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)：
在半導(dǎo)體器件、電子器件以及諸如光子晶體的光學(xué)器件中，通過(guò)處理半
導(dǎo)體晶片表面等制造多層薄膜結(jié)構(gòu)及亞微米級(jí)(范圍大致從0.1|im到小于 lpm)精細(xì)圖案結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體量子器件中，例如，被稱為量子點(diǎn)和量子線 的納米級(jí)的超微粒子和細(xì)線制造并布置在基板表面上。這些器件中的微細(xì)結(jié) 構(gòu)(薄膜結(jié)構(gòu)、圖案結(jié)構(gòu)及通過(guò)布置超微粒子形成的凹凸結(jié)構(gòu))的尺寸和表 面粗糙度是決定器件性能的重要因素。因此，在形成微細(xì)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中要求 高的制造精度。
微細(xì)結(jié)構(gòu)的精度取決于膜形成工藝、蝕刻工藝等中采用的制造技術(shù)的精 度。然而，不容易形成制造精度達(dá)到幾納米的微細(xì)結(jié)構(gòu)。通過(guò)膜形成工藝、 蝕刻工藝等形成的器件通常通過(guò)在晶片表面上制造大量芯片而形成，并且難 以制造遍及晶片表面的均勻的微細(xì)結(jié)構(gòu)。為了解決這些問(wèn)題，對(duì)已制造的微 細(xì)結(jié)構(gòu)實(shí)施作為后處理的一種提高結(jié)構(gòu)精度的工藝(諸如表面平坦化工藝)。
這種表面平坦化技術(shù)的一實(shí)例是通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射(gas cluster ionbeamirradiation)來(lái)平坦化圖案結(jié)構(gòu)的側(cè)壁等的技術(shù)，該技術(shù)在國(guó)際公開 No.WO2005/031838(專利文獻(xiàn)l)中公開。

發(fā)明內(nèi)容
氣體團(tuán)簇離子束與單體離子束不同，已知?dú)怏w團(tuán)簇離子束具有沿平行于 基板的方向的大的濺射分量。這種現(xiàn)象被稱為橫向?yàn)R射效應(yīng)。在基板表面的 被氣體團(tuán)簇離子束照射的照射區(qū)域上，照射顯著地引起原子的橫向移動(dòng)，這 種原子在橫向方向移動(dòng)的現(xiàn)象使表面平坦化。據(jù)報(bào)道與傾斜照射相比，基 于橫向賊射效應(yīng)的表面平坦化更可能以垂直照射發(fā)生(參考文獻(xiàn)l)。垂直照射表示以與表面法線成約O度的照射角度照射基板表面。符號(hào)"。"用于表 示角度。
(參考文獻(xiàn)1 ) N. Toyoda et al., Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res.
B161-163 (2000)980.
常規(guī)商用氣體團(tuán)簇離子束設(shè)備發(fā)出毫米級(jí)(束寬度)的束。另一方面， 基于單個(gè)團(tuán)簇的橫向賊射效應(yīng)的平坦化作用達(dá)到的范圍為約io納米，估計(jì)
等于當(dāng)單個(gè)團(tuán)簇與表面碰撞時(shí)形成的凹坑的尺寸。
常規(guī)地，可以通過(guò)利用束照射降低具有IO納米級(jí)或者以下的間隔的表 面粗糙度，且可以通過(guò)束掃描降低具有毫米級(jí)或者以上的間隔的表面粗糙 度。而在中間范圍，不能降低具有幾十納米到約一百微米的間隔的表面粗糙 度。
以上專利文獻(xiàn)l中公開的技術(shù)基于這樣的認(rèn)知與近似垂直照射相比， 固體表面通過(guò)與固體表面法線的角度為60°到90。的氣體團(tuán)簇離子束照射而 被顯著平坦化。該技術(shù)用于平坦化圖案結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。
這個(gè)技術(shù)可以使具有納米級(jí)短間隔的不平坦(表面粗糙)的固體表面平 坦化。還不清楚是否可以平坦化具有較長(zhǎng)(幾十納米到約一百微米)間隔的 不平坦(表面粗糙)。
因此，由于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種固體表面平坦化方法， 其利用氣體團(tuán)簇離子束照射來(lái)降低固體表面上具有幾十納米到約一百微米 間隔的表面粗糙，并且提供用于固體表面平坦化方法的設(shè)備。
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦 化方法包括以不小于臨界角度的照射角度將氣體團(tuán)簇離子束導(dǎo)向到固體表 面上的照射步驟，其中固體表面的法線與氣體團(tuán)簇離子束之間形成的角度被 稱為照射角度，固體與碰撞固體的團(tuán)簇之間的相互作用距離(有效相互作用 距離)顯著增加時(shí)的照射角度被稱為臨界角度。
因?yàn)檎丈浣嵌却笥诨蛘叩扔谂R界角度，所以與照射角度小于臨界角度時(shí) 相比，有效相互作用距離變得大得多。團(tuán)簇與固體之間寬的相互作用范圍使 得固體表面平坦化。
臨界角度為70°。
根據(jù)從實(shí)驗(yàn)獲得的知識(shí)確定這個(gè)角度。
照射步驟可以包括在不小于臨界角度的范圍內(nèi)連續(xù)改變照射角度的同
5時(shí)導(dǎo)向氣體團(tuán)簇離子束的過(guò)程；在連續(xù)改變氣體團(tuán)簇離子束劑量的同時(shí)導(dǎo)向 氣體團(tuán)簇離子束的過(guò)程；或者通過(guò)結(jié)合這兩個(gè)過(guò)程導(dǎo)向氣體團(tuán)簇離子束的過(guò) 程。 '
利用這樣的氣體團(tuán)簇離子束照射，根據(jù)表面粗糙度來(lái)平坦化固體表面。
照射步驟可以包括導(dǎo)向具有參照數(shù)據(jù)庫(kù)而確定的劑量的氣體團(tuán)蔟離子 束的過(guò)程，該數(shù)據(jù)庫(kù)允許至少根據(jù)期望的蝕刻量和照射角度來(lái)確定劑量。
通過(guò)導(dǎo)向參照該數(shù)據(jù)庫(kù)確定的劑量的氣體團(tuán)簇離子束，會(huì)易于提供依賴 于照射角度的期望的蝕刻。
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的固體表面平坦化設(shè)備包括氣體團(tuán)簇離
