專利名稱:利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法及固體表面平坦化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種利用氣體團(tuán)簇離子束照射的固體表面平坦化方法以及 固體表面平坦化設(shè)備。
背景技術(shù):
為了使電子器件等的表面平坦化,已經(jīng)開發(fā)了各種氣相反應(yīng)方法并且這 些氣相反應(yīng)方法已經(jīng)被實(shí)際使用。例如,專利文獻(xiàn)1中揭示的基板表面平坦化方法通過(guò)利用以小角度導(dǎo)向基板表面的Ar (氬)的單原子或者單分子離 子來(lái)濺射而使基板表面平坦化。近來(lái),利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法已經(jīng)引起了關(guān)注,因 為其可以大大降低表面粗糙度而不嚴(yán)重?fù)p壞表面。例如,專利文獻(xiàn)2揭示了 通過(guò)采用氣體團(tuán)簇離子束照射固體表面來(lái)降低表面粗糙度的方法。在這個(gè)方 法中,導(dǎo)向工件(固體)的氣體團(tuán)簇離子在氣體團(tuán)簇離子與工件碰撞時(shí)分解。 在此工藝中,形成團(tuán)簇的原子或者分子與形成工件的原子或者分子之間發(fā)生 多體碰撞,而引起關(guān)于工件表面(固體表面)在橫向方向的明顯運(yùn)動(dòng)。結(jié)果, 工件表面被橫向切割。這種現(xiàn)象被稱為橫向?yàn)R射。粒子關(guān)于工件表面在橫向 方向的運(yùn)動(dòng)主要切割從表面凸出的部分,實(shí)施超精確的拋光從而制作原子級(jí) 的光滑表面。在氣體團(tuán)簇離子束中,離子的能量低于常規(guī)離子刻蝕中的離子能量。換 言之,形成團(tuán)簇的單個(gè)原子或者分子具有較低的能量。這使得所需要的超精 確拋光成為可能,并且不損傷工件表面。利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平 坦化的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)工件表面的損壞少于由專利文獻(xiàn)1所揭示的離子刻蝕 引起的損壞。在利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化中,通常認(rèn)為團(tuán)簇離子束應(yīng)該 以與工件表面大致垂直的方向來(lái)照射工件表面。這個(gè)角度可以最大限度地利 用通過(guò)上述橫向?yàn)R射使表面平坦化的效果。專利文獻(xiàn)2揭示了曲面等可以根據(jù)表面條件沿傾斜方向照射,但是沒有提及這樣的傾斜照射的效果。因此,專利文獻(xiàn)2暗示了固體表面的大致垂直照射對(duì)于表面平坦化是最有效的。專利文獻(xiàn)3揭示了利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化的另一個(gè)實(shí) 例。然而,專利文獻(xiàn)3沒有描述表面平坦化與氣體團(tuán)簇離子束和固體表面形 成的角度之間的關(guān)系。因?yàn)樵撁枋鲋该鞑捎脵M向?yàn)R射的效果,所以可以推斷 與專利文獻(xiàn)2—樣,專利文獻(xiàn)3示出垂直照射的數(shù)據(jù)。非專利文獻(xiàn)1也包括利用氣體團(tuán)簇離子束照射的固體表面平坦化的報(bào) 道。在該文獻(xiàn)中,Toyoda等報(bào)道了通過(guò)用Ar團(tuán)簇離子照射諸如Cu、 SiC和 GaN的材料的表面來(lái)降低表面粗糙度。該表面用氣體團(tuán)簇離子束以大致直角 照射。非專利文獻(xiàn)2描述了在用氣體團(tuán)簇離子束以各種照射角度照射固體表面 時(shí)固體表面粗糙度的改變。當(dāng)以直角照射固體表面時(shí),照射角度被表示為90 度(下面將用符號(hào)。表示角度)。當(dāng)該表面被橫向照射時(shí),照射角度被表示 為0。。該文獻(xiàn)揭示了表明表面被刻蝕的速度的濺射速率通過(guò)垂直照射被最大 化,并且蝕刻速率隨著照射角度的減小而減小。表面粗糙度和照射角度之間 的關(guān)系通過(guò)在不同照射角度90。、 75°、 60°、 45。和30。的實(shí)驗(yàn)觀察。根據(jù)該 文獻(xiàn),表面粗糙度隨著照射角度的減小而增加。沒有進(jìn)行照射角度小于30。 的實(shí)驗(yàn)??赡苁穷A(yù)想這樣的試驗(yàn)是沒用的。近來(lái)發(fā)現(xiàn)通過(guò)將氣體團(tuán)簇離子束照射相對(duì)于固體表面的角度降低到低 于30。來(lái)大大降低固體表面的粗糙度(參考專利文獻(xiàn)4)。這種技術(shù)利用傾 斜照射的效果,并且平坦化機(jī)制不同于常規(guī)橫向?yàn)R射。專利文獻(xiàn)4描述了在 利用氣體團(tuán)簇離子束照射固體表面中使用多個(gè)照射角度。在專利文獻(xiàn)4中, 連續(xù)以不同角度實(shí)施照射。