(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被酸化物の表面状態を計測し、除去するために形成すべき酸化部位の分布を算出する工程と、
算出された形成すべき酸化部位の分布に基づき前記被酸化物の表面に酸化部位を形成する酸化工程と、
前記酸化部位を除去する除去工程とを含み、
前記酸化工程において、前記被酸化物表面と前記表面上に配置された電極との間で酸素ラジカルを含むプラズマを生成し、前記酸素ラジカルによって前記被酸化物表面の酸化を行うことを含む、精密加工法。
【請求項２】
前記被酸化物表面と前記表面上に配置された電極との間で酸素ラジカルを含むプラズマを生成するために、前記電極を前記被酸化物表面から所定の間隔をあけて配置する、請求項１に記載の精密加工方法。
【請求項３】
前記被酸化物表面の所望の箇所において、前記酸素ラジカルが前記所望の箇所に作用する時間を制御しながら前記酸化部位を形成する請求項１又は２に記載の精密加工法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の精密加工法を行うための精密加工装置であって、
被酸化物の表面上に配置され、前記被酸化表面との間で酸素ラジカルを含むプラズマを発生させるための電極を備えるプラズマ発生源を含む、精密加工装置。
【請求項５】
前記被酸化物の表面状態を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された前記被酸化物の表面状態から前記所望の厚み分布を決定する決定手段とを更に含む請求項４記載の精密加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工形状の制御を容易に行うことができる精密加工法及び精密加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エッチング法により基板等の被加工物を加工する方法が知られている。例えば、非特許文献１には、ＣＦ4やＳＦ6等のフッ素系ガスを用いたプラズマエッチングによる加工法が開示されている。
【非特許文献１】「超微細化工の基礎」、麻蒔立男、日刊工業新聞社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記プラズマエッチングでは、フッ素系ガスを使用しているため環境負荷が大きくなる上、加工量の精密な制御が困難なため、被加工物を所望の形状に加工するのが困難となる可能性がある。【０００４】
本発明は、加工形状の制御を容易に行うことができる精密加工法及び精密加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の精密加工法は、被酸化物の表面に所望の厚み分布で酸化部位を形成する酸化工程と、前記酸化部位を除去する除去工程とを含む精密加工法である。【０００６】
本発明の精密加工装置は、被酸化物の表面に所望の厚み分布で酸化部位を形成する酸化手段を含む精密加工装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の精密加工法及び精密加工装置によれば、酸化部位の厚みを計測しながら所望の厚みまで酸化を行うことにより、加工量（除去量）を精密に制御できる。よって、加工形状の制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】Ａ〜Ｃは、本発明の第１実施形態に係る精密加工法を説明するための工程別断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る精密加工法の変形例を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る精密加工装置の構成図である。
【図４】Ａ〜Ｅは、本発明の第２実施形態に係る精密加工装置を用いた加工形状の制御方法を説明するための工程別斜視図である。
【図５】被酸化物の酸化時間とその酸化量（最大酸化厚み）との関係を示すグラフである。
【図６】回転電極の滞在時間と加工量との関係を示すグラフである。
【図７】加工面の表面粗さを評価したグラフである。
【図８】加工前後のＳＯＩ層の厚みのバラツキを示すグラフである。
【符号の説明】
【０００９】
１０  被酸化物
１０ａ  表面
１１  酸素ラジカル生成源
１２  酸化部位
１２ａ  中央部
１２ｂ  周辺部
１３  酸素ラジカル
１５  酸素ラジカル生成源
２０  精密加工装置
２１  ＸＹテーブル
２２  プラズマ発生源
２３  分光エリプソメータ
２４  ＣＰＵ
２５  回転軸
２６  回転駆動部
１０１ａ  中央部
１０２ａ  周辺部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の精密加工法は、被酸化物の表面に所望の厚み分布で酸化部位を形成する酸化工程と、上記酸化部位を除去する除去工程とを含む。【００１１】