子束發(fā)射裝置，用于將氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射到固體表面上；以及照射角度設(shè) 定裝置，用于將照射角度設(shè)定為臨界角度或者更大的角度，其中固體表面的 法線與氣體團(tuán)簇離子束之間形成的角度被稱為照射角度，固體與碰撞該固體 的團(tuán)簇之間的相互作用距離(有效相互作用距離)顯著增加時(shí)的照射角度被 稱為臨界角度。
在根據(jù)本發(fā)明的固體表面平坦化設(shè)備中，照射角度設(shè)定裝置可以構(gòu)造為 在不小于臨界角度的范圍內(nèi)連續(xù)改變照射角度。
固體表面平坦化設(shè)備可以構(gòu)造為包括數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)允許至少根據(jù)期 望的蝕刻量和照射角度來(lái)確定劑量，并且氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置發(fā)射某一 劑量的氣體團(tuán)簇離子束，該劑量根據(jù)期望的蝕刻量和由照射角度設(shè)定裝置指 定的照射角度參考數(shù)據(jù)庫(kù)而確定。


圖1示出以70。的照射角度經(jīng)受SF6 (六氟化硫)GCIB傾斜照射的硅基 板由原子力顯微鏡(AFM)得到的表面圖像；
圖2是示出有效相互作用距離對(duì)GCIB照射角度的依賴程度的圖表(縱 軸表示有效相互作用距離，橫軸代表GCIB照射角度)；
圖3是示出定義照射角度和照射傾角的示意圖4是示出線-間隔圖案的節(jié)距與以83。的照射角度進(jìn)行GCIB照射之后 的表面粗糙度之間的關(guān)系的示意圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固體表面平坦化設(shè)備100的結(jié)構(gòu)的示意
圖；圖6A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6B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)的頂;f見圖7是示出第一實(shí)例中使平坦化目標(biāo)面平坦的步驟的流程圖。
圖8A是示出第一實(shí)例中GCIB照射前利用原子力顯微鏡(AFM)觀測(cè)
得到的樣品表面的圖像；
圖8B是示出沿圖8A中的白線截取的截面中的不平坦形狀的圖9是示出在第一實(shí)例和第二實(shí)例中SF6 (六氟化硫)GCIB照射之前
和之后，通過(guò)對(duì)平坦化目標(biāo)面的不平坦形狀進(jìn)行傅立葉變換而獲得的譜線特
征的圖10是示出第 一 實(shí)例中對(duì)平坦化目標(biāo)面進(jìn)行50nm蝕刻所需的SF6 (六 氟化硫)GCIB照射劑量(依賴于照射角度)的圖表；
圖11A示出在第一實(shí)例中進(jìn)行SF6 (六氟化硫)GCIB照射后利用原子 力顯微鏡(AFM)觀測(cè)得到的樣品表面的圖像；
圖IIB是示出沿圖11A中的白線截取的截面中的不平坦形狀的圖12是示出在第一實(shí)例中SF6 (六氟化硫)GCIB照射相對(duì)于平坦化目 標(biāo)面的照射角度與表面粗糙度之間的關(guān)系的圖表；
圖13A示出在第二實(shí)例中進(jìn)行SF6 (六氟化硫)GCIB照射后利用原子 力顯微鏡(AFM)觀測(cè)得到的樣品表面的圖像；
圖13B是示出沿圖13A中的白線截取的截面中的不平坦形狀的圖14是示出在第三實(shí)例中對(duì)平坦化目標(biāo)面進(jìn)行50nm蝕刻所需的Ar (氬)GCIB照射劑量(依賴于照射角度)的圖表；
圖15是示出在第三實(shí)例中Ar (氬)GCIB照射相對(duì)于平坦化目標(biāo)面的 照射角度與表面粗糙度之間的關(guān)系的圖表；
圖16是示出第四實(shí)例中用于使平坦化目標(biāo)面平坦的步驟的流程圖17A是示出具有形成在硅晶片表面上的線-間隔圖案結(jié)構(gòu)的芯片的示 意圖17B是GCIB照射前線寬分布的輪廓圖(數(shù)字表示以微米為單位的線 寬)；以及
圖17C是GCIB照射后線寬分布的輪廓圖(數(shù)字表示以微米為單位的線
覔L
具體實(shí)施例方式
對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述之前，將概述本發(fā)明所采用的平坦化原理。 本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)要被平坦化處理的固體表面，也就是，
平坦化目標(biāo)面，被氣體團(tuán)簇離子束(GCIB)以某角度碰撞時(shí)，固體和團(tuán)簇 之間的相互作用距離延伸到幾十納米至幾微米。下面將詳細(xì)描述傾斜照射的 照射角度?；谶@個(gè)發(fā)現(xiàn)，可以降低具有幾十納米到約一百微米間隔的微細(xì) 結(jié)構(gòu)的表面粗糙度。與十納米量級(jí)的短間隔相比，幾十納米到約一百微米的 間隔^皮稱為長(zhǎng)間隔。
將首先描述范圍為幾十納米到幾微米的長(zhǎng)相互作用距離以及相互作用 的機(jī)制。
圖1示出以70。的照射角度經(jīng)受SF6 (六氟化硫)GCIB傾斜照射的硅基 板由原子力顯微鏡(AFM)得到的表面圖像。圖1中的箭頭表示垂直投影到 硅基板表面上的GCIB照射方向。圖l中，照射角度被定義為硅基板表面的 法線與GCIB所成的角度。
如參考文獻(xiàn)1所述，在經(jīng)受60。或者更大照射角度的傾斜照射的硅基板 表面上，觀察到沿GCIB照射方向的具有尾巴的條狀結(jié)構(gòu)。詳細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)這 些條狀結(jié)構(gòu)是具有相同量級(jí)的長(zhǎng)度和相同取向的許多條形的集合。如果這些 條形通過(guò)每個(gè)團(tuán)蔟與固體表面之間的相互作用而形成，則預(yù)期這些條形的長(zhǎng) 度將代表由團(tuán)簇給出的相互作用距離(有效相互作用距離)。
對(duì)AFM圖像實(shí)施傅立葉變換以檢查寬角度范圍內(nèi)的有效相互作用距 離。在兩個(gè)方向?qū)嵤└盗⑷~變換垂直投影到固體表面上的GCIB照射方向 (投影照射方向)和固體表面上與該方向垂直的方向。結(jié)果在圖2中示出。
