技术领域
[0001] 本
发明涉及表面处理方法以及表面处理装置。
背景技术
[0002] 多个
原子等凝聚在一起而产生的气体团簇表现出特殊的物理化学性能，正在被研究利用于广大的领域。即，由气体团簇形成的团簇离子束适于在以往困难的从固体表面至数纳米的深度的区域进行
离子注入、表面加工、
薄膜形成的过程。
[0003] 在这样的气体团簇产生装置中，能够接受加压气体的供应，从而产生原子数为数100～数1000的气体团簇。由于这样产生的气体团簇在
基板等的表面的平坦化方面可发挥显著的效果，因此进行了各种研究。
[0005]
专利文献1：日本专利文献特开2008-227283号
公报。
发明内容
[0006] 发明所要解决的问题
[0007] 然而，微细化以及高精细化的要求存在更进一步提高的倾向，随之基板等的表面也被要求更进一步地平坦化。例如，当使用
氧或六氟化硫(SF6)的气体团簇来进行了基板等的表面的平坦化时，通过氧等的气体团簇得到的平坦性存在界限，因此难以得到期望的平坦性。另外，当基板等由硬(硬度高的)的材料形成时，通过CMP(Chemical MechanicalPolishing化学机械
抛光)而被平坦化的基板的表面被形成
研磨瑕疵，但是要去除这样的研磨瑕疵并进一步平坦化是很难做到的。
[0008] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够以极高的平坦性使基板等的表面平坦化的表面处理方法以及表面处理装置。
[0009] 用于解决问题的手段
[0010] 本发明的特征在于包括以下工序：第一处理工序，产生不包含氮的原料的
气体团簇离子束，并将其照射到被处理部件；以及第二处理工序，产生氮的气体团簇离子束，并将其照射到所述被处理部件。
[0011] 另外，本发明的特征在于，所述被处理部件通过CMP进行了平坦化处理。
[0012] 另外，本发明的特征在于，不包含所述氮的原料包含氩、氧、二氧化
碳、
水、六氟化硫、三氟化氮、氙中的一种或两种以上的材料。
[0013] 另外，本发明的特征在于，所述第二处理工序中的气体团簇不包含所述第一处理工序中的原料的气体团簇。
[0014] 另外，本发明的特征在于，所述被处理部件包含碳化
硅、硅、
石英、玻璃、氧化
铝、蓝
宝石、氮化镓、砷化镓、类钻碳、碳化
硼、
多晶金刚石中的一种或两种以上的材料。
[0015] 另外，本发明的特征在于，包括第三处理工序，所述第三处理工序在所述第二处理工序之后以比所述第二处理工序中的
加速电压低的加速电压对所述氮的气体团簇进行加速，并将其照射到所述被处理部件。
[0016] 另外，本发明的特征在于，包括第三处理工序，所述第三处理工序在所述第二处理工序之后将比所述第二处理工序中的气体团簇大的气体团簇照射到所述被处理部件。
[0017] 另外，本发明的特征在于包括：
喷嘴，用于生成气体团簇；原料气体供应部，向所述喷嘴供应作为所述气体团簇的原料的气体；以及控制部，选择地控制从所述原料气体供应部供应的气体，所述原料气体供应部包括供应不包含氮的原料的第一气体供应源以及供应氮的第二气体供应源，向被处理部件照射所述气体团簇。
[0018] 发明的效果
[0019] 根据本发明，能够提供可以使基板等的表面的平坦性以极高的
精度平坦化的表面处理方法以及表面处理装置。
附图说明
[0020] 图1是第一实施方式中的表面处理装置的构成图；
[0021] 图2是第一实施方式中的表面处理方法的
流程图；
[0022] 图3的(a)和(b)是说明第一实施方式中的表面处理方法的AFM像(1)；
[0023] 图4的(a)和(b)是说明第一实施方式中的表面处理方法的AFM像(2)；
[0024] 图5的(a)和(b)是说明第一实施方式中的表面处理方法的AFM像(3)；
