干蚀刻方法、微细结构形成方法、模板及模板的制造方法

专利名称：干蚀刻方法、微细结构形成方法、模板及模板的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种对含钨(W)和碳(C)的物质进行微细加工的技术和以含钨(W)和碳(C)的物质为构成要素的模板及其形成方法。进一步涉及一种适合用以钨和碳为主要成份的硬质合金作为形成材料来制造具有微细图案的成形模板的方法。
背景技术：
近年来，伴随着因特网的普及，作为高速通信设施，光通信系统的必要性越来越高。要想将该高速通信系统引入到一般家庭并进一步进行普及，需要的就是能够实现构成光通信系统的光电路部件的低价格化的技术。
一般情况下，为光电路部件的主要构成要素的光波导管，是利用由半导体制造工艺所代表的光刻技术和干蚀刻技术在玻璃基板上形成所希望的沟图案而制造出来的。但是，因为在该方法下需要高价的制造装置，所以难以实现光波导管部件的低价格化。这是一个问题。因此，专利文献1中所叙述的方法引人注目，即通过将形成有所希望的凹凸构造的模板(所谓的模具)压入由玻璃形成的软化材料表面，而在玻璃表面上形成所希望的光波导管等。根据该方法，只要有模板，就能够大批量生产所希望的光波导管，从而能够低价提供光电路部件。但是，因为该玻璃形成方法需要在高温高压状态下进行，所以要求模板具有耐热性、刚性以及耐久性。以是硬质金属的钨(W)和碳(C)为主要成份的WC合金就是能够满足该条件的材料。
专利文献1中所叙述的使用金刚石车刀的切削加工方法就是在WC合金表面形成微细图案的方法，但是在该加工方法下刻入模板上的凹凸尺寸在几微米以上，而且，在该加工方法下的加工均匀性也有一定的限度。作为不仅实现在用金刚石车刀进行的切削加工所能够实现的凹凸尺寸范围的加工、还能实现1微米以下的凹凸尺寸的加工的方法，利用光刻技术和干蚀刻技术的微细加工技术很有效。在该方法下，不仅能够形成微小凹凸，加工偏差也小，制造模板的成本也比用金刚石车刀的切削加工法要低。这些都是有利之处。
专利文献2中公开了能够用CF4或者SF6对WC合金进行干蚀刻这一WC合金的干蚀刻技术。
下面，参考图6(a)及图6(b)说明现有的干蚀刻方法。如图6(a)所示，在能够在减压状态下保持压力的反应室101中设置有供气口102和排气口103。在反应室101的上部，设置有将从供气口102供来的气体变为等离子体状态的等离子体产生装置104。在反应室101的下部，隔着绝缘体105设置有电极106，该电极106成为被处理物，具体而言，就是WC合金基板或者表面上具有WC合金的基板(以下统称为WC基板)107的放置台。在反应室101外部，设置有用以将偏压施加给电极106的RF(射频波)电源108。
接着，以用CF4作蚀刻气体的情况为例，对图6(a)所示的蚀刻装置的工作情况进行说明。如图6(a)所示，从供气口102将CF4供到反应室101内，利用等离子体装置104生成由CF4形成的等离子体150，同时，利用RF电源108将RF偏压施加给WC基板107。结果是，在等离子体150中，生成了C、F或者CFn(n＝1～4)的游离基109以及它们的离子110。这里，通常情况下，在用于干蚀刻的等离子体150中，由等离子体150生成的原子数/分子数比率是F＞CFn＞＞C。游离基109朝着各个方向均匀地扩散并到达WC基板107。但因为离子110在等离子体150和WC基板107之间被加速，所以大致垂直着入射到WC基板107。特别是，在含氟原子的氟离子F+及CFn+离子入射到WC基板107的情况下，切断WC的结合，W作为WFx(x＝1～6)放出。另一方面，C作为CFy(y＝1～4)再次放出。
参考图6(b)，进一步详细地说明WC基板表面的蚀刻反应。如图6(b)所示，WC基板111上形成有抗蚀图案112。以抗蚀图案112作为掩模，使用F+或者CF+的离子113a和113b对WC基板111进行蚀刻的话，构成WC基板111的钨便作为WFx(x＝1～6)114放出。此时，通过蚀刻形成的WC基板111的图案侧壁由于下述理由而成为弓箭形状，也就是说，弯曲(bowing)形状。
在对WC基板111进行蚀刻的过程中，几乎所有的离子都和离子113a那样，基本垂直地入射到WC基板111中，但因为离子基本上具有能量扩散(离子能量角度分布)，所以如离子113b那样，存在有斜着入射到WC基板111的离子。因此，通过垂直地入射到WC基板111的离子113a，则在以抗蚀图案112作为蚀刻掩模的时候便能实现对WC基板111的各向异性(垂直)蚀刻。然而，因为斜着入射到WC基板111的离子113b的碰撞，WC基板111的图案侧壁被蚀刻，结果是该图案侧壁成为图6(b)所示的弯曲形状。
接着，参考图7(a)到图(d)，说明现有的WC合金的微细结构形成方法以及利用该方法的模板的制造方法。
如图7(a)所示，准备好WC合金基板121之后，如图7(b)所示，在WC合金基板121上形成抗蚀图案122。抗蚀图案122，通常是利用光刻技术形成。接着，如图7(c)所示，以抗蚀图案122为掩模对WC合金基板121进行图案复印。此时，是利用干蚀刻技术进行图案复印。
若利用所述现有干蚀刻技术，因为等离子体中入射到WC合金基板121的离子123的入射方向扩散，所以除了垂直入射到WC合金基板121表面的成份A以外，还存在带着角度斜着入射到该表面的成份，亦即斜入射成份B及C。因此，WC合金基板121的图案侧壁被这些斜入射离子蚀刻的结果是，蚀刻剖面形状成为所谓的弯曲形状，如图7(c)所示。
接着，通过灰化除去抗蚀图案122之后，进行清洗工作。这样一来，便形成由表面及内部具有凹凸构造的WC合金基板121形成的模板，如图7(d)所示。
补充说明一下，作为使用模板进行加工的现有技术，有S.Y.Chou等所提议的纳米压印光刻技术(参考例如专利文献3及非专利文献1)等纳米压印法等这样的技术。纳米压印法，是通过将模板压入形成在半导体晶片上的抗蚀薄膜中而来形成微细抗蚀图案的技术，其目的在于形成最小尺寸是纳米级的微细图案，是现在正处于开发中的技术。在纳米压印法所用的现有模板的微细结构形成部分，使用了容易加工的SiO2膜或者Si3N4膜等。
专利文献1特许第3152831号公报专利文献2特开平1-98229号公报专利文献3美国特许5772905号公报非专利文献1Stephen Y.Chou等、Appl.Phys.Lett.，Vol.67、1995年、P3114-3116专利文献4特开平2-94520号公报发明内容发明要解决的问题 但是，在现有的利用CF4或者SF6的干蚀刻方法中，如上所述，因为不仅是图案底部被蚀刻，图案侧壁也被蚀刻，使该图案侧壁成为弯曲形状，所以无法得到垂直蚀刻形状，也就不能进行高性能加工。这是一个问题。另一个问题就是，利用现有干蚀刻方法进行加工时，WC合金表面及其内部不能形成高精度的微细结构。结果是，存在着不能制造具有高精度微细结构的WC合金模板这一大问题。
本发明正是为解决上述问题而研究开发出来的，其目的在于提供一种能够防止图案侧壁被蚀刻而实现垂直蚀刻形状的WC合金的干蚀刻方法。本发明的另一目的在于提供一种能够在WC合金表面及其内部形成垂直形状的高精度微细结构的微细结构形成方法。本发明的又一目的在于提供一种具有高精度微细结构的WC合金模板及其制造方法。
用以解决问题的技术方案 为达成所述目的，本发明所涉及的干蚀刻方法，使用由含氯原子的气体生成的等离子体对含钨和碳的物体进行蚀刻。
根据本发明的干蚀刻方法，能够进行能在含钨和碳的物体的表面及其内部实现无弯曲形状的高精度垂直形状或者高精度正梯形形状的蚀刻加工。补充说明一下，WC合金或者以WC合金为主要成份(W、C的合计组成比率是原子百分比在50％以上)的物体等，可作为含钨和碳的物体。
在本发明的干蚀刻方法中，最好是，所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以供气等时很容易处理，同时，能够借助等离子体放电高效地生成氯。
在本发明的干蚀刻方法中，最好是，所述等离子体由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。在这种情况下，最好是，所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中两种以上的混合物。这样一来，就能高效地供氧。
在本发明的干蚀刻方法中，最好是，所述含氯原子的气体含氧原子。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。
在本发明的干蚀刻方法中，最好是，所述等离子体由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。这样一来，便能通过惰性气体的添加效果而使等离子体放电进一步稳定化。因此，很容易扩大所谓的制造工艺窗(能适用的工艺条件宽度)。
