイオン注入装置。
【請求項８】前記シングルイオン注入用の構成要素と
して、更に、シングルイオン入射によって発生した一光
子検出用ストリークカメラを具備することを特徴とする
請求項６もしくは７の内、いずれか１項記載の高精細シ
ングルイオン注入装置。
【請求項９】前記シングルイオン注入用の構成要素と
して、更に、前記走査偏向用電極と前記試料との間に配
置され、前記抽出されたシングルイオンを前記試料に対
して減速電界とともに注入する阻止電場印加用電極を具
備することを特徴とする請求項６乃至８の内、いずれか
１項記載の高精細シングルイオン注入装置。
【請求項１０】前記シングルイオン注入用の構成要素
として、更に、前記試料ステージに結合され、前記抽出
されたシングルイオンを前記試料に対して減速電界とと
もに注入する阻止電場発生用電源手段を具備することを
特徴とする請求項６乃至８の内、いずか１項記載の高精
細シングルイオン注入装置。
【請求項１１】半導体のドーパントとなる原子のイオ
ン又は液体金属イオン源として構成される各種イオン
種、又はガスソースによるイオン源として構成される各
種イオン種から選択される一のイオンを、シングルイオ
ン抽出用アパチャーに印加するパルス電圧Ｖをイオンビ
ーム運動エネルギーｑＶｉ（ｑはイオンの電荷量）に対
して、Ｖ＞Ｖｉ或いはＶｉ≧Ｖの時、イオンビームの通
過を阻止し、Ｖ＝０の時、シングルイオンを１個ずつ取
り出すシングルイオン抽出工程と、試料の極微小領域を
的にして絞り、前記抽出されたシングルイオンが注入さ
れるべき領域に照準する照準工程と、前記１個ずつ抽出
されたシングルイオンを前記照準された試料の極微小領
域に所定の加速エネルギーで打ち込むシングルイオン注
入工程とから構成され、前記シングルイオン抽出工程に
より１個ずつ抽出されたシングルイオンを前記照準工程
により、前記試料の極微小領域を的にして照準するとと
もに、前記シングルイオン注入工程によってシングルイ
オン注入を行なうことを特徴とする高精細シングルイオ
ン注入方法。
【請求項１２】前記液体金属イオン源として構成され
る各種イオン種は、ボロン（Ｂ）のイオン、シリコン
（Ｓｉ）のイオン、リン（Ｐ）のイオン、銅（Ｃｕ）の
イオン、ガリウム（Ｇａ）のイオン、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）のイオン、砒素（Ａｓ）のイオン、金（Ａｕ）のイ
オンを含むことを特徴とする請求項１１記載の高精細シ
ングルイオン注入方法。
【請求項１３】前記ガスソースによるイオン源として
構成される各種イオン種は、水素（Ｈ）のイオン、ヘリ
ウム（Ｈｅ）のイオン、酸素（Ｏ）のイオン、アルゴン
（Ａｒ）のイオンを含むことを特徴とする請求項１１記
載の高精細シングルイオン注入方法。
【請求項１４】前記１個ずつ抽出されたシングルイオ
ンを前記照準された前記試料の極微小領域に所定の加速
エネルギーで打ち込むシングルイオン注入工程におい
て、前記１個ずつ抽出されたシングルイオンは、前記試
料の近傍に配置された阻止電場印加用電極に印加された
電圧もしくは阻止電場発生用電源手段によって試料ステ
ージに印加された電圧により、前記試料に対して減速電
界を受けて柔軟に着陸することを特徴とする請求項１１
乃至１３の内、いずれか１項記載の高精細シングルイオ
ン注入方法。