從圖2清晰所見，照射角度的增加使平行于投影照射方向的方向中的有 效相互作用距離增加。當(dāng)照射角度為70?；蛘吒髸r(shí)，該有效相互作用距離 顯著增加。當(dāng)照射角度是80。時(shí)，有效相互作用距離擴(kuò)大到lpm。當(dāng)照射角 度是80?；蛘吒髸r(shí)，因?yàn)楸砻嫫教够?yīng)不能清晰地看到條狀結(jié)構(gòu)，所以 此數(shù)據(jù)在圖2中未被示出。然而，預(yù)期有效相互作用距離將進(jìn)一步隨著照射 角度的增加而增加。
在垂直于投影照射方向的方向中，20°到70。角度范圍內(nèi)的任何角的有效 相互作用距離幾乎一致。當(dāng)照射角度在20。到70。角度范圍之外時(shí)，距離可能略微降低。然而，在0。到90。的整個(gè)范圍內(nèi)，未觀測(cè)到對(duì)照射角度的清晰的 依賴關(guān)系。
這些觀測(cè)結(jié)果表明團(tuán)簇和固體表面之間的相互作用僅在GCIB照射方 向在長(zhǎng)的范圍內(nèi)發(fā)生。
進(jìn)行確認(rèn)實(shí)驗(yàn)以證實(shí)照射角度為83。時(shí)是否有效相互作用距離實(shí)際延伸 到微米級(jí)。在確認(rèn)實(shí)驗(yàn)中，在硅基板的表面上制造具有不同圖案間隔的多種 線-間隔圖案結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)^^認(rèn)為是人造表面粗糙，用來(lái)觀測(cè)與GCIB的相 互作用如何改變?nèi)嗽毂砻娲植?。這里，照射角度關(guān)于硅基板的表面法線是 83°。基于圖3中示出的角度定義，9是7°, c])是90。。
將對(duì)圖3中的照射角度等的定義進(jìn)行描述。
在線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中，將線(線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中的凸部)的縱向方向 作為x軸，線的深度方向作為z軸，與x軸和z軸正交的方向作為y軸。在 線的側(cè)壁(沿線深度方向的壁)上，照射角度e是y軸(線的側(cè)壁的法線) 和GCIB所成的角度。照射角度e是GCIB與垂直投影到線的側(cè)壁上的GCIB 照射方向所成的角度的余角。照射傾角cj)是x軸和垂直投影到線的側(cè)壁上的 GCIB照射方向所成的角。
如果有效相互作用距離與線-間隔圖案的節(jié)距相比非常小，則線-間隔圖 案結(jié)構(gòu)將被蝕刻為與線-間隔圖案幾乎近似的圖，結(jié)果不改變表面粗糙度。 如果有效相互作用距離幾乎等于或者大于線-間隔圖案的節(jié)距，則線的蝕刻 將影響相鄰的間隔(線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中的槽部)和相鄰的線，并且該線被 切割從而用切割部分填充間隔。結(jié)果，預(yù)期線-間隔圖案結(jié)構(gòu)形式將被平坦 化，并降低表面粗糙度。
這里，線-間隔圖案結(jié)構(gòu)具有相同的1: 1的線-間隔比，而不管線-間隔 圖案的節(jié)距。因此，GCIB照射前人造平均表面粗糙度，也就是，間隔的平 均深度(或者線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中的平均線高)固定為約15nm。
圖4是示出確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。從圖4清晰可見，當(dāng)線-間隔圖案 的節(jié)距，也就是，相鄰線之間的間隙小于約2pm時(shí)，GCIB照射后表面粗糙 度明顯減小。在圖2中，該值大于照射角度為80。時(shí)的有效相互作用距離。 預(yù)期該值將與83。照射角度e的有效相互作用距離相當(dāng)。
實(shí)驗(yàn)證明由傾斜照射引起的長(zhǎng)距離的相互作用效應(yīng)使具有長(zhǎng)間隔的表 面斗且夂造平坦化。如以上所述，發(fā)現(xiàn)對(duì)平坦化目標(biāo)面的傾斜GCIB照射顯著增加有效相互 作用距離到幾十納米至幾微米，其中有效相互作用距離也就是物質(zhì)橫向的移 動(dòng)距離(在幾乎平行于目標(biāo)面的方向中)。基于下述機(jī)理，在固體表面狀態(tài)
與GCIB照射角度的某些結(jié)合下，物質(zhì)的橫向移動(dòng)距離將不限于幾微米并且
可以進(jìn)一步增加到一百微米。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明可以降低具有幾十納米到 一百微米的長(zhǎng)間隔的表面粗糙 度，之前這樣的表面粗糙度難以減小。
對(duì)平坦化目標(biāo)面的傾斜GCIB照射隨著照射角度的增加而增加物質(zhì)的橫 向移動(dòng)距離的機(jī)理假設(shè)如下。
增加的照射角度e減小團(tuán)簇在垂直方向(幾乎垂直于平坦化目標(biāo)面的方 向)的動(dòng)能分量，而增加水平方向的動(dòng)能分量。與固體的垂直原子密度相比， 橫向原子密度非常小，因?yàn)榻破叫杏诠腆w表面的方向(橫向方向)中的原 子僅存在于表面的凸出部中。團(tuán)簇以某角度進(jìn)入固體的點(diǎn)與當(dāng)團(tuán)簇與原子 (凸出部)碰撞時(shí)損失其能量的點(diǎn)之間的平均距離大于在垂直照射中的距 離。
在表面上，與凸部碰撞的團(tuán)簇有時(shí)切割凸部的頂部并且將切割部分推入 附近的凹部中。阻礙橫向移動(dòng)的小密度的凸部使得要被橫向?yàn)R射或移動(dòng)的原 子易于橫向移動(dòng)。
基于這些效應(yīng)，考慮通過(guò)增加照射角度來(lái)增加單個(gè)團(tuán)簇能夠使固體表面 上的物質(zhì)橫向移動(dòng)的距離，也就是增加有效相互作用距離。
圖2示出在平行于投影照射方向的方向中在特定照射角度e時(shí)有效相互
作用距離明顯增加，該照射角度為70。。有效相互作用距離明顯增加時(shí)的照 射角度被稱為臨界角度。
考慮將照射角度e為70。或者更大時(shí)提供的有效相互作用距離明顯增加 的這種機(jī)制與團(tuán)簇與固體表面碰撞時(shí)的分解過(guò)程的聯(lián)系。臨界角度可以對(duì)應(yīng) 于從與固體表面碰撞的團(tuán)簇分解的單獨(dú)原子(或分子)變得易于彈回而不是
進(jìn)入固體時(shí)的角度。
如果照射角度e超過(guò)臨界角度，則形成碰撞固體表面的團(tuán)簇的大多數(shù)原 子在分解過(guò)程中將彈到固體表面上。隨著照射角度e增加，形成碰撞固體表 面的團(tuán)簇的原子(分子)沿平行于固體表面的方向彈起的數(shù)量也增加，從而 大大增加了有效相互作用距離。因?yàn)榭紤]到臨界角度由團(tuán)簇的結(jié)合狀態(tài)決