本発明で使用される被酸化物（即ち被加工物）は、その加工箇所が酸化でき、酸化部位のみを除去できる材料からなるものであれば特に限定されないが、例えば、シリコン、シリコンカーバイド等が挙げられる。これらの材料は、半導体素子用基板やＸ線集光用ミラー等に用いられており、極めて精密な加工が必要とされている。被酸化物の加工箇所の厚みは、例えば数ｎｍ〜数百ｎｍ程度であればよい。なお、被酸化物の加工箇所の表面には、自然酸化膜が形成されていてもよい。例えば、その酸化膜の厚みが、加工箇所の厚み（除去する厚み）よりも薄ければ支障はない。【００１２】
本発明の精密加工法は、酸化工程で形成した酸化部位を除去工程で除去することにより、被酸化物を加工する。よって、例えば酸化工程において酸化部位の厚みを計測しながら所望の厚みまで酸化を行うことにより、加工量（除去量）を精密に制御できる。これにより、加工形状の制御を容易に行うことができるため、例えばナノメートルオーダーの精度で加工を行うことも可能となる。また、被酸化物の加工面の表面粗さを小さくする（平坦化する）ことも可能となる。【００１３】
また、従来のプラズマエッチングで使用されるフッ素系ガスを必要としないため、環境負荷を低減でき、加工コストも低減できる。また、従来のプラズマエッチングでは、ＳｉＦ４などの反応生成物が発生するため、加工装置内の雰囲気が汚染されたり、加工装置が腐食されたりする可能性があった。そのため、上記反応生成物の除去を行う必要があり、加工プロセスが複雑化するおそれがあった。本発明の精密加工法では、フッ素系ガスを必要としないため、上記反応生成物が発生するおそれはない。よって、加工プロセスの簡易化が可能となる。さらに、本発明の精密加工法では、除去工程で除去することによって加工面が露出するため、加工面の汚染を防ぐことができる。【００１４】
本発明の精密加工法において、酸化部位を形成する手段（酸化手段）は特に限定されないが、例えばプラズマ発生源、紫外線発生源、レーザー発生源等の酸素ラジカル生成源が使用できる。上記列挙された酸素ラジカル生成源を使用する場合は、例えば、酸素を含む雰囲気下で上記酸素ラジカル生成源を使用すればよい。酸化部位を除去する手段（除去手段）についても特に限定されず、酸化部位の構成材料により適宜選択すればよいが、例えば酸化部位が酸化ケイ素からなる場合は、フッ酸を用いて洗浄する洗浄装置などが使用できる。【００１５】
上記酸化手段が酸素ラジカル生成源である場合は、被酸化物表面の所望の箇所において、酸素ラジカル生成源によって生成する酸素ラジカルが上記所望の箇所に作用する時間（例えば酸素ラジカル生成源の滞在時間）を制御しながら酸化部位を形成してもよい。上記所望の箇所の酸化部位の厚みを容易に制御できるため、加工形状の制御をより一層容易に行うことができるからである。【００１６】
また、上記酸化手段として、被酸化物表面において所望の酸素ラジカル分布で酸素ラジカルを生成する酸素ラジカル生成源を使用してもよい。これによっても酸化部位の厚みを容易に制御できるため、加工形状の制御をより一層容易に行うことができる。【００１７】
本発明の精密加工法は、酸化工程の前に、被酸化物の表面状態を計測し、その結果に基づいて上記所望の厚み分布を決定する工程を更に含んでいてもよい。被酸化物の表面状態に応じて加工量を調整できるため、加工形状の制御をより一層容易に行うことができるからである。【００１８】
次に、本発明の精密加工装置について説明する。なお、本発明の精密加工装置は、上述した本発明の精密加工法に使用する好適な装置である。よって、上述と重複する説明については省略する場合がある。【００１９】
本発明の精密加工装置は、被酸化物の表面に所望の厚み分布で酸化部位を形成する酸化手段を含む。本発明の精密加工装置では、例えば上記酸化手段で酸化部位を形成する際に、この酸化部位の厚みを計測することができる。即ち、加工量を測定しながら形成した上記酸化部位を除去手段で除去することにより、加工形状の制御を容易に行うことができる。これにより、例えばナノメートルオーダーの精度で加工を行うことも可能となる。なお、本発明の精密加工装置は、酸化部位の除去手段を含んでいてもよいし、本発明の精密加工装置を使用する際に、上記除去手段を別途用意してもよい。【００２０】
本発明の精密加工装置は、被酸化物の表面状態を計測する計測手段と、この計測手段により計測された上記被酸化物の表面状態から上記所望の厚み分布を決定する決定手段とを更に含んでいてもよい。被酸化物の表面状態に応じて加工量を調整できるため、加工形状の制御をより一層容易に行うことができるからである。【００２１】
上記計測手段は特に限定されないが、例えば、分光エリプソメータ等の光学系を用いた計測器が使用できる。また、上記決定手段についても特に限定されないが、例えば、上記計測手段により計測されたデータに基づいて上記所望の厚み分布を算出する中央演算処理装置（ＣＰＵ）等の演算装置が使用できる。【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。【００２３】
