KR20080094544A

KR20080094544A - 드라이 에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080094544A
Application number: KR1020077003717A
Authority: KR
Inventors: 히데오 나카가와; 마사루 사사고; 도모야스 무라카미
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2008-10-23
Also published as: US7906030B2; JPWO2007094087A1; US20090017259A1; CN101102979A; WO2007094087A1; EP1988069A1

Abstract

WC기판(7)에, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마(50)를 이용하여 에칭을 실시한다.

Description

드라이 에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드 및 그 제조방법 {DRY ETCHING METHOD, FINE STRUCTURE FORMATION METHOD, MOLD AND MOLD FABRICATION METHOD}

본 발명은, 텅스텐(W) 및 탄소(C)를 포함한 물질을 미세가공하는 기술, 텅스텐(W) 및 탄소(C)를 포함한 물질을 구성요소로 하는 몰드 및 그 형성방법에 관한 것이다.

근래, 인터넷의 보급에 따라, 고속통신 인프라로서 광 통신시스템의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 고속 통신시스템을 일반가정에 도입하여, 더 보급시키기 위해서는, 광 통신시스템을 구성하는 광 회로부품의 저가격을 실현하는 기술이 필요하다.

광 회로부품의 주 구성요소인 광 도파로는, 일반적으로, 반도체프로세스로 대표되는 리소그래피기술과 드라이에칭기술을 이용하여 유리기판 상에 원하는 홈 패턴을 형성함으로써 제작할 수 있다. 그런데, 이 방법으로는 고가의 제조장치가 필요하기에, 광 도파로 부품의 저 원가화가 어렵다는 문제가 있다. 이를 위해, 특허문헌 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 도 파로의 대량생산이 가능해져, 광 회로부품을 저가로 제공할 수 있다. 그러나, 이 유리형성방법은 고온고압상태에서 실시하는 것이 필요하므로, 몰드에는 내열성, 강성(rigidity) 및 내구성이 요구된다. 이 조건을 만족시키는 재료로서, 초경금속(超硬金屬)인 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 있는데, 당해 가공법에 의해 몰드 상에 형성할 수 있는 요철의 크기는 수㎛ 이상이며, 또, 당해 가공법은 가공 균일성에도 한계가 있다. 다이아몬드 바이트에 의한 절삭가공법으로 실현 가능한 요철 치수의 범위만이 아닌 1㎛ 이하 요철 크기에서의 가공을 실현하는 방법으로서, 리소그래피기술과 드라이에칭기술을 이용하는 미세 가공기술이 효과적이다. 이 방법에서는, 미소요철의 형성이 가능할 뿐만 아니라, 가공 불균일이 적어, 다이아몬드 바이트에 의한 절삭가공법보다 저원가로 몰드를 제조할 수 있다는 이점이 있다.

WC합금의 드라이에칭기술로서, 특허문헌 2에는 CF₄ 또는 SF₆에 의해 WC합금을 드라이에칭할 수 있는 것이 개시되어 있다.

이하, 도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면서, 종래 드라이에칭방법에 관해 설명한다. 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 감압상태에서 압력을 유지하기가 가능한 반응실(101)에는 가스공급구(102)가 형성됨과 함께 가스배기구(103)가 형성된다. 또, 반응실(101) 상부에는, 가스공급구(102)로부터 공급된 가스를 플라즈마상태로 하는 플라즈마 발생장치(104)가 배치된다. 또, 반응실(101) 하부에는, 피처리물, 구체적으로는 WC합금기판 또는 WC합금을 표면에 갖는 기판(이하, WC기판으로 총칭함)(107)의 탑재대가 되는 전극(106)이 절연체(105)를 개재하여 형성된다. 반응실(101) 외부에는, 전극(106)에 바이어스를 인가하기 위한 RF(라디오파)전원(108)이 배치된다.

다음으로, 에칭가스로서 CF₄를 이용하는 경우를 예로 하여, 도 9의 (a)에 나타낸 에칭장치의 동작에 대해 설명한다. 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, CF₄를 가스공급구(102)로부터 반응실(101)로 도입하여, 플라즈마 발생장치(104)에 의해 CF₄로 이루어진 플라즈마(150)를 생성시킴과 동시에, RF전원(108)에 의해 WC기판(107)에 RF바이어스를 인가한다. 그 결과, 플라즈마(150) 중에 C, F 또는 CF_n(n=1∼4)의 래디컬(109) 및 이들 이온(110)이 생성된다. 여기서, 통상, 드라이에칭에 이용하는 플라즈마(150) 중에서, 플라즈마(150)에 의해 생성되는 원자 수·분자 수 비율은, [F] ＞ [CF_n] ≫ [C]로 된다. 래디컬(109)은 등방적으로 확산되어 WC기판(107)에 도달하는데, 이온(110)은 플라즈마(150)와 WC기판(107) 사이에서 가속되므로, WC기판(107)에 대해 거의 수직으로 입사한다. 특히, F원자를 포함한 F⁺이온 및 CFⁿ⁺이온이 WC기판(107)에 입사하는 경우에는, WC의 결합이 절단되어, W은 WF_x(x=1∼6)형태로 방출된다. 한편, C는 CF_y(y=1∼4)형태로 재방출된다.

도 9의 (b)를 참조하면서, WC기판 표면의 에칭반응을 보다 자세히 설명한다. 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC기판(111) 상에 레지스트 패턴(112)이 형성된다. 레지스트 패턴(112)을 마스크로 하여, F⁺ 또는 CF⁺인 이온(113a 및 113b)을 이용하여 WC기판(111)에 에칭을 실시하면, WC기판(111)을 구성하는 W은 WF_x(x=1∼6)(114)형태로 방출된다. 이때, 에칭에 의해 형성된 WC기판(111)의 패턴 측벽이, 이하에 서술하는 이유에 의해 활꼴(Bowing)형상으로 된다.

WC기판(111)의 에칭에서, 대부분의 이온은, 이온(113a)과 같이, WC기판(111)에 거의 수직으로 입사하는데, 기본적으로 이온은 이온에너지 각도분포를 가지고 있기 때문에, 이온(113b)과 같이, WC기판(111)에 비스듬히 입사하는 이온이 존재한다. 따라서, WC기판(111)에 수직으로 입사하는 이온(113a)에 의해, 레지스트 패턴(112)을 에칭마스크로 하여 WC기판(111)의 이방성(수직) 에칭이 실현된다. 그러나, WC기판(111)에 비스듬히 입사하는 이온(113b)의 충격에 의해 WC기판(111)의 패턴 측벽이 에칭되어, 결과적으로 당해 패턴 측벽이 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같은 활꼴형상으로 된다.

다음으로, 종래 WC합금기판 상에 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드 제조방법에 대해 도 10의 (a)∼(d)를 참조하면서 설명한다.

도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(121)을 준비한 후, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(121) 상에 레지스트 패턴(122)을 형성한다. 레지스트 패턴(122)은, 통상, 리소그래피기술에 의해 형성된다. 다음에, 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(122)을 마스크로 하여 WC합금기판(121)에 패턴을 전사한다. 이때, 패턴전사는 드라이에칭기술에 의해 실시된다.

상기 종래의 드라이에칭기술을 이용하면, 플라즈마 중에서 WC합금기판(121)으로 입사하는 이온(123)은 이온에너지 각조분포를 갖고 있으므로, WC합금기판(121) 표면에 수직으로 입사하는 성분(A) 이외에, 당해 표면에 대해 각도를 가지고 비스듬히 입사하는 성분, 즉 경사 입사성분(B 및 C)이 존재하다. 이 때문에, 이들 경사 입사이온에 의해, WC합금기판(121)의 패턴 측벽이 에칭되는 결과, 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 단면형상은, 이른바, 활꼴형상으로 된다.

다음에, 레지스트 패턴(122)을 애싱 제거한 후, 세정을 실시한다. 이로써, 도 10의 (d)에 나타낸 바와 같이, 표면 및 내부에 미세한 요철구조를 갖는 WC합금기판(121)으로 이루어진 몰드가 형성된다.

여기서, 몰드를 이용한 가공을 실시하는 기술로는, S.Y. Chou 등에 의해 제안된 나노 임프린트 리소그래피(예를 들어, 특허문헌 3 및 비특허문헌 1 참조) 등의 나노 임프린트법이란 기술이 있다. 나노 인프린트법은, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 레지스트박막에 몰드를 누름으로써, 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 기술로서, 최소 크기의 나노 오더 미세패턴을 형성하는 것을 목적으로 현재도 개발 중인 기술이다. 나노 임프린트법에 사용되는 종래 몰드의 미세 구조 형성부에는, 가공이 용이한 SiO₂막 또는 Si₃N₄막 등이 이용된다.

[특허문헌 1 : 일본특허 공보 제3152831호]

[특허문헌 2 : 일본특허공개공보 평 1-98229호]

[특허문헌 3 : 미국특허공보 제5772905호]

[비특허문헌 1 : Stephen Y. Chou 등, Appl. Phys. Lett., Vol. 67, 1995년, p.3114-3116]

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그러나, 종래 CF₄ 또는 SF₆에 의한 드라이에칭방법에서는, 전술한 바와 같이, 패턴 저부만이 아닌 패턴 측벽도 에칭되어 당해 측벽이 활꼴형상이 되기 때문에, 수직 에칭형상을 얻을 수 없어, 고성능 가공이 안된다는 문제가 있었다. 또, 종래 드라이에칭방법에 의한 가공은, WC합금 표면 및 그 내부에 높은 정밀도의 미세구조를 형성할 수 없다는 문제를 갖고 있었다. 그 결과, 고정밀 미세구조를 구비한 WC합금 몰드를 제조할 수 없다는 큰 문제가 있었다.

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 고정밀 미세구조를 형성할 수 있는 미세구조 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 고정밀 미세구조를 갖는 WC합금 몰드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 드라이에칭방법은, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에 대해, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마를 이용하여 에칭을 실시한다.

본 발명의 드라이에칭방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 표면 및 내부에 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상을 실현할 수 있는 에칭가공을 고속으로 실시하기가 가능해진다. 여기서, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체로는, WC합금 또는 WC를 주성분으로 하는 (W과 C의 합계 조성이 50at% 이상)물체 등이 있다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃, N₂F, NCl₃, NBr₃, NI₃ 등)를 사용해도 된다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, W을 에칭하기 위한 불소를 효율적으로 공급할 수 있다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 질소원자를 포함한 가스는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 플라즈마방전에 의해 질소원자를 효율적으로 생성할 수 있다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 함께 수소원자가 공급됨으로써, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 중에서의 탄소 제거효과가 증대하므로, 에칭률을 높일 수 있다. 이 경우, 상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 향상됨과 더불어, 수소원자를 높은 효율로 공급할 수 있다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소 첨가효과에 의해, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 에칭률을 높일 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 할로겐원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 질소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂, 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우(적용가능한 프로세스 조건 폭)를 쉽게 확대시킬 수 있다.

본 발명의 드라이에칭방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 2 이상의 혼합물로 구성되어도 된다. 특히, 할로겐원자를 포함한 가스로서, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스를 혼합시킨 경우, 브롬 또는 요오드의 효과인 가공부 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 수직형상 가공만이 아닌 순 테이퍼형상 가공도 쉽게 실현할 수 있다. 또, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 염소원자, 불소원자, 브롬원자 또는 요오드원자 중, 2 이상의 할로겐원자를 포함한 가스, 예를 들어, ClF₃, CClF₃, CCl₃F, CCl₂F₂, ICl, ClF₂Br, ClF₂I, 또는 BrCl 등이라도 된다.

본 발명에 관한 미세구조 형성방법은, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 상에 마스크패턴을 형성하는 공정과, 상기 마스크패턴을 이용하여, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마에 의해 상기 물체에 드라이에칭을 실시하는 공정을 구비한다.

본 발명의 미세구조 형성방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 표면 및 내부에 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상을 실현할 수 있는 가공을 고속으로 실시하기가 가능해진다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃, N₂F, NCl₃, NBr₃, NI₃ 등)를 이용해도 된다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 보다 저가로 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에, 고밀도 수직형상가공을 실시할 수 있다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, W을 에칭하기 위한 불소를 효율적으로 공급할 수 있으므로, 미세구조 가공을 고속으로 실시할 수 있다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 질소원자를 포함한 가스는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 질소를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 따라서, 보다 저가로 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에, 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자에 추가로 수소원자가 공급됨으로써, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 중에서의 탄소 제거효과가 증대하므로, 에칭률을 높일 수 있다. 따라서, 보다 고속으로 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에, 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 이 경우, 상기 수소원자를 포함한 가스는, 수소분자로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 향상됨과 더불어, 수소원자를 높은 효율로 공급할 수 있다. 따라서, 보다 고속이면서 저가로 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 또, 특히 상기 수소원자를 포함한 가스가 탄화수소분자인 경우에는 순 테이퍼 형상가공이 가능해진다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소 첨가효과에 의해, 에칭률이 높아지므로, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에, 고속으로 고밀도 수직형상가공을 실시할 수 있다. 이 경우, 산소원자를 포함한 가스가, 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 포함한 물질에, 안정되게 또 고속으로 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 할로겐원자와 산소를 포함한 가스(추가로 질소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂ 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전이 보다 안정되므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있으므로, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에, 보다 안정되게 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다.