在本发明的干蚀刻方法中，所述等离子体，可以由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。所述含卤素原子的气体，可以是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。具体而言，在让含氟原子的气体混合的情况下，不会损害利用氯的垂直形状加工特性，同时能够借助氟的效果使蚀刻速率提高。而且，在使含溴原子的气体或者含碘原子的气体混合的情况下，能够借助溴或者碘的效果增大对加工部分侧壁的保护效果。因此，不仅能够实现垂直形状加工，还能够实现正梯形形状加工。
在本发明的干蚀刻方法中，所述含氯原子的气体还可以含氟原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ClF2Br或者ClF2I等。
在本发明的干蚀刻方法中，所述含氯原子的气体还可以含氯原子以外的卤素原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等。
本发明所涉及的微细结构形成方法，包括在含钨和碳的物体上形成掩模图案的工序，以及使用所述掩模图案利用由含氯原子的气体生成的等离子体对所述物体进行蚀刻的工序。
根据本发明的微细结构形成方法，能够进行能够在含钨和碳的物体的表面及其内部实现无弯曲形状的高精度垂直形状或者高精度正梯形形状的蚀刻加工。
在本发明的微细结构形成方法中，最好是，所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以供气等时很容易处理，同时，能够借助等离子体放电高效地生成氯。因此，能够更加廉价地对含钨和碳的物体进行高精度垂直形状加工。
在本发明的微细结构形成方法中，最好是，所述等离子体由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。所以能够高速地对该物体进行高精度垂直形状加工。在这种情况下，最好是，所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中两种以上的混合物。这样一来，就能高效地供氧。正因为如此，也就能稳定地且高速地对含钨和碳的物体进行高精度垂直形状加工。
在本发明的微细结构形成方法中，最好是，所述含氯原子的气体含氧原子。这样一来，通过加氧效果对含钨和碳的物体的蚀刻速率就提高。正因为如此，也就能高速地对该物体进行高精度垂直形状加工。
在本发明的微细结构形成方法中，最好是，所述等离子体由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。这样一来，便能通过惰性气体的添加效果而使等离子体放电进一步稳定化。正因为如此，也就能对含钨和碳的物体稳定地进行高精度垂直形状加工。
在本发明的微细结构形成方法中，所述等离子体，可以由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。所述含卤素原子的气体，可以是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。具体而言，在让含氟原子的气体混合的情况下，不会损害利用氯的垂直形状加工特性，同时能够借助氟的效果使蚀刻速率提高。正因为如此，便能够以更高的速度对含钨和碳的物体进行高精度垂直形状加工。而且，在使含溴原子的气体或者含碘原子的气体混合的情况下，能够借助溴或者碘的效果增大对加工部分侧壁的保护效果。正因为如此，不仅能够实现高精度垂直形状加工，还能够实现高精度正梯形形状加工。
在本发明的微细结构形成方法中，所述含氯原子的气体还可以含氟原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ClF2Br或者ClF2I等。
在本发明的微细结构形成方法中，所述含氯原子的气体还可以含氯原子以外的卤素原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等。
本发明所涉及的模板制造方法，是使用由含氯原子的气体生成的等离子体，将含钨和碳的物体加工成模板。
根据本发明的模板制造方法，因为是使用本发明的干蚀刻方法的模板制造方法，所以能够制造出由含钨和碳的物体形成且所包括的微小凹凸具有垂直剖面形状或者正梯形剖面形状的模板。
在本发明的模板制造方法中，最好是，所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以供气等时很容易处理，同时，能够借助等离子体放电高效地生成氯。正因为如此，便能够更加廉价地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板制造方法中，最好是，所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。正因为如此，便能够高速地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。在这种情况下，最好是，所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中两种以上的混合物。这样一来，就能高效地供氧。正因为如此，便能够稳定且高速地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板制造方法中，最好是，所述含氯原子的气体含氧原子。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。正因为如此，便能够高速地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板制造方法中，最好是，所述等离子体由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。这样一来，便能通过惰性气体的添加效果而使等离子体放电进一步稳定化。正因为如此，便能够更加稳定地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板制造方法中，所述等离子体，可以由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。所述含卤素原子的气体，可以是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。具体而言，在让含氟原子的气体混合的情况下，不会损害利用氯的垂直形状加工特性，同时能够借助氟的效果使蚀刻速率提高。正因为如此，便能够更加高速地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。而且，在使含溴原子的气体或者含碘原子的气体混合的情况下，能够借助溴或者碘的效果增大对加工部分侧壁的保护效果。正因为如此，不仅能制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板，还能制造出所包括的微小凹凸具有高精度正梯形形状的侧壁的模板。
在本发明的模板制造方法中，所述含氯原子的气体还可以含氟原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ClF2Br或者ClF2I等。
在本发明的模板制造方法中，所述含氯原子的气体还可以含氯原子以外的卤素原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等。
本发明所涉及的模板，是使用由含氯原子的气体生成的等离子体对含钨和碳的物体进行成形加工制造出的。
根据本发明的模板，因为是使用本发明的干蚀刻方法制造出的模板，所以能够制造出由含钨和碳的物体形成且所包括的微小凹凸具有垂直剖面形状或者正梯形剖面形状的模板。
在本发明的模板中，最好是，所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以供气等时很容易处理，同时，能够借助等离子体放电高效地生成氯。正因为如此，便能够更加廉价地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板中，最好是，所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。正因为如此，便能够高速地制造、提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。在这种情况下，最好是，所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中两种以上的混合物。这样一来，就能高效地供氧。正因为如此，便能够稳定且高速地制造、提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板中，最好是，所述含氯原子的气体含氧原子。这样一来，就能通过加氧效果提高对含钨和碳的物体的蚀刻速率。正因为如此，便能够高速地制造、提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板中，最好是，所述等离子体由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。这样一来，便能通过惰性气体的添加效果而使等离子体放电进一步稳定化。正因为如此，便能够更加稳定地制造、提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。
