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WO2005001161A1 - 反応性イオンエッチング用のマスク材料、マスク及びドライエッチング方法 - Google Patents

反応性イオンエッチング用のマスク材料、マスク及びドライエッチング方法 Download PDF

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WO2005001161A1
WO2005001161A1 PCT/JP2004/008232 JP2004008232W WO2005001161A1 WO 2005001161 A1 WO2005001161 A1 WO 2005001161A1 JP 2004008232 W JP2004008232 W JP 2004008232W WO 2005001161 A1 WO2005001161 A1 WO 2005001161A1
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WO
WIPO (PCT)
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mask
silicon
tantalum
reactive ion
ion etching
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2004/008232
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shuichi Okawa
Kazuhiro Hattori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to US10/553,677 priority Critical patent/US20060166506A1/en
Publication of WO2005001161A1 publication Critical patent/WO2005001161A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
    • G11B5/855—Coating only part of a support with a magnetic layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00

Definitions

  • the present invention relates to a reactive ion etching mask material, a mask, and a dry etching method used for, for example, processing a magnetic material.
  • nitrogen-containing compound gas such as NH (ammonia) has been used as a fine processing technology for magnetic materials and the like.
  • Reactive ion etching using CO (—carbon oxide) gas to which is added a reactive gas is known.
  • This reactive ion etching can also be used for processing non-magnetic materials such as Pt (platinum).
  • a transition metal constituting a magnetic material or the like is reacted with CO gas to generate a transition metal carbonyl compound having a low binding energy, and the generated transition metal carbonyl compound is formed.
  • the magnetic material or the like is removed by sputtering to add a desired shape.
  • the nitrogen-containing compound gas is added to suppress the decomposition of CO into c (carbon) and o (oxygen), and to promote the formation of the transition metal carbonyl compound.
  • a mask material for this reactive ion etching a mask material containing Ti (titanium), Mg (magnesium), Al (aluminum), or the like as a constituent component is known (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. -92971). Also, the same applicant as the present application has proposed a mask material containing Ta (tantanole) as a constituent material as a mask material having an extremely low etching rate with respect to a magnetic material and excellent etching selectivity ( For example, refer to JP-A-2001-274144.
  • a reactive ion etching or the like which is a reactive gas using a no- or a logen-based gas, is used in the field of semiconductor manufacturing. Can be.
  • the areal recording density is remarkably improved due to improvements such as miniaturization of magnetic particles constituting the magnetic thin film layer, change of material, and miniaturization of head processing.
  • improvement methods such as miniaturization of these magnetic particles have reached their limits, and as a magnetic recording medium candidate that can achieve a further increase in areal recording density, a magnetic thin film layer with a large number of fine recording
  • a discrete type magnetic recording medium divided into elements has been proposed (for example, see JP-A-9-97419).
  • the power required to process a fine region with a region width of lxm or less is possible by using the dry etching method described above. It was thought.
  • the etching of the mask 108 is slower than that of the other portions because the mask 108 is shaded by the gas of the portion, and a concave portion having a tapered side surface is formed.
  • the effect of such a shift in the processed shape on the characteristics of the product tends to be relatively large, and the taper angle of the side surface is reduced (ie, the side surface is made closer to vertical).
  • the need for dry etching technology is growing.
  • one or more masks are formed on the object to be dried for dry etching of the object to be dried, and the mask is generally also subjected to dry etching to have a tapered side surface. Since the groove having the shape is formed, the concave portion of the mask on the outermost surface is transferred to the target body while gradually narrowing. If the concave portion is excessively narrow, a concave portion having a V-shaped cross section with continuous both side surfaces is formed in the body to be etched, and the etching does not proceed any more, so that the desired depth may not be achieved. For example, in the above-described discrete type magnetic recording medium, a V-groove which is shallower than the thickness of the magnetic thin film layer is formed, and the magnetic thin film layer may not be divided.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and has been made in consideration of the above-described problem, and an object to be subjected to calcination using reactive ion etching using a carbon monoxide gas to which a nitrogen-containing compound gas is added as a reaction gas.
  • An object of the present invention is to provide a dry etching method and the like that can be processed precisely.
  • the present invention provides the above-described method using a material containing silicon and tantalum as a mask material for reactive ion etching using a carbon monoxide gas to which a nitrogen-containing compound gas is added as a reaction gas. We have solved the problem.
  • the taper angle of the side surface of the concave portion formed in the mask is reduced.
  • the taper angle on the side surface of the concave portion of the mask as described above, it is possible to process a fine pattern in which the interval between the concave portions is narrow.
  • the transfer accuracy of the pattern onto the workpiece can be improved.
  • etching proceeds due to a synergistic effect of a physical action of ion collision and a chemical action of a reaction gas.
  • the straightness of ions has been increased to suppress the taper angle on the side surface of the concave portion. That is, the physical action of reactive ion etching is mainly controlled to suppress the taper angle on the side surface of the concave portion.
  • the improvement of ion rectilinearity by adjusting gas pressure and bias power has already reached its limit, and all ions approaching the workpiece could not be oriented completely vertically.
  • the present invention has been conceived with respect to a conventional technique that is considered to increase the physical action of reactive ion etching and improve the straightness of ions to suppress the taper angle of the side surface of the concave portion.
  • the structure is completely different, and while suppressing the physical action of reactive ion etching, the taper angle on the side surface of the concave part is reduced by a method opposite to the conventional reactive ion etching technique of increasing the chemical action. It is thought that.
  • Silicon-based materials that do not contain tantalum are also more likely to react with a halogen-based reaction gas and that etching proceeds more easily than tantalum alone, but one that does not contain tantalum is only one. Even in reactive ion etching using carbon oxide as a reactive gas, etching proceeds easily, and is therefore unsuitable as a mask material.
  • a material containing silicon and tantalum has a sufficient etching resistance in reactive ion etching using carbon monoxide as a reactive gas, and is suitable as a mask material. is there.
  • the inventor of the present invention has stated that, for a material containing silicon and tantalum, the ratio of silicon to the total number of atoms of silicon and tantalum is 50% or less. It was found that by restricting to tantalum, the etching resistance to reactive ion etching using carbon monoxide as a reactive gas was greater than that of tantalum alone. That is, the thickness of the mask can be reduced accordingly, thereby reducing the shadowed portion of the mask and reducing the taper angle of the concave side surface formed on the workpiece.
  • a nitrogen-containing compound gas is added as a reaction gas, characterized by including silicon and tantalum.
  • the ratio of the number of atoms of silicon to the total number of atoms of silicon and the number of atoms of tantalum is greater than 0% and 50% or less.
  • the ratio of the number of silicon atoms to the total number of silicon atoms and tantalum atoms is 10% or more and 30% or less.
  • a reactive ion etching mask comprising the reactive ion etching mask material according to any one of (1) to (6).
  • the mask layer is used as a first mask layer, the first mask layer is formed on the workpiece, and the pattern is formed on the first mask layer.
  • FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of a starting body of a sample according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view schematically showing a structure of a completed sample obtained by processing the same starting material.
  • FIG. 3 is a side view including a partial block diagram schematically showing the structure of a reactive ion etching apparatus used for processing the sample.
  • FIG. 4 is a flowchart showing processing steps of the same sample.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing a shape of a sample in which a resist layer is divided by a pattern.
  • FIG. 6 is a side sectional view schematically showing the shape of a sample from which the second mask layer on the bottom of the groove has been removed.