본 발명의 미세구조 형성방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 2 이상의 혼합물로 구성되어도 된다. 특히, 할로겐원자를 포함한 가스로서, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스를 혼합시킨 경우, 브롬 또는 요오드의 효과인 가공부의 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 미세구조가공에서 고정밀 수직형상가공만이 아닌 고정밀 순 테이퍼형상가공도 쉽게 실현할 수 있다. 또, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 염소원자, 불소원자, 브롬원자 또는 요오드원자 중, 2 이상의 할로겐원자를 포함한 가스, 예를 들어, ClF₃, CClF₃, CCl₃F, CCl₂F₂, ICl, ClF₂Br, ClF₂I, 또는 BrCl 등이라도 된다.

본 발명에 관한 몰드 제조방법은, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체를 몰드로 가공한다.

본 발명의 몰드 제조방법에 의하면, 본 발명의 드라이에칭방법을 이용한 몰드 제조방법이므로, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체로 이루어지면서 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조할 수 있다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃, N₂F, NCl₃, NBr₃, NI₃ 등)를 이용해도 된다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제조할 수 있다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 불소원자를 함유한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, W을 에칭하기 위한 불소를 효율적으로 공급할 수 있으므로, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제조할 수 있다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 질소원자를 포함한 가스는 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 질소원자를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 따라서, 보다 고속으로 또 저가로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 함께 수소원자가 공급됨으로써, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 중의 탄소 제거효과가 증대하므로, 에칭률을 높일 수 있다. 따라서, 보다 고속이면서 저가로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다. 이 경우, 상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 향상됨과 더불어, 수소원자를 높은 효율로 공급할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속이면서 보다 저가로 제조할 수 있다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소 첨가효과에 의해, W과 C를 포함한 물체의 에칭률이 높아지므로, 고속이면서 저가로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 할로겐원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 질소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂, 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조할 수 있다.

본 발명의 몰드 제조방법에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 2 이상의 혼합물로 구성되어도 된다. 특히, 할로겐원자를 포함한 가스로서, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스를 혼합시킨 경우, 브롬 또는 요오드의 효과인 가공부 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드도 용이하게, 고속으로 또 저가로 제조할 수 있다. 또, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 염소원자, 불소원자, 브롬원자 또는 요오드원자 중, 2 이상의 할로겐원자를 포함한 가스, 예를 들어, ClF₃, CClF₃, CCl₃F, CCl₂F₂, ICl, ClF₂Br, ClF₂I, 또는 BrCl 등이라도 된다.

본 발명에 관한 몰드는 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체를 성형가공함으로써 제조된다.

본 발명의 몰드에 의하면, 본 발명의 드라이에칭방법을 이용하여 제조된 몰드이므로, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체로 이루어지면서 수직단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제공할 수 있다.

본 발명의 몰드에서, 상기 혼합가스 대신 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃, N₂F, NCl₃, NBr₃, NI₃ 등)를 이용해도 된다.

본 발명의 몰드에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 염소원자를 포함한 가스는 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속으로 또 저가로 제공할 수 있다.

본 발명의 몰드에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스라면, 전술한 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, W을 에칭하기 위한 불소를 효율적으로 공급할 수 있으므로, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제공할 수 있다.

본 발명의 몰드에서, 상기 질소원자를 포함한 가스는 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 질소를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 보다 고속으로 또 보다 저가로 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제공할 수 있다.

본 발명의 몰드에서, 상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 함께 수소원자가 공급됨으로써, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 중에서의 탄소 제거효과가 증대하므로, 에칭률을 높일 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를, 보다 고속이면서 보다 저가로 제공할 수 있다. 이 경우, 상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 수소원자를 높은 효율로 공급할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속이면서 보다 저가로 제공할 수 있다.

본 발명의 몰드에서, 상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소 첨가효과에 의해, W과 C를 포함한 물질의 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제공할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 할로겐원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 질소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂, 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

본 발명의 몰드에서, 상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제공할 수 있다.

본 발명의 몰드에서, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 2 이상의 혼합물로 구성되어도 된다. 특히, 할로겐원자를 포함한 가스로서, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스를 혼합시킨 경우, 브롬 또는 요오드의 효과인, 가공부 측벽 보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼 형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드도 쉽게, 고속으로 또 저가로 제공할 수 있다. 또, 상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 염소원자, 불소원자, 브롬원자 또는 요오드원자 중, 2 이상의 할로겐원자를 포함한 가스, 예를 들어, ClF₃, CClF₃, CCl₃F, CCl₂F₂, ICl, ClF₂Br, ClF₂I, 또는 BrCl 등이라도 된다.

여기서, 본 발명의 몰드는, 본 발명의 드라이에칭방법을 이용하여 제조된 몰드이므로, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 성형가공면에 가까운 영역일수록 질소함유량이 많다.

[발명의 효과]

본 발명에 관한 드라이에칭 방법에 의하면, 할로겐원자(예를 들어, 염소원자나 불소원자)를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 에칭을 실시하므로, 당해 플라즈마로부터 공급되는 할로겐원자(래디컬) 및 그 이온에 의해 텅스텐이 에칭 제거된다. 이로써, WF_x(x=1∼6)나 그보다 휘발성이 낮은 WCl_x(x=1∼6) 등이 에칭 반응표면에서 생성되므로, 그 일부분이 에칭 도중 WC합금 등의 패턴 측벽에 재부착한다. 그 결과, 당해 재부착에 의해 생성된 측벽 보호막에 의해, 패턴 측벽에 입사하는 이온의 충격에 의한 에칭반응을 저지할 수 있으므로, 수직의 에칭 단면형상을 실현할 수 있다. 한편, 플라즈마로부터 공급되는 질소 및 그 이온에 의해, 탄소가 CN 또는 C₂N₂이라는 형태로 효율적으로 제거되므로, 할로겐에 의한 텅스텐의 에칭효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 텅스텐과 탄소를 함유한 물질의 수직형상 에칭을 고속으로 실시할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 드라이에칭방법에 의하면, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 수소원자를 포함한 가스를 추가로 혼합함으로써, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질 중의 탄소를 CN 또는 C₂N₂라는 형태만이 아닌, 휘발성이 높은 HCN라는 형태로 제거할 수 있으므로, 보다 고속의 수직형상 에칭이 가능해진다.

또한, 본 발명에 관한 드라이에칭방법에 의하면, 할로겐원자를 포함한 가스로서, 특히 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스를 이용한 경우, WCl_x(x=1∼6)보다 더 휘발성이 낮은 WBr_x(x=1∼6) 또는 WI_x(x=1∼6)가 에칭표면에서 생성된다. 이로써, 측벽 보호막을 두껍게 형성할 수 있으므로, 수직형상 에칭만이 아닌 순 테이퍼형상 에칭도 실현 가능해진다. 또, 염소원자를 포함한 가스를 이용하지 않고, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나 또는 이들 혼합물을 이용한 경우에도, 질소에 의한 탄소 제거효과, 또는 수소에 의한 탄소 제거효과에 의해, 수직형상 에칭 및 순 테이퍼형상 에칭이 실현 가능해진다.

본 발명에 관한 미세구조 형성방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질의 표면 및 내부에 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 형성할 수 있다.

본 발명에 관한 몰드의 제조방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질로 이루어지면서 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.

본 발명에 관한 몰드에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질로 이루어지면서 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 실현할 수 있다.

여기서, 본 발명에 관한 드라이에칭방법, 미세구조 형성방법, 몰드 제조방법 및 몰드의 각각에 있어서, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에 추가로 질소(N)가 포함되어도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명을 WCN합금 또는 WNC합금 등에 적용해도 동일한 효과를 얻을 수 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 드라이에칭 방법의 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)∼(f)는 각각 도 5의(a)에 나타낸 몰드 표면의 미소요철을 확대한 양상을 나타낸 도이다.

도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다.

도 7의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드 제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.

도 8의 (a)는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 몰드 전체의 단면도이며, (b)∼(g)는 각각 도 8의 (a)에 나타낸 몰드 표면의 미소요철을 확대한 양상을 나타낸 도이다.

도 9의 (a) 및 (b)는 종래 드라이에칭방법의 설명도이다.

도 10의 (a)∼(d)는 종래의 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드형성방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.

[부호의 설명]

1, 61 : 반응실 2, 62 : 가스공급구

3, 63 : 가스배기구 4, 64 : 플라즈마 발생장치

5, 65 : 절연체 6, 66 : 전극

7, 11, 67, 71 : WC기판 8, 68 : RF전원

9, 69, 74 : 래디컬

10, 13a, 13b, 13c, 16a, 16b, 16c, 23, 70, 73a, 73b, 73c, 75, 83 : 이온

12, 22, 72, 82 : 레지스트 패턴

14, 24a, 24b, 76, 84a, 84b : 측벽 보호막

15 : 수소 이온 21 : WC합금기판

31, 91 : 바탕 기판

31a, 91a : 금속 또는 도전성물질로 이루어진 기판

31b, 91b : 절연물질로 이루어진 기판

31c, 91c : 반도체물질로 이루어진 기판

32, 92 : 텅스텐과 탄소를 포함한 물체

50, 55 : 플라즈마 81 : WC합금기판

85 : WCN층

[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 압력을 유지하는 것이 가능한 반응실(1)에는 가스공급구(2)가 형성됨과 더불어 가스배기구(3)가 형성된다. 또, 반응실(1) 상부에는 가스공급구(2)로부터 공급된 가스를 플라즈마상태로 하는 플라즈마 발생장치(4)가 설치된다. 또한, 반응실(1) 하부에는 텅스텐과 탄소를 포함한 피처리물, 구체적으로는 WC합금기판 또는 WC합금을 표면에 구비한 기판(이하, WC기판으로 총칭)(7)의 탑재대가 될 전극(6)이 절연체(5)를 개재하여 형성된다. 반응실(1)의 외부에는, 전극(6)에 바이어스를 인가하기 위한 RF(라디오파)전원(8) 이 배치된다.

다음으로, 에칭가스로서 염소가스 및 질소가스를 이용한 경우를 예로 하여, 도 1의 (a)에 나타낸 에칭장치의 동작, 즉 본 실시형태의 드라이에칭방법에 대해 설명한다. 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, Cl₂가스 및 N₂가스를 가스공급구(2)로부터 반응실(1)에 도입하여, 플라즈마 발생장치(4)에 의해 Cl₂가스 및 N₂가스로 이루어진 플라즈마(50)를 생성시킴과 동시에, RF전원(8)에 의해 WC기판(7)에 RF바이어스를 인가한다. 그 결과, Cl₂가스와 N₂가스의 혼합플라즈마(50) 중에, 염소래디컬(Cl_n＊(n=1, 2)) 및 질소래디컬(N_m＊(m=1, 2))인 래디컬(9)과, 염소이온(Cl_n ⁺(n=1, 2)) 및 질소이온(N_m ⁺(m=1, 2))인 이온(10)이 생성된다. 여기서, 본원 명세서에서 [＊]는 여기상태에 있는 원자도 포함하여 래디컬을 표현한 것으로 한다.

래디컬(9)은 등방적으로 확산하여 WC기판(7)에 도달하지만, 이온(10)은 플라즈마(50)와 WC기판(7) 사이에서 가속되므로, WC기판(7)에 거의 수직으로 입사한다. 이때, 이온(10) 중 염소이온(Cl_n ⁺)이 그 운동에너지에 의해 WC의 결합을 절단하고 W과 반응하여, WCl_x(x=1∼6)가 방출된다. 한편, C는 CCl_x(x=1∼4)형태로 되어 제거되는 것도 있는데, 주로 CN 또는 C₂N₂형태로 되어 제거된다.