在本发明的模板中，所述等离子体，可以由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。所述含卤素原子的气体，可以是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。具体而言，在让含氟原子的气体混合的情况下，不会损害利用氯的垂直形状加工特性，同时能够借助氟的效果使蚀刻速率提高。正因为如此，便能够更加高速地制造、提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。而且，在使含溴原子的气体或者含碘原子的气体混合的情况下，能够借助溴或者碘的效果增大对加工部分侧壁的保护效果。正因为如此，不仅能提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板，还能提供所包括的微小凹凸具有高精度正梯形形状的侧壁的模板。
在本发明的模板中，所述含氯原子的气体还可以含氟原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ClF2Br或者ClF2I等。
在本发明的模板中，所述含氯原子的气体还可以含氯原子以外的卤素原子。具体而言，可以使用ClF3、CClF3、CCl3F、CCl2F2、ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等。
本发明所涉及的另一种干蚀刻方法，使用由将含碘原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，对由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料进行蚀刻。
本发明所涉及的另一种成形模板(模板)的制造方法，是包括在由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料的表面形成具有规定图案形状的蚀刻掩模的工序，以及使用由将含碘原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，干蚀刻所述形成材料以形成对应于所述蚀刻掩模的凸部的工序。
在本发明所涉及的另一种干蚀刻方法及另一种成形模板的制造方法中，最好是，所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
在本发明所涉及的另一种干蚀刻方法及另一种成形模板的制造方法中，最好是，在所述第一气体是含碘原子的气体的情况下，所述第一气体是碘化氢气体或者碘化三氟甲烷气体。最好是，在所述第一气体是含氯原子的气体的情况下，所述所述第一气体是氯气或者三氯化硼气体。最好是，在所述第一气体是含溴原子的气体的情况下，所述第一气体是溴气或者溴化氢气体。
在本发明所涉及的另一种干蚀刻方法及另一种成形模板的制造方法中，最好是，所述第二气体是氩气。
发明效果 根据本发明所涉及的干蚀刻方法，因为是从蚀刻反应表面生成挥发性比在现有的利用CF4或者SF6的干蚀刻方法所生成的WFx(x＝1～6)要低的WClx(x＝1～6)，所以WClx有一部分再次附着到正处于蚀刻中的物体(WC合金等含钽和碳的物体)的图案侧壁。由于该WClx的再次附着而生成侧壁保护膜，所以能够阻止由于入射到图案侧壁的离子碰撞而带来的蚀刻反应。因此，能够实现垂直的蚀刻剖面形状。
根据本发明的干蚀刻方法，通过在含氯的气体中再混合上含氟的气体，则在由挥发性低的WClx(x＝1～6)形成侧壁保护膜的状态下，不仅能由氯高效地蚀刻图案底部，还能够由氟来高效地蚀刻图案底部。正因为如此，便能够进行更高速的垂直形状蚀刻。
而且，根据本发明所涉及的干蚀刻方法，通过在含氯的气体中再混合上含溴或者含碘的气体中之一，便能够从蚀刻表面生成挥发性比WClx(x＝1～6)要低的WBrx(x＝1～6)或者WIx(x＝1～6)，所以和仅生成WClx的情况相比，能够形成更厚的侧壁保护膜。因此，不仅能够实现垂直形状蚀刻，还能实现正梯形形状蚀刻。
根据本发明所涉及的微细结构形成方法，能够在含钨和碳的物体表面及其内部形成具有垂直剖面形状或者正梯形剖面形状的微小凹凸。
根据本发明所涉及的模板制造方法，能够制造出由含钨和碳的物体形成且所包括的微小凹凸具有垂直剖面形状或者正梯形剖面形状的模板。
根据本发明所涉及的模板，能够提供由含钨和碳的物体形成且所包括的微小凹凸具有垂直剖面形状或者正梯形剖面形状的模板。
补充说明一下，在本发明所涉及的干蚀刻方法、微细结构形成方法、模板制造方法以及模板中，即使在含钨和碳的物体中再含氮(N)，也能收到完全一样的效果。换句话说，将本发明运用到WCN合金或者WNC合金等中，也能收到完全一样的效果。
根据本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法，通过使用含碘原子、氯原子或者溴原子中的任何一种原子的气体作为蚀刻气体中的第一气体，则与使用氟系气体的情况相比，蚀刻速率显著提高。通过在蚀刻气体中进一步混合上氧气蚀刻速率进一步提高。因此，即使是在将蚀刻深度设定在例如10微米左右较大的值的情况下，也能在短时间内结束蚀刻处理。因此，到蚀刻处理结束的那一段时间，蚀刻掩模不会由于侧面蚀刻而使形成发生变化，能够将蚀刻掩模的剖面形状维持为矩形形状亦即初期剖面形状不变，同时能够抑制蚀刻处理中的蚀刻化合物的生成量。而且，作为惰性气体混入到蚀刻气体中的第二气体，通过溅射有效地除去伴随着蚀刻而生成在形成材料表面的蚀刻化合物。如上所述，即使在具有例如10微米左右较大高度的凸部作为微细图案形成在基台上的情况下，也能够得到形成后的该凸部的侧壁相对基台正确地垂直的形状亦即所希望的矩形剖面形状。因为用第二气体除去蚀刻化合物之后蚀刻面的表面粗糙度变小，所以能高精度地制造出所希望形状的成形模板。而且，因为能够大幅度地缩短蚀刻时间，所以能够以很高的生产性制造成形模板，由此而谋求成本的下降。
在本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法中，因为对以钨和碳为主要成份的形成材料的蚀刻速率根据是第三气体的氧气相对含碘原子、氯原子或者溴原子中之一的第一气体的混合比而决定，所以若将第三气体相对第一气体的混合比设定在0.15以上且0.6以下的范围内，便能得到很高的蚀刻速率。具体而言，在第一气体是含碘原子的气体的情况下，能得到1分钟约300nm以上的高蚀刻速率；在第一气体是含氯原子或者溴原子中之一的气体的情况下，能得到1分钟150～200nm左右的高蚀刻速率。因此，与在以氟系气体为蚀刻气体的蚀刻中，蚀刻例如10微米那么深约需要200分钟那么长的蚀刻时间相比，能够大幅度地缩短为得到所希望的蚀刻深度所需要的蚀刻时间。
特别是，在本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法中，在将是第三气体的氧气相对含碘原子、氯原子或者溴原子中之任一种的第一气体的混合比设定为0.3的情况下，能够使蚀刻速率最大化。具体而言，在第一气体是含碘原子的气体的情况下，蚀刻速率最大值是1分钟约500nm，蚀刻20分钟就能蚀刻到约10微米深；在第一气体是含氯原子的气体的情况下，蚀刻速率最大值是1分钟约350nm，蚀刻20分钟就能蚀刻到约7μm深；在第一气体是含溴原子的气体的情况下，蚀刻速率最大值是1分钟约300nm，蚀刻20分钟就能蚀刻到约6微米深。如上所述，通过将是第三气体的氧气相对含碘原子、氯原子或者溴原子中之任一种的第一气体的混合比设定为0.3，便能进一步大幅度地缩短为得到所希望的深度所需要的蚀刻时间。
在本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法中，若在第一气体是含碘原子的气体的情况下，该气体是碘化氢气体或者碘化三氟甲烷气体，则会因为这些气体很容易气化，而能够稳定地进行干蚀刻。