10定，所以預(yù)期具有分子鍵合的團(tuán)簇的臨界角度不依賴于諸如氣體類型、加速 電壓以及電離條件的參數(shù)。
單體離子束的特征不包括上述長(zhǎng)距離相互作用效果。
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)例。將參考圖5對(duì)根據(jù)本發(fā)明用于實(shí)施 固體表面平坦化方法的表面平坦化設(shè)備100的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行描述。
GCIB發(fā)射裝置構(gòu)造如下。源氣9利用噴嘴IO注入到真空?qǐng)F(tuán)簇發(fā)生腔室 11中。源氣9的氣體分子聚集到一起在團(tuán)簇發(fā)生腔室11中形成團(tuán)簇。團(tuán)簇 的尺寸依賴于噴嘴出口 10a處的氣體壓力和溫度及基于噴嘴10的形狀和尺 寸的粒子尺寸分布。在團(tuán)簇發(fā)生腔室11中產(chǎn)生的團(tuán)簇通過(guò)撇渣器(skimmer) 12并作為氣體團(tuán)簇束進(jìn)入電離腔室13。在電離腔室13中，電離器14通過(guò) 發(fā)射電子束諸如熱電子電離中性團(tuán)簇。電離的氣體團(tuán)簇束(GCIB)由加速 電極15加速，由石茲場(chǎng)會(huì)聚單元16會(huì)聚，進(jìn)入'踐射腔室17。目標(biāo)19，也就 是，將要暴露到GCIB的固體(諸如硅基板)，附著到濺射腔室17中提供的 設(shè)置在目標(biāo)支撐物18上的旋轉(zhuǎn)盤41。進(jìn)入濺射腔室17的GCIB被孔21縮 小為具有預(yù)定束直徑并被導(dǎo)向到目標(biāo)19的表面上。如果目標(biāo)19是絕緣體， 則平坦化表面的GCIB被電子束中和。
固體表面平坦化設(shè)備100也設(shè)置有傾斜機(jī)構(gòu)，作為照射角度方向設(shè)定裝 置，該傾斜機(jī)構(gòu)能改變GCIB的照射角度(圖3中的9)和照射傾角(圖3 中的4))。
在該實(shí)施例中，根據(jù)固體表面上的微細(xì)結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)，傾斜機(jī)構(gòu)可以 在等于或者大于臨界角度的范圍內(nèi)連續(xù)改變照射角度。換言之，傾斜機(jī)構(gòu)通 過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)允許根據(jù)預(yù)先給定的固體表面上的微細(xì)結(jié)構(gòu)的 形狀數(shù)據(jù)設(shè)定或者調(diào)整目標(biāo)支撐物18的角度用于期望的平坦化。
根據(jù)平坦化目標(biāo)面的形狀數(shù)據(jù)(包括表面粗糙的間隔和取向)，照射角 度e和照射傾角巾必須彼此獨(dú)立地指定。固體表面平坦化設(shè)備100可以指定
照射角度e、照射傾角4)和用于確定照射角度e和照射傾角小的參考面。 例如，固體表面平坦化設(shè)備ioo包括第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如
圖6A和6B所示。
第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有如下構(gòu)造。目標(biāo)支撐物18具有突出軸41a,旋轉(zhuǎn)盤 41安裝到突出軸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,在平板部41b上附著有目標(biāo)19。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)被傳送到旋轉(zhuǎn)盤41從而旋轉(zhuǎn)附著到旋轉(zhuǎn)盤41的目標(biāo)19。旋轉(zhuǎn)盤 41的旋轉(zhuǎn)由照射傾角(J)反映。
目標(biāo)支撐物18設(shè)置有角探測(cè)單元(未示出)用于探測(cè)旋轉(zhuǎn)盤41的旋轉(zhuǎn) 角，也就是，探測(cè)照射傾角cM乍為數(shù)字值。由角探測(cè)單元探測(cè)的旋轉(zhuǎn)角信息 由電路單元25b處理，并且當(dāng)前探測(cè)角(照射傾角)ct)c在顯示單元26的當(dāng) 前角度區(qū)域26a中顯示。
第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有如下構(gòu)造。旋轉(zhuǎn)軸21被固定到目標(biāo)支撐物18,且目 標(biāo)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)，該旋轉(zhuǎn)傳送到齒輪24b 和旋轉(zhuǎn)軸21，隨后旋轉(zhuǎn)目標(biāo)支撐物18。目標(biāo)支撐物18的旋轉(zhuǎn)由照射角度e 反映。
固定板22a設(shè)置有角度探測(cè)單元25a,用于從旋轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)目 標(biāo)支撐物18的角度作為數(shù)字值，也就是探測(cè)相對(duì)于附著到目標(biāo)支撐物18的 目標(biāo)19的平坦化目標(biāo)面的GCIB照射角度e。由角度探測(cè)單元25a探測(cè)的旋 轉(zhuǎn)角信息通過(guò)電路單元25b處理，并且當(dāng)前探測(cè)角度(照射角度)9c顯示在 顯示單元26的當(dāng)前角度區(qū)域26a中。
固體表面平坦化設(shè)備100也設(shè)置有掃描機(jī)構(gòu)諸如XY臺(tái)用于改變目標(biāo)19 相對(duì)于GCIB的相對(duì)位置。
假設(shè)固定板22a和22b固定到固定板支撐構(gòu)件22c并且由固定板支撐構(gòu) 件22c支撐。固定板支撐構(gòu)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,這種動(dòng)作可以改變目標(biāo)支撐物18 的位置。在圖6B中示出的固體表面平坦化設(shè)備100中，例如，第一致動(dòng)器 22d的移動(dòng)可以沿圖中的上、下方向改變目標(biāo)支撐物18的位置。
