利用气体团簇离子束的固体表面加工方法技术

一种加工固体表面同时防止非平面结构的角落部分变形的方法。提供了一种用气体团簇离子束加工固体表面的方法，该方法包括：团簇保护层形成步骤，在固体表面上形成凹凸结构，该凹凸结构包括其顶部覆盖有团簇保护层的凸部和没有覆盖有团簇保护层的凹部；照射步骤，以气体团簇离子束照射具有在团簇保护层形成步骤中形成的非平面结构的固体表面；以及去除团簇保护层的去除步骤。团簇保护层的厚度Ｔ满足公式（Ⅰ）的关系：（见图）其中ｎ是气体团簇离子束的剂量，以及其中团簇保护层的蚀刻效率是指每个团簇的蚀刻体积Ｙ（假定ａ和ｂ为常数）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用气体团簇离子束照射的固体表面加工方法。
技术介绍
半导体器件、电子器件和光子晶体以及其它的光学器件通过在半导体晶片等的表面上形成亚微米(约0.1^m到l(im)精确图案结构来制造。在半导 体量子器件中，测量为纳米级的超微粒子或线(它们也被称为量子点或量子 线)的阵列形成在衬底的表面上。形成在这些器件上的凹凸结构(relief structure)(图案结构，由超精细粒子等的阵列形成的结构)的尺寸和表面粗 糙度是影响器件性能的重要因素。因此，高精度对凹凸结构的形成是必须的。凹凸结构的精度决定于膜形成工艺、蚀刻工艺和其它制造工艺的精度。 形成具有达到几纳米的精度的凹凸结构是不容易的。通常，在通过膜形成工 艺、蚀刻工艺等制造的这些器件中，大量芯片形成在半导体晶片的表面上。 然而，难以在半导体晶片的整个表面上形成均一的凹凸结构。为解决这些问 题，在形成凹凸结构之后进行提高该结构的精度的工艺(例如平坦化)。在国际公开第WO2005/031838号(专利文献1)中公开的一种平坦化技 术通过用气体团簇离子束照射图案结构等来使其侧壁平坦化。
技术实现思路
基于这样的知识即以相对于表面法线成60到90度(符号。将用于表示 角度)的角度倾斜地发射到固体表面的气体团簇离子束比大致垂直的发射束 更好地平坦化表面，专利文献l中公开的技术使用倾斜照射来平坦化凹凸结 构的侧壁。以相对于固体表面法线约0。的照射角度进行基本垂直的照射。尽管用气体团簇离子束照射的凹凸结构的侧壁被平坦化，但发现凹凸结 构的角落部分受气体团簇离子束照射的影响而变形。此发现表明发射到凹凸结构侧壁上的气体团簇离子束不能进行足够的 表面加工以使暴露的表面平坦化，而保持其轮廓类似于凹凸结构的轮廓。考虑到这些问题，本专利技术的目的是提供一种加工固体表面的方法，同时防止凹凸结构的角落部分变开为解决上述问题，根据本专利技术的用气体团簇离子束加工固体表面的方法包括团簇保护层形成步骤，在固体表面上形成具有凸部和凹部的凹凸结构， 凸部形成有团簇保护层以覆盖其上部，而凹部没有团簇保护层；照射步骤， 将气体团簇离子束发射到固体表面，凹凸结构已在团簇保护层形成步骤中形 成在固体表面上；以及去除团簇保护层的去除步骤。简而言之，气体团簇离子束照射到具有凹凸结构的固体表面上，该凹凸 结构具有形成在凸部的上部上的团簇保护层。在此加工方法中，团簇保护层形成步骤可以包括掩模工艺，形成团簇 保护层以覆盖固体表面；和蚀刻工艺，蚀刻具有在掩模工艺中形成的团簇保 护层的固体表面，从而形成具有到达固体的凹部和上部保留团簇保护层的凸 部的凹凸结构。 .优选地，团簇保护层的厚度T 满足公式(rl ):(rl)其中n是气体团簇离子束的剂量(a是nY^cmV离子]与在垂直于凸部或 凹部所延伸方向的截面中团簇保护层被气体团簇离子束蚀刻的区域的面积 S; b是Yn1/2与团簇保护层被气体团 簇离子束蚀刻的区域的斜边的长度L之间的比例因子)。随后将描述如何得到公式(rl )。满足公式(rl )是能够防止凹凸结构的 角落部分的形状发生变形的团簇保护层的厚度的必要充分条件。具体地，如果使用Ar气体团簇离子束，优选地，团簇保护层的厚度T 满足、1/2r>"r + (i-54"o16 *"y2)' 如果使用SF6气体团簇离子束，优选地，团簇保护层的厚度T满足r〉"y + (i.23e"o'""y2)"2在照射步骤中，气体团簇离子束可以交替且倾斜地发射到凹凸结构的相旋转同时用气体团簇离子束照射。 