專利名稱：干蝕刻方法、微細結(jié)構(gòu)形成方法、模具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對含鎢(W)及碳(C)的物質(zhì)進行微細加工的技術(shù)、以及以含鎢(W)及碳(C)的物質(zhì)為構(gòu)成要素的模具及其形成方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，作為高速通信基礎(chǔ)(infrastructure)的光通信系統(tǒng)越來越重要。為了將該高速通信系統(tǒng)導入一般家庭，且使其進一步普及，需要實現(xiàn)讓構(gòu)成光通信系統(tǒng)的光電路部品的成本較低的技術(shù)。
光電路部品的主要構(gòu)成要素即光波導路，一般能夠通過利用半導體制造過程中具有代表性的光刻技術(shù)和干蝕刻技術(shù)在玻璃襯底上形成所希望的溝圖案來制作。但是，存在有由于該制造方法需要高價的制造裝置，因此難以實現(xiàn)光波導路部品的低成本化這樣的問題。因而，如專利文獻1所述，將已形成有所希望的凹凸結(jié)構(gòu)的模具(所謂的金屬模)壓在由玻璃構(gòu)成的軟化材料表面，來在玻璃表面上形成所希望的光波導路等方法備受矚目。此方法只要具有模具就能大量生產(chǎn)所希望的光波導路，能夠用較低的成本提供光電路部品。但是，由于該玻璃形成方法必須要在高溫高壓狀態(tài)下進行，因此要求模具具有耐熱性、剛性及耐久性。作為滿足此條件的材料，存在有是以超硬金屬的鎢(W)和碳(C)為主要成分的WC合金。
作為在WC合金表面形成微細圖案的方法，具有如專利文獻1所述的那樣的通過金剛石刀片進行切削加工的方法，但利用該加工法刻到模具上的凹凸大小為數(shù)微米或數(shù)微米以上，并且，該加工法在加工均勻性方面也有一定的局限。使用光刻技術(shù)和干蝕刻技術(shù)的微細加工技術(shù)作為不受可通過金剛石刀片進行切削加工的凹凸大小范圍的限制，實現(xiàn)加工1μm或1μm以下的凹凸大小的方法較為有效。利用該方法，具有以下優(yōu)點不僅能形成微小凹凸，而且加工偏差較少，能夠用比金剛石刀片進行切削加工的方法更低的成本制造模具。
作為WC合金的干蝕刻技術(shù)，在專利文獻2中記載有能夠利用CF4或SF6對WC合金進行干蝕刻的技術(shù)。
以下，參照圖7(a)及圖7(b)對以往的干蝕刻方法加以說明。如圖7(a)所示，在可用減壓狀態(tài)保持壓力的反應室101設(shè)置有氣體供給口102，同時，設(shè)置有氣體排氣口103。并且，在反應室101的上部設(shè)置有使從氣體供給口102提供的氣體為等離子體狀態(tài)的等離子體產(chǎn)生裝置104。并且，在反應室101的下部夾著絕緣體105設(shè)置有成為被處理物的裝載臺的電極106，具體地說，該被處理物是WC合金襯底或在表面具備WC合金的襯底(以下，統(tǒng)稱為WC襯底)。在反應室101的外部設(shè)置有用以將偏置(bias)電壓施加在電極106上的RF(無線電波)電源108。
其次，以將CF4用作蝕刻氣體的情況為例，對圖7(a)所示的蝕刻裝置的動作加以說明。如圖7(a)所示，從氣體供給口102將CF4導入反應室101內(nèi)，利用等離子體產(chǎn)生裝置104生成由CF4構(gòu)成的等離子體150，同時，利用RF電源108將RF偏置電壓施加在WC襯底107上。其結(jié)果是在等離子體150中生成C、F或CFn(n＝1～4)的原子團(radical)109及它們的離子110。這里，通常在使用在干蝕刻的等離子體150中，由等離子體150生成的原子數(shù)·分子數(shù)的比率是[F]＞[CFn]＞＞[C]。原子團109以各向同性擴散，到達WC襯底107，而離子110在等離子體150和WC襯底107之間加速，因此幾乎是垂直入射到WC襯底107中。特別是當含F(xiàn)原子的F+離子及CFn+離子入射到WC襯底107時，將WC的結(jié)合切斷，W被作為WFx(x＝1～6)放出。而C被作為CFy(y＝1～4)放出。
參照圖7(b)對WC襯底表面中的蝕刻反應加以更詳細地說明。如圖7(b)所示，在WC襯底111上形成有抗蝕圖案112。在將抗蝕圖案112作為掩模，使用為F+或CF+的離子113a及113b對WC襯底111進行蝕刻后，構(gòu)成WC襯底111的W就被作為WFx(x＝1～6)114放出。此時，通過蝕刻形成的WC襯底111的圖案側(cè)壁因下述理由而成為弓形即弧狀彎曲(Bowing)形狀。
雖然在WC襯底111的蝕刻中，幾乎所有的離子都如離子113a那樣，大致垂直入射到WC襯底111中，但由于離子一般具有朝向各個方向的能量(離子能量角度分布)，因此存在有如離子113b那樣的斜射到WC襯底111的離子。所以，通過垂直入射到WC襯底111的離子113a，實現(xiàn)了以抗蝕圖案112為蝕刻掩模的WC襯底111的各向異性(垂直)蝕刻。但由于斜射到WC襯底111的離子113b的沖擊，WC襯底111的圖案側(cè)壁被蝕刻，結(jié)果造成該圖案側(cè)壁成為圖7(b)所示的那樣的弧狀彎曲形狀。
其次，參照圖8(a)～圖8(d)對以往的WC合金的微細結(jié)構(gòu)形成方法及使用了該方法的模具制造方法加以說明。
如圖8(a)所示，在準備好WC合金襯底121后，如圖8(b)所示，在WC合金襯底121上形成抗蝕圖案122。抗蝕圖案122一般是通過光刻技術(shù)形成的。其次，如圖8(c)所示，將抗蝕圖案122作為掩模對WC合金襯底121進行圖案形成。那時的圖案形成是通過干蝕刻技術(shù)進行的。
若使用上述以往的干蝕刻技術(shù)的話，由于從等離子體中入射到WC合金襯底121的離子123具有朝向各個方向的能量，因此除了存在有垂直入射到WC合金襯底121表面的成分A之外，還存在有對于該表面具有一定角度，斜射到該表面的成分即斜入射成分B及成分C。所以，WC合金襯底121的圖案側(cè)壁因這些斜入射離子而被蝕刻的結(jié)果是，蝕刻剖面形狀成為所謂的弧狀彎曲形狀，如圖8(c)所示。
其次，在利用灰化除去抗蝕圖案122后，進行洗凈。這樣一來，就形成了由在表面及內(nèi)部具備了微細的凹凸結(jié)構(gòu)的WC合金襯底121構(gòu)成的模具，如圖8(d)所示。
另外，作為使用模具進行加工的以往技術(shù)，存在有由S.Y.Chou等提出的毫微壓印(nanoimprint)光刻(例如，參照專利文獻3及非專利文獻1)等毫微壓印法那樣的技術(shù)。毫微壓印法是通過將模具按壓在形成在半導體晶片上的抗蝕薄膜上，來形成微細抗蝕圖案的技術(shù)，是以形成最小尺寸為毫微級(nanoorder)的微細圖案為目的的現(xiàn)在仍在開發(fā)中的技術(shù)。很容易加工的SiO2膜或Si3N4膜等被使用在毫微壓印法中所用的以往的模具微細結(jié)構(gòu)形成部中。
專利文獻1專利第3152831號公報專利文獻2特開平1-98229號公報專利文獻3美國專利5772905號公報
非專利文獻1Stephen Y.Chou以外、Appl.Phys.Lett.，Vol.67、1995年、p.3114-3116但是，在以往的利用CF4或SF6進行干蝕刻的方法中，如上所述，存在有這樣的問題由于不僅是圖案底部，甚至連圖案側(cè)壁也被蝕刻，使該側(cè)壁成為弧狀彎曲形狀，因此不能獲得垂直蝕刻形狀，不能進行高性能的加工。并且，利用以往的干蝕刻方法進行的加工，具有在WC合金表面及其內(nèi)部不能形成高精度微細結(jié)構(gòu)的問題。其結(jié)果是產(chǎn)生不能制造具備了高精度微細結(jié)構(gòu)的WC合金模具那樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
如上所鑒，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠防止對圖案側(cè)壁進行蝕刻，實現(xiàn)垂直蝕刻形狀的WC合金的干蝕刻方法，同時，提供一種能夠在WC合金表面及其內(nèi)部形成垂直形狀的高精度微細結(jié)構(gòu)的微細結(jié)構(gòu)形成方法，而且，提供一種具備了高精細微細結(jié)構(gòu)的WC合金模具及其制造方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法，利用從混合氣體生成的等離子體對含鎢和碳的物體進行蝕刻，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法，能夠在含鎢和碳的物體表面及內(nèi)部進行可實現(xiàn)無弧形彎曲形狀那樣的高精度垂直形狀或高精度正錐形(taper)形狀的蝕刻加工。還能夠?qū)崿F(xiàn)高縱橫尺寸比蝕刻加工。另外，作為含鎢和碳的物體，存在有以WC合金或WC為主要成分的(W和C的合計組成為50at％或50at％以上)物體等。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，也可以用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))來代替上述混合氣體。
根據(jù)本發(fā)明的干蝕刻方法，最好上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，能夠通過等離子體放電有效地生成對含W和C的物質(zhì)中的鎢(W)蝕刻所需的氟。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于這些氣體是比較小的分子，因此很容易通過等離子體分離，從而，能夠有效地提供氫及CNHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)。其結(jié)果是即使在用以形成高縱橫尺寸比形狀的蝕刻中，也能夠有效地形成側(cè)壁保護膜。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好在上述混合氣體中還添加有氫分子。這樣一來，由于氫的生成量因等離子體放電而增大，因此能夠讓含W和C的物質(zhì)中的碳(C)的蝕刻效率增大。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。這樣一來，由于能夠有效地提供氧，因此能夠適當?shù)爻ミ^剩沉積的膜。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。這樣一來，由于能夠通過稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠很容易地增大所謂的處理窗口(process window)(可適用的處理條件范圍)。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的C除去能力增大，因此能夠讓蝕刻率增大。另外，也可以使用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。并且，最好上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。這樣一來，由于這些氣體的分子量較小，因此能夠有效地生成氮原子離子，其結(jié)果是能夠獲得更大的蝕刻率增大效果。并且，能夠很容易地將微細結(jié)構(gòu)的形狀從垂直剖面形狀控制到正錐形剖面形狀。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。這樣一來，在促進形成側(cè)壁保護膜的同時，還增大了抗蝕保護效果。并且，最好上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。這樣一來，由于在碳化氫分子內(nèi)不存在二重結(jié)合，碳化氫分子很容易通過等離子體放電而分解，其結(jié)果是能夠有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠在蝕刻中通過CHr有效地形成圖案側(cè)壁部保護膜。
在本發(fā)明的干蝕刻方法中，最好在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。這樣一來，由于能夠通過氯、溴或碘的效果使加工部(凹部)底部的側(cè)壁保護效果增大，因此不僅能夠很容易地在高縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)蝕刻中實現(xiàn)垂直形狀加工，而且能夠很容易地實現(xiàn)正錐形形狀加工。
本發(fā)明所涉及的微細結(jié)構(gòu)形成方法，包括在含鎢和碳的物體上形成掩模圖案的工序；以及利用上述掩模圖案，通過從由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體所生成的等離子體來對上述物體進行干蝕刻的工序。
