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JP2792156B2 - エッチング装置およびエッチング方法 - Google Patents

エッチング装置およびエッチング方法

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JP2792156B2
JP2792156B2 JP1293563A JP29356389A JP2792156B2 JP 2792156 B2 JP2792156 B2 JP 2792156B2 JP 1293563 A JP1293563 A JP 1293563A JP 29356389 A JP29356389 A JP 29356389A JP 2792156 B2 JP2792156 B2 JP 2792156B2
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JP
Japan
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etching
sample
anode plate
substrate
gas
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JP1293563A
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JPH03153884A (ja
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啓藏 木下
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜磁気ヘッド等の磁極に用いられるFeと
SiとAlを含む合金等と反応性ガスとの間で、常温で蒸気
圧の低い反応性で形成される元素、化合物等のエッチン
グに用いられるエッチング装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、難エッチング材料であるFeとSiとAlを含む合金
等をエッチングするには、アルゴンイオンビームによる
ミリングで行なわれてきた。この方法は、イオン化した
アルゴンガスを電界下で加速し、固体試料に照射すると
きに、試料表面で起るスパッタリング現象を利用したも
のである。すなわち、一種の物理的エッチング方法であ
る。通常、アルゴンイオンミリングの条件として、例え
ば、アルゴンガス圧を4×10-4Torr、加速電圧500V、イ
オン電流密度0.6mA/cm2のイオンビームを入射角0゜か
ら45゜に設定し、エッチングを行なっていた。また、こ
のときのエッチングレートとして150/min程度であ
る。
また、別法として反応性ガスによるエッチング方法で
行なっていた。
第4図は従来の一例を示すエッチング装置の断面図、
第5図は第4図の陽極板を示す平面図である。このエッ
チング装置は、第4図に示すように、真空排気装置と連
結するエッチングチャンバ1と、このチャンバ1内に配
置されるとともに試料3を搭載する陰極と兼用の基板2
と、この陰極である基板2と対向する位置に配置された
陽極板4と、試料3に反応性ガス、ここでは、CCl4ガス
をエッチングチャンバ1内に導入するガス導入管6と、
図面には示していないが、陰極である基板2の陽極板4
との間に高周波電圧を印加する高周波電源とを備えてい
る。また、陽極板としては、第5図に示すように、円板
状の陽極板4に多数の小穴5が設けられている。
このエッチング装置にて、エッチングする場合は、ま
ず、真空排気装置でエッチングチャンバ1を1×10-6to
rr程度まで排気する。次に、下地であるFeとSiとAlを含
む合金にPRパターン8が形成された試料3が装着され、
陽極板4との間に高周波電圧を印加する。これと同時に
ガス導入管6より四塩化炭素ガスを導入し、プラズマを
発生し、エッチングを行なう。
このときの条件は下記の通りである。
四塩化炭素流量……30.0 SCCM 四塩化炭素ガス圧力……4.5 Pa 高周波投入電力密度……0.43 W/cm2 エッチング温度……20 ℃ この結果が以下の結論が得られた。
1.エッチグレートとしてはアルゴンイオンビームによる
ミリングの場合と殆ど差がない。
2.エチング後の試料表面に反応生成物の堆積がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のFeとSiとAlを含む合金のエッチング技
術あるいはミリング技術においては、エッチングレート
及びミリングレートのいずれも150Å程度と小さく、例
えば、3μm厚さを取り去るのにいずれの技術でも、20
0minかかる。これでは製品のスループットは上らず、コ
スト高となる問題がある。