  • FIG. 7 is a side sectional view schematically showing the shape of a sample from which the first mask layer on the bottom of the groove has been removed.
  • FIG. 8 is a side sectional view schematically showing the shape of a sample in which a magnetic thin film layer is divided.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of silicon in the material of the first mask layer and the selectivity of etching.
  • FIG. 10 is a side sectional view schematically showing an ideal concave shape and an actual concave shape formed by conventional dry etching.
  • the starting body of the sample shown in FIG. 1 is subjected to processing such as dry etching, so that the magnetic thin film layer () has a predetermined line and space pattern as shown in FIG. (Magnetic material) and is characterized by the material of the mask that covers the magnetic thin film layer and the processing steps of the mask.
  • processing such as dry etching
  • the magnetic thin film layer () has a predetermined line and space pattern as shown in FIG. (Magnetic material) and is characterized by the material of the mask that covers the magnetic thin film layer and the processing steps of the mask.
  • the other configuration is the same as the conventional configuration, and the description will be appropriately omitted.
  • the starting material of the sample 10 is such that a magnetic thin film layer 16, a first mask layer 18, a second mask layer In this configuration, a mask layer 20 and a resist layer 22 are formed in this order.
  • the magnetic thin film layer 16 has a thickness of 5 to 30 nm, and is made of a CoCr (cobalt-chromium) alloy.
  • the first mask layer 18 has a thickness of 5 to 50 nm, and is made of a mixture of silicon and tantalum.
  • the ratio of the number of silicon atoms to the total number of silicon atoms and tantalum atoms is about 20 (10./. Or more and 30% or less). /. It is.
  • the second mask layer 20 has a thickness of 5 to 30 nm and is made of Ni (nickel).
  • the resist layer 22 has a thickness of 30 to 300 nm and is made of an electron beam resist (ZEP520 Nippon Zeon).
  • the processing of the sample 10 is performed using a reactive ion etching apparatus or the like as shown in FIG.
  • the reactive ion etching apparatus 30 is a helicon wave plasma type, and includes a diffusion chamber 32, an ESC (electrostatic chuck) stage electrode 34 for mounting the sample 10 in the diffusion chamber 32, And a bell-jar 36 made of quartz for generating plasma.
  • a bias power supply 38 for applying a bias voltage is connected to the ESC stage electrode 34.
  • the bias power supply is an AC power supply having a frequency of 1.6 MHz.
  • the bell-jar 36 made of quartz has a lower end opened into the diffusion chamber 32, and an air supply hole 36A for supplying a reaction gas is provided near the upper center on the hemisphere.
  • An electromagnetic coil 40 and an antenna 42 are provided around a quartz bell jar 36, and a plasma generation power supply 44 is connected to the antenna 42.
  • the plasma generation power supply 44 is an AC power supply having a frequency of 13.56 MHz.
  • a starting body of the sample 10 shown in FIG. 1 is prepared (S102).
  • the starting body of the sample 10 is a glass substrate 12, on which a magnetic thin film layer 16, a first mask layer 18, and a second mask layer 20 are formed in this order by sputtering, and a resist layer 22 is further spin-coated. It is obtained by applying by a method.
  • the starting resist layer 22 of Sample 10 was exposed using an electron beam exposure apparatus (not shown), and developed at room temperature for 5 minutes using ZED-N50 (Zeon Corporation) to remove the exposed portions. And Figure 5 As shown, a number of grooves are formed at fine intervals (S104).
  • the second mask layer 20 on the bottom of the groove is removed using an ion beam etching apparatus (not shown) using Ar (argon) gas (S106).
  • Ar argon
  • CF gas or SF gas (a nitrogen-based gas) is used.
  • the first mask layer 18 on the bottom surface of the groove is removed by reactive ion etching using the (reactive gas) (S108).
  • the sample 10 is placed and fixed on the ESC stage electrode 34, and a bias voltage is applied. Furthermore, when the electromagnetic coil 40 emits a magnetic field and the antenna 42 emits a helicon wave, the helicon wave propagates along the magnetic field, and a high-density plasma is generated inside the bell jar 36 made of quartz. When CF gas or SF gas is supplied from the air supply hole 36A, radicals are generated in the diffusion chamber.
  • the bias power of the bias power supply 38 is adjusted to be low within a range that does not excessively limit the progress of the etching of the first mask layer 18. Since the material of the first mask layer 18 contains silicon which is apt to react with the halogen-based reaction gas, the bias power can be adjusted to a lower value.
  • a narrowing groove is formed on the magnetic thin film layer 16 side, and a tapered side surface with a slight vertical force is formed in the first mask layer 18, but the bias power is adjusted to be lower. Therefore, the taper angle of the side surface of the first mask layer 18 is limited to a small value.
  • the resist layer 22 in the region other than the groove is completely removed.
  • the second mask layer 20 in the region other than the groove is also partially removed, but a small amount remains.
  • the magnetic thin film layer 16 on the bottom surface of the groove is removed using the reactive ion etching apparatus 30 or another reactive ion etching apparatus having a similar structure (S110).
  • the surface of the magnetic thin film layer 16 is carbonylated by diffusing into the interior of the substrate. In addition, ions are induced by the bias voltage to remove the surface of the carbonized magnetic thin film layer 16.
  • a narrowing groove is formed on the substrate 12 side, and a tapered side surface slightly inclined from the vertical direction is formed on the magnetic thin film layer 16.
  • the first mask layer 18 is made of a mixture of silicon and tantalum, and the total number of silicon atoms and tantalum atoms.
  • the ratio of the number of silicon atoms to numbers is about 20 (more than 10./o and less than 30%). / o, as described later, the etching rate for reactive ion etching using C ⁇ ⁇ gas and NH gas as reactive gases.
  • the first mask layer 18 is formed thinner. Therefore, the portion of the first mask layer 18 that is to be shaded is small, and the taper angle of the side surface of the magnetic thin film layer 16 is limited to a small value with respect to the gas approaching with a slight vertical force. That is, even if the pattern is fine, the magnetic thin film layer 16 is precisely processed, and the magnetic thin film layer 16 is divided into a large number of recording elements 16A.
  • the second mask layer 20 in a region other than the groove is completely removed by the reactive ion etching. Further, a part of the first mask layer 18 other than the groove is also removed, but a certain amount remains on the upper surface of the recording element.
  • a recording element is formed by a reactive asshing device (not shown) using CF gas or SF gas.
  • the first mask layer 18 remaining on the upper surface may be removed.
  • the thickness of the first mask layer 18 can be reduced, and the recording element 16A having a small side surface taper angle can be formed.
  • halogen-based reaction gas can be reduced.
  • the taper angle of the side surface of the first mask layer 18 itself can be reduced, and thereby the pattern transfer accuracy can be improved.
  • the taper angle of the side surface of the recording element 16A and the taper angle of the side surface of the first mask layer 18 can be reduced, a fine pattern having a small groove pitch is transferred to the magnetic thin film layer 16. That can be S.
  • the present invention is applied to a case where a C ⁇ gas to which an NH gas is added is used as a reactive gas for reactive ion etching for removing the magnetic thin film layer 16.
  • the magnetic thin film layer 16 may be processed by using a reaction gas, which is not limited to a CO gas to which another nitrogen-containing compound gas such as an amine gas having an action of suppressing the decomposition of C ⁇ is added.
