JP2017168789A - 平坦化方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの側面のラインエッジラフネスを低減させる。【解決手段】基板２上に列状に延長されたパターン３１の側面６２ａに形成された微視的な凹凸を選択的に除去する平坦化方法であって、基板２を載置する載置工程と、活性種となった場合に前記凹凸を形成する素材に基づき前記凹凸と選択的に反応する反応性ガスを導入する導入工程と、凹凸に近接場光を発生しうる波長の光を、偏光素子を介して前記基板に照射する照射工程と、前記光の照射により前記凹凸の局所領域に発生した近接場光に基づく非共鳴過程を経て、前記反応性ガスを解離させて前記活性種を生成させる活性種生成工程と、生成された前記活性種により、前記凹凸を選択的に除去する除去工程とを有し、前記照射工程では、前記光の電場成分の振動方向が、パターン３１の延長方向に対して略平行となるように、前記光を偏光させる。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、フォトリソグラフィやドライエッチングを行う際に、シリコンウェハ等の基板表面に残存する、フォトレジスト等よりなる不要なナノ構造を選択的に除去するための近接場光を用いた平坦化方法及び平坦化システムに関する。

近年、半導体デバイスの微細化、高集積化に伴って、高度に微細化、多層化された薄膜構造を製造する技術が要求されている。このように、微細化、多層化された薄膜構造を製造する方法として、フォトリソグラフィやドライエッチングが用いられている（特許文献１参照）。

フォトリソグラフィやドライエッチング等を用いて電子デバイスの配線形成や微細構造の加工を行う場合、一般的に、基板上にはフォトレジストや金属薄膜等、複数の異種材料からなる薄層が形成される。こうした基板およびその表面に薄層が形成された構造体を、以下基板積層体と称する。このような基板積層体の加工が進むに従い、異種材料からなる薄層は必要に応じて基板上から除去され、基板上には必要なパターンのみが残される。

しかし、加工を行う基板上に微細な塵等が付着して、この塵により不必要な層の除去が十分に行われない場合等に、本来除去されるはずであった薄層が、数ｎｍのサイズ（ナノオーダ）の凹凸として基板表面上に僅かに残存してしまうことがある。こうして基板上に残存したナノオーダの凹凸を除去するために、更にドライエッチングを行うと、残すべきパターン等の構造部分までもエッチングしてしまう恐れがあった。

このため、従来において提案されている物理的な研磨による表面平坦化方法以外の方法によって平坦化を施すことを可能とする提案が望まれていた。そこで、塩素系ガス雰囲気内に基板を配置し、その塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を基板表面に照射することによって、当該基板表面の凹凸に近接場光を発生させ、発生させた近接場光に基づき、塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、当該生成された活性種により当該基板表面の凹凸を選択的にエッチングする表面平坦化方法が提案されている（特許文献２参照）。

更にこれらの近接場光を利用した表面平坦化方法において、エッチング速度を制御する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３の開示技術によれば、光の電場成分の振動方向Ｅを、図１１に示すように凹凸のパターン７１の方向Ｒに対して垂直となるように偏光させることにより、凹凸のエッチング速度を制御するものである。

特開平０８−０３１８２７号公報 特開２００９−１６７０３０号公報 特開２０１５−１６２５１８号公報

しかしながら、上述した特許文献３の開示技術によれば、図１１に示すように凹凸のパターン７１の方向Ｒに向けて延長されている側面７１ａに微視的な凹凸７２が生じてしまい、荒れてしまうラインエッジラフネスが大きくなってしまう。特にこのパターン７１を残しつつ、その幅を狭小化させてスリムにするためのエッチングを行いたい場合において、そのパターン７１の側面の仕上がり状態は、製品の品質を大きく左右する。このため、パターン７１の側面のラインエッジラフネスを低減させることが可能な近接場光による平坦化方法が従来より望まれていた。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、パターンの側面のラインエッジラフネスを低減させることが可能な近接場光による平坦化方法及びシステムを提案することにある。