根據(jù)本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法，能夠在含鎢和碳的物體表面及內(nèi)部形成具有無弧形彎曲形狀那樣的高精度垂直形狀或高精度正錐形(taper)形狀的高縱橫尺寸比微細結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，也可以用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))來代替上述混合氣體。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于能夠通過等離子體放電有效地生成對含W和C的物質(zhì)中的鎢(W)蝕刻所需的氟，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高速的微細加工。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于能夠?qū)浼癈NHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)有效地提供給蝕刻加工中的微細結(jié)構(gòu)(凹部)內(nèi)部，因此能夠有效地形成側(cè)壁保護膜，所以，即使在用以形成高縱橫尺寸比形狀的蝕刻中，也能夠很容易地實現(xiàn)垂直形狀微細加工及正錐形形狀微細加工。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好在上述混合氣體中還添加有氫分子。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的碳蝕刻效率增大，因此能夠更進一步地實現(xiàn)高速的微細加工。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。這樣-來，能夠適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳、及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。所以，能夠更進一步地實現(xiàn)高速的微細加工。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。這樣一來，由于能夠通過稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠在微細加工中很容易地擴大所謂的處理窗口。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。這樣一來，由于能夠通過等離子體中的氮離子將含W和C的物質(zhì)中的碳更有效地蝕刻除去，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更高速的微細加工。并且，能夠很容易地將微細結(jié)構(gòu)形狀從垂直剖面形狀控制到正錐形剖面形狀。另外，也可以使用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。并且，最好上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。這樣一來，由于這些氣體的分子量較小，因此能夠有效地生成氮離子，其結(jié)果是能夠形成高速的微細結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。這樣一來，由于除了CNHs分子之外，還有CHr(r＝1～3)，促進了蝕刻中圖案側(cè)壁部保護膜的形成，因此能夠很容易地實現(xiàn)微細垂直形狀加工及正錐形形狀加工。并且，使抗蝕保護效果大大增大。并且，最好上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。這樣一來，由于在碳化氫分子內(nèi)不存在二重結(jié)合，碳化氫分子很容易通過等離子體放電而分解，其結(jié)果是能夠有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠在蝕刻中通過CHr有效地形成位于加工部上部的圖案側(cè)壁部保護膜。結(jié)果是更容易進行錐形形狀的控制。
在本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法中，最好在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。這樣一來，由于能夠通過氯、溴或碘的效果使加工部(凹部)底部的側(cè)壁保護效果增大，因此即使在高縱橫尺寸比微細結(jié)構(gòu)加工中也能夠很容易地實現(xiàn)垂直形狀加工及正錐形形狀加工。
本發(fā)明所涉及的模具制造方法，使用從混合氣體生成的等離子體，將含鎢和碳的物體加工成模具，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的模具制造方法，由于使用本發(fā)明的干蝕刻方法，因此能夠制造由含W和C的物質(zhì)構(gòu)成且具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。并且，能夠制造具備了高縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)的模具。
在本發(fā)明的模具形成方法中，也可以使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))來代替上述混合氣體。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于能夠通過等離子體放電有效地生成對含W和C的物質(zhì)中的鎢(W)蝕刻所需的氟，因此能夠成本更低且更高速地制造具備了高精度的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于能夠?qū)浼癈NHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)有效地提供給蝕刻加工中的微細結(jié)構(gòu)(凹部)內(nèi)部，因此能夠有效地形成側(cè)壁保護膜，所以，即使在具備了高縱橫尺寸比形狀的模具中，也能夠很容易地實現(xiàn)垂直剖面形狀及正錐形剖面形狀。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好在上述混合氣體中還添加有氫分子。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的碳蝕刻效率增大，因此能夠高速地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。這樣一來，能夠適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳、及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。所以，能夠更高速地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。這樣一來，由于能夠通過稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠很容易地增大所謂的處理窗口。所以，能夠穩(wěn)定地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。這樣一來，能夠通過等離子體中的氮離子有效地將含W和C的物質(zhì)中的碳蝕刻除去，同時，能夠很容易將微細結(jié)構(gòu)形狀從垂直剖面形狀控制到正錐形剖面形狀。因此，能夠高速且控制性良好地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。另外，也可以用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。并且，最好上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。這樣一來，由于這些氣體的分子量較小，因此能夠有效地生成氮原子離子，其結(jié)果是能夠高速地制造具備了具有從垂直剖面形狀到正錐形剖面形狀的任意形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。這樣一來，由于通過從等離子體生成的CHr(r＝1～3)促進了在蝕刻中的圖案側(cè)壁部保護膜的形成，同時，還增大了抗蝕保護效果，因此能夠更容易地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。并且，最好上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。這樣一來，由于在碳化氫分子內(nèi)不存在二重結(jié)合，碳化氫分子很容易通過等離子體放電而分解，其結(jié)果是能夠有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠在蝕刻中通過該CHr有效地形成位于加工部上部的圖案側(cè)壁部保護膜。所以，能夠更容易地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具制造方法中，最好在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。這樣一來，由于能夠通過氯、溴或碘的效果讓加工部(凹部)底部的側(cè)壁保護效果增大，因此能夠很容易地制造具備了垂直形狀或正錐形形狀的高縱橫尺寸比微細結(jié)構(gòu)的模具。
本發(fā)明所涉及的模具是通過使用從混合氣體生成的等離子體，對含鎢和碳的物體進行成形加工而制成的，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的模具，由于是使用本發(fā)明的干蝕刻方法制造而成的模具，因此能夠提供一種由含W和C的物質(zhì)構(gòu)成且具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，也可以使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))來代替上述混合氣體。
在本發(fā)明的模具中，最好上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于能夠進行高速的微細結(jié)構(gòu)的形成，因此能夠用較低的成本提供具備了高精度微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。這樣一來，由于能夠?qū)浼癈NHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)有效地提供給蝕刻加工中的微細結(jié)構(gòu)(凹部)內(nèi)部，因此能夠有效地形成側(cè)壁保護膜，能夠提供具備了垂直形狀及正錐形形狀的高縱橫尺寸比微細結(jié)構(gòu)的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好在上述混合氣體中還添加有氫分子。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的碳蝕刻效率增大，因此能夠高速地提供具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。這樣一來，能夠適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳、及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。所以，能夠更高速地提供具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。這樣一來，由于能夠通過稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠很容易地增大所謂的處理窗口，同時，能夠穩(wěn)定地提供具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。這樣一來，由于在實現(xiàn)更高速的蝕刻的同時，還使垂直形狀到正錐形形狀的微細結(jié)構(gòu)形狀的控制變得容易，因此能夠提供具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的成本較低的模具。另外，也可以使用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。并且，最好上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。這樣一來，由于這些氣體的分子量較小，因此能夠有效地生成氮原子離子，其結(jié)果是能夠成本較低地提供具備了具有從垂直剖面形狀到正錐形剖面形狀的任意形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。這樣一來，由于能夠通過從等離子體生成的CHr(r＝1～3)在蝕刻中有效地形成圖案側(cè)壁部的保護膜，因此能夠更容易地提供具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。并且，最好上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。這樣一來，由于在碳化氫分子內(nèi)不存在二重結(jié)合，碳化氫分子很容易通過等離子體放電而分解，其結(jié)果是能夠有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠在蝕刻中通過該CHr有效地形成圖案側(cè)壁部保護膜。所以，能夠更容易地提供具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