  • a reaction gas which is not limited to a CO gas to which another nitrogen-containing compound gas such as an amine gas having an action of suppressing the decomposition of C ⁇ is added.
  • CF gas or SF gas is used as a reactive gas for reactive ion etching for cleaning the first mask layer 18, but the present invention is not limited to this.
  • the first mask layer 18 may be processed using another halogen-based reaction gas other than the one used.
  • the reactive ion etching apparatus 30 for processing the magnetic thin film layer 16 and the first mask layer 18 is a helicon wave plasma type force.
  • the present invention is not limited to this.
  • Other reactive ion etching systems such as the parallel plate method, magnetron method, dual frequency excitation method, ECR (E1 ectron Cyclotron Resonance) method, and P (Inductively Couplea Plasma) method can be used. .
  • a resist layer 22 and a second mask layer 20 are formed on the first mask layer 18, and the second mask layer 20 is formed using an electron beam exposure apparatus and ion beam etching. If a second mask layer having etching resistance to a halogen-based reaction gas can be formed on the first mask layer 18 with high precision, the first mask
  • the material of the mask layer and the resist layer on the layer 18, the processing method, and the number of layers thereof are not particularly limited. For example, as a method of forming grooves at fine intervals in the resist layer 22, a nano'imprint method may be used instead of the electron beam exposure apparatus.
  • the material of the first mask layer 18 is such that the ratio of the number of silicon atoms to the total number of silicon atoms and tantalum atoms is about 20%. %In Although, the present invention is not limited to this. As long as the mask material is a mixture of silicon and tantalum, regardless of the ratio, reactive ion etching using a halogen-based reaction gas can be performed. By adjusting the setting conditions, the processed shape can be controlled, and the taper angle formed on the mask can be reduced.
  • the etching rate for reactive ion etching can be lower than that of tantalum alone (higher etching resistance), and especially the ratio of the number of silicon atoms is 10. By setting the ratio to / ⁇ or more and 30% or less, the etching rate can be significantly reduced as compared with tantalum alone, which is preferable.
  • the material of the first mask layer 18 is a mask material obtained by mixing silicon and tantalum, but instead of silicon, for example, silicon dioxide or nitride is used. Other silicon-based materials such as silicon may be used. Also, other tantalum-based materials such as tantalum oxide and tantalum nitride may be used instead of tantalum. Further, a compound containing silicon and tantalum may be used. Alternatively, a laminate of a silicon-based material layer and a tantalum-based material layer may be used. In the case of a laminate, the silicon-based material layer may include a tantalum-based material, and the tantalum-based material layer may include a silicon-based material.
  • the sample 10 is a test sample having a configuration in which the magnetic thin film layer 16 is directly formed on the glass substrate 12, but may be a magnetic disk such as a hard disk, a magneto-optical disk, a magnetic tape, a magnetic tape, or the like.
  • the present invention can be applied to various recording media and devices including a magnetic material such as a head.
  • the material of the magnetic thin film layer 16 is a CoCr alloy, but the present invention is not limited to this.
  • an iron group element Co, Fe (iron), Ni
  • a mask material obtained by mixing silicon and tantalum is preferable.
  • a mask material obtained by mixing silicon and tantalum is used for processing a magnetic material, but the present invention is not limited to this. If the material can be processed by reactive ion etching using NH as a reaction gas, for example,
  • a mask material for processing a non-magnetic material such as Pt a mask material obtained by mixing silicon and tantalum is preferable.
  • the ratio of the number of silicon atoms to the sum of the number of silicon atoms and the number of tantalum atoms was set to about 20%. That is, the composition ratio of the number of atoms of tantalum and the number of atoms of silicon was set to about 4: 1.
  • the thickness of the magnetic thin film layer 16 is about 25 nm
  • the thickness of the first mask layer 18 is about 20 nm
  • the thickness of the second mask layer 20 is about 15 nm
  • the thickness of the resist layer 22 is about 25 nm.
  • two starting bodies of Sample 10 were prepared.
  • a pattern having a pitch force S of about 120 nm and a line-to-space ratio of about 1: 1 was used.
  • Exposure and development that is, a pattern having a line width and a space width of about 60 nm and a deviation of about 60 nm resulted in formation of a groove having a vertical side surface.
  • a groove having a tapered side surface was formed in the second mask layer 20, and the space width at the bottom of the groove was about 55 nm (the line width was about 65 nm).
  • a groove having a tapered side surface was also formed in the first mask layer 18.
  • the source power was kept constant at 1000 W, while the bias power was set to different values for the two samples and adjusted to 150 W and 75 W, respectively.
  • the space width was about 23 nm.
  • the bias power was 75 W, the space width at the bottom of the groove was about 38 nm.
  • the stage electrode of the reactive ion etching device used had a diameter of 6 inches.
  • a groove having a tapered side surface was also formed in the magnetic thin film layer 16.
  • the source power was kept constant at 1000 W and the bias power was kept constant at 250 W for all samples.
  • the space width on the bottom surface of the first mask layer 18 was 23 nm, the space width on the bottom surface of the magnetic thin film layer 16 was about 15 nm.
  • the space width on the bottom surface of the first mask layer 18 is 38 nm, the space width on the bottom surface of the magnetic thin film layer 16 is about 29 nm. there were.
  • the ratio of the number of atoms of silicon to the total number of atoms of silicon and the number of atoms of tantalum in Example 1 was set to about 80%. That is, the composition ratio between the number of atoms of tantalum and the number of atoms of silicon was set to about 1: 4.
  • the other conditions were the same as in Example 1 above, and two starting bodies of Sample 10 were produced.
  • a groove having a tapered side surface was formed in the second mask layer 20, and the space width at the bottom was about 55 nm (line width) as in Example 1. Was about 65 nm).
  • the source power is kept constant at 1000 W, while the bias power is set to different values for the two samples, and is set to 150 W and 75 W, respectively.
  • the width of the space at the bottom of the groove was about 15 nm when the bias power was 150 W.
  • the space width at the bottom of the groove was about 45 nm.
  • the space width on the bottom surface of the magnetic thin film layer 16 is about 7 nm. It was. On the other hand, when the space width on the bottom surface of the first mask layer 18 was 45 nm, the space width on the bottom surface of the magnetic thin film layer 16 was about 36 nm.
  • the material of the first mask layer 18 was substantially pure tantalum without silicon.
  • the other conditions were the same as in Example 1 above, and two starting bodies of Sample 10 were produced.
  • a groove having a tapered side surface was formed in the second mask layer 20, and the space width at the bottom was about 55 nm (the line width was about 65 nm). there were.
  • the source power was kept constant at 1000 W, while the bias power was set to different values for the two samples and adjusted to 150 W and 75 W, respectively.
  • the bias power was 150 W
  • the space width at the bottom was about 25 nm.
  • the bias power was 75 W
  • the space width at the bottom was about 25 ⁇ m.
  • Example 1 As described above, the results of Example 1, Example 2, and Comparative Example are shown in comparison with Table 1. [Table 1]
  • the processed shape of the magnetic thin film layer 16 was smaller than that of the comparative example in that the taper angle of the side surface was smaller.
  • the comparative example it was confirmed that even when the bias power was adjusted, the space width was constant and did not change.
  • the first mask layer 18 is formed of a plurality of types of mask materials having different ratios of the number of silicon atoms to the total number of silicon atoms and tantalum atoms, and CO gas and NH gas are formed.