本願請求項１に係る発明は、基板上に列状に延長されたパターンの側面に形成された微視的な凹凸を選択的に除去する平坦化方法であって、チャンバ内に前記基板を載置する載置工程と、前記チャンバ内に、活性種となった場合に前記凹凸を形成する素材に基づき前記凹凸と選択的に反応する反応性ガスを導入する導入工程と、前記凹凸に近接場光を発生しうる波長の光を、偏光素子を介して前記基板に照射する照射工程と、前記光の照射により前記凹凸の局所領域に発生した近接場光に基づく非共鳴過程を経て、前記反応性ガスを解離させて前記活性種を生成させる活性種生成工程と、生成された前記活性種により、前記凹凸を選択的に除去する除去工程とを有し、前記照射工程では、前記光の電場成分の振動方向が、前記パターンの延長方向に対して略平行となるように、前記光を偏光させることを特徴とする。

本願請求項５に係る発明は、 表面に列状に延長されたパターンが存在する基板を設置するためのチャンバと、活性種となった場合に前記パターンの側面に形成された微視的な凹凸を形成する素材に基づき前記凹凸と選択的に反応する反応性ガスを前記チャンバ内に導入する導入装置と、前記凹凸に近接場光を発生しうる波長の光を前記基板に照射する光源と、前記光源と前記基板との間に配置され、前記光の電場成分の振動方向が、前記パターンの延長方向に対して略平行となるように、前記光源からの光を偏光する偏光素子とを備えることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、電場の振動方向がパターンの長手方向に対してほぼ平行となる偏光の光を照射することとなる。かかる場合において磁場の振動方向は、パターンの長手方向に対してほぼ垂直となる。磁場の強度分布は、パターンの幅方向に向けて段部の両端部付近に２つのピークが現れるような分布となる。このような近接場光の発生傾向は、磁場の強度分布に同様に依存することとなる。即ち磁場の強度分布が局所的に急激に変化する領域において近接場光が多く発生し、磁場の強度分布が緩やかに変化する領域には、あまり近接場光は発生しない。近接場光は、段部の幅方向Ｘにおける両端部付近を中心に多く発生し、段部の幅方向Ｘにおける中央付近においてはあまり多く発生しない。その結果、段部の幅方向Ｘの両端に近接場光を集中して発生させることができ、当該領域においてエッチングを集中して進めることができる。その結果、パターンの側面のラインエッジラフネスを低減させることが可能となる。

本発明を適用した平坦化処理システムを示す図である。 本発明を適用した平坦化処理システムによる処理前における基板表面に形成された列状のパターンの図である。 チャンバ内に導入された酸素ガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係図である。 本発明を適用した基板の平坦化方法について説明するための図である。 非断熱過程を説明するための、原子同士の結合をバネで置き換えたモデルを示す図である。 （ａ）は、電場の振動方向がパターンの長手方向に対してほぼ垂直となる偏光の光を照射した場合の図であり、（ｂ）は、電場の振動方向がパターンの長手方向に対してほぼ平行となる偏光の光を照射した場合の図である。 比較例に係る基板のエッチング後のＡＦＭ像である。 比較例に係る基板のエッチング後の測定結果を示す図である。 本発明例に係る基板のエッチング後のＡＦＭ像である。 本発明例に係る基板のエッチング後の測定結果を示すである。 比較例について、段部のＸ方向の幅に関して統計を取った結果を示す図である。 本発明例について、段部のＸ方向の幅に関して統計を取った結果を示す図である。 エッチング時間Ｔに対する段部のＸ方向の幅の減少率の平均値（％）と、その段部のＸ方向の幅の標準偏差を示す図である。 エッチングのメカニズムを説明する図である。 従来技術の問題点について説明するための図である。

図１は、本発明を適用した基板の平坦化方法を実現するための平坦化処理システム１である。

この平坦化処理システム１は、基板２に形成されたパターンの側面を平坦化するものであって、チャンバ１１内に、ステージ１３を配設して構成され、またこのチャンバ１１内の気体は、ポンプ１６を介して吸引可能とされ、更に圧力センサ１７によりチャンバ１１内の圧力を検出し、これに基づいてバタフライバルブ１８を自動的に開閉することにより内圧の自動制御を実現可能としている。また、このチャンバ１１に対して原料ガスを供給するための供給管２３が接続され、その流量が流量調整部９５を介してコントロールされる。また、このチャンバ１１における少なくとも一の面には、窓１５が形成され、チャンバ１１の外側から光がこの窓１５を通過してチャンバ１１内へと入射されることになる。