（第１実施形態）
図１Ａ〜Ｃは、本発明の第１実施形態に係る精密加工法を説明するための工程別断面図である。まず、図１Ａに示す被酸化物１０（例えばシリコンウエハ等）を用意する。【００２４】
次に、図１Ｂに示すように、酸素ラジカル生成源１１（例えばプラズマ発生源等）を用いて被酸化物１０の表面１０ａ（図１Ａ参照）を酸化する。この際、被酸化物１０の表面１０ａに所望の厚み分布で酸化部位１２を形成する。本実施形態では、被酸化物１０の表面１０ａの所望の箇所において、酸素ラジカル生成源１１によって生成する酸素ラジカル１３が上記所望の箇所に作用する時間を制御しながら酸化部位１２を形成している。例えば図１Ｂに示す例では、酸化部位１２の中央部１２ａが、その周辺部１２ｂよりも厚くなるように制御している。即ち、被酸化物１０の表面１０ａの中央部１０１ａに作用する時間を、被酸化物１０の表面１０ａの周辺部１０２ａに作用する時間よりも長くしている。なお、酸化部位１２は酸素が取り込まれているため、酸化前の厚みよりも通常厚くなる。【００２５】
そして、例えばフッ酸等により酸化部位１２を除去することによって、図１Ｃに示すように、中央部が周辺部より凹んだ被酸化物１０が得られる。【００２６】
本実施形態では、例えば図１Ｂに示す工程において酸化部位１２の厚みを計測することにより、加工量（除去量）を測定しながら被酸化物１０を加工できる。これにより、被酸化物１０の加工形状の制御を容易に行うことができるため、例えばナノメートルオーダーの精度で加工を行うことも可能となる。【００２７】
以上、本発明の第１実施形態に係る精密加工法について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、図１Ｂに示す工程において、図２に示すような酸素ラジカル生成源１５を用いてもよい。図２に示す酸素ラジカル生成源１５は、被酸化物１０の表面１０ａ（図１Ａ参照）において所望の酸素ラジカル分布で酸素ラジカル１３を生成する酸素ラジカル生成源である。図２に示す例では、被酸化物１０の表面１０ａの中央部１０１ａに作用する酸素ラジカル１３の量が、被酸化物１０の表面１０ａの周辺部１０２ａに作用するする酸素ラジカル１３の量より多くなるように制御している。これにより、被酸化物１０を図１Ｃと同様の形状に加工することができる。【００２８】
また、本発明の精密加工法は、図１Ｂに示す工程の前に、被酸化物１０の表面１０ａの状態（例えば形状等）を計測し、その結果に基づいて上述した所望の厚み分布を決定する工程を更に含んでいてもよい。被酸化物１０の表面１０ａの状態に応じて加工量を調整できるため、被酸化物１０の加工形状の制御をより一層容易に行うことができるからである。【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る精密加工装置について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る精密加工装置の構成図である。【００３０】
図３に示すように、精密加工装置２０は、被酸化物１０を載置するＸＹテーブル２１と、被酸化物１０の表面上に酸素ラジカル１３を発生させて、所望の厚み分布で酸化部位を形成するプラズマ発生源２２と、被酸化物１０の表面状態を計測する分光エリプソメータ２３と、分光エリプソメータ２３により計測された上記被酸化物１０の表面状態から上記所望の厚み分布を決定して、その厚み分布に基づいてプラズマ発生源２２のプラズマ発生量を制御するＣＰＵ２４とを含む。精密加工装置２０を用いると、例えばプラズマ発生源２２で酸化部位を形成する際に、分光エリプソメータ２３を用いて上記酸化部位の厚みを計測することにより、加工量を測定しながら被酸化物１０を加工できる。これにより、加工形状の制御を容易に行うことができるため、例えばナノメートルオーダーの精度で加工を行うことも可能となる。また、ＣＰＵ２４を含むため、被酸化物１０の表面状態に応じて加工量を調整できる。これにより、被酸化物１０の加工形状の制御をより一層容易に行うことができる。【００３１】
また、精密加工装置２０では、プラズマ発生源２２が回転軸２５に固定されており、回転軸２５を駆動する回転駆動部２６によりプラズマ発生源２２を回転させることができる。これにより、プラズマ発生源２２と被酸化物１０との間の雰囲気の換気が速やかに行われるため、例えば、被酸化物１０における酸化部位を形成する箇所へ酸素を速やかに供給することができる。【００３２】
続いて、精密加工装置２０を用いた加工形状の制御方法の一例としてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のシリコン層（ＳＯＩ層）を均一化する方法について、図３及び図４Ａ〜Ｅを参照しながら説明する。【００３３】