在本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法中，若在第一气体是含氯原子的气体的情况下，该气体是氯气或者三氯化硼气体，则会因为这些气体很容易气化，而能够稳定地进行干蚀刻。
在本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法中，若在第一气体是含溴原子的气体的情况下，该气体是溴气或者溴化氢气体，则会因为这些气体很容易气化，而能够稳定地进行干蚀刻。
在本发明所涉及的另一干蚀刻方法及另一成形模板的制造方法中，若为第二气体的惰性气体是氩气，则即使形成材料是以钨和碳为主要成份的硬质合金，也能够有效地溅射以除去由于蚀刻而生成的化合物。而且，另一有利之处在于氩气很便宜。
附图的简单说明

图1(a)及图1(b)是本发明第一个实施例所涉及的干蚀刻方法的说明图。
图2是本发明第二个实施例所涉及的干蚀刻方法的说明图。
图3(a)及图3(b)是本发明第三个实施例所涉及的干蚀刻方法的说明图。
图4(a)到图4(f)是显示本发明第四个实施例所涉及的微细结构形成方法及利用该微细结构形成方法的模板制造方法的各个工序的剖面图。
图5(a)是本发明第五个实施例所涉及的模板整体的剖面图，图5(b)到(g)分别是显示图5(a)所示的模板表面的微小凹凸放大后的情况的图。
图6(a)及图6(b)是现有干蚀刻方法的说明图。
图7(a)到图7(d)是显示现有的微细结构形成方法及利用该微细结构形成方法的模板的制造方法下的各个工序的剖面图。
图8(a)到图8(c)是显示比较例所涉及的成形模板的制造方法下的各个工序的剖面图。
图9(a)及图9(b)是显示比较例所涉及的成形模板的制造方法下的各个工序的剖面图。
图10是显示用以将本发明第六个实施例所涉及的成形模板的制造方法具体化的ICP等离子体蚀刻装置的概略剖面结构的图。
图11(a)到图11(c)是显示本发明第六个实施例及其变形例所涉及的成形模板的制造方法下的各个工序的剖面图。
图12是一个立体图，显示利用本发明第六个实施例及其变形例所涉及的成形模板的制造方法所应该形成的成形模板。
图13是显示本发明第六个实施例所涉及的成形模板的制造方法中，蚀刻气体中的氧气相对于碘化氢气体的混合比和蚀刻速率之间的关系的图。
图14显示利用本发明第六个实施例及其变形例所涉及的成形模板的制造方法所制造的成形模板来制作光波导管基板的热压成形机的概略剖面结构。
图15(a)显示利用本发明第六个实施例及其变形例所涉及的成形模板的制造方法所制造的成形模板的剖面结构的另一例，图15(b)及(c)是显示用以制造图15(a)所示的成形模板的各个工序的剖面图。
图16是显示用以将本发明第六个实施例的第一变形例所涉及的成形模板的制造方法具体化的ICP等离子体蚀刻装置的概略剖面结构的图。
图17是显示本发明第六个实施例的第一变形例所涉及的成形模板的制造方法中，蚀刻气体中氧气相对于氯气的混合比和蚀刻速率之间的关系的图。
图18是显示用以将本发明第六个实施例的第二变形例所涉及的成形模板的制造方法具体化的ICP等离子体蚀刻装置的概略剖面结构的图。
图19是显示本发明第六个实施例的第二变形例所涉及的成形模板的制造方法中，蚀刻气体中氧气相对于溴化氢气体的混合比和蚀刻速率之间的关系的图。
符号说明 1反应室2供气口3排气口4等离子体产生装置5绝缘体6电极7WC基板8RF电源9氯游离基10氯离子11WC基板12抗蚀图案13a、13b、13c离子14侧壁保护膜15a、15b、15c离子16a、16b、16c离子21WC合金基板22抗蚀图案23离子24a、24b侧壁保护膜31底层基板31a由金属或者导电性物质制成的基板31b由绝缘物质制成的基板31c由半导体物质制成的基板32含钨和碳的物体
50等离子体201处理腔202上电极203下电极204ICP等离子体RF电源207偏压RF电源208冷却水管路209真空泵210蚀刻气体生成装置211A、211B、211C第一气体箱212第二气体箱213第三气体箱214成形模板214a底座214b导轨状凸部217蚀刻掩模218等离子体游离基219热压成形机220空压圆筒221加热用加热器222上部压力头223加热用加热器224下部压力头227引导部件228保持部件229成形部件230成形模板230a基台230b侧壁230c导轨状凸部
231蚀刻掩模231a斜面部W工件
具体实施例方式(第一个实施例)下面，参考附图，说明本发明第一个实施例所涉及的干蚀刻方法。
图1(a)及图1(b)是本发明第一个实施例所涉及的干蚀刻方法的说明图。如图1(a)所示，在能够在减压状态下保持压力的反应室1中设置有供气口2和排气口3。在反应室1的上部，设置有将从供气口2供来的气体变为等离子体状态的等离子体产生装置4。在反应室1的下部，隔着绝缘体5设置有电极6，该电极6成为被处理物具体而言就是WC合金基板或者表面上具有WC合金的基板(以下统称为WC基板)7的放置台。在反应室1外部，设置有用以将偏压施加给电极6的RF(射频波)电源8。
接着，以用氯气作蚀刻气体的情况为例，对图1(a)所示的蚀刻装置的工作情况，亦即本实施例的干蚀刻方法进行说明。如图1(a)所示，从供气口2将氯气供到反应室1内，利用等离子体产生装置4生成由氯气形成的等离子体50，同时，利用RF电源8将RF偏压施加给WC基板7。结果是，在等离子体50中，生成了氯游离基(Cln*(n＝1、2))9和氯离子Cln+(n＝1、2))10。需提一下，在该申请中，“*”表示的是游离基，包括处于激励状态的原子。
游离基9朝着各个方向均匀地扩散并到达WC基板7。但因为氯离子10在等离子体50和WC基板7之间被加速，所以大致垂直着入射到WC基板7。此时，氯离子10由于它的运动能量而切断WC结合和钨起反应，放出WClx(x＝1～6)。另一方面，C作为CClx(x＝1～4)被除去。
参考图1(b)，详细说明WC基板表面的蚀刻反应。图1(b)示出了利用该实施例的干蚀刻方法对WC基板进行蚀刻到中途的情况。如图1(b)所示，在WC基板11上形成抗蚀图案12之后，再以抗蚀图案12为掩模，使用Cln(n＝1、2)离子即离子13a、13b及13c对WC基板11进行蚀刻的话，形成WC基板11的W，便作为成为侧壁保护膜14的WClx(x＝1～6)放出。补充说明一下，虽然未图示，氯游离基(参考图1(a)的氯游离基9)从等离子体中朝着各个方向均等地飞出。可以这样认为一部分氯游离基会物理地或者化学地附着在蚀刻加工表面(WC基板11的图案底部和侧壁部、抗蚀图案12的上部和侧部)，在蚀刻加工表面反射返回到气相中或者是先物理地附着在蚀刻加工表面之后，再放出等。这里，和是氟的情况相比，已附着到蚀刻加工表面的氯游离基极难发生主动的化学反应。
另一方面，氯离子中大致垂直于WC基板11入射的离子13a，会借助离子碰撞能量切断W和C的结合，同时和W化学结合而生成作为反应生成物的WClx。这里，WClx和多个入射氯离子进行多次反应，最终是作为WCl5或者WCl6等分子放出到气相中。有时候也会发生以下情况，即象氯离子13b那样，离子13b在蚀刻反应表面和W起化学反应，结果是所生成的反应生成物WClx放出到气相中，并附着到蚀刻途中的WC基板11的图案侧壁或者抗蚀图案12的侧面。特别是在WClx的x＝1～4的情况下很容易发生该附着。因为和WFx相比，WClx的蒸气压较低，所以附着后的再次放出几率变低。结果是，已附着到WC基板11的图案侧壁的WClx便以沉积在该侧壁的状态形成侧壁保护膜14。这一点也很容易从WF6的沸点是17.5℃(大气压)，而WCl5、WCl6的沸点分别是275.6℃、346.7℃判断出来。由于该侧壁保护膜14的存在，而防止了图案侧壁被对着WC基板11斜入射的氯离子13c蚀刻。所以该侧壁不会出现象现有技术那样的弯曲形状。补充说明一下，WC基板11中的C作为反应生成物以CClx(x＝1～4)特别是CCl4的形式被蚀刻除去。
这样，根据该实施例的干蚀刻方法，能进行在以钨和碳为主要成份的物质即WC合金的表面及内部实现无弯曲形状的高精度垂直形状的蚀刻。
补充说明一下，在该实施例中，说明的是用氯气分子作为含氯原子的气体的情况，不仅如此，还可以用氯化氢分子或者三氯化硼分子中任一种分子来代替氯气分子。还可以使用氯气分子、氯化氢分子以及三氯化硼分子中任意两种气体或者所有气体的混合物代替氯气分子。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以不仅供气很容易处理，还能通过等离子体放电高效地生成氯。结果是，能够以低成本供气。当然，即使使用上述以外其它的含氯气体，也能实施该发明的干蚀刻方法。不过，一般情况是，分子越大，蒸气压就越低，有时候还会成为固体源，结果是，不仅难以供给，使用它的成本也增大。