[0025] 图6是气体团簇中的衰减常数特性图；
[0026] 图7是第二实施方式中的表面处理方法的流程图；
[0027] 图8的(a)和(b)是说明第二实施方式中的表面处理方法的AFM像。
具体实施方式
[0028] 以下，对用于实施本发明的方式进行说明。
[0029] 〔第一实施方式〕
[0030] (表面处理装置)
[0031] 首先，对用于本实施方式中的基板处理方法的表面处理装置进行说明。该基板处理装置是气体团簇离子束照射装置，并且是能够向基板等的表面照射气体团簇束的装置。
[0032] 图1表示气体团簇束照射装置的构成。该气体团簇束照射装置10包括喷嘴腔室20、源腔室30以及主腔室40。在喷嘴腔室20中设置有用于生成气体团簇的喷嘴21，并且具有用于挑选所生成的气体团簇的分离器22。另外，喷嘴21与气体供应部23连接，从该气体供应部23向喷嘴21供应用于生成气体团簇的源气体。气体供应部23设置有多个气体供应源，以能够供应多个源气体。具体地说，如图所示，设置有装入了作为原料的气体的
气缸等第一气体供应源24以及第二气体供应源25，通过设置在气体供应部23内的
阀26，能够将第一气体供应源24中的气体或第二气体供应源25中的气体的任一种向阀21供应预定量。在本实施方式中，例如，第一气体供应源24使用了用于供应氩气的氩气缸，第二气体供应源25使用了用于供应氮气的氮气缸。另外，控制部27与气体供应部23连接，通过控制部27的控制而从第一气体供应源24或第二气体供应源25供应源气体。
[0033] 在喷嘴21中生成的气体团簇在分离器22中被挑选而导入到源腔室30中。在源腔室30中设置有用于使气体团簇
离子化的离子化部31，气体团簇在离子化部31中被离子化，被离子化后的气体团簇在加速部32中被加速。
[0034] 之后，被加速并被离子化后的气体团簇在设置于主腔室40内的
电极部41中被挑选为预定的大小的气体团簇等，并被照射到进行表面处理的基板等被处理部件50。
[0035] 另外，在本实施方式的气体团簇束照射装置中，被加压为数个气压的源气体被供应给喷嘴21，从喷嘴21向
真空状态的喷嘴腔室20内以超音速喷出源气体，从而源气体由于绝
热膨胀而被急剧地冷却，通过非常弱的原子间或分子间的结合而形成气体团簇。
[0036] (表面处理方法)
[0037] 接着，基于图2来说明本实施方式中的表面处理方法。在本实施方式中，对使用SiC(碳化硅)基板作为被处理部件50、对该SiC基板的表面进行平坦化处理的情况进行说明。然而，SiC作为比氧化铝等硬、硬度仅次于金刚石、碳化硼的材料而公知，并且是难以以高精度对表面进行平坦化的材料的一种。
[0038] 首先，在步骤102(S102)中，作为机械的平坦化处理，通过CMP对SiC基板的表面进行平坦化。由此，SiC基板的表面用肉眼看来能够成为平坦的状态。但是，在SiC基板的表面上形成有多个肉眼无法识别的微细的研磨瑕疵。仅通过CMP等研磨方法无法避免在SiC等硬的材料中形成这样的研磨瑕疵。
[0039] 图3的(a)和(b)是通过CMP进行了平坦化处理后的SiC基板的表面的AFM(Atomic Force Microscope：原子
力显微镜)像。另外，
原子力显微镜(AFM)是指“根据其顶端带有探针的悬臂的弯曲或者其共振
频率的偏差来读取在探针和表面间的原子尺度区域发挥作用的力的大小”(从“岩波理化学事典”岩波书店、“扫描型探针显微镜”一栏摘录)。图3的(a)是立体图，图3的(b)是上表面图。如图3所示，形成有多个研磨瑕疵(以图3的(b)中的箭头表示很粗的研磨瑕疵)。在该状态下的10μm
角的区域的表面粗糙度中，Rms是3.34nm，Ra是2.53nm。因此，通过CMP的研磨形成的SiC基板的表面的平坦性不具有高精度的平坦性。