また、エッチング装置で行なう場合は、レジソスト膜
とFeとSiとAlを含む合金とのエッチングレート比は約1:
2であり、十分とは言えなかった。このことは、例え
ば、3μm厚のFeとSiとAlを含む合金をエーッチング除
去するのには、1.5μm厚、実質的には、プロセス上の
マージンを加味して2μm以上の膜厚をもつレジスト膜
を必要とする。しかしながら、このような膜厚をもつ微
細なPRパターンを形成することは困難である。
さらに、このエッチング装置で行なった結果で示すよ
うに、反応生成物が付着し、加工後に腐食が進み、製品
の長期信頼性に問題が残る。
本発明の目的は、かかる問題を解消するエッチング装
置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の特徴は、難エッチング材料であるFe・Si・Al
合金の表面をプラズマエッチングする装置において、真
空排気装置と連結するエッチングチャンバに収納され前
記試料を保持するとともに陰極部を兼ねる基板と、この
基板と対向して配置され、光が通過する領域がメッシュ
状の複数の微細穴から成る陽極板と、この陽極板と前記
基板との間に高周波電圧を印加する電源部と、前記試料
の表面に塩素系ガスを含む反応性ガスを供給するガス導
入管部と、前記陽極側の前記エッチングチャンバの壁に
設けられ前記試料と対向する窓と、この窓と前記陽極板
を通過し前記試料の表面を200℃以上に加熱するととも
に前記反応性ガスの該試料に対する化学反応を励起させ
る赤外光線を放射する赤外線照射機構とを備えることを
特徴とするエッチング装置である。
〔実施例〕
上述した従来のエッチング技術の問題点の原因として
考えられることは、FeとSiとAlを含む合金の構成元素の
いずれかの塩化物が小さいため、塩素系ガスプラズマに
よるエッチングの生成物が試料より取り去られないから
である。
ここで、一般に蒸気圧Pは、ハンドブック・オブ・ケ
ミストリー・アンド・フィズィクス・フィフティーフォ
ース・エディション・シー・アール・シー・プレス(Ha
nd Book of P−hysics 54th Edition C・R・C Pres
s)、1973年、D−182ページに開示されているように、
以下の式で表わされる。
log(P)=−0.2185a/T+b 第3図は、Fe、Si及びAlの塩化物の蒸気圧曲線を示す
図である。この図からわかるように、FeとSiとAlを含む
合金の主構成元素であるFeの塩化物の蒸気圧を常温では
充分でなく、エッチングが進行しないことがわかる。従
って、塩化物を生成するような状況下で昇温すれば、塩
化物が昇華することによりエッチングが飛躍的に進行す
ることが期待出来る。例えば、第3図によれば、190℃
以上の温度で、蒸気圧は1torrとなるので、十分エッチ
ング速度が得られると考えられる。
ここで、一つの試みとして、エッチング装置の基板の
内部にヒータを組み込み、前述の条件でエッチングを行
なったところ、別の問題を生じた。その一つは、基板と
反応性ガスプラズマが反応し、基板が損傷を受けるとい
う問題と、もう一つは反応した基板の材料が試料に付着
し、製品に欠陥をもたらすという問題である。この原因
を追求して、以下の結論を得た。すなわち、基板全体を
加熱するのでなく、試料表面のみ加熱することである。
ここで、本発明は、エッチングチャンバ外に赤外線照射
機構を設け、試料表面のみ、例えば、190℃以上に昇温
することが可能になり、前述の問題点がすべて解決する
ことを確認した。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すエッチング装置の断
面図、第2図は第1図の陽極板を示す平面図である。こ
のエッチング装置は、第1図に示すように、エッチング
チャンバ外に試料3に赤外光線を照射する赤外線照射機
構5を設けたことである。また、陽極板4aを、第2図に
示すように、赤外光が通過する領域に、例えば、ステン
レス製のメッシュ板4bを張り付けたことである。それ以
外は従来例と同じである。
ここで、赤外線照射機構5は、種々考えられるが、例
えば、第1図に示すように、エッチングチャンバ1の壁
面に透明な窓7を設け、この外側に赤外線ランプ5aと反
射鏡10を配置したことである。また、陽極板4aについて
は、最初の試みでは、赤外光の通過領域と同等の大きさ
の穴を設けてみたが、反応性ガスプラズマの発生が均一
に安定して発生したかったため、この陽極板4aの赤外光
の通過領域のみ、小さい多数の穴の明いたステンレスメ
ッシュを用いたところ、プラズマも安定して均一に発生
出来るとともに均一な赤外光線のエネルギー密度が得ら
れた。
また、図面には示さないが、第4図の従来のエッチン
グ装置のエッチングチャンバ1の斜め方向に透明な窓を
設け、この窓から集光された赤外光線が試料に照射する