專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)公開No. H7-58089專利文獻(xiàn)2:日本專利申請(qǐng)公開No. H8-120470專利文獻(xiàn)3:日本專利申請(qǐng)公開No. H8-293483專利文獻(xiàn)4: WO2005/031838非專利文獻(xiàn)1: Jpn. J. Appl. Phys" Vol.41 (2002), pp. 4287-4290 非專利文獻(xiàn)2: Materials Science and Engineering R 34 (2001), pp. 231-295發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題在專利文獻(xiàn)1所揭示的平坦化方法中,通過(guò)發(fā)射Ar(氬)氣等的離子束實(shí) 施濺射,且凸出部分優(yōu)先從固體表面被切除。盡管平坦化被實(shí)施到特定水平, 但是照射能量必須保持在100eV左右以下從而抑制對(duì)固體表面的損壞。在這 樣的情況中,極小的離子電流不能提供實(shí)用的濺射速率。而且,專利文獻(xiàn)l 中揭示的平坦化方法具有嚴(yán)重的問(wèn)題如果固體表面具有亞微米(O.lpm到 lpm)到微米()am)的寬度和高度的劃痕或者其他表面粗糙,則幾乎不可 能被平坦化。如專利文獻(xiàn)2、 3和4以及非專利文獻(xiàn)1和2中所公開,基于利用大致 垂直的氣體團(tuán)簇離子束照射的橫向?yàn)R射的平坦化方法也具有嚴(yán)重的問(wèn)題如 果固體表面具有亞微米到微米的寬度和高度的劃痕或者類似的表面粗糙,則 幾乎不可能被平坦化。由于上述問(wèn)題,本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射 可以降低固體表面中類似劃痕的表面粗糙的固體表面平坦化方法和設(shè)備。解決問(wèn)題的手段為了解決上述問(wèn)題,本發(fā)明利用氣體團(tuán)簇離子束平坦化固體表面的方法 包括用氣體團(tuán)簇離子束照射固體表面的照射步驟,該照射步驟包括引起團(tuán)簇 從多個(gè)方向與固體表面上被氣體團(tuán)簇離子束照射的至少一區(qū)域(點(diǎn))碰撞的 工藝?;趤?lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與該點(diǎn)的碰撞,各個(gè)團(tuán)簇在不同方向進(jìn)行濺射。來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與該點(diǎn)的碰撞可以通過(guò)其中團(tuán)簇的飛行方向關(guān)于 束的中心發(fā)散的氣體團(tuán)簇離子束的照射來(lái)實(shí)施。優(yōu)選地,該氣體團(tuán)簇離子束 是關(guān)于束的中心隨機(jī)發(fā)散角度至少為2°的氣體團(tuán)簇離子束。通過(guò)將其中團(tuán)簇的飛行方向發(fā)散的氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射到固體表面上, 團(tuán)簇變得更容易從多個(gè)方向與該點(diǎn)碰撞。來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與點(diǎn)的碰撞也可以通過(guò)在移動(dòng)固體的同時(shí)發(fā)射氣 體團(tuán)簇離子束而實(shí)施。通過(guò)在固體移動(dòng)的同時(shí)照射氣體團(tuán)簇離子束,團(tuán)簇可以從更多方向與該 點(diǎn)石並撞。來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與該點(diǎn)的碰撞可以在旋轉(zhuǎn)固體的同時(shí)發(fā)射氣體團(tuán)簇離子束實(shí)施。通過(guò)在固體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)照射氣體團(tuán)簇離子束,團(tuán)簇可以從更多方向與該 點(diǎn)碰撞??梢酝ㄟ^(guò)發(fā)射氣體團(tuán)簇離子束而保持由氣體團(tuán)簇離子束與固體表面的 法線所成的照射角度不一致來(lái)實(shí)施來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與該點(diǎn)的碰撞。通過(guò)發(fā)射氣體團(tuán)簇離子束而保持氣體團(tuán)簇離子束與固體表面的法線所 成的照射角度不一致,產(chǎn)生利用橫向?yàn)R射或者傾斜照射引起的附加的平坦化 效果。來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與該點(diǎn)的碰撞可以通過(guò)發(fā)射多個(gè)氣體團(tuán)簇離子束實(shí)施。通過(guò)發(fā)射多個(gè)氣體團(tuán)簇離子束,團(tuán)簇可以從更多方向與該點(diǎn)碰撞。 為了解決上述問(wèn)題,根據(jù)本發(fā)明的用于利用氣體團(tuán)簇離子束使固體表面 平坦化的固體表面平坦化設(shè)備包括束設(shè)定裝置,用于將氣體團(tuán)簇離子束設(shè)定為相對(duì)于束的中心以至少2°的角度隨機(jī)發(fā)散;氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置, 將氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射到固體表面上;以及用于移動(dòng)固體的裝置和/或用于旋 轉(zhuǎn)固體的裝置??梢园ǘ鄠€(gè)氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置。 本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明,通過(guò)使團(tuán)簇從多個(gè)方向與作為氣體團(tuán)簇離子束照射區(qū)域的 點(diǎn)碰撞,濺射由各個(gè)團(tuán)簇在不同的方向進(jìn)行。在該工藝中,可以降低固體表 面中的劃痕或者類似的表面粗糙。