도 1의 (b)를 참조하면서, WC기판 표면에서의 에칭반응을 보다 상세히 설명 한다. 도 1의 (b)는 본 실시형태의 드라이에칭방법에 의한 WC기판의 에칭 도중의 양상을 나타낸다. 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC기판(11) 상에 레지스트 패턴(12)을 형성한 후, 레지스트 패턴(12)을 마스크로 하여, Cl_n(n=1, 2)이온인 이온(13a, 13b, 및 13c)을 이용하여 WC기판(11)에 에칭을 실시하면, WC기판(11)을 구성하는 W은 측벽 보호막(14)이 될 WCl_x(x=1∼6)형태로 되어 방출된다. 여기서, 도 1의 (b)에는 도시하지는 않았으나, 도 1의 (a)의 래디컬(9) 중 염소래디컬은 플라즈마 중으로부터 등방적으로 비산한다. 또, 염소래디컬은 에칭가공 표면(WC기판(11)의 패턴 저부와 측벽부, 및 레지스트 패턴(12) 상부와 측부)에 부분적으로 물리흡착 혹은 화학흡착 하거나, 에칭가공 표면에서 반사하여 기상 중에 돌아가거나, 또는 에칭가공 표면에 일단 물리흡착한 후에 재방출되거나 하는 것으로 생각된다. 여기서, 에칭가공 표면에 흡착한 염소래디컬에 의한 자발적 화학반응은, 불소의 경우에 비해 매우 일어나기 어렵다.

한편, 염소이온 중, WC기판(11)에 거의 수직으로 입사한 이온(13a)은, 이온 충격에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단함과 더불어 W과 화학결합하여, 반응생성물로서의 WCl_x를 생성한다. 여기서, WCl_x는 복수의 입사 염소이온과 여러 번 반응하여, 최종적으로는 WCl₅ 또는 WCl₆등의 분자로서 기상 중으로 방출된다. 또, 염소이온(13b)처럼 에칭반응 표면에서 W과 화학반응하고, 그 결과, 생성된 반응생성물(WCl_x)이 기상 중으로 방출되어 에칭 도중인 WC기판(11)의 패턴 측벽 또는 레지스트 패턴(12)의 측면에 흡착할 경우도 생긴다. 특히, WCl_x의 X=1∼4인 경우에 이 부착이 발생하기 쉽다. WCl_x는 WF_x에 비해 증기압이 낮기 때문에, 부착 후의 재방출 확률이 낮아지므로, WC기판(11)의 패턴 측벽에 흡착한 WCl_x는 당해 측벽에 퇴적된 채 측벽 보호막(14)을 형성한다. 이것은 WF₆의 비등점이 17.5℃(대기압)임에 반해, WCl₅ 및 WCl₆의 비등점이 각각 275.6℃ 및 346.7℃인 점에서도 쉽게 추정 가능하다. 이 측벽 보호막(14)의 존재에 의해, WC기판(11)에 비스듬히 입사되어 오는 염소이온(13c)에 의한 패턴 측벽의 에칭은 방지되므로, 당해 측벽에는 종래 기술과 같은 활꼴형상이 발생하지 않다. 여기서, WC기판(11) 중의 C는 염소와의 반응생성물로서 CCl_x(x=1∼4), 특히 CCl₄의 형태로 에칭 제거되는 것도 있는데, 주로 질소이온에 의해 CN 또는 C₂N₂형태로 제거된다.

이와 같이 본 실시형태의 드라이에칭방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 물질인 WC합금의 표면 및 내부에, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상을 실현할 수 있는 에칭을 실시할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스로서 염소분자를 이용한 경우에 대해 설명해 왔으나, 염소분자 대신 염화수소분자 또는 3염화붕소분자 중, 어느 하나를 이용해도 된다. 또, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중, 2가지의 가스, 또는 모든 가스혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 저원가로 가스를 공급할 수 있다. 물론, 상기 이외의 기타 염소를 포함한 가스를 이용해도 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하나, 일반적으로 큰 분자일수록 증기압이 낮아져, 경우에 따라서는 고체소스가 되기 때문에, 그 공급이 어려워짐과 더불어 그것을 사용하기 위한 원가가 증대한다.

또한, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스를 이용했는데, 염소원자를 포함한 가스 대신, 다른 할로겐원자를 포함한 가스를 이용해도 된다. 또, 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스 대신, 염소원자 혹은 그 밖의 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃, N₂F, NCl₃, NBr₃, Nl₃ 등)를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 질소원자를 포함한 가스로서 질소분자를 이용했는데, 이 대신, 암모니아분자, 또는 질소분자와 암모니아분자의 혼합물을 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 산소원자를 포함한 가스를 혼합하면, 에칭률을 높일 수 있다. 이것은 W이 염소이온에 의해 제거된 후에 잔존하는 C가 CCl_x(x=1∼4) 및 CN 또는 C₂N₂형태로 제거됨과 더불어, 산소래디컬 및 산소이온에 의해 당해 C가 CO₂ 또는 CO형태로 제거되는 효과가 발생하기 때문이다. 이 효과는 산소를 포함한 가스의 유량이 염소 및 산소 각각을 포함한 가스의 전체 가스유량의 10%미만이라도 충분히 나타난다. 실용적으로는 전체 가스유량의 대략 50% 이하의 범위 내에서, 산소를 포함한 가스의 유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 또, 산소원자를 포함한 가스로서 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하면 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또한, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 질소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂, 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해, 플라즈마방전을 더 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있다. 구체적으로는 염소가스의 수 배 이상의 유량으로 희가스를 혼합함으로써, 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과, 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는 예를 들어, Ar을 사용해도 된다. 또, 희가스로 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn을 선택함으로써, 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수 있거나, 또는 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어진 플라즈마 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 여기서, 2 이상의 희가스를 혼합시켜 이용해도 된다.

또는, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는 평행평판형 등의 반응성 이온 에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE(Magnetron Enhancement RIE)장치, 유도결합플라즈마(ICP:Inductively Coupled Plasma)에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR)에칭장치, UHF플라즈마에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD:Neutral Loop Discharge)에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다. 또, 장치방식에 따라, 최적의 에칭조건은 다르지만, 본 실시형태의 에칭조건 범위에 대해서는, 예를 들어, 가스유량이 수십∼수백cc/min(실온)이며, 압력이 0.1∼20Pa이고, 플라즈마생성용 고주파파워가 100W∼수kW이며, RF바이어스가 100W∼1kW이다.

또, 본 실시형태에서 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭 대상으로 했는데, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중, 어느 하나를 에칭 대상으로 해도 된다. 또한, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질에 추가로 질소가 포함되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭 대상으로 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, 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 수소원자를 포함한 가스를 추가하여 플라즈마를 생성함으로써, 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 물질을 드라이에칭 하는 것이다.

도 2는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다. 이 하, 염소원자를 포함한 가스로서 염소분자, 질소원자를 포함한 가스로서 질소분자, 수소원자를 포함한 가스로서 수소분자를 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 Cl_n ⁺(n=1,2)이온(13a, 13b 와 13c) 및 수소분자로부터 생성된 수소이온(H⁺, H²⁺)(15)을 이용하여 WC기판(11)에 에칭을 실시한다. 여기서, 수소분자로부터는 수소래디컬도 생성된다.

본 실시형태의 에칭 메커니즘이 제 1 실시형태와 다른 점은 탄소의 제거반응이다. 즉, 본 실시형태에서도 제 1 실시형태와 마찬가지로, WC기판(11) 중의 C는 염소와의 반응생성물인 CCl_x(x=1∼4), 특히 CCl₄형태로 에칭 제거됨과 더불어, 질소이온에 의해 CN 또는 C₂N₂형태로도 제거된다. 그런데, 본 실시형태에서는 질소에 추가로 수소가 공급되므로, WC기판(11) 중의 C는 CCl_x, CN 및 C₂N₂ 각각에 비해 증기압이 낮은 HCN형태로도 제거되므로, C의 제거효과는 비약적으로 증대한다. 그 결과, 염소에 의한 텅스텐의 에칭속도가 크게 증대한다.

따라서, 제 2 실시형태에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질인 WC합금 표면 및 내부에 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상을 형성할 수 있는 에칭을 고속으로 실시할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스로서 염소분자를 이용한 경우에 대해 설명해 왔으나, 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 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 저원가로 가스공급을 행할 수 있다. 물론, 상기 이외의 다른 염소를 포함한 가스를 이용해도 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하지만, 일반적으로 큰 분자일수록 증기압이 낮아져, 경우에 따라서는 고체소스가 되므로, 그 공급이 어려워짐과 더불어, 이를 사용하기 위한 원가가 증대한다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스와 수소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스를 이용했으나, 염소원자를 포함한 가스 대신, 다른 할로겐원자를 포함한 가스를 이용해도 된다. 또, 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스와 수소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스 대신, 염소원자 혹은 그 밖의 할로겐원자 및 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃, N₂F, NCl₃, NBr₃, NI₃ 등)와 수소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스, 또는 염소원자 혹은 그 밖의 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자 및 수소원자를 포함한 가스(예를 들어, NH₃)로 이루어진 혼합가스를 이용해도 된다.

또는, 본 실시형태에서 질소원자를 포함한 가스로서 질소분자를 이용했으나, 이 대신 암모니아분자 또는 질소분자와 암모니아분자의 혼합물을 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스와 수소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하면, 에칭률을 더 높일 수 있다. 이는, W이 염소이온에 의해 제거된 후에 잔존하는 C가 CCl_x(x=1∼4), CN, C₂N₂ 및 이들보다 증기압이 낮은(즉, 휘발성이 높은) HCN형태로 제거됨과 더불어, 산소래디컬 및 산소이온에 의해 당해 C가 CO₂ 또는 CO형태로 되어 제거되는 효과가 발생하기 때문이다. 이 효과는 산소를 포함한 가스유량이, 염소 및 산소 각각을 포함한 가스의 전체 가스유량의 10%미만이라도 충분히 나타난다. 또, 실용적으로는 산소를 포함한 가스유량을, 전체 가스유량의 대략 50% 이하의 범위 내에서 원하는 유량으로 설정하면 된다. 또, 산소원자를 포함한 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 질소원자 또는 수소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂ 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스와 수소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대시킬 수 있다. 구체적으로는 염소가스의 수 배 이상 유량으로 희가스 를 혼합함으로써, 플라즈마 중의 전자온도가 희가스 전자온도에 의해 규정되는 결과 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는 예를 들어, Ar을 사용해도 된다. 또, 희가스로서 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 중 적어도 한 가지를 선택함으로써, 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있고 혹은 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어진 플라즈마의 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 여기서, 2 가지 이상의 희가스를 혼합시켜 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는 평행평판형 등의 반응성 이온에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE장치, 유도결합플라즈마(ICP)에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR)에칭장치, UHF플라즈마에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD)에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭대상으로 했으나, 이 대신 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중의 어느 하나를 에칭 대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질에 추가로 질소가 포함되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭 대상으로 해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제 3 실시형태]

이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 드라이에칭방법에 대해, 도면을 참조 하면서 설명한다. 본 실시형태의 드라이에칭방법이 제 1 실시형태와 다른 점은 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 추가로 혼합하여 플라즈마를 생성함으로써 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 물질을 드라이에칭하는 것이다.

도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이며, 드라이에칭방법에 의한 WC기판 에칭 도중의 양상을 나타낸다. 여기서, 도 3의 (a)는 측벽 보호막이 얇게 형성되는 경우를 나타내며, (b)는 측벽 보호막이 두껍게 형성되는 경우를 나타낸다. 이하, 염소원자를 포함한 가스로서 Cl₂, 질소원자를 포함한 가스로서 N₂, 브름원자를 포함한 가스로서 Br₂, 요오드원자를 포함한 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 레지스트 패턴(12)을 형성한 후, 레지스트 패턴(12)을 마스크로 하여, Cl₂로부터 생성된 Cl_n ⁺(n=1, 2)이온, Br₂으로부터 생성된 Br_n ⁺(n=1, 2)이온 또는 I₂로부터 생성된 I_n ⁺(n=1, 2)이온인 이온(16a, 16b 및 16c)을 이용하여 WC기판(11)에 에칭을 실시한다. 구체적으로는, Cl_n ⁺이온, Br_n ⁺이온 또는 I_n ⁺이온 중, WC기판(11)에 거의 수직으 로 입사한 이온(16a)은 이온 충격에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단함과 동시에 W과 화학결합되어, 반응생성물인 WCl_x(x=1∼6), WBr_x(x=1∼6) 또는 WI_x(x=1∼6)형태로서 기상 중으로 탈리되는 결과, W이 제거된다. 또, Cl_n ⁺이온, Br_n ⁺이온 또는 I_n ⁺이온인 이온(16b)에 의해 발생한 에칭반응 생성물의 일부는 WC기판(11)의 가공 측면 및 레지스트 패턴(12)의 측면에 재부착하여 측벽 보호막(14)을 형성한다. 이때의 부착 확률은 WI_x>WBr_x>WCl_x 순이다. 따라서, WC기판(11)에 대해 비스듬히 입사해 오는 이온(16c)에 의한 WC기판(11) 패턴 측벽의 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 에칭형상을 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.