在本發(fā)明的模具中，最好在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。這樣一來，由于能夠通過氯、溴或碘的效果讓加工部的側(cè)壁保護效果增大，因此能夠很容易地提供具備了垂直形狀或正錐形形狀的高縱橫尺寸比微細結(jié)構(gòu)的模具。
(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法，通過從由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體生成的等離子體對含鎢(W)和碳(C)的物質(zhì)進行蝕刻，將鎢作為WFx(x＝1～6)蝕刻除去。同時，由于通過從含CN結(jié)合及氫原子的氣體生成的CNHs(s＝0，1，2，3，4，5)分子在蝕刻時的圖案側(cè)壁形成保護膜，能夠阻止因入射到圖案側(cè)壁的離子沖擊而產(chǎn)生的蝕刻反應，因此能夠?qū)崿F(xiàn)垂直的蝕刻剖面形狀。并且，同時，由于通過含有從等離子體提供的氮原子的離子，將碳作為CN、C2N2或HCN有效地除去，因此能夠進一步地提高利用氟離子進行鎢蝕刻的效率。其結(jié)果是能夠在對含W和C的物體進行的高縱橫尺寸比蝕刻加工中實現(xiàn)垂直剖面形狀及正錐形剖面形狀。
并且，根據(jù)本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法，由于能夠通過在上述混合氣體中進一步添加含氮原子的氣體，來獨立地提供氮，因此能夠利用含氮原子的離子將碳作為CN、C2N2或HCN有效地蝕刻除去。其結(jié)果是同時進行由含氟原子的離子進行的W蝕刻、和由含氮原子的離子進行的C蝕刻，通過其相乘效果實現(xiàn)了高速高效率的蝕刻，并且，由于通過添加含氮原子的氣體，而使對由含CN結(jié)合及氫原子的氣體形成的側(cè)壁保護膜的形成量的控制變得容易，因此微細結(jié)構(gòu)形狀中的垂直形狀到正錐形形狀的控制變得容易。其結(jié)果是能夠?qū)琖和C的物質(zhì)高速地進行高縱橫尺寸比的垂直形狀蝕刻或高縱橫尺寸比的正錐形形狀蝕刻。即，能夠很容易地將蝕刻形狀從垂直形狀控制到正錐形形狀。
并且，根據(jù)本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法，由于能夠通過在上述混合氣體中進一步添加碳化氫分子，來有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠通過該CHr在蝕刻時有效地形成加工部上部的圖案側(cè)壁部的保護膜，同時，能夠讓抗蝕保護效果增大。其結(jié)果是能夠在含W和C的物質(zhì)的高縱橫比蝕刻中，更容易地實現(xiàn)垂直形狀蝕刻或正錐形形狀蝕刻。并且，同時，能夠大大提高耐抗蝕的蝕刻性(被蝕刻物和抗蝕之間的蝕刻選擇性)。
而且，根據(jù)本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法，由于通過在上述混合氣體中添加含氯的氣體、含溴的氣體或含碘的氣體中的任意一種氣體，來從蝕刻表面生成WClx(x＝1～6)或比其揮發(fā)性更低的WBrx(x＝1～6)或WIx(x＝1～6)，因此與不添加這些氣體時相比，能夠很容易地形成更厚的側(cè)壁保護膜。并且，能夠讓蝕刻加工部底部的側(cè)壁保護效果增大。結(jié)果是不僅能夠在具有更高的縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)加工中很容易地實現(xiàn)垂直形狀蝕刻，而且能夠很容易地實現(xiàn)正錐形形狀蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的微細結(jié)構(gòu)形成方法，能夠在含W和C的物質(zhì)表面及內(nèi)部形成具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的模具制造方法，能夠制造由含W和C的物質(zhì)構(gòu)成且具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的模具，能夠?qū)崿F(xiàn)由含W和C的物質(zhì)構(gòu)成且具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
另外，在本發(fā)明所涉及的干蝕刻方法、微細結(jié)構(gòu)形成方法、模具制造方法及模具中，即使在含鎢和碳的物體中還含有氮(N)，也能夠獲得完全相同的效果。即，將本發(fā)明使用在WCN合金或WNC合金等中，也能夠獲得完全相同的效果。
附圖的簡單說明

圖1(a)及圖1(b)為本發(fā)明的第1實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。
圖2(a)及圖2(b)為本發(fā)明的第2實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。
圖3(a)及圖3(b)為本發(fā)明的第3實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。
圖4(a)及圖4(b)為本發(fā)明的第4實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。
圖5(a)～圖5(f)為示出了本發(fā)明的第5實施例所涉及的微細結(jié)構(gòu)形成方法及使用了該方法的模具制造方法的各工序的剖面圖。
圖6(a)為本發(fā)明的第6實施例所涉及的模具的整個剖面圖，圖6(b)～圖6(g)分別為將圖6(a)所示的模具表面的微小凹凸放大的情況的圖。
圖7(a)及圖7(b)為以往的干蝕刻方法的說明圖。
圖8(a)～圖8(d)為示出了以往的微細結(jié)構(gòu)形成方法及使用了該方法的模具制造方法的各工序的剖面圖。
(符號的說明)1-反應室；2-氣體供給口；3-氣體排氣口；4-等離子體產(chǎn)生裝置；5-絕緣體；6-電極；7-WC襯底；8-RF電源；9-原子團；10-離子；11-WC襯底；12-抗蝕圖案；13a、13b、13c-離子；14a-側(cè)壁保護膜；14b-抗蝕保護膜；15-離子；16-離子；17-原子團；18a、18b、18c-離子；21-WC合金襯底；22-抗蝕圖案；23-離子；24a、24b-側(cè)壁保護膜；31-底層襯底；31a-由金屬或?qū)щ娦晕镔|(zhì)構(gòu)成的襯底；31b-由絕緣物質(zhì)構(gòu)成的襯底；31c-由半導體物質(zhì)構(gòu)成的襯底；32-含鎢和碳的物體；50-等離子體。
具體實施例方式
(第1實施例)以下，參照附圖對本發(fā)明的第1實施例所涉及的干蝕刻方法加以說明。
圖1(a)及圖1(b)為本發(fā)明的第1實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。如圖1(a)所示，在能夠用減壓狀態(tài)保持壓力的反應室1中設(shè)置有氣體供給口2，同時，設(shè)置有氣體排氣口3。并且，在反應室1的上部設(shè)置有使從氣體供給口2提供的氣體為等離子體狀態(tài)的等離子體產(chǎn)生裝置4。并且，在反應室1的下部夾著絕緣體5設(shè)置有電極6，該電極6成為含鎢和碳的被處理物的裝載臺，具體地說，成為WC合金襯底或在表面具備了WC合金的襯底(以下，合起來稱為WC襯底)7的裝載臺。在反應室1的外部設(shè)置有用以將偏置電壓施加在電極6上的RF(無線電波)電源8。
其次，以將由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體用作蝕刻氣體的情況為例，對圖1(a)所示的蝕刻裝置的動作即本實施例的干蝕刻方法加以說明。如圖1(a)所示，從氣體供給口2將混合氣體導入反應室1中，通過等離子體產(chǎn)生裝置4生成由該混合氣體構(gòu)成的等離子體50，同時，通過RF電源8將RF偏置電壓施加在WC襯底7上，該混合氣體由含氟原子的氣體(例如，CF4)、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，CH3NH2)構(gòu)成。其結(jié)果是在由上述混合氣體構(gòu)成的等離子體50中，生成是CFp*(p＝1，2，3)、F*、CHr*(r＝1，2，3)、CNHs*(s＝0，1，2，3，4，5)、NHq*(q＝1，2)、H*及N*的原子團9，和是CFp+(p＝1，2，3)、F+、NHq+(q＝1，2)、N+、CHr+(r＝1，2，3)、CNHs+(s＝0，1，2，3，4，5)及H+的離子10。另外，在本案中，「*」表示激起狀態(tài)中的原子也包含在內(nèi)的原子團。
原子團9進行各向同性擴散，到達WC襯底7，而離子10由于在等離子體50和WC襯底7之間加速，因此幾乎是垂直入射到WC襯底7中。此時，離子10中的CFp+及F+的運動能量將WC結(jié)合切斷，與W產(chǎn)生反應，將WFx(x＝1～6)放出。另一方面，C主要作為HCN、CN或C2N2由氮離子(N+)及氫離子(H+)蝕刻除去。另外，也有作為CFx(x＝1～4)放出的。
參照圖1(b)對WC襯底表面的蝕刻反應加以更詳細地說明。特別是圖1(b)示出了通過從混合氣體生成的等離子體對含W和C的物質(zhì)進行蝕刻時的蝕刻機構(gòu)，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
如圖1(b)所示，在WC襯底11上形成抗蝕圖案12后，將抗蝕圖案12作為掩模，對WC襯底11進行蝕刻。這里，在圖1(b)中，13a、13b及13c表示CFp+離子(p＝1，2，3)及F+離子，14a及14b表示側(cè)壁保護膜及抗蝕保護膜，15表示CHr+離子(r＝1，2，3)及H+離子，16表示CNHs+離子(s＝0，1，2，3，4，5)、NHq+離子(q＝1，2)及N+離子，17表示CHr*原子團(r＝1，2，3)、CNHs*原子團(s＝0，1，2，3，4，5)、NHq*原子團(q＝1，2)、H*原子團及N*原子團。另外，側(cè)壁保護膜14a由CHFN聚合物和WFx化合物的混合物構(gòu)成且覆蓋保護圖案側(cè)壁。
其次，對上述各離子及各原子團的作用加以說明。
CFp+(p＝1，2，3)及F+中的幾乎垂直入射到WC襯底11中的離子13a，由離子沖擊能量將W和C的結(jié)合切斷，同時，通過F與W的化學結(jié)合而生成作為反應生成物的WFx。這里，WFx與多個入射離子13a反應多次，最后作為WF5或WF6等的分子以氣相狀態(tài)放出。這是WC襯底11中的W的主要蝕刻機構(gòu)。
