JP4765106B2 - 固体試料表面の平坦化加工方法 - Google Patents
固体試料表面の平坦化加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4765106B2 JP4765106B2 JP2007516337A JP2007516337A JP4765106B2 JP 4765106 B2 JP4765106 B2 JP 4765106B2 JP 2007516337 A JP2007516337 A JP 2007516337A JP 2007516337 A JP2007516337 A JP 2007516337A JP 4765106 B2 JP4765106 B2 JP 4765106B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion beam
- sample
- cluster ion
- gas cluster
- solid sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 239000010408 film Substances 0.000 description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 22
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 21
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 18
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 15
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 15
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
- H01L21/32137—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas of silicon-containing layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
- H01J2237/057—Energy or mass filtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0812—Ionized cluster beam [ICB] sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
- H01J2237/202—Movement
- H01J2237/20207—Tilt
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/31—Processing objects on a macro-scale
- H01J2237/3151—Etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
この発明は例えば半導体その他電子デバイス用材料表面の平坦化や各種デバイス表面及びパターン表面の平坦化に適用でき、ガスクラスターイオンビーム照射により固体表面を平坦化する方法及びその装置に関するものである。
これまでに電子デバイス等の表面平坦化などを目的に各種の気相反応方法が開発され、実用化されてきている。例えば特許文献１に記載されている基板表面を平坦化する方法はＡｒ（アルゴン）ガスなどの単原子または分子イオンを低照射角度で基板表面に照射し、スパッタリングすることによって平坦化している。
また、近年、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の平坦化方法が、表面損傷が少なく、かつ表面粗さを非常に小さくできることで注目を集めている。例えば特許文献２にはガスクラスターイオンビームを固体表面に照射して、表面粗さを低減する方法が開示されている。
また、近年、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の平坦化方法が、表面損傷が少なく、かつ表面粗さを非常に小さくできることで注目を集めている。例えば特許文献２にはガスクラスターイオンビームを固体表面に照射して、表面粗さを低減する方法が開示されている。
この方法は被加工物へ照射されたガスクラスターイオンが被加工物との衝突で壊れ、その際クラスター構成原子または分子と被加工物構成原子または分子とに多体衝突が生じ、被加工物表面に平行な方向への運動が顕著になり、その結果、被加工物表面に対して平行な方向（以下、横方向と呼ぶ）の切削が行われるもので、これは「ラテラルスパッタリング」と呼ばれている現象である。被加工物表面に対し横方向に粒子が運動することにより、原子サイズでの平坦な超精密研磨が得られることになる。
また、ガスクラスターイオンビームはイオンの持つ１原子あたりのエネルギーが通常のイオンエッチングのそれと異なり、より低いため、被加工表面に損傷を与えることなく、所要の超精密研磨を可能とする。これはガスクラスターイオンビームによる固体表面平坦化は、前記特許文献１に示すイオンエッチングよりも加工表面損傷が少ないという利点を示すことになる。
また、ガスクラスターイオンビームはイオンの持つ１原子あたりのエネルギーが通常のイオンエッチングのそれと異なり、より低いため、被加工表面に損傷を与えることなく、所要の超精密研磨を可能とする。これはガスクラスターイオンビームによる固体表面平坦化は、前記特許文献１に示すイオンエッチングよりも加工表面損傷が少ないという利点を示すことになる。
ガスクラスターイオンビームによる平坦化では被加工物表面へのクラスターイオンビーム照射方向は、通常はその被加工表面に対して略垂直方向から照射するのが好ましいということが一般には認識されている。これは上述した「ラテラルスパッタリングによる表面平滑化」の効果を最大限利用するためである。但し、前記特許文献２には曲面等の場合にはその表面状況に応じて斜め方向から照射してもよいという記述はあるが、斜め方向から照射した場合の効果については言及していない。従って、この特許文献２では固体表面の平坦化にとって一番効率がよいのは、その表面に対して略垂直方向から照射するものであるということになる。
また、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の平坦化に関して、特許文献３にも開示例がある。この特許文献３でもガスクラスターイオンビームと固体表面とのなす角度と、表面平坦化との関係についての記述がなく、開示されている記述からは「ラテラルスパッタリング」効果を用いていることから考えて、先に示した特許文献２と同様に、垂直照射のデータが示されているものと考えられる。
また、非特許文献１にもガスクラスターイオンビーム照射による固体表面の平坦化に関する報告がある。Toyodaらは、Ge、SiC、GaNなどの材料表面に、Arクラスターイオンを照射し、表面粗さが低減することを示している。この場合でも表面に対して略垂直方向からガスクラスターイオンビームを照射しているものである。
また、非特許文献１にもガスクラスターイオンビーム照射による固体表面の平坦化に関する報告がある。Toyodaらは、Ge、SiC、GaNなどの材料表面に、Arクラスターイオンを照射し、表面粗さが低減することを示している。この場合でも表面に対して略垂直方向からガスクラスターイオンビームを照射しているものである。
