[发明专利]团簇喷射式加工方法、半导体元件、微机电元件及光学零件

说明书

技术领域

本发明涉及采用由反应性气体形成的反应性团簇来加工试样表面的团簇喷射式加工方法、以及利用采用了反应性团簇的加工方法来制造的半导体元件、微机电元件以及光学零件。

背景技术

作为将气体团簇照射到试样表面上来对试样表面进行加工的方法，例如有采用气体团簇离子束的方法，即，通过将气体团簇离子化，利用电场、磁场进行加速而使气体团簇与试样表面碰撞，来去除试样表面的原子、分子(例如，参照专利文献1)。

在上述的试样加工方法中，通过自气体供给部喷出混合有常温常压的气体状物质和稀有气体的加压气体，来生成由气体状物质的块状原子团或分子团构成的气体团簇。然后，通过向该气体团簇照射电子束来使其离子化，形成气体团簇离子束。

在将该气体团簇离子束照射到固体表面上时，构成团簇离子的分子团或原子团互相之间、以及与固体表面的原子之间发生多阶段的碰撞。因此，生成带有横向的运动成分的反射原子或分子，利用该反射原子或分子能够使基板表面平坦化、洁净化。

这样，利用气体团簇离子束，能够处理试样的表面。

另外，提出了如下提案：在采用团簇离子的加工装置中具有用于向团簇离子施加加速电压的加速电场部以及用于施加减速电压的减速电场部，以使施加给团簇离子束的加速电压阶段性或连续性地减少(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平8-319105号公报

专利文献2：日本特开2005-310977号公报

但是，在以往的采用气体团簇离子束的方法、以往的采用气体团簇离子束的装置中，进行使团簇离子化、从而利用直流电压来使离子加速的工序。因此，采用弱离子化分子或中和器，使团簇离子变化为电中性，然后使其与试样碰撞。

但是，利用上述方法，不能使团簇完全变成电中性粒子，不能完全消除其对试样的电损伤。

另外，例如，在制作半导体元件、微机电元件(Micro Electro Mechanical System：MEMS)、光学零件等时，进行高宽比(aspect ratio)为1以上的深掘加工、在基板上形成通孔、对金属层进行蚀刻。上述这样的加工通常是利用等离子体各向异性蚀刻来进行的。

但是，在利用等离子体各向异性蚀刻进行上述加工时，例如，由已形成于基板上的MOS晶体管、MOS电容器等构成的控制器晶体管的阈值电压等的特性会发生变化。另外，例如在形成于半导体元件中的多层布线构造中，由于等离子体热量，会使由介电常数低的材料(Low-k)构成的层间绝缘膜的介电常数发生变化。

另外，除了等离子处理之外，还可以利用浸渍到蚀刻液中的浸渍法进行蚀刻。但是，在利用等离子处理、浸渍法进行的蚀刻中，会发生大量侧向腐蚀(side etching)、侧蚀(undercut)等，不适用于微细化、高密度化了的图案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种采用电中性的反应性团簇的试样加工方法。另外，本发明提供一种利用可适用上述的加工方法的各向异性蚀刻而加工的半导体元件、微机电元件以及光学零件。

本发明的团簇喷射式加工方法的特征在于，在不会使由反应性气体和沸点比反应性气体的沸点低的气体构成的混合气体发生液化的范围内的压力下，使该混合气体沿规定的方向一边绝热膨胀一边喷出，生成反应性团簇，将上述反应性团簇喷射到真空处理室内的试样上从而加工试样表面。

另外，本发明的半导体元件的特征在于，该半导体元件具有被蚀刻了的半导体基板，在不会使由反应性气体和沸点比反应性气体的沸点低的气体构成的混合气体发生液化的范围内的压力下，使该混合气体沿规定的方向一边绝热膨胀一边喷出，通过将生成的反应性团簇喷射到真空处理室内，而蚀刻该半导体基板。

另外，本发明的微机电元件的特征在于，该微机电元件具有被加工了的基板，在不会使由反应性气体和沸点比反应性气体的沸点低的气体构成的混合气体发生液化的范围内的压力下，使该混合气体沿规定的方向一边绝热膨胀一边喷出，通过将生成的反应性团簇喷射到真空处理室内，而加工该基板。

另外，本发明的光学零件的特征在于，该光学零件具有光学图案，在不会使由反应性气体和沸点比反应性气体的沸点低的气体构成的混合气体发生液化的范围内的压力下，使该混合气体沿规定的方向一边绝热膨胀一边喷出，通过将生成的反应性团簇喷射到真空处理室内，而形成该光学图案。