여기서, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 합계 유량에 대한, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비를 약 30체적% 정도 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 당해 혼합비가 5% 정도 미만이라도 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스에 의한 측벽 보호막 형성효과는 충분히 얻을 수 있다. 또한, 염소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스의 혼합비, 염소원자를 포함한 가스와 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비, 또는 염소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스와 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비를 바꿈 으로써, 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 두꺼워지고, 약 10%를 넘으면 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가공단면이 순 테이퍼형상으로 되는 에칭을 실현할 수 있을 정도로 측벽호보막(14)의 막 두께가 두꺼워진다. 단, 본 실시형태에서, 엄밀하게는 에칭형상과, 총 유량을 차지하는 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비율과의 관계는, 질소원자를 포함한 가스의 혼합비율 혹은 압력, 또는 플라즈마 여기파워 등의 플라즈마 생성조건에 의해 미묘하게 달라진다.

이상과 같이 제 3 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과와 더불어 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합하여 사용함으로써, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 수직형상만이 아닌 순 테이퍼형상의 에칭형상도 얻을 수 있도록 가공할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스로서 염소분자를 이용한 경우에 대해 설명해 왔으나, 염소분자 대신, 염화수소분자 또는 3염화붕소분자 중, 어느 하나를 이용해도 된다. 또, 염소분자, 염화수소분자 및 3염화붕소분자 중, 2 가지의 가스 또는 모든 가스의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 이들 분 자는 비교적 작은 분자이므로 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 그 결과, 저원가로 가스공급을 행할 수 있다. 물론, 상기 이외의 다른 염소를 포함한 가스를 이용해도 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하지만, 일반적으로 큰 분자일수록 증기압이 낮아져, 경우에 따라서는 고체소스가 되므로, 그 공급이 어려워짐과 더불어, 이를 사용하기 위한 원가가 증대한다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스를 이용했으나, 이 대신 염소원자 및 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NCl₃)와 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스, 또는 염소원자를 포함한 가스와, 브롬원자 혹은 요오드원자 및 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NBr₃, NI₃)로 이루어진 혼합가스를 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 질소원자를 포함한 가스로서 질소분자를 이용했으나, 이 대신, 암모니아분자 또는 질소분자와 암모니아분자의 혼합물을 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 브롬원자를 포함한 가스로는 Br₂를 예로 하여 설명했으나, 이 대신, 예를 들어, HBr 등을 이용해도 된다. 또, 요오드원자를 포함한 가스로는 I₂를 예로 하여 설명했으나, 이 대신, 예를 들어, HI 등을 이용해도 된다. 혹은, 염소원자와, 브롬원자 또는 요오드원자의 적어도 한 가지를 포함한 가스, 예를 들어, ICl, ClF₂Br, ClF₂I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또한, CF_xCl_4-x, CF_xBr_4-x 또는 CF_xI_4-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어진 분자가스를 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서, 염소원자를 포함한 가스와, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 산소원자를 포함한 가스를 혼합하면, 에칭률을 더 높일 수 있다. 이는 W이 염소이온에 의해 제거된 후에 잔존하는 C가 CCl_x(x=1∼4) 및 CN 또는 C₂N₂형태로 되어 제거됨과 더불어, 산소래디컬 및 산소이온에 의해 당해 C가 CO₂또는 CO형태로 되어 제거되는 효과가 나타나기 때문이다. 이 효과는 산소를 포함한 가스유량이 염소 및 산소 각각을 포함한 가스의 전체 가스유량의 10% 미만이라도 충분히 나타난다. 또, 실용적으로는 전체 가스유량의 대략 50% 이하의 범위 내에서, 산소를 포함한 가스유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 또, 산소원자를 포함한 가스로서, 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하면, 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신, 염소원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 브롬원자, 요오드원자 또는 질소원자를 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂ 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스와, 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대할 수 있다. 구체적으로는 염소가스의 수 배 이상 유량으로 희가스를 혼합함으로써 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는, 예를 들어 Ar을 이용해도 된다. 또, 희가스로서 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 중, 어느 하나를 선택함으로써, 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있고 혹은 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어진 플라즈마 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 여기서, 2 이상의 희가스를 혼합시켜 사용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스를 이용하지 않아도, 바꾸어 말하면, 염소원자를 포함한 가스 대신, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 경우에도 텅스텐과 탄소를 포함한 물질의 에칭은 가능하다. 이 경우, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 보다 효율적으로 이용할 수 있게 되므로, 수직형상의 측벽 및 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 쉽게 제공할 수 있다. 또, 본 실시형태의 에칭에서는 이들 할로겐가스 이외에도 질소원자를 포함한 가스를 사용하므로, 할로겐가스와 질소원자를 포함한 가스의 혼합비를 조정함으로 써, 염소원자를 포함한 가스를 이용하지 않음에 따른 에칭률의 저하를 보상할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭 대상으로 했으나, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중의 하나를 에칭 대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질에 추가로 질소가 포함되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭 대상으로 해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제 4 실시형태]

이하, 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드제조방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 실시형태는 제 1∼제 3 실시형태에서 설명한 드라이에칭방법을 응용한 것이다.

도 4의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 몰드제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.

우선, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 WC합금기판(21)을 준비한 후, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, WC합금기판(21) 상에 레지스트 패턴(22)을 형성한다. 여 기서, 레지스트 패턴(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, 레지스트 패턴(22)을 마스크로, 적어도 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 WC합금기판(21)에 드라이에칭을 실시함으로써 WC합금기판(21)에 패턴을 전사한다. 일반적으로 어떠한 드라이에칭장치를 이용하여 드라이에칭을 실시한 경우에도, 플라즈마 중으로부터 WC합금기판(21)에 입사하는 이온(23)은 이온에너지 각도분포를 갖고 있으므로, 기판표면에 수직으로 입사하는 성분(A) 이외에, 기판표면에 각도를 가지고 입사하는 성분, 즉 경사입사성분(B 및 C)이 존재한다. 그러나, 적어도 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 드라이에칭을 실시함으로써 에칭반응 생성물인 WCl_x(x=1∼6) 등이 가공측면에 측벽 보호막(24a)을 형성하므로, 이온(23)의 경사입사성분(B 및 C)에 의한 측벽 에칭을 방지할 수 있다. 이로써 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 단면형상으로서 기판표면에 수직인 단면형상을 갖는 미세구조가 형성된다.

다음에, 레지스트 패턴(22) 및 측벽 보호막(24a)을 애싱 및 세정에 의해 제거한다. 이로써, 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 수직측벽을 갖는 미소요철구조를 구비한 WC합금기판(21)으로 이루어진 WC합금몰드가 형성된다.

한편, 도 4의 (c) 및 (d)에 나타낸 공정 대신 측벽 보호막이 두껍게 형성되 는 에칭조건(제 3 실시형태(특히, 도 3의 (b)) 참조)을 이용하여 도 4의 (e)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(22)을 마스크로 하여, 적어도 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 WC합금기판(21)에 드라이에칭을 실시함으로써 WC합금기판(21)에 패턴을 전사해도 된다. 이 경우, WC합금기판(21)에는 에칭 단면형상으로 순 테이퍼형상을 갖는 미세구조가 형성된다. 그 이유는, 이온에 의한 측벽에칭을 방지하기 위해 필요한 두께 이상으로 측벽 보호막(24b)이 퇴적되므로, 에칭의 진행에 따라 가공부에 개구 영역이 좁아지기 때문이다.

다음으로, 레지스트 패턴(22) 및 측벽 보호막(24b)을 애싱 및 세정에 의해 제거한다. 이로써, 도 4의 (f)에 나타낸 바와 같이, 순 테이퍼형상측벽을 갖는 미소요철구조를 구비한 WC합금기판(21)으로 이루어진 WC합금 몰드가 형성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 몰드제조방법은, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 상에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 적어도 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의해, 상기 물체를 에칭하는 공정을 포함한다. 즉, 본 실시형태는 본 발명의 드라이에칭방법(제 1∼제 3 실시형태)을 이용하는 것이므로 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 표면 및 내부를 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상으로 가공하기가 가능하다. 따라서, 수직 단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 확실하게 형성할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서 에칭마스크로서 레지스트 패턴을 이용했으나, 이 대신 절연막으로 이루어진 하드마스크 등을 이용해도 되는 것은 물론이다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스로는 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 가스 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 따라서, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에, 보다 저가로 또 고정밀의 수직형상가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 보다 저가로 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다. 물론, 상기 이외의 기타 염소를 포함한 가스를 이용해도 본 발명의 드라이에칭방법은 실시 가능하지만, 일반적으로 큰 분자일수록 증기압이 낮아져, 경우에 따라서는 고체소스가 되므로, 그 공급이 어려워짐과 더불어, 이를 사용하기 위한 원가가 증대한다.

또, 본 실시형태에서 질소원자를 포함한 가스로는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용해도 된다. 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어 플라즈마방전에 의해 질소를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 이로써 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에, 보다 저가로 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 저가로 제조할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 플라즈마 생성용 혼합가스에 수소원자를 포함한 가스를 추가로 혼합하여 이용함으로써, 질소와 함께 수소가 공급되므로 텅스텐과 탄소 를 포함한 물질 중의 탄소가 CCl_x, CN, C₂N₂ 및 이들보다 증기압이 낮은 HCN형태로 되어 제거된다. 이로써 C의 제거효과가 비약적으로 증대하는 결과, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질 중의 탄소 제거효과가 증대하므로 에칭률을 높일 수 있다. 따라서, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에, 보다 고속으로 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있으므로 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조할 수 있다. 여기서, 수소원자를 포함한 가스로는 수소분자, 암모니아분자 혹은 탄화수소분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 높아짐과 더불어 높은 효율로 수소원자를 공급할 수 있으므로, 보다 고속이면서 저가로 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 저가로 제조할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 산소원자를 포함한 가스를 추가로 혼합하면, 에칭률을 높일 수 있다. 이는 W이 염소이온에 의해 제거된 후 잔존하는 C가 CCl_x(x=1∼4) 및 CN 또는 C₂N₂형태로 되어 제거됨과 더불어, 당해 C가 산소래디컬 및 산소이온에 의해 CO₂ 또는 CO형태로 되어 제거되는 효과가 발생하기 때문이다. 이 효과는, 공급되는 염소함유가스 및 산소함유가스의 전체 가스유량에 대한 산소함유가스 유량이 10% 미만이라도 충분히 얻을 수 있다. 또, 실용적으로는 전체 가스유량의 대략 50% 이하의 범위 내에서 산소를 포함한 가스 유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 이 와 같이 하면, 산소 첨과효과에 의해 에칭률이 높아지므로 텅스텐과 탄소를 포함한 물체에 고속으로 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조할 수 있다. 여기서, 산소원자를 포함한 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 포함한 물질에 안정되면서 고속으로 고정밀 수직형상가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되면서 고속으로 제조할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신 염소원자와 산소원자를 포함한 가스, 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂ 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 희가스를 추가로 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있어, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대할 수 있다. 구체적으로는 염소가스의 수 배 이상의 유량으로 희가스를 혼합함으로써 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는, 예를 들어 Ar을 사용해도 된다. 또, 희가스로 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn을 선택함으로써 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있거나 또는 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어진 플라즈마 전자온도는 희가스의 제 1 이온 화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성시키고자 할 때는 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성시키고자 할 때는 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 여기서, 2 이상의 희가스를 혼합시켜 사용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 플라즈마 생성용으로 이용하는 혼합가스에 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직가공만이 아닌 고정밀 순 테이퍼형상가공도 행할 수 있다. 그 결과, 염소원자를 포함한 가스 및 질소원자를 포함한 가스만을 사용하는 경우에 비해, 도 4의 (e) 및 (f)에 나타낸 바와 같은 순 테이퍼형상가공을 쉽게 실현할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스 대신 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용해도 된다. 이 경우에도 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 더 효율적으로 이용할 수 있기 때문에, 수직형상가공 및 순 테이퍼형상가공이 쉽게 가능함으로 도 4의 (e) 및 (f)에 나타낸 바와 같은 순 테이퍼형상가공을 쉽게 실현할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있 다. 여기서, 브롬원자를 포함한 가스로는, 예를 들어, Br₂, HBr 등을 이용해도 된다. 또, 요오드원자를 포함한 가스로는, 예를 들어, I₂, HI 등을 이용해도 된다. 혹은 염소원자와 브롬원자 또는 요오드원자의 적어도 한가지를 포함한 가스, 예를 들어, ICl, ClF₂Br, ClF₂I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또한, CF_xCl_4-x, CF_xBr_4-x또는 CF_xI₄ _-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어진 분자가스를 이용해도 된다. 이 경우, F에 의한 에칭률 증대효과를 동시에 얻을 수도 있다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합하여 이용하는 경우, 염소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 합계유량에 대한 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비를 약 30체적% 정도 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 당해 혼합비가 5% 정도 미만이라도 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스에 의한 측벽 보호막 형성효과는 충분히 얻을 수 있다. 또한, 염소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스의 혼합비, 염소원자를 포함한 가스와 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비, 또는 염소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스와 요오드원자를 포함한 가스의 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 실시할 수 있다. 한편, 상기 각 혼합비를 크게 함으로써 측벽 보 호막의 두께를 두껍게 할 수 있다. 구체적으로는 상기 각 혼합비가 8% 이상이 되면, 서서히 측벽 보호막의 두께가 두꺼워지고, 약 10%를 초과하면 도 4의 (e)에 나타낸 바와 같이, 가공단면이 순 테이퍼형상으로 되는 에칭을 실현할 수 있을 정도로 측벽호보막(24b)의 막 두께가 두꺼워진다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 몰드제조방법에 의하면, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 표면 및 내부에, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상을 형성할 수 있는 에칭가공이 가능하다. 그 결과, 본 실시형태에 의하면 텅스텐과 탄소를 포함한 물질로 이루어지면서 수직단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 제조할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에 관한 몰드제조에서 미소요철의 가공 크기한계는 레지스트 패턴을 형성하는 리소그래피기술에 크게 의존하며, 현재 최소크기 50nm 정도까지의 가공이 가능하다.

