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KR20080017290A - 드라이에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드 및 그 제조방법 - Google Patents

드라이에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20080017290A
KR20080017290A KR1020077003716A KR20077003716A KR20080017290A KR 20080017290 A KR20080017290 A KR 20080017290A KR 1020077003716 A KR1020077003716 A KR 1020077003716A KR 20077003716 A KR20077003716 A KR 20077003716A KR 20080017290 A KR20080017290 A KR 20080017290A
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KR
South Korea
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gas
etching
gas containing
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chlorine
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KR1020077003716A
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English (en)
Inventor
히데오 나카가와
마사루 사사고
도모야스 무라카미
Original Assignee
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

WC기판(7)에 대해, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마(50)에 의해 에칭을 실시한다.

Description

드라이에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드 및 그 제조방법{DRY ETCHING METHOD, METHOD FOR FORMING FINE STRUCTURE, MOLD AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 텅스텐(W) 및 탄소(C)를 함유하는 물질을 미세 가공하는 기술, 그리고 텅스텐(W) 및 탄소(C)를 함유하는 물질을 구성요소로 하는 몰드, 및 그 형성방법에 관한 것이며, 더 나아가 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금(hard metal)을 형성재료로 하여, 미세한 패턴형상을 갖는 성형금형을 적합하게 제조하는 방법에 관한 것이다.
근래, 인터넷의 보급에 따라, 고속통신 기반(infrastructure)으로서 광 통신시스템의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 고속 통신시스템을 일반가정으로 도입시켜, 더욱 보급시키기 위해서는, 광 통신시스템을 구성하는 광회로부품의 저가격을 실현하는 기술이 필요하다.
광회로부품의 주 구성요소인 광 도파로는, 일반적으로 반도체프로세스로 대표되는 리소그래피기술과 드라이에칭기술을 이용하여 유리기판 상에 원하는 홈 패턴을 형성함으로써 제작할 수 있다. 그런데, 이 방법으로는 고가의 제조장치가 필요하므로, 광 도파로 부품의 저 원가화가 어렵다는 문제가 있다. 이를 위해, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 원하는 요철구조가 형성된 몰드(이른바, 금형)를 유리로 된 연화재료 표면에 압착시킴으로써, 유리표면 상에 원하는 광 도파로 등을 형성하는 방법이 주목되고 있다. 이 방법에 의하면, 몰드만 있으면 원하는 광 도파로의 대량생산이 가능해져, 광회로부품을 저가로 제공할 수 있다. 그러나, 이 유리형성방법은 고온고압상태에서 실시하는 것이 필요하므로, 몰드에는 내열성, 강성(rigidity) 및 내구성이 요구된다. 이 조건을 만족시키는 재료로서, 초경금속인 텅스텐(W)과 탄소(C)를 주성분으로 하는 WC합금이 있다.
WC합금 표면에 미세한 패턴을 형성하는 방법으로는, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 다이아몬드 바이트에 의한 절삭가공법이 있지만, 당해 가공법에 의해 몰드 상에 형성할 수 있는 요철의 치수는 수㎛ 이상이며, 또 당해 가공법은 가공 균일성에도 한계가 있다. 다이아몬드 바이트에 의한 절삭가공으로 실현 가능한 요철 치수의 범위만이 아닌, 1㎛ 이하 요철 치수의 가공을 실현하는 방법으로서, 리소그래피기술과 드라이에칭기술을 이용하는 미세 가공기술이 효과적이다. 이 방법에서는, 미소요철의 형성이 가능할 뿐만 아니라, 가공 편차가 적으며, 다이아몬드 바이트에 의한 절삭 가공법보다 저 원가로 몰드를 제조할 수 있다는 이점이 있다.
WC합금의 드라이에칭기술로서, 특허문헌 2에는, CF4 또는 SF6에 의해 WC합금을 드라이에칭 할 수 있음이 개시되어 있다.
이하, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면서, 종래의 드라이에칭방법에 대해 설명한다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 감압상태에서 압력을 유지하는 것이 가능 한 반응실(101)에는, 가스공급구(102)가 형성됨과 동시에 가스배기구(103)가 형성된다. 또, 반응실(101)의 상부에는, 가스공급구(102)로부터 공급된 가스를 플라즈마상태로 하는 플라즈마 발생장치(104)가 배치된다. 또한, 반응실(101)의 하부에는 피처리물, 구체적으로는 WC합금기판 또는 WC합금을 표면에 구비한 기판(이하, 종합하여 WC기판이라 칭함)(107)의 설치대가 되는 전극(106)이 절연체(105)를 개재하여 형성된다. 반응실(101)의 외부에는, 전극(106)에 바이어스를 인가하기 위한 RF(Radio Frequency)전원(108)이 배치된다.
다음에, 에칭가스로서 CF4를 이용한 경우를 예로 하여, 도 6의 (a)에 나타낸 에칭장치의 동작에 대해 설명한다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, CF4를 가스공급구(102)로부터 반응실(101) 내로 도입시켜, 플라즈마 발생장치(104)에 의해 CF4로 이루어진 플라즈마(150)를 생성하는 동시에, RF전원(108)에 의해 WC기판(107)에 RF바이어스를 인가한다. 그 결과, 플라즈마(150) 중에, C, F 또는 CFn(n=1∼4)의 래디컬(109) 및 이들의 이온(110)이 생성된다. 여기서, 통상, 드라이에칭에 이용되는 플라즈마(150) 중에서, 플라즈마(150)에 의해 생성되는 원자수·분자수 비율은, [F]＞[CFn]≫[C]로 된다. 래디컬(109)은 등방적으로 확산되어 WC기판(107)에 도달하지만, 이온(110)은 플라즈마(150)와 WC기판(107) 사이에서 가속되므로, WC기판(107)에 거의 수직으로 입사한다. 특히, F원자를 함유하는 F+이온 및 CFn+이온이 WC기판(107)으로 입사하는 경우에는, WC의 결합을 절단하며, W은 WFx(x=1∼6)로서 방출된다. 한편, C는 CFy(y=1∼4)로서 다시 방출된다.
도 6의 (b)를 참조하면서, WC기판 표면에서의 에칭반응을 더 상세하게 설명한다. 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC기판(111) 상에 레지스트패턴(112)이 형성된다. 레지스트패턴(112)을 마스크로 하여, F+ 또는 CF+인 이온(113a 및 113b)을 이용하여 WC기판(111)에 에칭을 실시하면, WC기판(111)을 구성하는 W은 WFx(x=1∼6)(114)로서 방출된다. 이 때, 에칭에 의해 형성된 WC기판(111)의 패턴 측벽이, 다음에 서술하는 이유 때문에, 활꼴(bowing) 형상으로 된다.
WC기판(111)의 에칭에서 대부분의 이온은, 이온(113a)과 같이, WC기판(111)으로 거의 수직 입사하지만, 기본적으로 이온은 이온에너지 각도분포를 가지므로, 이온(113b)과 같이 WC기판(111)으로 비스듬히 입사하는 이온이 존재한다. 따라서, WC기판(111)으로 수직 입사하는 이온(113a)에 의해, 레지스트패턴(112)을 에칭마스크로 하여 WC기판(111)의 이방성(수직)에칭이 실현된다. 그러나, WC기판(111)으로 비스듬히 입사하는 이온(113b)의 충격에 의해, WC기판(111)의 패턴 측벽이 에칭되어, 결과적으로 당해 패턴 측벽이 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같은 활꼴 형상으로 된다.
다음에, 종래의 WC합금기판으로의 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드 제조방법에 대해, 도 7의 (a)∼(d)를 참조하면서 설명한다.
도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(121)을 준비한 후, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(121) 상에 레지스트패턴(122)을 형성한다. 레지 스트패턴(122)은 통상, 리소그래피기술에 의해 형성된다. 다음으로 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 레지스트패턴(122)을 마스크로 하여 WC합금기판(121)에 패턴을 전사한다. 이 때, 패턴 전사는 드라이에칭기술로 실시된다.
상기 종래의 드라이에칭기술을 이용하면, 플라즈마 중으로부터 WC합금기판(121)으로 입사하는 이온(123)은 이온에너지 각도분포를 가지므로, WC합금기판(121) 표면으로 수직 입사하는 성분(A) 이외에, 당해 표면으로 각도를 가지고 비스듬히 입사하는 성분, 즉 경사 입사성분(B 및 C)이 존재한다. 이 때문에, 이들 경사 입사이온에 의해, WC합금기판(121)의 패턴 측벽이 에칭되는 결과, 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 단면형상은, 이른바 활꼴형상으로 된다.
다음, 레지스트패턴(122)을 애싱 제거한 후, 세정처리를 한다. 이로써 도 7의 (d)에 나타낸 바와 같이, 표면 및 내부에 미세한 요철구조를 구비한 WC합금기판(121)으로 이루어진 몰드가 형성된다.
여기서, 몰드를 이용한 가공을 행하는 종래기술로는, S.Y. Chou 등에 의해 제안된 나노임프린트 리소그래피(예를 들어, 특허문헌 3) 및 비특허문헌 1 등의 나노임프린트법이라는 기술이 있다. 나노임프린트법은, 반도체웨이퍼 상에 형성된 레지스트 박막에 몰드를 누름으로써, 미세한 레지스트패턴을 형성하는 기술이며, 최소치수로서 나노오더의 미세패턴을 형성하는 것을 목적으로 현재도 개발중인 기술이다. 나노임프린트법에 이용되는 종래의 몰드 미세구조 형성부에는, 가공이 쉬운 SiO2막 또는 Si3N4막 등이 이용된다.
[특허문헌 1 : 일본특허공보 제3152831호]
[특허문헌 2 : 일본특허공개공보 평1-98229호]
[특허문헌 3 : 미국특허 제5772905호]
[비특허문헌 1 :Stephen Y. Chou 등, Appl. Phys. Lett., Vol.67, 1995년, p.3114-3116) 참조) ]
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 종래의 CF4 또는 SF6에 의한 드라이에칭방법으로는, 전술한 바와 같이, 패턴 저부만이 아닌 패턴 측벽도 에칭되어 당해 측벽이 활꼴형상이 되므로, 수직 에칭형상을 얻을 수 없어, 고성능의 가공이 불가능하다는 문제가 있다. 또, 종래의 드라이에칭방법에 의한 가공은, WC합금 표면 및 그 내부에 고정밀 미세구조를 형성할 수 없다는 문제를 갖는다. 그 결과, 고정밀 미세구조를 구비한 WC합금 몰드를 제조할 수 없다는 커다란 문제가 있다.
상기에 감안하여 본 발명은, 패턴 측벽의 에칭을 방지하여 수직 에칭형상을 실현할 수 있는 WC합금의 드라이에칭방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, WC합금 표면 및 그 내부에 수직형상의 정밀이 높은 미세구조를 형성할 수 있는 미세구조 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 고정밀 미세구조를 구비한 WC합금 몰드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 드라이에칭방법은, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 대해, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마를 이용하여 에칭을 실시한다.
본 발명의 드라이에칭방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 표면 및 내부에, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상을 실현할 수 있는 에칭가공이 가능해진다. 여기서, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체로는, WC합금 또는 WC를 주성분으로 하는(W과 C의 합계조성이 50at% 이상이다) 물체 등이 있다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률을 높일 수 있다. 이 경우, 상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률을 높일 수 있다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더욱 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우(적용 가능한 프로세스조건 폭)를 용이하게 확대할 수 있다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와, 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되어도 된다. 또, 상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스라도 된다. 구체적으로, 불소원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 염소에 의한 수직형상 가공특성에 악영향을 끼치는 일없이, 불소의 효과에 의해 에칭률을 향상시킬 수 있다. 또, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 수직형상 가공을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 순 테이퍼형상 가공을 실현할 수 있다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ClF2Br 또는 ClF2I 등을 이용해도 된다.
본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다.
본 발명에 관한 미세구조 형성방법은, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체 상에 마스크패턴을 형성하는 공정과, 상기 마스크패턴을 이용하여, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마에 의해 상기 물체를 에칭하는 공정을 구비한다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 표면 및 내부에, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상을 실현할 수 있는 에칭가공이 가능해진다.
본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈바 방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 이로써, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 대해, 보다 저가로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률이 높아지므로, 당해 물체에 대해 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 이 경우, 상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있으므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 대해 안정되게 또, 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률이 높아지므로, 당해 물체에 대해 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있으므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 대해 안정되게 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와, 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되어도 된다. 또, 상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스라도 된다. 구체적으로, 불소원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 염소에 의한 수직형상 가공특성에 악영향을 끼치는 일없이, 불소의 효과에 의해 에칭률을 향상시킬 수 있으므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 대해, 더한층 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 또한, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상 가공을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 고정밀 순 테이퍼형상 가공을 실현할 수 있다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ClF2Br, 또는 ClF2I 등을 이용해도 된다.
본 발명의 미세구조 형성방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다.
본 발명에 관한 몰드 제조방법은, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체를 몰드로 가공한다.
본 발명의 몰드 제조방법에 의하면, 본 발명의 드라이에칭방법을 이용한 몰드 제조방법이므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체로 이루어지며 또, 수직단면형상 또는 순 테이퍼형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 이로써 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제조할 수 있다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조할 수 있다. 이 경우, 상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되게 또 고속으로 제조할 수 있다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조할 수 있다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전이 보다 안정되므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조할 수 있다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와, 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되어도 된다. 또, 상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스라도 된다. 구체적으로, 불소원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 염소에 의한 수직형상 가공특성에 악영향을 끼치는 일없이, 불소의 효과에 의해 에칭률을 향상시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 더한층 고속으로 제조할 수 있다. 또, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ClF2Br 또는 ClF2I 등을 이용해도 된다.
본 발명의 몰드 제조방법에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다.
본 발명에 관한 몰드는, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체를 성형 가공함으로써 제조된다.
본 발명의 몰드에 의하면, 본 발명의 드라이에칭방법을 이용하여 제조된 몰드이므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체로 이루어지며 또, 수직단면형상 또는 순 테이퍼형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제공할 수 있다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 이로써 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제공할 수 있다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조·제공할 수 있다. 이 경우, 상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되게 또, 고속으로 제조·제공할 수 있다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조·제공할 수 있다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전이 보다 안정되므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조·제공할 수 있다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와, 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되어도 된다. 또, 상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스라도 된다. 구체적으로, 불소원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 염소에 의한 수직형상 가공특성에 악영향을 끼치는 일없이, 불소의 효과에 의해 에칭률을 향상시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 더한층 고속으로 제조·제공할 수 있다. 또한, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스를 혼합한 경우에는, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제공할 수 있다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ClF2Br 또는 ClF2I 등을 이용해도 된다.