圖1A是示出固體表面如何通過(guò)橫向?yàn)R射被平坦化的示意圖; 圖1B是示出利用橫向?yàn)R射不能使具有類似于劃痕的凹陷的固體表面平 坦化的示意圖;圖2A是示出在線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中線的頂部附近,由GCIB照射引起物 質(zhì)轉(zhuǎn)移的示意圖;圖2B是示出在線的邊緣處的物質(zhì)轉(zhuǎn)移的示意圖;圖2C是示出停留在線邊緣周圍的側(cè)壁上的物質(zhì)阻礙沿一個(gè)方向的 GCIB照射的平坦化進(jìn)程的示意圖;圖2D是示出來(lái)自多個(gè)方向的GCIB照射不允許物質(zhì)停留在線的側(cè)壁上并且推進(jìn)平坦化的示意圖;圖3是示出本發(fā)明實(shí)施例的固體表面平坦化設(shè)備100的示例結(jié)構(gòu)的示意圖;圖4A是示出固體表面平坦化設(shè)備100的第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖;圖4B是示出固體表面平坦化設(shè)備100的第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 及掃描機(jī)構(gòu)的平面圖;圖5A是示出當(dāng)發(fā)散GCIB照射與靶的X-Y掃描結(jié)合時(shí),來(lái)自多個(gè)方向 的團(tuán)簇基本同時(shí)與靶表面碰撞的示意圖;圖5B是示出當(dāng)發(fā)散GCIB照射與靶的旋轉(zhuǎn)結(jié)合時(shí),來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán) 簇基本同時(shí)與靶表面碰撞的示意圖;圖5C是示出當(dāng)非發(fā)散(或者較小發(fā)散)GCIB的傾斜照射與靶的旋轉(zhuǎn) 等結(jié)合時(shí),來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇基本同時(shí)與靶表面碰撞的示意圖;圖5D是示出耙表面的示意圖;以及圖6是示出裝配有多個(gè)GCIB發(fā)射裝置的固體表面平坦化設(shè)備200的示 例結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
在描述實(shí)施例之前,將總結(jié)本發(fā)明所用的平坦化原理。 通常認(rèn)為利用氣體團(tuán)簇離子束(GCIB)的表面平坦化機(jī)制基于這樣的 現(xiàn)象通過(guò)使經(jīng)受GCIB照射的固體表面的物質(zhì)在橫向方向(幾乎平行于固 體表面的方向)轉(zhuǎn)移的橫向?yàn)R射,峰(凸部)被切削,谷(凹部)被填充有凸 出部分的切削部分(例如,參考專利文獻(xiàn)2)。圖1A是示出如何通過(guò)橫向?yàn)R 射使固體表面平坦的示意圖。本發(fā)明者觀察了具有亞微米到微米數(shù)量級(jí)的寬度和高度的劃痕等的固 體表面的平坦化。在觀察中,通過(guò)將線-間隔圖案結(jié)構(gòu)900作為劃痕來(lái)實(shí)施 GCIB照射。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),通過(guò)常規(guī)的橫向?yàn)R射幾乎未使具有劃痕的表面 平坦化。圖1B中示出了這種狀態(tài)。平坦化失敗的原因是由于由附圖標(biāo)記901 表示的線的頂部(線-間隔圖案結(jié)構(gòu)的突起部分(相當(dāng)于凸部)的頂部的周 圍部分)及由附圖標(biāo)記902表示的間隔的底部(線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中的槽狀 部分(相當(dāng)于凹部)的底部周圍部分)都被刻蝕,并且所蝕刻的高度幾乎沒 有差異。換言之,因?yàn)槲g刻近似于表面的初始形狀進(jìn)行,所以導(dǎo)致很少的平坦化。在線-間隔圖案結(jié)構(gòu)900中的線的頂部附近(線的深度方向的側(cè)壁903 的一部分,接近線的頂部901并且遠(yuǎn)離間隔的底部902)由GCIB照射引起 的物質(zhì)轉(zhuǎn)移被詳細(xì)地觀察。圖2A到2D是示出這些情況的示意圖。如圖2A 中所示,觀察到這樣的現(xiàn)象GCIB照射引起線的頂部附近的物質(zhì)904沿線 的側(cè)壁903移動(dòng)到由附圖標(biāo)記905表示的線的側(cè)壁的下部(線的深度方向的 側(cè)壁903的一部分,遠(yuǎn)離線的頂部901)。在圖2A的右圖中,所觀察到的轉(zhuǎn) 移由虛線箭頭表示。在線的邊緣(線的頂部901和線的側(cè)壁903之間的邊界 附近)上觀察到由附圖標(biāo)記907表示的肩狀部(圖2B中由虛線包圍)。圖 2B中的右圖是圖2B的左圖中圈出部分906的放大圖。在圖2B的左圖中, 虛線箭頭表示物質(zhì)在線的頂部附近的橫向移動(dòng)。在圖2B的右圖中,附圖標(biāo) 記908表示線的頂部附近的物質(zhì),附圖標(biāo)記909表示沿線的側(cè)壁903移動(dòng)的 物質(zhì)。在這種狀態(tài)中,線的頂部附近的物質(zhì)未移動(dòng)到橫過(guò)間隔底部的廣闊區(qū) 域。因此,線的頂部和間隔的底部都被刻蝕,使得高度變化很小。