[发明专利]固体表面的平坦化方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过气体簇离子束照射来平坦化固体表面的方法和设备，并且可应用于例如半导体和其它电子器件材料的表面的平坦化，以及各种器件表面和图案表面的平坦化。

背景技术

已经发展了各种气相反应工艺并实际应用于电子器件的表面平坦化等。例如，在专利文献1中描述的基板表面平坦化方法使用Ar(氩)气体等的单原子离子或分子离子以低照射角来照射基板表面以引起溅射来平坦化基板表面。

近来，使用气体簇离子束平坦化固体表面的方法由于其表面破坏的降低和大幅降低表面粗糙度的能力已经引起关注。例如，专利文献2公开了一种通过用气体簇离子束照射固体表面来降低表面粗糙度的方法。

在该方法中，导向工件的气体簇离子通过与工件的碰撞而断裂，引起簇的组成原子或分子与工件的组成原子或分子之间的多体碰撞，由此引起平行于工件表面的显著运动，且因此产生沿平行于工件表面的方向(下文称为横向)的切割。这种现象称为横向溅射。颗粒相对于工件表面的横向移动能实现对应于原子尺寸的超精确平坦研磨。

气体簇离子束的每个原子的离子能量低于离子刻蚀中的，该气体簇离子束能实现所需的超精确研磨而不破坏工件表面。这意味着下述优点，即，通过气体簇离子束的固体表面平坦化对工件表面的破坏低于专利文献1中描述的离子刻蚀。

在通过气体簇离子束平坦化中，一般认为优选地大约垂直于工件表面引导簇离子束。这是为了充分利用“通过横向溅射的表面平坦化”的效应。然而，虽然上述的专利文献2指出气体簇离子束可以根据表面条件比如弧形而倾斜地引导，但没有提及使气体簇离子束倾斜地引导的任何效果。这样，根据专利文献2，其遵循平坦化固体表面的最有效方式是将束大致垂直地导向表面。

通过气体簇离子束的固体表面平坦化的示例还披露于专利文献3。专利文献3也没有指出气体簇离子束和固体表面之间的角度对表面平坦化的影响。考虑到 “横向溅射”效应的利用，看上去专利文献3如前述专利文献2的情况示出了有关垂直照射的数据。

通过气体簇离子束照射的固体表面平坦化也由非专利文献1报道。Toyoda等人用Ar簇离子照射比如Ge、SiC和GaN材料的表面并显示表面粗糙度通过照射而降低。同样，气体簇离子束大致垂直地导向表面。

另一方面，非专利文献2描述当固体表面用气体簇离子束以各种照射角照射时的固体表面的粗糙度的变化。在以90°垂直入射表面上和以0°的平行于表面的照射之间，示出蚀刻速率即表面被蚀刻的速率在垂直入射时最大且随照射角的降低而减小。考虑到表面粗糙度和照射角之间的关系，通过使用90°、75°、60°、45°和30°的照射角进行实验，示出表面粗糙度随照射角的降低而增加。小于30°的照射角没有被实验检测，也许是因为其被认为是没有意义的。

集成电路和其它电子器件以及用于光通信的光学器件经常包含由在固体表面或薄膜材料的表面上的微制造产生的凹凸图案。然而，没有对使用气体簇离子束平坦化凹凸图案的凹或凸部分中的侧壁表面的报道。这是因为其被认为难以大致垂直地将气体簇离子束导向凹或凸部分中的侧壁表面且不可能通过横向溅射机制平坦化侧壁表面。

近来，已经发现小于30°的照射角大幅降低表面粗糙度(非专利文献3)。这利用了与通过横向溅射的常规平坦化机制不同的倾斜照射的效果。

专利文献1：日本专利申请公开No.H07-058089

专利文献2：日本专利申请公开No.H08-120470

专利文献3：日本专利申请公开No.H08-293483

非专利文献1：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41(2002)，pp.4287-4290

非专利文献2：Materials Science and Engineering R34(2001)，pp.231-295

非专利文献3：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.43，10A(2004)，pp.L1253-L1255

发明内容

本发明解决的问题

专利文献1公开的通过用Ar气体等的溅射的平坦化方法通过择优地研磨基板上的凸的部分来一定程度上平坦化基板表面，但为了防止对基板表面的破坏必须将照射能量保持在小于约100eV。这具有离子电流极大降低的问题，使得不可能获得实用的溅射速率。同样，当平坦化不同材料的组合的复合材料时，因为蚀刻速率随材料的类型而变化而存在对平坦化的限制。