또한, 본 실시형태에서 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭 대상으로 했으나, 이 대신 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 표면에 갖는 금속, 절연 물질 또는 반도체물질 중, 어느 하나를 에칭 대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질에 추가로 질소가 포함되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭 대상으로 해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제 5 실시형태]

이하, 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 몰드에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 실시형태에 관한 몰드는 제 4 실시형태에서 설명한 몰드 제조방법에 의해 얻어진 것이다.

도 5의 (a)는 본 실시형태에 관한 몰드전체의 단면도이다. 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 바탕기판(31) 상에, 예를 들어 WC합금 등의 텅스텐과 탄소를 포함한 물체(32)가 성막된다. 물체(32) 표면에는 제 1∼제 3 실시형태의 드라이에칭방법에 의해 수직형상(기판표면에 대해 수직의 벽을 갖는 형상) 또는 순 테이퍼형상을 갖는 미소요철이 형성된다. 또, 도 5의 (b)∼(d) 및 도 5의 (e)∼(f)는 각각 도 5의 (a)에 나타낸 몰드 표면(일점 쇄선으로 둘러싼 영역)에서의 미소요철을 확대한 양상을 나타낸다.

본 실시형태에 관한 몰드는, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에 대해 적어도 염소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의한 드라이에칭을 실시함으로써 형성된 것이므로, 도 5의 (b)∼(d)에 나타낸 바와 같은, 활꼴형상이 없는 수직단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드, 및 도 5의 (e)∼(f)에 나타낸 바와 같은, 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철 을 구비한 몰드를 실현할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 몰드는 텅스텐과 탄소를 포함한 물질(물체 (32))의 성형가공면에 가까운 영역일수록 질소함유량이 높다는 특징을 갖는다.

여기서, 몰드의 바탕기판(31)으로는 금속 혹은 도전성물질로 이루어진 기판(31a)(도 5의 (b) 또는 도 5의 (e)), 절연물질로 이루어진 기판(31b)(도 5의 (c) 또는 도 5의 (f)), 혹은 반도체물질로 이루어진 기판(31c)(도 5의 (d) 또는 도 5의 (g)) 중, 어느 것이라도 되고, 용도에 따라 선택하면 된다. 예를 들어, 몰드표면에 전기를 공급하면서 사용할 때는 바탕기판(31)으로서 기판(31a)를 사용하면 된다. 또, 몰드를 전기적으로 절연시킨 상태에서 이용하는 경우에는 바탕기판(31)으로서 기판(31b)을 사용하면 된다.

여기서, 본 실시형태에서, 몰드제조에 이용하는 염소원자를 포함한 가스로는 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 가스 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이기 때문에, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어, 플라즈마방전에 의해 염소를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제공할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 질소원자를 포함한 가스로는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 이들 분자는 비교적 작은 분자이므로, 가스공급 등의 취급이 쉬워짐과 더불어 플라즈마방전에 의해 질소를 효율적으로 생성시킬 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 저가로 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 플라즈마 생성용 혼합가스에 수소원자를 포함한 가스를 추가로 혼합하면 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 함께 수소원자가 공급되기 때문에 텅스텐과 탄소를 포함한 물질 중의 탄소 제거효과가 증대하므로 에칭률을 높일 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속으로 제공할 수 있다. 여기서, 수소원자를 포함한 가스로는 수소분자, 암모니아분자 혹은 탄화수소분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 높아짐과 더불어 높은 효율로 수소원자를 공급할 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속이면서 보다 저가로 제조할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 혼합가스에 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소 첨가효과에 의해 에칭률이 높아지므로 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속으로 제조 제공할 수 있다. 여기서, 산소원자를 포함한 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 안정되면서 고속으로 제조 제공할 수 있다. 또, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 대신 염소 원자와 산소원자를 포함한 가스(추가로 질소원자 등을 포함해도 된다), 예를 들어, COCl₂, ClFO₃, NOCl, NO₂Cl, SOCl₂, SO₂Cl₂ 또는 SO₃HCl 등을 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 혼합가스에 희가스를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있으므로, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되게 제조 제공할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 혼합가스에 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 증대시킬 수 있으므로 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드만이 아닌, 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드도 제공할 수 있다. 또, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합하는 대신 염소원자와 브롬원자 또는 요오드원자의 적어도 한 가지를 포함한 가스, 예를 들어, ICl, ClF₂Br, ClF₂I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 염소원자를 포함한 가스를 이용하지 않고 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 더 효율적으로 이용할 수 있으므로 수직형상의 측벽 및 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 쉽게 제공할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면 고정밀로 가공된 미소요철을 갖는 몰드를 저가이면서 용이하게 안정적으로 공급할 수 있다. 또, 미소요철의 단면형상으로서 기판표면에 대해 수직부터 순 테이퍼(볼록부의 단면형상에 있어서 밑변보다 윗변이 짧은 상태)까지의 측벽을 갖는 미소요철을 WC합금 등에 자유롭게 형성하는 것이 가능하다.

여기서, 본 실시형태에 관한 몰드에 있는 미소요철의 가공치수 한계는 레지스트 패턴을 형성하는 리소그래피기술에 크게 의존하며, 현재 최소크기 50nm 정도까지의 가공이 가능하다. 또, 본 실시형태에 관한 몰드는 가공치수가 큰 광 회로부품의 제조부터, 최소치수를 추구하는 나노 임프린트까지 폭 넓은 분야에 활용할 수 있다. 또, 본 실시형태의 몰드는 활꼴형상이 없는 수직 또는 순 테이퍼의 가공단면을 가지고 있으므로, 당해 몰드 오목부에 요철이 전사되는 쪽 물질이 남는 등의 일이 없고, 프레스 전사 후에 몰드를 쉽게 분리할 수 있다. 또한, 본 실시형태 몰드의 막힘 방지를 보다 확실하게 하여 사용 내구회수를 늘리기 위해서는, 본 실시형태의 몰드 미소요철 표면에 금속, 테프론코팅 또는 실리콘커플링 재료 등에 의한 처리 등을 실시하면 된다. 또, 당해 표면처리 재료는 몰딩 작용에 의해 요철이 전사되는 쪽 물질에 따라 임의로 선택하면 된다.

또, 본 실시형태에서 몰드의 표면재료로서 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 이용했으나, 당해 물질에 추가로 질소가 포함되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 이용해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제 6 실시형태]

이하, 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 드라이에칭방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 특징은, W과 C를 포함한 물질에, 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 에칭을 실시하는 것이다.

도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 드라이에칭방법의 설명도이다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 감압상태로 압력을 유지하기가 가능한 반응실(61)에는 가스공급구(62)가 형성됨과 더불어 가스배기구(63)가 형성된다. 또, 반응실(61) 상부에는 가스공급구(62)로부터 공급된 가스를 플라즈마상태로 하는 플라즈마 발생장치(64)가 설치된다. 또한, 반응실(61) 하부에는 텅스텐과 탄소를 포함한 피처리물, 구체적으로는 WC합금기판 또는 WC합금을 표면에 구비한 기판(이하, WC기판으로 총칭)(67)의 탑재대가 될 전극(66)이 절연체(65)를 개재하여 형성된다. 반응실(61) 외부에는, 전극(66)에 바이어스를 인가하기 위한 RF(라디오파)전원(68)이 배치된다.

다음으로, 불소원자를 포함한 가스로서 CF₄를, 질소원자를 포함한 가스로서 N₂를 이용한 경우를 예로 하여, 도 6의 (a)에 나타낸 에칭장치의 동작, 즉 본 실시형태의 드라이에칭방법에 대해 설명한다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, CF₄가스 및 N₂가스를 가스공급구(62)로부터 반응실(61)에 도입하여, 플라즈마 발생장치(64) 에 의해 CF₄가스 및 N₂가스로 이루어진 플라즈마(55)를 생성함과 동시에, RF전원(68)에 의해 WC기판(67)에 RF바이어스를 인가한다. 그 결과, CF₄가스와 N₂가스의 혼합플라즈마(55) 중에, 불화탄소래디컬(CF_p＊(p=1, 2, 3)), 질소래디컬(N_q＊(q=1, 2)) 및 불소래디컬(F＊)인 래디컬(69)과, 불화탄소이온(CF_p ⁺(p=1, 2, 3)), 질소이온(N_q ⁺(q=1, 2)) 및 불소이온(F⁺)인 이온(70)이 생성된다.

래디컬(69)은 등방적으로 확산되어 WC기판(67)에 도달하는데, 이온(70)은 플라즈마(55)와 WC기판(67) 사이에서 가속되므로, WC기판(67)에 거의 수직으로 입사한다. 이때, 이온(70) 중 CF_p ⁺(p=1, 2, 3)이온과 F⁺이온이 그 운동에너지에 의해 WC의 결합을 절단하고 W과 반응하여, WF_x(x=1∼6)가 방출된다. 한편, C는 질소이온(N_q ⁺(q=1, 2))에 의해 주로 CN 또는 C₂N₂형태로 되어 에칭 제거된다. 또, C는 레지스트(도 6의 (a)에는 도시하지 않음)로부터 공급되는 H를 도입하여, HCN형태로도 에칭 제거되거나 또는 CF_x(x=1∼4)형태로 재방출된다.

도 6의 (b)를 참조하면서 WC기판 표면에서의 에칭반응을 보다 상세히 설명한다. 도 6의 (b)는 본 실시형태의 드라이에칭방법에 의한 WC기판 에칭 도중의 양상을 나타낸다. 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC기판(71) 상에 레지스트 패턴 (72)을 형성한 후, 레지스트 패턴(72)을 마스크로 하여, CF_p ⁺(p=1, 2, 3)이온 및 F⁺이온인 이온(73a, 73b 및 73c), CF_p＊(p=1, 2, 3)래디컬, N_q＊(q=1, 2)래디컬 및 F＊래디컬인 래디컬(74), N⁺이온 그리고 N₂ ⁺이온인 이온(75)을 이용하여 WC기판(71)에 에칭을 실시하면, WC기판(71)을 구성하는 W은 CFNH폴리머를 주체로 하는 측벽 보호막(76)이 될 WF_x(x=1∼6)형태로 방출된다.

다음에, 각 이온 및 래디컬의 역할에 대해 설명한다. CF_p ⁺(p=1, 2, 3)이온 및 F⁺이온 중, WC기판(71)에 거의 수직으로 입사한 이온(73a)은, 이온 충격에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단하는 동시에, F와 W의 화학결합에 의해 반응생성물로서의 WF_x를 생성한다. 여기서, WF_x는 복수의 입사이온(13a)과 여러 번 반응하여, 최종적으로는 WF₅ 또는 WF₆ 등의 분자로서 기상 중으로 방출된다. 이것이 WC기판(71) 중, W의 주된 에칭 메커니즘이다. 또, 이온(73b)과 같이 에칭반응 표면에서 W과 화학반응한 결과, 생성된 반응생성물(WF_x)이 기상 중으로 방출되어 에칭 도중인 WC기판(71)의 패턴 측벽 또는 레지스트패턴(72)의 측면에 흡착하는 경우도 발생한다. WC기판(71)의 패턴 측벽에 흡착한 WF_x는 당해 측벽에 퇴적되어, CFNH폴리머로 이루어진 얇은 측벽 보호막(76) 중으로 도입되는 경우도 있다. 이 경우, 실제로 형성되는 측벽 보호막(76)은 CFNH폴리머와 WF_x화합물과의 혼합물이 된다.