第一致動(dòng)器22d固定到第二桿22g并且由第二桿22g支撐，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，這種動(dòng)作可以改變第一致動(dòng)器22d的位置。因此，連接到第一致動(dòng) 器22d的目標(biāo)支撐物18的位置可以通過(guò)第一桿22e等改變。第一桿22e可 以移動(dòng)的方向幾乎與第二桿22g可以移動(dòng)的方向正交。類似于XY臺(tái)的掃描 機(jī)構(gòu)可以如上所述實(shí)現(xiàn)。在圖6B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的移動(dòng)可以沿圖中的左、右方向改變目標(biāo)支撐物18的 位置。因此，通過(guò)與第一致動(dòng)器22d結(jié)合，目標(biāo)支撐物18可以在圖中上下、 左右地移動(dòng)。
固體表面平坦化設(shè)備100還設(shè)置有數(shù)據(jù)庫(kù)30,數(shù)據(jù)庫(kù)30允許根據(jù)諸如 期望的蝕刻量、目標(biāo)19的材料和蝕刻速率以及GCIB的氣體類型、加速能、 照射角度0和照射傾角d)的條件來(lái)確定劑量。
如果目標(biāo)面上微細(xì)結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)和上述條件被預(yù)先給定，則可以參照 數(shù)據(jù)庫(kù)30確定期望的平坦化所需的劑量。如果照射角度大于0。，則束投影 區(qū)域是大的，使得對(duì)于相同的GCIB電流而言有效劑量較小。
代替將有效劑量與諸如照射角度e和照射傾角cj)的條件的組合相聯(lián)系，
數(shù)據(jù)庫(kù)30可以將該組合與根據(jù)GCIB電流和在垂直照射條件下的投影面積
而計(jì)算得到的劑量相聯(lián)系。
在圖6B中示出的固體表面平坦化設(shè)備100中，設(shè)定單元(setup unit) 27用于確定目標(biāo)支撐物18的面作為參考面并且用于確定諸如目標(biāo)面上微細(xì) 結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)、期望的蝕刻量、目標(biāo)19的材料及蝕刻速率、GCIB的氣體 類型、加速能、照射角度6p和照射傾角c])p的條件。在顯示單元26的參考面 顯示區(qū)域26b中，目標(biāo)支撐物的面被顯示，參考這個(gè)面的法線而確定的照射 角度在設(shè)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和馬達(dá)42以使當(dāng)前照射角度
e。和當(dāng)前照射傾角(K分別與預(yù)定照射角度0p和照射傾角小p匹配?？刂茊卧?28也基于上述條件參考數(shù)據(jù)庫(kù)30確定適當(dāng)?shù)膭┝坎⒖刂艷CIB發(fā)射裝置來(lái) 以預(yù)定的劑量進(jìn)行GCIB照射。
控制單元28包括CPU (中央處理器)或者微處理器且通過(guò)執(zhí)行控制固 體表面平坦化工藝所需的程序控制上述操作，諸如顯示數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
根據(jù)本發(fā)明的固體表面平坦化設(shè)備不限于上述固體表面平坦化設(shè)備100 中的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以添加修改。
例如，上述照射角度設(shè)定裝置和其他裝置可以添加到常規(guī)的GCIB修整 (trimming )設(shè)備。在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)進(jìn)行修整時(shí)，也進(jìn)行表面平坦化(也 可以跳過(guò)長(zhǎng)間隔的表面粗糙的平坦化)，使得可以改善微細(xì)結(jié)構(gòu)的制造精度。
現(xiàn)在將描述實(shí)例。
在下述實(shí)例中，采用Ar氣體團(tuán)簇和SF6氣體團(tuán)簇。當(dāng)采用Ar氣體團(tuán)簇時(shí)，Ar氣用作源。Ar氣體團(tuán)簇束被產(chǎn)生，該束的粒子尺寸分布具有每個(gè)團(tuán) 簇約2000個(gè)Ar原子的峰，并且該束在30kV的加速電壓下被導(dǎo)向到目標(biāo)19。 當(dāng)采用SF6氣體團(tuán)簇時(shí)，SFe氣和He氣用作源。產(chǎn)生SF6氣體團(tuán)簇離子束， 該束的粒子尺寸分布具有每個(gè)團(tuán)簇約500個(gè)SF6分子的峰，并且該束由30kV 的加速電壓加速并導(dǎo)向到目標(biāo)19。
在下述方法中，在目標(biāo)19上制造圖案結(jié)構(gòu)，其中目標(biāo)19是硅基板。電 子束抗蝕劑涂覆到具有熱氧化膜的硅基板上，圖案結(jié)構(gòu)通過(guò)電子束曝光設(shè)備 刻畫在抗蝕劑上?？刮g劑顯影之后，抗蝕劑圖案被用作掩模，通過(guò)反應(yīng)離子 蝕刻(RIE)設(shè)備蝕刻熱氧化膜。然后去除抗蝕劑，通過(guò)利用熱氧化膜作為 硬掩模干法蝕刻硅。Ar離子銑削(milling)方法被用作干法蝕刻方法。為了 制造垂直溝槽形狀作為線-間隔圖案結(jié)構(gòu)，在蝕刻期間Ar離子照射角度被適 當(dāng)?shù)馗淖儭Ｈ缓?，通過(guò)灰化設(shè)備去除熱氧化膜。
為了檢測(cè)GCIB照射前和照射后的線的側(cè)壁的形態(tài)，制備沒有線-間隔圖 案結(jié)構(gòu)的平坦硅基板作為觀測(cè)樣品。還制備通過(guò)濺射在硅基板上由Cr膜(具 有300nm的膜厚)形成的觀測(cè)樣品作為非硅材料樣品。觀測(cè)樣品被放置為使 得其表面平行于線-間隔結(jié)構(gòu)中線的側(cè)壁，并且經(jīng)受Ar離子銑削和GCIB照 射。通過(guò)利用觀測(cè)樣品的表面，可以等價(jià)地評(píng)估線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中線的側(cè) 壁。下述實(shí)例中線的側(cè)壁的形態(tài)通過(guò)測(cè)量觀測(cè)樣品而獲得。
在下述實(shí)例中GCIB的每個(gè)劑量是給定到固體表面平坦化設(shè)備100的輸 入值(0。照射角度時(shí)照射的轉(zhuǎn)換劑量)。如果照射角度大于0°，則束投影區(qū) 域增加，使得有效劑量小于給定到設(shè)備的輸入值。
第一實(shí)例