また、ガスクラスターイオンビームを固体表面に対して、いろいろな照射角度で照射した場合の固体表面の粗さ変化について、非特許文献２に記述されている。固体表面に対して垂直に入射する場合を９０°、この表面と平行に照射する場合を０°とした時に、表面をエッチングする速度であるエッチングレートは垂直入射のときが一番大きく、照射角度が小さくなるに従ってエッチングレートも小さくなることが示されている。表面粗さと照射角度の関係については、照射角度を９０°、７５°、６０°、４５°、３０°と変化させて実験を行っており、照射角度が小さくなるに従って表面粗さは大きくなることが示されている。照射角度を３０°以下にする検討が実験的に行われていないが、そのようなことを行っても無駄と判断されたからと思われる。
また、集積回路などの電子デバイスや、光通信に用いる光デバイスの多くは、固体表面や薄膜材料表面に微細加工による凹凸パターンが形成されており、その凹凸パターンにおける凹部または凸部の側壁表面の平坦化にガスクラスターイオンビームを用いた報告はない。これは凹部または凸部側壁表面にはガスクラスターイオンビームを略垂直に照射し難いことや、ラテラルスパッタリングというメカニズムでは側壁表面の平坦化ができないと考えられていたためである。
最近になって、ガスクラスターイオンビームの固体表面に対する照射角度を３０°より小さくすると表面粗さが著しく小さくなることが見いだされた（非特許文献３）。これは従来のラテラルスパッタリングによる平坦化メカニズムとは異なる斜め照射効果を利用しているものである。
特開平７−５８０８９号公報
特開平８−１２０４７０号公報
特開平８−２９３４８３号公報
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41(2002)pp.4287-4290
Materials Science and Engineering R34(2001)pp.231-295
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.43,No.10A(2004)pp.L1253-L1255
最近になって、ガスクラスターイオンビームの固体表面に対する照射角度を３０°より小さくすると表面粗さが著しく小さくなることが見いだされた（非特許文献３）。これは従来のラテラルスパッタリングによる平坦化メカニズムとは異なる斜め照射効果を利用しているものである。
特許文献１に開示されているArガスなどをスパッタリングすることによる平坦化方法は、基板表面に存在した凸部が優先的に削られ、ある程度までは平坦化される一方で、基板表面の損傷を抑えるためには照射エネルギーを100eV程度以下にする必要があるが、この場合にはイオン電流が極端に少なくなり、実用的なスパッタリング速度が得られなくなるという問題点があった。また、異種材料の複合体であるコンポジット材料の平坦化を行おうとすると、材料の種類によってエッチングレートが異なるので、平坦化に限界があった。
特許文献２及び３、非特許文献１及び２などに示すガスクラスターイオンビームを固体表面に照射して、「略垂直入射ラテラルスパッタリング」を用いて表面平坦化を行う方法は、表面粗さがある程度までは小さくなるが、クラスターイオンの衝突時に固体表面上に形成されるクレーター状の変形を完全に取り除くことができないため、表面粗さをさらに小さくする要望には対応できない。また、異種材料の複合体であるコンポジット材料の平坦化を行おうとすると、材料の種類によってエッチングレートが異なるので、上記と同様、平坦化に限界があるという問題点があった。
非特許文献３に示されたガスクラスターイオンビームの固体表面に対する照射角度を３０度より小さくする方法では、ガスクラスターイオンビームのクラスターサイズをコントロールすることに着目しておらず、異種材料の複合体であるコンポジット材料の平坦化を行おうとすると、平坦化に限界があることがわかった。
この発明の目的はこのような問題を解決し、コンポジット材料や多結晶などのエッチングレートが面内で一定でない固体表面に対して、表面損傷が小さく、かつ表面の粗さを従来の方法による場合より小さくすることができる表面平坦化方法及びその装置を提供することである。
この発明の目的はこのような問題を解決し、コンポジット材料や多結晶などのエッチングレートが面内で一定でない固体表面に対して、表面損傷が小さく、かつ表面の粗さを従来の方法による場合より小さくすることができる表面平坦化方法及びその装置を提供することである。
この発明によれば、エッチングレートが面内で一定でない固体の表面にガスクラスターイオンビームを照射して平坦に加工する方法は、
前記固体の表面と前記ガスクラスターイオンビームがなす照射角度を３０°未満とし、かつ、前記ガスクラスターイオンビームの平均クラスターサイズを５０以上として前記ガスクラスターイオンビームを前記固体の表面に照射するステップを含む。
この発明によれば、ガスクラスターイオンビームを照射して固体試料表面を平坦化する固体表面平坦化装置は、
ガスクラスターイオンビームを生成する手段と、
前記ガスクラスターイオンビームのクラスターサイズを５０以上に選択するクラスターサイズ選別手段と、
クラスターサイズが選択されたガスクラスターイオンビームに対し、入射角を可変に前記固体試料を支持する試料支持手段と、
前記固体試料表面と前記ガスクラスターイオンビームがなす照射角度を３０°未満に設定可能な照射角度設定手段、
とを含むように構成される。
前記固体の表面と前記ガスクラスターイオンビームがなす照射角度を３０°未満とし、かつ、前記ガスクラスターイオンビームの平均クラスターサイズを５０以上として前記ガスクラスターイオンビームを前記固体の表面に照射するステップを含む。
この発明によれば、ガスクラスターイオンビームを照射して固体試料表面を平坦化する固体表面平坦化装置は、
ガスクラスターイオンビームを生成する手段と、
前記ガスクラスターイオンビームのクラスターサイズを５０以上に選択するクラスターサイズ選別手段と、
クラスターサイズが選択されたガスクラスターイオンビームに対し、入射角を可変に前記固体試料を支持する試料支持手段と、
前記固体試料表面と前記ガスクラスターイオンビームがなす照射角度を３０°未満に設定可能な照射角度設定手段、
とを含むように構成される。
この発明によれば、従来の方法よりも表面粗さを小さくすることができ、かつ表面損傷も小さいものとすることができる。
以下、この発明の実施形態を実施例により説明する。まず、この発明による固体表面の平坦化方法を実現するガスクラスターイオンビーム平坦化装置の基本構成を図１を参照して説明する。
原料ガスをノズル１０から真空のクラスター生成室１１内に噴出させて、ガス分子を凝集させ、クラスターを生成する。そのクラスターをスキマー１２を通してクラスタービームとしてイオン化室１３へ導く。イオン化室１３ではイオナイザー１４から電子線、例えば熱電子を照射して中性クラスターをイオン化する。このイオン化されたクラスタービームは、加速電極１５によって加速され、また磁界集束器１６によりビームが集束されて、永久磁石を用いた強磁界偏向方式のクラスターサイズ選別機構１７に導かれる。クラスターイオンはそのサイズ（原子又は分子数）により磁界から受ける偏向角が異なるので、所望の偏向角のクラスターイオンを選択することにより所望のサイズのクラスターイオンビームを得ることができる。
原料ガスをノズル１０から真空のクラスター生成室１１内に噴出させて、ガス分子を凝集させ、クラスターを生成する。そのクラスターをスキマー１２を通してクラスタービームとしてイオン化室１３へ導く。イオン化室１３ではイオナイザー１４から電子線、例えば熱電子を照射して中性クラスターをイオン化する。このイオン化されたクラスタービームは、加速電極１５によって加速され、また磁界集束器１６によりビームが集束されて、永久磁石を用いた強磁界偏向方式のクラスターサイズ選別機構１７に導かれる。クラスターイオンはそのサイズ（原子又は分子数）により磁界から受ける偏向角が異なるので、所望の偏向角のクラスターイオンを選択することにより所望のサイズのクラスターイオンビームを得ることができる。