또, N⁺이온 및 N₂ ⁺이온인 이온(75)은 WC기판(71)으로 입사하여, 이온 충격에너지에 의해 W과 C의 결합을 절단하는 동시에 C와 화학결합하여, 주로 CN 또는 C₂N₂로 표시되는 반응생성물을 생성한다. 이로써 C가 효율적으로 제거되므로 불소에 의한 텅스텐의 에칭효율을 향상시킬 수 있다. 또, C는, 레지스트로부터 스퍼터링되어 날아온 H를 흡수하여 HCN형태로도 에칭 제거된다. 이들이 WC기판(71) 중, C의 주된 에칭 메커니즘이다. 여기서, CF_p ⁺(p=1, 2, 3)이온 및 F⁺이온의 이온 충격에 의해, WC기판(71) 중으로부터 CF_x(x=1∼4)형태로 재방출되는 C도 있다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 W 에칭만이 아닌, C를 적극적으로 에칭 제거하는 메커니즘도 존재함으로써, 각 에칭의 상승효과(synergy effect)에 의해 고속의 에칭가공을 실현할 수 있다.

한편, CF_p＊(p=1, 2, 3)래디컬, N_q＊(q=1, 2)래디컬 및 F＊래디컬인 래디컬(74)은 플라즈마기상 중에서 등방적으로 확산되어 WC기판(71)표면으로 수송되어 온다. 이들 래디컬(74)은 기본적으로 기판표면 및 패턴 내 표면에 물리흡착 또는 화학흡착하여, 입사해 온 다른 이온의 충격에너지를 받아, 이른바 이온 보조에칭반응에 의해 화학반응을 발생시켜, 당해 표면으로부터 탈리된다. 따라서, 에칭이 진행되는 조건 하에서는, 패턴 저부 흡착물의 대부분이 이온 보조에칭반응에 의해 WC기판(71)의 일부와 함께 에칭 제거된다. 그러나, 패턴 측벽에서는 입사되는 이온 양이 패턴 저부에 비해 적기 때문에 에칭을 진행시키는 이온 양보다 흡착되는 래디컬 양이 많아지므로, 결과적으로 퇴적물이 생성되어 측벽 보호막(76)이 형성된다. 따라서, 측벽 보호막(76) 막조성의 주성분은, 공급되는 래디컬 조성의 조합인 C, F 및 N로 이루어진다. 또, 레지스트 패턴(72)에서 스퍼터링되어 날아 온 H가 추가된 경우에는, CFNH폴리머로 이루어진 측벽 보호막(76)이 형성된다. 바꾸어 말하면, 패턴 측벽에서의 WF_x 재부착과, 플라즈마 중으로부터 공급되는 불화탄소래디컬 및 질소래디컬의 패턴 측벽에의 흡착물에 의해, 측벽 보호막(76)으로서 얇은 CFNH막이 형성된다. 여기서, CF막에 N가 추가됨으로써 측벽 보호막(76)의 강도가 증대한다.

종래 기술에서는 상기 측벽 보호막이 형성되지 않기 때문에, CF_p ⁺(p=1, 2, 3)이온 및 F⁺이온이 이온(73c)처럼 기판에 대해 비스듬히 입사해 옴으로써 측벽이 에칭되어 활꼴형상으로 되어 버린다.

이에 반해, 본 실시형태에 의하면 전술한 측벽 보호막(76)의 존재에 의해, 이온에 의한 측벽의 에칭은 방지되므로, 종래 기술과 같은 활꼴형상의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 수직형상 및 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 패턴을 형성할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 측벽 보호막(76)이 형성되는 초기 단계에서 WC기판(71)에 질소이온이 도입되고, 그 위에 CFNH폴리머가 형성되므로 패턴 측벽에는 얇은 WCN층이 형성된다.

이상과 같이, 본 실시형태의 본질은, W과 C를 포함한 물질을 에칭하기 위해, 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마를 이용하는 것이며, 이로써 얇은 CFNH폴리머로 이루어진 측벽 보호막이 가공대상인 미세구조측벽에 형성되는 결과, 상기 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스로는 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용해도 된다. 예를 들어, F₂, CF₄, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈(고리형 또는 직쇄형), C₅F₈(고리형 또는 직쇄형), CHF₃, CH₂F₂ 혹은 CH₃F 등의 가스, 또는 보다 고분자의 환경대책용 CF가스를 이용해도 된다. 또, 이들 가스를 조합시켜 이용해도 된다. 이들 가스를 이용하면, W과 C를 포함한 물질 중, 텅스텐(W)의 에칭에 필요한 불소를 플라즈마방전에 의해 효율적으로 생성할 수 있다. 또, 불소원자를 포함한 가스로서 F₂, CF₄또는 C₂F₆등의 퇴적성이 낮은 가스를 이용는 경우, 전술한 바와 같이 얇은 CFNH폴리머가 형성된다. 한편, C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈(고리형 또는 직쇄형), C₅F₈(고리형 또는 직쇄형), CHF₃, CH₂F₂, CH₃F 등의 퇴적성이 높은 가스를 이용하는 경우, CFNH폴리머를 두껍게 형성할 수 있다. 그 결과, W과 C를 포함한 물질을 순 테이퍼형상으로 가공하는 것이 가능해진다. 이 경우에도 패턴 측벽에는 얇은 WCN층이 형성된다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스를 이용했으나, 이 대신, 불소원자와 질소원자를 포함한 가스(예 를 들어, NF₃)를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 질소원자를 포함한 가스로는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 질소분자와 암모니아분자의 혼합물을 이용해도 된다. 이들 가스를 이용하면, 플라즈마방전에 의해 질소이온을 효율적으로 생성할 수 있으므로, W과 C를 포함한 물질 중의 탄소를 효율적으로 에칭 제거할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 추가로 수소원자를 포함한 가스가 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 함께 수소원자가 에칭반응 표면에 공급되므로, W과 C를 포함한 물질 중의 C를 HCN형태로 효율적으로 에칭 제거할 수 있다. 그 결과, 에칭률을 높일 수 있다. 여기서, 수소원자를 포함한 가스로는 수소분자, 암모니아분자 혹은 탄화수소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 높아지며, 더욱이 높은 효율로 수소원자를 공급할 수 있다. 또, 탄화수소분자로는 C_2iH_(2i+2), C_2iH_(2i+1)또는 C_2iH_2i 등의 분자(i:자연수)를 이용하면 된다. 또, 탄화수소분자는 직쇄형이거나 고리형이어도 된다. 여기서, 탄화수소분자가 전술한 분자에 한정되지 않음은 물론이다. 구체적으로는 CH₄, C₂H₄, C₂H₆, …, C₄H₈, … 등을 이용할 수 있다. 그러나, 실용적으로는 탄화수소분자로서 포화탄화수소분자(C_2iH_(2i+2))를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 포화탄화수소분자는 내부에 이중결합이 존재하지 않으므로, 플라즈마방전에 의해 탄화수소분자의 분해를 쉽게 실시할 수 있음 과 더불어, 다른 탄화수소가스에 비해 수소를 보다 많이 발생시킬 수 있다. 또, 분해물로서 CH_r(r=1∼3)래디컬을 효율적으로 해리시킬 수 있다. 특히, 이들 작은 분해(해리)분자는 그 흡착계수가 작기 때문에, 높은 아스펙트비(종횡비)를 갖는 미세구조패턴의 내부에도 들어갈 수 있으므로, CH_r에 의해, 에칭 중의 측벽 보호막 형성을 강화할 수 있다는 효과도 얻을 수 있다. 특히, 포화탄화수소분자 중, 가장 작은 분자인 CH₄는 그 H/C비가 가장 크므로, 가장 효율적으로 수소를 발생시킬 수 있는 탄화수소분자가 된다. 또, 탄화수소분자 중에서 가장 퇴적성이 낮은 분자이기도 한다. 이 특성은, 특히 미해리상태의 분자와 비교해도 현저히 나타난다. 이로써 CH₄는 가장 취급이 용이한 가스이며, 실용적으로 가장 효과적인 탄화수소가스라고 할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 추가로 산소원자를 포함한 가스를 혼합해도 된다. 여기서, 산소원자를 포함한 가스로서 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하면 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 또, 산소 함유가스를 첨가하면, 플라즈마방전에 의해 산소래디컬을 효율적으로 생성할 수 있으므로, W과 C를 포함한 물질 중 탄소, 및 과잉 형성된 측벽 보호막 등의 퇴적물을 적당하게 제거할 수 있음과 더불어 에칭률을 높일 수 있다. 이는 전술한 탄소 제거반응과 더불어, 산소래디컬 및 산소이온에 의해 C를 CO₂ 또는 CO형태로 제거하는 효과가 발생하기 때문이다. 실용적으로는, 전체 가스유량의 대략 50% 이하의 범위 내에서, 산소를 포함한 가스유량을 원하는 유량으로 설정하면 된다. 여기서, 불소원자를 포함한 가스로서, 불소원자와 산소원자를 포함한 가스, 예를 들어, HFE-347mcf(CF₃CF₂CH₂OCHF₂), HFE-356mec(CF₃CHFCF₂OCH₃), HFE-347pc-f(CHF₂CF₂OCH₂CF₃), HFE-356mf-c(CF₃CH₂OCF₂OCH₃), HFE-458mmzc((CF₃)₂CHCF₂OCH₃), HFE-449mcf-c(CF₃CF₂CH₂OCH₂CHF₂), HFE-449mec-f(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₃), HFE-356pcf(CHF₂CF₂CH₂OCHF₂), HFE-54-11mec-f(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₂CF₃), HFE-458mecf(CF₃CHFCF₂CH₂OCHF₂), HFE-458pcf-c(CHF₂CF₂CH₂OCF₂CHF₂), HFE-55-10mec-fc(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₂CHF₂) 등의 HFE(hydrofluoroether) 등을 이용해도 된다. 이들 가스는 지구온난화 대책용 대체프레온가스이다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 추가로 희가스를 혼합해도 된다. 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 보다 안정되게 할 수 있으므로, 이른바 프로세스 윈도우를 쉽게 확대할 수 있다. 구체적으로는 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스의 수 배 이상 유량으로 희가스를 혼합함으로써, 플라즈마 중의 전자온도가 희가스의 전자온도에 의해 규정되는 결과, 플라즈마방전이 안정된다. 희가스로는, 예를 들어, 아르곤(Ar)을 사용해도 된다. 또, 희 가스로서 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 중 어느 하나를 선택함으로써 플라즈마 중의 전자온도를 높일 수도 있거나 또는 낮출 수도 있다. 즉, 희가스로 이루어진 플라즈마 전자온도는 희가스의 제 1 이온화 에너지에 크게 의존하므로, 높은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 작은 원자번호의 희가스를, 낮은 전자온도의 플라즈마를 생성하고자 할 때는 보다 큰 원자번호의 희가스를 이용하면 된다. 여기서 2 이상의 희가스를 혼합시켜 사용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 염소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 가스를 혼합해도 된다. 이와 같이 하면, Cl⁺이온, Br⁺이온 또는 I⁺이온에 의해 텅스텐이 에칭되어 반응생성물인 WCl_x, WBr_x 또는 WI_x(x=1∼6)가 기상 중으로 탈리되어 제거된다. 또, Cl⁺이온, Br⁺이온 또는 I⁺이온에 의해 발생되는 에칭반응생성물(WCl_x, WBr_x 또는 WI_x(x=1∼6))의 일부는 WC기판(71)의 가공측면 및 레지스트 패턴(72)의 측면에 재부착하여 측벽 보호막을 형성한다. 이때의 부착 확률은 WI_x>WBr_x>WCl_x의 순이다. 따라서 WC기판(71)에 대해 비스듬히 입사해 오는 이온에 의한 WC기판(71) 패턴 측벽의 에칭반응은, 상기 측벽 보호막에 의해 방지되게 된다. 그 결과, 당해 측벽 보호막이 비교적 얇은 경우에는, 후술하는 제 7 실시형태 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, WC기판(71)의 표면 및 내부에 수직 에칭형상을 실현할 수 있고, 당해 측벽 보호막이 비교적 두꺼운 경우에는 제 7 실시형태 도 7의 (e)에 나타낸 바와 같이, WC기판(71)의 표면 및 내부에 순 테이퍼형상의 에칭형상을 실현할 수 있다.