在该实施例中，若在含氯原子的气体中混合上含氧原子的气体，则能使蚀刻速率提高。这是因为不仅出现了W被氯离子除去后所残留下的C作为CClx(x＝1～4)被除去的效果，还出现了该C被氧游离基和氧离子作为CO2或者CO除去的效果所致。即使含氧的气体的流量小于含氯和氧的气体整体流量的10％，也足以产生该后一效果。从实用角度来看的话，将含氧的气体流量设定在整个气体流量的大约50％以下的范围内所希望的流量即可。若使用氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子或者氧化碳分子中之一或者这些分子中两种以上的混合物作为含氧原子的气体，便能高效率地供给氧。还可以使用含氯原子和氧原子的气体，例如COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2或者SO3HCl等来代替在含氯原子的气体中混合上含氧原子的气体。
在该实施例中，因为若在含氯原子的气体中混合惰性气体，便能够借助该惰性气体添加效果使等离子体放电更加稳定化，所以很容易扩大所谓的工艺窗。具体而言，通过以氯气几倍以上的流量混合上惰性气体，等离子体中的电子温度便由惰性气体的电子温度决定，故结果是等离子体放电稳定化。可以使用例如Ar作惰性气体。通过选择He、Ne、Ar、Kr、Xe或者Rn作惰性气体，便能够使等离子体中的电子温度提高或者下降。换句话说，因为由惰性气体生成的等离子体的电子温度很大程度上依赖于惰性气体的第一离子化能量，所以想生成高电子温度的等离子体时，则使用原子序号较小的惰性气体；想生成低电子温度的等离子体时，则使用原子序号较大的惰性气体。当然，也可混合着使用两种以上的惰性气体。
作为该实施例中所使用的蚀刻装置，有平行平板型等反应性离子蚀刻(RIE)装置、双频平行平板型RIE装置、磁控增强RIE(MERIE)装置、电感耦合等离子体(ICPinductively coupledplasma)蚀刻装置、电子回旋共振(ECR)蚀刻装置、UHF等离子体蚀刻装置或者磁中性线放电(NLDneutral loop discharge)蚀刻装置中之任一种蚀刻装置。虽然装置方式不同，最佳蚀刻条件也就不同，但该实施例中的蚀刻条件的范围，例如是气体流量在几十到几百cc/min(室温)，压力是0.1～20Pa，等离子体生成用高频功率是100到几千瓦特，RF偏置是100到1000瓦特。
在该实施例中，用以钨和碳为主要成份的WC基板作蚀刻对象，还可用表面含钨和碳的物质的金属、绝缘物质或者半导体物质中之任一种作为蚀刻对象。而且，即使含钨和碳的物质中还含氮，也能收到和该实施例一样的效果。换句话说，即使以WCN合金或者WNC合金为蚀刻对象，也能收到和该实施例一样的效果。
(第二个实施例)下面，参考附图，说明本发明第二个实施例所涉及的干蚀刻方法。该实施例中的干蚀刻方法和第一个实施例的不同之处，在于使用含氯的气体和含氟的气体的混合气体来代替含氯的气体生成等离子体，来对以钨和碳为主要成份的物质进行干蚀刻。
图2是本发明第二个实施例所涉及的干蚀刻方法的说明图。示出了利用该干蚀刻方法对WC基板进行蚀刻中途的情况。补充说明一下，在该实施例中，和第一个实施例一样，使用图1(a)所示的干蚀刻装置。下面，以用氯气分子作含氯的气体，用CF4作含氟的气体的情况为例对该实施例的干蚀刻方法加以说明。
如图2所示，在该实施例中，在WC基板11上形成抗蚀图案12之后，再以抗蚀图案12为掩模，使用由氯气分子生成的Cln+(n＝1、2)离子或者由CF4生成的F+离子即离子15a、15b及15c对WC基板11进行蚀刻。
在该实施例中，在和第一个实施例一样利用Cln+离子蚀刻钨的基础上，又加上了用F+离子对钨进行蚀刻。所以和第一个实施例相比，该实施例能够更加高速地对钨进行蚀刻。具体而言，在氯离子或者氟离子中大致垂直于WC基板11入射的离子15a，会借助离子碰撞能量切断W和C的结合，同时和W化学结合而生成作为反应生成物的WClx(x＝1～6)或者WFx(x＝1～6)脱离到气相中。结果是W被除去。而且，由Cl+离子或者F+离子即离子15b所产生的蚀刻反应生成物WClx和WFx中WClx再次附着到WC基板11的加工侧面和抗蚀图案12的侧面而形成侧壁保护膜14。这里，虽然另一个反应生成物即WFx的一部分对侧壁保护膜14的形成做出贡献，但其它大部分在侧壁保护膜14的表面反射而脱离除去。因此，便通过侧壁保护膜14防止了WC基板11的图案侧壁由于斜着入射到WC基板11的离子15c而被蚀刻。结果是，如图2所示，WC基板11的表面及内部能够实现垂直蚀刻形状。补充说明一下，在该实施例中，WC基板11中的碳，不仅作为CCly(y＝1～4)被除去，还作为CFy(y＝1～4)被除去。结果是WC的蚀刻速度增大。
如上所述，根据第二个实施例，除去能收到和第一个实施例一样的效果外，还能收到以下效果，即通过使用在含氯的气体中混合上含氟的气体的混合气体，就不仅能利用氯的效果实现垂直蚀刻形状，还能利用氟的效果实现高速蚀刻。
补充说明一下，在该实施例中，说明的是用氯气分子作为含氯原子的气体的情况，不仅如此，还可以用氯化氢分子或者三氯化硼分子代替氯气分子。还可以使用氯气分子、氯化氢分子以及三氯化硼分子中任意两种气体或者所有气体的混合物代替氯气分子。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以不仅供气很容易处理，还能通过等离子体放电高效地生成氯。结果是，能够以低成本供气。当然，即使使用上述以外其它的含氯气体，也能实施该发明的干蚀刻方法。不过，一般情况是，分子越大，蒸气压就越低，有时候还会成为固体源，结果是，不仅难以供给，使用它的成本也增大。
在该实施例中，说明的是用CF4作为含氟原子的气体的情况。不仅如此，还可以用C2F6等其它氟化碳气体、CHF3或CH2F2等氟化氢碳气体来代替它。还可以用含氯原子和氟原子的气体例如ClF3等氟化氯气体来代替混合上含氟原子的气体。可使用F2作含氟原子的气体，在这种情况下，从安全方面考虑，最好是使用事先用He稀释到体积百分比是3％左右的F2气体等。而且，因为所述含氟原子的各种气体，不管哪一种分子量都较小，所以供气简便，也就能够进行低成本的蚀刻加工。
象该实施例那样，在将含氯原子的气体和含氟原子的气体混合后而使用的情况下，最好是，将含氟原子的气体相对含氯原子的气体和含氟原子的气体的合计流量的混合比设定在体积百分比大约是20％到80％左右的范围内，将它设定在约是30％到70％左右的范围内就更好了。这样一来，在含氯原子的气体的特征即WClx的侧壁保护膜生成效果不会失效的情况下，还能收到含氟原子的气体的好处即高蚀刻速率的效果。换句话说，能够同时获得由含氯原子的气体和含氟原子的气体各自带来的效果。在想特别强调其中任一气体的效果的情况下，在所述混合比的范围内使想强调的效果的气体的混合比提高即可。
在该实施例中，若在含氯原子的气体和含氟原子的气体中混合上含氧原子的气体，则能使蚀刻速率进一步提高。这是因为不仅出现了W被氯离子除去后所残留下的C作为CCly(y＝1～4)被除去的效果，还出现了该C被氧游离基和氧离子作为CO2或者CO除去的效果所致。即使含氧的气体的流量小于含氯和氧的气体整体流量的10％，也足以产生该后一效果。从实用角度来看的话，将含氧的气体流量设定在整个气体流量的大约50％以下的范围内所希望的流量即可。若使用氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子或者氧化碳分子中之一或者这些分子中两种以上的混合物作为含氧原子的气体，便能高效率地供给氧。还可以使用含氯原子和氧原子的气体，例如COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2或者SO3HCl等来代替在含氯原子的气体和含氟原子的气体中混合上含氧原子的气体。
在该实施例中，因为若在含氯原子的气体和含氟原子的气体中混合惰性气体，便能够借助该惰性气体添加效果使等离子体放电更加稳定化，所以很容易扩大所谓的工艺窗。具体而言，通过以氯气几倍以上的流量混合上惰性气体，等离子体体中的电子温度便由惰性气体的电子温度决定，故结果是等离子体体放电稳定化。可以使用例如Ar作惰性气体。通过选择He、Ne、Ar、Kr、Xe或者Rn作惰性气体，便能够使等离子体体中的电子温度提高或者下降。换句话说，因为由惰性气体构成的等离子体体的电子温度很大程度上依赖于惰性气体的第一离子化能量，所以想生成高电子温度的等离子体体时，则使用原子序号较小的惰性气体；想生成低电子温度的等离子体体时，则使用原子序号较大的惰性气体。当然，也可混合着使用两种以上的惰性气体。
作为该实施例中所使用的蚀刻装置，有平行平板型等反应性离子蚀刻(RIE)装置、双频平行平板型RIE装置、磁控增强RIE(MERIE)装置、电感耦合等离子体(ICP)蚀刻装置、电子回旋共振(ECR)蚀刻装置、UHF等离子体蚀刻装置或者磁中性线放电(NLD)蚀刻装置中之任一种蚀刻装置。
