JPH0192385A - 金属類物質又はその化合物を材質とする部材の微細加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えば、ＳｉやＷＣｌ５　ｉ　、’Ｎ４、Ｔ
　ｉＣなどのセラミックスを中心とした金属類物質又は
その化合物を材質とする部材の乾式微細加工方法に関し
、半導体集積回路の製造プロセスにおけるエツチングや
焼結後のセラミックス部材の二次加工などを高い加工速
度で、且つ、簡便に行なえるものを提供する。

〈従来技術及びその問題点〉 例えば、セラミックスを対象としたミクロの化学的微細
加工技術の代表例としては、ＩＣ，ＬＳＩなどの製造プ
ロセスにおけるエツチングがあり、ガスを用いたエツチ
ングの従来技術には、ＣＦ４、ＣＣｌ２４ガスをプラズ
マ化してつくったフッ素や塩素のラジカル或いはイオン
などが、Ｓｉ１ΔＱと反応して、揮発性のＳ　ｉ　Ｆ　
＆やＩ　Ｃ（３をつくり、これらが揮発して除去される
技術がある。

しかしながら、上記ＣＦ、やＣＣＱ、ガスは、エツチン
グの精度は良いが、エツチング速度が遅いという欠点が
ある。

また、ＮＦ３ガスをエツチングに用いることもできるが
、「化学物質の審査及び製造などの規制に関する法律」
の制限を受けるので、使用は好ましくないうえ、やはり
エツチング速度が遅いという問題が残る。

一方、マクロ的に見れば、セラミックスは、高い硬度を
有して加工困難な材料であるために、本来的には予め所
望の形状に成形したものを焼結して、機械的強さを付与
することに主眼が置かれてきたが、高い寸法精度が要求
される部材などでは焼結後の収縮を後加工によって修正
する必要があるのを初め、特に最近、各種のセラミック
ス部材が生産されるようになって来たことに伴い、焼結
後のセラミックス部材にいわゆる二次加工を施すことが
多くなっている。

上記二次加工としては、例えば、アルミナ磁器に対する
ダイヤモンド砥石を用いた砥粒加工を初めとして、ラッ
ピング加工、切削加工などの力学的加工があるが、寸法
精度の要求が高いメカニカル・シールなどの構造用部材
に当該力学的加工を施すと、加工時にクラックが発生し
たり、加工歪仝が生じたりして所定の寸法精度を確保で
きない虞れが大きい。

これに対して、■、０．融液によるＡｌ２ｔＯｓ単結晶
の化学研摩などを代表とする化学的な加工技術は、加工
面に加工歪みを残さないという利点はあるが、加工速度
が必ずしも高くなく、また深さ方向の加工にも限界があ
るうえ、上記■、０５融液による方法では９００℃の融
液を用いるため高温処理を必要とする。

本発明は、セラミックスを中心にして、金属類物質又は
その化合物を材質とする部材を、ミクロからマクロに亘
って迅速に微細加工することを技術的課題とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、フッ化塩素においてはＯｆ２−Ｆの結合
エネルギーが非常に小さく、他の物質をフッ素化、塩素
化する能力がきわめて強いことに着目して本発明を完成
した。

即ち、本発明は、少なくとも一部が金属類物質又はその
化合物から成る部材に加工用の反応性ガスを接触させて
、当該部材のうちの上記金属類物質又はその化合物の加
工を行なう微細加工方法において、反応性ガスがＣＱ　
Ｆ、Ｃ（２Ｆ３、Ｃ（ＦＳのうちの少なくとも一種を含
有することを特徴とするものである。

上記金属類物質とは、化学的な意味での狭義の金属及び
これに類するものを指し、具体的には、Ｗｓ　ＡｅｌＳ
ｉｓ　Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ１Ｓｓ。

Ｔｅ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉ　ｒＳＳｂ、Ｇｅ及びＢな
どからなる群より選ばれた物質であり、単一の物質（例
えば、アモルファスＳｔなどの単一半導体）でも、合金
のような物質量同士の複合物質でも良い。