ように反射鏡と赤外線ランプを設けても同様の効果が得
られたが、チャンバが大きくなり得策ではなかった。
このような装置を用いて、下記の条件でFe・Si・Al合
金の反応性エッチングを行なってみた。このときの条件
は下記の通りである。
四塩化炭素流量……30.0 SCCM 四塩化炭素ガス圧力……4.5 Pa 高周波投入電力密度……0.43W/cm2 エッチング試料表面温度……200℃ ちなみに、試料3はFe・Si・Al合金9にPRパターンを
厚さ4μm、幅3から10μmの長方形状のパターンの数
本とした。
この条件でエッチングした結果、チャンバより試料3
を取り出し、PR膜を除去し、触針式粗さ計で、エッチン
グ量を測定したところ、エッチングレートは従来の2倍
の量である300Å/minが得られた。また、これと同時に
反応生成物の付着もほとんど認められなかった。
なお、本実施例で用いたFeとSiとAlを含む合金の組
成、及びエッチング条件は、そのほんの一例であって、
それ以外の常温では、反応性ガスとの反応による生成物
の蒸気圧が低い材料、例えば、Fe、FeとCを含む合金、
FeとSiを含む合金、CoとXとYを含むアモルファス合金
系(X=Ta、Zr等:Y=Mo、Nb等)、NiとZnから成るフェ
ライト、MnとZnから成るフェライト等の材料でも、本発
明のエッチング装置で高いエッチングレートが得られ
た。また、本実施例では、四塩化炭素ガスのみ用いて言
及したが、他の塩素系ガスを用いても差し支えない。さ
らに、塩素系ガスにアルゴン等の不活性ガスや、水素ガ
ス等の還元性ガスを混合したもでも良い。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、試料のみを高温に加熱
するチャンバ外に赤外線照射機構を設けることによっ
て、反応生成物が付着することなく、FeとSiとAlを含む
合金等のエッチングし難い材料をより早くエッチング出
来るエッチング装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すエッチング装置の断面
図、第2図は第1図の陽極板を示す平面図、第3図は、
Fe、Si及びAlの塩化物の蒸気圧曲線を示す図、第4図は
従来の一例を示すエッチング装置の断面図、第5図は第
4図の陽極板を示す平面図である。 1、1a……エッチングチャンバ、2……基板、3……試
料、4、4a……陽極板、5……赤外線照射機構、5a……
赤外線ランプ、6……ガス導入管、7……窓、8……PR
パターン、9……FeとSiとAlを含む合金。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23F 4/00 H01L 21/302 - 21/3065 G11B 5/00 - 5/39

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】難エッチング材であるFeとSiとAlを含む合
    金の表面をプラズマエッチングする装置において、真空
    排気装置と連結するエッチングチャンバに収納され前記
    試料を保持するとともに陰極部を兼ねる基板と、この基
    板と対向して配置され、光を通過する陽極板と、この陽
    極板と前記基板との間に高周波電圧を印加する電源部
    と、前記試料の表面に塩素系ガスを含む反応性ガスを供
    給するガス導入管部と、前記陽極側の前記エッチングチ
    ャンバの壁に設けられ前記試料と対向する窓と、この窓
    と前記陽極板を通過し前記試料の表面を200℃以上に加
    熱するとともに前記反応性ガスの該試料に対する化学反
    応を励起させる赤外光線を放射する赤外線照射機構とを
    備えることを特徴とするエッチング装置。
  2. 【請求項2】前記光を通過する陽極板のうち、赤外光線
    が通過する領域がメッシュ状の複数の微細穴からなり、
    その他の部分が小穴を配した板からなる請求項1記載の
    エッチング装置。
  3. 【請求項3】難エッチング材料であるFeとSiとAlを含む
    合金をプラズマエッチングする方法において、このエッ
    チング材を200℃以上に加熱するとともに、塩素系ガス
    を含む反応性ガスと、このエッチング材との化学反応を
    励起させる赤外光線を照射することを特徴とするエッチ
    ング方法。
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JPS63146440A (ja) * 1986-07-09 1988-06-18 Hitachi Ltd エツチング方法
JPH0160531U (ja) * 1987-10-12 1989-04-17
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