基于這些發(fā)現(xiàn),進(jìn)行了不同GCIB照射條件下的多種實(shí)驗(yàn),以觀察線的 頂部附近的物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。結(jié)果發(fā)現(xiàn)如圖2C所示,常規(guī)的在一個(gè)方向的GCIB 照射使物質(zhì)停留在線的側(cè)壁上并且使平坦化不再進(jìn)行。出現(xiàn)這種情形是因?yàn)樵诖怪闭丈渲?,與線的頂部901或者間隔的底部 902相比,線的側(cè)壁卯3暴露到較少的GCIB照射,這使得這里的物質(zhì)不易 移動(dòng)(見圖2C中由附圖標(biāo)記P1表示的部分)。在傾斜照射中,團(tuán)簇易于與 面對(duì)GCIB照射的線的側(cè)壁碰撞,但是團(tuán)簇幾乎不與線的相對(duì)側(cè)壁碰撞。即 使停留在線的側(cè)壁903上的物質(zhì)移動(dòng),但這種移動(dòng)將限于間隔的邊緣附近的 區(qū)域(間隔的底部902和線的側(cè)壁903之間的邊界附近的區(qū)域),幾乎不使 平坦化進(jìn)行。相反,當(dāng)GCIB從多個(gè)方向照射時(shí),物質(zhì)不停留在線的側(cè)壁903上,平 坦化如圖2D所示地進(jìn)行。來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與停留在線的側(cè)壁903上的物質(zhì)(Pl)碰撞,引起 賊射在各個(gè)方向進(jìn)行。這使得物質(zhì)(Pl)較容易移動(dòng)到間隔的底部902,允 許物質(zhì)移動(dòng)到間隔的底部902的廣闊范圍(見圖2D中由附圖標(biāo)記P2表示的 部分)。通過(guò)本發(fā)明最近發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了通過(guò)GCIB照射減小(平滑)劃痕或者類似的表面粗糙,重要的是將固體表面中通過(guò)與團(tuán)簇的碰撞橫向轉(zhuǎn)移的物質(zhì)
暴露到其他團(tuán)簇(或者重復(fù)碰撞);這應(yīng)該通過(guò)使GCIB照射區(qū)域的點(diǎn)與來(lái) 自多個(gè)方向的團(tuán)簇碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn);為了促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移越過(guò)更寬的范圍而達(dá)到使 固體表面的平坦化效果最大的目的,團(tuán)簇碰撞之間的時(shí)間間隔應(yīng)該被最小化 使得團(tuán)簇幾乎同時(shí)碰撞。
來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇應(yīng)該與由GCIB照射的區(qū)域(點(diǎn))碰撞。優(yōu)選地, 應(yīng)該引起幾乎同時(shí)的團(tuán)蔟碰撞以促進(jìn)固體表面的平坦化。
現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)例進(jìn)行描述。首先將參考圖3對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的固體表面平坦化方法的固體表面平坦化設(shè)備100的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行描 述。
GCIB發(fā)射裝置的構(gòu)造如下。源氣(source gas ) 9通過(guò)噴嘴10供給到真 空?qǐng)F(tuán)簇發(fā)生室ll中。在團(tuán)簇發(fā)生室ll中,源氣9的氣體分子聚集成團(tuán)簇。 團(tuán)簇尺寸由基于噴嘴出口 10a處的氣體壓力和氣體溫度及噴嘴10的尺寸和 形狀的粒子尺寸分布確定。在團(tuán)簇發(fā)生室11中產(chǎn)生的團(tuán)簇通過(guò)撇取器 (skimmer) 12作為氣體團(tuán)簇束導(dǎo)入電離腔室13中。通過(guò)增加撇取器12的 撇取器直徑,可以產(chǎn)生具有不同角度的束的相對(duì)隨機(jī)混合物,代替共中心和 均勻發(fā)散的GCIB。在電離腔室13中,離子發(fā)生器14發(fā)射例如熱電子的電 子束以電離中性團(tuán)簇。離子化的氣體團(tuán)簇束(GCIB)由加速電極15加速。 在常規(guī)的通用GCIB發(fā)射設(shè)備中,為了產(chǎn)生非發(fā)散GCIB,通過(guò)磁場(chǎng)會(huì)聚控 制單元16將束會(huì)聚成平行束并且將束導(dǎo)向利用永久磁鐵的鐵磁偏轉(zhuǎn)團(tuán)簇尺 寸控制單元。然而,在固體表面平坦化設(shè)備100中,磁場(chǎng)會(huì)聚控制單元16 不使這些束會(huì)聚而是使這些束發(fā)散。換言之,比在通常束會(huì)聚中更緩和的條 件下進(jìn)行束會(huì)聚。在圖3中,2?;蛘吒蟮慕嵌?是優(yōu)選的。圖3中,GCIB 關(guān)于束中心對(duì)稱,但是GCIB可以具有不對(duì)稱擴(kuò)展。然后,GCIB進(jìn)入濺射 腔室17。在設(shè)置在濺射腔室17中的靶支撐物18上,靶19通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤41 固定,該靶19是將要被GCIB照射的固體(諸如硅基板)。進(jìn)入濺射腔室17 的GCIB通過(guò)孔(aperture) 21縮小到預(yù)定的束直徑并且導(dǎo)向到靶19的表面 上。當(dāng)電絕緣體的靶19的表面被平坦化時(shí),GCIB通過(guò)電子束照射中性化。 固體表面平坦化設(shè)備100包括旋轉(zhuǎn)靶19的第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在這里所描 述的實(shí)施例中,第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使靶19繞幾乎平行于靶表面的法線旋轉(zhuǎn)。因 為本發(fā)明的主旨為了是引起團(tuán)簇從多個(gè)方向與點(diǎn)碰撞,所以固體不總是繞幾乎平行于靶表面法線的軸旋轉(zhuǎn)。該固體可以繞任何期望的軸旋轉(zhuǎn)。