并且，在NHq+離子(q＝1，2)、N+離子及H+離子入射到WC襯底11中后，由離子沖擊能量將W和C的結(jié)合切斷，同時，N及H與C化學結(jié)合，其結(jié)果是WC襯底11中的C作為反應生成物(主要是HCN)被蝕刻除去。這是WC襯底11中的C的主要蝕刻機構(gòu)。而且，在本實施例中，將CHr*原子團(r＝1，2，3)或CNHs*原子團(s＝0，1，2，3，4，5)以及為它們的分解物的氫原子原子團、和CHr*離子(r＝1，2，3)或CNHs+離子(s＝0，1，2，3，4，5)及為它們的分解物的H+離子作為含CN結(jié)合及氫原子的氣體的分解物生成，其結(jié)果是氫被提供到蝕刻反應表面(含微細結(jié)構(gòu)圖案底部)。特別是能夠通過使用含CN結(jié)合及氫原子的氣體，來將氫作為CNHs*原子團(s＝0，1，2，3，4，5)及CNHs+離子(s＝0，1，2，3，4，5)有效地提供給襯底表面。因此，由NHq+離子(q＝1，2)及N+離子的離子沖擊所引起的離子輔助蝕刻反應使碳作為HCN除去的概率大大增加。即，由于在蝕刻反應表面同時存在氮離子和氫，因此C的蝕刻率增大。
象這樣，在本實施例中，由于不僅存在W蝕刻，而且存在積極地將C蝕刻除去的機構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高速的蝕刻加工。
其次，對本實施例中的側(cè)壁保護膜的形成原理加以說明。
CHr*原子團(r＝1，2，3)、CNHs*原子團(s＝0，1，2，3，4，5)、NHq*原子團(q＝1，2)、H*原子團及N*原子團即原子團17，在等離子體氣相中進行各向同性擴散，被輸送到WC襯底11的表面，而且，在襯底表面的微細結(jié)構(gòu)內(nèi)也同樣進行各向同性擴散，沉積在微細結(jié)構(gòu)內(nèi)部(側(cè)壁及底部)。因此，沉積膜的主要成分成為CHN聚合物。如本實施例所示，由于當使用了含CN結(jié)合及氫原子的氣體時，成為生成CHN聚合物的根源的原子團和離子被大量地提供給上述微細結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，因此本應提供給蝕刻的CFp*原子團(p＝1，2，3)的一部分也被取入CHN聚合物中。其結(jié)果是側(cè)壁保護膜14a由CHFN聚合物構(gòu)成。
并且，如CFp+(p＝1，2，3)及F+即離子13b那樣，在蝕刻反應表面與W發(fā)生化學反應，其結(jié)果是有時產(chǎn)生所生成的反應生成物WFx在氣相中被放出，吸附在蝕刻中的WC襯底11的圖案側(cè)壁或抗蝕圖案12的側(cè)面的現(xiàn)象。吸附的WFx沉積在圖案側(cè)壁，形成側(cè)壁保護膜14a的一部分。其結(jié)果是實際形成的側(cè)壁保護膜14a成為CHFN聚合物和WFx化合物的混合物。但是，由于被放出的WFx化合物的再沉積性較小，因此聚合物中的WFx化合物的量成為微量。
如上所述，本實施例的特征在于由于通過使用含CN結(jié)合及氫原子的氣體，不僅將原子團作為側(cè)壁保護膜的主要成分提供，而且將CHr+離子(r＝1，2，3)或CNHs+離子(s＝0，1，2，3，4，5)也作為側(cè)壁保護膜的主要成分提供，因此為聚合物的主要成分的CHr或CNHs不僅被充分提供到微細結(jié)構(gòu)上部，而且被充分提供到微細結(jié)構(gòu)的底部及其附近的側(cè)壁。
形成在微細結(jié)構(gòu)底部的聚合物受到入射來的NHq+離子、CHr+離子、CNHs+離子或CFp+離子的沖擊能量，因所謂的離子輔助蝕刻反應而產(chǎn)生化學反應，其結(jié)果是作為HCN、CN或C2N2從微細結(jié)構(gòu)底部的表面脫離。因此，在離子輔助蝕刻反應使蝕刻進行的條件下，圖案底部的大部分吸附物都在實時處理時與WC襯底的一部分一起被蝕刻除去。但是，由于在圖案側(cè)壁入射的離子量與圖案底部相比極其少，因此沉積成分的量多于讓蝕刻進行的離子量，結(jié)果是生成沉積物，形成側(cè)壁保護膜14a。
另外，由于離子因RF偏置電壓垂直入射到襯底表面，因此提供給襯底表面即抗蝕圖案12上面的離子量與提供給微細結(jié)構(gòu)底部的蝕刻反應表面的離子量幾乎相等。另一方面，即使在本實施例中，提供給微細結(jié)構(gòu)底部的原子團量、與提供給襯底表面的原子團量相比，也至少減少到數(shù)分之一左右。因此，即使在微細結(jié)構(gòu)底部有效地產(chǎn)生蝕刻反應，但抗蝕圖案12的上部被較薄的沉積膜(抗蝕保護膜14b)保護起來，結(jié)果也使抗蝕圖案12的耐蝕刻性提高。
在以往的技術(shù)中，由于如CFp+(p＝1，2，3)及F+即離子13c那樣，存在斜入射到襯底的離子成分，因此圖案側(cè)壁被蝕刻，成為弧狀彎曲形狀。而在本實施例中，由于上述側(cè)壁保護膜14a的存在，防止了離子13c對圖案側(cè)壁的蝕刻，因此不會產(chǎn)生在以往技術(shù)中所見到的弧狀彎曲形狀。其結(jié)果是能夠形成具有垂直形狀或正錐形形狀的側(cè)壁的微小凹凸圖案。另外，能夠通過讓含CN結(jié)合及氫原子的氣體的供給量增大，來增加側(cè)壁保護膜14a的厚度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)正錐形形狀的圖案側(cè)壁，在圖1(b)中沒有示出。
利用這樣的本實施例的干蝕刻方法，能夠進行可在以鎢和碳為主要成分的物質(zhì)的WC合金的表面及內(nèi)部，實現(xiàn)無弧狀彎曲形狀的高精度垂直形狀及正錐形形狀的蝕刻加工。
如上所述，本發(fā)明的本質(zhì)在于同時完成通過含氟原子的離子進行的W蝕刻、通過含氮原子的離子進行的C蝕刻和通過含CN結(jié)合及氫原子的氣體(含其分離生成分子)的蝕刻加工圖案的側(cè)壁保護效果。
另外，在本實施例中，也可以使用氟分子、碳氟化合物或氟代氫中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物作為含氟原子的氣體。例如，只要使用F2、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、C4F8(環(huán)狀或直鏈)、C5F8(環(huán)狀或直鏈)、CHF3、CH2F2、CH3F等氣體或由高分子構(gòu)成的環(huán)境對策用CF氣體即可。若使用這些氣體的話，則能夠通過等離子體放電有效地生成氟及含氟的分離分子，該氟是對含W和C的物質(zhì)中的鎢(W)蝕刻所需的氟。
并且，在本實施例中，也可以使用烷基胺〔R-NH2〕、二烴基胺〔R2-NH〕或三烷基胺〔R3-NH〕中的任意一種或它們中的兩種或兩種以上的混合物作為含CN結(jié)合及氫原子的氣體。這樣一來，由于這些氣體是比較小的分子，因此能夠很容易地通過等離子體分離，從而能夠有效地提供氫及CNHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)。其結(jié)果是即使在用以形成高縱橫尺寸比形狀的蝕刻中，也能夠有效地形成側(cè)壁保護膜。作為烷基R，可以是直鏈狀或環(huán)狀這兩種形狀。作為烷基胺，只要使用例如甲胺(CH3NH21個氣壓(760mmHg以下相同)具有-6.33℃的沸點)、乙胺(C2H5NH21個氣壓具有16.6℃的沸點)、正丙基胺(CH3(CH2)2NH21個氣壓具有48℃的沸點)、異丙基胺((CH3)2CHNH21個氣壓具有33.5℃的沸點)、3-二甲氨基異丙基胺((CH3)2NCH2CH2CH2NH21個氣壓具有135℃的沸點)、正丁胺(CH3(CH2)3NH21個氣壓具有68.5℃的沸點)或異丁基胺((CH3)2CH-CH2NH21個氣壓具有78℃的沸點)等即可。作為二烴基胺，只要使用二甲胺((CH3)2NH1個氣壓具有6.9℃的沸點)、二乙胺((C2H5)2NH1個氣壓具有55.4℃的沸點)、二正丙基胺(CH3(CH2)2NH21個氣壓具有48℃的沸點)、二異丙基胺(CH3-CH(CH3)-NH-CH(CH3)-CH31個氣壓具有84℃的沸點)、仲丁胺(CH3CH(NH2)C2H51個氣壓具有63℃的沸點)、二正丁胺((CH3CH2CH2CH2)2NH1個氣壓具有159℃的沸點)或二異丁胺(CH3CH(CH3)CH2NHCH2CH(CH3)CH31個氣壓具有140℃的沸點)等即可。作為三烷基胺，只要使用例如三甲胺((CH3)3N1個氣壓具有3℃的沸點)、三乙胺((C2H5)3N1個氣壓具有89.5℃的沸點)或三丁胺(CH3CH2CH2CH2)3N1個氣壓具有2 16.5℃的沸點)等。并且，作為具有環(huán)狀烷基的氣體，也可以使用苯胺(C6H5NH21個氣壓具有184℃的沸點)等。并且，也可以使用1，2-乙二胺(H2NCH2CH2NH21個氣壓具有117℃的沸點)等，具有兩個或兩個以上的胺的氣體。其它，作為含CN結(jié)合及氫原子的氣體，也可以使用乙腈(CH3CN1個氣壓具有82℃的沸點)、丙烯腈(CH2＝CH-CN1個氣壓具有77℃的沸點)等丁腈化合物、吖丙啶(CH2NHCH21個氣壓具有56.5℃的沸點)或丙烯亞胺(C3H7N1個氣壓具有77℃的沸點)等亞胺化合物、甲肼(CH3NHNH21個氣壓具有87.5℃的沸點)或1，1-二甲肼(NH2-N(CH3)21個氣壓具有63℃的沸點)等肼化合物或N，N-二甲乙酰胺(CH3CON(CH3)21個氣壓具有165℃的沸點)或N，N-二甲甲酰胺(HCON(CH3)21個氣壓具有153℃的沸點)等酰胺化合物等。當然，雖然也可以使用含CN結(jié)合及氫原子的最小氣體即氰化氫(HCN1個氣壓具有26℃的沸點)，但是氰化氫是在安全上最危險的氣體。另外，當使用上述各氣體時，即使對于沸點較高的氣體，在提供給反應室之前將其從液體或固體變?yōu)闅怏w的技術(shù)也非常實用，但是具有大約100℃或100℃以下的沸點的氣體是在安全提供氣體方面較為便利的氣體。并且，在本實施例中，不用說也可以將上述各氣體中的多種(兩種或兩種以上)氣體混合在一起使用。
并且，在本實施例中，也可以使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))來代替使用由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體。
并且，在本實施例中，還可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加氫分子。這是為了將含W和C的物質(zhì)中的碳作為HCN蝕刻除去時所必不可少的。即，當添加氫分子時，由于通過調(diào)節(jié)氫分子的添加量，使含W和C的物質(zhì)中的碳除去變得容易，因此能夠提高整個蝕刻率。從實用上來說，只要在整個氣體流量的大約50％或50％以下的范圍內(nèi)設(shè)定所希望的氫分子氣體流量即可。由于該設(shè)定值依存于使用的含氟原子的氣體、使用的含CN結(jié)合及氫原子的氣體和使用的等離子體生成方式等，因此只要在考慮它們的情況下，使該設(shè)定值最適化即可。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氧原子的氣體。若將例如氧分子、氧化氮分子、氧化硫磺分子或氧化碳分子中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物用作含氧原子的氣體的話，則能夠有效地提供氧。在添加了這些氧含有氣體后，在等離子體中生成氧原子、氧分子、氧原子離子或氧分子離子。其結(jié)果是能夠分別適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。這是由于在上述碳除去反應之外，還產(chǎn)生了由氧原子團及氧離子將碳作為CO2或CO除去的效果之故。在實際使用中，只要在整個氣體流量的大約50％或50％以下的范圍內(nèi)設(shè)定所希望的氧含有氣體流量即可。由于該設(shè)定值依存于使用的含氟原子的氣體、使用的含CN結(jié)合及氫原子的氣體和使用的等離子體生成方式等，因此只要在考慮它們的情況下，使該設(shè)定值最適化即可。特別是在使用碳量較少的「含氟原子的氣體」時添加了氧含有氣體的情況下，在氧含有氣體流量為全部氣體流量的大約10％或10％以下時可發(fā)揮上述效果，因情況不同，有時即使在大約數(shù)％或數(shù)％以下時也可發(fā)揮上述效果。
并且，在本實施例中，還可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加稀有氣體。在添加稀有氣體后，由于能夠通過稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠很容易地增大所謂的處理窗口(process window)。特別是當用混合氣體的數(shù)倍或數(shù)倍以上的流量混合稀有氣體時，等離子體中的電子溫度由稀有氣體的電子溫度規(guī)定，其結(jié)果是穩(wěn)定了等離子體放電，該混合氣體由含氟原子的氣體和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。并且，當兼?zhèn)涫褂珊拥臍怏w、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體在反應室內(nèi)的停留時間減少的目的來使用稀有氣體時，也可以用上述混合氣體的大約10倍或10倍以上的流量混合稀有氣體。作為稀有氣體，可以使用例如Ar。并且，還能夠通過將He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn選為稀有氣體，來提高等離子體中的電子溫度或降低等離子體中的電子溫度。即，由于由稀有氣體構(gòu)成的等離子體的電子溫度大大依存于稀有氣體的第1離子化能量，因此當想生成較高的電子溫度的等離子體時，只要使用原子序數(shù)更小的稀有氣體即可，當想生成較低的電子溫度的等離子體時，只要使用原子序數(shù)更大的稀有氣體即可。這里，也可以混合使用兩種或兩種以上的稀有氣體。
