KR100397860B1 - 반응성이온에칭법및그장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응성 이온에칭용 마스크와 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기디스크 및 자기집적회로와 자왜(磁歪) 액츄에이터 등의 미소기계의 구성부품 등의 제조에 유용한 자성재료의 드라이에칭장치 등으로 특징되는 신규한 반응성 이온 에칭용 마스크와 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 보다 큰 에칭속도로 효과적인 자성재료의 반응성 이온 에칭을 실현하고, 간편하고도 높은 분해능력과 고정밀도로 에칭을 가능하게 하는 동시에 포지도형을 제작하는 것을 가능하도록 새로운 마스크재료와 이를 이용한 프로세스기술 및 장치를 제공하기 위해 일산화탄소와 함(含)질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법에 의해 자성재료를 에칭하는 프로세스에 있어서, 기판상에 형성된 자성재료 박막의 표면에 레지스트막을 형성한 다층막을 전자선 노광하고, 현상하고, 레지스트막에 소정의 패턴을 형성한 후, 마스크물질은 진공증착하고, 고분자 레지스트를 용해하고 마스크를 형성하고, 다음으로 일산화탄소와 함질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법에 의해 자성체 박막의 마스크로 피복되지 않은 개소를 제거함에 의해 자성체 박막에 패턴을 형성하고, 미세가공을 실시한 자성체를 얻는 것을 특징으로 한다.

Description

반응성 이온에칭법 및 그 장치{Reactive ion-etching method and an appartus thereof}
본 발명은 반응성 이온에칭용 마스크와 그 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 자기디스크로의 기입, 독출하는데 사용되는 자기헤드, 자기집적회로에 짜넣어지는 마이크로트랜스, 마이크로인덕터, 자기센서, 게다가 스핀산란 자기저항효과소자, 스핀밸브소자, 강자성 턴널(tunnel)접합소자, 스핀전계효과소자, 스핀다이오드, 스핀트랜지스터 등의 일군의 양자효과 자기디바이스, 또는 박막자석, 자왜(磁歪) 액츄에이터 등의 미소기계의 구성부품 등의 제조에 유용한 자성재료의 드라이에칭장치 등으로 특징되는 신규한 반응성 이온 에칭용 마스크와 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 초LSI 등의 미소반도체소자와 자기소자는 리소그라피(Lithograph)기술과 에칭기술이라는 2개의 프로세스를 조합하여 제조되고 있다.
리소그라피기술은 피가공물질(반도체의 박막과 자성체의 박막)의 표면에 도포한 레지스터막 등의 감광막에 미세도형을 만드는 기술이고, 이것은 자외선을 이용하여 감광시키는 포토리소그라피기술, 전자선을 이용하여 감광시키는 전자선 리소그라피기술, 게다가 이온선을 이용하여 감광시키는 이온선 리소그라피기술이 있다.
또한, 에칭기술은 리소그라피로 제작한 레지스터 패턴을 피가공물질의 반도체 박막과 자성체 박막에 전사하여 소자를 제작하는 기술이다.
에칭기술에는 습식에칭법, 아르곤이온 밀링법 및 반응성 이온 에칭법이 있다. 이들 에칭방법중에 반응성 이온 에칭법은 리소그라피로 제작한 패턴을 가장 정확하게 전사할 수 있고, 미세가공에 가장 적당하고, 또 에칭속도가 빠르고, 가장 우수한 방법이다. 현실로 반도체의 대규모 집적회로, 반도체 메모리가 이 방법에 의해 제작되고 있다.
반응성 이온 에칭법은 반응성 가스의 프라즈마중에 피가공물을 두고 전계(電界)를 가함에 의해 피가공물의 표면에 대하여 수직으로 입사하는 이온에 의해 화학적 및 물리적으로 피가공물의 표면의 원자를 순차로 벗겨내는 방법이고, 마스크로 덮혀지지 않은 개소를 마스크의 경계에 연하여 수직으로 절단하여 넣어 가는 이방(異方)적인 가공이 가능하다. 이 때문에 미세하고 예리한 형상의 전사가 가능한 방법이다. 반응성 이온 에칭법에서는 프라즈마중에서 발생한 반응성 가스의 이온, 라디칼 등의 화학적 활성종이 피가공물질의 표면에 흡착하고, 피가공물질과 화학반응하고, 낮은 결합에너지를 갖는 표면반응층이 먼저 형성한다. 그래서, 피가공물질의 표면은 프라즈마중의 전계에서 가속된 정이온의 수직의 충격에 노출되기 때문에 결합이 완만한 표면반응층은 이온의 스패터링(Spattering)작용에 의해, 혹은 증발작용에 의해 벗겨져 간다. 이렇게 반응성 이온 에칭법은 화학적 작용과 물리적작용이 동시에 일어나 진행되는 프로세스이다. 그 때문에 특정물질만을 에칭한다는 선택성이 얻어지고, 동시에 가공 대상물질의 표면에 수직으로 끊어 넣어간다고 하는 이방성이 얻어지게 된다.