例如,如圖4A和4B中所示,第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造如下。耙支撐物18 具有突出軸41a,旋轉(zhuǎn)盤41安裝在突出軸41a上從而繞突出軸41a的中心旋 轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)盤41具有平板部41b,靶19附著在該平板部41b上。旋轉(zhuǎn)盤41 在其邊緣41c中具有大量的齒,這些齒與齒輪43的齒咬合。齒輪43當(dāng)由馬 達(dá)42驅(qū)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn),并且該旋轉(zhuǎn)傳送到旋轉(zhuǎn)盤41,因此,旋轉(zhuǎn)附著到旋轉(zhuǎn)盤 41的耙19。
固體表面平坦化設(shè)備100還裝配有可以改變GCIB照射角度的傾斜機(jī)構(gòu) 作為照射角度設(shè)定裝置。在該實(shí)施例中,通過(guò)可以連續(xù)改變照射角度的旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜機(jī)構(gòu)。
例如,如圖4B中所示,固體表面平坦化設(shè)備100包括第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 旋轉(zhuǎn)軸21被固定到靶支撐物18,靶支撐物18可以繞旋轉(zhuǎn)軸21的中心旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)軸21被固定板22a和22b可旋轉(zhuǎn)地支撐。旋轉(zhuǎn)軸21也被固定到齒輪24b 的旋轉(zhuǎn)軸的中心,齒輪24b與齒輪24a咬合。齒輪24a當(dāng)由馬達(dá)23驅(qū)動(dòng)時(shí) 旋轉(zhuǎn),并且該旋轉(zhuǎn)被傳送到齒輪24b和旋轉(zhuǎn)軸21,從而旋轉(zhuǎn)靶支撐物18。 靶支撐物18的旋轉(zhuǎn)被反映在照射角度中。固定板22a裝配有角度探測(cè)單元 25a用于從旋轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)角度探測(cè)靶支撐物18的旋轉(zhuǎn)角度,也就是,用 于探測(cè)相對(duì)于附著到耙支撐物18的耙19的固體表面的GCIB照射角度來(lái)作 為數(shù)字值。由角度探測(cè)單元25a探測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度的信息由電路單元25b處理, 并且當(dāng)前的探測(cè)角度(照射角度)在顯示單元26的當(dāng)前角度區(qū)域26a中顯 示。
固體表面平坦化設(shè)備100還裝配有用于改變靶19相對(duì)于GCIB的相對(duì) 位置的掃描機(jī)構(gòu),諸如XY臺(tái)。
固定板22a和22b通過(guò)固定板支撐件22c被固定和支撐。固定板支撐件 22c和第一致動(dòng)器22d通過(guò)第一桿22e連接。第一致動(dòng)器22d可以推拉第一 桿22e,并且這種動(dòng)作可以改變靶支撐物18的位置。例如,在圖4B中示出 的固體表面平坦化設(shè)備100中,第一致動(dòng)器22d的運(yùn)動(dòng)可以沿圖中的上下方 向改變靶支撐物18的位置。
第一致動(dòng)器22d通過(guò)第二桿22g被固定和支撐,且第一致動(dòng)器22d通過(guò) 第二桿22g連接到第二致動(dòng)器22f。第二致動(dòng)器22f可以推拉第二桿22g,并 且這種動(dòng)作改變第一致動(dòng)器22d的位置。從而,通過(guò)第一桿22e和上述其他部件連接到第一致動(dòng)器22d的靶支撐物18的位置可以改變。第一桿22e可 以移動(dòng)的方向與第二桿22g可以移動(dòng)的方向幾乎垂直。類似于XY臺(tái)的掃描 機(jī)構(gòu)如上述被實(shí)現(xiàn)。在圖4B中示出的固體表面平坦化設(shè)備100中,例如, 第二致動(dòng)器22f的運(yùn)動(dòng)可以在圖中沿左右方向改變靶支撐物18的位置。因 此,與第一致動(dòng)器22d的運(yùn)動(dòng)結(jié)合,耙支撐物18可以在圖中上下、左右運(yùn) 動(dòng)。