并且，作為在本實施例中使用的蝕刻裝置，可以使用平行平板型等反應性離子蝕刻(RIE)裝置、兩頻率平行平板型RIE裝置、磁控管增強型RIE(MERIE)裝置、誘導結(jié)合等離子體(ICPinductively coupled plasma)蝕刻裝置、電子回旋加速共鳴(ECR)蝕刻裝置、UHF等離子體蝕刻裝置或磁氣中性線放電(NLDneutral loop discharge)蝕刻裝置等各蝕刻裝置。并且，最佳蝕刻條件因裝置方式不同而不同，本實施例的蝕刻條件范圍是，例如，氣體流量為數(shù)10～數(shù)100cc/min(室溫)，壓力為0.1～20Pa，等離子體生成用高頻率功率為100～數(shù)kW，RF偏置電壓為100～1kW。
并且，在本實施例中，將以鎢及碳為主要成分的WC襯底作為了蝕刻對象，也可以代替它，將表面具有含鎢及碳的物質(zhì)的金屬、絕緣物質(zhì)或半導體物質(zhì)中的任意一種作為蝕刻對象。并且，即使在含鎢及碳的物質(zhì)中還含有氮，也能夠獲得與本實施例一樣的效果。即，即使將WCN合金或WNC合金作為蝕刻對象，也能夠獲得與本實施例一樣的效果。
(第2實施例)以下，參照附圖對本發(fā)明的第2實施例所涉及的干蝕刻方法加以說明。本實施例的干蝕刻方法與第1實施例的不同之處在于在由含氟原子的氣體和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氮原子的氣體來生成等離子體，藉此方法，將含W和C的物質(zhì)蝕刻。
圖2(a)及圖2(b)為本發(fā)明的第2實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。另外，在圖2(a)及圖2(b)中，由于對與圖1(a)及圖1(b)所示的第1實施例的構(gòu)成要素同一的構(gòu)成要素標注同一符號或記號，因此將其說明省略。并且，圖2(a)及圖2(b)示出了將由CF4、CH3NH2及N2構(gòu)成的混合氣體用作蝕刻氣體時的情況。
在本實施例中，如圖2(a)及圖2(b)所示，雖然與第1實施例的圖1(a)及圖1(b)進行比較，所生成的原子團及離子的種類沒有變化，但是與第1實施例不同，能夠獨立地調(diào)整氮原子團Nt*(t＝1，2)及氮離子Nt+(t＝1，2)的生成量。具體地說，能夠通過控制在氣體的總流量中所占的氮氣體流量的供給比率，來將氮原子團及氮離子的生成量與其它原子團和離子獨立控制。
由含氮原子的氣體生成的氮離子，特別成為用以將含W和C的物質(zhì)中的C蝕刻除去的主要反應機構(gòu)中的驅(qū)動力。而CH3NH2等含CN結(jié)合及氫原子的氣體擔負著調(diào)整沉積膜量的作用。即，微細結(jié)構(gòu)中的側(cè)壁保護膜及沉積在微細結(jié)構(gòu)底部的成分是分別通過將含CN結(jié)合及氫原子的氣體的分離分解分子作為原子團提供時產(chǎn)生的。這里，由于將蝕刻反應種(蝕刻劑)以CFp+離子(p＝1，2，3)及氮離子等形式提供到微細結(jié)構(gòu)底部的蝕刻反應表面，因此促使了含W和C的物質(zhì)的蝕刻進行。所以，能夠獨立地控制側(cè)壁保護膜形成和蝕刻反應。因此，通過控制含氮原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體的供給氣體流量比，與不使用含氮原子的氣體時相比，在想得到相同的蝕刻形狀時，也能夠?qū)琖和C的物質(zhì)實現(xiàn)更高速的蝕刻。
并且，根據(jù)本實施例，如上所述，由于能夠獨立控制蝕刻量和側(cè)壁保護膜量，因此與不使用含氮原子的氣體時相比，在想得到相同的蝕刻率時，也能夠?qū)D案側(cè)壁的錐形角度從垂直形狀(較薄的側(cè)壁保護膜)調(diào)整到正錐形形狀(較厚的側(cè)壁保護膜)。
另外，在本實施例中，作為含氮原子的氣體，也可以使用氮分子或氨分子中的任意一種或它們的混合物。當使用氮分子時，如上所述，僅能夠直接控制氮的供給量。而當使用氨時，同時也提供了氫，能夠?qū)⒑入x子體中的氮的分子或原子的產(chǎn)生量與含CN結(jié)合及氫原子的氣體獨立控制。但是，此時，不僅是氮濃度增加，而且氫濃度也增加。在將含W和C的物質(zhì)中的碳作為HCN蝕刻除去時，氫原子是必須的原子，氫濃度的增大結(jié)果是使含W和C的物質(zhì)的蝕刻速度增加。
并且，在本實施例中，含氮原子的氣體并不限定于氮分子或氨分子，即使是這些分子以外的分子，只要是可積極地提供氮原子的分子，就能夠獲得與本實施例一樣的效果。
并且，在本實施例中，也可以使用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。
(第3實施例)以下，參照附圖對本發(fā)明的第3實施例所涉及的干蝕刻方法加以說明。本實施例的干蝕刻方法與第1實施例的不同之處在于在由含氟原子的氣體和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含碳化氫分子的氣體來生成等離子體，藉此方法，來將含W和C的物質(zhì)蝕刻。
圖3(a)及圖3(b)為本發(fā)明的第3實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖。另外，在圖3(a)及圖3(b)中，由于對與圖1(a)及圖1(b)所示的第1實施例的構(gòu)成要素同一的構(gòu)成要素標注同一符號或記號，因此將其說明加以省略。并且，圖3(a)及圖3(b)示出了將由CF4、CH3NH2及CH4構(gòu)成的混合氣體用作蝕刻氣體時的情況。
在本實施例中，如圖3(a)及圖3(b)所示，雖然與第1實施例的圖1(a)及圖1(b)進行比較，所生成的原子團及離子的種類沒有變化，但是與第1實施例不同，能夠獨立地調(diào)整CHr*原子團(r＝1，2，3)及CHr+離子(r＝1，2，3)的生成量。具體地說，能夠通過控制在供給氣體的總流量中所占的CH4流量的供給比率，來將CHr*原子團及CHr+離子的生成量與其它原子團和離子獨立控制。
由于CHr*原子團(r＝1，2，3)的吸附系數(shù)較小，因此被提供給蝕刻加工中的微細結(jié)構(gòu)內(nèi)部，對形成側(cè)壁保護膜發(fā)揮了很大作用。并且，同時，CHr*原子團(r＝1，2，3)也容易沉積在抗蝕圖案12的表面。另一方面，由于未分離的CH4原子團的吸附系數(shù)較大，因此特別容易沉積在抗蝕圖案12的表面。因此，當添加CH4氣體時，與不添加CH4氣體時相比，可在抗蝕表面形成較厚的保護層14b。其結(jié)果是CH4氣體的流量對于供給氣體的總流量的供給比率越大，側(cè)壁保護膜14a的厚度越厚，越容易形成正錐形蝕刻形狀。并且，CH4氣體的流量對于供給氣體的總流量的供給比率越大，抗蝕上表面的保護效果越大，使抗蝕圖案12的耐蝕刻性提高。
根據(jù)本實施例，如上所述，由于能夠獨立地控制蝕刻量和側(cè)壁保護膜量，因此與不使用含碳化氫分子的氣體相比，即使在想得到相同的蝕刻率時，也能夠?qū)D案側(cè)壁的錐形角度從垂直形狀(較薄的側(cè)壁保護膜)調(diào)整到正錐形形狀(較厚的側(cè)壁保護膜)。并且，實現(xiàn)抗蝕劑的耐蝕刻性較高的蝕刻。
另外，在本實施例中，只要將C2iH(2i+2)、C2iH(2i+1)、C2iH2i等分子(i自然數(shù))用作作為蝕刻氣體使用的碳化氫分子即可。并且，碳化氫分子既可以是直鏈狀，也可以是環(huán)狀。而且，碳化氫分子并不限定于上述記載的分子。具體地說，只要使用例如CH4、C2H4、C2H6、...、C4H8、...等即可。但從實用上來說，最好使用飽和碳化氫分子C2iH(2i+2)。由于飽和碳化氫分子在內(nèi)部不存在二重結(jié)合，因此能夠很容易通過等離子體放電分解，有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)。所以，能夠通過CHr在蝕刻中有效地形成圖案側(cè)壁部的保護膜。并且，特別是由于CHr(r＝1～3)等較小的分解分子的吸附系數(shù)較小，因此能夠進入到具有高縱橫尺寸比(縱/橫比)的微細結(jié)構(gòu)的圖案內(nèi)部。特別是由于為飽和碳化氫分子中的最小分子的CH4的H/C比最大，因此CH4是在碳化氫分子中沉積性最小的分子。該特性在將未分解狀態(tài)的分子進行比較時更為顯著。所以，可以說在有效地生成作用在微細圖案內(nèi)壁的CHr(r＝1～3)原子團方面，CH4是最容易使用且最實用的有效氣體。
(第4實施例)以下，參照附圖對本發(fā)明的第4實施例所涉及的干蝕刻方法加以說明。本實施例的干蝕刻方法與第1實施例的不同之處在于通過在由含氟原子的氣體和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中，再添加「含氯原子的氣體」、「含溴原子的氣體」或「含碘原子的氣體」中的至少一種氣體生成等離子體，來將含W和C的物質(zhì)蝕刻。
圖4(a)及圖4(b)為本發(fā)明的第4實施例所涉及的干蝕刻方法的說明圖，示出了利用干蝕刻方法對WC襯底進行蝕刻時的情況。具體地說，圖4(a)示出了將側(cè)壁保護膜形成得較薄的情況，圖4(b)示出了將側(cè)壁保護膜形成得較厚的情況。并且，在圖4(a)及圖4(b)中，由于對與圖1(a)及圖1(b)所示的第1實施例的構(gòu)成要素同一的構(gòu)成要素標注同一符號或記號，因此將其說明加以省略。以下，除了使用與第1實施例一樣的蝕刻氣體之外，以將Cl2用作含氯原子的氣體、將Br2用作含溴原子的氣體、將I2用作含碘原子的氣體的情況為例，對本實施例的干蝕刻方法加以說明。
另外，由于蝕刻的基本機構(gòu)與第1實施例一樣，因此在下述說明中以與第1實施例不同的地方即Cl+離子、Br+離子及I+離子的效果為重點加以說明。
如圖4(a)及圖4(b)所示，在本實施例中，在WC襯底11上形成抗蝕圖案12后，將抗蝕圖案12作為掩模，對WC襯底11進行蝕刻。具體地說，除了與第1實施例一樣的通過「含氟原子的離子」13a、13b及13c進行的鎢蝕刻反應之外，WC襯底11中的鎢還因從Cl2生成的Clm+(m＝1，2)離子、從Br2生成的Brm+(m＝1，2)離子或從I2生成的Im+(m＝1，2)離子即離子18a、18b及18c而被蝕刻。此時，反應生成物是作為WClx、WBrx或WIx(x＝1～6)在氣相中脫離除去的。并且，由Clm+離子、Brm+離子或Im+離子即離子18b所產(chǎn)生的蝕刻反應生成物的一部分再次附著在WC襯底11的加工側(cè)面及抗蝕圖案12的側(cè)面，形成側(cè)壁保護膜14a。那時的附著概率是WIx＞W(wǎng)Brx＞W(wǎng)Clx＞W(wǎng)Fx。因此，在本實施例中，作為側(cè)壁保護膜14a，不是如第1實施例那樣，在CHr(r＝1，2，3)中混入WFx，而是形成由CHr、WClx、和WBrx或WIx的混合物構(gòu)成的側(cè)壁保護膜。其結(jié)果是通過側(cè)壁保護膜14a防止了因離子13c及18c那樣的斜射入襯底表面的離子而在WC襯底11的圖案側(cè)壁產(chǎn)生的蝕刻反應。因此，當側(cè)壁保護膜14a較薄時，如圖4(a)所示，能夠在WC襯底11的表面及內(nèi)部實現(xiàn)垂直蝕刻形狀，當側(cè)壁保護膜14a較厚時，如圖4(b)所示，能夠在WC襯底11的表面及內(nèi)部實現(xiàn)正錐形形狀的蝕刻形狀。
如上所述，當使用添加生成Clm+離子、Brm+離子或Im+離子的氣體時，因這些氣體的存在，使形成側(cè)壁保護膜的效果比蝕刻鎢的效果更加顯著。
另外，在本實施例中，只要使含氯的氣體、含溴的氣體或含碘的氣體對于總氣體流量的混合比在大約50％或50％以下的范圍內(nèi)即可。并且，當使用含溴的氣體或含碘的氣體時，即使對于總氣體流量的混合比未滿5％，也能夠充分地獲得側(cè)壁保護膜形成效果。并且，如第1實施例所述，由于本來就能夠通過使用從混合氣體生成的等離子體進行蝕刻，來實現(xiàn)從垂直蝕刻形狀到正錐形蝕刻形狀的蝕刻形狀，因此當想在添加生成Clm+離子、Brm+離子或Im+離子的氣體的同時，獲得垂直蝕刻形狀時，含氯的氣體、含溴的氣體或含碘的氣體對于總氣體流量的混合比也可以未滿數(shù)％，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