在该实施例中，用以钨和碳为主要成份的WC基板作蚀刻对象，还可用表面含钨和碳的物质的金属、绝缘物质或者半导体物质中之任一种作为蚀刻对象。而且，即使含钨和碳的物质中还含氮，也能收到和该实施例一样的效果。换句话说，即使以WCN合金或者WNC合金为蚀刻对象，也能收到和该实施例一样的效果。
(第三个实施例)下面，参考附图，说明本发明第三个实施例所涉及的干蚀刻方法。该实施例中的干蚀刻方法和第一个实施例的不同之处，在于使用含氯的气体与含溴的气体、含碘的气体这二者中至少一种气体的混合气体来代替含氯的气体生成等离子体，来对以钨和碳为主要成份的物质进行干蚀刻。
图3(a)及图3(b)是本发明第三个实施例所涉及的干蚀刻方法的说明图，示出了利用该干蚀刻方法对WC基板进行蚀刻中途的情况。补充说明一下，图3(a)显示的是侧壁保护膜形成得较薄的情况；图3(b)显示的是侧壁保护膜形成得较厚的情况。在该实施例中，和第一个实施例一样，使用图1(a)所示的蚀刻装置。下面，以用Cl2作含氯的气体，用Br2作为含溴的气体，以I2作为含碘的气体的情况为例对该实施例的干蚀刻方法加以说明。
如图3(a)及图3(b)所示，在该实施例中，在WC基板11上形成抗蚀图案12之后，再以抗蚀图案12为掩模，使用由Cl2生成的Cln+(n＝1、2)离子、由Br2生成的Brn+(n＝1、2)离子或者由I2生成的In+(n＝1、2)离子即离子16a、16b及16c对WC基板11进行蚀刻。具体而言，Cln+、Brn+或者In+中大致垂直于WC基板11入射的离子16a，会借助离子碰撞能量切断W和C的结合，同时和W化学结合而生成作为反应生成物的WClx(x＝1～6)、WBrx(x＝1～6)或者WIx(x＝1～6)脱离到气相中。结果是W被除去。而且，由Cln+离子、Brn+离子或者In+离子即离子16b所产生的蚀刻反应生成物中有一部分再次附着到WC基板11的加工侧面和抗蚀图案12的侧面而形成侧壁保护膜14。此时的附着几率顺序是这样的，WIx＞WBrx＞WClx。因此，通过侧壁保护膜14防止了WC基板11的图案侧壁由于斜着入射到WC基板11的离子16c而被蚀刻。结果是，在侧壁保护膜14较薄的情况下，如图3(a)所示，WC基板11的表面及内部能够实现垂直蚀刻形状；而在侧壁保护膜14较厚的情况下，如图3(b)所示，则WC基板11的表面及内部能够实现正梯形的蚀刻形状。
补充说明一下，在该实施例中，最好是，将含溴原子的气体或者含碘原子的气体相对含氯原子的气体与含溴原子的气体或者含碘原子的气体的合计流量的混合比设定在体积百分比大约是30％以下的范围内。而且，即使该混合比小于5％左右，也能充分地收到由含溴原子的气体或者含碘原子的气体带来的侧壁保护膜形成效果。通过改变含氯原子的气体和含溴原子的气体的混合比、含氯原子的气体和含碘原子的气体的混合比、或者含氯原子的气体与含溴原子的气体和含碘原子的气体的混合比，便能够改变侧壁保护膜的厚度。例如，若所述各个混合比小于5％，则如图3(a)所示，能够形成较薄的侧壁保护膜14。另一方面，若使所述各混合比增大，则能使侧壁保护膜14的厚度增厚。具体而言，若所述各个混合比成为8％以上，则侧壁保护膜14的厚度便慢慢地变厚，当约超过10％的时候，则如图3(b)所示，侧壁保护膜14的膜厚则厚到能够实现加工剖面是正梯形的蚀刻那么厚。
如上所述，根据第三个实施例，不仅能获得和第一个实施例一样的效果，还能收到以下效果。换句话说，通过在含氯原子的气体中混合上含溴原子的气体或者含碘原子的气体二者中至少一种气体来用，便能由溴或者碘的效果增大对加工部的侧壁保护效果。故能够进行这样的加工，即不仅获得垂直形状的蚀刻形状，还能获得正梯形形状的蚀刻形状。
补充说明一下，在该实施例中，说明的是用氯气分子作为含氯原子的气体的情况，不仅如此，还可以用氯化氢分子或者三氯化硼分子代替氯气分子。还可以使用氯气分子、氯化氢分子以及三氯化硼分子中任意两种气体或者所有气体的混合物。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以不仅供气很容易处理，还能通过等离子体放电高效地生成氯。结果是，能够以低成本供气。当然，即使使用上述以外其它的含氯气体，也能实施该发明的干蚀刻方法。不过，一般情况是，分子越大，蒸气压就越低，有时候还会成为固体源，结果是，不仅难以供给，使用它的成本也增大。
在该实施例中，是以Br2作为含溴原子的气体为例进行说明的，不仅如此，还可以用例如HBr等代替Br2。是以I2作为含碘原子的气体为例进行说明的，不仅如此，还可以用例如HI等代替I2。或者是用例如ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等作为含氯原子和溴原子或者碘原子中任一种原子的气体。而且，还可以用CFxCl4-x、CFxBr4-x或CFxI4-x(x＝1～3)等碳、氟以及卤素形成的分子气体。在这一情况下，也同时能收到和第二个实施例一样的由F带来的蚀刻速率增大效果。
在该实施例中，若在含氯原子的气体和含溴原子或者碘原子的气体中混合上含氧原子的气体，则能使蚀刻速率进一步提高。这是因为不仅出现了W被氯离子除去后所残留下的C作为CCly(y＝1～4)被除去的效果，还出现了该C被氧游离基和氧离子作为CO2或者CO除去的效果所致。即使含氧的气体的流量小于含氯、溴(或者碘)和氧的气体的气体整体流量的10％，也足以产生该后一效果。从实用角度来看的话，将含氧的气体流量设定在整个气体流量的大约50％以下的范围内所希望的流量即可。若使用氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子或者氧化碳分子中之一或者这些气体中两种以上的混合物作为含氧原子的气体，便能高效率地供给氧。还可以使用含氯原子和氧原子的气体，例如COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2或者SO3HCl等来代替在含氯原子的气体和含溴原子或者碘原子的气体中混合上含氧原子的气体。特别是，在反应生成物的再附着性增大的该实施例的情况下，所述含氧原子的气体的添加对扩大工艺窗会起很大的作用。
在该实施例中，因为若在含氯原子的气体和含溴原子或者碘原子的气体中混合惰性气体，便能够借助该惰性气体添加效果使等离子体放电更加稳定化，所以很容易扩大所谓的工艺窗。具体而言，通过以氯气几倍以上的流量混合上惰性气体，等离子体中的电子温度便由惰性气体的电子温度决定，故结果是等离子体放电稳定化。可以使用例如Ar作惰性气体。通过选择He、Ne、Ar、Kr、Xe或者Rn作惰性气体，便能够使等离子体中的电子温度提高或者下降。换句话说，因为由惰性气体构成的等离子体的电子温度很大程度上依赖于惰性气体的第一离子化能量，所以想生成高电子温度的等离子体时，则使用原子序号较小的惰性气体；想生成低电子温度的等离子体时，则使用原子序号较大的惰性气体。当然，也可混合着使用两种以上的惰性气体。
作为该实施例中所使用的蚀刻装置，有平行平板型等反应性离子蚀刻(RIE)装置、双频平行平板型RIE装置、磁控增强RIE(MERIE)装置、电感耦合等离子体(ICP)蚀刻装置、电子回旋共振(ECR)蚀刻装置、UHF等离子体蚀刻装置或者磁中性线放电(NLD)蚀刻装置中之任一种蚀刻装置。
在该实施例中，用以钨和碳为主要成份的WC基板作蚀刻对象，还可用表面含钨和碳的物质的金属、绝缘物质或者半导体物质中之任一种作为蚀刻对象。而且，即使含钨和碳的物质中还含氮，也能收到和该实施例一样的效果。换句话说，即使以WCN合金或者WNC合金为蚀刻对象，也能收到和该实施例一样的效果。
(第四个实施例)下面，参考附图，说明本发明第四个实施例所涉及的微细结构形成方法及利用该方法制造模板的制造方法。补充说明一下，该实施例应用了在第一到第三个实施例中所说明的干蚀刻方法。
图4(a)到图4(f)是显示本发明第四个实施例所涉及的模板的制造方法中各个工序的剖面图。
首先，如图4(a)所示，准备WC合金基板21后，如图4(b)所示，在WC合金基板21上形成抗蚀图案22。这里，抗蚀图案22通常是利用光刻技术形成。
接着，利用侧壁保护膜形成得较薄的蚀刻条件(参考第三个实施例(特别是图3(a))，如图4(c)所示，以抗蚀图案22为掩模，利用从至少含氯原子的气体生成的等离子体对WC合金基板21进行干蚀刻，将图案复印到WC合金基板21上。一般情况下，无论是在使用哪一种干蚀刻装置进行干蚀刻的情况下，因为从等离子体中入射到WC合金基板21的离子23具有能量扩散，所以除了存在垂直入射到基板表面的成份A以外，还存在以一角度入射到基板表面的成份，换句话说，斜入射成份B和C。但是，通过利用由至少含氯原子的气体生成的等离子体进行干蚀刻，蚀刻反应生成物即WClx(x＝1～6)等便在加工侧面形成侧壁保护膜24a。从而能够防止离子23的斜入射成份B和C将侧壁蚀刻。因此，如图4(c)所示，形成了具有垂直于基板表面的剖面形状作为蚀刻剖面形状的微细结构。