またチャンバ１１外には、近接場光エッチングを行うための光Ｌ１をチャンバ１１内に供給する光源１２と、光源１２からの光を偏光するための偏光素子２４が設けられている。駆動装置２６は、偏光素子２４を駆動し、光源１２からの光の偏光方向を制御する。この平坦化処理システム１では、光源１２からの光の偏光方向を制御することでエッチング速度を制御することが可能となり、またエッチングさせる領域を局所的に変更することも可能となる。

ステージ１３は、基板２を載置するための図示しない載置部や、基板２を加熱するための図示しない加熱機構等が設けられていてもよく、これらを制御することにより、基板２を原料ガスに基づいて平坦化処理を施す際において反応速度をコントロールすることが可能となる。なお、ステージ１３は、基板２の位置を高精度に調整するための図示しない高精度ステージ機構等が設けられていてもよい。

チャンバ１１内に対して供給管２３を介して供給される原料ガスとしては、例えば酸素ガスと不活性ガスとを混合してなる混合ガスである。この混合ガスは、所定の圧力となるように調整された上で随時供給される。酸素ガスは、パターンの側面に形成された微視的な凹凸を有する基板をナノオーダまで平坦化させるためにチャンバ１１内に導入されるものである。なお、酸素ガスの代わりに塩素系ガスを用いることもできる。塩素系ガスとしては、例えば、Ｃｌ₂（塩素）、ＢＣｌ₃（三塩化ホウ素）、ＣＣｌ₄（四塩化炭素）等を用いることができる。また、不活性ガスとしては、例えば、Ｎ₂，Ｈｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等の何れか一種または二種以上を用いることができる。なお、これら原料ガスの供給量は、供給管２３に設けられた流量調整部９５を介して制御可能とされている。

窓１５は、ガラスやプラスチック材料で構成されているが、これらに限定されるものではなく、入射される光のうち、所定の波長以上の光のみ透過させ、それ以外の波長の光を反射させる光学フィルタであってもよい。また、この窓１５は、所定の波長のみを選択的に透過させるバンドパスフィルタで構成されていてもよい。窓１５を光学フィルタで構成する場合には、ガラス等のような基板材料に光を吸収可能なＣｄＳ等の半導体微粒子を分散させ、当該半導体微粒子による光の吸収を通じて透過する光の波長選択性を持たせるようにしてもよい。

光源１２は、図示しない駆動電源による制御に基づき、所定の波長を有する光を射出するものである。この光源１２からは、以下に詳細に説明するように、原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光Ｌ１が射出される。この光源１２は、例えば、レーザーダイオード等によって具体化される。光源１２から出射された光Ｌ１は、偏光素子２４を介して偏光され、レンズ２５によりそのスポット径が調整され、基板２の表面に照射される。偏光素子２４を介することにより、光Ｌ１は偏光（例えば、円偏光、直線偏光や楕円偏光）した状態で基板２の表面に照射される。偏光素子２４により光Ｌ１を変更することで基板２上に形成された凹凸をエッチングすることが可能となる。なお、偏光によるエッチング速度の制御については、実施例において詳細に説明する。

本発明を適用した平坦化処理システム１による処理対象としての基板２は、例えば、ガラス、プラスチック、シリコンウェハ（Ｓｉ）、ダイヤモンド、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）等の素材表面に、酸化膜、フォトレジスト、金属薄膜等、１または複数の薄膜が形成されて形成された積層体であり、微細な凹凸等が形成されている。

このような基板２は、平坦化処理システム１による処理前において、図２に示すように表面に列状のパターン３１が存在する。パターン３１のピッチが数ｎｍから数十μｍまでのオーダまで様々であるが、本発明では、数ｎｍから数十μｍまでのピッチで構成されているパターン３１をエッチングすることが可能である。以下、このパターン３１は、基板２の表面に形成された平面部６１及びリブ状に上方に段部６２が形成されている。パターン３１は、平面部６１並びに段部６２が、長手方向が図中Ｙ方向となるように延長されている。段部６２の断面形状は図２の下段に示すように、ほぼ四角形状となるように予め加工されている。このパターン３１における段部６２の側面６２ａには、図２に示す拡大図に示すように微視的な凹凸が形成されている。この段部６２の側面６２ａに形成された微視的な凹凸は、凹部４１と凸部４２とを有している。