그렇지만, 한편으로 자성재료에 대해 가장 장기간 유효한 반응성 이온 에칭법은 밝혀지지 않았고, 실제로는 자성재료에 대해서는 습식 에칭법과 아르곤이온 밀링법이 사용되고, 이에 의해 박막자기헤드, 자기센서, 마이크로트랜스등이 제조되고 있다.
자성재료에 있어서의 이러한 상황은 자성체의 미세화 및 고밀도 집적화의 지향을 반도체에 비해 현저하게 늦추어 발전의 장해로 되고 있다.
자성재료에 대한 반응성 이온 에칭이 곤란한 이유는 천이금속원소를 주성분으로 하고 있는 자성재료는 지금까지 반도체 재료용으로 개발되어온 모든 에칭가스(예컨데; CF4, CCl4, CCl2F2, CClF3, CBrF3, Cl2, C2F6, C3F8, C4F10, CHF3, C2H2, SF6, SiF4, BCl3, PCl3, SiCl4, HCl, CHClF2등)는 자성재료와 프라즈마중에서 반응하지만, 반도체 재료의 반응생성물과 비교하여 결합에너지가 대단히 큰 물질을 생성하므로 스패터작용을 받기 어렵고, 따라서 에칭이 되지 않았다.
그래서, 반도체기술로부터 유추하지 않고, 새로운 반응성 이온 에칭반응을 탐구하는 노력이 되어 최근 본 발명의 발명자들에 의해 일산화탄소(CO)가스와 암모니아가스(NH3)의 혼합가스 프라즈마를 이용하는 방법이 발명되었다. 이 방법은 CO의 활성라디칼에 의해 피가공물질인 천이금속원소를 주성분으로 하는 자성재료의표면에 천이금속카르보닐화물{Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8, Mn2(CO)10, Cr(CO)6, V(CO)6, Mo(CO)6, W(CO)6}을 생성시켜 진공중에서의 증발작용, 혹은 이온에 의한 스패터작용에 의해 이들을 벗겨내 에칭하는 것을 원리로 하고 있다. 천이금속카르보닐화물은 천이금속중에서 유일하게 결합에너지가 작은 화합물이다. 그렇지만, 프라즈마중에서 CO가스는 불균등화 반응에 의해 CO2와 C로 분해하기 때문에 도입된 CO가스는 반응에 기여하지 않고, 또한 유리된 C원자는 천이금속원소와 반응하고, 안정한 천이금속카바이트를 발생하므로 에칭반응은 일어나지 않음이 보통이다. NH3가스는 천이금속원소의 존재하에서 상기의 불균등화 반응을 지연시키는 성질을 나타내고 CO가스와 NH3가스를 거의 등량혼합한 가스의 프라즈마중에 목적의 반응성 이온 에칭이 진행한다.
이 원리에 기초한 방법으로 자성재료의 파마로이(Fe-Ni합금), Co-Cr합금, Fe 등의 반응성 이온 에칭의 실현이 확인되고 있다. 이렇게, 자성재료에 대해 우수한 반응성 이온 에칭법이 안출되어 금후의 기술적 발전이 기대되고 있는 바이지만, 그 방법에서는 미세도형의 가공과 이방적 형상의 가공은 가능하지만, 에칭의 빠르기는 예컨데 34㎚/min으로 그다지 빠르지 않다는 문제가 남겨져 있다.
게다가, 종래의 방법에서는 CO-NH3혼합가스 프라즈마에 의해 에칭을 하기 위해서는 이 에칭반응을 받기 어려운 마스크물질로서 스패터링법에 의해 형성되는 SiO2막이 이용되고 있는 것에 의해 그 가공정밀도와 생산성에는 제약이 있다는 문제가 남겨져 있다.
이 종래의 프로세스를 도시하면 도 2와 같이 된다.