根據(jù)圖7的流程圖示出的工序平坦化圖案結(jié)構(gòu)中的平坦化目標(biāo)面。從不 同的角度來(lái)看，目標(biāo)面的平坦化就是目標(biāo)面的蝕刻。在該實(shí)例中，圖案結(jié)構(gòu) 的修整和目標(biāo)面的平坦化通過(guò)蝕刻目標(biāo)面實(shí)施。
現(xiàn)在將對(duì)這個(gè)工序進(jìn)行描述。 步驟Sl
在GCIB照射之前，通過(guò)原子力顯微鏡等觀測(cè)目標(biāo)19的圖案結(jié)構(gòu)(微 細(xì)結(jié)構(gòu))，并且獲得形狀數(shù)據(jù)。 步驟S2
基于形狀數(shù)據(jù)與期望值諸如圖案寬度等之間的差異，計(jì)算形成期望尺寸的微細(xì)結(jié)構(gòu)所需的蝕刻量。 步驟S3
目標(biāo)19附著到固體表面平坦化設(shè)備100的目標(biāo)支撐物18,并且目標(biāo)支
撐物18的角度被指定為照射角度e和照射傾角4)。
為了降低(平坦化)目標(biāo)面中具有長(zhǎng)間隔的表面粗糙，如在本發(fā)明中所 闡明的，照射角度e應(yīng)該大于70°。其他照射角度可以根據(jù)平坦化之外的目 的而選擇?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用而選擇適當(dāng)?shù)恼丈浣嵌取?可以將固體表面平坦化 設(shè)備ioo用于具有長(zhǎng)間隔的表面粗糙的平坦化之外的目的。)
步驟S4
指定條件，諸如期望的蝕刻量、目標(biāo)19的材料和蝕刻速率、GCIB的氣
體類型、加速能、照射角度e和照射傾角(})。基于這些條件參考數(shù)據(jù)庫(kù)30 確定劑量。
步驟S5
然后進(jìn)行氣體團(tuán)簇離子束照射。
結(jié)果，目標(biāo)19表面上的圖案結(jié)構(gòu)被修整并且目標(biāo)表面被平坦化。 進(jìn)行下面的具體過(guò)程。
在硅基板表面上制造線-間隔圖案結(jié)構(gòu)，該線-間隔圖案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)條件 為每條線的寬度^每個(gè)間隔的寬度二1.0fam,且每個(gè)深度為l.(Vm。
利用原子顯微鏡測(cè)量硅基板表面上線-間隔圖案結(jié)構(gòu)的線寬分布。該分 布中半數(shù)(half-value)寬度在許可范圍內(nèi)，但是平均值是1.05(im,比設(shè)計(jì) 值大50脆。
為了獲得通過(guò)Ar離子銑削形成的線-間隔結(jié)構(gòu)中線的側(cè)壁的形態(tài)，利用 原子力顯微鏡(AFM)對(duì)觀測(cè)樣品表面的不平坦形狀進(jìn)行觀測(cè)。如圖8A所 示，觀測(cè)樣品表面中觀測(cè)到的不平坦形狀具有特征條形，該特征條形沿垂直 于用箭頭標(biāo)記的Ar離子束的投影照射方向(線-間隔溝槽的深度方向)的方 向延伸。以這樣的方式利用AFM進(jìn)行觀測(cè)條形在AFM框圖中是斜的， 使得不平坦間隔能被準(zhǔn)確地測(cè)量。認(rèn)為具有條形的不平坦形狀是因?yàn)锳r離 子銑削中Ar離子束以某角度被導(dǎo)向線的側(cè)面而形成。由AFM圖!象獲得的平 均表面粗糙度Ra是2.90nm。在沿白線(圖8A )剖取的截面中進(jìn)一步詳細(xì) 觀測(cè)該不平坦形狀。不平坦形狀具有相當(dāng)長(zhǎng)的間隔，并且具有長(zhǎng)間隔的不平 坦形狀具有間隔較短的另一種不平坦形狀(如圖8B的橢圓框中所示)。為了
15詳細(xì)分析不平坦形狀的間隔，獲得截面中不平坦形狀的傅立葉變換(FFT)。 結(jié)果顯示存在具有長(zhǎng)間隔的不平坦形狀，該長(zhǎng)間隔具有1.2pm附近的峰； 且存在具有大約一百納米到幾十納米的短間隔的不平坦形狀(圖9)。
SF6氣體團(tuán)簇離子束以多個(gè)照射角度e導(dǎo)向到具有上述不平坦形狀的石圭 基板中線的側(cè)壁，從而修整線寬。這里線的側(cè)面是目標(biāo)面。采用允許照射到 線的側(cè)面上的30?；蛘吒蟮恼丈浣嵌取Ｗ鳛樵诿總€(gè)照射角度e使線寬的平 均值接近1.00pm的設(shè)計(jì)值所需要的劑量，采用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中圖10所示的 的數(shù)據(jù)(加速電壓為30keV,團(tuán)簇粒子尺寸分布具有每個(gè)團(tuán)簇500粒子的峰)。 照射傾角(J)是90。，其垂直于條形的長(zhǎng)間隔不平坦(起伏)。
修整后對(duì)線寬進(jìn)行了測(cè)量，在任何照射角度e,線寬平均值在
l.OO士O.Olpm范圍內(nèi)。對(duì)0=83°時(shí)線之一的側(cè)面的AFM圖像(圖IIA)、沿 白線剖取的截面中的不平坦形狀的曲線圖(圖11B)以及FFT譜線(圖9中 4)=90°的曲線)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量顯示在GCIB照射后具有接近1.2pm的長(zhǎng)間 隔的不平坦的語(yǔ)強(qiáng)度與具有的較短間隔的不平坦的譜強(qiáng)度明顯減小。圖11A 中的箭頭表示SF6 (六氟化硫)GCIB照射的投影照射方向。平均表面粗糙 度為0.21nm,這個(gè)值低于GCIB照射前相應(yīng)值的10%，表明獲得了明顯的平 坦化效果。測(cè)量了平均表面粗糙度對(duì)照射角度的依賴。當(dāng)照射角度e為70。 或者更小時(shí)，平均表面粗糙度明顯降低(圖12)。 第二實(shí)例
進(jìn)行與第一實(shí)例相同的實(shí)驗(yàn)，除了照射傾角4)是0。之外。0。照射傾角cj) 的照射對(duì)應(yīng)于與在線的側(cè)面由Ar離子銑削形成的條形平行的方向的GCIB 照射(見圖3中的角度定義)。圖13A示出以83。的照射角度e進(jìn)行GCIB照 射后線的側(cè)面的AFM圖像。圖13A中的箭頭表示SF6 (六氟化硫)GCIB照 射的投影照射方向。該圖顯示SF6GCIB照射前發(fā)現(xiàn)的不平坦形狀未被消除。 對(duì)沿白線(圖13A)剖取的截面中的不平坦形狀進(jìn)行詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)GCIB 照射后位于長(zhǎng)間隔不平坦形狀上的短間隔不平坦形狀消失了且留下了平滑 曲線(如圖13B的橢圓框中所示)。對(duì)FFT譜線的進(jìn)一步分析顯示大約幾十 納米的短間隔的i普強(qiáng)度明顯降低且具有接近1.2pm的長(zhǎng)間隔的不平坦的譜 強(qiáng)度未減小(圖9中巾=0°的曲線)。