在本實施例中，添加生成Clm+離子、Brm+離子或Im+離子的氣體的第1效果在對含W和C的物質(zhì)進行高縱橫尺寸比蝕刻，即進行深蝕刻時容易出現(xiàn)。具體地說，由于CHr*原子團及CNHs*原子團是一邊從加工圖案(凹部)的上部向內(nèi)部擴散，一邊提供的，因此加工圖案底部的側(cè)壁保護膜的厚度薄于加工圖案上部的側(cè)壁保護膜的厚度。另一方面，由于在通過Clm+離子、Brm+離子或Im+離子進行的蝕刻反應中生成的WClx、WBrx或WIx是從蝕刻反應面即加工圖案底部放出，再次附著在加工圖案側(cè)壁的，因此與加工圖案側(cè)壁的上部相比，更容易附著在加工圖案側(cè)壁的下部。象這樣，能夠通過在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中，添加含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體的任意一種氣體生成等離子體，通過等離子體對含W和C的物質(zhì)進行蝕刻，來在高縱橫尺寸比圖案加工中實現(xiàn)垂直形狀蝕刻及正錐形形狀蝕刻。
并且，在本實施例中，添加含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的任意一種氣體的第2效果是能夠很容易地實現(xiàn)正錐形形狀加工，如圖4(b)所示。具體地說，能夠通過對等離子體生成用的總氣體流量混合5％或5％以上的「含氯的氣體」、「含溴的氣體」或「含碘的氣體」，來由上述側(cè)壁保護膜形成機構(gòu)很容易地形成較厚的側(cè)壁保護膜14a。其結(jié)果是能夠通過在數(shù)％到30％的范圍內(nèi)調(diào)整「含氯的氣體」、「含溴的氣體」或「含碘的氣體」的混合比例，來讓可利用蝕刻加工獲得的錐形形狀自由地變化。另外，該混合比例與錐形形狀不是完全一對一地對應，而是受到所混合的氣體種類或等離子體生成條件等的影響。因此，即使在該混合比例不是在30％內(nèi)而是上升到50％左右時，有時也能夠保證錐形形狀加工的控制性。
另外，由于通過是反應生成物的鹵化鎢形成側(cè)壁保護膜的能力大小是WIx＞＞W(wǎng)Brx＞＞W(wǎng)Clx＞W(wǎng)Fx，因此當添加「含氯的氣體」、「含溴的氣體」或「含碘的氣體」時，必須要使各氣體的混合比例最佳。并且，可以將「含氯的氣體」、「含溴的氣體」或「含碘的氣體」混在一起使用。
如上所述，根據(jù)第4實施例，能夠通過在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的任意一種氣體生成等離子體，利用等離子體對含W和C的物質(zhì)進行蝕刻，來獲得與第1實施例一樣的效果之外的下述效果。即，由于能夠讓加工部的側(cè)壁保護效果增大，因此即使在高縱橫尺寸比的加工蝕刻中，也能夠不僅很容易地實現(xiàn)垂直形狀，而且能夠很容易地實現(xiàn)任意的正錐形形狀。
另外，在本實施例中，只要將例如Cl2、HCl或ClF3等用作含氯原子的氣體即可。并且，只要將例如Br2或HBr等用作含溴原子的氣體即可。并且，只要將I2或HI等用作含碘原子的氣體即可?；蛘?，也可以將例如ICl、ClF2Br、ClF2I或BrCl等用作含氯原子、和溴原子或碘原子中的至少一種原子的氣體。而且，可以使用CFxCl4-x、CFxBr4-x或CFxI4-x(x＝1～3)等由碳、氟及鹵構(gòu)成的分子氣體。此時，也能夠同時期待與第2實施例一樣的通過F進行蝕刻的蝕刻率增大效果。即，雖然蝕刻反應是因W與鹵(F、Cl、Br、I)產(chǎn)生反應，作為WF6、WCl6、WBr6、WI6等反應生成物揮發(fā)掉而進行的，但由于WF6的揮發(fā)性較高(蒸氣壓較低)，而WCl6、WBr6、WI6等鹵鎢揮發(fā)性較低，因此在為F時最容易產(chǎn)生蝕刻反應。所以，為了增大W蝕刻的蝕刻率，F(xiàn)是最合適的。
并且，在本實施例中，也可以使用含氯原子及氮原子的氣體(例如，NCl3)、含溴原子或碘原子及氮原子的氣體(例如，NBr3、NI3)、或者含氯原子和氧原子的氣體(而且，也可以含溴原子、碘原子或氮原子例如，COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2、SO3HCl)。
(第5實施例)以下，參照附圖對本發(fā)明的第5實施例所涉及的微細結(jié)構(gòu)形成方法及使用了它的模具制造方法加以說明。另外，本實施例使用了在第1～第4實施例中所說明的干蝕刻方法。
圖5(a)～圖5(f)為示出了本發(fā)明的第5實施例所涉及的模具制造方法的各工序的剖面圖。
首先，如圖5(a)所示，在準備好WC合金襯底21后，如圖5(b)所示，在WC合金襯底21上形成抗蝕圖案22。這里，抗蝕圖案22通常是通過光刻技術(shù)形成的。
其次，利用將側(cè)壁保護膜形成得較薄的蝕刻條件(第4實施例(特別是參照圖4(a))，將抗蝕圖案22作為掩模，通過從混合氣體生成的等離子體對WC合金襯底21進行干蝕刻，來將圖案形成在WC合金襯底21上，該混合氣體至少由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成，如圖5(c)所示。一般，不管使用任何干蝕刻裝置進行干蝕刻時，由于從等離子體中入射到WC合金襯底21的離子23具有朝向各個方向的能量，因此除了存在垂直入射到襯底表面的成分A之外，還存在以一個角度入射到襯底表面的成分即斜入射成分B及成分C。但由于用從混合氣體生成的等離子體進行干蝕刻，來使蝕刻反應生成物即WFx(x＝1～6)等在加工側(cè)面形成側(cè)壁保護膜24a，因此能夠防止離子23的斜入射成分B及成分C對側(cè)壁進行蝕刻的現(xiàn)象，該混合氣體至少由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。所以，在襯底表面形成了具有垂直剖面形狀的蝕刻剖面形狀的微細結(jié)構(gòu)，如圖5(c)所示。
其次，通過灰化及洗凈將抗蝕圖案22及側(cè)壁保護膜24a除去。這樣一來，就形成了由WC合金襯底21構(gòu)成的WC合金模具，該WC合金襯底21具備了擁有垂直側(cè)壁的微小凹凸結(jié)構(gòu)，如圖5(d)所示。
另一方面，也可以代替圖5(c)及圖5(d)所示的工序，利用將側(cè)壁保護膜形成得較厚的蝕刻條件(第4實施例(特別是參照圖4(b))，將抗蝕圖案22作為掩模，通過從混合氣體生成的等離子體對WC合金襯底21進行干蝕刻，來將圖案形成在WC合金襯底21上，該混合氣體至少由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成，如圖5(e)所示。此時，在WC合金襯底21上形成具有正錐形形狀的蝕刻剖面形狀的微細結(jié)構(gòu)。這是由于為了防止離子對側(cè)壁的蝕刻而沉積了所需的厚度或所需的厚度以上的側(cè)壁保護膜24b，因此加工部的開口區(qū)域隨著蝕刻的進行而變窄之故。
其次，通過灰化及洗凈將抗蝕圖案22及側(cè)壁保護膜24b除去。這樣一來，就形成了由WC合金襯底21構(gòu)成的WC合金模具，該WC合金襯底21具備了擁有正錐形形狀側(cè)壁的微小凹凸結(jié)構(gòu)，如圖5(f)所示。
如上所述，本實施例所涉及的微細結(jié)構(gòu)形成方法及模具制造方法，包括在含鎢和碳的物體上形成抗蝕圖案的工序；和將上述抗蝕圖案作為掩模，利用從至少由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體生成的等離子體，來對上述物體進行蝕刻的工序。即，由于本實施例是使用本發(fā)明的干蝕刻方法(第1～第4實施例)的例子，因此能夠?qū)⒑u和碳的物體表面及內(nèi)部加工成無弧形彎曲形狀的高精度垂直形狀或高精度正錐形形狀。所以，能夠確實地制造由含W和C的物質(zhì)構(gòu)成且具備了擁有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
另外，在本實施例中，將抗蝕圖案用作了蝕刻掩模，不用說也可以代替它，使用由絕緣膜構(gòu)成的金屬掩模(hard mask)等。
并且，在本實施例中，只要將氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或它們中的兩種或兩種以上的混合物用作含氟原子的氣體即可。例如，只要使用F2、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、C4F8(環(huán)狀或直鏈)、C5F8(環(huán)狀或直鏈)、CHF3、CH2F2、CH3F等氣體或由高分子構(gòu)成的環(huán)境對策用CF氣體即可。若使用這些氣體的話，則能夠通過等離子體放電有效地生成氟及含氟的分解分子，所述氟是對含W和C的物質(zhì)中的鎢(W)蝕刻所需的氟。因此，能夠用更低的成本且更高速地對含W和C的物質(zhì)進行高精度垂直形狀加工或高精度正錐形形狀加工。其結(jié)果是能夠用更低的成本制造具備了擁有高精度垂直形狀或高精度正錐形形狀的側(cè)壁的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，也可以使用烷基胺〔R-NH2〕、二烴基胺〔R2-NH〕或三烷基胺〔R3-NH〕中的任意一種或它們中的兩種或兩種以上的混合物，作為含CN結(jié)合及氫原子的氣體。這樣一來，由于這些氣體是比較小的分子，因此能夠很容易地通過等離子體分離，能夠有效地提供氫及CNHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)。即，由于能夠有效地將氫及CNHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)提供給蝕刻加工中的微細結(jié)構(gòu)(凹部)內(nèi)部，能夠有效地形成側(cè)壁保護膜，因此即使在為了形成高縱橫尺寸比形狀的蝕刻中，也能夠很容易地實現(xiàn)垂直形狀微細加工及正錐形形狀微細加工。作為烷基R，可以是直鏈狀或環(huán)狀的任何形狀。作為烷基胺，只要使用例如甲胺(CH3NH21個氣壓(760mmHg以下相同)具有-6.33℃的沸點)、乙胺(C2H5NH21個氣壓具有16.6℃的沸點)、正丙基胺(CH3(CH2)2NH21個氣壓具有48℃的沸點)、異丙基胺((CH3)2CHNH21個氣壓具有33.5℃的沸點)、3-二甲氨基異丙基胺((CH3)2NCH2CH2CH2NH21個氣壓具有135℃的沸點)、正丁胺(CH3(CH2)3NH21個氣壓具有68.5℃的沸點)或異丁基胺((CH3)2CH-CH2NH21個氣壓具有78℃的沸點)等即可。作為二烴基胺，只要使用二甲胺((CH3)2NH1個氣壓具有6.9℃的沸點)、二乙胺((C2H5)2NH1個氣壓具有55.4℃的沸點)、二正丙基胺(CH3(CH2)2NH21個氣壓具有48℃的沸點)、二異丙基胺(CH3-CH(CH3)-NH-CH(CH3)-CH31個氣壓具有84℃的沸點)、仲丁胺(CH3CH(NH2)C2H51個氣壓具有63℃的沸點)、二正丁胺((CH3CH2CH2CH2)2NH1個氣壓具有159℃的沸點)或二異丁胺(CH3CH(CH3)CH2NHCH2CH(CH3)CH31個氣壓具有140℃的沸點)等即可。作為三烷基胺，只要使用例如三甲胺((CH3)3N1個氣壓具有3℃的沸點)、三乙胺((C2H5)3N1個氣壓具有89.5℃的沸點)或三丁胺(CH3CH2CH2CH2)3N1個氣壓具有216.5℃的沸點)等。并且，作為具有環(huán)狀烷基的氣體，也可以使用苯胺(C6H5NH21個氣壓具有184℃的沸點)等。并且，也可以使用1，2-乙二胺(H2NCH2CH2NH21個氣壓具有117℃的沸點)等，具有兩個或兩個以上的胺的氣體。其它，作為含CN結(jié)合及氫原子的氣體，也可以使用乙腈(CH3CN1個氣壓具有82℃的沸點)、丙烯腈(CH2＝CH-CN1個氣壓具有77℃的沸點)等丁腈化合物、吖丙啶(CH2NHCH21個氣壓具有56.5℃的沸點)或丙烯亞胺(C3H7N1個氣壓具有77℃的沸點)等亞胺化合物、甲肼(CH3NHNH21個氣壓具有87.5℃的沸點)或1，1-二甲肼(NH2-N(CH3)21個氣壓具有63℃的沸點)等肼化合物或N，N-二甲乙酰胺(CH3CON(CH3)21個氣壓具有165℃的沸點)或N，N-二甲甲酰胺(HCON(CH3)21個氣壓具有153℃的沸點)等酰胺化合物等。當然，雖然也可以使用含CN結(jié)合及氫原子的最小氣體即氰化氫(HCN1個氣壓具有26℃的沸點)，但是氰化氫是在安全上最危險的氣體。另外，當使用上述各氣體時，即使對于沸點較高的氣體，在提供給反應室之前將其從液體或固體變?yōu)闅怏w的技術(shù)也非常實用，但是具有大約100℃或100℃以下的沸點的氣體是在安全提供氣體方面較為便利的氣體。并且，在本實施例中，不用說也可以將上述各氣體中的多種(兩種或兩種以上)氣體混合在一起使用。