  • the selectivity is a value obtained by dividing the etching rate of the magnetic thin film layer 16 by the etching rate of the first mask layer 18.
  • the ratio of the number of atoms of silicon to the total number of atoms of silicon and the number of atoms of tantalum to the total number of atoms is greater than 0% and 50% or less. If you choose The ratio was larger than 33, which is the selectivity ratio of a mask made of pure tantalum, and it was confirmed that the ratio was favorable as a mask material.
  • the selectivity is 45%.
  • the ratio of the number of atoms of silicon is 10% or more and 30% or less, a selectivity of 50 or more was obtained, and it was confirmed that the ratio was more preferable. It is particularly preferable that the ratio of the number of atoms of silicon is about 20% and the selectivity is about 66.7, which is the maximum.
  • the ratio of the number of atoms of silicon to the total number of atoms of silicon and tantalum exceeds 80%, the vicinity of the upper end of the side surface of the recording element 16A is excessively removed. Even if the pattern, mask thickness, reactive ion etching setting conditions, etc. are adjusted, the recording element 16A may be processed into a rounded shape, making it difficult to perform the desired processing. Therefore, the ratio of the number of atoms of silicon is preferably 80% or less.
  • the region to be etched of the object to be etched is formed by reactive ion etching using carbon monoxide gas to which nitrogen-containing compound gas is added as a reactive gas.

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Abstract

　含窒素化合物ガスが添加された一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングを用いて被加工体のエッチング対象領域を精密に加工することができるドライエッチング方法等を提供する。磁性薄膜層１６を被覆する第１のマスク層１８の材料を、ケイ素と、タンタルと、を含む材料とした。

Description

明 細 書
反応性イオンエッチング用のマスク材料、マスク及びドライエッチング方法 技術分野
[0001] 本発明は、例えば磁性材の加工等に用いられる反応性イオンエッチング用のマス ク材料、マスク及びドライエッチング方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、磁性材等の微細加工技術として、 NH (アンモニア）等の含窒素化合物ガス
3
が添加された CO (—酸化炭素）ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチング (例え ば、特開平 12-322710号公報参照）が知られている。尚、この反応性イオンエッチ ングは、 Pt (白金)等の非磁性材の加工にも用いることができる。
[0003] この反応性イオンエッチングは、磁性材等を構成する遷移金属と COガスとを反応 させて結合エネルギーが小さレ、遷移金属カーボニル化合物を生成し、生成した遷移 金属カーボ二ルイヒ合物をスパッタリング作用で除去して磁性材等を所望の形状に加 ェするものである。尚、含窒素化合物ガスは COが c (炭素）と o (酸素）に分解するこ とを抑制し、遷移金属カーボ二ルイ匕合物の生成を促進するために添加されている。
[0004] この反応性イオンエッチング用のマスク材料としては、 Ti (チタン）、 Mg (マグネシゥ ム）、 Al (アルミニウム）等を構成成分とするマスク材料が知られている（例えば、特開 平 11-92971号公報参照）。又、本出願と同一の出願人は、磁性材に対してエッチ ングレートが著しく低ぐエッチングの選択性に優れたマスク材料として、 Ta (タンタノレ )を構成成分とするマスク材料を提案している（例えば、特開 2001— 274144号公報 参照）。尚、これらのマスク材料で構成されるマスクを所望のパターンに加工する技術 としては、半導体製造の分野で一般的な、ノ、ロゲン系ガスを反応ガスとする反応性ィ オンエッチング等を用いることができる。
[0005] このようなドライエッチングの手法を用いることにより、磁性材等の種々の微細加工 が可能であると考えられてレ、る。
[0006] 例えば、ハードディスク等の磁気記録媒体は、磁性薄膜層を構成する磁性粒子の 微細化、材料の変更、ヘッド加工の微細化等の改良により面記録密度が著しく向上 しているが、これら磁性粒子の微細化等の改良手法は限界にきており、一層の面記 録密度の向上を実現しうる磁気記録媒体の候補として、磁性薄膜層を多数の微細な 記録要素に分割してなるディスクリートタイプの磁気記録媒体が提案されてレ、る（例え ば、特開平 9-97419号公報参照）。このようなディスクリートタイプの磁気記録媒体 を実現するためには領域幅が l x m以下の微細領域の加工が要求される力 上述の ドライエッチングの手法を用いることにより、このような微細加工も可能であると考えら れていた。
[0007] し力 ながら、上記のようなドライエッチングの手法を用いることで、磁性材等に微細 なパターンを形成することはできても、図 10 (A)に示されるような側面 100が垂直な 理想的な形状の凹部 102を形成することは困難で、実際には図 10 (B)に示されるよ うな側面 104がテーパ形状の凹部 106が形成され、所望の加工形状と、実際の加工 形状と、の間に、一定のずれが生じていた。より詳細に説明すると、ドライエッチング では、一部のガスが被カ卩ェ体に対して垂直方向力 若干傾斜して接近し、エツチン グ対象領域の端部はマスク 108から露出していても一部のガスに対してマスク 108の 陰となるため、他の部分よりもエッチングの進行が遅れ、側面がテーパ形状の凹部が 形成されると考えられる。エッチング対象領域の微細化に伴い、このような加工形状 のずれが製品の特性等に及ぼす影響が相対的に大きくなる傾向があり、側面のテー パ角を低減する（即ち側面を垂直に近づける）ドライエッチング技術に対するニーズ が高まっている。
[0008] 又、被カ卩ェ体のドライエッチングのために、被カ卩ェ体には一又は複数のマスクが形 成され、マスクも一般的にドライエッチングでカ卩ェされて側面がテーパ形状の溝が形 成されるため、最表面のマスクの凹部は順次狭まりつつ被カ卩ェ体に転写されることに なる。凹部が過度に狭くなると被カ卩ェ体には両側面が連続した V字断面の凹部が形 成されて、エッチングがそれ以上進行しなくなり、所望の深さまでカ卩ェできないことが ある。例えば、上述のディスクリートタイプの磁気記録媒体では、磁性薄膜層の厚さよ りも浅い V溝が形成され、磁性薄膜層を分割できないことがある。