クラスターサイズが選別制御されたクラスターイオンビームはスパッタ室１８に入射される。スパッタ室１８内に設けられた照射角度設定機構３０の試料支持体１９に試料２０が取り付けられ、入射されたクラスターイオンビームがアパーチャー２１により所定のビーム径とされて試料２０の表面に照射される。クラスターイオンビームに対する試料表面の角度を所望の照射角度θｐとするように制御装置４０により照射角度設定機構３０を制御する。なお、電気的絶縁体の試料２０の表面を平坦化する場合などには、クラスターイオンを電子によりあらかじめ中性化する場合もある。
この発明による表面平坦化の対象であるコンポジット材料としては、例えばSi/SiO2多層積層膜、面内でエッチングレートが異なる材料としては、例えばAl2O3-TiC焼結体、多結晶シリコン膜を用いて以下の実験を行なった。
実験Ａ
原料ガスとしてSF６ガスをＨｅガスと混合したものを用い、SF６クラスターイオンビームを生成し、SF６クラスターイオンを5〜70keVに加速して、試料２０の表面に各種の照射角度θｐで照射した。照射ドーズ量は4×1015ions/cm２とした。照射後の試料表面の粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。測定結果を図２Ａの表Ａに示す。
試料２０として、シリコン基板上にスパッタ法により成膜したシリコン（Si）膜（膜厚100nm）と二酸化シリコン（SiO２）膜（膜厚100nm）の交互積層多層膜（層数５０層）の試料A1-1〜A1-8、Al２O３-TiC焼結体の試料A2-1〜A2-7、及びシリコン基板上にスパッタ法によりアモルファスシリコンを成膜後、熱アニールにより結晶化処理して得た多結晶シリコン膜の試料A3-1〜A3-7を用いた。
Si/SiO2多層膜はエッチングレートが異なる素材層に対する平坦化を評価するため、Si/SiO2多層膜を形成したシリコン基板を劈開して多層膜断面を形成し、その多層膜断面にガスクラスターイオンビーム照射を行った。平坦化処理前の各コンポジット材料表面の平均粗さ(Ra)は、Si/SiO２多層膜断面は2.19nm、Al２O３-TiC焼結体は3.78nmであった。また、多結晶シリコン膜表面の平均粗さ(Ra)は2.95nmであった。
なお、多結晶シリコン膜については平坦化処理後の表面における損傷程度を測定するために照射角度２５°における多結晶シリコン膜試料A3-4中の表面層に侵入したＳのプロファイルを２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した。その結果、表面から10nm程度までしかＳが侵入していなかった。これに対し、照射角度３０°以上の多結晶シリコン膜試料A3-6, A3-7では表面から40〜50nmまでＳが侵入していた。
原料ガスとしてSF６ガスをＨｅガスと混合したものを用い、SF６クラスターイオンビームを生成し、SF６クラスターイオンを5〜70keVに加速して、試料２０の表面に各種の照射角度θｐで照射した。照射ドーズ量は4×1015ions/cm２とした。照射後の試料表面の粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。測定結果を図２Ａの表Ａに示す。
試料２０として、シリコン基板上にスパッタ法により成膜したシリコン（Si）膜（膜厚100nm）と二酸化シリコン（SiO２）膜（膜厚100nm）の交互積層多層膜（層数５０層）の試料A1-1〜A1-8、Al２O３-TiC焼結体の試料A2-1〜A2-7、及びシリコン基板上にスパッタ法によりアモルファスシリコンを成膜後、熱アニールにより結晶化処理して得た多結晶シリコン膜の試料A3-1〜A3-7を用いた。
Si/SiO2多層膜はエッチングレートが異なる素材層に対する平坦化を評価するため、Si/SiO2多層膜を形成したシリコン基板を劈開して多層膜断面を形成し、その多層膜断面にガスクラスターイオンビーム照射を行った。平坦化処理前の各コンポジット材料表面の平均粗さ(Ra)は、Si/SiO２多層膜断面は2.19nm、Al２O３-TiC焼結体は3.78nmであった。また、多結晶シリコン膜表面の平均粗さ(Ra)は2.95nmであった。
なお、多結晶シリコン膜については平坦化処理後の表面における損傷程度を測定するために照射角度２５°における多結晶シリコン膜試料A3-4中の表面層に侵入したＳのプロファイルを２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した。その結果、表面から10nm程度までしかＳが侵入していなかった。これに対し、照射角度３０°以上の多結晶シリコン膜試料A3-6, A3-7では表面から40〜50nmまでＳが侵入していた。
実験Ｂ
上記実験Ａの条件において、照射角θｐを１０°に固定し、加速電圧を変えてSi/SiO2多層膜の試料B1-1〜B1-5に対してガスクラスターイオンビームの照射を行なった結果を図２Ｂの表Ｂに示す。
実験Ｃ
上記実験Ａの条件において、照射角θｐを１０°に固定し、Si/SiO2多層膜の試料C1-1〜C1-12、Al2O3-TiC焼結体の試料C2-1〜C2-12、多結晶シリコン膜の試料C3-1〜C3-12のそれぞれに対し、平均クラスターサイズを変えてガスクラスターイオンビームの照射を行なった結果を図３の表Ｃに示す。
実験Ｄ
実験Ａの条件において、原料ガスとしてArガスを用い、Arクラスターイオンビームを生成した。Arクラスターイオンビームを30keVに加速して、Si/SiO２多層膜の試料D1-1〜D1-7の断面に各種の照射角θｐで照射した結果を図４Ａの表Ｄに示す。照射ドーズ量は1×1016ions/cm２とした。照射後の試料表面の粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。
実験Ｅ
実験Ｄの条件において、照射角度θｐを１０°に固定し、Si/SiO2多層膜の試料E1-1〜E1-12の断面に各種のクラスターサイズでArクラスターイオンビームを照射した結果を図４Ｂの表Ｅに示す。
実験Ｆ
実験Ａと同様の条件とし、異なる厚さのSi/SiO２多層膜試料F1-1〜F1-6の断面にSF６クラスターイオンビームを照射角度θｐを変化させて照射した。この時、SiとSiO２の膜厚は同一として、各層膜厚を10nm〜5μmまで変化させた。照射後の試料表面の粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。測定結果を図５に示す。なお、平坦化処理前のSi/SiO２多層膜試料の断面の平均粗さ(Ra)は2〜3nmの範囲であった。
実験Ｇ
熱酸化法により二酸化シリコン膜を200nm形成したシリコン基板上にレジストを塗布し、電子線ビーム露光装置を用い、ラインアンドスペースパターンを描画し、現像してマスクパターンを形成した。ラインの幅は１μｍ、スペースの幅は４μｍとした。イオンミリング装置を用いて二酸化シリコン膜及びシリコン基板をエッチングした。エッチング深さは二酸化シリコン膜とシリコン基板の合計として500nmとした。このようにして凹凸パターンを形成したSiO２/Si材料の凹部の側壁表面を異種複合材料という観点からコンポジット材料とみなして実験Ａ，Ｂ，Ｃと同様な平坦化処理／評価を行った。凹部側壁の表面粗さを測定した結果、実施例Ａ，Ｂ，Ｃとほぼ同様な結果が得られた。なお、平坦化処理前の側壁表面の平均粗さ(Ra)は3.52nmであった。
考察
表Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ中に破線で分けて示すように、ガスクラスターイオンビームの照射角度θｐが３０°より小さく、かつクラスターサイズが５０以上の場合に、コンポジット材料や多結晶の表面粗さを非常に小さく加工できることがわかる。このような効果は従来予測できていなかった。即ち、この発明による固体表面の平坦化方法の特徴は、ガスクラスターイオンビームの照射角度を３０°未満とし、かつクラスターサイズを５０以上とする。表Ａ中の試料A1-1〜A1-5, A2-1〜A2-5, A3-1〜A3-5、表Ｂ中の試料B1-1〜B1-5、表Ｃ中の試料C1-4〜C1-12, C2-4〜C2-12, C3-4〜C3-12、表Ｄ中の試料D1-1〜D1-5、表Ｅ中の試料E1-4〜E1-12等に対する照射条件はすべてこの発明による平坦化方法に含まれる。
上記実験Ａの条件において、照射角θｐを１０°に固定し、加速電圧を変えてSi/SiO2多層膜の試料B1-1〜B1-5に対してガスクラスターイオンビームの照射を行なった結果を図２Ｂの表Ｂに示す。
実験Ｃ
上記実験Ａの条件において、照射角θｐを１０°に固定し、Si/SiO2多層膜の試料C1-1〜C1-12、Al2O3-TiC焼結体の試料C2-1〜C2-12、多結晶シリコン膜の試料C3-1〜C3-12のそれぞれに対し、平均クラスターサイズを変えてガスクラスターイオンビームの照射を行なった結果を図３の表Ｃに示す。
実験Ｄ
実験Ａの条件において、原料ガスとしてArガスを用い、Arクラスターイオンビームを生成した。Arクラスターイオンビームを30keVに加速して、Si/SiO２多層膜の試料D1-1〜D1-7の断面に各種の照射角θｐで照射した結果を図４Ａの表Ｄに示す。照射ドーズ量は1×1016ions/cm２とした。照射後の試料表面の粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。
実験Ｅ
実験Ｄの条件において、照射角度θｐを１０°に固定し、Si/SiO2多層膜の試料E1-1〜E1-12の断面に各種のクラスターサイズでArクラスターイオンビームを照射した結果を図４Ｂの表Ｅに示す。
実験Ｆ
実験Ａと同様の条件とし、異なる厚さのSi/SiO２多層膜試料F1-1〜F1-6の断面にSF６クラスターイオンビームを照射角度θｐを変化させて照射した。この時、SiとSiO２の膜厚は同一として、各層膜厚を10nm〜5μmまで変化させた。照射後の試料表面の粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。測定結果を図５に示す。なお、平坦化処理前のSi/SiO２多層膜試料の断面の平均粗さ(Ra)は2〜3nmの範囲であった。
実験Ｇ
熱酸化法により二酸化シリコン膜を200nm形成したシリコン基板上にレジストを塗布し、電子線ビーム露光装置を用い、ラインアンドスペースパターンを描画し、現像してマスクパターンを形成した。ラインの幅は１μｍ、スペースの幅は４μｍとした。イオンミリング装置を用いて二酸化シリコン膜及びシリコン基板をエッチングした。エッチング深さは二酸化シリコン膜とシリコン基板の合計として500nmとした。このようにして凹凸パターンを形成したSiO２/Si材料の凹部の側壁表面を異種複合材料という観点からコンポジット材料とみなして実験Ａ，Ｂ，Ｃと同様な平坦化処理／評価を行った。凹部側壁の表面粗さを測定した結果、実施例Ａ，Ｂ，Ｃとほぼ同様な結果が得られた。なお、平坦化処理前の側壁表面の平均粗さ(Ra)は3.52nmであった。
考察
表Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ中に破線で分けて示すように、ガスクラスターイオンビームの照射角度θｐが３０°より小さく、かつクラスターサイズが５０以上の場合に、コンポジット材料や多結晶の表面粗さを非常に小さく加工できることがわかる。このような効果は従来予測できていなかった。即ち、この発明による固体表面の平坦化方法の特徴は、ガスクラスターイオンビームの照射角度を３０°未満とし、かつクラスターサイズを５０以上とする。表Ａ中の試料A1-1〜A1-5, A2-1〜A2-5, A3-1〜A3-5、表Ｂ中の試料B1-1〜B1-5、表Ｃ中の試料C1-4〜C1-12, C2-4〜C2-12, C3-4〜C3-12、表Ｄ中の試料D1-1〜D1-5、表Ｅ中の試料E1-4〜E1-12等に対する照射条件はすべてこの発明による平坦化方法に含まれる。
さらに、クラスターサイズが1000以上の場合に、さらに著しい平坦化効果が生じることがわかる。また、表Ａにおける試料A1-8に対する照射条件は、ガスクラスターイオンビームを試料表面に垂直に入射させる従来例と同じであり、従来の研究結果では表面粗さが非常に小さくなることが指摘されていたが、コンポジット材料表面に関しては、ほとんど平坦化処理ができないということを表している。
これらの平坦化効果の原理は次のように考えることができる。従来の材料表面に垂直入射する平坦化方法を例えばコンポジット材料に適用すると、異種材料ごとにエッチングレートが異なるために段差が生じてしまって、平坦化ができない、または限界があることになる。これは従来のラテラルスパッタリングではその効果が及ぶ範囲は数ｎｍの領域であって、それより広範囲の（数ｎｍ以上の範囲の）領域では材料によるエッチングレートの差が顕著になってしまうのである。
これらの平坦化効果の原理は次のように考えることができる。従来の材料表面に垂直入射する平坦化方法を例えばコンポジット材料に適用すると、異種材料ごとにエッチングレートが異なるために段差が生じてしまって、平坦化ができない、または限界があることになる。これは従来のラテラルスパッタリングではその効果が及ぶ範囲は数ｎｍの領域であって、それより広範囲の（数ｎｍ以上の範囲の）領域では材料によるエッチングレートの差が顕著になってしまうのである。
一方、３０°より小さい角度照射を用いる従来の方法では、クラスターサイズを考慮していなかった。３０°より小さい角度照射の場合、クラスター進行方向に非常に長い尾を引くように材料表面とインターラクションが起こることがわかった。この現象を効果的に利用するには、クラスターサイズを制御することが重要であることを本発明により初めて明らかにしたのである。実験的にクラスターサイズが５０以上で顕著な効果があり、クラスターサイズが1000以上でさらに非常に顕著な効果があることを明らかにした。定性的には、クラスターサイズが大きくなると照射方向に非常に長くインターラクションを起こし、その結果、平坦化する効果が、クラスターサイズが５０及び1000付近で著しく増大するメカニズムがあるものと考えられる。
また、表Ｃを参照すると、クラスターサイズを変化させたときのコンポジット材料の平坦化効果は、コンポジット材料の種類にはよらないことがわかる。これは、上述のようにガスクラスターが材料表面に衝突して反跳する現象によっているからであって、どのような材料であったとしても、その材料の突起先端を研磨・エッチングしていくからである。この実験結果からさらにわかることは、本発明により得られる固体表面の平坦化効果は本質的に材料依存性がないことを示していると考えられる。即ち、異種材料粒子が分散して混在した形態でも、同じ組成の粒子であるが結晶方位や結晶性（アモルファス度）が異なるものが分散している形態でも、多層膜構造のように異種材料が分布している形態でも、本発明の効果は同様に発揮されるものである。
また、表Ｂを参照すると、これらの効果はガスクラスターイオンの加速電圧には依存しない現象であることがわかる。これは、上述のメカニズムを考慮すると、ガスクラスターイオンの加速電圧は平坦化の加工速度には大きく影響を与えるが、ガスクラスターが材料表面に衝突して反跳する現象にはあまり依存していないことが考えられる。即ち、前記加速電圧はガスクラスターイオンの運動エネルギーや速度には大きく影響を与えるが、衝突後反跳する角度には影響を与えないと考えられる。
表Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅを参照すると、本発明による固体表面の平坦化効果は、化学反応性があるSF６ガスクラスターでも、化学反応性がないArでも同様に生じており、ガスクラスターの種類には依存しないことがわかる。
表Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅを参照すると、本発明による固体表面の平坦化効果は、化学反応性があるSF６ガスクラスターでも、化学反応性がないArでも同様に生じており、ガスクラスターの種類には依存しないことがわかる。
実験Ｆの測定結果を示した図５を参照すると、コンポジット材料中の異種材料周期（多層膜の各層の膜厚、粒径など）が変化すると著しい平坦化効果が発生する照射角度θｐが変化することがわかる。異種材料周期が大きいほど、ガスクラスターイオンビーム照射角度θｐは小さくなる傾向がある。これは、上述した本発明の平坦化メカニズムを考慮すると理解しやすい現象である。
しかしながら、図５からは、前記異種材料周期と効果が発揮される照射角度θｐは単純な関係にはなく、照射角度θｐが３０°、２５°、２０°で急激に効果が発揮されることを実験的に明らかにした。つまり、コンポジット材料が異種粒子の複合体であって、その異種粒子の平均粒径あるいは多結晶の平均結晶粒径が100nm以上1μm未満の場合及びコンポジット材料が多層膜構造体であって、その各層の平均膜厚が100nm以上1μm未満の場合には、照射角度θｐを２５°以下とすることにより表面粗さを非常に小さく加工でき、前記平均粒径、平均結晶粒径あるいは平均膜厚が1μm以上の場合には、照射角度θｐを２０°以下とすることにより表面粗さを非常に小さく加工することができる。このメカニズムの詳細は明らかでないが、ガスクラスターがコンポジット材料や多結晶表面に衝突する際の高密度状態が関係しているものと推察している。
しかしながら、図５からは、前記異種材料周期と効果が発揮される照射角度θｐは単純な関係にはなく、照射角度θｐが３０°、２５°、２０°で急激に効果が発揮されることを実験的に明らかにした。つまり、コンポジット材料が異種粒子の複合体であって、その異種粒子の平均粒径あるいは多結晶の平均結晶粒径が100nm以上1μm未満の場合及びコンポジット材料が多層膜構造体であって、その各層の平均膜厚が100nm以上1μm未満の場合には、照射角度θｐを２５°以下とすることにより表面粗さを非常に小さく加工でき、前記平均粒径、平均結晶粒径あるいは平均膜厚が1μm以上の場合には、照射角度θｐを２０°以下とすることにより表面粗さを非常に小さく加工することができる。このメカニズムの詳細は明らかでないが、ガスクラスターがコンポジット材料や多結晶表面に衝突する際の高密度状態が関係しているものと推察している。
実験Ｇより、本発明の異種材料の平坦化効果は微細パターン側壁表面などにも適用できることがわかる。また、単純に２種類の材料が存在する形態でもコンポジット材料と考えて本発明の効果を発揮できることがわかる。これは、本発明の本質的なことを示している。即ち、本発明におけるコンポジット材料の平坦化効果というものは、異種の材料が少なくとも２種類存在すればよいという定義が適切であると考えられる。混在の仕方は単純に２カ所に存在していればよいのである。従って、実験Ｇのような単純に２種類の材料が存在する形態でも、従来の方法では平坦化は難しく、本発明を用いることによって初めて著しい平坦化が実現できるのである。
また、実験Ａの平坦化処理後の材料表面における損傷程度を比較してみると、従来の方法では表面から40〜50nmまでＳが侵入し、損傷しているのに対して、この発明では10nm以下しか損傷をしておらず、この発明を用いることによって固体表面の平坦化が非常に低損傷で実現できることがわかる。
この発明は照射角度θｐを３０°未満の一定値とする場合だけでなく、２段階とする場合、連続的変化の繰り返しなど各種のモードが考えられる。図１に示したこの発明による固体表面加工装置（平坦化装置）では、モード設定と照射角度θｐを設定できるようにされている。この装置は例えば図６Ａに照射角度設定機構３０の側面を、図６Ｂにその正面と制御装置４０をそれぞれ示すように、試料支持体１９は固定板３２ａ，３２ｂに支持された回転軸３１に取り付けられている。回転軸３１と固定板３２ａ間に、試料支持体１９の回転角度、つまり試料支持体１９に取り付けられた試料２０の被平坦化面に対するガスクラスターイオンビームの照射角度θｐをディジタル値として検出する角度検出部３５のエンコーダ板３５ａが取り付けられている。制御装置４０は電気回路部３５ｂ、表示部３６、設定部３７、制御部３８、駆動部３９から構成されている。角度検出部３５の電気回路部３５ｂよりの検出角度（照射角度）θｃが表示部３６の現在角度領域３６ａに表示される。
この発明は照射角度θｐを３０°未満の一定値とする場合だけでなく、２段階とする場合、連続的変化の繰り返しなど各種のモードが考えられる。図１に示したこの発明による固体表面加工装置（平坦化装置）では、モード設定と照射角度θｐを設定できるようにされている。この装置は例えば図６Ａに照射角度設定機構３０の側面を、図６Ｂにその正面と制御装置４０をそれぞれ示すように、試料支持体１９は固定板３２ａ，３２ｂに支持された回転軸３１に取り付けられている。回転軸３１と固定板３２ａ間に、試料支持体１９の回転角度、つまり試料支持体１９に取り付けられた試料２０の被平坦化面に対するガスクラスターイオンビームの照射角度θｐをディジタル値として検出する角度検出部３５のエンコーダ板３５ａが取り付けられている。制御装置４０は電気回路部３５ｂ、表示部３６、設定部３７、制御部３８、駆動部３９から構成されている。角度検出部３５の電気回路部３５ｂよりの検出角度（照射角度）θｃが表示部３６の現在角度領域３６ａに表示される。
設定部３７中のモード設定部３７ａを操作して固定モードを設定し、角度設定部３７ｂを操作して目的とする照射角度θｐを入力すると表示部３６中のモード領域３６ｂに「固定」が表示され、設定された照射角度が設定角度領域３６ｃに表示され、また制御部３８は、駆動部３９を通じてモータ３３を駆動し、現在角度θｃが設定角度θｐになるように制御する。
２段階モードを設定入力し、照射角度としてθｐ１，θｐ２を順に入力設定すると、モード領域に「２段階」が表示され、最初の設定角度θｐ１が設定角度領域３６ｃに、２回目の設定角度θｐ２が設定角度領域３６ｄにそれぞれ表示され、制御部３８により第一段階処理の際に現在角度θｃが設定角度領域３６ｃの角度θｐ１になるようにモータ３３が駆動制御される。第二段階処理の際にはθｃが設定角度領域３６ｄの角度θｐ２になるようにモータ３３が駆動制御される。
２段階モードを設定入力し、照射角度としてθｐ１，θｐ２を順に入力設定すると、モード領域に「２段階」が表示され、最初の設定角度θｐ１が設定角度領域３６ｃに、２回目の設定角度θｐ２が設定角度領域３６ｄにそれぞれ表示され、制御部３８により第一段階処理の際に現在角度θｃが設定角度領域３６ｃの角度θｐ１になるようにモータ３３が駆動制御される。第二段階処理の際にはθｃが設定角度領域３６ｄの角度θｐ２になるようにモータ３３が駆動制御される。
連続変化モードを設定入力し、角度としてθｐ１，θｐ２を順に入力設定すると、モード領域に「連続変化」が表示され、設定角度θｐ１とθｐ２が設定角度領域３６ｃと３６ｄに表示され、制御部３８により照射角度θｐがこれら２つの設定角度θｐ１とθｐ２の間を往復繰り返し、連続的に変化するようにモータ３３が制御される。
なお、設定部３７のサイズ設定部３７ｃはガスクラスターイオンビームのクラスターサイズ（平均クラスターサイズ）を入力設定するもので、この入力により制御部３８はクラスターサイズ選別機構１７を駆動制御する。