附图说明图1A是示出凹凸结构的角落部分的变形的机理的视图1B是凹凸结构的变形的角落的电子显微图2是示出斜边的长度L、倾斜角度cj)、变形深度d的定义的视图3是示出团簇保护层如何防止凹凸结构的角落部分发生变形的视图4A是示出当固体物质是硅且使用Ar气体团簇离子束时剂量n与变形 角落部分的截面积S之间的关系的曲线图4B是示出当固体物质是硅且使用Ar气体团簇离子束时剂量n与斜边 的长度L之间的关系的曲线图4C是示出当对多种固体物质(硅、二氧化硅和铬)使用Ar气体团簇 离子束时斜边的长度L与蚀刻效率Y和na5的乘积之间的关系的曲线图4D是示出当对多种固体物质(硅、二氧化硅和铬)使用Ar气体团簇 离子束时变形角落部分的截面积S与蚀刻效率Y的平方与剂量n的乘积之间 的关系的曲线图5A是示出当固体物质是硅且使用SF6气体团簇离子束时剂量n与变 形角落部分的截面积S之间的关系的曲线图5B是示出当固体物质是硅且使用SF6气体团簇离子束时剂量n与斜 边的长度L之间的关系的曲线图5C是示出当对多种固体物质(硅、二氧化硅和4各)使用SF6气体团 簇离子束时斜边的长度L与蚀刻效率Y和nQ5的乘积之间的关系的曲线图5D是示出当对多种固体物质(硅、二氧化硅和铬)使用SF6气体团 簇离子束时变形角落部分的截面积S与蚀刻效率Y的平方与剂量n的乘积之 间的关系的曲线图6是示出本专利技术的固体表面加工设备100的结构的视图7A是示出固体表面加工设备100的第一旋转机构的侧视图7B是示出固体表面加工设备100的第一旋转机构、第二旋转机构和 扫描机构的平面图8是示出第 一示例中剂量n与团簇保护层的厚度T之间的关系的曲线图；图9是示出凹凸结构的角落部分在它们用气体团簇离子束交替照射时被保护而不变形的视图(示例2);以及图10是示出当固体旋转同时它用气体团簇离子束照射时凹凸结构的角 落部分被保护而不变形的视图(示例3 )。具体实施例方式在描述实施例之前，将概述本专利技术中固体表面加工的原理。专利技术人进行了各种实验，发现物质的横向移动(lateral transfer)(其是气 体团簇离子束(GCIB )特有的)与由发射到凹凸结构上的GCIB引起的凹凸 结构的角落部分的变形密切相关。作为详细实验的结果，专利技术人已经首次成 功定量明确了 GCIB照射条件与角落部分的变形形状和变形量之间的关系， 并明确了角落变形的机理。凹凸结构在这里表示图案结构，例如形成在硅衬底、绝缘体上硅(SOI) 等的固体表面上的从几纳米到亚微米的线-间隔(line-and-space )图案，以 及升降(rise-and-fall)结构，例如包括超微粒子例如量子点的阵列的结构。凹凸结构的角落部分是凹凸结构的侧壁的上部中的角落部分(作为从固 体表面凸出的结构部分的凸部的壁或者作为固体表面中的凹陷结构部分的 凹部的壁)。上部在这里是远离形成有凹凸结构的固体表面的 一侧。物质的横向移动是固体表面的GCIB照射区域中的原子沿基本平行于固 体表面的方向的移动。此现象有助于基板表面的平坦化。通过使用线-间隔图案结构作为凹凸结构的示例并参照线-间隔图案 结构的截面图，将在下面描述凹凸结构的角落部分变形的机理。如图1A所示，线-间隔图案结构900用GCIB照射。线-间隔图案结 构900的线的侧壁903用GCIB倾斜地照射。气体团簇离子与线901的角落 部分904a和904b碰撞，引起形成线901的角落部分904a和卯4b的物质横 向地移动。横向移动由图1A中的右下图中的虚线箭头来表示。在线的侧壁 卯3上朝着间隔902的底部横向移动的物质转移并沉积在线的侧壁903上并 突出到间隔902中。在倾^h照射中，面向入射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用气体团簇离子束的固体表面加工方法，包括：　团簇保护层形成步骤，在所述固体表面上形成具有凸部和凹部的凹凸结构，形成团簇保护层以覆盖所述凸部的上部，而所述凹部没有所述团簇保护层；　照射步骤，发射所述气体团簇离子束到已在所述团 簇保护层形成步骤中形成有所述凹凸结构的所述固体表面上；以及　去除步骤，去除所述团簇保护层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木晃子，佐藤明伸，伊曼纽尔布雷尔，松尾二郎，瀬木利夫，
申请(专利权)人：日本航空电子工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]