본 발명의 몰드에 있어서, 상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유해도 된다. 구체적으로는, ClF3, CClF3, CCl3F, CCl2F2, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다.
본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법은, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금(hard metal)으로 이루어지는 형성재료에 대해, 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 제 1 가스와, 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와, 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬을 이용하여 에칭을 실시한다.
또, 본 발명에 관한 다른 성형금형(몰드) 제조방법은, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료의 표면에 소정의 패턴형상을 갖는 에칭마스크를 형성하는 공정과, 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 제 1 가스와, 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와, 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬에 의해 상기 형성재료를 드라이에칭하여, 상기 에칭마스크에 대응한 볼록부를 형성하는 공정을 구비한다.
본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에 있어서, 상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합시켜 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에 있어서, 상기 제 1 가스가 요오드원자를 함유하는 가스일 경우, 상기 제 1 가스는 요오드화 수소가스 또는 요오드화 트리플루오로메탄인 것이 바람직하며, 상기 제 1 가스가 염소원자를 함유하는 가스일 경우, 상기 제 1 가스는 염소가스 또는 3염화 붕소가스인 것이 바람직하고, 상기 제 1 가스가 브롬원자를 함유하는 가스일 경우에는 브롬가스 또는 브롬화 수소가스인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에 있어서, 상기 제 2 가스는 아르곤인 것이 바람직하다.
[발명의 효과]
본 발명에 관한 드라이에칭방법에 의하면, 종래의 CF4 또는 SF6에 의한 드라이에칭방법의 경우에 생성되는 WFx(x=1∼6)보다 휘발성이 낮은 WClx(x=1∼6)이 에칭반응 표면에서 생성되므로, 그 일부가 에칭 도중의 물체(WC합금 등의 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체)의 패턴 측벽에 재부착한다. 이 WClx의 재부착에 의해 측벽 보호막이 생성되기 때문에, 패턴 측벽으로 입사하는 이온의 충격에 의한 에칭반응을 저지할 수 있으므로, 수직 에칭단면형상을 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 드라이에칭방법에 의하면, 염소를 함유하는 가스에 불소를 함유하는 가스를 혼합함으로써, 휘발성이 낮은 WClx(x=1∼6)으로 측벽 보호막을 형성한 상태에서 패턴 저부를 염소만이 아닌 불소에 의해서도 효율적으로 에칭할 수 있으므로, 보다 고속의 수직형상 에칭이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 드라이에칭방법에 의하면, 염소를 함유하는 가스에, 브롬을 함유하는 가스 또는 요오드를 함유하는 가스 중, 어느 하나를 혼합함으로써, WClx(x=1∼6)보다 더 휘발성이 낮은 WBrx(x=1∼6) 또는 WIx(x=1∼6)이 에칭 표면에서 생성되므로, WClx만이 생성되는 경우에 비해, 보다 두꺼운 측벽 보호막을 형성할 수 있다. 따라서, 수직형상 에칭만이 아닌 순 테이퍼형상 에칭이 실현 가능해진다.
본 발명에 관한 미세구조 형성방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 표면 및 내부에, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 형성할 수 있다.
본 발명에 관한 몰드의 제조방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체로 이루어지며 또, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.
본 발명에 관한 몰드에 의하면, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체로 이루어지며 또, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 드라이에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드의 제조방법 및 몰드 각각에서, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 추가로 질소(N)가 함유되어도, 똑같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명을 WCN합금 또는 WNC합금 등에 적용해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에 의하면, 에칭가스의 제 1 가스로서 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 가스를 이용함으로써, 불소계 가스를 이용한 경우에 비해 에칭률이 비약적으로 향상되며, 이에 추가로 에칭가스 중으로 산소가스를 혼합시킴으로써 에칭률이 한층 향상된다. 이로써 에칭 깊이를, 예를 들어, 10㎛ 정도의 비교적 큰 값으로 설정한 경우라도, 단시간에 에칭처리를 종료시킬 수 있다. 따라서, 에칭처리가 종료되기까지의 동안, 에칭마스크에 사이드에칭에 의한 형상 변화를 발생시키는 일없이 에칭마스크의 단면형상을 사각형의 초기 단면형상인 채 유지할 수 있음과 동시에, 에칭처리 중의 에칭화합물 생성량을 억제할 수 있다. 또, 불활성가스로서 에칭가스 중으로 혼입시킨 제 2 가스는, 에칭에 따라 형성재료 표면에 생성되는 에칭화합물을 스퍼터링으로 효과적으로 제거한다. 이상과 같이, 예를 들어, 10㎛ 정도의 비교적 큰 높이를 갖는 볼록부를 미세 패턴으로서 베이스 상에 형성할 경우라도, 형성 후의 당해 볼록부 측벽이 베이스에 대해 정확하게 수직으로 되는 원하는 사각 단면형상을 얻을 수 있다. 또, 제 2 가스에 의한 에칭화합물 제거에 의해 에칭 면의 표면 거칠기가 작아지므로, 원하는 형상의 성형금형을 높은 정밀도로 제조할 수 있다. 또한, 에칭시간이 대폭으로 단축됨으로써, 높은 생산성으로 성형금형을 제작할 수 있으며, 이로써 원가의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에서는, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 형성재료의 에칭률이, 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 제 1 가스에 대한 제 3 가스인 산소가스의 혼합률에 의존하므로, 제 1 가스에 대한 제 3 가스의 혼합률을 0.15 이상 0.6 이하의 범위로 설정하면, 높은 에칭률을 얻을 수 있다. 구체적으로, 제 1 가스가 요오드원자를 함유하는 가스일 경우에는 1분간에 약 300㎚ 이상의 높은 에칭률을 얻을 수 있으며, 제 1 가스가 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 가스일 경우에는 1분간에 150㎚∼200㎚ 정도의 높은 에칭률을 얻을 수 있다. 따라서, 불소계 가스를 에칭가스로 하는 에칭에서, 예를 들어, 10㎛ 깊이까지 에칭하기 위해 약 200분이나 긴 에칭시간이 필요한데 비해, 원하는 에칭 깊이를 얻기 위한 에칭시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
특히, 본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에서, 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 제 1 가스에 대한 제 3 가스인 산소가스의 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 에칭률을 최대로 할 수 있다. 구체적으로는, 제 1 가스가 요오드원자를 함유하는 가스일 경우에는 에칭률이 1분간에 약 500㎚의 최대값으로 되어, 20분간의 에칭으로 약 10㎛ 깊이까지 에칭하기가 가능해진다. 또, 제 1 가스가 염소원자를 함유하는 가스일 경우에는 에칭률이 1분간에 약 350㎚의 최대값으로 되어, 20분간의 에칭으로 약 7㎛ 깊이까지 에칭하기가 가능해진다. 또한, 제 1 가스가 브롬원자를 함유하는 가스일 경우에는 에칭률이 1분간에 약 300㎚의 최대값으로 되어, 20분간의 에칭으로 약 6㎛ 깊이까지 에칭하기가 가능해진다. 이상과 같이, 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중, 어느 하나를 함유하는 제 1 가스에 대한 제 3 가스인 산소가스의 혼합률을 0.3으로 설정함으로써, 원하는 에칭 깊이를 얻기 위한 에칭시간을 더한층 대폭으로 단축할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에서, 제 1 가스가 요오드원자를 함유하는 가스일 경우에, 당해 가스가 요오드화 수소가스 또는 요오드화 트리플루오로메탄이라면, 이들 가스는 쉽게 가스화하므로, 드라이에칭을 안정되게 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에서, 제 1 가스가 염소원자를 함유하는 가스일 경우에 당해 가스가 염소가스 또는 3염화붕소가스라면, 이들 가스는 쉽게 가스화하므로, 드라이에칭을 안정되게 실시할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에서, 제 1 가스가 브롬원자를 함유하는 가스일 경우에 당해 가스가 브롬가스 또는 브롬화 수소가스이라면, 이들 가스는 쉽게 가스화하므로, 드라이에칭을 안정되게 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형 제조방법에서, 제 2 가스인 불활성가스가 아르곤이라면, 형성재료가 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금이라도, 에칭에 의해 생성되는 화합물을 효율적으로 스퍼터링하여 제거할 수 있다. 더욱이 아르곤가스에는 저가격이라는 이점이 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다.
도 4의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 몰드 전체의 단면도이며, (b)∼(g)는 각각 도 5의 (a)에 나타낸 몰드 표면의 미소요철을 확대시킨 양상을 나타낸 도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 종래 드라이에칭방법의 설명도이다.
도 7의 (a)∼(d)는 종래의 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
도 8의 (a)∼(c)는 비교예에 관한 성형금형 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 비교예에 관한 성형금형 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 성형금형 제조방법을 구현하기 위한 ICP 플라즈마 에칭장치의 개략 단면구성을 나타낸 도이다.
도 11의 (a)∼(c)는 본 발명의 제 6 실시형태 및 그 변형예에 관한 성형금형 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 6 실시형태 및 그 변형예에 관한 성형금형 제조방법으로 형성할 성형금형을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 성형금형 제조방법의, 에칭가스 중 요오드화수소가스에 대한 산소가스의 혼합률과 에칭률과의 관계를 나타낸 도이다.
도 14는 본 발명의 제 6 실시형태 및 그 변형예에 관한 성형금형 제조방법에 의해 제조된 성형금형을 사용하여 도파로기판을 제작하기 위한 열 프레스 성형기의 개략 단면구성을 나타낸다.
도 15의 (a)는 본 발명의 제 6 실시형태 및 그 변형예에 관한 성형금형 제조방법에 의해 제조된 성형금형 단면구성의 다른 예를 나타낸 도이며, 도 15의 (b) 및 (c)는, 도 15의 (a)에 나타낸 성형금형을 제조하기 위한 각 공정을 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명 제 6 실시형태의 제 1 변형예에 관한 성형금형 제조방법을 구현하기 위한 ICP 플라즈마 에칭장치의 개략 단면구성을 나타낸 도이다.
도 17은 본 발명 제 6 실시형태의 제 1 변형예에 관한 성형금형 제조방법의, 에칭가스 중 염소가스에 대한 산소가스의 혼합률과 에칭률과의 관계를 나타낸 도이다.
도 18은 본 발명 제 6 실시형태의 제 2 변형예에 관한 성형금형 제조방법을 구현하기 위한 ICP 플라즈마 에칭장치의 개략 단면구성을 나타낸 도이다.
도 19는 본 발명 제 6 실시형태의 제 2 변형예에 관한 성형금형 제조방법의, 에칭가스 중 브롬화수소가스에 대한 산소가스의 혼합률과 에칭률과의 관계를 나타낸 도이다.
[부호의 설명]
1 : 반응실 2 :가스공급구
3 : 가스배기구 4 : 플라즈마 발생장치
5 : 절연체 6 : 전극
7, 11 : WC기판 8 : RF전원
9 : 염소래디컬 10 : 염소이온
12, 22 : 레지스트패턴
13a, 13b, 13c, 15a, 15b, 15c, 16a, 16b, 16c, 23 : 이온
14, 24a, 24b : 측벽 보호막 21 : WC합금기판
31 : 바탕기판
31a : 금속 또는 도전성물질로 된 기판
31b : 절연물질로 된 기판 31c : 반도체물질로 된 기판
32 : 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체
50 : 플라즈마 201 : 처리챔버
202 : 상부전극 203 : 하부전극
204 : ICP플라즈마 RF전원 207 : 바이어스 RF전원
208 : 냉각수관로 209 : 진공펌프
210 : 에칭가스 생성장치
211A, 211B, 211C : 제 1 가스탱크
212 : 제 2 가스탱크 213 : 제 3 가스탱크
214, 230 : 성형금형 214a, 230a : 베이스
214b, 230c : 레일형 볼록부 217, 231 : 에칭마스크
218 : 플라즈마 래디컬 219 : 열 프레스 성형기
220 : 공압 실린더 221, 223 : 가열용 히터
222 : 상부 프레스헤드 224 : 하부 프레스헤드
227 : 가이드부재 228 : 유지부재
229 : 성형소재 230b : 측벽
231a : 경사부 W : 워크
[제 1 실시형태]
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 드라이에칭방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다. 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 감압상태로 압력 유지가 가능한 반응실(1)에는 가스공급구(2)가 형성됨과 더불어 가스배기구(3)가 형성된다. 또, 반응 실(1)의 상부에는, 가스공급구(2)로부터 공급된 가스를 플라즈마상태로 하는 플라즈마 발생장치(4)가 설치된다. 또한, 반응실(1)의 하부에는, 피처리물, 구체적으로는 WC합금기판 또는 WC합금을 표면에 구비한 기판(이하, WC기판이라 총칭함)(7)의 설치대가 되는 전극(6)이 절연체(5)를 개재하여 형성된다. 반응실(1)의 외부에는, 전극(6)에 바이어스를 인가하기 위한 RF(Radio Frequency)전원(8)이 배치된다.
다음에, 에칭가스로서 염소가스를 이용한 경우를 예로 하여, 도 1의 (a)에 나타낸 에칭장치의 동작, 즉 본 실시형태의 드라이에칭방법에 대해 설명한다. 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, Cl2가스를 가스공급구(2)로부터 반응실(1)로 도입시켜, 플라즈마 발생장치(4)에 의해 Cl2가스로 이루어지는 플라즈마(50)를 생성하는 동시에, RF전원(8)으로 WC기판(7)에 RF바이어스를 인가한다. 그 결과, 플라즈마(50) 중에 염소 래디컬(Cln ＊(n=1, 2))(9)과 염소이온(Cln +(n=1, 2))(10)이 생성된다. 여기서, 본원 명세서에서, [＊]는, 여기상태에 있는 원자도 포함해 래디컬을 표시하는 것으로 한다.
염소 래디컬(9)은 등방적으로 확산되어 WC기판(7)에 도달하지만, 염소이온(10)은 플라즈마(50)와 WC기판(7) 사이에서 가속되므로, WC기판(7)에 거의 수직으로 입사한다. 이 때, 염소이온(10)이 그 운동에너지에 의해 WC의 결합을 절단하고 W과 반응하여, WClx(x=1∼6)이 방출된다. 한편, C는 CClx(x=1∼4)로서 제거된다.