[0009] 尚、凹部側面のテーパ角を考慮し、最表面のマスクに充分大きな幅の凹部を形成 すれば、このような事態を回避しうるが、パターンが微細で凹部同士の間隔が小さい 場合、最表面で凹部同士が連続し、各凹部を区別して形成できないことがある。
[0010] 更に、マスクにおける凹部側面のテーパ角が大きいと、それだけ被加工体へのパタ ーンの転写精度が低下しやすレ、とレ、う問題がある。 発明の開示
[0011] 本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、含窒素化合物ガスが添 カロされた一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングを用いて被カロェ 体を精密に加工することができるドライエッチング方法等を提供することをその課題と する。
[0012] 本発明は、含窒素化合物ガスが添加された一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応 性イオンエッチング用のマスク材料として、ケィ素と、タンタルと、を含む材料を用いる ことにより、上記課題を解決するに至った。
[0013] 発明者は、本発明に想到する過程において、ドライエッチングのマスク材料として 種々の材料を試行錯誤したところ、ケィ素と、タンタルと、で構成されたマスク材料は
、ハロゲン系ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングで加工する際、バイアスパ ヮ一の値等の設定条件により、加工形状が変化しやすいことを見出した。
[0014] 一例を示すと、反応性イオンエッチングにおけるバイアスパワーを低減すると、マス クに形成される凹部側面のテーパ角が低減した。このようにマスクの凹部側面のテー パ角を低減することで、それだけ凹部同士の間隔が狭い微細なパターンを加工する こと力 Sできる。又、マスクの凹部側面のテーパ角を低減することで、被加工体へのパタ ーンの転写精度を高めることができる。
[0015] このように反応性イオンエッチングの設定条件により、マスクの加工形状が変化する 理由は必ずしも明らかではなレ、が、概ね次のように考えられる。
[0016] 反応性イオンエッチングでは、イオンの衝突という物理的作用と反応ガスの化学的 作用との相乗効果により、エッチングが進行する。従来は、ガス圧の低減、バイアスパ ヮ一の増加等により、イオンの直進性を高めて凹部側面のテーパ角を抑制していた。 即ち、主として反応性イオンエッチングの物理的作用を制御して、凹部側面のテーパ 角を抑制していた。し力 ながら、このようなガス圧、バイアスパワーの調整によるィォ ンの直進性の向上は既に限界にきており、被加工物に対して接近する総てのイオン を完全に垂直方向に指向することはできなかった。
[0017] 一方、ケィ素は、タンタルよりもハロゲン系の反応ガスと反応しやすいため、ケィ素と 、タンタルと、を含むマスク材料は、タンタノレ単体よりも、ハロゲン系ガスの化学的作用 によるエッチングが進行しやすレ、。言い換えれば、物理的作用を多少抑制しても、ェ ツチングが充分進行することになる。化学的作用によるエッチングは等方的に進行す るため、（該マスクの加工のための他の）マスクの陰になる部分のエッチングが促進さ れ、側面のテーパ角が小さくなると考えられる。
[0018] 即ち、反応性イオンエッチングの物理的作用を高め、イオンの直進性を向上させる ことで凹部側面のテーパ角を抑制することが常識とされていた従来の技術に対し、本 発明は着想、構成が全く異なっており、反応性イオンエッチングの物理的作用を抑制 する一方、化学的作用を高めるという従来の反応性イオンエッチングの技術とは逆の 手法で凹部側面のテーパ角が低減されてレ、ると考えられる。
[0019] 尚、タンタルを含まないケィ素系材料も、タンタノレ単体よりも、ハロゲン系の反応ガス と反応しやすくエッチングが進行しやすレ、が、タンタルを含まなレ、ケィ素系材料は一 酸化炭素を反応ガスとする反応性イオンエッチングにおいてもエッチングが進行しや すレ、ためマスク材料として不適当である。
[0020] これに対し、ケィ素と、タンタルと、を含む材料は、一酸化炭素を反応ガスとする反 応性イオンエッチングにおレ、て充分な耐エッチング性を有し、マスク材料として好適 である。
[0021] 更に、発明者は、ケィ素と、タンタルと、を含む材料は、ケィ素の原子数と、タンタル の原子数と、を合計してなる原子数に対するケィ素の比率を 50%以下に制限するこ とにより、一酸化炭素を反応ガスとする反応性イオンエッチングに対する耐エッチング 性がタンタル単体よりも大きくなることを見出した。即ち、それだけマスクの厚さを薄く することができ、これによりマスクの陰になる部分を低減し、被加工体に形成される凹 部側面のテーパ角を低減することができる。
[0022] 即ち、次のような本発明により、上記課題の解決を図ることができる。
[0023] (1)含窒素化合物ガスが添加された一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応性ィォ ンエッチング用のマスク材料であって、ケィ素と、タンタノレと、を含むことを特徴とする 反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[0024] (2)ケィ素とタンタルとの化合物、ケィ素とタンタルとの混合物のいずれかを含むこと を特徴とする前記（1)の反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[0025] (3)ケィ素を含む材料を層状に形成してなるケィ素系材料層と、タンタルを含む材 料を層状に形成してなるタンタル系材料層と、を積層してなる積層体であることを特 徴とする前記（1)又は（2)の反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[0026] (4)ケィ素とタンタルとを含む酸化物、ケィ素とタンタルとを含む窒化物、ケィ素の酸 化物、ケィ素の窒化物、タンタルの酸化物、タンタルの窒化物の少なくとも一の材料 を含むことを特徴とする前記（1)乃至（3)のレ、ずれかの反応性イオンエッチング用の マスク材料。
[0027] (5)ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計してなる原子数に対する前記ケ ィ素の原子数の比率が 0%よりも大きぐ且つ、 50%以下であることを特徴とする前記 (1)乃至（4)のレ、ずれかの反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[0028] (6)ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計してなる原子数に対する前記ケ ィ素の原子数の比率が 10%以上、且つ、 30%以下であることを特徴とする前記（5) の反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[0029] (7)前記（1)乃至（6)のレ、ずれかに記載の反応性イオンエッチング用のマスク材料 で構成されたことを特徴とする反応性イオンエッチング用のマスク。
[0030] (8)前記（1)乃至（6)のレ、ずれかに記載の反応性イオンエッチング用のマスク材料 で構成されたマスク層を被加工体上に所定のパターンで形成するマスク形成工程と 、含窒素化合物ガスが添加された一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応性イオンェ ツチングにより前記被加工体を前記パターンの形状に加工する被加工体加工工程と
、を含むことを特徴とするドライエッチング方法。
[0031] (9)前記マスク形成工程は、前記マスク層を第 1のマスク層として、該第 1のマスク層 を前記被加工体上に成膜し、該第 1のマスク層上に前記パターンで第 2のマスク層を 形成し、ハロゲン系ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングにより前記第 1のマ スク層を前記パターンの形状に加工する工程であることを特徴とする前記（8)のドラ ィエッチング方法。 [0032] (10)前記被加工体として、磁性材を加工することを特徴とする前記（8)又は（9)の ドライエッチング方法。