なお、設定部３７のサイズ設定部３７ｃはガスクラスターイオンビームのクラスターサイズ（平均クラスターサイズ）を入力設定するもので、この入力により制御部３８はクラスターサイズ選別機構１７を駆動制御する。
制御部３８は上述した各種表示、モータ３３などの各種駆動を、設定プログラムに基づき、ＣＰＵ（中央演算処理器）あるいはマイクロプロセッサにより実行させるものである。設定部３７はキーボードなどの入力手段である。
上述した例ではクラスターサイズを制御する方法として、永久磁石を用いた強磁界偏向方式のクラスターサイズ選別機構１７を用いており、このクラスターサイズ選別機構１７から出射される角度でクラスターサイズを制御するものとなっている。予めクラスターサイズと前記出射角度の関係を明らかにしておき、クラスターサイズの表示をする部分を作ることもできる。
なお、クラスターサイズの調整はこのようなクラスターサイズ選別機構１７を用いることなく、例えばクラスター生成室１１におけるクラスター生成時にサイズを限定することもできる。
上述した例ではクラスターサイズを制御する方法として、永久磁石を用いた強磁界偏向方式のクラスターサイズ選別機構１７を用いており、このクラスターサイズ選別機構１７から出射される角度でクラスターサイズを制御するものとなっている。予めクラスターサイズと前記出射角度の関係を明らかにしておき、クラスターサイズの表示をする部分を作ることもできる。
なお、クラスターサイズの調整はこのようなクラスターサイズ選別機構１７を用いることなく、例えばクラスター生成室１１におけるクラスター生成時にサイズを限定することもできる。
Claims (2)
- 固体試料の表面にガスクラスターイオンビームを照射して平坦に加工する方法であって、
前記固体試料として、面内でエッチングレートが一定でない材料を選択し、
平均クラスターサイズを５０以上とするガスクラスターイオンビームを生成し、
前記固体試料の表面と前記ガスクラスターイオンビームがなす照射角度を２５°以下として前記ガスクラスターイオンビームを前記固体試料の表面に照射する
ステップを含み、
前記固体試料は、平均粒径が100nm以上１μm未満の異種粒子の複合体であるコンポジット材料、又は平均結晶粒径が100nm以上１μm未満の多結晶試料、又は各層の平均膜厚が100nm以上１μm未満の多層膜試料であることを特徴とする固体試料表面の平坦化加工方法。 - 固体試料の表面にガスクラスターイオンビームを照射して平坦に加工する方法であって、
前記固体試料として、面内でエッチングレートが一定でない材料を選択し、
平均クラスターサイズを５０以上とするガスクラスターイオンビームを生成し、
前記固体試料の表面と前記ガスクラスターイオンビームがなす照射角度を２０°以下として前記ガスクラスターイオンビームを前記固体試料の表面に照射する
ステップを含み、
前記固体試料は、平均粒径が１μm以上の異種粒子の複合体であるコンポジット材料、又は平均結晶粒径が１μm以上の多結晶試料、又は各層の平均膜厚が１μm以上の多層膜試料であることを特徴とする固体試料表面の平坦化加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007516337A JP4765106B2 (ja) | 2005-05-20 | 2006-05-18 | 固体試料表面の平坦化加工方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005148282 | 2005-05-20 | ||
| JP2005148282 | 2005-05-20 | ||
| PCT/JP2006/309932 WO2006123739A1 (ja) | 2005-05-20 | 2006-05-18 | 固体表面の平坦化方法及びその装置 |
| JP2007516337A JP4765106B2 (ja) | 2005-05-20 | 2006-05-18 | 固体試料表面の平坦化加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2006123739A1 JPWO2006123739A1 (ja) | 2008-12-25 |
| JP4765106B2 true JP4765106B2 (ja) | 2011-09-07 |
Family
ID=37431311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007516337A Active JP4765106B2 (ja) | 2005-05-20 | 2006-05-18 | 固体試料表面の平坦化加工方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8178857B2 (ja) |
| EP (1) | EP1890319B1 (ja) |
| JP (1) | JP4765106B2 (ja) |
| KR (1) | KR100933332B1 (ja) |
| CN (1) | CN101176183A (ja) |
| DE (1) | DE602006020866D1 (ja) |
| WO (1) | WO2006123739A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100440450C (zh) * | 2003-09-30 | 2008-12-03 | 日本航空电子工业株式会社 | 固体表面平坦化方法及其装置 |
| US8764952B2 (en) * | 2003-09-30 | 2014-07-01 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Method for smoothing a solid surface |
| EP2037260A4 (en) * | 2006-06-13 | 2012-01-04 | Univ Kyoto | SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY METHOD AND IMAGING METHOD |
| JP5246474B2 (ja) * | 2008-02-08 | 2013-07-24 | Ｔｄｋ株式会社 | ミリング装置及びミリング方法 |
| JP5587550B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2014-09-10 | 日本航空電子工業株式会社 | 固体表面の封孔処理方法及び電子部品の製造方法 |
| KR101256221B1 (ko) * | 2010-12-30 | 2013-04-19 | 한국원자력연구원 | 이온빔을 이용한 금속소재표면의 연마방법 |
| US8512586B2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-08-20 | Tel Epion Inc. | Gas cluster ion beam etching process for achieving target etch process metrics for multiple materials |
| KR102257901B1 (ko) * | 2014-09-19 | 2021-05-31 | 삼성전자주식회사 | 반도체 검사 장비 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법 |