도 1의 (b)를 참조하면서, WC기판 표면에서의 에칭반응을 더 상세하게 설명 한다. 도 1의 (b)는 본 실시형태의 드라이에칭방법에 의한 WC기판 에칭 도중의 양상을 나타낸다. 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC기판(11) 상에 레지스트패턴(12)을 형성한 후, 레지스트패턴(12)을 마스크로 하여, Cln(n=1, 2)이온인 이온(13a, 13b 및 13c)을 이용하여 WC기판(11)에 대해 에칭을 하면, WC기판(11)을 구성하는 W은, 측벽 보호막(14)이 될 WClx(x=1∼6)로서 방출된다. 여기서, 도시는 생략하였지만, 염소래디컬(도 1의 (a)의 염소래디컬(9) 참조)은 플라즈마 중으로부터 등방적으로 비산된다. 또, 염소 래디컬은, 에칭가공 표면(WC기판(11)의 패턴 저부와 측벽부 및 레지스트패턴(12)의 상부와 측부)에 부분적으로 물리흡착 혹은 화학흡착 하거나, 에칭가공 표면에서 반사되어 기상 중으로 돌아오거나, 또는 에칭가공 표면에 일단 물리흡착 한 후에 다시 방출되거나 하는 것으로 생각된다. 여기서, 에칭가공 표면에 흡착한 염소 래디컬에 의한 자발적 화학반응은, 불소의 경우에 비해 매우 일어나기 어렵다.
한편, 염소이온 중, WC기판(11)에 거의 수직으로 입사한 이온(13a)은, 이온충격 에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단함과 동시에 W과 화학결합 되어, 반응생성물로서 WClx를 생성한다. 여기서, WClx는 복수의 입사 염소이온과 여러 번 반응하여, 마지막에는 WCl5 또는 WCl6 등의 분자로서 기상 중으로 방출된다. 또, 염소이온(13b)과 같이, 에칭반응 표면에서 W과 화학반응하고, 그 결과 생성된 반응생성물(WClx)이 기상 중으로 방출되어 에칭 도중인 WC기판(11)의 패턴 측벽 또는 레지스트 패턴(12)의 측면에 흡착하는 경우도 있다. 특히, WClx의 x=1∼4일 경우에 이 부착이 발생하기 쉽다. WClx은 WFx에 비해 증기압이 낮기 때문에, 부착 후의 재방출 확률이 저하되므로, WC기판(11)의 패턴 측벽에 흡착된 WClx은 당해 측벽에 퇴적된 채 측벽 보호막(14)을 형성한다. 이는 WF6의 비등점이 17.5℃(대기압)인데 반해, WCl5 및 WCl6의 비등점이 각각 275.6℃ 및 346.7℃인 점에서도 쉽게 추정할 수 있다. 이 측벽 보호막(14)의 존재에 의해, WC기판(11)으로 비스듬히 입사해오는 염소이온(13c)에 의한 패턴 측벽의 에칭은 방지되므로, 당해 측벽에는 종래기술과 같은 활꼴형상(bowing)이 발생하지 않는다. 또, WC기판(11) 중의 C는, 반응생성물로서 CClx(x=1∼4), 특히, CCl4의 형태로 에칭 제거된다.
이와 같이 본 실시형태의 드라이에칭방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 물질인 WC합금의 표면 및 내부에, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상의 실현이 가능한 에칭을 실시할 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스로서 염소분자를 사용한 경우에 대해 설명했지만, 염소분자 대신, 염화수소분자 또는 3염화붕소분자 중, 어느 하나를 이용해도 된다. 또한, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중, 2가지 가스 또는 모든 가스의 혼합물을 사용해도 된다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 저원가로 가스를 공급할 수 있다. 물론 상기 이외의 다른 염소를 함유하는 가스를 사용해도, 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하지만, 일반적으로 분자가 클수록 증기압이 낮아져, 경우에 따라서는 고체 소스가 되므로, 그 공급이 어려워지는 동시에 이를 사용하기 위한 비용이 증대한다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합하면, 에칭률을 높일 수 있다. 이는 W이 염소이온에 의해 제거된 후에 잔존하는 C가 CClx(x=1∼4)로서 제거됨과 더불어, 산소 래디컬 및 산소이온에 의해 당해 C가 CO2 또는 CO로서 제거되는 효과가 나타나기 때문이다. 이 효과는, 산소를 함유하는 가스의 유량(流量)이, 염소 및 산소 각각을 함유하는 가스의 전체 가스유량의 10% 미만이라도 충분히 나타난다. 또, 실용적으로는, 전체 가스유량의 약 50% 이하 범위 내에서, 산소를 함유하는 가스의 유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 또한, 산소원자를 함유하는 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 2가지 이상의 혼합물을 사용하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 산소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, COCl2, ClFO3, NOCl, NO2Cl, SOCl2, SO2Cl2 또는 SO3HCl 등을 사용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더욱 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대할 수 있다. 구체적으로는, 염소가스의 수 배 이상 유 량으로 희가스를 혼합함으로써, 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과, 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는, 예를 들어, Ar을 사용해도 된다. 또, 희가스로서, He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 중 어느 하나를 선택함으로써, 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있으며 또, 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어지는 플라즈마의 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때에는, 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때에는, 보다 큰 원자번호의 희가스를 사용하면 된다. 물론 2 이상의 희가스를 혼합시켜 이용해도 된다.
또, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는, 평행평판형 등의 반응성이온 에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE(Magnetron Enhancement RIE)장치, 유도결합플라즈마(ICP:Inductively Coupled Plasma) 에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR) 에칭장치, UHF플라즈마 에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD: Neutral Loop Discharge) 에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다. 또한, 장치방식에 따라 최적의 에칭조건은 다르지만, 본 실시형태의 에칭조건 범위에 대해서는, 예를 들어, 가스유량이 수 10∼수 100㏄/min(실온), 압력이 0.1∼20㎩, 플라즈마생성용 고주파 파워가 100W∼수㎾, 그리고 RF바이어스가 100W∼1㎾이다.
또한, 본 실시형태에서, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭대상으로 했지만, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중 어느 하나를 에칭대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질에 추가로 질소가 함유되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효 과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭대상으로 해도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[제 2 실시형태]
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 드라이에칭방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태의 드라이에칭방법이 제 1 실시형태와 다른 점은, 염소를 함유하는 가스 대신, 염소를 함유하는 가스와 불소를 함유하는 가스와의 혼합가스를 이용하여 플라즈마를 생성함으로써, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 물질을 드라이에칭 하는 것이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이며, 드라이에칭방법에 의한 WC기판의 에칭 도중 양상을 나타낸다. 또, 본 실시형태에서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 도 1의 (a)에 나타낸 에칭장치를 이용한다. 이하, 염소를 함유하는 가스로서 염소분자, 불소를 함유하는 가스로서 CF4를 이용한 경우를 예로 하여, 본 실시형태의 드라이에칭방법에 대해 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에서는, WC기판(11) 상에 레지스트패턴(12)을 형성한 후, 레지스트패턴(12)을 마스크로 하여, 염소분자로부터 생성된 Cln +(n=1, 2)이온, 또는 CF4로부터 생성된 F+이온인 이온(15a, 15b 및 15c)을 이용하여 WC기판(11)에 에칭을 실시한다.
본 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지의 Cln +이온에 의한 W의 에칭 에, F+이온에 의한 W의 에칭이 추가되므로, 본 실시형태 쪽이 제 1 실시형태의 경우에 비해 보다 고속으로 W을 에칭할 수 있다. 구체적으로는, 염소이온 또는 불소이온 중, WC기판(11)에 거의 수직으로 입사한 이온(15a)은, 이온충격 에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단함과 동시에 W과 화학결합되어, 반응생성물인 WClx(x=1∼6) 또는 WFx(x=1∼6)로서 기상 중으로 이탈되는 결과, W이 제거된다. 또 Cln +이온 또는 F+이온인 이온(15b)에 의해 발생한 에칭반응생성물(WClx 및 WFx) 중 WClx은, WC기판(11)의 가공 측면 및 레지스트패턴(12)의 측면에 다시 부착하여 측벽 보호막(14)을 형성한다. 여기서, 또 하나의 반응생성물인 WFx의 일부는 측벽 보호막(14)의 형성에 기여하기는 하지만, 그 밖의 대부분은 측벽 보호막(14)의 표면에서 반사되어 이탈 제거된다. 따라서, WC기판(11)으로 비스듬히 입사해오는 이온(15c)에 의한 WC기판(11) 패턴측벽의 에칭반응은, 측벽 보호막(14)에 의해 방지되게 된다. 그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, WC기판(11)의 표면 및 내부에 수직 에칭형상을 실현할 수 있다. 여기서, 본 실시형태에서 WC기판(11) 중의 C는, CCIy(y=1∼4)만이 아닌, CFy(y=1∼4)로서도 제거되므로, 결과적으로 WC의 에칭속도가 증대한다.
이상과 같이 제 2 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과에 더불어, 염소를 함유하는 가스에 불소를 함유하는 가스를 혼합하여 사용함으로써, 염소의 효과에 의해 수직 에칭형상을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 불소의 효과에 의해 고속 에칭도 실현할 수 있다.
그리고 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스로서, 염소분자를 이용한 경우에 대해 설명했지만, 염소분자 대신, 염화수소분자 또는 3염화붕소분자 중, 어느 하나를 이용해도 된다. 또, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중, 2가지의 가스 또는 모든 가스의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 저원가로 가스를 공급할 수 있다. 물론 상기 이외의 다른 염소를 함유하는 가스를 이용해도, 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하지만, 일반적으로 분자가 클수록 증기압이 낮아져, 경우에 따라서는 고체 소스가 되므로, 그 공급이 어려워지는 동시에 이를 사용하기 위한 비용이 증대한다.
또한, 본 실시형태에서, 불소원자를 함유하는 가스로서, CF4를 이용한 경우에 대해 설명했지만, 이 대신, C2F6 등 다른 불화탄소가스 또는 CHF3 혹은 CH2F2 등의 불화수소 탄소가스를 이용해도 된다. 또는 불소원자를 함유하는 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 불소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, CIF3 등의 불화염소가스를 이용해도 된다. 여기서, 불소원자를 함유하는 가스로서 F2를 이용해도 되지만, 이 경우, 안전 상, 미리 He에 의해 3체적% 정도로 희석시킨 F2가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 전술한 불소원자를 함유하는 각 가스는 모두 분자량이 작으 므로, 가스를 간단하게 공급할 수 있어, 저원가의 에칭가공이 가능해진다.
또한, 본 실시형태와 같이, 염소원자를 함유하는 가스와 불소원자를 함유하는 가스를 혼합시켜 이용하는 경우, 염소원자를 함유하는 가스와 불소원자를 함유하는 가스의 합계 유량에 대한, 불소원자를 함유하는 가스의 혼합비를 약 20체적%∼약 80체적% 정도의 범위로 설정하는 것이 바람직하며, 약 30체적%∼약 70체적% 정도의 범위로 설정하는 것이 더 바람직하다. 이와 같이 하면, 염소원자를 함유하는 가스의 특징인 WClx에 의한 측벽 보호막 생성효과가 상실되는 일없이, 불소원자를 함유하는 가스의 이점인 고 에칭률의 효과를 얻을 수 있다. 바꾸어 말하면, 염소원자를 함유하는 가스 및 불소원자를 함유하는 가스 각각에 의한 효과를 양쪽 얻을 수 있다. 또, 어느 한쪽 가스에 의한 효과를 특별히 강조하고자 할 경우에는, 전술한 혼합비의 범위에서, 효과를 강조하고자 하는 가스의 혼합률을 높이면 된다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스 및 불소원자를 함유하는 가스에 산소원자를 함유하는 가스를 혼합시키면, 에칭률을 더욱 높일 수 있다. 이는 W이 염소이온에 의해 제거된 후에 잔존하는 C가 CCly(y=1∼4)로서 제거됨과 더불어, 산소래디컬 및 산소이온에 의해 당해 C가 CO2 또는 CO로서 제거되는 효과가 나타나기 때문이다. 이 효과는, 산소를 함유하는 가스의 유량이, 염소, 불소 및 산소 각각을 함유하는 가스의 전체 가스유량의 10% 미만이라도 충분히 나타난다. 또, 실용적으로는, 전체 가스유량의 약 50% 이하 범위 내에서, 산소를 함유하는 가스의 유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 또한, 산소원자를 함유하는 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물을 이용하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합시키는 대신, 예를 들어, 염소원자와 산소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, COCl2, ClFO3, NOCl, NO2Cl, SOCl2, SO2Cl2 또는 SO3HCl 등을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스 및 불소원자를 함유하는 가스에 희가스를 혼합시키면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더욱 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있다. 구체적으로는, 염소가스의 수 배 이상 유량으로 희가스를 혼합시킴으로써, 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과, 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는, 예를 들어, Ar을 사용해도 된다. 또, 희가스로서, He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 중 어느 하나를 선택함으로써, 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있으며 또 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어지는 플라즈마의 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때에는, 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때에는, 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 물론 2가지 이상의 희가스를 혼합시켜 이용해도 된다.
또, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는, 평행평판형 등의 반응성이온 에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE장치, 유도결합플라즈마(ICP) 에 칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR) 에칭장치, UHF플라즈마 에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD: Neutral Loop Discharge) 에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭대상으로 했지만, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중 어느 하나를 에칭대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질에 추가로 질소가 함유되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭대상으로 해도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[제 3 실시형태]
이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 드라이에칭방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태의 드라이에칭방법이 제 1 실시형태와 다른 점은, 염소를 함유하는 가스 대신, 염소를 함유하는 가스와, 브롬을 함유하는 가스 또는 요오드를 함유하는 가스 중 적어도 어느 한쪽과의 혼합가스를 이용하여 플라즈마를 생성함으로써, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 물질을 드라이에칭 하는 것이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이며, 드라이에칭방법에 의한 WC기판 에칭 도중의 양상을 나타낸다. 그리고 도 3의 (a)는 측벽 보호막이 얇게 형성되는 경우를 나타내며, 도 3의 (b)는 측벽 보호막이 두껍게 형성되는 경우를 나타낸다. 또, 본 실시형태에서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 도 1의 (a)에 나타낸 에칭장치를 이용한다. 이하, 염소를 함유하 는 가스로서 Cl2, 브롬을 함유하는 가스로서 Br2, 요오드를 함유하는 가스로서 I2를 이용한 경우를 예로 하여, 본 실시형태의 드라이에칭방법에 대해 설명한다.