次に、上述した構成からなる平坦化処理システム１により、実際にパターン３１における段部６２の側面６２ａを平坦化させるプロセスについて説明をする。

先ず、表面処理を施すべき基板２をステージ１３上に載置する。そしてチャンバ１１内を密閉状態に保持し、所定圧力、所定温度に制御する。次に、供給管２３を介してチャンバ１１内に原料ガスを供給する。因みに以下では、原料ガスとして吸収端波長２４０ｎｍの酸素ガスを使用する場合を例にとる。その結果、この基板２は、原料ガスとしての酸素ガス雰囲気中において配置されている状態を作り出すことが可能となる。

次に光源１２から光Ｌ１を出射する。

図３は、チャンバ１１内に導入された酸素ガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について示している。通常、チャンバ１１内に導入された酸素ガスのガス分子に対して、基底準位と励起準位とのエネルギー差Ｅａ以上の光エネルギーをもつ光、即ち、ガス分子の吸収端波長よりも短波長からなる光（以下、この光を共鳴光という。）を照射すると、このガス分子は、励起準位へ直接励起される。この励起準位は、解離エネルギーＥｂを超えているため、矢印で示される方向へガス分子を光解離させて塩素ラジカルが生成される。これは、伝搬光を使った通常の光解離のメカニズムに基づくものであるが、伝搬光の電場強度が分子サイズの空間内において均一な分布であるため、ガス分子を構成する原子核や電子のうち軽い電子のみが光に対して反応するものの、原子核間距離を変化させることができない。即ち、伝搬光による光解離過程は断熱近似となることから、基底状態から解離軌道へ遷移させるためには、励起準位軌道のポテンシャルエネルギーよりも高い光エネルギーを持つ光を照射する必要がある。ちなみに、酸素ガスの吸収端波長以上の非共鳴光を伝搬光として照射した場合、ガス分子は励起準位へ励起されない。非共鳴光は、図４における光エネルギーＳ１、Ｓ２等のように励起準位軌道のポテンシャルエネルギーよりも低いため、伝搬光を単に照射させたのみでは、ガス分子を光解離させて活性種としてのラジカルを生成させることはできない。

これに対して本発明では、酸素ガスの吸収端波長よりも長波長の光（以下、この光を非共鳴光という。）を利用するが、段部６２の側面６２ａの凹凸を平坦化するためのエッチングを行う上で、窓１５を透過してきた非共鳴光としての伝搬光を直接的に利用するものではなく、この照射された伝搬光に基づいて基板２の局所領域に発生させた近接場光に基づいて、側面６２ａの凹凸をエッチングする。

ここでいう近接場光とは、約１μｍ以下の大きさからなる物体の表面に伝搬光を照射した場合に、その物体の表面にまとわりついて局在する非伝搬光のことをいう。この近接場光は、非常に強い電場成分を有しているが、物体の表面から遠ざかるにつれてその電場成分が急激に減少する性質をもっている。この非常に強い電場成分が見られる物体表面からの厚みは、その物体の寸法に依存しており、その物体の寸法と同程度の厚みからなる。

近接場光の電場強度は、局所領域においても急激に減少するという特質を有する。このため、この近接場光を酸素ガスの分子と反応させた場合において、その電場は分子にとって不均一な空間分布となり、酸素ガス分子中の原子核も、かかる近接場光の電場勾配により引力を受けることになる。即ち、近接場光をガス分子と反応させることにより、当該ガス分子を構成する比較的軽い電子のみならず、原子核をも近接場光に対して応答させることができる。その結果、近接場光により、原子核間距離を周期的に変化させることが可能となり、分子の振動準位への直接的な励起を生じさせる、いわゆる非断熱反応を起こさせることが可能となる。

酸素ガスの吸収端波長よりも長波長の非共鳴光を近接場光としてガス分子に反応させた場合には、かかる非断熱反応により、ガス分子をラジカルへと解離させることが可能となる。この非断熱反応は、図３に示すような過程Ｔ１〜Ｔ３に分類することができる。過程Ｔ１は、ガス分子が複数の分子振動準位を介して励起され（多段階遷移）、その結果、励起準位にまで励起された後に、活性種等に解離される過程のことをいう。また、過程Ｔ２は、ガス分子の解離エネルギーＥｂ以上の光エネルギーをもつ光を照射した場合に、ガス分子が解離エネルギーＥｂ以上のエネルギー準位の分子振動準位にまで励起され、その結果、活性種等に直接的に解離される過程のことをいう。また、過程Ｔ３は、ガス分子のＥｂ以下の光エネルギーを持つ光を照射した場合に、ガス分子が複数の分子軌道準位を介して多段階遷移し、Ｅａ未満Ｅｂ以上のエネルギー準位まで励起された後に、活性種等に解離される過程のことをいう。