| JP6441702B2 (ja) * | 2015-02-03 | 2018-12-19 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | イオン源、イオンビーム装置および試料の加工方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003208703A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Hitachi Ltd | 磁気記録ヘッド及びその製造方法並び炭素保護膜形成装置 |
| JP2004118954A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Hitachi Ltd | 薄膜磁気ヘッド装置の製造方法 |
| JP2004146085A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Hitachi Ltd | ガスクラスターイオンの発生方法及びその発生装置 |
| WO2005031838A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-07 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | 固体表面の平坦化方法及びその装置 |
| JP2006156065A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Hitachi Ltd | ガスクラスターイオンビーム照射装置 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4906594A (en) * | 1987-06-12 | 1990-03-06 | Agency Of Industrial Science And Technology | Surface smoothing method and method of forming SOI substrate using the surface smoothing method |
| JPH0666305B2 (ja) | 1987-06-12 | 1994-08-24 | 工業技術院長 | Ｓｏｉ基板の形成方法 |
| US5091048A (en) * | 1990-09-17 | 1992-02-25 | National Semiconductor Corp. | Ion milling to obtain planarization |
| JPH0758089A (ja) | 1993-08-18 | 1995-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体基板の平坦化方法 |
| JP3731917B2 (ja) | 1994-09-06 | 2006-01-05 | 三洋電機株式会社 | ガスクラスターイオンビームによる固体表面の平坦化方法 |
| US5814194A (en) * | 1994-10-20 | 1998-09-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Substrate surface treatment method |
| JP3451140B2 (ja) | 1994-10-26 | 2003-09-29 | 科学技術振興事業団 | ガスクラスターイオンビームによる超精密研磨加工方法 |
| US6375790B1 (en) * | 1999-07-19 | 2002-04-23 | Epion Corporation | Adaptive GCIB for smoothing surfaces |
| JP2003521812A (ja) | 1999-12-06 | 2003-07-15 | エピオン コーポレイション | ガスクラスターイオンビーム・スムーザー装置 |
| US6331227B1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-12-18 | Epion Corporation | Enhanced etching/smoothing of dielectric surfaces |
| JP2001284252A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| US6743481B2 (en) * | 2000-06-01 | 2004-06-01 | Seagate Technology Llc | Process for production of ultrathin protective overcoats |
| US6537606B2 (en) * | 2000-07-10 | 2003-03-25 | Epion Corporation | System and method for improving thin films by gas cluster ion beam processing |
| US6646277B2 (en) * | 2000-12-26 | 2003-11-11 | Epion Corporation | Charging control and dosimetry system for gas cluster ion beam |
| JP3607265B2 (ja) | 2001-06-26 | 2005-01-05 | 松下電器産業株式会社 | 磁気抵抗素子 |
| WO2003001614A1 (fr) * | 2001-06-26 | 2003-01-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif magneto-resistif et procede de production |
| US6812147B2 (en) | 2001-10-11 | 2004-11-02 | Epion Corporation | GCIB processing to improve interconnection vias and improved interconnection via |
| KR100445105B1 (ko) | 2001-10-25 | 2004-08-21 | 주식회사 다산 씨.앤드.아이 | 가스 클러스터 이온빔을 이용한 아이.티.오 박막 표면처리시스템 및 그 방법 |
| US7064927B2 (en) * | 2002-05-13 | 2006-06-20 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Disk, method for making it free of asperities utilizing a step of exposing a surface of the disk to a gas cluster ion beam and disk drive unit for using the disk |
| TWI251117B (en) * | 2002-12-20 | 2006-03-11 | Asml Netherlands Bv | Method for cleaning a surface of a component of a lithographic projection apparatus, lithographic projection apparatus, device manufacturing method and cleaning system |
| US20040137158A1 (en) * | 2003-01-15 | 2004-07-15 | Kools Jacques Constant Stefan | Method for preparing a noble metal surface |