[0040] 接着，在步骤104(S104)中，作为第一平坦化处理，向SiC基板的表面照射氩(Ar)的气体团簇。即，向通过CMP平坦化的SiC基板的表面照射氩的气体团簇。图4的(a)和(b)表示照射了氩的团簇之后的SiC基板的表面的AFM像。图4的(a)表示10μm角的区域，图4的(b)表示1μm角的区域。如图4的(a)和(b)所示，通过照射氩的气体团簇，能够去除通过基于CMP的机械的平坦化处理而形成的研磨瑕疵，能够使SiC基板的表面平坦化。另外，在该状态下的10μm角的区域的表面粗糙度中，RMS是2.20nm，Ra是1.67nm，在1μm角的区域的表面粗糙度中，Rms是2.23nm，Ra是1.70nm。
[0041] 接着，在步骤106(S106)中，作为第二平坦化处理，向SiC基板的表面照射氮的气体团簇。图5的(a)和(b)表示照射了氮的团簇之后的SiC基板的表面的AFM像。图5的(a)表示10μm角的区域，图5的(b)表示1μm角的区域。如图5的(a)和(b)所示，通过照射氮的气体团簇，与照射了Ar的气体团簇之后的状态相比能够进一步使SiC基板的表面平坦化。另外，在该状态下的10μm角的区域的表面粗糙度中，Rms是1.10nm，Ra是0.79nm，在1μm角的区域的表面粗糙度中，Rms是0.58nm，Ra是0.46nm。
[0042] 这样，在进行了基于CMP的机械的平坦化处理之后，通过Ar等的气体团簇进行第一平坦化处理，通过氮的气体团簇进行第二平坦化处理，从而与仅使用Ar等的气体团簇对SiC基板的表面进行平坦化处理的情况相比，能够更进一步地使SiC基板的表面平坦化。另外，也可以仅通过氮的气体团簇进行平坦化，但是为了平坦化需要很多时间，因此不实用。
[0043] 在本实施方式的表面处理方法中，对SiC基板的表面在第一平坦化处理工序中使用Ar等的气体团簇进行平坦化，之后在第二平坦化处理工序中使用氮等的气体团簇进行平坦化。这是由于，Ar等的气体团簇的平坦化处理适于去除通过基于CMP的研磨而形成的瑕疵等较粗的平坦化处理，氮等的气体团簇的平坦化处理适于比较微细的平坦化处理。
[0044] 基于图6来说明上述情况。图6表示每一个原子的
能量和衰减常数的关系，并表示各个气体团簇的破坏的难易度。另外，Va30表示加速电压是30kV，Va20表示加速电压是20kV，Va10表示加速电压是10kV。如该图所示，氮的气体团簇与Ar的气体团簇相比其衰减常数高，容易被破坏，当气体团簇与SiC等基板的表面碰撞时，可以认为气体团簇被破坏掉。因此，当氮的气体团簇与SiC等基板的表面碰撞时，可以考虑以较弱的能量碰撞，因此可以认为能够更顺畅地进行基板等的表面的平坦化。
[0045] 另一方面，当为氩的气体团簇时，氩的气体团簇较难被破坏，因此当氩的气体团簇与SiC等基板的表面碰撞时，可以考虑以较强的能量碰撞。因此，虽然能够去除基于CMP等的研磨瑕疵，但是通过氩的气体团簇进行平坦化的平坦性存在一定的界限。
[0046] 因此，在通过氩的气体团簇进行了平坦化之后，通过氮的气体团簇进行平坦化，从而能够去除基于CMP等的研磨瑕疵，能够更进一步地使基板等的表面平坦化。
[0047] 这样，当通过气体团簇进行基板等的表面的表面处理时，可以认为所使用的气体团簇的衰减常数与通过气体团簇进行平坦化的表面的平坦性之间存在相关关系，可以认为气体团簇的衰减常数越高，越能够提高基板等的表面的平坦性。
[0048] 因此，首先，通过衰减常数低的原料的气体团簇进行基板等的表面的表面处理，接着通过衰减常数高的原料的气体团簇进行基板等的表面处理，从而能够更进一步提高基板等的表面的平坦性。
[0049] 作为具有与氩的团簇相同的衰减常数的团簇有氧(O2)的气体团簇，作为衰减常数比氩的气体团簇低的团簇有二氧化碳(CO2)的气体团簇。