当該複合物質とは、 （１）熱電材料、アモルファス半導体のような化合物半
導体：ＧｅＴｅ、５ｂｔＴｅ３、ＡｓｚＳｅｔ、５ｉ−
Ｇｅ系合金など （２）超伝導材料：Ｖ　ｓＳ　ｉ　％Ｎ　ｂ　ｓＧ　ｅ
など（３）合金：　Ｔ　ｉ−Ｗ系、Ｔａ−Ｗ系、ＡＱ−
８ｉ系、Ｔａ−Ｎｂ系、Ｔｉ−Ｔａ系、Ｍｏ−Ｗ系など
（４）その他３成分以上の合金など を指す。

また、上記金属類物質の化合物とは主にセラミックスを
意味し、具体例としては、 （１）金属類物質の窒化物：５ｉｓＮ＋、Ｔ　ｉ　Ｎ、
ＢＮＶＮ％ＴａＮなど （２）金属類物質の炭化物：　Ｗ　Ｃ、Ｗ　Ｃｔ、Ｓ　
ｉ　Ｃ，Ｔｉ　Ｃ，Ｂ　０４．Ｔ　ａ　Ｃ，Ｔ　ｉ　−
Ｓ　ｉ　−Ｃ系など（３）金属類物質の酸化物：５ｉＯ
ａ、Ｔｉ０ｔ、Ａｌ１゜Ｏ５など （４）金属類物質のイオウ化合物：アモルファスＡＳｔ
Ｓ３、アモルファスＧ　ｅ　Ｓ　を等のアモルファス半
導体など （５）金属類物質のホウ化物：　Ｓ　ｉＢ、Ｔ　ｉＢｐ
、ＴａＢ７、Ｎ　ｂ　Ｂ　ｔ、Ｗ　Ｂ　、　Ｖ　Ｉ３　
Ｐなど（６）金属類物質のリン化合物：　ＢＰ、Ｓ　ｉ
　Ｐなど（７）複合物質＝（１）〜（６）の化合物間の
組合せ物質、或いは上記化合物と金属類物質との組合せ
物質など を指す。

また、上記微細加工は、ＬＳＩのパターン形成用を初め
とするエツチングなどの人〜μｍ単位のミクロ的な加工
技術から、セラミックスを砥粒加工する場合のようなμ
ｍ　””　ｍ　ｍ単位のマクロ的な加工技術までを広く
含むものとする。

上記反応性ガスは、フッ化塩素（ＣＩ２Ｆｆｆが最も安
定で、取り扱い・貯蔵がし易いが、Ｃｆｆ　Ｆ、　ＣＱ
Ｆｓをも含む）を含有すれば良く、実際には、これに不
活性な希ガス、窒素ガスなどをキャリヤガスとして用い
る。

〈作用〉 単結晶シリコンを例にとって作用を説明すると、Ｓｔに
Ｃｌ２Ｆ３ガスを含有する反応性ガスが接触すると、揮
発性のフッ素化合物ＳｆＦ＋などを生成して反応炉から
自動的に排除され、シリコンは所定形状又は表面に除去
加工される。

しかも、従来のガス系エツチング材であるＣＦ、、ＣＣ
Ｑ、に比べて、Ｃｌ２−Ｆの結合エネルギーが非常に小
さいこと及びフッ素は強い電気陰性度を有することによ
って、対象に対するフッ素化能力は強力であり、フッ化
塩素による加工速度は大きい。

〈発明の効果〉 （１）加工速度が大きいので、半導体集積回路における
パターン形成用のエツチングなどのようなミクロの加工
を迅速に行なえる。

また、金属類物質及びその化合物（主にセラミックス）
の熱間成形成いは焼結の後のいわゆる二次加工において
、μｍ　’＝　ｍ　ｍ単位の加工も比較的短時間で処理
できるので、このようなマクロの加工にも適用できる。

・しかも、力学的微細加工と異なり、加工時に被加工物
にクラックを発生させるなどの損傷を及ぼすことがない
うえ、加工精度が高くメカニカルシールの従動リングや
ピ支トンヘッドなどの高い寸法精度を要求される部材の
加工に好適である。

（２）力学的加工のように送りスピードの調整や砥粒の
選択などの煩雑さがなく、温度、フッ化塩素の分圧或い
は流速などの加工条件を変えることにより、加工の制御
が容易にできるとともに、フッ化塩素とその反応生成物
がともにガス状であって容易に加工装置外に排除できる
ので、微細加工が簡便に行なえる。