図面の簡単な説明
[0033] [図 1]本発明の実施形態に係る試料の出発体の構成を模式的に示す側断面図であ る。
[図 2]同出発体を加工して得られる試料の完成体の構造を模式的に示す側断面図で ある。
[図 3]同試料の加工に用いられる反応性イオンエッチング装置の構造を模式的に示 す一部ブロック図を含む側面図である。
[図 4]同試料の加工工程を示すフローチャートである。
[図 5]レジスト層がパターンで分割された試料の形状を示す側断面図である。
[図 6]溝底面の第 2のマスク層が除去された試料の形状を模式的に示す側断面図で ある。
[図 7]溝底面の第 1のマスク層が除去された試料の形状を模式的に示す側断面図で ある。
[図 8]磁性薄膜層が分割された試料の形状を模式的に示す側断面図である。
[図 9]第 1のマスク層の材料のケィ素の比率とエッチングの選択比との関係を示すダラ フである。
[図 10]理想的な凹部形状及び従来のドライエッチングによる実際の凹部形状を模式 的に示す側断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[0035] 本実施形態は、図 1に示される試料の出発体にドライエッチング等の加工を施すこ とにより、図 2に示されるような所定のラインアンドスペースパターンの形状に磁性薄 膜層（磁性材）をカ卩ェするものであり、磁性薄膜層を被覆するマスクの材料、マスクの 加工工程に特徴を有している。他の構成については従来と同様であるので説明を適 宜省略することとする。
[0036] 試料 10の出発体は、ガラス基板 12に、磁性薄膜層 16、第 1のマスク層 18、第 2の マスク層 20、レジスト層 22がこの順で形成された構成である。
[0037] 磁性薄膜層 16は、厚さが 5— 30nmで、材料は CoCr (コバルト-クロム）合金である
[0038] 第 1のマスク層 18は、厚さが 5— 50nmで、材料はケィ素と、タンタノレと、を混合した ものである。又、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に対する ケィ素の原子数の比率は（10。/。以上、且つ、 30%以下の）約 20。/。である。
[0039] 第 2のマスク層 20は、厚さが 5— 30nmで、材料は Ni (ニッケル）である。
[0040] レジスト層 22は、厚さが 30— 300nmで、材料は電子線レジスト（ZEP520 日本ゼ オン社）である。
[0041] 試料 10の加工は、図 3に示されるような反応性イオンエッチング装置等を用いて行 う。
[0042] 反応性イオンエッチング装置 30はへリコン波プラズマ方式であり、拡散チャンバ一 32と、拡散チャンバ一 32内に試料 10を載置するための ESC (静電チャック)ステー ジ電極 34と、プラズマを発生するための石英製ベル'ジャー 36と、を備えている。
[0043] ESCステージ電極 34にはバイアス電圧を印加するためのバイアス電源 38が結線さ れている。尚、バイアス電源は、周波数が 1. 6MHzの交流電源である。
[0044] 石英製ベル.ジャー 36は下端が拡散チャンバ一 32内に開口し、半球面上の上部 中央近傍には反応ガスを給気するための給気孔 36Aが設けられている。又、石英製 ベル'ジャー 36の周囲には、電磁コイル 40と、アンテナ 42が配設され、アンテナ 42 にはプラズマ発生電源 44が結線されている。尚、プラズマ発生電源 44は、周波数が 13. 56MHzの交流電源である。
[0045] 次に、試料 10の加工方法について、図 4に示すフローチャートに沿って説明する。
[0046] まず、図 1に示される試料 10の出発体を用意する（S102)。試料 10の出発体はガ ラス基板 12に、磁性薄膜層 16、第 1のマスク層 18、第 2のマスク層 20を、この順でス パッタリング法により形成し、更にレジスト層 22をスピンコート法で塗布することにより 得られる。
[0047] この試料 10の出発体のレジスト層 22に電子線露光装置（図示省略）を用いて露光 し、 ZED-N50 (日本ゼオン社）を用いて室温で 5分現像して露光部を除去し、図 5に 示されるように微細な間隔で多数の溝を形成する（S 104)。
[0048] 次に、 Ar (アルゴン）ガスを用いたイオンビームエッチング装置（図示省略）を用いて 、図 6に示されるように溝底面の第 2のマスク層 20を除去する（S106)。これにより、 第 1のマスク層 18側に狭まる溝が形成され、第 2のマスク層 20の側面は、垂直方向 力 若干傾斜したテーパ形状となる。尚、この際、溝以外の領域のレジスト層 22も若 干除去される。
[0049] 次に、反応性イオンエッチング装置 30を用いて CFガス又は SFガス（ノヽロゲン系
4 6
の反応ガス）を用いた反応性イオンエッチングにより、図 7に示されるように溝底面の 第 1のマスク層 18を除去する（S108)。
[0050] 具体的には、試料 10を ESCステージ電極 34に載置.固定し、バイアス電圧を印加 する。更に、電磁コイル 40が磁界を発し、アンテナ 42がへリコン波を発するとへリコン 波は磁界に沿って伝播し、石英製ベル'ジャー 36の内部に高密度のプラズマが発生 する。給気孔 36Aから CFガス又は SFガスを供給するとラジカルが拡散チャンバ
4 6 一
32内に拡散して第 1のマスク層 18の表面に付着し、反応する。又、イオンがバイアス 電圧により誘導されて試料 10に衝突し、第 1のマスク層 18の表面を除去する。この際 、第 1のマスク層 18のエッチングの進行を過度に制限しない範囲で、バイアス電源 3 8のバイアスパワーを低めに調節しておく。第 1のマスク層 18は、材料がハロゲン系 反応ガスと反応しやすいケィ素を含んでいるので、バイアスパワーをそれだけ低めに 調節すること力 Sできる。
[0051] これにより、磁性薄膜層 16側に狭まる溝が形成され、第 1のマスク層 18には、垂直 方向力 若干傾斜したテーパ形状の側面が形成されるが、バイアスパワーを低めに 調節しているので、第 1のマスク層 18の側面のテーパ角は小さく制限される。尚、ここ で、溝以外の領域のレジスト層 22は完全に除去される。又、溝以外の領域の第 2の マスク層 20も一部除去されるが若干量が残存する。
[0052] 次に、反応性イオンエッチング装置 30又は同様の構造の他の反応性イオンエッチ ング装置を用いて図 8に示されるように溝底面の磁性薄膜層 16を除去する（S110)。
[0053] 反応性イオンエッチング装置 30を用いる場合を例として具体的に説明すると、上記 の第 1のマスク層 18の反応性イオンエッチングにおける CFガス又は SFガスに代え て給気孔 36Aから COガス及び NHガスを供給するとラジカルが拡散チャンバ
3 一 32 内に拡散して磁性薄膜層 16の表面をカーボニル化する。又、イオンがバイアス電圧 により誘導されて、カーボニル化された磁性薄膜層 16の表面を除去する。
[0054] これにより、基板 12側に狭まる溝が形成され、磁性薄膜層 16には、垂直方向から 若干傾斜したテーパ形状の側面が形成される。
[0055] ここで、第 1のマスク層 18は、材料がケィ素と、タンタノレと、を混合したものであり、且 つ、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に対するケィ素の原 子数の比率が（10。/o以上、且つ、 30%以下の）約 20。/oであり、後述するように C〇ガ ス及び NHガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングに対するエッチングレート
3
が低レ、（耐エッチング性が高レ、）ので、それだけ第 1のマスク層 18は薄く形成されて いる。従って、垂直方向力 若干傾斜して接近するガスに対し、第 1のマスク層 18の 陰となる部分は小さぐ磁性薄膜層 16の側面のテーパ角はそれだけ小さく制限され る。即ち、パターンが微細であっても、磁性薄膜層 16は精密に加工され、磁性薄膜 層 16が多数の記録要素 16Aに分割される。
[0056] 尚、この反応性イオンエッチングにより、溝以外の領域の第 2のマスク層 20が完全 に除去される。又、溝以外の領域の第 1のマスク層 18も一部が除去されるが一定量 が記録要素の上面に残存する。
[0057] 次に、 CFガス又は SFガスを用いた反応性イオンエッチングにより、図 8に示され