또, 상기의 경우, 불소원자를 포함한 가스에 대한 염소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비를 약 30체적% 정도 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 당해 혼합비가 5% 정도 미만이라도, 염소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스에 의한 측벽 보호막 형성효과는 충분히 얻을 수 있다. 또한, 불소원자를 포함한 가스와 염소원자를 포함한 가스의 혼합비, 불소원자를 포함한 가스와 브롬원자를 포함한 가스의 혼합비, 또는 불소원자를 포함한 가스와 요오드원자를 포함한 가스의 혼합비를 바꿈으로써, 측벽 보호막의 두께를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 상기 각 혼합비가 5% 미만이라면, 비교적 얇은 측벽 보호막을 형성할 수 있다. 한편, 상기 각 혼합비를 크게 함으로써 측벽 보호막의 두께를 두껍게 할 수 있다. 구체적으로는 상기 각 혼합비가 8% 이상이 되면, 서서히 측벽 보호막의 두께가 두꺼워지며, 약 10%를 초과하면 가공단면이 순 테이퍼형상으로 되는 에칭을 실현할 수 있을 정도로 측벽호보막의 막 두께가 두꺼워진다. 단, 본 실시형태에서, 엄밀하게는 총 유량을 차지하는 브롬원자를 포함한 가스, 또는 요오드원자를 포함한 가스 등의 혼합비율과 에칭형상과의 관계는, 질소원자를 포함한 가스의 혼합비율 혹은 압력, 또는 플라즈마 여기파워 등의 플라즈마 생성조건에 의해 미묘하게 달라진다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함 한 가스로 이루어진 혼합가스에, 염소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합시켜 사용함으로써 염소, 브롬 또는 요오드의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 수직형상만이 아닌 순 테이퍼형상의 에칭형상도 얻을 수 있게 가공을 실시할 수 있다. 여기서, 염소함유가스로는 Cl₂, HCl, BCl₃ 또는 ClF₃등을 이용해도 된다. 또, 브롬함유가스로는 Br₂ 또는 HBr 등을 이용해도 된다. 또한, 요오드함유가스로는 I₂또는 HI 등을 이용해도 된다. 혹은 염소원자와, 브롬원자 또는 요오드원자의 적어도 한 가지를 포함한 가스, 예를 들어, ICl, ClF₂Br, ClF₂I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또한, CF_xCl₄ _-x, CF_xBr₄ _-x,또는 CF_xI₄ _-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어진 분자가스를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는 평행평판형 등의 반응성 이온에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE장치, 유도결합플라즈마(ICP)에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR)에칭장치, UHF플라즈마에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD)에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다. 또, 장치방식에 따라 최적의 에칭조건은 다르지만, 본 실시형태의 에칭조건 범위는 예를 들어, 가스유량이 수십∼수백cc/min(실온)이며, 압력이 0.1∼20Pa이며, 플라즈마생성용 고주파파워가 100W∼수kW이며, RF바이어스가 100W∼1kW이다.

또, 본 실시형태에서 텅스텐 및 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭 대상으로 했으나, 이 대신 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물 질, 또는 반도체물질 중, 어느 하나를 에칭 대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질에 추가로 질소가 포함되어도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭 대상으로 해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제 7 실시형태]

이하, 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 이를 이용한 몰드제조방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 실시형태는 제 6 실시형태에서 설명한 드라이에칭방법을 응용한 것이다.

도 7의 (a)∼(f)는 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 몰드제조방법의 각 공정을 나타낸 단면도이다.

우선, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(81)을 준비한 후, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, WC합금기판(81) 상에 레지스트 패턴(82)을 형성한다. 여기서, 레지스트 패턴(82)은 통상, 리소그래피기술에 의해 형성된다.

다음에, 측벽 보호막이 얇게 형성되는 에칭조건을 이용하여, 즉, 불소원자를 포함한 가스로서 F₂, CF₄, C₂F₆ 등의 퇴적성이 작은 가스를 이용하여, 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(82)을 마스크로 하여, 적어도 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마에 의해 WC합금기판(81)에 드라이에칭을 실시함으로써 WC합금기판(81)에 패턴을 전사한다. 일반적으로 어떠한 드라이에칭장치를 이용하여 드라이에칭을 실시한 경우에 도, 플라즈마 중으로부터 WC합금기판(81)에 입사하는 이온(83)은 이온에너지 각도분포를 갖고 있으므로, WC기판 표면에 수직으로 입사하는 성분(A) 이외에, 기판 표면에 각도를 갖고 입사하는 성분, 즉 경사입사성분(B 및 C)이 존재한다. 그러나, 적어도 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 드라이에칭을 실시함으로써 CFNH폴리머가 가공측면에 측벽 보호막(84a)을 형성하므로, 이온(83)의 경사입사성분(B 및 C)에 의한 측벽 에칭을 방지할 수 있다. 이로써 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 단면형상으로서 기판표면에 수직의 단면형상을 갖는 미세구조가 형성된다. 이때, 얇은 측벽 보호막(84a)이 형성되기 전에 질소이온의 도입에 의해, WC합금기판(81)의 측벽부에는 얇은 WCN층(85)(측벽 보호막(84a)의 바탕으로 됨)이 형성된다.

다음에는 레지스트 패턴(82) 및 측벽 보호막(84a)을 애싱 및 세정에 의해 제거한다. 이로써 도 7의 (d)에 나타낸 바와 같이, 수직측벽을 갖는 미소요철을 구비한 WC합금기판(81)으로 이루어진 WC합금몰드가 형성된다. 여기서, 당해 미소요철구조의 측벽부에는 WCN층(85)이 형성된다.

한편, 도 7의 (c) 및 (d)에 나타낸 공정 대신, 측벽 보호막이 두껍게 형성되는 에칭조건을 이용하여, 즉, C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈(고리형 또는 직쇄형), C₅F₈(고리형 또는 직쇄형), CHF₃, CH₂F₂ 또는 CH₃F 등의 퇴적성이 높은 가스를 이용하여, 도 7의 (e)에 나타낸 바와 같이 레지스트 패턴(82)을 마스크로 하여, 적어도 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈 마에 의해 WC합금기판(81)에 드라이에칭을 실시함으로써, WC합금기판(81)에 패턴을 전사해도 된다. 이 경우, WC합금기판(81)에는 에칭 단면형상으로서 순 테이퍼형상을 갖는 미세구조가 형성된다. 그 이유는, 이온에 의한 측벽에칭을 방지하기 위해 필요한 두께 이상으로 측벽 보호막(84b)이 퇴적되므로, 에칭의 진행에 따라 가공부의 개구영역이 좁아지기 때문이다.

다음에, 레지스트 패턴(82) 및 측벽 보호막(84b)을 애싱 및 세정에 의해 제거한다. 이로써 도 7의 (f)에 나타낸 바와 같이, 순 테이퍼형상 측벽을 갖는 미소요철구조를 구비한 WC합금기판(81)으로 이루어진 WC합금몰드가 형성된다. 여기서, 당해 미소요철구조의 측벽부에는 WCN층(85)이 형성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 미세구조 형성방법 및 몰드제조방법은, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체 상에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 적어도 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마에 의해 상기 물체를 에칭하는 공정을 포함한다. 즉, 본 실시형태는 본 발명의 드라이에칭방법(제 6 실시형태)을 이용하는 것이므로, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체의 표면 및 내부를, 활꼴형상이 없는 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상으로 가공하는 것이 가능해진다. 따라서, 수직단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 확실하게 형성할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에서 에칭마스크로서 레지스트 패턴을 이용했으나, 이 대신, 절연막으로 이루어진 하드마스크 등을 이용해도 되는 것은 물론이다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스로는 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용해도 된다. 예를 들어, F₂, CF₄, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈(고리형 또는 직쇄형), C₅F₈(고리형 또는 직쇄형), CHF₃, CH₂F₂혹은 CH₃F 등의 가스 또는 보다 고분자의 환경대책용 CF가스를 이용해도 된다. 또, 이들 가스를 조합시켜 이용해도 된다. 이들 가스를 이용하면 W과 C를 포함한 물질 중, 텅스텐(W)의 에칭에 필요한 불소를 플라즈마방전에 의해 효율적으로 생성할 수 있다. 또, 불소원자를 포함한 가스로서 F₂, CF₄또는 C₂F₆등의 퇴적성이 낮은 가스를 이용할 경우, 전술한 바와 같이 얇은 CFNH폴리머가 형성된다. 한편, C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈(고리형 또는 직쇄형), C₅F₈(고리형 또는 직쇄형), CHF₃, CH₂F₂, CH₃F 등의 퇴적성이 높은 가스를 이용할 경우, CFNH폴리머를 두껍게 형성하기가 가능하다. 그 결과, W과 C를 포함한 물질을 순 테이퍼형상으로 가공할 수 있다. 이때도 패턴 측벽에는 얇은 WCN층이 형성된다.

또한, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스를 이용했으나, 이 대신, 불소원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃)를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 질소원자를 포함한 가스로는 질소분자(N₂) 혹은 암모니아분자(NH₃) 중, 어느 하나 또는 질소분자와 암모니아분자의 혼합물을 이용해도 된 다. 이들 가스를 이용하면 플라즈마방전에 의해 질소이온을 효율적으로 생성할 수 있기 때문에, W과 C를 포함한 물질 중의 탄소가 효율적으로 에칭 제거되므로 고속으로 미세구조를 형성할 수 있고, 이로써 저가로 몰드를 형성할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 추가로 수소원자를 포함한 가스가 혼합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 더불어 수소원자가 에칭 반응표면에 공급되므로 W과 C를 포함한 물질 중의 C를 HCN형태로 효율적으로 에칭 제거할 수 있다. 그 결과, 에칭률을 높일 수 있어 고속으로 미세구조를 형성할 수 있고, 이로써 저가로 몰드를 형성할 수 있다. 여기서, 수소원자를 포함한 가스로는, 수소분자, 암모니아분자 혹은 탄화수소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 높아지며, 더욱이 높은 효율로 수소원자를 공급할 수 있다. 또, 탄화수소분자로는 C_2iH_(2i+2), C_2iH_(2i+1) 또는 C_2iH_2i 등의 분자(i:자연수)를 이용하면 된다. 또, 탄화수소분자는 직쇄형이거나 고리형이어도 된다. 여기서, 탄화수소분자가 전술한 분자에 한정되지 않음은 물론이다. 구체적으로는 CH₄, C₂H₄, C₂H₆, …, C₄H₈, … 등을 이용할 수 있다. 특히, 수소원자를 포함한 가스로서 수소분자 또는 암모니아분자를 이용한 경우에는 도 7의 (c)에 나타낸, 수직단면형상 미세구조의 형성이 가능해지는 결과, 도 7의 (d)에 나타낸 수직측벽을 갖는 미세요철구조를 구비한 몰드를 형성할 수 있다. 한편, 수소원자를 포함한 가스로서 탄화수소를 이용한 경우에는, 도 7의 (e)에 나타낸 순 테이퍼 단면형상 미세구조의 형성이 가능해지는 결과, 도 7의 (f)에 나타낸 순 테이퍼측벽을 갖는 미세요철구조를 구비한 몰드를 형성할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 추가로 산소원자를 포함한 가스를 혼합해도 된다. 여기서, 산소원자를 포함한 가스로서 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하면 효율적으로 산소를 공급할 수 있으므로, W과 C를 포함한 물질에 안정되면서 고속으로 고정밀 수직형상 가공을 실시할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 안정되면서 고속으로 제조할 수 있다. 또, 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 추가로 산소원자를 혼합하는 구성은, 특히 불소원자를 포함한 가스로서 C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈(고리형 또는 직쇄형), C₅F₈(고리형 또는 직쇄형), CHF₃, CH₂F₂ 또는 CH₃F 등의 퇴적성이 높은 가스를 이용하는 경우에 효과적이다. 여기서, 불소원자를 포함한 가스로서 불소원자와 산소원자를 포함한 가스, 예를 들어, HFE-347mcf(CF₃CF₂CH₂OCHF₂), HFE-356mec(CF₃CHFCF₂OCH₃), HFE-347pc-f(CHF₂CF₂OCH₂CF₃), HFE-356mf-c(CF₃CH₂OCF₂OCH₃), HFE-458mmzc((CF₃)₂CHCF₂OCH₃), HFE-449mcf-c(CF₃CF₂CH₂OCH₂CHF₂), HFE-449mec-f(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₃), HFE-356pcf(CHF₂CF₂CH₂OCHF₂), HFE-54-11mec-f(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₂CF₃), HFE-458mecf(CF₃CHFCF₂CH₂OCHF₂), HFE-458pcf- c(CHF₂CF₂CH₂OCF₂CHF₂), HFE-55-10mec-fc(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₂CHF₂) 등의 HFE(hydrofluoroether) 등을 이용해도 된다. 이들 가스는 지구온난화 대책용 프레온대체가스이다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에 추가로 희가스를 혼합해도 된다. 희가스를 혼합하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전이 보다 안정되므로, W과 C를 포함한 물질을 보다 안정되게 고정밀 수직형상으로 가공할 수 있다. 그 결과, 고정밀 수직형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스에, 염소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함함 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상을 혼합해도 된다. 이와 같이 하면, 염소원자, 브롬원자 또는 요오드원자의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 수직형상 가공만이 아닌 순 테이퍼형상 가공을 실시할 수도 있다. 여기서, 염소함유가스로는 Cl₂, HCl, BCl₃ 또는 ClF₃등을 이용해도 된다. 또, 브롬함유가스로는 Br₂ 또는 HBr 등을 이용해도 된다. 또, 요오드함유가스로는 I₂또는 HI 등을 이용해도 된다. 혹은 염소원자와, 브롬원자 또는 요오드원자의 적어도 한 가지를 포함한 가스, 예를 들어, ICl, ClF₂Br, ClF₂I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또한, CF_xCl_4-x, CF_xBr_4-x또는 CF_xI_4-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어진 분자가스를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서 이용하는 에칭장치로는, 평행평판형 등의 반응성 이온에칭(RIE)장치, 2주파 평행평판형 RIE장치, MERIE장치, 유도결합플라즈마(ICP)에칭장치, 전자사이클로트론공명(ECR)에칭장치, UHF플라즈마에칭장치 또는 자기중성선방전(NLD)에칭장치 등 어느 에칭장치를 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 텅스텐과 탄소를 주성분으로 하는 WC기판을 에칭 대상으로 했으나, 이 대신, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 표면에 갖는 금속, 절연물질 또는 반도체물질 중, 어느 하나를 에칭 대상으로 해도 된다. 또, 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질에 추가로 질소가 포함되어도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 에칭대상으로 해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제 8 실시형태]

이하, 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 몰드에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 실시형태에 관한 몰드는 제 7 실시형태에서 설명한 몰드 제조방법에 의해 얻어진 것이다.