〈実施例〉 以下、ミクロの微細加工及びマクロの微細加工に関する
本発明の詳細な説明する。

〔実施例１〕 金属Ａρの基板の上に所定の薄膜を各々コーティングし
た試料を石英ガラス反応炉中のサンプル台に置いて真空
排気したのち、Ａｒガスで希釈して分圧率を変えたＣｌ
２Ｆ３ガスを常温、常圧の条件下で当該反応炉に各々封
入して、各分圧率に対応する薄膜のエツチング速度を測
定した。

但し、基板上に形成する薄膜の゛材質はＳｉ、Ｓｌ　、
３Ｎ　ａ　、Ｗ　Ｓ　Ｉ　を又は５ｉｆｔとした。

また、ＣＦ　４を用いてＳｉ薄膜をプラズマエツチング
した場合のエツチング速度（但し、ＣＦ４のガス流９２
５　ｃ　ｃ／ｍ　ｉ　ｎ、基板材質を石英とする）を従
来例として破線で併記した。

第１図は上記結果を示す図表であって、Ｓｉ、Ｓ　Ｉ　
ｓ　Ｎ　ａ　、Ｗ　Ｓ　Ｉ　ｔのＣｌ２Ｆ、ガスによる
プラズマレスのエツチング速度は、ＣＦ４に比べて大き
いことが判る。

例えば、７５ｖｏ　１％（ＣＩ２Ｐａの分圧５７０Ｔｏ
ｒｒ、Ａｒの分圧１９０Ｔｏｒｒ）におけるＷＳｉ、に
対するエツチング速度は略２１００人／ｍｉｎ、５ｉａ
Ｎ４に対するそれは略１８００人／　ｍ　ｉ　ｎである
。

但し、常温下ではＳ　ｉ　Ｏｔのエツチング速度は小さ
いが、例えば、３００℃の高温下でＩｖｏ１％のＣ（ｌ
　Ｆ３ガスを接触させると、エツチング速度は略２００
人／　ｍ　ｉ　ｎに達し、ｃＱ、Ｆ３の分圧率を上げる
とこの速度はさらに増大すると推定できる。

また、ＣＱＦ３ガスにＣ（Ｉｔガスを混合することによ
り、薄膜表面に垂直な方向への異方性加工が可能になっ
た。

さらに、当該加工は、各薄膜ともにプラズマレスエツチ
ングであって、ＣＦ４やＣＣ（２４ガスによる従来のプ
ラズマエツチングの場合に比べて次の利点がある。

（１）プラズマ雰囲気ではイオン、分子ラジカル、紫外
光などの発生があって、これらが薄膜に衝撃を与えて悪
影響を及ぼすが、本実施例ではかかる問題点はない。

（２）プラズマエツチングでは薄膜材料以外にもエツチ
ング域が及ぶ虞れがあるが、本実施例では高い選択性が
得られる。

（３）プラズマエツチングではプラズマ発生器に伴うイ
ニシャルコスト及びオペレーションコストが嵩むが、本
実施例では安価に実施できる。

（４）一般に、プラズマエツチングではエツチング速度
のコントロールが難しいが、本実施例ではフッ化塩素の
分圧と温度などによって容易にコントロールできる。

因みに、本実施例におけるミクロの微細加工は、パター
ン形成用のエツチングの外にも、例えば印刷工業におけ
る各種製版材料用のエツチングにら使用できる。

また、フッ化塩素はＣ１２Ｆ、に代えて、ＣＱＦ或いは
ｃｃｐｓを用いても良いし、これらの混合ガスを使用し
ても差し支えない。

キャリヤガスは、Ａｒに代えてＨｅ　１Ｎ　ｅなどの希
ガス或いは不活性なＮ、を用いても良い。

〔実施例２〕 下記の（１）〜（４）に示す各部材に関して、ＣＱ、Ｆ
、ガスを用いて（Ａｒガスをキャリヤガスとする）マク
ロ単位の二次的微細加工を行ない、上記実施例１と同様
に、Ｃｆｆ　Ｆ、ガスの各分圧率に対する上記部材の加
工速度を測定した。