まず、分光エリプソメータ２３を用いて被酸化物１０の表面状態（本例の場合、ＳＯＩ層の厚さ分布）を計測する。この計測結果が例えば図４Ａ（被酸化物１０の加工箇所の斜視図）の場合、図４Ａの各箇所の形状（厚さ）から目標形状である図４Ｂの各箇所の形状（厚さ）をＣＰＵ２４により引き算して、図４Ｃに示す加工量（除去量）の分布が算出される。そして、図４Ｃの加工量に、酸素が取り込まれることによる厚みの増加分をＣＰＵ２４により足し算して、図４Ｄに示す酸化部位の厚み分布が得られる。さらに、この厚み分布からプラズマ発生源２２の送り速度Ｖの分布（図４Ｅ）をＣＰＵ２４により算出して、この送り速度Ｖの分布に基づき酸化部位を形成する。なお、図４Ｄに示す酸化部位の厚み分布からプラズマ発生源２２の送り速度Ｖの分布（図４Ｅ）を算出する際は、後述する実施例で示すように、予めプラズマ発生源２２の送り速度Ｖと被酸化物１０の酸化量との相関関係を数値化しておけばよい。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。【００３５】
（実験１）
上述した図３に示す精密加工装置を使用して、被酸化物の酸化時間とその酸化量との関係について検討した。被酸化物には２００ｍｍφのシリコンウエハ（信越半導体製）を使用し、プラズマ発生源にはアルミナを約１５０μｍ溶射したアルミニウムからなる回転電極（２００ｍｍφ）を使用した。装置内（チャンバー内）のガス組成は、ヘリウム：酸素＝９８：２とした。また、回転電極の周速度は１０．４ｍ／ｓｅｃ（１０００ｒｐｍ）とし、投入電力は７５０Ｗとした。この条件で、シリコンウエハと回転電極との間隔を５００μｍとし、酸化時間を１分、５分及び６０分に設定して、酸化部位の最大厚み（最大酸化厚み）を分光エリプソメータ（ＳＯＰＲＡ社製、ＧＥＳ−５）で測定した。結果を図５に示す。【００３６】
図５に示すように、本条件では酸化時間が５分を過ぎたあたりから、酸化速度が低下した。これは、シリコンウエハにおける酸化部位を形成する箇所への酸素の供給が追いつかなくなったためと思われる。この時間領域では、酸化部位の厚みを制御するのが困難と思われるため、本条件では、酸化時間が５分までの間であれば酸化部位の厚み制御が容易であることがわかった。【００３７】
（実験２）
シリコンウエハ上における回転電極の送り速度を３０ｍｍ／ｍｉｎ、５０ｍｍ／ｍｉｎ、１００ｍｍ／ｍｉｎ及び５００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、その他の条件を上記実験１と同様にしてシリコンウエハ上に酸化部位を形成し、これをフッ酸で除去した後、その加工量（加工厚み）を分光エリプソメータで測定した。結果を図６に示す。なお、図６のグラフにおいて、横軸の滞在時間は送り速度の逆数とした。【００３８】
図６に示すように、滞在時間と加工量とに線形性の相関関係が見出された。また、加工量はいずれも数ｎｍであった。この結果から、本発明によればナノメートルオーダーの精度で加工を行うことが可能であることが示された。【００３９】
（実験３）
シリコンウエハ上における回転電極の送り速度を１０ｍｍ／ｍｉｎ、５０ｍｍ／ｍｉｎ、１００ｍｍ／ｍｉｎ及、５００ｍｍ／ｍｉｎ及び１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、その他の条件を上記実験１と同様にしてシリコンウエハ上に酸化部位を形成し、これをフッ酸で除去した後、その加工面の表面粗さを原子間力顕微鏡（セイコーインスツル製  ＳＰＡ４００／ＳＰＩ３８００Ｎ）で評価した。結果を図７に示す。【００４０】
図７に示すように、本条件では、特に１０〜３０ｎｍの空間波長のうねりを低減できることが分かった。【００４１】
（実験４）
被酸化物に１８０ｍｍφのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ（ＳＯＩＴＥＣ社製、商品名ＵＮＩＢＯＮＤウエハ）を使用し、図４Ａ〜Ｅに示した加工形状の制御方法を用いてＳＯＩウエハを加工した。回転電極の滞在時間以外の条件は、上記実験１と同様とした。なお、使用したＳＯＩウエハは、埋め込み酸化膜層の厚みが約４００ｎｍ、ＳＯＩ層の厚みが約２００ｎｍであった。また、回転電極の走査間隔（回転電極の送り方向に直交する方向への移動ピッチ）は、１ｍｍとした。加工前後におけるＳＯＩ層の厚みを分光エリプソメータによって測定した結果を図８に示す。なお、図８に示すグラフの横軸は、ＳＯＩウエハの外縁の任意点を基準点とし、その基準点からＳＯＩウエハの直径を引いたときに、基準点から上記直径上の各点までの距離を表わす。【００４２】
図８に示すように、加工前（グラフの破線）は、ＳＯＩ層の厚みが２０４．０±２．０ｎｍであったが、加工後（グラフの実線）は、ＳＯＩ層の厚みが１９２．６±０．１ｎｍとなった。この結果から、本発明によればＳＯＩ層の均一化が可能であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば半導体素子用基板の精密加工に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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