4 6
るように記録要素 16Aの上面に残存する第 1のマスク層 18を完全に除去する（S112 )。尚、 CFガス又は SFガスを用いた反応性アツシング装置（図示省略）で記録要素
4 6
の上面に残存する第 1のマスク層 18を除去してもよい。
[0058] これにより、試料 10の加工が完了する。
[0059] 以上のように、磁性薄膜層 16を被覆する第 1のマスク層 18の材料として、 COガス 及び NHガスからなる反応ガスを用いた反応性イオンエッチングに対するエッチング
3
レートが低いケィ素及びタンタルで構成された材料を用いることで、第 1のマスク層 18 の厚さを薄くすることができ、側面のテーパ角が小さい記録要素 16Aを形成すること ができる。
[0060] 又、ケィ素及びタンタルで構成された材料を用いることで、ハロゲン系の反応ガスを 用いた反応性イオンエッチングの設定条件を調節し、第 1のマスク層 18自体の側面 のテーパ角を低減でき、これによりパターンの転写精度を高めることができる。
[0061] 更に、記録要素 16Aの側面のテーパ角、第 1のマスク層 18の側面のテーパ角、を 低減することができるので、溝のピッチが小さい微細なパターンを磁性薄膜層 16に 転写すること力 Sできる。
[0062] 尚、本実施形態において、磁性薄膜層 16をカ卩ェするための反応性イオンエツチン グの反応ガスとして NHガスが添加された C〇ガスを用いている力 本発明はこれに
3
限定されるものではなぐ C〇の分解を抑制する作用を有するアミン類ガス等の他の 含窒素化合物ガスが添加された COガスを反応ガスを用いて磁性薄膜層 16を加工し てもよい。
[0063] 又、本実施形態において、第 1のマスク層 18をカ卩ェするための反応性イオンエッチ ングの反応ガスとして CFガス又は SFガスを用いているが、本発明はこれに限定さ
4 6
れるものではなぐ他のハロゲン系の反応ガスを用いて第 1のマスク層 18を加工して あよい。
[0064] 又、本実施形態において、磁性薄膜層 16、第 1のマスク層 18を加工するための反 応性イオンエッチング装置 30はヘリコン波プラズマ方式である力 本発明はこれに限 定されるものではなぐ平行平板方式、マグネトロン方式、 2周波励磁方式、 ECR (E1 ectron Cyclotron Resonance)方式、 上し P (Inductively Couplea Plasma) 方式等、他の方式の反応性イオンエッチング装置を用いてもょレ、。
[0065] 又、本実施形態において、レジスト層 22及び第 2のマスク層 20を第 1のマスク層 18 上に形成し、電子線露光装置及びイオンビームエッチングを用いて第 2のマスク層 2 0を所定のパターンに形成している力 ハロゲン系の反応ガスに対して耐エッチング 性を有する第 2のマスク層を第 1のマスク層 18上に高精度で形成することができれば 、第 1のマスク層 18上のマスク層、レジスト層の材料、加工方法及びこれらの積層数 は特に限定されない。例えば、レジスト層 22に微細な間隔で溝を形成する方法として 、電子線露光装置に代えて、ナノ'インプリント法を用いてもよい。
[0066] 又、本実施形態において、第 1のマスク層 18の材料は、ケィ素の原子数と、タンタ ルの原子数と、を合計した原子数に対するケィ素の原子数の比率が約 20%であるが 、本発明はこれに限定されるものではなぐケィ素と、タンタルと、を混合してなるマス ク材料であれば、その比率に拘らず、ハロゲン系の反応ガスを用いた反応性イオンェ ツチングの設定条件を調節することで、加工形状を制御することが可能であり、マスク に形成されるテーパ角を低減することができる。
[0067] 尚、後述するように、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に 対するケィ素の原子数の比率を 50%以下とすれば、 C〇及び NHを反応ガスとする
3
反応性イオンエッチングに対するエッチングレートをタンタル単体よりも低く（耐エッチ ング性を高く）でき、特にケィ素の原子数の比率を 10。/ο以上、且つ、 30%以下とする ことで、タンタル単体よりもエッチングレートを大幅に低くすることができ、好ましい。
[0068] 又、本実施形態において、第 1のマスク層 18の材料は、ケィ素と、タンタノレと、を混 合してなるマスク材料であるが、ケィ素に代えて、例えば二酸化ケイ素、窒化ケィ素 等の他のケィ素系の材料を用いてもよい。また、タンタルに代えて、例えば酸化タンタ ノレ、窒化タンタル等の他のタンタル系材料を用いてもよレ、。また、ケィ素とタンタルと を含む化合物を用いてもよい。また、ケィ素系材料の層とタンタル系材料の層との積 層体でもよい。尚、積層体の場合、ケィ素系材料の層がタンタル系材料を含んでいて もよぐタンタル系材料の層がケィ素系材料を含んでいてもよい。この場合も、ハロゲ ン系の反応ガスを用いた反応性イオンエッチングの設定条件を調節することで、マス クの加工形状を制御し、マスクに形成されるテーパ角を低減することが可能である。 又、 CO及び ΝΗを反応ガスとする反応性イオンエッチングに対するエッチングレート
3
をタンタル単体よりも低くすることもできる。
[0069] 又、本実施形態において、試料 10はガラス基板 12に磁性薄膜層 16を直接形成し た構成の試験用の試料であるが、ハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、 磁気テープ、磁気ヘッド等、磁性材を有して構成される種々の記録媒体、装置の加 ェに本発明を適用可能であることは言うまでもない。
[0070] 又、本実施形態において、磁性薄膜層 16の材質は CoCr合金であるが、本発明は これに限定されるものではなぐ例えば、鉄族元素（Co、 Fe (鉄）、 Ni)を含む他の合 金、これらの積層体等の他の材質の磁性材の加工のためのマスク材料としても、ケィ 素と、タンタノレと、を混合してなるマスク材料は好適である。 [0071] 又、本実施形態において、ケィ素と、タンタルと、を混合してなるマスク材料を磁性 材の加工のために用いているが、本発明はこれに限定されるものではなぐ CO及び NHを反応ガスとする反応性イオンエッチングで加工可能な材料であれば、例えば
3
Pt等の非磁性材の加工のためのマスク材料としても、ケィ素と、タンタノレと、を混合し てなるマスク材料は好適である。
[0072] (例 1)
上記実施形態のとおり、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数 に対するケィ素の原子数の比率を約 20%とした。即ち、タンタルの原子数と、ケィ素 の原子数と、の組成比率を約 4 : 1とした。
[0073] 又、磁性薄膜層 16の厚さを約 25nm、第 1のマスク層 18の厚さを約 20nm、第 2の マスク層 20の厚さを約 15nm、レジスト層 22の厚さを約 130nmとし、試料 10の出発 体を 2個作製した。
[0074] レジスト層 22に、ピッチ力 S約 120nm、ラインとスペースとの比率が約 1： 1のパターン
(即ちライン幅、スペース幅がレ、ずれも約 60nmのパターン）を露光 ·現像したところ、 側面が垂直な溝が形成された。
[0075] 第 2のマスク層 20には、側面がテーパ形状の溝が形成され、溝底面のスペース幅 は約 55nm (ライン幅は約 65nm)であった。
[0076] 第 1のマスク層 18にも側面がテーパ形状の溝が形成された。第 1のマスク層 18の 加工において、ソースパワーは 1000Wで一定に保持する一方、バイアスパワーは 2 つの試料について異なる値とし、それぞれ 150W、 75Wに調節したところ、バイアス パワーが 150Wの場合、溝底面のスペース幅は約 23nmであった。一方、バイアスパ ヮ一が 75Wの場合、溝底面のスペース幅は約 38nmであった。尚、反応性イオンェ ツチング装置のステージ電極は直径 6インチのものを用いた。
[0077] 磁性薄膜層 16にも側面がテーパ形状の溝が形成された。尚、磁性薄膜層 16の加 ェにおいては、いずれの試料についてもソースパワーを 1000W、バイアスパワーを 2 50Wで一定に保持した。第 1のマスク層 18の底面のスペース幅が 23nmの場合、磁 性薄膜層 16の底面のスペース幅は約 15nmであった。一方、第 1のマスク層 18の底 面のスペース幅が 38nmの場合、磁性薄膜層 16の底面のスペース幅は約 29nmで あった。