출발의 형태는 도 2a로 도시한 바와 같이, 코닝7059유리기판(1) 등의 적당한 기판재료의 위에 가공대상물질의 자성합금, 예컨데, 파마로이(Fe-Ni합금)(2) 등을 스패터링법으로 형성하고, 그 위에 마스크 재료로 석영(SiO2)박막(3)을, 그 위에 도전재료의 예로 비결정질 탄소막(4)을 각각 스패터링법으로 형성하고, 게다가 전자선 감광막의 레지스트(5)를 예컨데 스핀코트법등으로 도포한 것이다. 여기서 비결정질 탄소막(4)은 전자선 노광할 때에 대상물질이 대전하지 않도록 필요한 도전층이고, 그는 석영(SiO2) 박막(3)이 절연체이므로 필요로 되는 막이다. 도 2b에 도시한 바와 같이, 전자선 묘화(描畵)와 현상처리에 의해 레지스트에 소망의 도형을 형성한다. 그 후 산소이온에칭으로 레지스트도형을 마스크로 하여 비결정질 탄소층을 에칭하고, SiO2막을 도형에 연하여 노출시킨다(도 2c). 다음으로 예컨데 4불화탄소(CF4)가스의 프라즈마를 사용하여 SiO2를 에칭하고, 그 도형을 SiO2막에 전사한다. CF4의 이온에칭은 SiO2에만 유효하기 때문에 목적하는 가공대상물질의 파마로이에는 변화를 주지 않는다(도 2d).
이상과 같이 하여 얻은 SiO2의 도형을 마스크로하여 앞에서 기술한 CO-NH3혼합가스 프라즈마를 사용한 반응성 이온 에칭법으로 SiO2에 전사된 도형을 파마로이에 전사한다. 이 과정에서 레지스트막 및 비결정질 탄소막도 동시에 에칭으로 제거되고, SiO2가 파마로이 도형의 위에 잔류하는 형으로 전사가 완료된다(도 2e). 지금까지는 본 방법에 의한 자성재료의 파마로이(Fe-Ni합금), Co-Cr합금, Fe 등의 반응성 이온 에칭에 의해 미세가공이 행해지고 있다.
그렇지만, 이상의 프로세스는 복잡하여 생산성이 나쁘다는 문제점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 전사가 2회 행하여지기 때문에 전사도형의 높은 정밀도가 얻어지지 않는다는 문제점을 가지고 있다. 이 방법은 전자선으로 노광되지 않았던 부분에 대응한 도형을 최종적으로 남긴다는 방법이고, 결과적으로 전자선으로 노광한 도형을 반전한 도형, 즉 네가(Negative)도형을 남기는 것이다. 그렇지만, 자성체의 복잡하고 미세한 구조체를 제작하는 과정에 있어서는 전자선 노광한 부분에 대응한 도형{포지(positive)도형}을 얻는 것도 필요로 되기 때문이다.
그런데, 본 발명은 종래기술의 이러한 문제점을 해결하는 것으로 된 것으로, 보다 높은 에칭속도에 의해 효율적인 자성재료의 반응성 이온 에칭을 실현하고, 또한 간편하고도 높은 분해기능과 높은 정밀도로 에칭을 가능하게 하고, 동시에 포지도형을 제작하는 것을 가능하게 하는 새로운 마스크재료와 이를 이용한 프로세스기술 및 그의 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 본 발명에 의한 자기재료의 미세가공 프로세스도이고,
도 2는 종래기술의 자기재료의 미세가공 프로세스도이고,
도 3은 평형평판형 반응성 이온 에칭장치의 구성단면도이고,
도 4는 인덕티브결합형 반응성 이온 에칭장치의 구성단면도이고,
도 5는 전자사이크로톤공명형 반응성 이온 에칭장치의 구성단면도이고,
도 6a, 6b, 6c는 각각 에칭후의 상태를 예시한 도면대용 전자현미경 사진이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1. 기판물질2. 자성재료박막3. 산화실리콘(SiO2)막
4. 비결정탄소막5. 레지스트막6. 레지스트패턴
7. 진공증착한 마스크재료8. 마스크
9. 미세가공을 실시한 자성체10. 반응용기
11. 방착판12. 접지전극13. 지지판
14. 고주파 전극15. 영전위쉴드16. 컨덕턴스 조절밸브
17. 창하설시 필드술 프랜지18. 반응가스 도입구
19. 관찰창20. 고주파 전원21. 냉각수
22. 코일 안테나23. 석영창24. 솔레노이드코일
25. 마이크로파도파관(導波管)
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 것으로, 일산화탄소와 함(含)질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법에 의해 자성재료를 에칭하는 프로세스에 있어서, 기판상에 형성된 자성재료 박막의 표면에 레지스트막을형성한 다층막을 전자선 노광하고, 현상하고, 레지스트막에 소정의 패턴을 형성한 후, 마스크물질은 진공증착하고, 고분자 레지스트를 용해하고 마스크를 형성하고, 다음으로 일산화탄소와 함질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법에 의해 자성체 박막의 마스크로 피복되지 않은 개소를 제거함에 의해 자성체 박막에 패턴을 형성하고, 미세가공을 실시한 자성체를 얻는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭법(청구항 1)을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기의 마스크에 있어서, 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 마스크가 티탄, 마그네슘, 알루미늄, 게르마늄, 백금, 파라듐 및 이들 각각 또는 2종이상을 주성분으로 하는 합금 혹은 화합물중 1종이상으로 구성된 것(청구항 2), 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 마스크가 실리콘 또는 실리콘을 주성분으로 하는 합금으로 구성되어 있는 것(청구항 3), 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 마스크가 실리콘의 화합물로 구성되어 있고, 레지스트막으로부터 패턴의 위에 배설된 리프트오프에 의해 마스크로 된 것(청구항 4)도 제공한다.
게다가, 본 발명은 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 장치의 반응용기 및 반응용기내의 금속부품에 있어서, 그 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치(청구항 5)를 제공한다.
더욱이, 본 발명은 상기의 장치에 있어서, 반응용기 및 반응용기내의 부품에 있어서, 그의 일부 또는 전부가 노출하고 있는 표면층에서 상기 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것(청구항 6), 피에칭물질을 지지하는 지지체가 상기 1종이상의금속으로 구성되어 있는 것(청구항 7), 고주파 전극, 고주파 안테나, 접지전극, 영전위쉴드 및 방호판중 1이상의 부품이 상기 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것(청구항 8)을 바로 그의 태양의 하나로 하여 제공된다.
본 발명은 일산화탄소와 함질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의해 반응성 이온 에칭법으로서 자성재료를 에칭할 때에 사용하는 반응성 이온 에칭용 마스크 및 반응성 이온 에칭장치에 관한 것이다.
이하에 이들 발명에 대해 상세히 설명한다.
(a) 반응성 이온 에칭용 마스크
종래, 주로 반도체기술로 사용되어 온 마스크물질은 고분자 재료로서 레지스트 자신이었다. 그렇지만, 각종 고분자 레지스트는 CO-NH3가스 프라즈마중에서 소모가 커서 마스크로서의 역할을 다하지 못했다. Cr, W, Mo, Mn, Nb, Ta, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Cu, Ag, Au, Ca, In, Sn 등의 금속원소 및 이를 주성분으로 하는 합금과 화합물을 CO-NH3가스 프라즈마와 반응하고, 스패터링작용으로 그들 자신이 에칭되고, 소모되기 때문에 재료로서는 적당하지 않다. 또한, Zn, Cd, Pb 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금 또는 화합물은 내진공성이 나쁘고 마스크 재료로서 적당하지 않다. 한편, Ti, Mg, Al, Si, Ge, Pt와 Pd 및 이들을 주성분으로 하는 합금 혹은 화합물을 CO-NH3가스 프라즈마와 반응하기 어렵고, 마스크 재료로서 적당하다는 것이 실험의 결과 명백하게 되었다. 이들중에 화학적 안정성, 결정입자의 섬밀도, 핀홀이 생기기 어려움 등의 용건에서, 가장 소망스러운 물질은 Ti 및Ti를 주성분으로 하는 합금 혹은 화합물이었다.
그래서, 본 발명에서는 상기와 같이 Ti, Mg, Al, Si, Ge, Pt, Pd 및 이들 각각 혹은 2종이상을 주성분으로 하는 합금, 혹은 그의 화합물의 최소한 1종에 의해 마스크를 구성한다. 즉, Ti, Mg, Al, 및 Ge와 Pt, Pd의 각각의 단체금속, Ti합금, Mg합금, Al합금, Ge합금, Pt합금, Pd합금, Ti-Mg합금, Ti-Al합금, Ti-Ge합금, Ti-Pt합금, Ti-Pd합금, Mg-Al합금, Mg-Ge합금, Mg-Pt합금, Mg-Pd합금, Al-Ge합금, Al-Pt합금, Al-Pd합금, Ge-Pt합금, Ge-Pd합금, Ti-Mg-Al합금, Ti-Al-Ge합금, Ti-Mg-Ge합금, Ti-Mg-Pt합금, Ti-Al-Pd합금, Mg-Al-Ge합금, TiO2, MgF2, Al2O3. TiN, AlN, MgN, GeO2, PdO등 중에서 최소한 1종에 의해 마스크를 구성한다. 이 경우 「최소한 1종」이란 규정은 마스크의 전체가 이들중 1종만에 의해 구성되어도 좋고, 그의 부분복합에 의해 혹은 그 적층에 의해 더구나 마스크가 노출되어 있는 표면층이 복수종에 의해 구성되어도 좋은 것을 의미하고 있다.
더구나, 본 발명에서는 실리콘 또는 실리콘을 주성분으로 하는 합금, 더욱이나 SiO2, Si3N4등의 화합물도 마스크로 할 수 있다. 실리콘의 합금에 대해서는 상기의 Ti, Mg, Al, Ge등과 조합으로 하는 것이 좋은 것으로 하여 예시된다. 예컨데, Ti-Si합금, Si-Al합금, Si-Ge합금, Si-Pt합금, Si-Pd합금, Ti-Si-Al합금, Ti-Mg-Si합금, Al-Mg-Si합금등이 예시되는 것으로 된다.
SiO2에 대해서는 마스크로서의 사용이 지금까지 검토되고 있지만, 아직까지는 2단전사의 방법이다. 이에 대하여, 본 발명에서는 리프트오프에 의해 신규 마스크로서 사용한다.
이들 마스크는 진공증착, 스패터링과 이온프레이팅, 이온빔증착 등의 각종 수단으로 형성할 수 있다.
본 발명의 마스크에 대해 미세가공의 프로세스로서 예시하면 도 1과 같다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 미세가공 프로세스의 출발은 가공대상인 자성박막(2)을 코닝7059유리 등의 적당한 기판재료(1)의 위에 형성하고, 그 위에 레지스트막(5)을 예를 들어 스핀코트법으로 형성한 것이다. 이 다층막을 전자선 노광하고, 현상하고, 레지스트막(5)에 소정의 패턴(6)을 형성한다(도 1b). 그 후 마스크물질 예를 들어, Ti(7)를 진공증착하고, 리프트오프법, 즉 고분자 레지스트를 용해하고 Ti마스크(8)를 형성한다(도 1d). 다음으로, CO-NH3혼합가스 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법으로 자성체 박막의 Ti마스크로 씌워지지 않는 개소만을 제거함에 의해 자성체 박막에 패턴이 형성된다(도 1e). 미세가공을 실시한 자성체(9)를 얻는다. 더구나, 이 과정에서는 Ti마스크는 제거하지 않은채 남기므로, Ti마스크를 제거하고 싶은 때에는, 예로서 CCl4가스 프라즈마를 사용한 종래법의 반응성 이온 에칭법에 의해 잔류한 Ti마스크를 제거한다(도 1f).
어떠한 경우에도, 본 발명에 의한 에칭 대상물질에 대한 오염물질의 재부착은 인지되지 않고, 예리하고 정확한 형상의 에칭이 가능하게 된다. 게다가, 본 발명이 대상으로 하는 피에칭물질에 대하여는 이상과 같이 자성재료를 대표적으로 하고, 이 자성재료에 대하여는 파마로이를 비롯하여 천이금속을 주성분으로 하는 자성재료, 예컨데 Fe, Ni, Co, Co-Cr합금, 센다스트합금(Sendust alloy), Mo, 희토류, 이들 원소의 합금과 화합물의 각 종의 것이 좋다.
또한, 마스크 패턴형성을 위한 레지스트막을 사용하는 경우에는 종래와 같은 노광형상에 의한 유기폴리머막의 각 종의 것이 사용된다. 물론, 직접적인 마스크형성이어도 좋다. 에칭에서의 프라즈마용 가스는 자성재료를 대상으로 하는 경우, 상기와 같이 CO가스와 NH3또는 아민류의 함질소화합물 가스의 경우가 적당하게 사용된다.
(b) 반응성 이온 에칭장치.
다음으로, 본 발명의 미세가공의 프로세스에 있어서, 도 1e에 도시한 CO-NH3혼합가스 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 반응성 이온 에칭장치에 대해 기술한다.
종래기술에서 반응성 이온 에칭장치는 반응용기, 및 반응용기 내부의 구성부품은 주로 스테인레스스틸을 재료로 하여 구성되어 있다. 스테인레스스틸은 천이금속인 철, 니켈, 크롬을 주된 성분원소로 한 합금이고, 자성재료에 가까운 성분조성을 가지고 있다. 이 때문에, 종래형의 반응성 이온 에칭장치를 사용하여 천이금속을 주성분으로 하는 자성합금에 대해 상기 CO가스와 NH3가스의 혼합가스 프라즈마를 사용한 반응성 이온 에칭을 행할 경우에는 에칭대상물질이 에칭되어짐과 동시에 반응용기, 전극, 및 에칭대상물질을 보지하는 부재와 그 주변의 프라즈마에 접하고 있는 모든 부재도 에칭작용을 받는 것으로 된다. 이 때문에, 반응용기 내부는 부식되고, 동시에 발생한 반응성 가스 프라즈마 전부가 유효하게 에칭대상물질에 작용하지 못한다는 문제를 발생한다. 이것이 에칭대상물질에 오염의 원인을 주고, 동시에 에칭속도를 저해하는등 소망스럽지 못한 여러가지 결과를 가져온다.
그래서, 이 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 반응용기 및 반응용기내의 구성금속부품의 최소한 일부를 종래형의 스테인레스스틸에 대신하여 티탄(Ti), Ti합금, 알루미늄(Al), Al합금 혹은 Ti-Al합금으로 한다.
이 경우 최소한 「일부」라는 규정에 대해서는 본 발명의 목적에 비추어서 CO가스 및 NH3가스의 혼합가스, 또는 CO가스와 함질소화합물로서의 아민류의 가스와 혼합가스에 의한 프라즈마에 의해 에칭작용을 받기 쉽고, 큰 반응성 이온 에칭에 좋지 않은 영향을 미치게 되는 부위, 혹은 부품으로서 정의된다. 이것에는 실제로 장치를 구성하는 경우에 반응용기 본체 또는 그 내표면, 가스의 도입계와 배출계를 비롯하여 용기내에 배치되는 각종부품에 있어서 프라즈마생성과 그의 도입을 위한 방식과 피에칭물질의 종류와 크기 등을 고려하여 그의 「일부」또는 전부에 대하여 상기의 금속에 의한 것으로 하는 것이 이해된다.
예를 들어, 도 3, 도 4 및 도 5에는 상기 방식으로 평행평판형 프라즈마장치, 인덕티브결합형 프라즈마장치, 전자싸이크로트론공명형 프라즈마장치의 각각에 대해 도시했지만, 이들 장치에 대해서 다음 부위까지는 부품이 유리와 냉각수등 비금속부분을 제하고 그의 일부 혹은 전부에 대해 Ti, Al 단독 또는 그들 각각의 합금 혹은 양자의 합금으로 구성된다.
Ti, Al, Cu 또는 종래의 스테인레스스틸의 각각에 대하여 실제실험을 행한결과로는 에칭대상물질을 지지하는 지지체, 고주파전극, 영전위쉴드, 접지전극 및 지주, 샷타, 볼트·너트등 반응용기 내부 전부의 금속부재를 Ti제로 한 때에 가장 우수한 작용효과가 얻어졌다. 즉, 반응성 이온 에칭의 프로세스에 있어서, 스테인레스스틸에 비해 Ti제의 이들 부재가 부식을 받아 마모하는 비율은 거의 관측될 수 없는 정도로 적었고, 또한 에칭대상물질의 파마로이(80% Ni-Fe합금) 및 10% Cr-Co합금에 대한 에칭속도는 각각 약 4배인 120㎚/min 및 140㎚/min으로 향상했다. 더구나, 에칭대상물질에 대한 오염물질의 재부착은 인지되지 않고, 예리하고 정확한 형상의 에칭이 가능하게 되었다. 더구나, 이러한 작용효과에 가장 현저한 영향을 주는 부분품은 에칭대상물질을 지지하는 지지체와 접지전극이었다. 상기 부분품을 구성하기 위한 Ti는 그 우수한 내진공성과 기계적 강도, 게다가 용접성, 내진공성, 굴곡가공과 절삭성 등의 가공성의 점에서도 가장 적당하였다. 물론, 순 Ti외에 이들의 조건을 만족하는 Ti합금이라면 각종의 것이라도 좋고, 적당한 것으로는, Ti-Pd합금, Ti-Ta합금, Ti-Al-Sn합금, Ti-Al-V-Mo합금, Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si합금, Ti-Al-Zr-Mo-Sn합금, Ti-Al-V합금, Ti-Al-Sn-Zr-Mo합금, Ti-Al-V-Sn합금, Ti-V-Cr-Al합금 등을 들 수 있다.
순 Al도 동일한 작용효과를 나타내었다. 용접성과 강도의 점에서 Ti보다도 취급에는 주의가 필요하였다. 물론, 순 Al외, Al-Cu-X1(X1은 Si, Mn, Mg 등 첨가원소), Al-Mn-X2합금(X2는 Mg, Si 등의 첨가원소), Al-Mg-X3합금(X3는 Zn, Si, Cr, Mn, Mg 등), Al-Si-X4합금(X4는 Mg, Cu, Cr 등 첨가원소)를 이용하여도 작용효과는 같았다.
순 Cu 및 Cu를 주성분으로 하는 합금은 스테인레스스틸과 비교하여 특별히 기술할만한 효과는 나타나지 아니하였다. 본 발명은 상기와 같은 구성에 의한 보다 큰 에칭속도에 의해 효율적인 자성재료의 반응성 이온 에칭을 실현하고, 게다가 간편하고도 높은 분해능과 정밀도가 높은 에칭이 가능하고, 동시에 포지도형을 제작하는 것이 가능하게 하는 신규한 마스크재료와 이를 사용한 프로세스기술 및 그의 장치를 제공하는 것이지만, 그 구성으로부터 작용효과의 특징에 대하여 보다 상세히 이하의 실시예에 따라 설명한다. 물론, 본 발명은 이하의 예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 (Ti 마스크를 사용한 Fe 박막의 미세가공)
도 1에 도시한 프로세스에 따라, 본 발명의 반응성 이온 에칭장치를 사용하여 반응성 이온 에칭을 행한다. 또한, 본 장치에 있어서 반응용기를 포함한 내부의 전금속부품은 순 Ti제로 했다.
에칭의 시료로서 코닝7059의 유리기판(1)상에 스패터링법으로 자성재료 박막(2)으로서 두께 450㎚의 Fe 박막을 형성하고 그 표면에 전자선 리소그라피와 리프트오프법에 의해 레지스트막(5)으로 형성된 패턴(6)의 위에 마스크재료(7)로서 Ti를 이용하고, 미소한 다수의 Ti패드를 형성하여 마스크(8)로 사용한다. 이 시료를 수냉을 실시한 13.56㎒의 고주파를 인가하는 하부전극상에 두고, 고주파전극과 그와 대향한 접지전극의 거리를 35㎜로 했다. CO가스 및 NH3가스를 각각 6.3㏄/min및 6.8㏄/min의 유량으로 반응용기에 공급하면서 터보분자펌프로 배기하고, 내부를 5.7×10-3Torr의 압력으로 보지했다. 시료를 보지한 하부전극에 전극단위면적당 3.7W/㎠의 고주파를 인가하고, CO-NH3혼합가스의 글로우방전 프라즈마를 발생시켜 반응성 이온 에칭을 행했다. 에칭시간은 4.0분으로 했다.
이상과 같은 프로세스에서 에칭반응후, 마스크(8)로 사용한 Ti패드로 씌워져 있는 개소와 씌워져 있지 않은 개소간에 생긴 단차를 반복하여 반사간섭계로 측정하며 단위시간당의 에칭량을 구했다. 또한, 에칭에 의해 생긴 형상을 전자현미경으로 관찰하고, 단차의 평활성과 예리함, 더불어 오염물질과 재부착물질의 유무에 주목하여 에칭의 평가를 행했다. 미세가공한 자성체(9)로서 패터닝한 Fe 박막을 얻었다. 그결과, Fe 박막에 대한 에칭속도는 90㎚/min이다. 또한 곡율반경이 약 0.1㎛의 예리함이고 깊이 400㎚의 형상을 제작할 수 있었다.
예를 들어 도 6은 Ti 마스크한 경우의
(a) Fe 박막
(b) Co-9.8% Cr 박막
(c) Ni-20% Fe 박막
에칭의 결과를 예시한 전자현미경 사진이고, 우수한 가공정밀도가 얻어지고 있는 것이 이해된다.
비교예 1 (Ti 마스크를 사용한 파마로이(80% Ni-Fe) 합금박막의 미세가공)
실시예 1과 같은 조건으로 80% Ni-Fe 합금의 반응성 이온 에칭이 가능하였다. 에칭의 속도는 120㎚/min이고, 또한 에칭의 형상은 동일하게 양호하였다.
비교예 2 (Ti 마스크를 사용한 10% Cr-Co 합금의 미세가공)
실시예 1과 같은 조건으로 10% Cr-Co 합금의 반응성 이온 에칭이 가능하였다. 에칭의 속도는 140㎚/min이고, 또한 에칭의 형상은 동일하게 양호하였다.
실시예 2 (Al 마스크)
실시예 1과 동일한 조건으로 Al을 진공증착하고, 리프트오프법으로 Al 마스크를 제작하고, Ni-Fe 20% Fe 합금의 반응성 이온 에칭이 가능하였다. 에칭의 속도는 120㎚/min이고, 또한 에칭의 형상은 동일하게 양호하였다.
실시예 3 (Si 마스크)
실시예 1과 동일한 조건하에서 Si를 진공증착하고, 리프트오프법으로 Si 마스크를 제작하고, Co-9.8% Cr 합금의 반응성 이온 에칭이 가능하였다. 에칭의 속도는 140㎚/min이고, 또한 에칭의 형상은 동일하게 양호하였다.
실시예 4 (Ge 마스크)
실시예 1과 동일한 조건으로 Ge를 진공증착하고, 리프트오프법으로 Ge 마스크를 제작하고, Co-9.8% Cr 합금의 반응성 이온 에칭이 가능하였다. 에칭의 속도는 140㎚/min이고, 또한 에칭의 형상은 동일하게 양호하였다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 반응성 이온 에칭장치를 사용함에 의해 자성합금을 대상으로 한 CO-NH3혼합가스 프라즈마 등을 사용한 반응성 이온 에칭은 종래형 반응성 이온 에칭장치를 사용한 경우에 비하여 보다 효과적으로 된다. 즉, 자성합금에 대한 에칭속도는 동일의 에칭조건하에서 약 4배로 되고, 작업효율의 향상에 기여한다. 또한 에칭대상물질이 에칭프로세스에 있어서 오염되지 않고 에칭에 의해 제거된 물질의 재부착도 문제로 되지 않을 정도로 적게 할 수 있다.
이상과 같은 작용효과에 의해 자기기록용 미세자기헤드, 마이크로트랜스, 마이크로자기소자, 자기센서, 자기저항효과소자, 스핀다이오드와 스핀트랜지스터, 스핀밸브소자, 스핀밸브자기메모리, 터널자기저항효과소자 등의 제조가 가능하게 된다. 또한 장래의 고밀도 자기기록매체의 패턴드 자기기록매체 등도 제조가 가능하다.

Claims (20)

  1. 일산화탄소와 함(含)질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법에 의해 자성재료를 에칭하는 프로세스에 있어서, 기판상에 형성된 자성재료 박막의 표면에 레지스트막을 형성한 다층막을 전자선 노광하고, 현상하고, 레지스트막에 소정의 패턴을 형성한 후, 마스크물질은 진공증착하고, 고분자 레지스트를 용해하고 마스크를 형성하고, 다음으로 일산화탄소와 함질소화합물과의 혼합가스의 프라즈마에 의한 반응성 이온 에칭법에 의해 자성체 박막의 마스크로 피복되지 않은 개소를 제거함에 의해 자성체 박막에 패턴을 형성하고, 미세가공을 실시한 자성체를 얻는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭법.
  2. 제1항에 있어서, 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 마스크가 티탄, 마그네슘, 알루미늄, 게르마늄, 백금, 파라듐 및 이들 각각 또는 2종이상을 주성분으로 하는 합금 혹은 화합물중 1종이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭법.
  3. 제1항에 있어서, 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 마스크가 실리콘 또는 실리콘을 주성분으로 하는 합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭법.
  4. 제1항에 있어서, 반응성 이온 에칭 시에 사용되는 마스크가 실리콘의 화합물로 구성되어 있고, 레지스트막으로부터 패턴의 위에 배설되어 리프트오프에 의해 마스크로 되는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭법.
  5. 제1항의 반응성 이온에칭방법에 사용되며 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품을 가지는 장치에 있어서, 그 반응용기 및 금속부품의 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반응용기 및 상기 반응용기내의 부품에 있어서, 그의 일부 또는 전부가 노출하고 있는 표면층에서 그 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 피에칭물질을 지지하는 지지체가 그 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 고주파 전극, 고주파 안테나, 접지전극, 영전위쉴드 및 방호판중 1이상의 부품이 그 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  9. 제2항의 반응성 이온에칭방법에 사용되며 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품을 가지는 장치에 있어서, 그 반응용기 및 금속부품의 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄, 또는 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품의 일부 또는 전부의 표면층이 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 피에칭물질을 지지하는 지지체가 티탄, 알루미늄, 또는 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 고주파 전극, 고주파 안테나, 접지전극, 영전위쉴드 및 방호판 중 1이상의 부품이 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  13. 제3항의 반응성 이온에칭방법에 사용되며 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품을 가지는 장치에 있어서, 그 반응용기 및 금속부품의 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄, 또는 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품의 일부 또는 전부의 표면층이 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 피에칭물질을 지지하는 지지체가 티탄, 알루미늄, 또는 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 고주파 전극, 고주파 안테나, 접지전극, 영전위쉴드 및 방호판 중 1이상의 부품이 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  17. 제4항의 반응성 이온에칭방법에 사용되며 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품을 가지는 장치에 있어서, 그 반응용기 및 금속부품의 일부 또는 전부가 티탄, 알루미늄, 또는 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 반응용기 및 상기 반응용기내의 금속부품의 일부 또는 전부의 표면층이 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 피에칭물질을 지지하는 지지체가 티탄, 알루미늄, 또는 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 고주파 전극, 고주파 안테나, 접지전극, 영전위쉴드 및 방호판 중 1이상의 부품이 티탄, 알루미늄 혹은 이들의 각각 또는 양자를 주성분으로 하는 합금의 군으로부터 선택된 1종이상의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반응성 이온 에칭장치.
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