このように、非共鳴光を近接場光としてガス分子と反応させた場合に、非断熱反応における過程Ｔ１〜Ｔ３により、当該ガス分子を分子振動準位にまで直接的に遷移させることが可能となる。

ここで伝搬光としての光Ｌ１を基板２に照射することにより、近接場光が発生する角部とは、図４（ａ）に示すように凸部４２の先端に相当する先鋭化部分４３である。この先鋭化部分４３において近接場光が選択的に発生すると、当該発生した近接場光により原料ガス分子５１が解離されてラジカル５２が生成される。このラジカル５２は、近接場光が発生した先鋭化部分４３近傍のみにおいて選択的に生成される。そして、この生成されたラジカル５２は、これに最も近接する先鋭化部分４３のみと選択的に反応することになる。その結果、図４（ｂ）に示すように、先鋭化部分４３がラジカル５２の活性によりエッチングされることになる。そして先鋭化部分４３がエッチングされると、この凸部４２において更に先鋭化部分４３’が形成されるが、これに対しても近接場光が選択的に発生し、原料ガス分子５１を解離させてラジカル５２を先鋭化部分４３’近傍において選択的に形成されることができる。その結果、この先鋭化部分４３’は、ラジカル５２と反応することによりエッチングされ、凸部４２が平坦化されることとなる。

また、近接場光が発生する角部は、かかる先鋭化部分のみならず、凹部４１、凸部４２を構成するいかなる角部分をも含む。凹部４１もここでいう角部に含まれ、図２（ａ）に示すように近接場光が発生し、この発生した近接場光に基づいて発生させたラジカル５２により当該凹部４１が平坦化されることになる。

上述のような非断熱過程は、図５に示すように、原子同士の結合をバネで置き換えたモデルで考えることができる。一般に伝搬光の波長は分子の寸法に比べると遥かに大きいため、分子レベルでは空間的には一様な電場とみなせる。その結果、図５(a)に示すように、バネで隣り合う電子は同振幅、同位相で振動させられる。原子核は重いため、この電子の振動には追従できず、伝搬光では分子振動は極めて起こりにくい。このように伝搬光では、分子振動が電子の励起過程に関わることを無視することができるため、この過程を断熱過程という（T. Kawazoe、 K. Kobayashi、 S. Takubo、 and M. Ohtsu、 J. Chem. Phys.、 Vol.122、 No.2、January 2005、 pp.024715 1-5参照。）。

一方、近接場光の空間的な電場勾配は非常に急峻に低下する。このため近接場光では隣り合う電子に異なる振動を与えることになり、図５(b)に示すように、この異なる電子の振動により重い原子核も振動させられる。近接場光が分子振動を起こすことは、エネルギーが分子振動の形態を取ることに相当するため、近接場光では、振動準位を介した励起過程（非断熱過程）が可能となる。このように原子核の振動準位を介した励起過程は、通常の光学応答である断熱過程に対し、原子核が応答し動くため、非断熱過程という。

上述したように、基板２の局所領域における近接場光の発生と、原料ガス分子５１の解離によるラジカル活性、先鋭化部分４３の反応が繰り返し実行されることにより、最終的には図４（ｃ）に示すように、角部をエッチングすることにより側面６２ａを平坦化させ、表面粗さを低減させることが可能となる。

このように、本発明を適用した基板の平坦化方法では、特に基板２における先鋭化部分４３を初めとした局所的な部分において近接場光を発生させ、かかる近接場光による非断熱反応に基づいて当該部分のみについて原料ガス分子５１を選択的に解離させ、生成したラジカル５２に基づいて角部を選択的にエッチングすることが可能となる。特に、この近接場光は、１ｎｍオーダの角部であっても選択的に発生させることができることから、平坦化処理そのものをナノオーダで実現することができる。このため、本発明では、従来の基板の研磨方法と比較して、ナノオーダの光の回折限界以下のピッチで凹凸を無くすことにより、段部６２の側面６２ａをより平坦化させることが可能となる。