도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에서는, WC기판(11) 상에 레지스트패턴(12)을 형성한 후, 레지스트패턴(12)을 마스크로 하여, Cl2로부터 생성된 Cln +(n=1, 2)이온, Br2으로부터 생성된 Brn +(n=1, 2)이온 또는 I2로부터 생성된 In +(n=1, 2)이온인 이온(16a, 16b 및 16c)을 이용하여 WC기판(11)에 에칭을 실시한다. 구체적으로, 염소이온, 브롬이온 또는 요오드이온 중, WC기판(11)에 거의 수직으로 입사된 이온(16a)은, 이온충격 에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단함과 동시에 W과 화학 결합되어, 반응생성물인 WClx(x=1∼6), WBrx(x=1∼6) 또는 WIx(x=1∼6)으로서 기상 중으로 이탈하는 결과, W이 제거된다. 또, Cln +이온, Brn +이온 또는 In +이온인 이온(16b)에 의해 발생한 에칭반응생성물의 일부는, WC기판(11)의 가공 측면 및 레지스트패턴(12)의 측면에 다시 부착하여 측벽 보호막(14)을 형성한다. 이 때의 부착 확률은, WIx＞WBrx＞WClx 순이다. 따라서, WC기판(11)으로 비스듬히 입사해오는 이온(16c)에 의한 WC기판(11)의 패턴 측벽 에칭반응은, 측벽 보호막(14)에 의해 방지되게 된다. 그 결과, 측벽 보호막(14)이 비교적 얇은 경우에는, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, WC기판(11)의 표면 및 내부에 수직 에칭형상 을 실현할 수 있으며, 측벽 보호막(14)이 비교적 두꺼운 경우에는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC기판(11)의 표면 및 내부에 순 테이퍼형상의 에칭형상을 실현할 수 있다.
그리고 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스와, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스의 합계 유량에 대한, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스의 혼합비를 약 30체적% 정도 이하 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 당해 혼합비가 5% 정도 미만이라도, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스에 의한 측벽 보호막 형성효과는 충분히 얻을 수 있다. 또한, 염소원자를 함유하는 가스와 브롬원자를 함유하는 가스의 혼합비, 염소원자를 함유하는 가스와 요오드원자를 함유하는 가스의 혼합비, 또는 염소원자를 함유하는 가스와 브롬원자를 함유하는 가스와 요오드원자를 함유하는 가스의 혼합비를 바꿈으로써, 측벽 보호막의 두께를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 상기 각 혼합비가 5% 미만이라면, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 비교적 얇은 측벽 보호막(14)을 형성할 수 있다. 한편, 상기 각 혼합비를 높임으로써, 측벽 보호막(14)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 구체적으로는, 상기 각 혼합비가 8% 이상이 되면, 서서히 측벽 보호막(14)의 두께가 두꺼워지며, 약 10%를 초과하면, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가공단면이 순 테이퍼형상이 되는 에칭을 실현할 수 있을 정도로 측벽 보호막(14)의 막 두께가 두꺼워진다.
이상과 같이 제 3 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과에 더불어, 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉, 염소원자를 함유하는 가스에, 브롬원 자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스 중 적어도 어느 한쪽을 혼합시켜 사용함으로써, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호 효과를 증대시킬 수 있으므로, 수직형상만이 아닌 순 테이퍼형상의 에칭형상도 얻을 수 있도록 가공할 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스로서, 염소분자를 이용한 경우에 대해 설명했지만, 염소분자 대신, 염화수소분자 또는 3염화붕소분자 중, 어느 하나를 이용해도 된다. 또한, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중, 2가지 가스 또는 모든 가스의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 저원가로 가스를 공급할 수 있다. 물론 상기 이외의 다른 염소를 함유하는 가스를 이용해도, 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하지만, 일반적으로 분자가 클수록 증기압이 낮아지며, 경우에 따라서는 고체 소스가 되므로, 그 공급이 어려워지는 동시에 이를 사용하기 위한 비용이 증대한다.
또한, 본 실시형태에서, 브롬원자를 함유하는 가스로서, Br2를 예로 하여 설명했지만, 이 대신, 예를 들어, HBr 등을 이용해도 된다. 또는 요오드원자를 함유하는 가스로서, I2을 예로 하여 설명했지만, 이 대신, 예를 들어, HI 등을 이용해도 된다. 혹은, 염소원자와, 브롬원자 또는 요오드원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 가스, 예를 들어, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또, CFxCl4-x, CFxBr4-x 또는 CFxI4-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어지는 분자가스를 이용해도 된다. 이 경우, 제 2 실시형태와 마찬가지의 F에 의한 에칭률 증대효과도 동시에 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스 및 브롬원자 또는 요오드원자를 함유하는 가스에, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합시키면, 에칭률을 더욱 높일 수 있다. 이는 W이 염소이온에 의해 제거된 후에 잔존하는 C가 CCly(y=1∼4)로서 제거됨과 더불어, 산소래디컬 및 산소이온에 의해 당해 C가 CO2 또는 CO로서 제거되는 효과가 나타나기 때문이다. 이 효과는, 산소를 함유하는 가스의 유량이, 염소, 브롬(또는 요오드) 및 산소 각각을 함유하는 가스의 전체 가스유량의 10% 미만이라도 충분히 나타난다. 또, 실용적으로는, 전체 가스유량의 약 50% 이하 범위 내에서, 산소를 함유하는 가스의 유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 또한, 산소원자를 함유하는 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 2 이상의 혼합물을 이용하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합시키는 대신, 예를 들어, 염소원자와 산소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, COCl2, ClFO3, NOCl, NO2Cl, SOCl2, SO2Cl2 또는 SO3HCl 등을 이용해도 된다. 특히, 반응생성물의 재부착성이 증대하는 본 실시형태의 경우, 전술한 산소원자를 함유하는 가스의 첨가는, 프로세스 윈도우의 확대에 커다란 도움이 된다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스 및 브롬원자 또는 요오드원자를 함유하는 가스에 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더욱 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있다. 구체적으로는, 염소가스의 수 배 이상 유량으로 희가스를 혼합함으로써, 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과, 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는, 예를 들어, Ar을 사용해도 된다. 또, 희가스로서, He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 중 어느 하나를 선택함으로써, 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있으며 또 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어지는 플라즈마의 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때에는, 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때에는, 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 물론 2 이상의 희가스를 혼합시켜 이용해도 된다.
또, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는, 평행평판형 등의 반응성이온 에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE장치, 유도결합플라즈마(ICP) 에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR) 에칭장치, UHF플라즈마 에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD) 에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭대상으로 했지만, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중 어느 하나를 에칭대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질에 추가로 질소가 함유되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효 과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭대상으로 해도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[제 4 실시형태]
이하, 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드 제조방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 본 실시형태는 제 1∼제 3 실시형태에서 설명한 드라이에칭방법을 응용하는 것이다.
도 4의 (a)∼(f)는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 몰드 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
우선 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(21)을 준비한 후, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(21) 상에 레지스트패턴(22)을 형성한다. 여기서, 레지스트패턴(22)은 통상, 리소그래피기술에 의해 형성된다.
다음으로, 측벽 보호막이 얇게 형성되는 에칭조건(제 3 실시형태(특히, 도 3의 (a) 참조))을 이용하여, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 레지스트패턴(22)을 마스크로 하여, 적어도 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마에 의해 WC합금기판(21)에 드라이에칭을 실시함으로써, WC합금기판(21)에 패턴을 전사시킨다. 일반적으로, 어떠한 드라이에칭장치를 사용하여 드라이에칭을 실시하는 경우라도, 플라즈마 중으로부터 WC합금기판(21)으로 입사하는 이온(23)은 에너지 각도분포를 가지므로, 기판 표면으로 수직 입사하는 성분(A) 이외에, 기판 표면으로 각도를 갖고 입사하는 성분, 즉 경사 입사성분(B 및 C)이 존재한다. 그러나, 적어도 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마로 드라이에칭을 실시함으로써, 에칭반응생 성물인 WClx(x=1∼6)이 가공 측면에 측벽 보호막(24a)을 형성하므로, 이온(23)의 경사 입사성분(B 및 C)에 의한 측벽 에칭을 방지할 수 있다. 이로써, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 단면형상으로서 기판 표면에 수직인 단면형상을 갖는 미세구조가 형성된다.
다음에, 레지스트패턴(22) 및 측벽 보호막(24a)을 애싱 및 세정으로 제거한다. 이로써 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 수직 측벽을 가진 미소요철구조를 구비한 WC합금기판(21)으로 이루어지는 WC합금 몰드가 형성된다.
한편, 도 4의 (c) 및 (d)에 나타낸 공정 대신, 측벽 보호막이 두껍게 형성되는 에칭조건(제 3 실시형태)특히, 도 3의 (b) 참조)을 이용하여, 도 4의 (e)에 나타낸 바와 같이 레지스트패턴(22)을 마스크로 하여, 적어도 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마에 의해 WC합금기판(21)에 드라이에칭을 실시함으로써, WC합금기판(21)에 패턴을 전사시켜도 된다. 이 경우, WC합금기판(21)에는, 에칭 단면형상으로서 순 테이퍼형상을 갖는 미세구조가 형성된다. 그 이유는, 이온에 의한 측벽 에칭을 방지하기 위해 필요한 두께 이상으로 측벽 보호막(24b)이 퇴적되므로, 에칭의 진행에 따라 가공부의 개구영역이 좁아지기 때문이다.
이어서, 레지스트패턴(22) 및 측벽 보호막(24b)을 애싱 및 세정에 의해 제거한다. 이로써, 도 4의 (f)에 나타낸 바와 같이, 순 테이퍼형상 측벽을 갖는 미소요철구조를 구비한 WC합금기판(21)으로 이루어지는 WC합금 몰드가 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 몰드의 제조방법은, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체 상에 레지스트패턴을 형성하는 공정과, 상기 레지스트패턴을 마스크로 하여, 적어도 염소원자를 함유하는 가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 상기 물체를 에칭하는 공정을 구비한다. 즉, 본 실시형태는 본 발명의 드라이에칭방법(제 1∼제 3 실시형태)을 이용하는 것이므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체의 표면 및 내부를, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상으로 가공하는 것이 가능해진다. 따라서, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 확실하게 형성할 수 있다.
또, 본 실시형태에서 에칭마스크로서 레지스트패턴을 이용했지만, 이 대신, 절연막으로 이루어지는 하드마스크 등을 이용해도 좋음은 물론이다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스로는, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 2 이상의 가스 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질에 대해, 보다 저가이며 또, 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제조할 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해 에칭률이 높아지므로, 텅스튼과 탄소를 함유하는 물질에 대해 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조할 수 있다. 여기서, 산소원자를 함유하는 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 효율적으로 산소를 공급할 수 있으므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질에 대해, 안정되게 또, 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되게 또, 고속으로 제조할 수 있다. 또, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 산소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, COCl2, ClFO3, NOCl, NO2Cl, SOCl2, SO2Cl2 또는 SO3HCl 등을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에 희가스를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 더욱 안정되게 할 수 있으므로, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질에 대해, 보다 안정되게 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조할 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에 불소원자를 함유하는 가스를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 염소에 의한 수직형상 가공특성에 악영향을 끼치는 일없이, 불소의 효과에 의해 에칭률을 향상시킬 수 있다. 이로써, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질에 대해, 더한층 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 더한층 고속으로 제조할 수 있다. 여기서, 불소원자를 함유하는 가스로는, CF4 혹은 C2F6 등의 불화탄소가스 또는 CHF3 혹은 CH2F2 등의 불화수소탄소가스를 이용해도 된다. 혹은 불소원자를 함유하는 가스를 혼합시키는 대신, 염소원자와 불소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, ClF3 등의 불화염소가스를 이용해도 된다. 또한 불소원자를 함유하는 가스로서 F2를 이용해도 되지만, 이 경우, 안전 상, 미리 He에 의해 3체적% 정도로 희석시킨 F2가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 전술한 불소원자를 함유하는 각 가스는 모두 분자량이 작으므로, 가스를 간단하게 공급할 수 있어, 저원가의 에칭가공이 가능해진다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스와 불소원자를 함유하는 가스를 혼합시켜 이용할 경우, 염소원자를 함유하는 가스와 불소원자를 함유하는 가스와의 합계유량에 대한 불소원자를 함유하는 가스의 혼합비를 약 20체적%∼약 80체적% 정도의 범위로 설정하는 것이 바람직하며, 약 30체적%∼약 70체적% 정도의 범위로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 하면, 염소원자를 함유하는 가스의 특징인 WClx에 의한 측벽 보호막 생성효과가 상실되는 일없이, 불소원자를 함유하는 가스의 이점인 고 에칭률의 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 가공단면이 수직형상이 되는 에칭가공을 고속으로 실시할 수 있다. 바꾸어 말하면, 염소원자를 함유하는 가스 및 불소원자를 함유하는 가스 각각에 의한 효과를 양쪽 얻을 수 있 다. 또, 어느 한쪽 가스에 의한 효과를 특별히 강조하고자 할 경우에는, 전술한 혼합비의 범위에서, 효과를 강조하고자 하는 가스의 혼합률을 높이면 된다.
또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스 중 적어도 한쪽을 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직가공만이 아닌 고정밀 순 테이퍼형상 가공도 행할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제도할 수 있다. 여기서, 브롬원자를 함유하는 가스로는, 예를 들어, Br2, HBr 등을 이용해도 된다. 또, 요오드원자를 함유하는 가스로는, 예를 들어, I2, HI 등을 이용해도 된다. 혹은, 염소원자와, 브롬원자 또는 요오드원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 가스, 예를 들어, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또한, CFxCl4-x, CFxBr4-x 또는 CFxI4-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어지는 분자가스를 이용해도 된다. 이 경우, 제 2 실시형태와 마찬가지의 F에 의한 에칭률 증대효과도 동시에 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 염소원자를 함유하는 가스에, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스 중 적어도 한쪽을 혼합시킬 경우, 염소원자를 함유하는 가스와, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스와의 합계유량에 대한, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스의 혼합비를 약 30체적% 정도 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 당해 혼합비가 5% 정도 미만이라도, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스에 의한 측벽 보호막 형성효과는 충분히 얻을 수 있다. 또, 염소원자를 함유하는 가스와 브롬원자를 함유하는 가스의 혼합비, 염소원자를 함유하는 가스와 요오드원자를 함유하는 가스의 혼합비, 또는 염소원자를 함유하는 가스와 브롬원자를 함유하는 가스와 요오드원자를 함유하는 가스와의 혼합비를 바꿈으로써, 측벽 보호막의 두께를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 상기 각 혼합비가 5% 미만이라면, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 비교적 얇은 측벽 보호막(24a)을 형성할 수 있다. 이로써, 가공단면이 수직형상으로 되는 에칭가공을 행할 수 있다. 한편, 상기 각 혼합비를 높임으로써, 측벽 보호막의 두께를 두껍게 할 수 있다. 구체적으로는, 상기 각 혼합비가 8% 이상으로 되면, 서서히 측벽 보호막의 두께가 두꺼워지며, 약 10%를 초과하면, 도 4의 (e)에 나타낸 바와 같이, 가공단면이 순 테이퍼형상이 되는 에칭을 실현할 수 있을 정도로 측벽 보호막(24b)의 막 두께가 두꺼워진다.