第三實(shí)例
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)檢查另 一種材料與氣體團(tuán)簇的結(jié)合是否可以看到在第 一 實(shí)施例中觀測(cè)到的效果，Ar氣體團(tuán)簇離子束被導(dǎo)向到形成在硅基板上的Cr 膜的觀測(cè)樣品。
采用與第一實(shí)例中蝕刻硅基板表面上線-間隔圖案結(jié)構(gòu)采用的相同的Ar 離子銑削條件并且在Cr膜觀測(cè)樣品中觀測(cè)到相同的條狀結(jié)構(gòu)。對(duì)于Cr膜觀 測(cè)樣品，檢測(cè)Ar氣體團(tuán)簇離子束的照射角度e與平均表面粗糙度Ra之間的 關(guān)系。根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)Cr膜進(jìn)行50nrn蝕刻所需的照射角度0和劑 量之間的關(guān)系(圖14)確定照射劑量(加速能為30keV，團(tuán)簇粒子尺寸分布 具有每個(gè)團(tuán)簇2000個(gè)粒子的峰)。圖15示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表示照射角度e和 平均表面粗糙度Ra之間的關(guān)系。當(dāng)照射角度0超過(guò)7O。時(shí)，平均表面粗糙度 明顯降低。
第四實(shí)例
對(duì)硅晶片的固體表面平坦化進(jìn)行描述，該硅晶片作為目標(biāo)19且布置有 形成在表面上的一維衍射光柵(線-間隔圖案結(jié)構(gòu))的許多芯片。
根據(jù)圖16示出的流程圖所圖解的工序進(jìn)行平坦化。 步驟Sla
在GCIB照射前，通過(guò)原子力顯微鏡等觀測(cè)硅晶片表面上所有區(qū)域(例 如，在所有芯片區(qū)域)中的圖案結(jié)構(gòu)(微細(xì)結(jié)構(gòu))，獲得形狀數(shù)據(jù)。在硅晶 片表面上的區(qū)域中繪制該形狀數(shù)據(jù)從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)地圖。 步驟S2a
基于該數(shù)據(jù)地圖與圖案寬度期望值之間的差值等，計(jì)算每個(gè)區(qū)域中的照 射角度、照射傾角以及蝕刻量從而提供期望尺寸的微細(xì)結(jié)構(gòu)。為了通過(guò)掃描 控制而在整個(gè)硅晶片表面進(jìn)行表面平坦化，生成掃描程序以實(shí)施調(diào)制控制使 得在每個(gè)區(qū)域中提供通過(guò)計(jì)算獲得的照射角度、照射傾角以及蝕刻量。 步驟S3a
將硅晶片置于固體表面平坦化設(shè)備100的目標(biāo)支撐物18上并被用作參 考面。 步驟S4a
GCIB照射根據(jù)步驟S2a中指定的掃描程序中的程序進(jìn)行。
硅晶片表面上的芯片被修整，并且每個(gè)芯片的目標(biāo)面被平坦化。
將進(jìn)行下面的具體過(guò)程。
大量一維衍射光柵(線-間隔圖案結(jié)構(gòu))芯片布置在硅晶片的表面上(圖17A)。該結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為線寬和間隔寬度為0.29jim,溝槽寬度為700nm。單 個(gè)芯片是25pm的四方形。檢測(cè)硅晶片表面上的線寬分布。在硅晶片的中心 處線寬為0.32iam,在硅晶片的邊緣處線寬為0.35pm (圖17B )。線寬分布/人 硅晶片的中心到其邊緣單調(diào)增加。
為了獲得硅晶片表面上不同位置處線-間隔圖案結(jié)構(gòu)中線的側(cè)面形態(tài)， 將觀測(cè)樣品提前放置在目標(biāo)支撐物18上與硅晶片表面上的位置相對(duì)應(yīng)的位 置，并在相同的條件下進(jìn)行Ar離子銑削。通過(guò)原子力顯微鏡對(duì)觀測(cè)樣品進(jìn) 行觀測(cè)，觀測(cè)到每個(gè)樣品具有約lpm間隔的條狀結(jié)構(gòu)。條形的延伸方向和 間隔從硅晶片的中心向其邊緣連續(xù)改變。在硅晶片的中心，條形垂直于溝槽 的深度方向((0=0。，也就是平行于圖17A中的x軸)，且條形的間隔為約 800nm。在最外圍芯片中，條形在從x軸偏離5。的方向(圖17A中0)=5°的 方向)延伸，其條形的間隔是l.l(im。認(rèn)為這是由于Ar離子銑削中整個(gè)硅 晶片表面上不均勻的Ar離子束照射引起的。
基于形狀數(shù)據(jù)，生成程序并與目標(biāo)硅晶片的掃描相結(jié)合來(lái)使SF6氣體團(tuán) 簇束的照射角度e和照射傾角小在硅晶片中心處達(dá)到6=80°和(})=90。，在硅 晶片的邊緣處達(dá)到6=83°和(|)=85°，并連續(xù)改變GCIB照射角度和GCIB照 射傾角。為了使硅晶片的整個(gè)表面線寬達(dá)到設(shè)定值，需要將硅晶片中心處的 線寬減小30nm以及將邊緣處的線寬減小60nm。因此，SF6氣體團(tuán)簇離子束 照射的所需劑量在中心處被設(shè)定為4.7*10"個(gè)離子/cm2,在邊緣處被設(shè)定為 9.4*10]4個(gè)離子/cm2,設(shè)計(jì)程序與線寬分布的輪廓數(shù)據(jù)相聯(lián)系來(lái)連續(xù)改變照 射劑量。符號(hào)*表示相乘。
GCIB照射后，利用原子力顯微鏡觀測(cè)整個(gè)硅晶片表面上衍射光柵芯片 的形狀。整個(gè)硅晶片表面上的芯片，除了硅晶片最外緣處一些，具有幾乎相 同的0.29|im的線寬，該線寬值幾乎等于設(shè)計(jì)值(圖17C)。 SF6氣體團(tuán)簇離 子束照射之前和之后線的側(cè)面的平均表面粗糙度通過(guò)用原子力顯微鏡 (AFM)觀測(cè)觀測(cè)樣品來(lái)等效地評(píng)價(jià)。SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之前線的側(cè) 面的平均表面粗糙度Ra根據(jù)硅晶片表面上的位置在1.9nm到3.1nm范圍內(nèi) 改變。SF6氣體團(tuán)簇離子束照射之后在硅晶片表面上的任何位置處線的側(cè)面 的平均表面粗糙度Ra在0.32nm到0.38nm范圍內(nèi)。這證明表面粗糙度降4氐 了。
上述實(shí)例示出以下事實(shí)。
18第一實(shí)例表明當(dāng)GCIB照射角度e關(guān)于目標(biāo)面法線為70?；蛘吒髸r(shí)，