[0050] 另外，氮的气体团簇是在实用的气体团簇中衰减常数最低的气体团簇之一。因此，当通过气体团簇在多个工序中进行平坦化时，优选最后通过氮的气体团簇进行平坦化。
[0051] 另外，在本实施方式的表面处理方法中，作为进行第一平坦化处理而优选的材料，除了氩、氧、二氧化碳以外还可以列举出水(H2O)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、氙(Xe)等。
[0052] 另外，作为进行第二平坦化处理的原料优选氮，尤其优选不包含用于第一平坦化处理的原料的原料。
[0053] 另外，作为被进行表面处理的基板等的材料，除了SiC以外还可以列举出硅、石英、玻璃、氧化铝、蓝宝石、氮化镓、砷化镓、类钻碳、碳化硼、多晶金刚石等，尤其适于硬的材料的平坦化。
[0054] 另外，被执行本实施方式中的表面处理方法的被处理部件50不限于基板等，包括表面的平坦化所需要的全部的部材。
[0055] 〔第二实施方式〕
[0056] 接着，对第二实施方式进行说明。本实施方式是能够比第一实施方式中的表面处理方法进一步提高平坦性的表面处理方法。基于图7对本实施方式进行说明。
[0057] 首先，在步骤202(S202)中，作为机械的平坦化处理，通过CMP使SiC基板的表面平坦化。由此，SiC基板的表面能够成为用肉眼看来平坦的状态，但是在SiC基板的表面上形成有多个肉眼无法识别的微细的研磨瑕疵。
[0058] 接着，在步骤204(S204)中，作为第一平坦化处理，向SiC基板的表面照射氩的气体团簇。即，向通过CMP而被平坦化的SiC基板的表面照射氩的气体团簇。通过照射氩的气体团簇，能够去除通过CMP中的机械的平坦化处理而形成的研磨瑕疵，SiC基板的表面被平坦化。
[0059] 接着，在步骤206(S206)中，作为第二平坦化处理，向SiC基板的表面照射氮的气体团簇。通过照射氮的气体团簇，与照射了Ar的气体团簇之后的状态相比，能够使SiC基板的表面进一步平坦化。另外，第二处理工序中的氮的团簇的加速电压是20kV。
[0060] 接着，在步骤208(S208)中，作为第三平坦化处理，在比第二平坦化处理的加速电压低的10kV的加速电压下照射氮的气体团簇。由此，与第二平坦化处理相比，能够使SiC基板的表面更进一步平坦化。具体地说，当进行气体团簇的平坦化处理时，通过降低加速电压，能够降低气体团簇的能量，能够降低气体团簇与SiC基板碰撞时的能量。通过使用这样的气体团簇使SiC基板的表面平坦化，能够使SiC基板的表面进一步平坦化。
[0061] 基于图8来说明上述的第二平坦化处理以及第三平坦化处理。在图8的(a)(b)中，均是在进行了氩的平坦化处理之后通过氮的气体团簇进行平坦化处理。图8的(a)是氮的团簇的加速电压以20kV进行平坦化处理时的SiC基板的表面的AFM像，图8的(b)是氮的团簇的加速电压以10kV进行平坦化处理时的SiC基板的表面的AFM像。如图8的(a)和(b)所示，在使用相同的原料生成气体团簇的情况下通过降低加速电压，能够更进一步提高SiC基板表面的平坦性。因此，可以认为通过进行第二平坦化处理、之后进行第三平坦化处理，能够使SiC基板的表面更进一步平坦化。
[0062] 另外，也能够得到以下的见解：在相同的加速电压的气体团簇中，团簇越大，越能够提高表面的平坦性。因此，可以认为：在第二平坦化处理工序中使用小的氮的气体团簇进行了平坦化之后，在第三平坦化处理工序中使用大的氮的气体团簇进行平坦化，能够进一步提高被处理部件的表面的平坦性。
[0063] 以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是上述内容不限定发明的内容。