| JP3895281B2 (ja) | 2003-02-18 | 2007-03-22 | Ｔｄｋ株式会社 | パターン形成方法、これを用いた磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッドの製造方法、並びに、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置 |
| US8097860B2 (en) * | 2009-02-04 | 2012-01-17 | Tel Epion Inc. | Multiple nozzle gas cluster ion beam processing system and method of operating |
-
2006
- 2006-05-18 JP JP2007516337A patent/JP4765106B2/ja active Active
- 2006-05-18 KR KR1020077025213A patent/KR100933332B1/ko active IP Right Grant
- 2006-05-18 WO PCT/JP2006/309932 patent/WO2006123739A1/ja active Application Filing
- 2006-05-18 EP EP06756347A patent/EP1890319B1/en active Active
- 2006-05-18 US US11/920,362 patent/US8178857B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-05-18 CN CNA2006800167520A patent/CN101176183A/zh active Pending
- 2006-05-18 DE DE602006020866T patent/DE602006020866D1/de active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003208703A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Hitachi Ltd | 磁気記録ヘッド及びその製造方法並び炭素保護膜形成装置 |
| JP2004118954A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Hitachi Ltd | 薄膜磁気ヘッド装置の製造方法 |
| JP2004146085A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Hitachi Ltd | ガスクラスターイオンの発生方法及びその発生装置 |
| WO2005031838A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-07 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | 固体表面の平坦化方法及びその装置 |
| JP2006156065A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Hitachi Ltd | ガスクラスターイオンビーム照射装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8178857B2 (en) | 2012-05-15 |
| EP1890319A4 (en) | 2008-12-31 |
| JPWO2006123739A1 (ja) | 2008-12-25 |
| WO2006123739A1 (ja) | 2006-11-23 |
| US20080315128A1 (en) | 2008-12-25 |
| CN101176183A (zh) | 2008-05-07 |
| DE602006020866D1 (de) | 2011-05-05 |
| EP1890319A1 (en) | 2008-02-20 |
| EP1890319B1 (en) | 2011-03-23 |
| KR100933332B1 (ko) | 2009-12-22 |
| KR20070120565A (ko) | 2007-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4765106B2 (ja) | 固体試料表面の平坦化加工方法 | |
| JP5667586B2 (ja) | ガスクラスターイオンビームによる固体表面の平坦化方法、固体表面平坦化装置および生産方法 | |
| JP3994111B2 (ja) | 固体表面の平坦化方法及びその装置 | |
| JP3816484B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US7470329B2 (en) | Method and system for nanoscale plasma processing of objects | |
| US20100096263A1 (en) | Solid surface smoothing apparatus | |
| KR100445105B1 (ko) | 가스 클러스터 이온빔을 이용한 아이.티.오 박막 표면처리시스템 및 그 방법 | |
| US9029808B2 (en) | Low contamination scanner for GCIB system | |
| US8791430B2 (en) | Scanner for GCIB system | |
| Ono et al. | RF-plasma-assisted fast atom beam etching | |
| US9502209B2 (en) | Multi-step location specific process for substrate edge profile correction for GCIB system | |
| JP2006156065A (ja) | ガスクラスターイオンビーム照射装置 | |
| TWI592975B (zh) | 使用帶電粒子束處理基板的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100921 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110125 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110323 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110506 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20110523 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110523 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20110523 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4765106 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140624 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |