KR101384258B1 - 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents

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다카히로 아베
나오히로 야마모토
겐타로 야마다
마코토 스야마
다이스케 후지타
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

본 발명은, 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 마스크의 개구 치수와 상관없이, 원하는 에칭 깊이를 얻을 수 있는 플라즈마 에칭 방법을 제공한다.
본 발명은, 탄탈을 마스크로 하여 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 암모니아 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 사용하여 상기 자성막을 원하는 깊이까지 플라즈마 에칭하는 제1 공정과, 상기 제1 공정 후, 암모니아 가스와 산소 원소를 함유하는 가스의 혼합 가스 또는, 암모니아 가스와 수산기를 함유하는 가스의 혼합 가스를 사용하여 상기 원하는 깊이까지 에칭된 자성막을 플라즈마 에칭하는 제2 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 에칭 방법{PLASMA ETCHING METHOD}
본 발명은, 플라즈마 에칭 방법에 관한 것으로, 특히 자성 재료를 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 관한 것이다.
최근, 하드디스크 드라이브의 대용량화에 대응하기 위하여, 자기 헤드는, 거대 자기 저항 효과(GMR : Giant Magneto Resistive effect)로부터 터널링 자기 저항 효과(TMR 효과 : tunnel Magneto-Resistance Effect)를 이용한 자기 헤드로 이행하고, 면 기록 밀도의 고밀도화가 급속하게 진행되고 있다. 면 기록 밀도의 고밀도화에 수반하여, 하드디스크 드라이브에 사용되는 자기 헤드는, 미세화가 필요하게 되고, 자기 헤드의 제조에 있어서 미세 가공 기술이 요구되고 있다. 이 때문에, 자기 헤드의 제조 장치에 있어서는, 이온 밀링 장치로부터 플라즈마 에칭 장치의 적용이 진행되고 있다.
자기 헤드는, 수직 자기 기록 방식에 의해 정보를 기록 매체에 기록하기 위한 기록 자계를 발생시키는 자극층과 그것을 수용하는 수용층을 가지고, 수용층의 홈부는, 테이퍼 형상으로 형성된다. 또, 수용층은, 종래, 알루미나(Al2O3)막으로 형성되어 있었으나, 최근, 수용층 형성 공정의 공정수 삭감에 수반하여, 철(Fe), 니켈철(NiFe), 코발트철(CoFe), 코발트니켈철(CoNiFe) 등의 자성 재료가 채용되고 있다.
그러나, 이들 자성 재료는, 휘발성이 매우 낮기 때문에, 플라즈마에 의한 에칭 속도나 수직 형상이 얻어지기 어렵고, 자성 재료의 미세 가공이 어렵다. 또, 플라즈마 에칭 시에 발생하는 반응 생성물이 플라즈마 처리실 내의 내벽에 부착되어 플라즈마 에칭 성능을 경시적(經時的)으로 변화시키기 쉽다.
이러한 자성 재료에 대하여 반응성 이온 에칭을 가능하게 하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 암모니아(NH3) 또는 아민류 가스 등의 함질소 화합물 가스를 첨가한 일산화탄소(CO) 가스를 반응 가스로서 사용하는 드라이 에칭 방법이 개시되어 있다.
또, 이 함질소 화합물 가스와 일산화탄소 가스의 혼합 가스를 사용하여 마스크에 대한 피에칭 재료의 고선택비의 플라즈마 에칭 방법으로서, 함질소 화합물 가스를 첨가한 일산화탄소 가스를 반응 가스로 하고, 탄탈 또는 질화탄탈에 의한 마스크를 사용하여 에칭을 행하는 방법이 특허문헌 2에 개시되어 있다.
일본 특허공개 평8-253881호 공보 일본 특허공개 제2001-274144호 공보
그러나, 특허문헌 2에 개시된 종래 기술인 탄탈을 마스크로 하여 일산화탄소(CO)와 암모니아(NH3)의 혼합 가스를 사용하여 자성막을 플라즈마 에칭한 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이 수용층의 정면 폭 치수가 좁아짐에 따라, 깊이 방향의 절삭량이 감소하고, 수용층의 정면 폭 치수가 250㎚ 이하보다 좁아지면, 깊이 방향의 절삭량이 150㎚ 근방에서 에칭 스톱이 발생하며, 에칭 시간을 연장해도 절삭량이 증가하지 않는 현상이 생긴다.
이 때문에, 상기 과제를 감안하여, 본 발명은, 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 마스크의 개구 치수와 상관없이, 원하는 에칭 깊이를 얻을 수 있는 플라즈마 에칭 방법을 제공한다.
본 발명은, 탄탈을 마스크로 하여 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 암모니아 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 사용하여 상기 자성막을 원하는 깊이까지 플라즈마 에칭하는 제1 공정과, 상기 제1 공정 후, 암모니아 가스와 산소 원소를 함유하는 가스의 혼합 가스 또는, 암모니아 가스와 수산기를 함유하는 가스의 혼합 가스를 사용하여 상기 원하는 깊이까지 에칭된 자성막을 플라즈마 에칭하는 제2 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 마스크의 개구 치수와 상관없이, 원하는 에칭 깊이를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명이 사용하는 플라즈마 에칭 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의해 플라즈마 에칭되는 시료의 막 구조이다.
도 3은 본 발명에 의해 플라즈마 에칭된 니켈철막의 형상의 단면도이다.
도 4는 메탄올 가스와 일산화탄소 가스와 암모니아 가스의 혼합 가스에 의해 에칭된 니켈철막을 나타내는 도면이다.
도 5는 암모니아 가스에 의해 에칭된 니켈철막을 나타내는 도면이다.
도 6은 암모니아 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스에 의해 에칭된 니켈철막을 나타내는 도면이다.
도 7은 암모니아 가스와 일산화탄소 가스의 혼합 가스에 의해 에칭된 니켈철막을 나타내는 도면이다.
도 8은 암모니아 가스와 헬륨 가스의 혼합 비율에 대한 개구 치수의 의존성을 나타내는 도면이다.
도 9는 암모니아 가스의 유량 비율에 대한 홈 형상의 테이퍼 각도의 의존성을 나타내는 도면이다.
도 10은 마스크의 개구 치수에 대한 자성막의 에칭 깊이의 의존성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예를 도면을 이용하여 이하, 설명한다. 가장 먼저 본 발명을 실시하기 위한 플라즈마 에칭 장치를 도 1을 이용하여 설명한다.
플라즈마 처리실은, 석영(SiO2) 또는, 세라믹(Al2O3)의 비도전성 재료이며 플라즈마 생성부를 형성하는 방전부(2)와, 피처리체인 시료(12)가 재치(載置)되는 전극(6)이 배치된 처리부(3)를 구비한다. 처리부(3)는, 어스에 접지되어 있고, 전극(6)은, 절연재를 개재하여 처리부(3)에 장착된다.
방전부(2)의 상방에 유도 자장을 생성하고 코일상의 유도 결합 안테나(1)와 용량 결합 안테나인 패러데이 실드(9)가 배치되며, 유도 결합 안테나(1) 및 패러데이 실드(9)는, 제1 고주파 전원(10)으로부터 정합기(4)를 거쳐 고주파 전력이 공급된다. 또, 유도 결합 안테나(1)는, 코일상의 제1 유도 결합 안테나(1a)와 상기 제1 유도 결합 안테나(1a)의 외측에 배치되고 코일상의 제2 유도 결합 안테나(1b)로 이루어진다.
플라즈마 처리실의 내부에는, 가스 공급 장치(5)로부터 처리 가스가 공급됨과 함께, 배기 장치(8)에 의해 소정의 압력으로 감압 배기된다. 또, 가스 공급 장치(5)로부터 플라즈마 처리실 내부에 공급된 처리 가스를 유도 결합 안테나(1)에 의해 발생한 유도 자장에 의해 플라즈마화한다. 또한, 플라즈마(7) 중에 존재하는 이온을 시료(12) 위에 끌어들이기 위하여 전극(6)에 제2 고주파 전원(11)으로부터 바이어스 고주파 전력을 공급한다.
또, 본 플라즈마 에칭 장치는, 난(難)에칭 재료의 에칭에 대응한 구조를 가지고 있고, 패러데이 실드(9)로 고주파 전압을 인가함으로써, 방전부(2)로의 반응 생성물의 부착 억제 및 제거가 가능해진다.
다음으로, 도 1에 나타내는 플라즈마 에칭 장치를 사용한 본 발명에 대하여 설명한다. 가장 먼저 본 발명에 의해 플라즈마 에칭되는 시료(12)의 막 구조를 도 2에 나타낸다.
AlTiC 기판(13) 위에 밑에서부터 순서대로 500㎚ 두께의 니켈철막(14)과, 170㎚ 두께의 탄탈막(15)과, 50㎚ 두께의 알루미나막(16)이 적층되어 있다. 또한, 알루미나막(16)은, 미리 리소그래피 기술에 의해 홈 패턴이 패터닝되고, 개구 폭이 215㎚인 마스크이다.
우선 가장 먼저 알루미나막(16)을 마스크로 하고, 표 1의 단계 1에 나타내는 바와 같이 60ml/min의 Cl2 가스와 20ml/min의 BCl3 가스의 혼합 가스를 사용하여, 처리 압력을 0.3Pa, 소스 RF 파워를 800W, 바이어스 RF 파워를 50W로 하는 에칭 조건으로 탄탈막(15) 표층의 자연 산화막을 제거한다. 계속하여 탄탈막(15) 표층의 자연 산화막을 제거한 후, 표 1의 단계 2에 나타내는 바와 같이 75ml/min의 Cl2 가스와 5ml/min의 CF4 가스의 혼합 가스를 사용하여, 처리 압력을 0.3Pa, 소스 RF 파워를 800W, 바이어스 RF 파워를 35W로 하여 탄탈막(15)의 마스크를 형성한다.
또, 표 1의 단계 2는, 50㎚ 두께의 알루미나막(16)의 마스크로 170㎚ 두께의 탄탈막(15)의 마스크를 형성하는 데 충분한, 알루미나막(16)에 대한 고선택비를 얻을 수 있는 조건이다. 또한 CF4 가스 유량을 조정함으로써, 탄탈막(15)의 에칭 형상의 각도를 원하는 각도(예를 들면 80∼90도의 범위)로 제어할 수 있다. 또한, 본 실시예에서의 5ml/min의 CF4 가스에 의해, 대략 수직의 탄탈막(15)의 마스크를 형성할 수 있다.
Figure 112013015198248-pat00001
다음으로, 탄탈막(15)의 마스크 형성 후, 알루미나막(16)과 탄탈막(15)을 마스크로 하고, 표 2의 단계 1에 나타내는 바와 같이, 280ml/min의 암모니아(NH3) 가스와 370ml/min의 헬륨(He) 가스의 혼합 가스를 사용하여, 처리 압력을 3.0Pa, 소스 RF 파워를 1800W, 바이어스 RF 파워를 800W로 하는 에칭 조건으로 원하는 깊이까지 니켈철막(14)을 에칭하였다. 또한, 원하는 깊이란, 니켈철막(14)을 모두 제거하지 않는 원하는 깊이이며, 본 실시예에서는, 원하는 깊이를 300㎚로 하였다.
또, 알루미나막(16)은, 탄탈막(15)의 마스크 형성 시에 마스크로서 사용되어 얇아져 있었기 때문에, 표 2의 단계 1에서의 니켈철막(14)의 에칭 중에 소실된다. 이 때문에, 표 2의 단계 1에서의 에칭의 도중부터 탄탈막(15)만을 마스크로 하여 니켈철막(14)을 300㎚의 깊이까지 에칭하게 된다.
Figure 112013015198248-pat00002
다음으로, 니켈철막(14)을 300㎚의 깊이까지 에칭한 후, 탄탈막(15)을 마스크로 하고, 표 2의 단계 2에 나타내는 바와 같이, 175ml/min의 암모니아(NH3) 가스와 10ml/min의 일산화탄소(CO) 가스의 혼합 가스를 사용하여, 처리 압력을 0.6Pa, 소스 RF 파워를 1800W, 바이어스 RF 파워를 500W로 하는 에칭 조건으로 니켈철막(14)을 에칭하여 도 3에 나타내는 바와 같은 300㎚ 깊이의 원하는 각도의 테이퍼 형상을 얻을 수 있었다.
또, 표 2의 단계 2의 처리 압력은, 표 2의 단계 1의 처리 압력보다 낮은 압력으로 되어 있다. 이것에 의해, 일산화탄소(CO) 가스와 마스크의 탄탈막(15)의 반응에 의해 생성된 산화탄탈(TaO)이 홈의 바닥면에 도달하기 쉬워져, 홈의 바닥면을 플랫 형상으로 하는 데 기여하고 있다. 이 때문에, 표 2의 단계 2의 처리 압력은, 표 2의 단계 1의 처리 압력보다 낮고, 1.0Pa 이하인 것이 바람직하다.
또, 표 2의 단계 2에 있어서의 일산화탄소(CO) 가스 유량은, 암모니아(NH3) 가스 유량에 대하여, 너무 많으면 산화탄탈(TaO)이 과잉으로 생성되어 홈의 깊이가 얕아질 우려가 있기 때문에, 표 2의 단계 2에 있어서의 일산화탄소(CO) 가스 유량은, 암모니아(NH3) 가스 유량에 대하여 10% 이하 또는, 15ml/min 이하인 것이 바람직하다.
또한, 표 2의 단계 2의 바이어스 RF 파워는, 표 2의 단계 1의 바이어스 RF 파워보다 낮게 하고 있다. 이것에 의해, 일산화탄소(CO) 가스와 마스크의 탄탈막(15)의 반응에 의해 생성된 산화탄탈(TaO)이 홈의 바닥면에 부착되기 쉬워져, 홈의 바닥면을 플랫 형상으로 하는 데 기여하고 있다. 이 때문에, 표 2의 단계 2의 바이어스 RF 파워는, 표 2의 단계 1의 바이어스 RF 파워보다 낮거나 또는, 표 2의 단계 2의 바이어스 RF 파워는, 표 2의 단계 1의 바이어스 RF 파워에 대하여 2/3 이하인 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 의해 도 3에 나타내는 바와 같은 300㎚ 깊이의 원하는 각도의 테이퍼 형상을 얻을 수 있었으나, 본 발명에 의해 이러한 효과를 얻을 수 있었던 이유는, 이하와 같이 생각된다.
예를 들면, 메탄올(CH3OH) 가스와 일산화탄소(CO) 가스와 암모니아(NH3) 가스의 혼합 가스를 사용하여, 개구 폭이 215㎚이며 홈 패턴의 탄탈막(15)을 마스크로 하여 니켈철막(14)을 에칭한 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 혼합 가스에 포함되는 탄소 원자(C), 산소 원자(O), 질소 원자(N), 수소(H)가 이온이 되고, 주로 물리적인 작용으로 니켈철막(14)을 에칭한다.
그러나, 상기 산소 원자(O)와 탄탈막(15)의 구성 원소인 탄탈 원자(Ta)가 반응하여, 산화탄탈(TaO)이 생성되고, 홈의 바닥면 전체에 퇴적하며, 어느 정도 니켈철막(14)의 에칭이 진행되면, 니켈철막(14)의 에칭보다 산화탄탈(TaO)의 퇴적이 상회하여, 산화탄탈(TaO)의 에칭이 곤란하기 때문에, 니켈철막(14)의 에칭이 스톱한다. 이 때문에, 에칭 시간을 증가시켜도 깊이 방향으로의 에칭이 진행되지 않게 되어, 원하는 깊이까지 에칭할 수 없게 된다.
이러한 점에서, 탄탈막(15)을 마스크로 하여 니켈철막(14)을 원하는 깊이까지 에칭하기 위해서는 산화탄탈을 생성시키지 않는 것이 중요하다고 생각되고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 암모니아(NH3) 가스만을 사용하여, 개구 폭이 215㎚이며 홈 패턴의 탄탈막(15)을 마스크로 하여 니켈철막(14)을 에칭한 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 니켈철막(14)의 피에칭면에는, 탄탈(Ta)이 퇴적되나, 암모니아(NH3) 가스에 의해 용이하게 제거할 수 있기 때문에, 니켈철막(14)을 300㎚의 깊이까지 에칭할 수 있다.
그러나, 암모니아(NH3) 가스를 사용하여 니켈철막(14)을 에칭할 때, 탄탈막(15)의 마스크와의 선택비가 낮기 때문에, 탄탈막(15)의 마스크 숄더가 후퇴하기 쉬워지고, 정면 폭 치수가 확대되기 때문에, 홈 형상의 테이퍼 각도가 커진다.
이 때문에, 탄탈막(15)을 마스크로 하여 니켈철막(14)을 원하는 깊이까지 에칭할 때, 산화탄탈(TaO)을 생성시키지 않고, 또한, 탄탈막(15)의 마스크와의 선택비를 향상시키기 위하여, 암모니아(NH3) 가스와 헬륨(He) 가스의 혼합 가스를 사용하여 니켈철막(14)의 에칭을 행하였다.
헬륨(He) 가스는, 불활성 가스이기 때문에, 탄탈막(15)과의 반응이 부족하다. 또, 헬륨(He) 가스는, 불활성 가스 중에서 가장 가벼운 가스이기 때문에, 마스크의 탄탈막(15)에 대한 데미지가 적고, 특히, 탄탈막(15)의 숄더 로스가 억제된다.
이 때문에, 암모니아(NH3) 가스와 헬륨(He) 가스의 혼합 가스를 사용하여, 개구 폭이 215㎚이며 홈 패턴의 탄탈막(15)을 마스크로 하여 니켈철막(14)을 에칭한 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, 탄탈막(15)의 마스크 정면 폭 치수의 확대를 억제할 수 있음과 함께 니켈철막(14)을 300㎚의 깊이까지 에칭할 수 있었던 것으로 생각된다.
그러나, 에칭 바닥면이 라운드 형상으로 되어 있다. 이러한 라운드 형상이면, 성막 불량이나 디바이스 특성의 열화 등의 악영향을 미치게 할 가능성이 있다. 이 때문에, 홈의 바닥면의 라운드 형상을 플랫 형상으로 할 필요가 있다. 이러한 점에서, 암모니아(NH3) 가스와 헬륨(He) 가스의 혼합 가스를 사용하여 니켈철막(14)을 300㎚의 깊이까지 에칭한 후, 암모니아(NH3) 가스와 일산화탄소(CO) 가스의 혼합 가스를 사용하여 추가로 니켈철막(14)의 에칭을 행하였다.
이 암모니아(NH3) 가스와 일산화탄소(CO) 가스의 혼합 가스에 의한 니켈철막(14)의 에칭에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이 일산화탄소(CO) 가스와 마스크의 탄탈막(15)의 반응에 의해, 산화탄탈(TaO)이 생성되고, 산화탄탈(TaO)이 에칭 바닥면에 퇴적하여, 깊이 방향으로의 에칭이 억제됨으로써 홈 형상의 바닥면을 플랫 형상으로 할 수 있었던 것으로 생각된다.
이상의 점에서, 본 발명에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같은 300㎚ 깊이의 원하는 각도의 테이퍼 형상을 얻을 수 있었다고 생각된다.
본 실시예의 표 2의 단계 1에서는, 암모니아(NH3) 가스를 280ml/min, 헬륨(He) 가스를 370ml/min으로 함으로써, 215㎚의 개구 폭의 홈 형상을 얻을 수 있었으나, 도 8에 나타내는 바와 같이, 암모니아(NH3) 가스와 헬륨(He) 가스의 혼합비를 제어함으로써, 개구 치수를 제어할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 홈의 바닥면을 플랫 형상으로 하기 위하여 암모니아(NH3) 가스와 일산화탄소(CO) 가스의 혼합 가스를 사용하였으나, 일산화탄소(CO) 가스 대신 이산화탄소(CO2) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스 등의 산소 원소를 함유하는 가스를 사용해도 된다.
또한, 본 실시예에서는 홈의 바닥면을 플랫 형상으로 하기 위하여 암모니아(NH3) 가스와 일산화탄소(CO) 가스의 혼합 가스를 사용하였으나, 암모니아(NH3) 가스와 메탄올(CH3OH) 가스의 혼합 가스를 사용해도 된다.
예를 들면, 표 3의 단계 1에 나타내는 에칭 조건으로 니켈철막(14)을 300㎚의 깊이까지 에칭한 후, 탄탈막(15)을 마스크로 하여, 표 3의 단계 2에 나타내는 바와 같이, 175ml/min의 암모니아(NH3) 가스와 10ml/min의 메탄올(CH3OH) 가스의 혼합 가스를 사용하여, 처리 압력을 0.6Pa, 소스 RF 파워를 1800W, 바이어스 RF 파워를 500W로 하는 에칭 조건으로 니켈철막(14)을 에칭하여 도 3에 나타내는 바와 같은 300㎚ 깊이의 원하는 각도의 테이퍼 형상을 얻을 수 있었다.
Figure 112013015198248-pat00003
또, 표 3의 단계 2의 처리 압력은, 표 3의 단계 1의 처리 압력보다 낮은 압력으로 되어 있다. 이것에 의해, 메탄올(CH3OH) 가스와 마스크의 탄탈막(15)의 반응에 의해 생성된 산화탄탈(TaO)이 홈의 바닥면에 도달하기 쉬워져, 홈의 바닥면을 플랫 형상으로 하는 데 기여하고 있다. 이 때문에, 표 3의 단계 2의 처리 압력은, 표 3의 단계 1의 처리 압력보다 낮고, 1.0Pa 이하인 것이 바람직하다.
또, 표 3의 단계 2에 있어서의 메탄올(CH3OH) 가스 유량은, 암모니아(NH3) 가스 유량에 대하여, 너무 많으면 산화탄탈(TaO)이 과잉으로 생성되어 홈의 깊이가 얕아질 우려가 있기 때문에, 표 3의 단계 2에 있어서의 메탄올(CH3OH) 가스 유량은, 암모니아(NH3) 가스 유량에 대하여 10% 이하 또는, 15ml/min 이하인 것이 바람직하다.
또한, 표 3의 단계 2의 바이어스 RF 파워는, 표 3의 단계 1의 바이어스 RF 파워보다 낮게 하고 있다. 이것에 의해, 메탄올(CH3OH) 가스와 마스크의 탄탈막(15)의 반응에 의해 생성된 산화탄탈(TaO)이 홈의 바닥면에 부착되기 쉬워져, 홈의 바닥면을 플랫 형상으로 하는 데 기여하고 있다. 이 때문에, 표 3의 단계 2의 바이어스 RF 파워는, 표 3의 단계 1의 바이어스 RF 파워보다 낮거나 또는, 표 3의 단계 2의 바이어스 RF 파워는, 표 3의 단계 1의 바이어스 RF 파워에 대하여 2/3 이하인 것이 바람직하다.
또, 표 3의 단계 2에서는, 암모니아(NH3) 가스와 메탄올(CH3OH) 가스의 혼합 가스를 사용하였으나, 메탄올(CH3OH) 가스 대신 에탄올(C2H6O) 가스, 프로판올(C3H8O) 가스 등의 수산기를 함유하는 가스이어도 된다.
또, 본 실시예에서는, 암모니아(NH3) 가스와 헬륨(He) 가스의 혼합 가스에 의해, 300㎚의 깊이까지 니켈철막(14)을 에칭하였으나, 암모니아(NH3) 가스의 유량을 레퍼런스의 유량에 대하여 ±15%의 범위에서 증감함으로써, 홈 형상의 테이퍼 각도를 레퍼런스의 각도에 대하여 ±1.2도의 범위에서 제어할 수 있다.
예를 들면, 암모니아(NH3) 가스의 유량을 245㎚/min, 헬륨(He) 가스의 유량을 305mn/min으로 하는 혼합 가스의 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이 13.5도의 테이퍼 형상이 된다. 계속하여, 암모니아(NH3) 가스의 유량을 210㎚/min, 헬륨(He) 가스의 유량을 305㎚/min으로 하는 혼합 가스의 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이 14.7도의 테이퍼 형상이 되고, 한편, 암모니아(NH3) 가스의 유량을 280mn/min, 헬륨(He) 가스의 유량을 305㎚/min으로 하는 혼합 가스의 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이 12.3도의 테이퍼 형상이 된다. 이들의 결과는 이하와 같이 생각할 수 있다.