平坦化目標(biāo)面的平均表面粗糙度明顯減小。
結(jié)合第二實(shí)例考慮，表明平均表面粗糙度的明顯降低是由具有約lpm 長(zhǎng)間隔的不平坦(起伏)的降低引起，并表明長(zhǎng)間隔不平坦的降4氐效果(長(zhǎng) 距離相互作用效應(yīng))當(dāng)照射角度為70。或者更大時(shí)非常大。也表明達(dá)到約 100nm的不平坦的降低效果不取決于照射傾角，但是具有約lpm長(zhǎng)間隔的 起伏當(dāng)起伏方向與照射傾角匹配時(shí)可以有效降低。
第三實(shí)例表明長(zhǎng)距離相互作用效果不取決于固體材料與氣體團(tuán)簇的結(jié) 合，并且表明可以在照射角度為70。或者更大時(shí)獲得長(zhǎng)距離相互作用效果。
在上述實(shí)例中，加速電壓是30kV。隨著加速電壓的增加，蝕刻量增加， 而平坦化時(shí)間減少。然而，這會(huì)增加表面粗糙度。因此，加速電壓應(yīng)該根據(jù) 平坦化的要求諸如時(shí)間和材料來(lái)確定。設(shè)備條件，諸如氣體類型、照射條件 以及團(tuán)簇尺寸，和參數(shù)不受限制并且可以適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> 工業(yè)應(yīng)用
根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)降低具有長(zhǎng)間隔(幾十納米到約100微米)的表 面粗糙來(lái)改善微細(xì)結(jié)構(gòu)諸如半導(dǎo)體器件的制造精度。除了改善微細(xì)結(jié)構(gòu)諸如 半導(dǎo)體器件和光學(xué)器件的制造精度之外，還可以改善諸如制作生成半導(dǎo)體器 件和光學(xué)器件的管芯的三維結(jié)構(gòu)的制造精度。
本發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將氣體團(tuán)簇離子束照射角度設(shè)定為臨界角度或者更 大，與小于臨界角度的照射角度相比，有效相互作用距離明顯增加。團(tuán)簇和 固體之間的寬的相互作用范圍使得固體表面平坦化。因此，通過(guò)氣體團(tuán)簇離 子束照射可以降低具有幾十納米到約一百微米的間隔的固體表面粗糙。
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，其中所述固體表面的法線與所述氣體團(tuán)簇離子束之間形成的角度被稱為照射角度，以及所述固體與碰撞所述固體的所述團(tuán)簇之間的相互作用距離明顯增加時(shí)的照射角度被稱為臨界角度；所述方法包括以不小于所述臨界角度的照射角度將所述氣體團(tuán)簇離子束導(dǎo)向到所述固體表面的照射步驟。
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 中所述臨界角度為70度。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法， 其中所述照射步驟包括在不小于所述臨界角度的范圍內(nèi)改變所述照射角度的同時(shí)導(dǎo)向所述氣體 團(tuán)簇離子束的過(guò)程。
4、 如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平 坦化方法，其中所述照射步驟包括在改變所述氣體團(tuán)簇離子束的劑量的同時(shí)導(dǎo)向所述氣體團(tuán)簇離子束的過(guò)程。
5、 如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化方法，其中所述照射步驟包括導(dǎo)向具有參照數(shù)據(jù)庫(kù)而確定的劑量的所述氣體團(tuán)簇離子束的過(guò)程，所述數(shù)據(jù)庫(kù)允許至少根據(jù)期望的蝕刻量和所述照射角度來(lái)確定劑量。
6、 如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平 坦化方法，其中如果條狀不平坦圖案重復(fù)地形成在所述固體表面上，所述照 射步驟包括沿與所述不平坦圖案重復(fù)形成的方向近似正交的方向?qū)蛩鰵怏w團(tuán)簇 離子束的過(guò)程。
7、 一種利用氣體團(tuán)簇離子束的固體表面平坦化設(shè)備，其中所述固體表 面的法線與所述氣體團(tuán)簇離子束之間形成的角度被稱為照射角度，以及 所述固體與碰撞所述固體的所述團(tuán)簇之間的相互作用距離明顯增加時(shí)的照射角度被稱為臨界角度；所述固體表面平坦化設(shè)備包括氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置，用于將所述氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射到所述固體 表面上；以及照射角度設(shè)定裝置，用于將所述照射角度設(shè)定為所述臨界角度或者更大 的角度。
8、 如權(quán)利要求7所述的固體表面平坦化設(shè)備，其中所述照射角度設(shè)定裝 置用于在不小于所述臨界角度的范圍內(nèi)改變所述照射角度。
9、 如權(quán)利要求7或8所述的固體表面平坦化設(shè)備，還包括 數(shù)據(jù)庫(kù)，允許至少根據(jù)期望的蝕刻量和所述照射角度來(lái)確定劑量；其中所述氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射裝置發(fā)射具有根據(jù)期望的蝕刻量和由所述 照射角度設(shè)定裝置指定的照射角度參照數(shù)據(jù)庫(kù)而確定的劑量的所述氣體團(tuán) 簇離子束。
全文摘要
通過(guò)用氣體團(tuán)簇離子束照射，存在于固體表面上的約幾十納米(10nm)到幾百微米(100μm)的圓的表面粗糙被降低。提供了一種固體表面平坦化方法，固體表面的法線與氣體團(tuán)簇離子束之間的角度被稱為照射角度，并且固體與碰撞該固體的團(tuán)簇之間的相互作用距離變?yōu)轱@著增加時(shí)的照射角度被稱為臨界角度。固體表面平坦化方法包括以不小于臨界角度的照射角度的氣體團(tuán)簇離子束照射固體表面的照射步驟。該臨界角度為70°。
文檔編號(hào)H01L21/302GK101548366SQ20078004089
公開日2009年9月30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