但し、ＣρＦ３ガスの供給は、上記実施例１のように反
応炉に封入する方式とは異なり、連続供給方式で行った
。

即ち、ＡｒをキャリヤガスとしてＣｌ２Ｆｓのガス流速
を５０　ｃ　ｃ／ｍ　ｉ　ｎ（Ａ　ｒを含めた全ガス流
速は５００ｃｃ／ｍ１ｎ）とし、反応炉内圧を５００Ｔ
ｏｒｒに保って常温下で行なった。

（＋）焼結へσ、０．上にＣＶＤによってＴｉＣの薄膜
をコーティングした切削工具 （２）超硬合金上にＴｉＮの薄膜をコーティングした耐
摩耗工具 （３）超硬合金−ヒにＷＣの薄膜をコーティングした耐
衝撃性工具 （４）アモルファスＳｉ太陽電池、光センサ−、温度セ
ンサーなど 第２図はその結果を示す図表であって、エツチング速度
は、超硬物質であるＷ　Ｃｓ　Ｔ　ｒ　Ｃ−、Ｔ　ｒ　
ＮにおいてもＣｆ２　Ｆ、ガスの７５％分圧時には３゜
３〜４，３μｍ／ｍｉｎのμｍオーダーに達した。

この結果、Ｃ（ＩＦｓガスはセラミックス、特にエンジ
ニアリングセラミックスに対してマクロ単位の大きな加
工能力を有することが判る。

因みに、フッ化塩素による焼結後の二次的微細加工は、
前記〈問題点を解決するための手段〉の項で既述した、
各種物質を成分とする下記部材にも適用することができ
る。

（１）医療、或いは医化学部材：Ａ（ｌｔ０３を成分と
する人工歯根、人工骨、人工関節など （２）機械、精密機械部材：　Ｓ　ｊｓＮａ、　Ｓ　ｉ
ｃ、Ｔ　ｉＣ、Ｗ　Ｃ、サーメット、ＡＱｔＯｓ等を成
分とするガスタービン、ボルト、ギヤ、エンジンのピス
トンヘッド・ベアリング・ライナー・バルブなど、メカ
ニカルシールのシートリングと従動リング、ノズル、バ
イトなどの切削工具、ダイス・ロールなどの耐摩耗・耐
衝撃工具、ビットなどの鉱山工具、研磨材など （３）建築部材、ガラス製品など：５ｉＣ）ｙ、ＳｉＣ
等を成分とするガラス瓶・ガラス食器・理化学用ガラス
・光学用ガラスなどのガラス部材、耐火物、断熱材、耐
熱壁材など （４）電子部材：ＳｉＣ，サイアロン、５ｉ−Ｇｅ系合
金等を成分とする発光素子・受光素子・レーザーなどの
半導体部材、熱雷部材、誘電部材、磁性部材、温度・湿
度・ガスなどのセンサ一部材、絶縁材、電極、高機能ガ
ラス・透明セラミックスなどの光関連部材など （５）日常生活品；ＷＣＳＴ　ｉ　Ｃ，ＡＣｔｅａ等を
成分とする超硬物質製のはさみ、ナイフなど

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に係るＣＱ　Ｆ３ガスの分圧率とエッ
ヂング速度との関係を示す図表、第２図は実施例２に係
る第１図相当図である。 特許出願人　　　岩谷産業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一部が金属類物質又はその化合物から成
   る部材に加工用の反応性ガスを接触させて、当該部材の
   うちの上記金属類物質又はその化合物の加工を行なう微
   細加工方法において、反応性ガスがＣｌＦ、ＣｌＦ＿３
   、ＣｌＦ＿５のうちの少なくとも一種を含有することを
   特徴とする金属類物質又はその化合物を材質とする部材
   の微細加工方法 ２、金属類物質がＷ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
   ａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｂ、Ｇｅ
   及びＢからなる群より選ばれた物質であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の金属類物質又はその
   化合物を材質とする部材の微細加工方法 ３、金属類物質の化合物が、金属類物質の窒化物、炭化
   物又は酸化物であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の金属類物質又はその化合物を材質とする部
   材の微細加工方法