また、本発明では、偏光素子２４により光源１２からの光を偏光させた後、基板２の表面に照射している。特に、電場の振動方向Ｅがパターン３１の長手方向Ｙに対してほぼ平行となるように光源１２からの光を偏光した場合には、以下のメカニズムによりパターン３１における段部６２の側面６２ａを中心にエッチングを行うことができ、エッチング速度を向上させることができ、しかも効率的にこれを実行することができる。

図６（ａ）は、電場の振動方向Ｅがパターン３１の長手方向Ｙに対してほぼ垂直となる偏光の光を照射した場合の例である。かかる場合において磁場の振動方向Ｈは、パターン３１の長手方向Ｙに対してほぼ平行となる。断面図で見た場合、磁場の振動方向Ｈは紙面奥行方向となる。かかる場合において磁場の強度分布は、パターン３１の幅方向Ｘに向けて段部６２の中央付近にピークが現れるような分布となる。このような近接場光の発生傾向は、磁場の強度分布に依存する。即ち磁場の強度分布が局所的に急激に変化する領域において近接場光が多く発生し、磁場の強度分布が緩やかに変化する領域には、あまり近接場光は発生しない。近接場光は、段部６２の幅方向Ｘにおける中央付近を中心に多く発生し、段部６２の幅方向Ｘにおける両端においてはあまり多く発生しない。その結果、段部６２の幅方向Ｘの両端に近接場光があまり発生しないことで、当該領域においてエッチングを集中して進めることができない。

図６（ｂ）は、電場の振動方向Ｅがパターン３１の長手方向Ｙに対してほぼ平行となる偏光の光を照射した場合の例である。かかる場合において磁場の振動方向Ｈは、パターン３１の長手方向Ｙに対してほぼ垂直となる。かかる場合において磁場の強度分布は、パターン３１の幅方向Ｘに向けて段部６２の両端部付近に２つのピークが現れるような分布となる。このような近接場光の発生傾向は、磁場の強度分布に同様に依存することとなる。即ち磁場の強度分布が局所的に急激に変化する領域において近接場光が多く発生し、磁場の強度分布が緩やかに変化する領域には、あまり近接場光は発生しない。近接場光は、段部６２の幅方向Ｘにおける両端部付近を中心に多く発生し、段部６２の幅方向Ｘにおける中央付近においてはあまり多く発生しない。その結果、段部６２の幅方向Ｘの両端に近接場光を集中して発生させることができ、当該領域においてエッチングを集中して進めることができる。

その結果、この図６（ｂ）における段部６２の側面６２ａに形成された凹部４１、凸部４２からなる微視的な凹凸が図４（ａ）〜図４（ｃ）を利用して説明したメカニズムに基づいてエッチングされていくこととなり、ひいては、このような凹凸が平坦化される結果、図６（ｂ）の矢印方向に向けて段部６２の幅が削られていくこととなる。

次に、実施例について説明する。この実施例では、平面部６１と段部６２が一方向に連続して存在する、いわゆるストライプ（縞模様）のパターン３１を基板上に形成し、平坦化処理システム１を用いてエッチングを１８０分間行った。偏光素子２４には光を直線偏光するものを用い、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となるように光源１２からの光を偏光した場合（比較例）と、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して平行となるように光源１２からの光を偏光した場合（本発明例）とにより、エッチングを行った。

次に、この実施例での条件を以下に示す。この実施例において基板の材質は、ＺｒＯ₂、原料ガスは酸素、圧力は大気圧、光の波長は、３２５ｎｍとしている。またエッチング時間は１８０分としている。

なお、光源１２からの光の偏光方向以外の条件は、比較例、と本発明例とで同じである。

初めに比較例、本発明例のエッチング結果を図７及び図８に示す。図７は、比較例に係る基板のエッチング後のＡＦＭ像である。なお、図７には、偏光後の光の電場の振動方向Ｅを図示した。図８は、比較例に係る基板のエッチング後の測定結果を示す図である。図８の縦軸は、パターン３１の基板表面からの高さであり、横軸は、原点（基板左下）からのＸ軸方向の距離である。また、図８の破線は、エッチング前の平面部６１並びに段部６２の形状を示し、実線は、エッチング後の平面部６１並びに段部６２の形状を示している。