또한, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는, 평행평판형 등의 반응성이온 에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE장치, 유도결합플라즈마(ICP) 에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR) 에칭장치, UHF플라즈마 에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD) 에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다.
또, 본 실시형태에서, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭대상으로 했지만, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중 어느 하나를 에칭대상으로 해도 된다. 또한, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물질에 추가로 질소가 함유되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭대상으로 해도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[제 5 실시형태]
이하, 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 몰드에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 본 실시형태에 관한 몰드는, 제 4 실시형태에서 설명한 몰드의 제조방법에 의해 얻어진 것이다.
도 5의 (a)는 본 실시형태에 관한 몰드 전체의 단면도이다. 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 바탕기판(31) 상에, 예를 들어, WC합급 등의, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체(32)가 성막된다. 물체(32)의 표면에는, 제 1∼제 3 실시형태의 드라이에칭방법에 의해 수직형상(기판표면에 대해 수직인 벽을 갖는 형상) 또는 순 테이퍼형상을 갖는 미소요철이 형성된다. 또, 도 5의 (b)∼(d) 및 (e)∼(g)는 각각, 도 5의 (a)에 나타낸 몰드 표면(일점 쇄선으로 둘러싸인 영역)의 미소요철을 확대시킨 양상을 나타낸다.
본 실시형태에 관한 몰드는, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질에 대해, 적어도 염소원자를 함유하는 가스로부터 생성된 플라즈마에 의한 드라이에칭을 실시함으로써 형성된 것이므로, 도 5의 (b)∼(d)에 나타낸 바와 같은, 활꼴형상이 없는 수직 단면형상을 갖는 미소요철을 갖는 몰드, 및 도 5의 (e)∼(g)에 나타낸 바와 같은, 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 갖는 몰드를 실현할 수 있다.
여기서, 몰드의 바탕기판(31)으로는, 금속 혹은 도전성물질로 된 기판(31a)( 도 5의 (b) 또는 (e)), 절연물질로 된 기판(31b)(도 5의 (c) 또는 (f)), 또는 반도체물질로 된 기판(31c)(도 5의 (d) 또는 (g)) 중, 어느 기판이라도 되며, 용도에 따라 선택하면 된다. 예를 들어, 몰드 표면에 전기를 보내면서 사용할 경우에는 바탕기판(31)으로서 기판(31a)을 사용하면 된다. 또, 몰드를 전기적으로 절연시킨 상태에서 사용할 경우에는, 바탕기판(31)으로서 기판(31b)을 사용하면 된다.
그리고 본 실시형태에서, 몰드 제조에 이용하는 염소원자를 함유하는 가스로는, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중,, 어느 하나 또는 이들 중,, 2 이상의 가스 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 용이해짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제조할 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 몰드 제조에 이용하는 염소원자를 함유하는 가스에, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소의 첨가효과에 의해 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조·제공할 수 있다. 여기서, 산소원자를 함유하는 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중,, 2 이상의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 효율적으로 산소를 공급할 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되게 또, 고속으로 제조·제공할 수 있다. 또한, 산소원자를 함유하는 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 산소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, COCl2, ClFO3, NOCl, NO2Cl, SOCl2, SO2Cl2 또는 SO3HCl 등을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 몰드 제조에 이용하는 염소원자를 함유하는 가스에, 희가스를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 더욱 안정되게 할 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조·제공할 수 있다.
또, 본 실시형태에서, 몰드 제조에 이용하는 염소원자를 함유하는 가스에, 불소원자를 함유하는 가스를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 염소에 의한 수직형상 가공특성에 악영향을 끼치는 일없이, 불소의 효과에 의해 에칭률을 향상시킬 수 있다. 이로써, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 더한층 고속으로 제조·제공할 수 있다. 또, 불소원자를 함유하는 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 불소원자를 함유하는 가스, 예를 들어, ClF3 등의 불화염소가스를 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 몰드 제조에 이용하는 염소원자를 함유하는 가스에, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스 중 적어도 어느 하나를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드도 제공할 수 있다. 또, 브롬원자를 함유하는 가스 또는 요오드원자를 함유하는 가스 중 적어도 어느 하나를 혼합시키는 대신, 염소원자와, 브롬 원자 또는 요오드원자 중, 적어도 어느 하나를 함유하는 가스, 예를 들어, ICl, ClF2Br, ClF2I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 높은 정밀도로 가공된 미소요철을 갖는 몰드를 저가로 또, 쉽게 안정 공급할 수 있다. 또, 미소요철의 단면형상으로서, 기판 표면에 대해 수직부터 순 테이퍼(볼록부의 단면형상에서 밑변보다 윗변이 짧은 상태)까지의 측벽을 갖는 미소요철을 WC합금 등에 자유롭게 형성하는 것이 가능해진다.
그리고 본 실시형태에 관한 몰드의 미소요철 가공치수 한계는 레지스트패턴을 형성하는 리소그래피기술에 크게 의존하며, 현재 최소치수 50㎚ 정도까지의 가공이 가능하다. 또, 본 실시형태에 관한 몰드는, 가공치수가 큰 광회로부품의 제조에서 최소치수를 추구하는 나노임프린트까지 폭 넓은 분야에 활용할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 몰드는, 활꼴형상이 없는 수직 또는 순 테이퍼의 가공단면을 가지므로, 당해 몰드의 오목부에, 요철이 전사되는 쪽 물질이 남는 등의 일이 없으며, 프레스전사 후에 몰드를 쉽게 분리할 수 있다. 또, 본 실시형태 몰드의 막힘 방지를 보다 확실한 것으로 하여 사용내구 회수를 늘리기 위해서는, 본 실시형태의 몰드 미소요철 표면에 금속, 테플론코팅 또는 실리콘커플링 재료 등에 의한 처리 등을 실시하면 된다. 또한, 당해 표면처리 재료는, 몰드의 작용에 의해 요철이 전사되는 쪽의 물질에 따라, 임의로 선택하면 된다.
또, 본 실시형태에서, 몰드의 표면재료로서, 텅스텐 및 탄소를 함유하는 물 질을 이용했지만, 당해 물질에 추가로 질소가 함유되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 이용해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[비교예]
이하, 비교예에 관한 성형금형 제조방법에 대해 설명하는데 있어서, 우선 그 전제사항에 대해 서술하기로 한다.
최근, 인터넷의 가정으로의 침투나 영상미디어의 디지털화가 촉진되어감에 따라, 기가비트급 고속통신기반의 중요성이 높아지고 있으며, 이와 같은 고속통신기반으로서 기대되는 것이 광 통신시스템이다. 이와 같은 고속통신시스템의 일반가정 등으로의 도입을 달성하기 위해서는, 저가격의 모듈이 필요하며, 이를 위해 필요한 기술적 과제의 하나는, 광 도파로를 저원가로 형성하는 기술을 개발하는 것이다.
광 도파로를 갖는 도파로 기판의 제조 시에는, 반도체의 제조프로세스에 일반적으로 이용되는 리소그래피 및 드라이에칭을 이용하여 유리기판 상에 원하는 미세 홈 패턴을 형성하는 방법이 채용되고 있다. 그러나, 이 방법으로는, 모든 유리기판에 대해 고가의 장치를 이용하여 홈 패턴을 형성할 필요가 있으므로, 도파로 기판을 저원가로 얻을 수 없다.
이에 반해, 종래, 연화재료인 유리기판의 표면에, 광섬유를 유지시키기 위한 V홈과, 이 V홈과 직교하는 광학소자 삽입용 홈과, 광 도파로를 열 프레스 성형에 의해 형성하는 방법이 제안되었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 방법에 의하 면, 도파로 기판을 성형하기 위한 성형금형(몰드)을 가공할 수 있으면, 그 성형금형을 이용한 열 프레스 성형을 행하는 것만으로 동일형상의 도파로 기판을 대량생산할 수 있으며, 이로써 저가의 도파로 기판을 얻을 수 있다.
전술한 유리성형기술은 종래, 유리렌즈의 제조프로세스로서 일반적으로 이용되고 있으며, 이 성형가공의 실행 시에는 고온 및 고압에서의 실시가 필요하다. 따라서, 성형금형에는, 내열성, 강성 및 내구성이 요구되므로, 종래, 예를 들어, 텅스텐과 탄소의 합금(텅스텐카바이드)으로 이루어지는 초경금속을 형성재료로 하여 상기 성형금형이 형성되는 것이 일반적이다.
한편, 반도체의 제조프로세스에서는, 탄화텅스텐막 또는 규화텅스텐막 등의 박막에 에칭가스를 이용한 드라이에칭을 실시함으로써 미세한 패턴을 형성하는 것이 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 및 특허문헌 4 참조). 이 패턴형성방법에서는, 레지스트막을 패터닝하여 원하는 형상의 에칭마스크를 가공형성하면, 이방성 플라즈마에칭에 의해 원하는 형상의 미세한 패턴을 높은 정밀도로 얻을 수 있다.
그런데, 전술한 초경합금으로 된 성형금형을 상기 유리렌즈의 성형금형에 적용할 경우에는, 초경합금의 가공면이 단순한 곡면이므로, 초경합금에 다이아몬드에 의한 연삭 등 기계가공을 함으로써 당해 성형금형을 쉽게 제작할 수 있다. 그러나, 이와 같은 기계가공에 의해 상기 도파로 기판을 제작하고자 할 경우에는, ㎛ 치수의 사각형 단면 패턴을 고밀도로 갖는 광 도파로를 고정밀 가공하는 것이 어려움과 더불어, 제작시간이 길어져 생선성의 저하나 원가의 증대를 초래한다. 이에 반해, 보다 생산성이 높은 방법으로서, 초경합금에 대해 방전가공을 실시함으로써 도파로 기판용 성형금형을 제작하는 방법을 이용하는 것도 생각할 수 있지만, 이 방전가공은 자동차용이나 전기제품용 성형금형의 제작에는 적합하지만, 도파로 기판의 제작에 적용한 경우에는, 초경합금에 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성하기가 어려워진다.
한편, 종래의 드라이에칭으로 텅스텐계 재료에 미세한 패턴을 형성하는 방법은, 반도체프로세스의 박막 에칭에 일반적으로 채용되고 있다. 여기서, 에칭가스로는, 불소계 에칭가스(예를 들어, CHF3, CF3 또는 SF6 등)가 사용되므로, 텅스텐카바이드의 에칭률은 매우 낮아진다. 단, 반도체프로세스에서는, 박막에칭에서의 에칭깊이가 1 ㎛ 이하로 작으므로, 에칭률이 낮은 것은 거의 문제되지 않는다.
그러나, 상기 도파로 기판용 성형금형의 제작을 목적으로 초경합금을 드라이에칭 하고자 할 경우에는, 10∼100㎛ 오더의 에칭깊이가 필요하므로, 전술한 바와 같은 낮은 에칭률로 드라이에칭을 하면, 에칭시간이 지나치게 길어져버린다. 실제로 측정한 결과에 의하면, 초경합금을 불소계의 에칭가스로 드라이에칭 할 경우에는, 20분의 에칭시간에 에칭깊이가 약 1㎛ 정도이므로, 원하는 에칭깊이, 예를 들어, 10㎛의 에칭깊이를 얻고자 하면, 200분이라는 극단적으로 긴 에칭시간이 필요하게 된다. 이는 텅스텐카바이드에서의 텅스텐과 탄소의 결합이 강하기 때문에, 통상의 텅스텐화합물의 에칭과 같이 증기압이 높은 불화물을 형성하는 것이 어려운 결과인 것으로 생각된다. 따라서, 전술한 초경합금을 불소계의 에칭가스로 드라이 에칭하여 도파로 기판용의 성형금형을 제작하고자 하면, 생산성이 매우 낮아짐과 더불어, 상당한 원가의 상승을 초래하게 된다.
더욱이, 원하는 에칭깊이를 얻기 위한 에칭시간이 상기한 바와 같이 극단적으로 길어질 경우에는, 에칭시간이 경과함에 따라 초경합금으로 된 형성재료의 온도가 서서히 높아짐과 동시에 그 온도가 불안정하게 변화하므로, 에칭량의 제어가 어려워짐과 더불어, 에칭마스크에 대한 에칭 선택비가 나빠진다. 또, 에칭마스크의 형상이 사이드에칭에 의해 변화하므로, 가공 정밀이 매우 나빠져, 원하는 미세 패턴형상을 얻기가 어려워진다는 문제도 발생한다.
이하, 비교예에 관한 성형금형 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 8의 (a)∼(c) 및 도 9의 (a), (b)는 비교예에 관한 성형금형 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.
우선 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료(40) 상에, 금, 코발트 또는 니켈을 재료로 하여 리프트오프법에 의해 사각형의 단면형상을 갖는 소정패턴의 에칭마스크(41)를 형성한다.
다음에, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 불소계 가스를 에칭가스로 하여 생성한 플라즈마 래디컬(42)에 의해, 형성재료(40)에 대해 에칭깊이가 비교적 작은 드라이에칭을 실시한다. 이 때, 비교적 작은 에칭깊이로 형성재료(40)를 에칭 했음에도 불구하고, 에칭률이 낮기 때문에 에칭시간이 길어진다. 그 결과, 긴 에칭시간이 경과함에 따라 에칭마스크(41)의 측면도 형성재료(40)와 함께 서서히 에칭 되면서 증발해가므로, 에칭마스크(41)의 단면형상 폭은, 도 8의 (a)에 나타낸 사각형의 초기 단면형상 폭(d1)보다 작은 폭(d2)까지 삭감된다.