通過(guò)將發(fā)散GCIB照射與靶的X-Y掃描結(jié)合,來(lái)自多個(gè)方向(從靶觀察) 的團(tuán)簇可以基本同時(shí)與靶19的固體表面51碰撞(見圖5A;如圖5D所示, 設(shè)置在固體表面51中的凸出部分50比擬為固體表面51中的表面粗糙)。圖 5A示出在幾乎平行于固體表面51的平面中的X-Y掃描。然而,這不意味著 該掃描限于在幾乎平行于固體表面51的平面中的X-Y掃描。如圖5A中所 示,如果靶支撐物18被置于使照射關(guān)于GCIB的中心垂直,則上述掃描機(jī) 構(gòu)在幾乎平行于固體表面51的平面中實(shí)施X-Y掃描。如果靶支撐物18通過(guò) 上述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)被置于使照射相對(duì)于GCIB的中心傾斜,則掃描機(jī)構(gòu)在遠(yuǎn) 非平行于固體表面51的平面中實(shí)施X-Y掃描。
通過(guò)將發(fā)散GCIB照射與靶的旋轉(zhuǎn)結(jié)合,來(lái)自多個(gè)方向(從靶觀察)的團(tuán) 簇可以與靶19的固體表面51基本同時(shí)碰撞(見圖5B)。此外,如圖5C中 所示,即使GCIB不發(fā)散(或較小地發(fā)散),通過(guò)用GCIB傾斜照射靶19并 旋轉(zhuǎn)靶支撐物18,來(lái)自多個(gè)方向(從靶觀察)的團(tuán)簇也可以與靶19的固體 表面51基本同時(shí)石並撞。
在上述實(shí)施例中,通過(guò)發(fā)散GCIB或者非發(fā)散GCIB與通過(guò)第一旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、通過(guò)第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)以及通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)結(jié)合, 來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇可以與該點(diǎn)碰撞。
此外,圖6中示出的固體表面平坦化設(shè)備200中,通過(guò)利用多個(gè)GCIB 發(fā)射裝置從不同方向發(fā)射GCIB,來(lái)自多個(gè)方向(從靶觀察)的團(tuán)簇可以基 本同時(shí)與耙19的表面碰撞。圖6示出具有兩個(gè)GCIB發(fā)射裝置的示例,但 是如果需要也可以設(shè)置三個(gè)或者更多個(gè)GCIB發(fā)射裝置。
在圖4B中示出的固體表面平坦化設(shè)備100中,設(shè)定單元27用于將靶支 撐物18的一面設(shè)定為參考面,并且用于輸入和指定諸如期望的刻蝕量、靶 19的材料和刻蝕速率、氣體類型、加速能量、照射角度以及GCIB劑量的條 件。然后,靶支撐物面被顯示在顯示單元26的參考面顯示區(qū)域26b中。參考這個(gè)面指定的照射角度在指定角度區(qū)域26c中顯示。
控制單元28通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元29驅(qū)動(dòng)馬達(dá)23和42以使當(dāng)前的照射角度為 指定的照射角度??刂茊卧?8也控制GCIB發(fā)射裝置以提供指定劑量的 GCIB照射。
控制單元28具有CPU (中央處理單元)或者微處理器并通過(guò)執(zhí)行進(jìn)行 固體表面平坦化所需程序的信息處理實(shí)施控制工作和上述其他操作,諸如上 述的顯示操作及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)操作。
化設(shè)備100或者200的機(jī)構(gòu)和機(jī)制,并且可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行修改。 [第一示例〗
SF6氣體和He氣體的混合物用作源氣,產(chǎn)生SF6氣體團(tuán)簇離子束。SF6 氣體團(tuán)簇離子束由30kV加速并且導(dǎo)向到靶19的表面上。照射角度被指定為 使GCIB的束中心(GCIB的傳播中心)幾乎垂直于固體表面。
磁場(chǎng)會(huì)聚控制單元不會(huì)聚GCIB并且使GCIB成為相對(duì)于GCIB的束中 心具有角度為至少2。的角度的隨機(jī)發(fā)散束。圖3中的角度6是2?;蛘吒蟆?具有通過(guò)半導(dǎo)體工藝預(yù)先形成在其上的線-間隔圖案結(jié)構(gòu)的硅基板用作靶 19。更具體地,在用作靶19的硅基板或者SOI (絕緣體上硅)基板上,通 過(guò)以下方法形成圖案結(jié)構(gòu)電子束抗蝕劑被涂覆到具有熱氧化膜的基板上, 通過(guò)電子束刻畫設(shè)備在抗蝕劑上刻畫圖案結(jié)構(gòu)??刮g劑被顯影之后,抗蝕劑 圖案用作掩模,熱氧化膜通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)設(shè)備刻蝕。然后,去除 抗蝕劑,并利用熱氧化膜作為硬掩模,硅通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)設(shè)備或 者感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)離子刻蝕(ICP-RIE)設(shè)備刻蝕。然后,熱氧化膜 通過(guò)灰化設(shè)備去除。
線-間隔圖案結(jié)構(gòu)的線-間隔比為1:1。該線的高度為約liim,寬度為約 l|im,間隔也具有約l|am的寬度。照射劑量為6n0"離子/cm2。符號(hào)*表示 乘。
在SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之前和之后,利用原子力顯微鏡(AFM)測(cè) 量耙表面的平均表面粗糙度。SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之前平均表面粗糙度 Ra是0.46iam,而SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之后平均表面粗糙度Ra是0.21nm。