次に本発明例のエッチング結果を図９及び図１０に示す。図９は、本発明例に係る基板のエッチング後のＡＦＭ像である。なお、図９には、偏光後の光の電場の振動方向Ｅを図示した。図１０は、本発明例に係る基板のエッチング後の測定結果を示す図である。図１０の縦軸は、パターン３１の基板表面からの高さであり、横軸は、基板原点からのＸ軸方向の距離である。また、図１０の破線は、エッチング前の平面部６１並びに段部６２の形状を示し、実線は、エッチング後の平面部６１並びに段部６２の形状を示している。

図８に示すように、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となるように光源１２からの光を偏光した場合、パターン３１の高さが約８０nｍから約５０nｍまで減少した。つまり、１８０分間でパターン３１が約３０nｍエッチングされたことを意味する。また、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となる場合には、図６に示すように磁場の強度分布は、パターン３１の幅方向Ｘに向けて段部６２の中央付近にピークが現れるような分布となるため、当該中央付近に近接場光が多く発生して深くエッチングされていることが分かる。また図８の実線に示されるようにちょうどパターン３１の幅方向Ｘに向けて段部６２の中央付近に僅かに凹みが形成されていることからも磁場の強度分布のピーク位置に応じて近接場光が多く発生して深くエッチングされたことが示唆されている。

一方、図１０に示すように、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して平行となるように光源１２からの光を偏光した場合、パターン３１の高さがほとんど減少していないことがわかる。

図１１は、比較例について、段部６２のＸ方向の幅に関して統計を取った結果であり、図１２は本発明例について、段部６２のＸ方向の幅に関して統計を取った結果である。何れの場合においても、エッチング時間Ｔが、０分、６０分、１８０分について、段部６２のＸ方向の幅は得られたＡＦＭ像より計測し、その頻度に関する統計を取っている。図１１、１２ともに横軸は段部６２のＸ方向の幅であり、縦軸は頻度である。この統計解析の結果、本発明例は、エッチング時間Ｔの経過に応じて段部６２のＸ方向の幅に関して分散が小さくなってくるのに対し、比較例は、エッチング時間Ｔの経過に応じて分散が小さくならない傾向が示されていた。

図１３は、エッチング時間Ｔに対する段部６２のＸ方向の幅の減少率の平均値（％）と、その段部６２のＸ方向の幅の標準偏差を示している。横軸がエッチング時間Ｔ、縦軸がＸ方向の幅の減少率の平均値（％）と標準偏差σである。

本発明例は、エッチング時間Ｔが６０分である場合には、段部６２の幅の減少率が、比較例より顕著に大きくなるが、１８０分後においては、本発明例、比較例間において殆ど大差無かった。また、段部６２の幅の標準偏差は、本発明例の方が比較例よりも小さくなることでばらつきが小さくなっていることが示されていた。

また、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となる場合には、図６（ｂ）に示すように磁場の強度分布は、パターン３１の幅方向Ｘに向けて段部６２の端部付近にピークが現れるような分布となり、図１０の実線に示されるようにちょうどパターン３１の幅方向Ｘに向けて段部６２の端部付近に僅かに２つの凹みが形成されていることからも磁場の強度分布のピーク位置に応じて近接場光が多く発生して深くエッチングされたことが示唆されている。

また、図１０に示すように、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して平行となる場合には、エッチングされた後の段部６２の側面６２ａが非常に滑らかになっているのに対して、図８に示すように電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となる場合には、エッチングされた後の段部６２の側面６２ａが粗くなっているのが分かる。 次に、図１４を参照して、電場の振動方向Ｅがパターン３１に対して垂直となるように光源１２からの光を偏光した場合にエッチング速度が高くなる理由について考察する。電場の振動方向Ｅがパターン３１に対して垂直となるように光源１２からの光を偏光した場合、電場の振動に伴い、パターン３１間で電子ｅの移動が生じる。このためパターン３１に対して平行（図１４では、紙面に対して垂直方向）に交流磁場Ｂが生じる。そして、このパターン３１に対して平行な交流磁場Ｂが、原料ガスの解離を促進するためエッチング速度が高くなると考えられる。

特に電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して平行となる場合には、図１４におけるパターン３１の平面図において、側面６２ａから側方に突出された凸部４２に対してはちょうどこの図１０に示すように電場の振動方向Ｅは垂直となるため、エッチング速度が速くなり、当該凸部４２の平坦化を促進させることが可能となる。