接着，灰化和清洗抗蚀图案22和侧壁保护膜24a。这样一来，如图4(d)所示，形成了由包括具有垂直侧壁的微小凹凸构造的WC合金基板21形成的WC合金模板。
另一方面，取代图4(c)和图4(d)所示的工序，利用侧壁保护膜形成得较厚的蚀刻条件(参考第三个实施例(特别是图3(b))，如图4(e)所示，以抗蚀图案22为掩模，利用从至少含氯原子的气体生成的等离子体对WC合金基板21进行干蚀刻，可以将图案复印到WC合金基板21上。在该情况下，在WC合金基板21上形成了蚀刻剖面形状是正梯形形状的微细结构。这是因为所沉积的侧壁保护膜24b的厚度在为防止离子对侧壁蚀刻所需要的厚度以上，所以伴随着蚀刻，加工部的开口区域变窄之故。
接着，利用灰化和清洗除去抗蚀图案22和侧壁保护膜24b。这样一来，如图4(f)所示，形成了由包括具有正梯形形状侧壁的微小凹凸构造的WC合金基板21形成的WC合金模板。
如上所述，该实施例所涉及的微细结构形成方法和模板的制造方法，包括在含钨和碳的物体上形成抗蚀图案的工序，和以所述抗蚀图案为掩模，利用由至少含氯原子的气体生成的等离子体对所述物体进行蚀刻的工序。换句话说，该实施例利用了本发明的干蚀刻方法(第一到第三实施例)，便能够将含钨和碳的物体的表面和内部加工成为无弯曲形状的高精度垂直形状或者是高精度正梯形形状。因此，能够可靠地形成包括具有垂直剖面形状或者正梯形剖面形状的微小凹凸的模板。
补充说明一下，在该实施例中，使用抗蚀图案作为蚀刻掩模，无容置疑，还可以用由绝缘膜构成的硬掩模等来代替抗蚀图案作蚀刻掩模。
在该实施例中，可使用氯气分子、氯化氢分子或者三氯化硼分子中之任一种分子或者所述气体分子中任意两种以上的气体的混合物作为含氯原子的气体。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以不仅供气很容易处理，还能通过等离子体放电高效地生成氯。因此，能够更加廉价地且高精度地对含钨和碳的物体进行垂直形状加工。结果是，能够更廉价地制造包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。
在该实施例中，最好是在含氯原子的气体中混合上含氧原子的气体。这样一来，因为蚀刻速率便通过加氧效果而提高，所以能对含钨和碳的物体高速地进行高精度垂直形状加工。结果是，能够高速地制造包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。这里，最好是，使用氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子或者氧化碳分子中之一或者这些分子中两种以上的混合物作为含氧原子的气体。这样一来，因为能高效地供给氧，所以能够稳定且高速地对含钨和碳的物体进行高精度垂直形状加工。结果是，能够稳定且高速地制造出所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。还可以使用含氯原子和氧原子的气体，例如COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2或者SO3HCl等来代替在含氯原子的气体中混合上含氧原子的气体。
在该实施例中，最好是在含氯原子的气体中混合上惰性气体。这样一来，由于惰性气体添加效果能够使等离子体放电进一步稳定化，所以能够对含钨和碳的物体更加稳定地进行高精度垂直形状加工。结果是，能够更加稳定地制造包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。
在该实施例中，最好是在含氯原子的气体中混合上含氟原子的气体。这样一来，在由氯带来的垂直形状加工特性不会下降的情况下，便能借助氟的效果使蚀刻速率提高。因此，能够对含钨和碳的物质更加高速地进行高精度垂直形状加工。结果是，能够更加高速地制造包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。这里，可以用CF4、C2F6等氟化碳气体、或者CHF3、CH2F2等氟化氢碳气体作为含氟原子的气体。还可以用含氯原子和氟原子的气体例如ClF3等氟化氯气体来代替在含氯原子的气体中混合上含氟原子的气体这一做法。可使用F2作含氟原子的气体，在这种情况下，从安全方面考虑，最好是使用事先用He稀释到体积百分比是3％左右的F2气体等。而且，因为所述含氟原子的各种气体，不管哪一种气体的分子量都较小，所以能够使供气简便，也就能够进行低成本的蚀刻加工。
在该实施例中，在将含氯原子的气体和含氟原子的气体混合后而使用的情况下，最好是，将含氟原子的气体相对含氯原子的气体和含氟原子的气体的合计流量的混合比设定在体积百分比大约是20％到80％左右的范围内，将它设定在约是30％到70％左右的范围内就更好了。这样一来，在含氯原子的气体的特征即WClx的侧壁保护膜生成效果不会失效的情况下，还能收到含氟原子的气体的好处即高蚀刻速率的效果。结果是，能够高速地进行加工剖面成为垂直形状的蚀刻加工。换句话说，能够同时获得由含氯原子的气体和含氟原子的气体各自带来的效果。在想特别强调其中任一气体的效果的情况下，在所述混合比的范围内使想强调的效果的气体的混合比提高即可。
在该实施例中，最好是在含氯原子的气体中混合上含溴原子的气体或者含碘原子的气体中的至少一种气体。因为这样一来便能由溴或者碘的效果增大对加工部的侧壁保护效果，所以不仅能够进行高精度垂直加工，还能进行高精度的正梯形形状加工。结果是，不仅能够制造包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板，还能够制造包括具有高精度正梯形形状的侧壁的微小凹凸的模板。这里，可以使用例如Br2、HBr等作含溴原子的气体。可以使用例如I2、HI等作为含碘原子的气体。可以使用例如ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等含氯原子与溴原子或者碘原子中的至少一种原子的气体。而且，还可以用CFxCl4-x、CFxBr4-x或CFxI4-x(x＝1～3)等碳、氟以及卤素形成的分子气体。在这一情况下，也同时能收到和第二个实施例一样的由F带来的蚀刻速率增大效果。
在该实施例中，在在含氯原子的气体中混合上含溴原子的气体或者含碘原子的气体中之至少一种气体的情况下，最好是，将含溴原子的气体或者含碘原子的气体相对含氯原子的气体与含溴原子的气体或者含碘原子的气体的合计流量的混合比设定在体积百分比大约是30％以下的范围内。而且，即使该混合比小于5％左右，也能充分地收到由含溴原子的气体或者含碘原子的气体带来的侧壁保护膜形成效果。通过改变含氯原子的气体和含溴原子的气体的混合比、含氯原子的气体和含碘原子的气体的混合比、或者含氯原子的气体与含溴原子的气体和含碘原子的气体的混合比，便能够改变侧壁保护膜的厚度。例如，若所述各个混合比小于5％，则如图4(c)所示，能够形成较薄的侧壁保护膜24a。于是，能够进行加工剖面成为垂直形状的蚀刻加工。另一方面，若使所述各混合比增大，则能使侧壁保护膜的厚度增厚。具体而言，若所述各个混合比成为8％以上，则侧壁保护膜的厚度慢慢地变厚，当约超过10％的时候，则如图4(e)所示，侧壁保护膜24b的膜厚则厚到能够实现加工剖面成为正梯形形状的蚀刻那么厚。
作为该实施例中所使用的蚀刻装置，有平行平板型等反应性离子蚀刻(RIE)装置、双频平行平板型RIE装置、磁控增强RIE(MERIE)装置、电感耦合等离子体(ICP)蚀刻装置、电子回旋共振(ECR)蚀刻装置、UHF等离子体蚀刻装置或者磁中性线放电(NLD)蚀刻装置中之任一种蚀刻装置。
在该实施例中，用以钨和碳为主要成份的WC基板作蚀刻对象，还可用表面含钨和碳的物质的金属、绝缘物质或者半导体物质中之任一种作为蚀刻对象。而且，即使含钨和碳的物质中还含氮，也能收到和该实施例一样的效果。换句话说，即使以WCN合金或者WNC合金为蚀刻对象，也能收到和该实施例一样的效果。
(第五个实施例)下面，参考附图，说明本发明第五个实施例所涉及的模板。补充说明一下，该实施例所涉及的模板，是利用第四个实施例中所说明的模板的制造方法制得的。
图5(a)是该实施例所涉及的模板整体的剖面图。如图5(a)所示，在底基板31上形成由例如WC合金等含钨和碳的物体32。利用第一到第三个实施例的干蚀刻方法在物体32的表面形成了具有垂直形状(具有垂直于基板表面的壁的形状)或者正梯形形状的微小凹凸。图5(b)到图5(d)、图5(e)到图5(g)分别显示了将图5(a)所示的模板表面(用点划线围起来的区域)中微小凹凸放大后的情况。
该实施例所涉及的模板，因为是利用从至少含氯原子的气体生成的等离子体对含钨和碳的物质进行干蚀刻而形成的，所以能够实现图5(b)到图5(d)所示的具有无弯曲形状的垂直剖面形状的微小凹凸的模板、和图5(e)到图5(g)所示的具有正梯形剖面形状的微小凹凸的模板。