도 8의 (a)는 본 실시형태에 관한 몰드 전체의 단면도이다. 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 바탕기판(91) 상에, 예를 들어, WC합금 등의 텅스텐과 탄소를 포함한 물체(92)가 성막된다. 물체(92) 표면에는 제 6 실시형태의 드라이에칭방법에 의해 수직형상(기판 표면에 대해 수직의 벽을 갖는 형상) 또는 순 테이퍼형상을 갖는 미소요철이 형성된다. 또, 도 8의 (b)∼(d) 및 도 8의 (e)∼(g)는 각각 도 8 의 (a)에 나타낸 몰드 표면(일점 쇄선으로 둘러싼 영역)에서의 미소요철을 확대시킨 양상을 나타낸다.

본 실시형태에 관한 몰드는, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에, 적어도 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마에 의한 드라이에칭을 실시함으로써 형성된 것이므로, 도 8의 (b)∼(d)에 나타낸 바와 같은, 활꼴형상이 없는 수직단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드, 및 도 8의 (e)∼(g)에 나타낸 바와 같은, 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 실현할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 몰드는, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질(물체(92))의 성형가공면에 가까운 영역일수록 질소함유량이 높다는 특징을 갖는다.

여기서, 몰드의 바탕기판(91)으로는, 금속 혹은 도전성물질로 이루어진 기판(91a)(도 8의 (b) 또는 도 8의 (e)), 절연물질로 이루어진 기판(91b)(도 8의 (c) 또는 도 8의 (f)), 혹은 반도체물질로 이루어진 기판(91c)(도 8의 (d) 또는 도 8의 (g)) 중, 어느 것이라도 되고, 용도에 따라 선택하면 된다. 예를 들어, 몰드표면에 전기를 공급하면서 사용할 때는, 바탕기판(91)으로서 기판(91a)을 사용하면 된다. 또, 몰드를 전기적으로 절연시킨 상태에서 이용하는 경우에는, 바탕기판(91)으로서 기판(91b)을 사용하면 된다.

여기서, 본 실시형태에서, 몰드제조에 이용하는 불소원자를 포함한 가스로는 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, W을 에칭하기 위한 불소를 효 율적으로 공급할 수 있으므로 수직단면형상 또는 순 테이퍼 단면형상을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제공할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 불소원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스를 이용했으나, 이 대신 불소원자와 질소원자를 포함한 가스(예를 들어, NF₃)를 이용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 질소원자를 포함한 가스로는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용해도 된다. 이와 같이 하면, 플라즈마방전에 의해 질소원자를 효율적으로 생성할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속이면서 저가로 제공할 수 있다.

또, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 플라즈마생성용 혼합가스에, 수소원자를 포함한 가스를 추가로 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질소원자와 함께 수소원자가 공급되기 때문에, 텅스텐과 탄소를 포함한 물질 중의 탄소 제거효과가 증대하므로 에칭률을 높일 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제공할 수 있다. 여기서, 수소원자를 포함한 가스로는 수소분자, 암모니아분자 혹은 탄화수소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스공급 등의 취급이 쉬워져 실용성이 높아지며, 더욱이 높은 효율로 수소원자를 공급할 수 있다. 따라서, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 고속이면서 저가로 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 혼합가스에, 산소원자를 포함한 가스를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 산소 첨가효과에 의해 에칭률이 높아지므로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제조 제공할 수 있다. 여기서, 산소원자를 포함한 가스로서 산소분자, 산화질소분자, 산화황분자 혹은 산화탄소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물을 이용하면 효율적으로 산소를 공급할 수 있다. 여기서 불소원자를 포함한 가스로서 불소원자와 산소원자를 포함한 가스, 예를 들어, HFE-347mcf(CF₃CF₂CH₂OCHF₂), HFE-356mec(CF₃CHFCF₂OCH₃), HFE-347pc-f(CHF₂CF₂OCH₂CF₃), HFE-356mf-c(CF₃CH₂OCF₂OCH₃), HFE-458mmzc((CF₃)₂CHCF₂OCH₃), HFE-449mcf-c(CF₃CF₂CH₂OCH₂CHF₂), HFE-449mec-f(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₃), HFE-356pcf(CHF₂CF₂CH₂OCHF₂), HFE-54-11mec-f(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₂CF₃), HFE-458mecf(CF₃CHFCF₂CH₂OCHF₂), HFE-458pcf-c(CHF₂CF₂CH₂OCF₂CHF₂), HFE-55-10mec-fc(CF₃CHFCF₂OCH₂CF₂CHF₂) 등의 HFE(hydrofluoroether) 등을 이용해도 된다. 이들 가스는 지구온난화 대책용 프레온대체가스이다.

또, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 혼합가스에 희가스를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 희가스 첨가효과에 의해 플라즈마방전을 보다 안 정되게 할 수 있으므로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 보다 안정되게 제조 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 몰드제조에 이용하는 혼합가스에, 염소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스, 또는 요오드원자를 포함한 가스의 적어도 한 가지를 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 염소원자, 브롬원자 또는 요오드원자의 효과에 의해 가공부의 측벽보호효과를 증대시킬 수 있으므로, 고정밀 수직형상 또는 고정밀 순 테이퍼형상의 측벽을 갖는 미소요철을 구비한 몰드를 고속이면서 저가로 제공할 수 있다. 여기서, 염소함유가스로는 Cl₂, HCl, BCl₃ 또는 ClF₃등을 이용해도 된다. 또, 브롬함유가스로는 Br₂ 또는 HBr 등을 이용해도 된다. 또한 요오드함유가스로는 I₂또는 HI 등을 이용해도 된다. 혹은 염소원자와 브롬원자 또는 요오드원자의 적어도 한 가지를 포함한 가스, 예를 들어, ICl, ClF₂Br, ClF₂I 또는 BrCl 등을 이용해도 된다. 또한, CF_xCl_4-x, CF_xBr_4-x또는 CF_xI_4-x(x=1∼3) 등의 탄소, 불소 및 할로겐으로 이루어진 분자가스를 이용해도 된다.

이상와 같이, 본 실시형태에 의하면, 고정밀로 가공된 미소요철을 갖는 몰드를 저가이면서 용이하게 안정적으로 공급할 수 있다. 또, 미소요철의 단면형상으로서 기판표면에 수직부터 순 테이퍼(볼록부의 단면형상에 있어서 밑변보다 윗변이 짧은 상태)까지의 측벽을 갖는 미소요철을 WC합금 등에 자유롭게 형성하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 실시형태에 관한 몰드에서 미소요철의 가공치수 한계는 레지스트 패턴을 형성하는 리소그래피기술에 크게 의존하며, 현재 최소치수 50nm 정도까지의 가공이 가능하다. 또, 본 실시형태에 관한 몰드는 가공치수가 큰 광 회로부품의 제조에서, 최소치수를 추구하는 나노 임프린트까지 폭 넓은 분야에 활용할 수 있다. 또, 본 실시형태의 몰드는 활꼴형상이 없는 수직 또는 순 테이퍼의 가공단면을 가지고 있으므로, 당해 몰드 오목부에 요철이 전사되는 쪽 물질이 막히는 일이 없고, 프레스 전사 후에 몰드를 쉽게 분리할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 몰드의 막힘 방지를 보다 확실하게 하여 사용 내구회수를 늘리기 위해서는, 본 실시형태의 몰드 미소요철 표면에 금속, 테프론코팅 또는 실리콘커플링 재료 등에 의한 처리 등을 실시하면 된다. 또, 당해 표면 처리 재료는 몰드 작용에 의해 요철이 전사되는 쪽 물질에 따라 임의로 선택하면 된다.

또, 본 실시형태에서 에칭 직후의 몰드 미소요철 측벽부에는 얇은 WCN층이 형성되는데, 당해 WCN층은 필요에 따라 습식에칭 또는 질소를 이용하지 않는 드라이에칭으로 제거하기가 가능하다.

또, 본 실시형태에서 몰드의 표면 재료로서 텅스텐 및 탄소를 포함한 물질을 이용했으나, 당해 물질에 추가로 질소를 포함해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, WCN합금 또는 WNC합금을 이용해도 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 드라이에칭방법은 WC합금과 같은 텅스텐 과 탄소를 포함한 물질을 고정밀 미세가공하는 방법으로서 유용하다. 또, 본 발명의 미세구조 형성방법은 WC합금과 같은 텅스텐과 탄소를 포함한 물질에 고정밀 미세패턴을 형성하는 방법으로서 매우 유용하다. 즉, 초경금속 재료로서 WC합금 등의 가공을 비약적으로 고정밀화하면서 용이하게 하는 기술로서 본 발명의 드라이에칭방법 및 미세구조 형성방법은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)분야에서의 WC합금 등의 이용을 크게 전개할 수 있다.

또, 본 발명의 몰드 제조방법은 WC합금과 같은 텅스텐과 탄소를 포함한 물질을 몰드 모재로서 사용하여, 고정밀의 미소요철을 구비한 몰드를 제조하는 데 필요 불가결하다. 또, 본 발명의 몰드는, 초경합금(超硬合金)인 WC합금 등에 초 고정밀의 미소요철을 형성한 구성이므로, 광 회로부품의 제조용 몰드 또는 나노 임프린트용 몰드만이 아닌, 모든 분야에 있어서의, 내구성 높은 고정밀 미소요철 몰드로서 이용할 수 있다.

Claims

텅스텐과 탄소를 포함한 물체에 대해, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 3에 있어서,

상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 5에 있어서,

상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 질소원자를 포함한 가스는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 8에 있어서,

상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
청구항 1에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 드라이에칭방법.
텅스텐과 탄소를 포함한 물체 상에 마스크패턴을 형성하는 공정과,

상기 마스크패턴을 이용하여, 할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마에 의해, 상기 물체에 드라이에칭을 실시하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 15에 있어서,

상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 17에 있어서,

상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 질소원자를 포함한 가스는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 20에 있어서,

상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
청구항 13에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세구조 형성방법.
할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스로부터 생성된 프라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체를 몰드로 가공하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 27에 있어서,

상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 29에 있어서,

상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 질소원자를 포함한 가스는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 32에 있어서,

상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
청구항 25에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드 제조방법.
할로겐원자를 포함한 가스와 질소원자를 포함한 가스로 이루어진 혼합가스 로부터 생성된 프라즈마를 이용하여, 텅스텐과 탄소를 포함한 물체를 성형가공함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 혼합가스 대신, 할로겐원자와 질소원자를 포함한 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 염소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 39에 있어서,

상기 염소원자를 포함한 가스는, 염소분자, 염화수소분자 혹은 3염화붕소분자 중, 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는 불소원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 41에 있어서,

상기 불소원자를 포함한 가스는, 불소분자, 플루오로카본 혹은 플루오로하이드로카본 중 어느 하나 또는 이들 중, 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 질소원자를 포함한 가스는, 질소분자 혹은 암모니아분자 중, 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 혼합가스에는 수소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 44에 있어서,

상기 수소원자를 포함한 가스는 수소분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 혼합가스에는 산소원자를 포함한 가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 혼합가스에는 희가스가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 할로겐원자를 포함한 가스는, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 어느 하나이거나, 또는 염소원자를 포함한 가스, 불소원자를 포함한 가스, 브롬원자를 포함한 가스 혹은 요오드원자를 포함한 가스 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰드.
청구항 37에 있어서,

상기 물체의 성형가공면에 가까운 영역일수록 질소함유량이 높은 것을 특징으로 하는 몰드.