なお、本発明においては、当初は電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となるように光源１２からの光を偏光させることにより、エッチングの深さを深くし、その後、電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して平行となるように光源１２からの光を偏光させることにより、段部６２の側面６２ａに形成された凹部４１、凸部４２からなる微視的な凹凸を平坦化させるようにしてもよい。また、その後更に電場の振動方向Ｅがパターン３１の方向Ｙに対して垂直となるように光源１２からの光を偏光させることにより、エッチングの深さを深くするようにしてもよい。即ち、目的に応じてこの電場の振動方向Ｅをパターン３１の方向Ｙに対して平行から垂直に、又は垂直から平行に順次切り替えるようにしてもよい。

１ 平坦化処理システム
２ 基板
１１ チャンバ
１２ 光源
１３ ステージ
１５ 窓
１６ ポンプ
１７ 圧力センサ
１８ バタフライバルブ
２３ 供給管
２４ 偏光素子
２５ レンズ
２６ 駆動装置
３１ パターン
４１ 凹部
４２ 凸部
４３ 先鋭化部分
５１ 原料ガス分子
５２ ラジカル
６１ 平面部
６２ 段部
６２ａ 側面
７１ パターン
７２ 凹凸
９５ 流量調整部

Claims (9)

1. 基板上に列状に延長されたパターンの側面に形成された微視的な凹凸を選択的に除去する平坦化方法であって、
   チャンバ内に前記基板を載置する載置工程と、
   前記チャンバ内に、活性種となった場合に前記凹凸を形成する素材に基づき前記凹凸と選択的に反応する反応性ガスを導入する導入工程と、
   前記凹凸に近接場光を発生しうる波長の光を、偏光素子を介して前記基板に照射する照射工程と、
   前記光の照射により前記凹凸の局所領域に発生した近接場光に基づく非共鳴過程を経て、前記反応性ガスを解離させて前記活性種を生成させる活性種生成工程と、
   生成された前記活性種により、前記凹凸を選択的に除去する除去工程とを有し、
   前記照射工程では、前記光の電場成分の振動方向が、前記パターンの延長方向に対して略平行となるように、前記光を偏光させることを特徴とする平坦化方法。
2. 前記反応性ガスが酸素又はハロゲン系ガスよりなることを特徴とする請求項１記載の平坦化方法。
3. 前記照射工程では、更に前記光の電場成分の振動方向を前記パターンの延長方向に対して略垂直となるように前記光を偏光させることを順次切り替えること
   を特徴とする請求項１又は２記載の平坦化方法。
4. 前記照射工程では、前記偏光の光を照射ことにより発生した磁場の強度分布がより急激に変化する領域は、当該強度分布が緩やかに変化する領域よりも近接場光をより多く発生させること
   を特徴とする請求項１又は２記載の平坦化方法。
5. 表面に列状に延長されたパターンが存在する基板を設置するためのチャンバと、
   活性種となった場合に前記パターンの側面に形成された微視的な凹凸を形成する素材に基づき前記凹凸と選択的に反応する反応性ガスを前記チャンバ内に導入する導入装置と、
   前記凹凸に近接場光を発生しうる波長の光を前記基板に照射する光源と、
   前記光源と前記基板との間に配置され、前記光の電場成分の振動方向が、前記パターンの延長方向に対して略平行となるように、前記光源からの光を偏光する偏光素子と、
   を備えることを特徴とする平坦化システム。
6. 前記偏光素子を駆動して前記偏光の方向を制御する駆動装置を更に備えることを特徴とする請求項５記載の平坦化システム。
7. 前記反応性ガスが酸素又はハロゲン系ガスよりなることを特徴とする請求項５または６記載の平坦化システム。
8. 前記偏光素子では、更に前記光の電場成分の振動方向を前記パターンの延長方向に対して略垂直となるように前記光を偏光させることを順次切り替えること
   を特徴とする請求項５〜７のうち何れか１項記載の平坦化システム。
9. 前記偏光素子により光を偏光することにより、前記偏光の光を照射ことにより発生した磁場の強度分布がより急激に変化する領域に、当該強度分布が緩やかに変化する領域よりも近接場光をより多く発生させること
   を特徴とする請求項５〜７のうち何れか１項記載の平坦化システム。