헬륨(He) 가스의 유량에 대하여 암모니아(NH3) 가스 유량을 증가시킴으로써, 암모니아(NH3) 가스의 처리 압력에 대한 분압이 증가하고, 플라즈마 중의 이온이 산란하기 쉬워지는 것에 의해 홈 패턴의 측벽에 이온이 충돌하기 쉬워진다. 이 때문에, 홈 형상이 수직 형상에 근접하고, 테이퍼의 각도가 작아진다.
한편, 헬륨(He) 가스의 유량에 대하여 암모니아(NH3) 가스의 유량을 저하시키면, 암모니아(NH3) 가스의 처리 압력에 대한 분압이 감소하고, 홈 패턴의 측벽으로의 이온의 충돌이 감소한다. 이 때문에, 홈 형상이 테이퍼 형상에 근접하고, 테이퍼의 각도가 커진다.
이와 같이 암모니아(NH3) 가스의 유량을 레퍼런스의 유량에 대하여 ±15%의 범위에서 증감시킴으로써, 홈 형상의 테이퍼 각도를 레퍼런스의 각도에 대하여 ±1.2도의 범위에서 제어할 수 있으나, 암모니아(NH3) 가스의 유량을 ±15%의 범위를 넘어 증감시키면, 암모니아(NH3) 가스의 체재 시간이나 배기 속도와의 밸런스가 무너져, 에천트 부족이나 반응 생성물의 재부착 등이 생겨 도 9에 나타내는 바와 같은 홈 패턴의 측벽의 테이퍼 각도와 암모니아(NH3) 가스 유량 비율의 비례 관계가 성립하지 않게 된다.
본 실시예에서는, 탄탈막(15)을 마스크로서 사용하였으나, 산화된 경우에 니켈철막(14)과의 선택비가 충분히 높은 재료이면 되기 때문에, 예를 들면, 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 하프늄(Hf) 등을 마스크에 사용해도 된다.
또, 본 실시예는, 니켈철막(14)을 에칭한 예로 설명하였으나, 철(Fe) 원소, 니켈(Ni) 원소, 코발트(Co) 원소 중에서 적어도 하나의 원소를 포함하는 자성막을 에칭해도 본 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 코발트철(CoFe)막, 코발트니켈철(CoNiFe)이어도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 유도 결합형의 플라즈마 에칭 장치를 사용한 예로 설명하였으나, 마이크로파와 자계를 이용한 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 방식의 마이크로파 플라즈마 에칭 장치, 헬리콘파 플라즈마 에칭 장치, 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치 등에 적용해도 본 실시예와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 상기 서술한 바와 같이, 본 발명은, 탄탈을 마스크로 하여 암모니아 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 사용하여 자성막을 원하는 깊이까지 플라즈마 에칭하고, 계속하여, 암모니아 가스와 산소 원소를 함유하는 가스의 혼합 가스 또는, 암모니아 가스와 수산기를 함유하는 가스의 혼합 가스를 사용하여 원하는 깊이까지 에칭된 자성막을 플라즈마 에칭하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 의해, 250㎚ 이하의 개구 치수의 탄탈을 마스크로 하여 300㎚ 이상의 깊이까지 자성막을 에칭할 수 있음과 함께 수용층이 되는 홈 형상의 바닥면을 플랫 형상으로 할 수 있다.
1 : 유도 결합 안테나 2 : 방전부
3 : 처리부 4 : 정합기
5 : 가스 공급 장치 6 : 전극
7 : 플라즈마 8 : 배기 장치
9 : 패러데이 실드 10 : 제1 고주파 전원
11 : 제2 고주파 전원 12 : 시료
13 : AlTiC 기판 14 : 니켈철막
15 : 탄탈막

Claims (5)

  1. 탄탈을 마스크로 하여 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    암모니아 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스를 사용하여 상기 자성막을 원하는 깊이까지 플라즈마 에칭하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정 후, 암모니아 가스와 산소 원소를 함유하는 가스의 혼합 가스 또는, 암모니아 가스와 수산기를 함유하는 가스의 혼합 가스를 사용하여 상기 원하는 깊이까지 에칭된 자성막을 플라즈마 에칭하는 제2 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소 원소를 함유하는 가스는, 일산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수산기를 함유하는 가스는, 메탄올 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공정의 처리 압력은, 상기 제1 공정의 처리 압력보다 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 공정의 처리 압력은, 상기 제1 공정의 처리 압력보다 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
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