以與第一示例相同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了沿X-Y方向掃描靶19之外。X-方向掃描速率是lHz, Y-方向掃描速率是0.02Hz。在SF6氣體團(tuán)簇離子束 照射之后,利用AFM測(cè)量靶表面的粗糙度。如同第一示例,SF6氣體團(tuán)簇離 子束照射之前的平均表面粗糙度Ra是0.46pm,而SF6氣體團(tuán)簇離子束照射 之后的平均表面粗糙度Ra是0.13(am。 [第三示例]
以與第一示例相同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了靶19旋轉(zhuǎn)之外。采用60rpm、 180rpm和600rpm三種》走轉(zhuǎn)速率。在SF6氣體團(tuán)蔟離子束照射之后,利用AFM 測(cè)量靶表面的平均表面粗糙度。SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之后的平均表面粗 糙度Ra在60rpm、 180rpm和600rpm的旋轉(zhuǎn)速率下分別是0.18)^m、 0.12jam 和0.05,。
以與第三示例相同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了靶相對(duì)于GCIB的束中心傾斜 以使靶和GCIB之間成一角度(也就是實(shí)施傾斜GCIB照射)之外。參照垂 直照射相對(duì)于靶表面的角度被定義為0 °,這里的照射角度為30°。在SF6氣 體團(tuán)簇離子束照射之后,利用AFM測(cè)量靶表面的平均表面粗糙度。SF6氣體 團(tuán)簇離子束照射之后的平均表面粗#造度Ra在60rpm、 180rpm和600rpm的 旋轉(zhuǎn)速率下分別是0.11|nm、 0.06jam和0.02jam。
以與第一示例相同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了形成在沒有圖案的硅基板上的 Si02膜(二氧化硅膜)用作靶并且照射劑量是2* 1014離子/cm2 (靶未旋轉(zhuǎn)) 之外。Si02膜通過(guò)濺射形成,并且膜厚是500nm。 SF6氣體團(tuán)簇離子束照射 之前和之后,利用AFM測(cè)量靶表面的平均表面粗糙度Ra。 SF6氣體團(tuán)簇離 子束照射之前的平均表面粗糙度Ra是0.81nm,而SF6氣體團(tuán)簇離子束照射 之后的平均表面粗糙度Ra是0.23nm。
這些示例中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰地示出本發(fā)明的效果。為了進(jìn)一步觀察 本發(fā)明,進(jìn)行與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
以與第一示例相同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了采用幾乎平行的GCIB之外(靶 未旋轉(zhuǎn))。如同第一示例,SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之前的平均表面粗糙度 Ra是0.46,,而SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之后的平均表面粗糙度Ra是 0.42(im。[第二比較例]
以與第五示例相同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),除了采用幾乎平行的GCIB之夕卜(靶 未旋轉(zhuǎn))。SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之前的平均表面粗糙度Ra是0.81nm,而 SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之后的平均表面粗糙度Ra是0.36nm。
第一示例和第一比較例之間的對(duì)比表明,靶的平均表面粗糙度通過(guò)利用 發(fā)散GCIB束被明顯降低。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的條件僅有一個(gè)差別GCIB是 發(fā)散束還是近似平行束。靶的平均表面粗糙度的明顯降低源于發(fā)散GCIB束。 換言之,與來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇的碰撞大大促進(jìn)了平坦化。
根據(jù)第一示例和第二示例可以獲知,通過(guò)利用耙的掃描而改變靶關(guān)于 GCIB的相對(duì)位置可以進(jìn)一步降低平均表面粗糙度。
根據(jù)第一到第三示例可以獲知,旋轉(zhuǎn)靶作為改變靶表面相對(duì)于GCIB的 相對(duì)位置的方法是非常有效的,并且平坦化通過(guò)增加靶旋轉(zhuǎn)速率得到促進(jìn)。
根據(jù)第三和第四示例可以獲知,通過(guò)用GCIB傾斜照射靶進(jìn)一步推進(jìn)平 坦化。
根據(jù)第一和第四示例可以獲知,在傾斜照射中,通過(guò)將GCIB照射角度 相對(duì)于固體表面的法線的設(shè)定為2?;蛘吒罂梢赃M(jìn)行適當(dāng)?shù)钠教够?br>
第五示例和第二比較例之間的對(duì)比表明,相對(duì)于第一示例中示出的表面 粗糙度具有非常小的表面粗糙度的靶可以利用發(fā)散GCIB束被平坦化。
