JPH0437024A - 半導体素子製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、半導体素子製造装置に係り、特に、半導体
基板（以下、単に基板と称する）上に半導体結晶を成長
させて形成するための技術に関する。

Ｂ、従来技術 従来、基板上に半導体結晶を成長形成させる手法として
種々のものがあり、例えば一般的にはＣＶ　Ｄ　（ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｊｔｌｏｎ＞法
が広く用いられている。このＣＶＤ法によれば基板全体
に半導体結晶を形成することができるが、成長温度を低
くしたり部分的に結晶パターンを形成したいという要望
がある場合には、次のイオン蒸着法が用いられる。

これは、結晶材料をイオン化して、加速し、基板の表面
上付近で減速して照射することにより、結晶イオンを基
板の表面上に蒸着させて、結晶膜を形成するもので、第
２図の簡略図に示したようなイオン蒸着装置が用いられ
る。

図中、符号１は真空チャンバ、２は結晶材料（例えば、
シリコンなど）をイオン化するイオン源であり、シリコ
ンを含んだガスを導入してこれを高周波電界中でプラズ
マ化し、シリコンイオンを生成するものである。このイ
オンｎ、２で生成されたイオンは、引き出し電極３によ
って引き出され、イオンビームＢ０となって、質量分離
器４を通る。この質量分離器４は一種の電磁石であり、
所要のイオンのみをビーム通路に導き、他のイオンをビ
ーム通路外に偏向する。質量分離器４を通過した所要の
イオンは、成長室６内に導かれ、偏向電極５によって照
射先が調整され、減速電極７によって減速されて基板ｍ
の表面上に蒸着され、結晶成長する。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述したイオンビーム蒸着装置を用いて
半導体結晶を形成させる場合、以下のような問題点があ
る。

従来装置のイオン源２のイオン引き出し口は、ある程度
の大きさを有しており、加えて、イオンビームＢ０を集
束させるための電子レンズも装備されていないことから
、形成されるイオンビームＢ０は比較的幅広のビームと
なっていた。したがって、基板ｍ上に微細な結晶パター
ン（例えば、数μｍの結晶パターン）を形成するのが非
常に困難であった。

マタ、イオンビームＢ０が幅広で発散しているので、イ
オン電流密度も比較的小さなものとなり、基板ｍの表面
上に蒸着する結晶イオンの成長速度を遅めていた。この
ため、成長室６内の残留ガスの影響を受けやすく、膜質
の低下を招いていた。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、微小なイオンビームを形成することにより、微細
な結晶パターンの形成および結晶イオンの成長速度を向
上することができる半導体素子製造装置を提供すること
を目的としている。

０１課題を解決するための手段 この発明は、上記目的を達成するために次のような構成
を備えている。

即ち、この発明に係る半導体素子製造装置は、半導体結
晶材料を原料とするイオン源と、前記イオン源から放出
されるイオンを集束して微小な集束イオンビームを形成
する電子レンズと、この集束イオンビームを被処理物で
ある半導体基板に向けて加速させる加速手段と、加速し
た集束イオンビームの半導体基板上における照射先を偏
向調整する偏向手段と、前記集束イオンビームを所定の
エネルギまで減速して、前記半導体基板上に半導体結晶
パターンを成長させる減速手段とを備えたことを特徴と
している。

８１作用 この発明ムこよれば、イオン源が半導体結晶材料をイオ
ン化して、そのイオンを放出する。放出されたイオンは
、電子レンズで集束され、微小な集束イオンビームとな
る。この集束イオンビームは加速手段により、半導体基
Ｆｉ４こ向けて加速し、偏向手段が、この集束イオンビ
ームの照射先を所要の回路パターンに合わせて偏向する
。加速され、向きが調整された集束イオンビームは、減
速手段によって、所定のエヱルギにまで減速され、半導
体基板上ムこ微細な結晶バクーンが成長する。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の半導体素子製造装置の一実施例の
構成の概略を示した断面図である。

この半導体素子製造装置は、基板ｍの表面上に、微細な
結晶パターンを成長させて半導体素子を形成する装置で
ある。

図中、符号１０は真空チャンバであり、この装置の本体
ケーシングとなっている。この真空チャンバ１０内に以
下の構成部分が内装されている。

１】は、イオンを発生させる液体金属イオン源であり、
半導体結晶材料（例えば、シリコンやゲルマニウムなど
）を熔融して液体化する溶融炉として形成されている。

このイオン源１１の鋭利な先端部（図面の下側の先端部
）には針２５が設けられており、溶融された液体素材は
、この針２５の先端に供給されるように構成されている
。このイオン源】】には、その電位差番こよりイオンへ
の加速エネルギを与える加速手段としての加速電源２３
が接続されている。なお、イオン＃ｌ】を加熱するヒー
タは、ロチを省略している。】２は、イオン化された微
粒子をイオン源】１から引き出すための引き出し電極で
あり、この引き出し電極】２とイオン源】Ｊとの間には
、引き出し１ｉｉｆｉ２２が接続されている。】３ａは
イオンビームＢを集束する第Ｊの電子レンズ、】４は所
望の金属イオンのみを選出するためのマスフィルタ、１
３ｂは第２の電子レンズであり、この第１の電子レンズ
１３ａと第２の電子レンズ１３ｂがこの発明の電子レン
ズに相当する。１５は集束イオンビームＢの照射先を偏
向する偏向電極で、これに接続されている偏向電圧制御
部２６によって、集束イオンビームＢの偏向調整が行わ
れる。１６はイオンビームＢの加速エネルギを減速させ
てその速度を弱める減速電極であり、減速電極１６と基
板ｍが載置されるステージ１７との間には減速電源２４
が接続されている。この減速電源２４と減速電極１６と
がこの発明の減速手段に相当している。