并且，在本實施例中，也可以使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))來代替使用由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加氫分子。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的碳蝕刻效率增大，因此能夠高速地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氧原子的氣體。這樣一來，能夠適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。因此，能夠更高速地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。若將例如氧分子、氧化氮分子、氧化硫磺分子或氧化碳分子中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物用作含氧原子的氣體的話，則能夠有效地提供氧。在添加了這些氧含有氣體后，在等離子體中生成氧原子、氧分子、氧原子離子或氧分子離子。其結(jié)果是能夠分別適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。這是由于除了上述碳除去反應之外，還產(chǎn)生了由氧原子團及氧離子將碳作為CO2或CO除去的效果之故。在實際使用中，只要在整個氣體流量的大約50％或50％以下的范圍內(nèi)設(shè)定所希望的氧含有氣體流量即可。由于該設(shè)定值依存于使用的含氟原子的氣體、使用的含CN結(jié)合及氫原子的氣體和使用的等離子體生成方式等，因此只要在考慮到它們的情況下，使該設(shè)定值最佳即可。特別是在使用碳量較少的「含氟原子的氣體」的情況下，添加氧含有氣體時，即使氧含有氣體流量為全部氣體流量的大約10％或10％以下，也可發(fā)揮上述效果，有時即使在大約數(shù)％或數(shù)％以下時也可發(fā)揮上述效果。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加稀有氣體。在混合稀有氣體后，由于能夠因稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠在微細加工中很容易地增大所謂的處理窗口。所以，能夠穩(wěn)定地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。特別是當用混合氣體的數(shù)倍或數(shù)倍以上的流量混合稀有氣體時，等離子體中的電子溫度由稀有氣體的電子溫度規(guī)定，其結(jié)果是穩(wěn)定了等離子體放電，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。并且，當兼?zhèn)涫褂珊拥臍怏w、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體在反應室內(nèi)的停留時間減少的目的來使用稀有氣體時，也可以用上述混合氣體的大約10倍或10倍以上的流量混合稀有氣體。作為稀有氣體，可以使用例如Ar。并且，還能夠通過將He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn選為稀有氣體，來提高等離子體中的電子溫度或降低等離子體中的電子溫度。即，由于由稀有氣體構(gòu)成的等離子體的電子溫度大大依存于稀有氣體的第1離子化能量，因此當想生成較高的電子溫度的等離子體時，只要使用原子序數(shù)更小的稀有氣體即可，當想生成較低的電子溫度的等離子體時，只要使用原子序數(shù)更大的稀有氣體即可。這里，也可以混合使用兩種或兩種以上的稀有氣體。
并且，在本實施例中，最好在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氮原子的氣體。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的C除去能力增強，因此能夠讓蝕刻率增大。并且，能夠很容易地將微細結(jié)構(gòu)形狀從垂直剖面形狀控制到正錐形剖面形狀。因此，能夠高速且控制性較好地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。另外，也可以使用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。并且，最好上述含氮原子的氣體為氮分子或氨分子中的任意一種或它們的混合物。這樣一來，由于這些氣體的分子量較小，因此能夠有效地生成氮原子離子，其結(jié)果是能夠獲得更大的蝕刻率增大效果。并且，能夠很容易地將微細結(jié)構(gòu)的形狀從垂直剖面形狀控制到正錐形剖面形狀。
并且，在本實施例中，最好在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含碳化氫分子的氣體。這樣一來，可促進側(cè)壁保護膜的形成，同時，使抗蝕保護效果增大。因此，能夠更容易地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。并且，由于除了存在CNHs分子之外，還存在CHr(r＝1～3)，促進了在蝕刻中的圖案側(cè)壁部保護膜的形成，因此能夠很容易地實現(xiàn)微細垂直形狀加工及正錐形形狀加工。并且，最好上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。這樣一來，由于在碳化氫分子內(nèi)不存在二重結(jié)合，碳化氫分子很容易因等離子體放電而分解，其結(jié)果是能夠有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠在蝕刻中通過CHr有效地形成圖案側(cè)壁部保護膜。其結(jié)果是錐形形狀的控制變得更加容易，能夠更容易地制造具備了具有垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，最好在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再加上「含氯原子的氣體」、「含溴原子的氣體」或「含碘原子的氣體」中的至少一種氣體來生成等離子體。這樣一來，由于能夠讓氯、溴或碘的效果即加工部的側(cè)壁保護效果增大，因此即使在高縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)加工中，也能夠很容易地實現(xiàn)垂直形狀加工及正錐形形狀加工。即，能夠很容易地制造具備了垂直形狀或正錐形形狀的高縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)的模具。只要將例如Cl2、HCl或ClF3等用作含氯原子的氣體即可。并且，只要將例如Br2或HBr等用作含溴原子的氣體即可。并且，只要將I2或HI等用作含碘原子的氣體即可。或者，也可以將例如ICl、ClF2Br、ClF2I或BrCl等用作含氯原子、和溴原子或碘原子的至少一種原子的氣體。而且，也可以使用CFxCl4-x、CFxBr4-x或CFxI4-x(x＝1～3)等由碳、氟及鹵構(gòu)成的分子氣體。并且，也可以使用含氯原子及氮原子的氣體(例如，NCl3)、含溴原子或碘原子及氮原子的氣體(例如，NBr3、NI3)、或者含氯原子和氧原子的氣體(還可以含溴原子、碘原子或氮原子例如，COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2、SO3HCl)。
并且，在本實施例中，當使用「含氯原子的氣體」、「含溴原子的氣體」或「含碘原子的氣體」時，只要這些氣體相對于總氣體流量的混合比在大約50％或50％以下的范圍內(nèi)即可。并且，當使用含溴的氣體或含碘的氣體時，即使對于總氣體流量的混合比未滿5％，也能夠充分地獲得側(cè)壁保護膜形成效果。并且，如第1實施例所述，由于本來就能夠通過使用從混合氣體生成的等離子體進行蝕刻，來實現(xiàn)從垂直蝕刻形狀到正錐形蝕刻形狀的蝕刻形狀，因此當想在添加生成Clm+離子、Brm+離子或Im+離子的氣體的同時，獲得垂直蝕刻形狀時，含氯的氣體、含溴的氣體或含碘的氣體對于總氣體流量的混合比也可以未滿數(shù)％，該混合氣體由含氟的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
并且，本實施例所涉及的模具制造中的微小凹凸的加工尺寸范圍在很大程度上依存于形成抗蝕圖案的光刻技術(shù)，現(xiàn)在能夠加工的最小尺寸為50nm左右。
并且，作為在本實施例中使用的蝕刻裝置，可以使用平行平板型等反應性離子蝕刻(RIE)裝置、兩頻率平行平板型RIE裝置、磁控管增強型RIE(MERIE)裝置、誘導結(jié)合等離子體(ICP)蝕刻裝置、電子回旋加速共鳴(ECR)蝕刻裝置、UHF等離子體蝕刻裝置或磁氣中性線放電(NLD)蝕刻裝置等各蝕刻裝置。
并且，在本實施例中，將以鎢及碳為主要成分的WC襯底作為了蝕刻對象，也可以代替它，將表面具有含鎢及碳的物質(zhì)的金屬、絕緣物質(zhì)或半導體物質(zhì)中的任意一種作為蝕刻對象。并且，即使在含鎢及碳的物質(zhì)中還含有氮，也能夠獲得與本實施例一樣的效果。即，即使以WCN合金或WNC合金作為蝕刻對象，也能夠獲得與本實施例一樣的效果。
(第6實施例)以下，參照附圖對本發(fā)明的第6實施例所涉及的模具加以說明。另外，本實施例所涉及的模具是通過在第5實施例中所說明的模具制造方法獲得的。
圖6(a)為本實施例所涉及的模具的整個剖面圖。如圖6(a)所示，在底層襯底31上形成有例如WC合金等含鎢和碳的物體32。通過第1～第4實施例的干蝕刻方法，在物體32的表面形成有具有垂直形狀(具有相對于襯底表面垂直的壁的形狀)或正錐形形狀的微小凹凸。并且，圖6(b)～圖6(d)及圖6(e)～圖6(g)分別示出了將圖6(a)所示的模具表面(用虛線圍繞的區(qū)域)中的微小凹凸放大的情況。
由于本實施例所涉及的模具是通過從混合氣體生成的等離子體對含鎢和碳的物質(zhì)進行干蝕刻形成的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)圖6(b)～圖6(d)所示的那樣的具有無弧狀彎曲形狀的垂直剖面形狀的微小凹凸的模具、以及圖6(e)～圖6(g)所示的那樣的具有正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具，上述混合氣體至少含有含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體。
這里，作為模具的底層襯底31，既可以是由金屬或?qū)щ娦晕镔|(zhì)構(gòu)成的襯底31a(圖6(a)或圖6(e))、由絕緣物質(zhì)構(gòu)成的襯底31b(圖6(c)或圖6(f))、或由半導體物質(zhì)構(gòu)成的襯底31c(圖6(d)或圖6(g))中的任意一種，也可以根據(jù)用途進行選擇。例如，當一邊向模具表面流入電流，一邊使用時，只要將襯底31a用作底層襯底31即可。并且，當在模具處于電絕緣的狀態(tài)下使用時，只要將襯底31b用作底層襯底31即可。
另外，在本實施例中，也可以使用氟分子、碳氟化合物或氟代氫中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物作為用在模具制造中的「含氟原子的氣體」。例如，只要使用F2、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、C4F8(環(huán)狀或直鏈)、C5F8(環(huán)狀或直鏈)、CHF3、CH2F2、CH3F等氣體或由高分子構(gòu)成的環(huán)境對策用CF氣體即可。若使用這些氣體的話，則能夠通過等離子體放電有效地生成氟及含氟的分離分子，該氟是對含W和C的物質(zhì)中的鎢(W)蝕刻所需的氟。因此，能夠?qū)琖和C的物質(zhì)進行更低成本的高精度垂直形狀加工或高精度正錐形形狀加工。其結(jié)果是能夠用更低的成本提供具備了高精度垂直形狀或高精度正錐形形狀的側(cè)壁的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，只要將烷基胺〔R-NH2〕、二烴基胺〔R2-NH〕或三烷基胺〔R3-NH〕中的任意一種或它們中的兩種或兩種以上的混合物用作在模具制造中所用的「含CN結(jié)合及氫原子的氣體」即可。這樣一來，由于這些氣體是比較小的分子，能夠很容易地通過等離子體分離，因此能夠有效地提供氫及CNHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)。即，由于能夠向蝕刻加工中的微細結(jié)構(gòu)(凹部)內(nèi)部有效地提供氫及CNHs分子(s＝0，1，2，3，4，5)，因此能夠有效地形成側(cè)壁保護膜，能夠提供具備了垂直形狀及正錐形形狀的高縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)的模具。