[0078] (例 2)
上記例 1に対し、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に対す るケィ素の原子数の比率を約 80%とした。即ち、タンタルの原子数と、ケィ素の原子 数と、の組成比率を約 1 : 4とした。その他の条件は、上記例 1と同様とし、試料 10の 出発体を 2個作製した。レジスト層 22、第 2のマスク層 20を加工したところ、第 2のマ スク層 20には、側面がテーパ形状の溝が形成され、例 1と同様に底面のスペース幅 は約 55nm (ライン幅は約 65nm)であった。
[0079] 又、例 1と同様に、第 1のマスク層 18の加工において、ソースパワーは 1000Wで一 定に保持する一方、バイアスパワーは 2つの試料について異なる値とし、それぞれ 15 0W、 75Wに調節したところ、バイアスパワーが 150Wの場合、溝底面のスペース幅 は約 15nmであった。一方、バイアスパワーが 75Wの場合、溝底面のスペース幅は 約 45nmであった。
[0080] 又、磁性薄膜層 16にも側面がテーパ形状の溝が形成され、第 1のマスク層 18の底 面のスペース幅が 15nmの場合、磁性薄膜層 16の底面のスペース幅は約 7nmであ つた。一方、第 1のマスク層 18の底面のスペース幅が 45nmの場合、磁性薄膜層 16 の底面のスペース幅は約 36nmであった。
[0081] (比較例）
上記例 1に対し、第 1のマスク層 18の材料をケィ素を含まなレ、、ほぼ純粋なタンタル とした。その他の条件は、上記例 1と同様とし、試料 10の出発体を 2個作製した。レジ スト層 22、第 2のマスク層 20を加工したところ、第 2のマスク層 20には、側面がテーパ 形状の溝が形成され、底面のスペース幅は約 55nm (ライン幅は約 65nm)であった。
[0082] 例 1と同様に、第 1のマスク層 18の加工において、ソースパワーは 1000Wで一定 に保持する一方、バイアスパワーは 2つの試料について異なる値とし、それぞれ 150 W、 75Wに調節したところ、バイアスパワーが 150Wの場合、底面のスペース幅は約 25nmであった。一方、バイアスパワーが 75Wの場合も、底面のスペース幅は約 25η mであった。
[0083] 以上、例 1、例 2及び比較例の結果を表 1に対比して示す。 [0084] [表 1]
Figure imgf000016_0001
[0085] 例 1、例 2では、比較例に対して、磁性薄膜層 16の加工形状を、側面のテーパ角が 小さいものとすることができた。また、例 1、例 2では、バイアスパワーを調節することで 、側面のテーパ角が小さくなることが確認された。一方、比較例ではバイアスパワーを 調節しても、スペース幅は一定で変化しないことが確認された。
[0086] (例 3)
ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に対するケィ素の原子 数の比率が異なる複数種類のマスク材料で第 1のマスク層 18を形成し、 COガス及び NHガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングにおける、第 1のマスク層 18の選 択比を測定したところ図 9に示されるような結果が得られた。ここで、選択比は、磁性 薄膜層 16のエッチング速度を第 1のマスク層 18のエッチング速度で除した値である
[0087] 図 9に示されるように、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数 に対するケィ素の原子数の比率が 0%よりも大きぐ且つ、 50%以下であれば、選択 比は、純粋なタンタルを材料とするマスクの選択比である 33よりも大きくなり、マスク材 料として好ましレ、比率であることが確認された。
[0088] 又、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に対するケィ素の原 子数の比率が 5%以上、且つ、 40%以下であれば、選択比が 45以上となり更に好ま しぐ特に、ケィ素の原子数の比率が 10%以上、且つ、 30%以下であれば、 50以上 の選択比が得られ、一層好ましい比率であることが確認された。尚、ケィ素の原子数 の比率が約 20%で選択比は約 66. 7で最大となり、特に好ましい。
[0089] 尚、ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計した原子数に対するケィ素の原 子数の比率が 80%を超えると、記録要素 16Aの側面上端近傍が過度に除去される 傾向があり、パターン、マスクの膜厚、反応性イオンエッチングの設定条件等を調整 しても、記録要素 16Aが丸みを帯びた形状に加工され、所望の加工が困難となる場 合があるため、ケィ素の原子数の比率は 80%以下が好ましい。
産業上の利用可能性
[0090] 以上説明したように、本発明によれば、含窒素化合物ガスが添加された一酸化炭 素ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングを用いて被カ卩ェ体のエッチング対象 領域を精密に加工することが可能となるという優れた効果がもたらされる。

Claims

請求の範囲
[1] 含窒素化合物ガスが添加された一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応性イオンェ ツチング用のマスク材料であって、
ケィ素と、タンタノレと、を含むことを特徴とする反応性イオンエッチング用のマスク材 料。
[2] 請求項 1において、
ケィ素とタンタルとの化合物、ケィ素とタンタルとの混合物のレ、ずれかを含むことを 特徴とする反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[3] 請求項 1又は 2において、
ケィ素を含む材料を層状に形成してなるケィ素系材料層と、タンタルを含む材料を 層状に形成してなるタンタル系材料層と、を積層してなる積層体であることを特徴とす る反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[4] 請求項 1乃至 3のいずれかにおいて、
ケィ素とタンタルとを含む酸化物、ケィ素とタンタルとを含む窒化物、ケィ素の酸化 物、ケィ素の窒化物、タンタルの酸化物、タンタルの窒化物の少なくとも一の材料を 含むことを特徴とする反応性イオンエッチング用のマスク材料。
[5] 請求項 1乃至 4のいずれかにおいて、
ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計してなる原子数に対する前記ケィ 素の原子数の比率が 0%よりも大きぐ且つ、 50%以下であることを特徴とする反応 性イオンエッチング用のマスク材料。
[6] 請求項 5において、
ケィ素の原子数と、タンタルの原子数と、を合計してなる原子数に対する前記ケィ 素の原子数の比率が 10%以上、且つ、 30%以下であることを特徴とする反応性ィォ ンエッチング用のマスク材料。
[7] 請求項 1乃至 6のいずれかに記載の反応性イオンエッチング用のマスク材料で構 成されたことを特徴とする反応性イオンエッチング用のマスク。
[8] 請求項 1乃至 6のいずれかに記載の反応性イオンエッチング用のマスク材料で構 成されたマスク層を被加工体上に所定のパターンで形成するマスク形成工程と、含 窒素化合物ガスが添加された一酸化炭素ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチ ングにより前記被加工体を前記パターンの形状に加工する被加工体加工工程と、を 含むことを特徴とするドライエッチング方法。
[9] 請求項 8において、
前記マスク形成工程は、前記マスク層を第 1のマスク層として、該第 1のマスク層を 前記被力卩ェ体上に成膜し、該第 1のマスク層上に前記パターンで第 2のマスク層を形 成し、ハロゲン系ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチングにより前記第 1のマス ク層を前記パターンの形状に加工する工程であることを特徴とするドライエッチング 方法。
[10] 請求項 8又は 9において、
前記被加工体として、磁性材を加工することを特徴とするドライエッチング方法。
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