ステージ１７は、ｘ、Ｙ方向（図面の左右方向およびこ
れに直交する方向）に移動可能なＸ−Ｙステージ２０の
上に設置されており、Ｘ−Ｙステージ２０を駆動する駆
動モータ２１が真空チャンバｌＯ外に設けられている。

この駆動モータ２１の駆動を制御して、ステージ１７の
移動を行うのがステージ移動制御部２７である。真空チ
ャンバ１０の下部（図面の下方ンには、連通管１８が設
けられており、この連通管１８の端部には真空ポンプ］
９がつながれている。

次に、上述した装置の動作について説明する。

まず、イオン源１１の中に、半導体結晶材料（例えば、
シリコンやゲルマニウムなど）を入れて、イオン源１１
を加熱すると、結晶素材は熔融されて液体化し、針２５
の先端部に供給される。イオン源１１の温度を融点に保
ったまま、引き出し電源２２によって、イオン源ＩＩと
引き出し電極１２との間、すなわち、液体素材で覆われ
た針２５の先端部に、約７〜８　［ｋＶ］の電位差を与
える。液体素材の表面に加わる電界が、液体素材の蒸発
電界強度までに達するとイオン化された微粒子の放出が
始まる。イオン源１】から引き出された微粒子は、加速
電源２３から与えられる３０〜５０　［ｋＶ］の電位差
によって、基板ｍの表面上に向かって加速し、第１の電
子レンズ１３ａによって集束され、集束イオンビームＢ
となり、この段階でマスフィルタ１４によるイオンの選
出が行われる。

一般に、単一の結晶のみを溶融するよりも、複数の結晶
材料を熔融する方が融点を下げることができる場合があ
るため、複数の結晶材料をイオン源１１内に入れて複数
の微粒子を生成することがある。この場合に、所望の微
粒子のみを正規のビーム通路に通し、それ以外の微粒子
をビーム通路外に偏向して選別するという操作が必要に
なるが、マスフィルタ１４によって、その操作が実行さ
れる。

このマスフィルタ】４は一種の偏向電極のようなもので
、必要とする以外の微粒子をビーム通路外に偏向させて
、所要の微粒子ビームのみをビーム通路に通す。

マスフィルタ１４を通過した集束イオンビームＢは、第
２の電子レンズ１３ｂによって、再び集束され、偏向電
圧制御部２６で制御される偏向電極１５によって、所望
の結晶パターンとなるように、その向きが調整される。

向きが調整された集束イオンビームＢは、減速電極１６
を通過するときに、所定のエネルギにまで減速されて、
基板ｍの表面上に到達する。このときの集束イオンビー
ムＢのエネルギは、加速電源２３と減速電源２４との出
力電圧差に等しいものとなる。すなわち、集束イオンビ
ームＢは、減速電極２４に近づくまでは加速電源２３で
与えられる加速エネルギをもっているが、減速電極２４
とステージ１７の電位を減速電極２４によって上げると
、基板ｍに入射する集束イオンビームＢはその分だけ減
速される。このため、減速電極２４の出力調整により、
原理的にはＯ〜加加速＃ｉ２３の出力電圧値までの間で
連続的ムこ集束イオンビームＢのエネルギを変化させる
ことができる。したがって、集束イオンビームＢが基板
ｍ内に打ち込まれないように、減速電源２４の出力値を
調整することによって、集束イオンビームＢを基板ｍ上
に蒸着し、結晶パターンを成長させる。具体的には、減
速電極１６とステジ１７間の電位差が１００〜２００［
ν］となるように調整することで可能になる。

先の説明では、所望の結晶パターンを集束イオンビーム
Ｂで描くときに、偏向電極１５による照射先の調整が行
われるとしたが、結晶パターンの描画範囲が広い範囲に
までおよぶ場合、偏向電極１５の偏向限界（偏向度を大
きくすると、集束イオンビームＢのビーム幅が大きくな
り、微細な結晶パターンが形成できなくなるので、偏向
範囲には限界がある）により、すべての回路パターンを
描き切れないことがある。このような場合には、ステー
ジ移動制御部２７から制御信号を駆動モータ２１に与え
て、Ｘ−Ｙステージ２０を移動させることにより、ステ
ージ１７ごと基板ｍを移動させ、偏向電極１５の偏向範
囲内に基板ｍを位置させることが行われる。

Ｇ１発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る半導体
製造装置は、半導体結晶材料を原料とするイオン源から
引き出されるイオンを電子レンズで集束して、微小な集
束イオンビームを形成し、この微小な集束イオンビーム
を用いて、結晶パターンを半導体基板上に蒸着させてい
るので、微細な結晶パターンを容易に形成することがで
きる。

また、微小な集束イオンビームを用いているので、結晶
の成長速度が向上され、残留ガスの影響を受けにくくな
るので、良質の結晶パターンをもつ半導体素子を製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る装置の概略構成を
示した断面図である。 また、第２図は従来の装置の概略構成を示した図である
。 １１・・・イオン源　　　１３ａ・・・第１電子レンズ
１３ｂ・・・第２電子レンズ　　１５・・・偏向電極１
６・・・減速電極　　　２３・・・加速電源２４・・・
減速電源 特許出願人　株式会社　島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体結晶材料を原料とするイオン源と、前記イ
   オン源から放出されるイオンを集束して微小な集束イオ
   ンビームを形成する電子レンズと、この集束イオンビー
   ムを被処理物である半導体基板に向けて加速させる加速
   手段と、加速した集束イオンビームの半導体基板上にお
   ける照射先を偏向調整する偏向手段と、前記集束イオン
   ビームを所定のエネルギまで減速して、前記半導体基板
   上に半導体結晶パターンを成長させる減速手段とを備え
   たことを特徴とする半導体素子製造装置。