并且，在本實施例中，也可以使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體(例如，1-氟-2，4-二硝基苯(C6H3F(NO2)2))、2-氟-1，3，5-三硝基苯(C6H2F(NO2)3))，來代替使用由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加氫分子。這樣一來，由于氫的生成量因等離子體放電而增大，因此能夠讓含W和C的物質(zhì)中的碳(C)的蝕刻效率增大。所以，能夠高速地提供具備了垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氧原子的氣體。這樣一來，由于能夠有效地提供氧，因此能夠適當?shù)爻ズ琖和C的物質(zhì)中的碳及過剩形成的側(cè)壁保護膜等的沉積物，同時，能夠提高蝕刻率。所以，能夠更高速地提供具備了垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，也可以在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加稀有氣體。這樣一來，由于能夠通過稀有氣體的添加效果使等離子體放電更加穩(wěn)定，因此能夠很容易地增大所謂的處理窗口(可適用的處理條件范圍)，同時，能夠穩(wěn)定地提供具備了垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，最好在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含氮原子的氣體。這樣一來，由于含W和C的物質(zhì)中的C除去能力增大，因此能夠讓蝕刻率增大。另外，也可以使用含氟原子和氮原子的氣體來代替含氟原子的氣體及含氮原子的氣體。并且，最好上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。這樣一來，由于這些氣體的分子量較小，因此能夠有效地生成氮原子離子，其結(jié)果是能夠用較低的成本提供具備了從垂直剖面形狀到正錐形剖面形狀的任意形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，最好在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加含碳化氫分子的氣體。這樣一來，在促進了側(cè)壁保護膜的形成的同時，還增大了抗蝕保護效果。并且，最好上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。這樣一來，由于在碳化氫分子內(nèi)不存在二重結(jié)合，碳化氫分子很容易通過等離子體放電而分解，其結(jié)果是能夠有效地生成作為分解物的CHr(r＝1～3)，因此能夠在蝕刻中通過CHr有效地形成圖案側(cè)壁部保護膜。所以，能夠更容易地提供具備了垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。
并且，在本實施例中，最好在由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體中再添加「含氯原子的氣體」、「含溴原子的氣體」或「含碘原子的氣體」中的至少一種氣體。這樣一來，由于能夠通過氯、溴或碘的效果使加工部(凹部)底部的側(cè)壁保護效果增大，因此能夠很容易地提供具備了垂直形狀或正錐形形狀的高縱橫尺寸比的微細結(jié)構(gòu)的模具。
如上所述，根據(jù)本實施例，能夠低成本且很容易地穩(wěn)定提供具有被高精度加工的微小凹凸的模具。并且，作為微小凹凸的剖面形狀，能夠?qū)⒕哂邢鄬τ谝r底表面為垂直形狀到正錐形形狀的側(cè)壁的微小凹凸自由地形成在WC合金等中。
另外，本實施例所涉及的模具中的微小凹凸的加工尺寸范圍在很大程度上取決于形成抗蝕圖案的光刻技術(shù)，現(xiàn)在能夠加工的最小尺寸為50nm左右。并且，能夠?qū)⒈緦嵤├婕暗哪＞邚募庸こ叽巛^大的光電路部品的制造一直靈活利用到追求最小尺寸的毫微壓印這樣的廣泛領(lǐng)域中。并且，由于本實施例的模具具有無弧形彎曲形狀的垂直或正錐形的加工剖面，因此沒有形成凹凸側(cè)的物質(zhì)堆在該模具凹部的現(xiàn)象，能夠在按壓形成后很容易地取掉模具。而且，為了確實地防止在本實施例的模具中發(fā)生形成凹凸側(cè)物質(zhì)堆在該模具凹部的現(xiàn)象，提高使用壽命，只要在本實施例的模具微小凹凸表面利用金屬、特氟隆涂敷或硅耦合(silicon coupling)材料等進行處理即可。并且，該表面處理材料只要依模具的作用不同，根據(jù)形成凹凸側(cè)的物質(zhì)來進行任意選擇即可。
并且，在本實施例中，將含鎢及碳的物質(zhì)用作了模具的表面材料，即使在該物質(zhì)中還含有氮，也能夠獲得與本實施例同樣的效果。即，即使使用WCN合金或WNC合金，也能夠獲得與本實施例同樣的效果。
(產(chǎn)業(yè)上的實用性)如上所述，本發(fā)明的干蝕刻方法作為對WC合金那樣的含W和C的物質(zhì)進行高精度微細加工的方法有用。并且，本發(fā)明的微細結(jié)構(gòu)形成方法作為在WC合金那樣的含W和C的物質(zhì)中高精度地形成微細圖案的方法非常有用。即，本發(fā)明的干蝕刻方法及微細結(jié)構(gòu)形成方法為使超硬材料的WC合金等的加工更高精度和更簡單的技術(shù)，能夠?qū)C合金等在MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)領(lǐng)域的利用開辟一條大道。
并且，本發(fā)明的模具制造方法對于制造將WC合金那樣的含鎢和碳的物質(zhì)用作模具主要材料，具備了高精度的微小凹凸的模具必不可少。并且，由于本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)是在超硬合金的WC合金等上形成了超高精度的微小凹凸的結(jié)構(gòu)，因此不僅能夠作為光電路部品的制造用模具或毫微壓印用模具使用，還能夠作為各領(lǐng)域中的耐久性較高的高精度微小凹凸模具使用。
權(quán)利要求
1.一種干蝕刻方法，其特征在于使用從混合氣體生成的等離子體對含鎢和碳的物體進行蝕刻，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體來代替上述混合氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有氫分子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的干蝕刻方法，其特征在于上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的干蝕刻方法，其特征在于上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。
13.一種微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于包括在含鎢和碳的物體上形成掩模圖案的工序；以及利用上述掩模圖案，通過從由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成的混合氣體所生成的等離子體來對上述物體進行干蝕刻的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體來代替上述混合氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有氫分子。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微細結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。
25.一種模具制造方法，其特征在于使用從混合氣體生成的等離子體，將含鎢和碳的物體加工成模具，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體來代替上述混合氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有氫分子。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的模具制造方法，其特征在于上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的模具制造方法，其特征在于上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。
36.根據(jù)權(quán)利要求25所述的模具制造方法，其特征在于在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。
37.一種模具，其特征在于通過使用從混合氣體生成的等離子體，對含鎢和碳的物體進行成形加工而成，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于使用含氟原子、CN結(jié)合及氫原子的氣體來代替上述混合氣體。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于上述含氟原子的氣體，由氟分子、碳氟化合物或氟代烴中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于上述含CN結(jié)合及氫原子的氣體，由烷基胺、二烷基胺或三烷基胺中的任意一種或者它們中的兩種或兩種以上的混合物構(gòu)成。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于在上述混合氣體中還添加有氫分子。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氧原子的氣體。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于在上述混合氣體中還添加有稀有氣體。
44.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于在上述混合氣體中還添加有含氮原子的氣體。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的模具，其特征在于上述含氮原子的氣體是氮分子或氨分子中的任意一種、或者是它們的混合物。
46.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于在上述混合氣體中還添加有碳化氫分子。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的模具，其特征在于上述碳化氫分子是飽和碳化氫分子。
48.根據(jù)權(quán)利要求37所述的模具，其特征在于在上述混合氣體中還混合有含氯原子的氣體、含溴原子的氣體或含碘原子的氣體中的至少一種氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干蝕刻方法、微細結(jié)構(gòu)形成方法、模具及其制造方法。目的在于以實現(xiàn)在利用干蝕刻對含鎢和碳的物質(zhì)形成微小凹凸時的垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀。并且，提供一種在含鎢和碳的物質(zhì)表面具備了垂直剖面形狀或正錐形剖面形狀的微小凹凸的模具。利用從混合氣體生成的等離子體，對含鎢和碳的物體進行蝕刻，該混合氣體由含氟原子的氣體、和含CN結(jié)合及氫原子的氣體構(gòu)成。
文檔編號H01L21/02GK101021010SQ20061010005
公開日2007年8月22日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者中川秀夫, 笹子勝, 村上友康 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社