또, 에칭에 의해 생성된 화합물이, 형성재료(40)의 에칭으로 형성된 볼록부의 측벽에 부착하기 때문에, 당해 측벽이 에칭되기 어려워지므로, 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 종료 후에 에칭마스크(41)를 제거하여 얻어지는 볼록부의 단면형상은, 원하는 수직 측벽을 갖는 단면형상으로 되지 않는다.
또한, 형성재료(40)에 대한 드라이에칭에서 에칭깊이를 비교적 크게 설정한 경우에는, 에칭시간이 더욱 길어지며, 그 긴 에칭시간이 경과함에 따라 에칭마스크(41)도 서서히 에칭되면서 증발하는 결과, 에칭마스크(41)의 단면형상은, 도 9의 (a) 및 (b)에 각각 점선으로 나타낸 사각형의 초기단면형상에서 실선으로 나타낸 형상으로 변화한다. 이 때, 에칭시간이 길어짐에 따라 형성재료(40)의 온도가 상승하여 에칭률이 불안정해진다. 또, 에칭에 의해 생성되는 화합물이 에칭 중의 측벽(형성재료(40)의 볼록부 측벽)에 부착하여 당해 측벽이 에칭되기 어려워지는 현상도 현저해진다. 그 결과, 화합물 부착의 차이나 사이드에칭의 발생 등에 기인하여, 에칭마스크(41)에 대한 에칭 선택성이 극단적으로 나빠지는 동시에, 마스크형상의 전사성이 나빠진다. 이 때문에, 에칭에 의해 형성된 볼록부의 단면형상은, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 아래쪽을 향해 퍼지는 단면형상이나 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 사발형으로 팽창된 단면형상으로 되어버려, 원하는 수직 측벽을 갖는 사각 단면형상(도 9의 (a) 및 (b)에 각각 2점 쇄선으로 나타냄)을 얻을 수가 없다.
후술하는 본 발명의 제 6 실시형태 및 그 변형예에 관한 성형금형(몰드)의 제조방법은, 상기 종래의 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료에 사각형의 단면형상을 갖는 미세한 패턴을 높은 정밀도로 형성한 성형금형을 높은 생산성으로 또, 저가로 제조하는 것을 목적으로 하는 것이다.
[제 6 실시형태]
이하, 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 성형금형 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 10은 본 실시형태의 성형금형 제조방법을 구현화 하기 위한 ICP플라즈마 에칭장치의 개략단면 구성을 나타낸 도이다. 또, 본 실시형태에서는, 당해 ICP플라즈마 에칭장치로서 주지의 구성을 갖는 것을 이용하며, 당해 ICP플라즈마 에칭장치를 이용하여 형성재료인 워크(W)를 드라이에칭하여 도파로 기판 등의 성형금형을 형성한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, ICP플라즈마 에칭장치의 처리챔버(201) 내부에는 코일로 된 상부전극(202)과, 워크 설치대가 되는 하부전극(203)이 서로 대향하는 배치에 형성된다. 상부전극(202)에는 ICP플라즈마 RF전원(204)이 접속됨과 동시에, 하부전극(203)에는 바이어스 RF전원(207)이 접속된다. 하부전극(203)의 내부에는 워크냉각용 냉각수관로(208)가 형성된다. 하부전극(203)의 상면에는, 형성할 성형금형의 형성재료인 워크(W)가 위치결정된 상태로 설치된다. 워크(W)는 텅스텐과 탄소로 이루어지는 합금을 고온 및 고압으로 소결시킨 초경합금이며, 결합재료 (binder)로서, 예를 들어, 코발트 등의 금속이 수 at%에서 10 수 at% 함유된다. 또, 워크(W)로서, 플라즈마 소결에 의해 얻어진, 바인더를 거의 함유하지 않는 초경합금을 이용할 수도 있다.
상기 처리챔버(201)에서는, 진공펌프(209)의 구동에 의해 내부공기 또는 에칭처리 후의 에칭가스가 배기되어 소정의 진공도로 진공 처리됨과 동시에, 새로운 에칭가스가 내부로 도입된다. 상기 에칭가스를 생성하는 에칭가스 생성장치(210)는, 제 1 가스탱크(211A)로부터 반응성 가스로서의 요오드화수소가스를, 제 2 가스탱크(212)로부터 불활성가스로서의 아르곤가스를, 제 3 가스탱크(213)로부터 산소가스를, 후술하는 소정의 비율(혼합률)로 되는 유량으로 조정하면서 각각 도입하며, 도입된 3 종류의 상기 가스를 혼합시키고 원하는 에칭가스를 생성하여, 당해 생성된 에칭가스를 처리챔버(201)의 내부에 공급한다.
이어서 상기 워크(W)를 드라이에칭하여 원하는 성형금형을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 도 11의 (a)∼(c)는 본 실시형태의 성형금형 제조방법 각 공정을 나타낸 단면도이다. 도 12는 상기 플라즈마 에칭장치에 의해 형성할 성형금형(214)을 나타낸 사시도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이 성형금형(214)에서는, 베이스(214a)의 표면에, 도파로 기판의 광섬유 유지용 홈을 열 프레스 성형으로 형성하기 위한 사각형 단면을 갖는 소정 패턴의 레일형 볼록부(214b)가 형성된다. 여기서, 도 12에서는 성형금형의 구성을 간략화하여 나타내지만, 실제로는 레일형 볼록부(214b)가 미세한 패턴으로서 형성된다.
본 실시형태의 성형금형 제조방법에서는, 우선 워크(W)를 처리챔버(201) 내 로 반입하기 전에, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 워크(W)의 표면에, 상기 레일형 볼록부(214b)에 대응한 형상의 에칭마스크(217)를 미리 형성한다. 에칭마스크(217)의 형성방법은 예를 들어, 다음과 같다. 즉 워크(W)의 표면에, 원하는 레일형 볼록부 패턴을 반전시킨 패턴을 갖는 레지스트를 형성한 후, 워크(W)의 표면 전체에, 스퍼터링으로 니켈을 막 상태로 퇴적시키고, 그 후, 상기 레지스트와 그 위에 퇴적된 필요 없는 니켈을 리프트오프법으로 제거함으로써, 예를 들어, 니켈로 된 에칭마스크(217)를 형성한다. 본 실시형태에서 에칭마스크(217)는, 폭 5㎛, 막 두께 2㎛의 띠 형상이 고밀도로 배치되어 이루어지는 소정의 미세 패턴으로서 형성된다.
다음에, 전술한 바와 같이 소정 패턴의 에칭마스크(217)가 미리 형성된 워크(W)를 처리챔버(201) 내의 하부전극(203) 상에 설치한 후, 진공펌프(209)를 구동시켜 처리챔버(201)의 내부를 소정의 진공도로 진공 처리한 다음, 에칭가스 생성장치(210)를 구동시켜 에칭가스를 처리챔버(201) 내로 도입시킨다. 이 에칭가스는, 전술한 바와 같이 요오드화수소가스, 아르곤가스, 및 산소가스를 혼합한 것이며, 1 분당 가스유량 비에서, 예를 들어, 요오드화수소가스:아르곤가스:산소가스=25㏄:50㏄:5㏄의 혼합비율로 설정된다.
이어서 ICP플라즈마 RF전원(204)으로부터 상부전극(202)에 구동전력을 공급하는 동시에, 바이어스 RF전원(207)으로부터 하부전극(203)에 구동전력을 공급한다. 이로써, 처리챔버(201) 내에서 상기 에칭가스가 여기되어, 상부전극(202)(ICP부) 주변에 고밀도의 플라즈마 래디컬이 발생하므로, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상부전극(202)부터 하부전극(203)으로 끌리는 플라즈마 래디컬(218)이, 에칭마스크(217)를 포함하는 워크(W)의 표면으로 수직 입사하며, 이로써 워크(W)의 드라이에칭이 진행해간다.
여기서, 본 실시형태에서는 드라이에칭의 조건으로서, ICP플라즈마 RF전원(204)으로부터 상부전극(202)으로의 공급전력을 500W, 바이어스 RF전원(207)으로부터 하부전극(203)으로의 공급전력을 300W, 처리챔버(201) 내의 압력을 2㎩, 냉각수관로(208)에 의한 워크(W)의 냉각설정온도를 25℃, 에칭시간을 20분으로 각각 설정한다.
또, 본 실시형태에서는, 상기 에칭가스 중의 반응성 가스인 요오드화수소가스로부터 생성된 반응성 래디컬이, 워크(W) 표면 즉 텅스텐과 탄소의 합금 표면에 작용함으로써 발생한, 텅스텐의 요오드화물과 탄소의 요오드화물이 제거됨으로써 드라이에칭이 진행해간다. 이 때, 상기 에칭가스 중의 불활성가스인 아르곤가스는, 에칭 면에 생긴 에칭화합물을 제거하여 에칭을 촉진하도록 기능한다.
다음에, 에칭이 종료되면 에칭마스크(217)를, 예를 들어, 염산이나 질산 등의 산에 의한 습식에칭으로 제거한다. 이로써 도 11의 (c) 및 도 12에 나타낸 바와 같은 원하는 성형금형(214), 즉 베이스(214a)의 표면에 소정 패턴의 레일형 볼록부(214b)가 형성되어 이루어지는 성형금형(214)이 얻어진다.
도 11의 (b)에 나타낸 드라이에칭에 의한 성형금형(214)의 제조에서는, 에칭가스 중의 반응가스로서 요오드화수소가스를 이용함으로써, 에칭률이 1분간에 200㎚ 정도까지 높아진다. 즉, 종래의 불소계 가스를 이용한 드라이에칭일 경우의 20 분간에 1㎛인 에칭률에 비해, 본 실시형태의 에칭률은 20분간에 약 4㎛로 비약적으로 향상된다. 또, 본 실시형태에서는, 에칭가스 중에 산소가스를 혼합함으로써 에칭률이 더욱 향상된다. 이는, 산소가스를 함유하는 에칭가스로부터 발생한 반응성 래디컬이 워크(W) 중의 탄소와 결합되어 탄화산소로 되고, 그 결과 에칭반응이 촉진되기 때문이다.
또, 본 실시형태에서 산소가스를 에칭가스 중으로 혼입하는 경우의 에칭률은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 요오드화수소가스에 대한 산소가스의 혼합률(유량 비)에 의존한다. 구체적으로는, 요오드화수소가스에 대한 산소가스의 혼합률을 0.15∼0.6의 범위로 설정한 경우에는, 1분간에 약 300㎚ 이상의 큰 에칭률을 얻을 수 있으며, 상기 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 1분간에 약 500㎚라는 에칭률의 최대값을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 20분간의 에칭으로 약 10㎛의 깊이까지 에칭하는 것이 가능해진다. 한편, 종래의 불소계 가스를 에칭가스로 하는 드라이에칭에서는, 10㎛의 깊이까지 에칭하기 위해 200분이나 에칭시간이 필요하다. 즉 본 실시형태에 의하면, 종래기술에 비해, 원하는 에칭깊이를 얻기 위한 에칭시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태의 드라이에칭에서는, 10㎛ 정도의 비교적 큰 에칭 깊이로 설정한 경우라도, 요오드화수소가스에 산소가스를 혼합한 에칭가스를 이용함으로써, 에칭률이 전술한 바와 같이 비약적으로 향상되는 점에서, 에칭시간이 길어짐에 기인하여 에칭마스크(217)에 사이드에칭에 의한 형상 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉 에칭마스크(217)가 사각형인 초기 단면형상을 유지할 수 있 다. 또, 에칭화합물의 생성량이 증대하지 않도록 짧은 에칭시간 내에 에칭처리를 종료시킬 수 있다. 더욱이 불활성가스로서 에칭가스 중으로 혼입시킨 아르곤가스는, 에칭에 따라 워크(W)의 표면에 생성하는 에칭화합물을 스퍼터링으로 효과적으로 제거한다.
이와 같은 본 실시형태의 드라이에칭을 실시한 결과 얻어진 성형금형(214)에서는, 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 베이스(214a) 상에 형성되는 레일형 볼록부(214b)가 10㎛ 정도의 비교적 큰 높이를 가짐과 더불어, 고밀도 패턴으로서 형성되었음에도 불구하고, 레일형 볼록부(214b)의 측벽은 베이스(214a)에 대해 정확하게 수직으로 된다. 즉 레일형 볼록부(214b)는 원하는 사각 단면형상을 갖도록 형성된다. 또, 전술한 아르곤가스에 의한 에칭화합물의 제거에 의해 에칭 면의 표면 거칠기가 작아지므로, 레일형 볼록부(214b)의 형상 제어를 고정밀도로 실행할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 드라이에칭에서는, 에칭시간이 대폭으로 단축됨으로써, 높은 생산성으로 성형금형(214)을 제작하여, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 요오드원자를 함유하는 반응가스로서 요오드화수소가스를 이용했지만, 이 대신, 또는 이에 추가로, 요오드화트리플루오로메탄을 적당량 이용해도 된다. 혹은 가스화되기 쉬운 다른 요오드화물을 이용해도 된다. 또한, 불활성가스로는, 본 실시형태에서 예시한 아르곤가스 외에, 네온 등의 다른 불활성가스를 이용해도 되며, 또, 이들 불활성가스에 추가로 질소 등의 가스를 첨가해도 된다. 그리고 에칭마스크(217)에 대해서, 본 실시형태에서는 니켈로 형성하는 경우를 예시했지만, 이 대신, 코발트나 구리 등의 에칭되기 어려운 다른 금속을 이용하여 에칭마스크를 형성해도 된다.
이하, 전술한 바와 같이 원하는 사각 단면형상의 레일형 볼록부(214b)가 고밀도이며 고정밀도로 형성된 성형금형(214)을 이용하여, 도파로 기판을 열 프레스 성형으로 제작하는 방법에 대해 설명한다.
도 14는, 도파로 기판을 제작하기 위한 열 프레스 성형기의 개략단면 구성을 나타낸다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 열 프레스 성형기(219)의 천장부에는 공압 실린더(220)가 설치되며, 이 공압 실린더(220)의 하단부에, 가열용 히터(221)가 내장된 상부 프레스헤드(222)가 설치된다. 이 상부 프레스헤드(222)의 하면에는, 본 실시형태의 드라이에칭으로 제작된 성형금형(214)이, 레일형 볼록부(214b)가 아래쪽을 향하는 배치에 상부 성형금형으로서 고정된다.
한편 열 프레스 성형기(219)의 내부 하방에는, 가열용 히터(223)가 내장된 하부 프레스헤드(224)가 설치되며, 이 하부 프레스헤드(224)의 상면에는, 유지부재(228)가 가이드부재(227)의 내부에 위치가 고정된 상태로 설치되며, 유지부재(228)의 상면에, 연화성 재료로 이루어지는 성형소재(229)가 설치된다.