根據(jù)本發(fā)明的原理和功能,諸如將要采用的氣體團(tuán)簇的類型、加速能量 的條件不受限制,并且靶材料也不受限制。
工業(yè)應(yīng)用
因?yàn)楣腆w表面上的劃痕或者類似的表面粗糙可以被降低,所以本發(fā)明可 以用于改善半導(dǎo)體器件和光學(xué)器件中微細(xì)結(jié)構(gòu)的精度,并且也可以用于改善 半導(dǎo)體器件、光學(xué)器件等的制造中采用的管芯的三維結(jié)構(gòu)的精度。
權(quán)利要求
1.一種利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法,包括用所述氣體團(tuán)簇離子束照射所述固體表面的照射步驟,其中所述照射步驟包括使來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與所述固體表面上被所述氣體團(tuán)簇離子束照射的至少一區(qū)域(點(diǎn))碰撞。
2. 如權(quán)利要求1所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法,其中通過(guò)所述氣體團(tuán)簇離子束的照射實(shí)施來(lái)自多個(gè)方向的所述團(tuán)簇與所述點(diǎn) 的碰撞,在所述氣體團(tuán)簇離子束中所述團(tuán)簇的飛行方向關(guān)于所述束的中心發(fā)散。
3. 如權(quán)利要求2所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法,其 中所述氣體團(tuán)簇離子束是相對(duì)于所述束的中心隨機(jī)發(fā)散角度為至少2°的氣 體團(tuán)簇離子束。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化 方法,其中通過(guò)在移動(dòng)所述固體的同時(shí)發(fā)射所述氣體團(tuán)簇離子束來(lái)實(shí)施來(lái)自 多個(gè)方向的所述團(tuán)簇與所述點(diǎn)的碰撞。
5. 如權(quán)利要求1至4之一所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化 方法,其中通過(guò)在旋轉(zhuǎn)所述固體的同時(shí)發(fā)射所述氣體團(tuán)簇離子束來(lái)實(shí)施來(lái)自 多個(gè)方向的所述團(tuán)簇與所述點(diǎn)的碰撞。
6. 如權(quán)利要求5所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法,其 中通過(guò)發(fā)射所述氣體團(tuán)簇離子束并保持由所述氣體團(tuán)簇離子束與被所述氣 體團(tuán)簇離子束照射的所述固體表面的法線形成的照射角度不一致來(lái)實(shí)施來(lái)自多個(gè)方向的所述團(tuán)簇與所述點(diǎn)的碰撞。
7. 如權(quán)利要求1至6之一所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化 方法,其中通過(guò)發(fā)射多個(gè)所述氣體團(tuán)簇離子束來(lái)實(shí)施來(lái)自多個(gè)方向的所述團(tuán) 簇與所述點(diǎn)的碰撞。
8. —種固體表面平坦化設(shè)備,用于利用氣體團(tuán)簇離子束使固體表面平 坦化,所述固體表面平坦化設(shè)備包括束設(shè)定裝置,用于將所述氣體團(tuán)簇離子束設(shè)定為相對(duì)于所述束的中心以 至少2。的角度隨機(jī)發(fā)散;氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置,將所述氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射到所述固體表面上;以及用于移動(dòng)所述固體的裝置和/或用于旋轉(zhuǎn)所述固體的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的固體表面平坦化設(shè)備,其中所述固體表面平坦化設(shè)備包括多個(gè)所述氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置。
全文摘要
通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射降低存在于固體表面中的劃痕或者類似的表面粗糙。利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法包括用氣體團(tuán)簇離子束照射固體表面的照射過(guò)程。該照射過(guò)程包括引起來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇與固體表面上被氣體團(tuán)簇離子束照射的至少這些區(qū)域(點(diǎn))碰撞的步驟。通過(guò)其中團(tuán)簇的分散方向關(guān)于束中心發(fā)散的氣體團(tuán)簇離子束來(lái)進(jìn)行對(duì)這些點(diǎn)的來(lái)自多個(gè)方向的團(tuán)簇碰撞。
文檔編號(hào)H01L21/302GK101563760SQ200780040778
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者伊曼紐爾·布雷爾, 佐藤明伸, 松尾二郎, 瀬木利夫, 鈴木晃子 申請(qǐng)人:日本航空電子工業(yè)株式會(huì)社