[发明专利]利用气体团簇离子束的固体表面平坦化方法及固体表面平坦化设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用气体团簇离子束照射的固体表面平坦化方法以及固体表面平坦化设备。 

背景技术

在半导体器件、电子器件以及诸如光子晶体的光学器件中，通过处理半导体晶片表面等制造多层薄膜结构及亚微米级(范围大致从0.1μm到小于1μm)精细图案结构。在半导体量子器件中，例如，被称为量子点和量子线的纳米级的超微粒子和细线制造并布置在基板表面上。这些器件中的微细结构(薄膜结构、图案结构及通过布置超微粒子形成的凹凸结构)的尺寸和表面粗糙度是决定器件性能的重要因素。因此，在形成微细结构的过程中要求高的制造精度。 

微细结构的精度取决于膜形成工艺、蚀刻工艺等中采用的制造技术的精度。然而，不容易形成制造精度达到几纳米的微细结构。通过膜形成工艺、蚀刻工艺等形成的器件通常通过在晶片表面上制造大量芯片而形成，并且难以制造遍及晶片表面的均匀的微细结构。为了解决这些问题，对已制造的微细结构实施作为后处理的一种提高结构精度的工艺(诸如表面平坦化工艺)。 

这种表面平坦化技术的一实例是通过气体团簇离子束照射(gas clusterion beam irradiation)来平坦化图案结构的侧壁等的技术，该技术在国际公开No.WO2005/031838(专利文献1)中公开。 

发明内容

气体团簇离子束与单体离子束不同，已知气体团簇离子束具有沿平行于基板的方向的大的溅射分量。这种现象被称为横向溅射效应。在基板表面的被气体团簇离子束照射的照射区域上，照射显著地引起原子的横向移动，这种原子在横向方向移动的现象使表面平坦化。据报道：与倾斜照射相比，基于横向溅射效应的表面平坦化更可能以垂直照射发生(参考文献1)。垂直 照射表示以与表面法线成约0度的照射角度照射基板表面。符号″°″用于表示角度。 

(参考文献1)N.Toyoda et al.，Nucl.Instr.and Meth.In Phys.Res.B161-163(2000)980. 

常规商用气体团簇离子束设备发出毫米级(束宽度)的束。另一方面，基于单个团簇的横向溅射效应的平坦化作用达到的范围为约10纳米，估计等于当单个团簇与表面碰撞时形成的凹坑的尺寸。 

常规地，可以通过利用束照射降低具有10纳米级或者以下的间隔的表面粗糙度，且可以通过束扫描降低具有毫米级或者以上的间隔的表面粗糙度。而在中间范围，不能降低具有几十纳米到约一百微米的间隔的表面粗糙度。 

以上专利文献1中公开的技术基于这样的认知：与近似垂直照射相比，固体表面通过与固体表面法线的角度为60°到90°的气体团簇离子束照射而被显著平坦化。该技术用于平坦化图案结构的侧壁。 

这个技术可以使具有纳米级短间隔的不平坦(表面粗糙)的固体表面平坦化。还不清楚是否可以平坦化具有较长(几十纳米到约一百微米)间隔的不平坦(表面粗糙)。 

因此，由于上述问题，本发明的目标是提供一种固体表面平坦化方法，其利用气体团簇离子束照射来降低固体表面上具有几十纳米到约一百微米间隔的表面粗糙，并且提供用于固体表面平坦化方法的设备。 

为了解决上述问题，根据本发明的利用气体团簇离子束的固体表面平坦化方法包括以不小于临界角度的照射角度将气体团簇离子束导向到固体表面上的照射步骤，其中固体表面的法线与气体团簇离子束之间形成的角度被称为照射角度，固体与碰撞固体的团簇之间的相互作用距离(有效相互作用距离)显著增加时的照射角度被称为临界角度。 

因为照射角度大于或者等于临界角度，所以与照射角度小于临界角度时相比，有效相互作用距离变得大得多。团簇与固体之间宽的相互作用范围使得固体表面平坦化。 

临界角度为70°。 

根据从实验获得的知识确定这个角度。 

照射步骤可以包括在不小于临界角度的范围内连续改变照射角度的同 时导向气体团簇离子束的过程；在连续改变气体团簇离子束剂量的同时导向气体团簇离子束的过程；或者通过结合这两个过程导向气体团簇离子束的过程。 

利用这样的气体团簇离子束照射，根据表面粗糙度来平坦化固体表面。 

照射步骤可以包括导向具有参照数据库而确定的剂量的气体团簇离子束的过程，该数据库允许至少根据期望的蚀刻量和照射角度来确定剂量。 

通过导向参照该数据库确定的剂量的气体团簇离子束，会易于提供依赖于照射角度的期望的蚀刻。