상기 열 프레스 성형기(219)에서는, 성형소재(229)를 유지부재(228) 위에 설치한 후, 내부가 질소분위기로 치환되며, 또, 가열용 히터(221 및 223)가 구동되어 내부가 원하는 온도, 예를 들어, 450℃∼630℃까지 가열된다. 이 상태에서, 공압 실린더(220)가 작동되고 상부 프레스헤드(222)가 하강되어, 이 상부 프레스헤드(222)의 하면에 고정된 성형금형(214)이 성형소재(229)에 대해 소정의 압력으로 눌려진다. 이로써 성형소재(229)의 표면에는, 성형금형(214)의 레일형 볼록부(214b) 에 대응한 홈이 소성변형에 의해 형성된다. 이와 같이 성형소재(229)에 홈이 형성되어 이루어지는 도파로 기판의 제작이 종료되면, 열 프레스 성형기(219)의 내부가 실온에서 150℃까지 범위의 온도로 냉각된 후, 제작이 종료된 도파로 기판이 열 프레스 성형기(219)로부터 분리된다. 따라서, 본 실시형태의 제조방법에 의해 성형 금형(214)을 고정밀 가공할 수 있으면, 그 성형금형(214)을 이용한 열 프레스 성형을 행하는 것만으로, 동일형상의 도파로 기판을 대량생산할 수 있으므로, 저가의 도파로 기판을 제공하는 것이 가능해진다.
또, 성형금형(214)의 제조에 채용한 본 실시형태의 드라이에칭방법에서는, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금을 매우 높은 에칭률로 드라이에칭할 수 있음과 더불어, 에칭마스크에 대한 에칭선택 비가 매우 향상되므로, 예를 들어, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같은 단면형상을 갖는 성형금형(230)도 높은 정밀도로 제조하기가 가능하다. 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이, 성형금형(230)에서는, 경사면이 된 측벽(230b)을 양쪽에 갖는 레일형 볼록부(230c)가 베이스(230a) 상에 형성된다.
이 성형금형(230)의 제조 시에는, 예를 들어, 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 성형금형(230)으로 될 워크(W)의 표면에, 형성할 경사면의 측벽(230b)과 레일형 볼록부(230c)에 대응한 형상의 에칭마스크(231)를 형성한다. 여기서, 에칭마스크(231)의 양 측벽으로 될 양쪽의 경사부(231a)는, 설정한 에칭시간을 고려하여 원하는 두께로 설정된다. 이로써 워크(W)의 중앙부에 레일형 볼록부(230c)가 형성되는 소정시간이 경과하기 전에 에칭마스크(231)의 경사부(231a) 하단부(선단부)가 에칭으로 제거되며, 그 후 레일형 볼록부(230c)의 형성이 완료되는 시점에서 경사부(231a) 전체가 에칭으로 제거된다. 그 결과, 예를 들어, 도 15의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭종료 후에는, 에칭마스크(231)에서 레일형 볼록부(230c)를 형성하기 위한 부분만이 잔존하게 된다. 또, 에칭마스크(231)의 경사부(231a)가 그 하단부로부터 서서히 에칭에 의해 제거되어감에 따라 워크(W)에 경사면 형상의 측벽(230b)이 형성되므로, 도 15의 (a)에 나타낸 단면형상을 갖는 성형금형(230)을 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태의 드라이에칭을 이용한 성형금형의 제조방법에 의하면, 고 에칭률로 초경합금을 드라이에칭하는 것이 가능해지므로, 전술한 도파로 기판을 열 프레스 성형하기 위한 성형금형(214)을 제조하는 용도 외에도, 유리성형용 성형금형, 또는 고 강도의 미세 공구, 내마모성 미세 공구, 내부식성 미세 공구 혹은 내열성 미세 공구 등의 성형금형을 제조하는 용도 등에도 적합하게 적용할 수 있다.
[제 6 실시형태의 제 1 변형예]
이하, 본 발명 제 6 실시형태의 제 1 변형예에 관한 성형금형 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 16은 본 변형예의 성형금형 제조방법을 구현화하기 위한 ICP플라즈마 에칭장치의 개략단면 구성을 나타낸 도이다. 또, 도 16에서, 도 10에 나타낸 제 6 실시형태에서 이용한 ICP플라즈마 에칭장치와 동일 구성요소에는 동일 부호를 부여함으로써 설명을 생략한다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에서 이용하는 ICP플라즈마 에칭장치가, 도 10에 나타낸 제 6 실시형태에서 이용한 ICP플라즈마 에칭장치와 다른 점은, 반응성 가스로서의 요오드화수소가스를 공급하기 위한 제 1 가스탱크(211A) 대신, 반응성 가스로서의 염소가스를 공급하기 위한 제 1 가스탱크(211B)를 구비하는 점이다. 즉 본 변형예에서, 에칭가스를 생성하는 에칭가스 생성장치(210)는, 제 1 가스탱크(211B)로부터 반응성 가스로서 염소가스를, 제 2 가스탱크(212)로부터 불활성가스로서 아르곤가스를, 제 3 가스탱크(213)로부터 산소가스를, 후술하는 소정의 비율(혼합률)로 될 유량으로 조정하면서 각각 도입시키며, 도입된 3 종류의 상기 가스를 혼합하고 원하는 에칭가스를 생성하여, 당해 생성된 에칭가스를 처리챔버(201)의 내부에 공급한다.
본 변형예의 성형금형 제조방법은, 에칭가스 중의 반응성 가스로서 염소가스를 이용하는 점을 제외하고, 기본적으로 도 11의 (a)∼(c) 및 도 12에 나타낸 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
즉 본 변형예의 성형금형 제조방법에서는, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 우선 워크(W)를 처리챔버(201) 내로 반입하기 전에, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 워크(W)의 표면에, 상기 레일형 볼록부(214b)에 대응한 형상의 에칭마스크(217)를 미리 형성한다. 에칭마스크(217)의 형성방법은 예를 들어, 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
다음에, 소정 패턴의 에칭마스크(217)가 미리 형성된 워크(W)를 처리챔버(201) 내의 하부전극(203) 상에 설치한 후, 진공펌프(209)를 구동시키고 처리챔버(201)의 내부를 소정의 진공도로 진공 처리한 다음, 에칭가스 생성장치(210)를 구 동시켜 에칭가스를 처리챔버(201) 내로 도입시킨다. 이 에칭가스는, 전술한 바와 같이 염소가스와 아르곤가스와 산소가스를 혼합한 것이며, 1 분당 가스유량 비에서, 예를 들어, 염소가스:아르곤가스:산소가스=25㏄:50㏄:5㏄의 혼합비율로 설정된다.
이어서 제 6 실시형태와 마찬가지로, ICP플라즈마 RF전원(204)으로부터 상부전극(202)에 구동전력을 공급하는 동시에, 바이어스 RF전원(207)으로부터 하부전극(203)에 구동전력을 공급한다. 이로써, 처리챔버(201) 내에서 상기 에칭가스가 여기되어, 상부전극(202)(ICP부) 주변에 고밀도의 플라즈마 래디컬이 발생하므로, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상부전극(202)부터 하부전극(203)으로 끌리는 플라즈마 래디컬(218)이, 에칭마스크(217)를 포함하는 워크(W)의 표면으로 수직 입사하며, 이로써 워크(W)의 드라이에칭이 진행해간다.
그리고 본 변형예의 드라이에칭 조건은 예를 들어, 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
또, 본 변형예에서는, 상기 에칭가스 중의 반응성 가스인 염소가스로부터 생성된 반응성 래디컬이, 워크(W) 표면 즉 텅스텐과 탄소의 합금 표면에 작용함으로써 발생한, 텅스텐의 염화물과 탄소의 염화물이 제거됨으로써 드라이에칭이 진행해간다. 이 때, 상기 에칭가스 중의 불활성가스인 아르곤가스는, 에칭 면에 생긴 에칭화합물을 제거하여 에칭이 촉진되도록 기능한다.
다음에, 에칭이 종료되면, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 에칭마스크(217)를, 예를 들어, 염산이나 질산 등의 산에 의한 습식에칭으로 제거한다. 이로써 도 11 의 (c) 및 도 12에 나타낸 바와 같은 원하는 성형금형(214), 즉 베이스(214a) 표면에 소정 패턴의 레일형 볼록부(214b)가 형성되어 이루어지는 성형금형(214)이 얻어진다.
도 11의 (b)에 나타낸 드라이에칭에 의한 성형금형(214)의 제조에서는, 에칭가스 중의 반응가스로서 염소가스를 이용함으로써, 에칭률이 1분간에 200㎚ 정도까지 높아진다. 즉, 종래의 불소계 가스를 이용한 드라이에칭일 경우의 20분간에 1㎛인 에칭률에 비해, 본 변형예의 에칭률은 20분간에 약 4㎛로 비약적으로 향상된다. 또, 본 변형예에서는, 에칭가스 중에 산소가스를 혼합함으로써 에칭률이 더욱 향상된다. 이는, 산소가스를 함유하는 에칭가스로부터 발생한 반응성 래디컬이 워크(W) 중의 탄소와 결합되어 탄화산소로 되고, 그 결과 에칭반응이 촉진되기 때문이다.
또, 본 변형예에서 산소가스를 에칭가스 중에 혼입시키는 경우의 에칭률은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 염소가스에 대한 산소가스의 혼합률(유량 비)에 의존한다. 구체적으로는, 염소가스에 대한 산소가스의 혼합률을 0.15∼0.6의 범위로 설정한 경우에는, 1분간에 약 150∼200㎚ 이상의 큰 에칭률을 얻을 수 있으며, 상기 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 1분간에 약 350㎚라는 에칭률의 최대값을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 20분간의 에칭으로 약 7㎛의 깊이까지 에칭하는 것이 가능해진다. 한편, 종래의 불소계 가스를 에칭가스로 하는 드라이에칭에서는, 10㎛의 깊이까지 에칭하는데 200분이나 에칭시간이 필요하다. 즉 본 변형예에 의하면, 종래기술에 비해, 원하는 에칭깊이를 얻기 위한 에칭시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
이상과 같이 본 변형예의 드라이에칭에서는, 10㎛ 정도의 비교적 큰 에칭 깊이로 설정한 경우라도, 염소가스에 산소가스를 혼합한 에칭가스를 이용함으로써, 에칭률이 전술한 바와 같이 비약적으로 향상되는 점에서, 에칭시간이 길어짐에 기인하여 에칭마스크(217)에 사이드에칭에 의한 형상 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉 에칭마스크(217)가 사각형인 초기 단면형상을 유지할 수 있다. 또, 에칭화합물의 생성량이 증대하지 않도록 짧은 에칭시간 내에 에칭처리를 종료시킬 수 있다. 더욱이 불활성가스로서 에칭가스 중으로 혼입시킨 아르곤가스는, 에칭에 따라 워크(W)의 표면에 생성되는 에칭화합물을 스퍼터링으로 효과적으로 제거한다.
이와 같은 본 변형예의 드라이에칭을 실시한 결과 얻어진 성형금형(214)에서는, 제 6 실시형태와 마찬가지로 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 베이스(214a) 상에 형성되는 레일형 볼록부(214b)가 10㎛ 정도의 비교적 큰 높이를 가짐과 더불어, 고밀도 패턴으로 형성되었음에도 불구하고, 레일형 볼록부(214b)의 측벽은 베이스(214a)에 대해 정확하게 수직으로 된다. 즉 레일형 볼록부(214b)는 원하는 사각 단면형상을 갖도록 형성된다. 또, 전술한 아르곤가스에 의한 에칭화합물의 제거에 의해 에칭 면의 표면 거칠기가 작아지므로, 레일형 볼록부(214b)의 형상 제어를 높은 정밀도로 실행할 수 있다. 또한,,본 변형예의 드라이에칭에서는, 에칭시간이 대폭으로 단축됨으로써, 높은 생산성으로 성형금형(214)을 제작하여, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 변형예에서는, 염소원자를 함유하는 반응가스로서 염소가스를 이용했 지만, 이 대신, 또는 이에 추가로, 3염화붕소, 4염화탄소 또는 클로로포름을 적당량 이용해도 된다. 혹은 가스화하기 쉬운 다른 염화물을 이용해도 된다. 또한, 불활성가스로는, 본 변형예에서 예시한 아르곤가스 외에, 네온 등의 다른 불활성가스를 이용해도 되며, 또, 이들 불활성가스에 추가로 질소 등의 가스를 첨가해도 된다. 그리고 에칭마스크(217)에 대해서, 본 변형예에서는 니켈로 형성하는 경우를 예시했지만, 이 대신, 코발트나 구리 등의 에칭되기 어려운 다른 금속을 이용하여 에칭마스크를 형성해도 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 원하는 사각 단면형상의 레일형 볼록부(214b)가 고밀도이면서 고정밀로 형성된 성형금형(214)을 이용하여, 도파로 기판을 열 프레스 성형으로 제작하는 방법에 대해서는, 도 14 및 도 15의 (a)∼(c)에 나타낸 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
[제 6 실시형태의 제 2 변형예]
이하, 본 발명 제 6 실시형태의 제 2 변형예에 관한 성형금형 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 18은 본 변형예의 성형금형 제조방법을 구현하기 위한 ICP플라즈마 에칭장치의 개략단면 구성을 나타낸 도이다. 또, 도 18에서, 도 10에 나타낸 제 6 실시형태에서 이용한 ICP플라즈마 에칭장치와 동일 구성요소에는 동일 부호를 부여함으로써 설명을 생략한다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에서 이용하는 ICP플라즈마 에칭장치가, 도 10에 나타낸 제 6 실시형태에서 이용한 ICP플라즈마 에칭장치와 다른 점은, 반응성 가스로서 요오드화수소가스를 공급하기 위한 제 1 가스 탱크(211A) 대신, 반응성 가스로서 브롬화수소가스를 공급하기 위한 제 1 가스탱크(211C)를 구비하는 점이다. 즉 본 변형예에서, 에칭가스를 생성하는 에칭가스 생성장치(210)는, 제 1 가스탱크(211C)로부터 반응성 가스로서 브롬화수소가스를, 제 2 가스탱크(212)로부터 불활성가스로서 아르곤가스를, 제 3 가스탱크(213)로부터 산소가스를, 후술하는 소정의 비율(혼합률)로 될 유량으로 조정하면서 각각 도입시키며, 도입된 3 종류의 상기 가스를 혼합하고 원하는 에칭가스를 생성하여, 당해 생성된 에칭가스를 처리챔버(201)의 내부에 공급한다.
본 변형예의 성형금형 제조방법은, 에칭가스 중의 반응성 가스로서 브롬화수소가스를 이용하는 점을 제외하고, 기본적으로 도 11의 (a)∼(c) 및 도 12에 나타낸 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
즉 본 변형예의 성형금형 제조방법에서는, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 우선 워크(W)를 처리챔버(201) 내로 반입하기 전에, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 워크(W)의 표면에, 상기 레일형 볼록부(214b)에 대응한 형상의 에칭마스크(217)를 미리 형성한다. 에칭마스크(217)의 형성방법은 예를 들어, 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
다음에, 소정 패턴의 에칭마스크(217)가 미리 형성된 워크(W)를 처리챔버(201) 내의 하부전극(203) 상에 설치한 후, 진공펌프(209)를 구동시키고 처리챔버(201)의 내부를 소정의 진공도로 진공 처리한 다음, 에칭가스 생성장치(210)를 구동시켜 에칭가스를 처리챔버(201) 내로 도입시킨다. 이 에칭가스는, 전술한 바와 같이 브롬화수소가스와 아르곤가스와 산소가스를 혼합한 것이며, 1 분당 가스유량 비에서, 예를 들어, 브롬화수소가스:아르곤가스:산소가스=25㏄:50㏄:5㏄의 혼합비율로 설정된다.
이어서 제 6 실시형태와 마찬가지로, ICP플라즈마 RF전원(204)으로부터 상부전극(202)에 구동전력을 공급하는 동시에, 바이어스 RF전원(207)으로부터 하부전극(203)에 구동전력을 공급한다. 이로써, 처리챔버(201) 내에서 상기 에칭가스가 여기되어, 상부전극(202)(ICP부) 주변에 고밀도의 플라즈마 래디컬이 발생하므로, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상부전극(202)부터 하부전극(203)으로 끌리는 플라즈마 래디컬(218)이, 에칭마스크(217)를 포함하는 워크(W)의 표면에 수직으로 입사하며, 이로써 워크(W)의 드라이에칭이 진행해간다.
그리고 본 변형예의 드라이에칭 조건은 예를 들어, 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
또, 본 변형예에서는, 상기 에칭가스 중의 반응성 가스인 브롬화수소가스로부터 생성된 반응성 래디컬이, 워크(W) 표면 즉 텅스텐과 탄소의 합금 표면에 작용하여, 이로써 발생한, 텅스텐의 브롬화물과 탄소의 브롬화물이 제거됨으로써 드라이에칭이 진행해간다. 이 때, 상기 에칭가스 중의 불활성가스인 아르곤가스는, 에칭 면에 생긴 에칭화합물을 제거하여 에칭이 촉진되도록 기능한다.
다음에, 에칭이 종료되면, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 에칭마스크(217)를, 예를 들어, 염산이나 질산 등의 산에 의한 습식에칭으로 제거한다. 이로써 도 11의 (c) 및 도 12에 나타낸 바와 같은, 원하는 성형금형(214), 즉 베이스(214a) 표면에 소정 패턴의 레일형 볼록부(214b)가 형성되어 이루어지는 성형금형(214)이 얻 어진다.
도 11의 (b)에 나타낸 드라이에칭에 의한 성형금형(214)의 제조에서는, 에칭가스 중의 반응가스로서 브롬화수소가스를 이용함으로써, 에칭률이 1분간에 200㎚ 정도까지 높아진다. 즉, 종래의 불소계 가스를 이용한 드라이에칭일 경우의 20분간에 1㎛인 에칭률에 비해, 본 변형예의 에칭률은 20분간에 약 4㎛로 비약적으로 향상된다. 또, 본 변형예에서는, 에칭가스 중에 산소가스를 혼합함으로써 에칭률이 더욱 향상된다. 이는, 산소가스를 함유하는 에칭가스로부터 발생한 반응성 래디컬이 워크(W) 중의 탄소와 결합되어 탄화산소로 되고, 그 결과 에칭반응이 촉진되기 때문이다.
또, 본 변형예에서 산소가스를 에칭가스 중에 혼입시키는 경우의 에칭률은, 도 19에 나타낸 바와 같이, 브롬화수소가스에 대한 산소가스의 혼합률(유량 비)에 의존한다. 구체적으로는, 브롬화수소가스에 대한 산소가스의 혼합률을 0.15∼0.6의 범위로 설정한 경우에는, 1분간에 약 150∼200㎚ 이상의 큰 에칭률을 얻을 수 있으며, 상기 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 1분간에 약 300㎚라는 에칭률의 최대값을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 혼합률을 0.3으로 설정한 경우에는, 20분간의 에칭으로 약 6㎛의 깊이까지 에칭하는 것이 가능해진다. 한편, 종래의 불소계 가스를 에칭가스로 하는 드라이에칭에서는, 10㎛의 깊이까지 에칭하는데 200분이나 에칭시간이 필요하다. 즉 본 변형예에 의하면, 종래기술에 비해, 원하는 에칭깊이를 얻기 위한 에칭시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
이상과 같이 본 변형예의 드라이에칭에서는, 10㎛ 정도의 비교적 큰 에칭 깊 이로 설정한 경우라도, 브롬화수소가스에 산소가스를 혼합한 에칭가스를 이용함으로써, 에칭률이 전술한 바와 같이 비약적으로 향상되는 점에서, 에칭시간이 길어짐에 기인하여 에칭마스크(217)에 사이드에칭에 의한 형상 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉 에칭마스크(217)가 사각형인 초기 단면형상을 유지할 수 있다. 또, 에칭화합물의 생성량이 증대하지 않도록 짧은 에칭시간 내에 에칭처리를 종료시킬 수 있다. 더욱이 불활성가스로서 에칭가스 중에 혼입시킨 아르곤가스는, 에칭에 따라 워크(W)의 표면에 생성되는 에칭화합물을 스퍼터링으로 효과적으로 제거한다.
이와 같은 본 변형예의 드라이에칭을 실시한 결과 얻어진 성형금형(214)에서는, 제 6 실시형태와 마찬가지로 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 베이스(214a) 상에 형성되는 레일형 볼록부(214b)가 10㎛ 정도의 비교적 큰 높이를 가짐과 더불어, 고밀도 패턴으로 형성되었음에도 불구하고, 레일형 볼록부(214b)의 측벽은 베이스(214a)에 대해 정확하게 수직으로 된다. 즉 레일형 볼록부(214b)는 원하는 사각 단면형상을 갖도록 형성된다. 또, 전술한 아르곤가스에 의한 에칭화합물의 제거에 의해 에칭 면의 표면 거칠기가 작아지므로, 레일형 볼록부(214b)의 형상 제어를 고정밀도로 실행할 수 있다. 또한, 본 변형예의 드라이에칭에서는, 에칭시간이 대폭으로 단축됨으로써, 높은 생산성으로 성형금형(214)을 제작하여, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 변형예에서는, 브롬원자를 함유하는 반응가스로서 브롬화수소가스를 이용했지만, 이 대신, 또는 이에 추가로, 브롬가스, 3브롬화붕소, 4브롬화탄소 또 는 브롬화메틸을 적당량 이용해도 된다. 혹은 가스화하기 쉬운 다른 브롬화물을 이용해도 된다. 또한, 불활성가스로는, 본 변형예에서 예시한 아르곤가스 외에, 네온 등의 다른 불활성가스를 이용해도 되며, 또, 이들 불활성가스에 추가로 질소 등의 가스를 첨가해도 된다. 그리고 에칭마스크(217)에 대해서, 본 변형예에서는 니켈로 형성하는 경우를 예시했지만, 이 대신, 코발트나 구리 등의 에칭되기 어려운 다른 금속을 이용하여 에칭마스크를 형성해도 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 원하는 사각 단면형상의 레일형 볼록부(214b)가 고밀도이면서 고정밀 형성된 성형금형(214)을 이용하여, 도파로 기판을 열 프레스 성형으로 제작하는 방법에 대해서는, 도 14 및 도 15의 (a)∼(c)에 나타낸 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 드라이에칭방법은, WC합금과 같은 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질을 높은 정밀도로 미세가공하는 방법으로서 유용하다. 또, 본 발명의 미세구조 형성방법은, WC합금과 같은 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질에 고정밀 미세 패턴을 형성하는 방법으로서 매우 유용하다. 즉 초경재료로서 WC합금 등의 가공을 비약적으로 고정밀화 하면서 용이하게 하는 기술로서 본 발명의 드라이에칭방법 및 미세구조 형성방법은, MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 분야에서의 WC합금 등의 이용을 커다랗게 전개할 수 있다.
또, 본 발명의 몰드 제조방법은, WC합금과 같은 텅스텐과 탄소를 함유하는 물질을 몰드 모재로 사용하여, 고정밀 미소요철을 구비한 몰드를 제조하기 위해 필 요불가결이다. 또한, 본 발명의 몰드는, 초경합금인 WC합금 등에 초 고정밀 미소요철을 형성한 구성이므로, 광회로부품의 제조용 몰드 또는 나노임프린트용 몰드만이 아닌, 여러 분야에서 내구성이 높은 고정밀 미소요철 몰드로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 드라이에칭방법 및 다른 성형금형의 제조방법에서는, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료를, 요오드원자, 염소원자 또는 브롬원자 중 어느 하나를 함유하는 제 1 가스와, 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와, 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합시켜 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬에 의해 드라이에칭한다. 이로써, 에칭 깊이가 비교적 큰 패턴을 고밀도로 형성하는 경우라도, 에칭에 의해 형성된 볼록부의 측벽이 베이스에 대해 정확하게 수직으로 되는 원하는 사각 단면을 가지며 또, 에칭 면의 표면 거칠기가 작은 성형금형을 높은 정밀도로 제조할 수 있다. 또, 에칭시간을 대폭으로 단축할 수 있으므로, 성형금형을 높은 생산성으로 제작하여 원가의 저감을 도모할 수 있다.

Claims (64)

  1. 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체에 대해, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마를 이용하여 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스와의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  11. 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체 상에 마스크패턴을 형성하는 공정과,
    상기 마스크패턴을 이용하여, 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마에 의해 상기 물체를 에칭하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스와의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이 상의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
  21. 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체를 몰드로 가공하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가 스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  25. 청구항 21에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  26. 청구항 21에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  27. 청구항 21에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 가스와의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  29. 청구항 21에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  30. 청구항 21에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
  31. 염소원자를 함유하는 가스로 생성된 플라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 함유하는 물체를 성형 가공함으로써 제조된 것을 특징으로 하는 몰드.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰드.
  33. 청구항 31에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 산소원자를 함유하는 가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 몰드.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 산소원자를 함유하는 가스는, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰드.
  35. 청구항 31에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 산소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 몰드.
  36. 청구항 31에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 희가스의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 몰드.
  37. 청구항 31에 있어서,
    상기 플라즈마는, 상기 염소원자를 함유하는 가스와 염소원자 이외의 할로겐 원자를 함유하는 가스와의 혼합가스로 생성되는 것을 특징으로 하는 몰드.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 할로겐원자를 함유하는 가스는, 불소원자를 함유하는 가스, 브롬원자를 함유하는 가스 혹은 요오드원자를 함유하는 가스 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 몰드.
  39. 청구항 31에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 불소원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 몰드.
  40. 청구항 31에 있어서,
    상기 염소원자를 함유하는 가스는 염소원자 이외의 할로겐원자를 함유하는 것을 특징으로 하는 몰드.
  41. 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금(hard metal)으로 이루어지는 형성재료에 대해, 요오드원자를 함유하는 제 1 가스와 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬을 이용하여 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  43. 청구항 41에 있어서,
    상기 제 1 가스는, 요오드화 수소가스 또는 요오드화 트리플루오로메탄인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  44. 청구항 41에 있어서,
    상기 제 2 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  45. 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료의 표면에 소정의 패턴형상을 갖는 에칭마스크를 형성하는 공정과,
    요오드원자를 함유하는 제 1 가스와 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬에 의해 상기 형성재료를 드라이에칭하여, 상기 에칭마스크에 대응한 볼록부를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  47. 청구항 45에 있어서,
    상기 제 1 가스는, 요오드화 수소가스 또는 요오드화 트리플루오로메탄인 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  48. 청구항 45에 있어서,
    상기 제 2 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  49. 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료에 대해, 염소원자를 함유하는 제 1 가스와 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬을 이용하여 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  50. 청구항 49에 있어서,
    상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  51. 청구항 49에 있어서,
    상기 제 1 가스는, 염소가스 또는 3염화붕소가스인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  52. 청구항 49에 있어서,
    상기 제 2 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  53. 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료의 표면에 소정의 패턴형상을 갖는 에칭마스크를 형성하는 공정과,
    염소원자를 함유하는 제 1 가스와 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬에 의해 상기 형성재료를 드라이에칭하여, 상기 에칭마스크에 대응한 볼록부를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  54. 청구항 53에 있어서,
    상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  55. 청구항 53에 있어서,
    상기 제 1 가스는, 염소가스 또는 3염화붕소가스인 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  56. 청구항 53에 있어서,
    상기 제 2 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  57. 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료에 대해, 브롬원자를 함유하는 제 1 가스와 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬을 이용하여 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  58. 청구항 57에 있어서,
    상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  59. 청구항 57에 있어서,
    상기 제 1 가스는, 브롬가스 또는 브롬화수소가스인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  60. 청구항 57에 있어서,
    상기 제 2 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
  61. 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 초경합금으로 이루어지는 형성재료의 표면에 소정의 패턴형상을 갖는 에칭마스크를 형성하는 공정과,
    브롬원자를 함유하는 제 1 가스와 불활성가스로 이루어지는 제 2 가스와 산소가스로 이루어지는 제 3 가스를 혼합하여 이루어지는 에칭가스로 생성된 플라즈마 래디컬에 의해 상기 형성재료를 드라이에칭하여, 상기 에칭마스크에 대응한 볼록부를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  62. 청구항 61에 있어서,
    상기 에칭가스는, 상기 제 1 가스에 대해 상기 제 3 가스를 0.15 이상 0.6 이하의 혼합률로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  63. 청구항 61에 있어서,
    상기 제 1 가스는, 브롬가스 또는 브롬화수소가스인 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
  64. 청구항 61에 있어서,
    상기 제 2 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 성형금형 제조방법.
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