这里，可使用由金属或者导电性物质形成的基板31a(图5(b)或者图5(e))、由绝缘物质形成的基板31b(图5(c)或者图5(f))、或者由半导体物质形成的基板31c(图5(d)或者图5(g))作为模板的底基板31，根据用途选择即可。例如当要边向模板表面施加电边使用模板之际，只要用基板31a作底基板31即可。在将模板电气绝缘的状态下使用模板之际，只要使用基板31b作底基板31即可。
补充说明一下，在该实施例中，可使用氯气分子、氯化氢分子或者三氯化硼分子中之任一种分子或者所述气体分子中任意两种以上的气体的混合物作为用于制造模板的含氯原子的气体。这样一来，因为这些分子是比较小的分子，所以不仅供气很容易处理，还能通过等离子体放电高效地生成氯。结果是，能够更廉价地提供包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。
在该实施例中，最好是在用于制造模板的含氯原子的气体中混合上含氧原子的气体。这样一来，因为蚀刻速率便通过加氧效果而提高，所以能高速地制造、提供包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。这里，最好是，使用氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子或者氧化碳分子中之一或者这些分子中两种以上的混合物作为含氧原子的气体。这样一来，因为能高效地供给氧，所以能够稳定且高速地制造、提供所包括的微小凹凸具有高精度垂直形状的侧壁的模板。还可以使用含氯原子和氧原子的气体，例如COCl2、ClFO3、NOCl、NO2Cl、SOCl2、SO2Cl2或者SO3HCl等来代替在含氯原子的气体中混合上含氧原子的气体。
在该实施例中，最好是在用于制造模板的含氯原子的气体中混合上惰性气体。这样一来，由于惰性气体添加效果能够使等离子体放电进一步稳定化，所以能够更稳定地制造、提供包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。
在该实施例中，最好是在用于制造模板的含氯原子的气体中混合上含氟原子的气体。这样一来，在由氯带来的垂直形状加工特性不会下降的情况下，便能借助氟的效果使蚀刻速率提高。因此，能够更加高速地制造、提供包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板。例如可以使用含氯原子和氟原子的气体例如ClF3等氟化碳气体来代替在氯原子的气体中混合上含氟原子的气体这一做法。
在该实施例中，最好是在用于制造模板的含氯原子的气体中混合上含溴原子的气体或者含碘原子的气体中的至少一种气体。因为这样一来便能由溴或者碘的效果增大对加工部的侧壁保护效果，所以不仅能够提供包括具有高精度垂直形状的侧壁的微小凹凸的模板，还能够提供包括具有高精度正梯形形状的侧壁的微小凹凸的模板。这里，可以使用含氯原子与溴原子或者碘原子中的至少一种原子的气体，例如ICl、ClF2Br、ClF2I或者BrCl等来代替在含氯原子的气体中混合上含溴原子的气体或者含碘原子的气体中的至少一种气体。
如上所述，根据该实施例，能够廉价地且很容易地稳定提供具有被高精度加工出的微小凹凸的模板。还能够自由地将剖面形状所具有的侧壁是从垂直于基板表面到是正梯形(凸部的剖面形状上边比底边短)的微小凹凸制作到WC合金等中。
补充说明一下，该实施例所涉及的模板中微小凹凸的加工尺寸极限大大地依赖于形成抗蚀图案的光刻技术，现在可能做到的加工是最小尺寸在50nm左右。从制造加工尺寸很大的光电路部件到追求最小尺寸的纳米印压技术都能使用该实施例所涉及的模板。因为该实施例的模板具有无弯曲形状的垂直或者正梯形加工剖面，所以凹凸要被复印下来的那一侧的物质不会堵在该模板的凹部，压印后也就很容易将模板剥离下来。因为能更可靠地防止该实施例的模板被堵起来而能使耐用使用次数增多，所以只要在该实施例的模板的微小凹凸表面上进行金属、特氟纶涂敷或者硅偶联剂等处理即可。该表面处理材料可根据靠模板的作用凹凸会被复印下来的那一侧的物质来任意选择。
在该实施例中，可以用含钨和碳的物质作为模板的表面材料，即使在该物质中再含氮，也能收到和该实施例一样的效果。换句话说，即使使用WCN合金或者WNC合金都能收到和该实施例一样的效果。
(比较例)下面，在说明比较例所涉及的成形模具的制造方法之际，首先对前提事项作一叙述。
近年来，伴随着因特网在家庭里的不断渗透、图像媒体的不断数字化，千兆比特级的高速通信设施的重要性日益提高，人们所期待的高速通信设施技术就是光通信系统。为了将这样的高速通信系统导入到一般家庭中，需要的就是低价格的调制器。为实现它所需要进行的技术开发就是以低成本形成光波导管。
在制造具有光波导管的波导管基板之际，采用的是利用半导体制造工艺中经常使用的光刻技术、干蚀刻技术在玻璃基板上形成所希望的微细沟图案这一方法。但是，因为在该方法下要使用高价的装置在所有的玻璃基板上形成沟图案，所以不能以低成本获得光波导管基板。
相对于此，到目前为止有人提出以下方案，即通过热压而在是软化材料的玻璃基板表面上，形成用以支撑光纤的V字形沟、和该V字形沟正交的光学元件插入用沟以及光波导管(参考例如专利文献1)。若在该方法下能够加工用以成形波导管基板的成形模具(模板)，则仅利用该成形模具进行热压成形就能大批量地生产同一形状的波导管基板。由此获得廉价的波导管基板。
所述玻璃成形技术，到目前为止是作为玻璃透镜的制造工艺而广泛使用，在进行该成形加工时需要高温和高压。这样就要求成形模具具有耐热性、刚性及耐久性。因此，到目前为止，一般情况是以例如钨和碳的合金(碳化钨)形成的硬质合金作为形成材料来形成所述成形模具。
另一方面，在半导体的制造工艺中，是通过使用蚀刻气体对碳化钨膜或者硅化钨膜等薄膜进行干蚀刻来形成微细图案(参考例如专利文献2和专利文献4)。在该图案形成方法下，若将抗蚀膜图案化而加工形成所希望形状的蚀刻掩模，便能通过各向异性等离子体蚀刻高精度地获得所希望形状的微细图案。
但是，在将由所述硬质合金形成的成形模具用作所述玻璃透镜的成形模具时，因为硬质合金的加工面是一个单纯的曲面，所以通过用钻石对硬质合金进行研磨等机械加工，就很容易制造该成形模具。但是，在想利用这样的机械加工制造所述波导管基板时，却很难高精度地加工出图案是高密度地拥有微米尺寸的矩形剖面的光波导管，同时因为制造时间加长而导致生产性下降，成本增高。相对于此，通过对硬质合金进行放电加工来制造波导管基板用的成形模具这一方法被认为是生产性更高的方法，但该放电加工在制造汽车用、电气产品用成形模具时适用，而在制造波导管基板的情况下，却难以在硬质合金上高精度地形成微细图案。
另一方面，现有的通过干蚀刻在钨系材料上形成微细图案的方法，一般在半导体工艺中对薄膜进行蚀刻时会采用。这里，因为蚀刻气体使用的是氟系蚀刻气体(例如CHF3、CF3或者SF6等)，所以碳化钨的蚀刻速率极低。但是，因为在半导体制造工艺中，薄膜蚀刻中的蚀刻深度在1微米以下，极小，所以蚀刻速率低几乎是不成什么问题的。
但是，在为了制造所述波导管基板用成形模具而要对硬质合金进行干蚀刻的情况下，需要的是10到100微米级的蚀刻深度，所以若以上述低蚀刻速率进行干蚀刻，蚀刻时间就会特别长。根据实测结果，在用氟系蚀刻气体对硬质合金进行干蚀刻的情况下，20分钟的蚀刻时间内蚀刻深度大约是1微米。因此，若所希望的蚀刻深度例如是10微米，则蚀刻时间就是200分钟，非常长。这是因为碳化钨中的钨和碳的结合很强，而很难象通常的钨化合物的蚀刻那样形成蒸气压高的氟化物所导致的后果。因此，若想利用氟系蚀刻气体对所述硬质合金进行干蚀刻来制造波导管基板用成形模具，则不仅生产性会非常低，成本也会相当高。
而且，在为得到所希望的蚀刻深度的蚀刻时间象上述那样极长的情况下，伴随着蚀刻时间的经过，由硬质合金形成的形成材料的温度也慢慢地升高，同时该温度还会不稳定地变化，所以不仅难以控制蚀刻量，相对蚀刻掩模的蚀刻选择比也变坏。因为蚀刻掩模的形状随着侧面蚀刻而变化，所以加工精度极其恶化，很难得到所希望的微细图案。这就是问题。
下面，参考附图，具体说明比较例所涉及的成形模具的制造方法。图8(a)到图8(c)、图9(a)、图9(b)是显示比较例所涉及的成形模具的制造方法中的各个工序的剖面图。
首先，如图8(a)所示，利用剥离法(lift-off)以金、钴或者镍为材料在由以钨和碳为主要成份的硬质合金构成的形成材料40上，形成具有矩形剖面形状这一定形状的蚀刻掩模41。
接着，如图8(b)所示，用由氟系气体作为蚀刻气体而生成的等离子体游离基42对形成材料40进行蚀刻深度较小的干蚀刻。此时尽管只是以较小的蚀刻深度对形成材料40进行蚀刻，却因为蚀刻速率很低，所以蚀刻时间变长。结果是，因为伴随着较长的蚀刻时间的经过，蚀刻掩模41的侧面也和形成材料40一样边被慢慢地蚀刻边蒸发，所以蚀刻掩模41的剖面形状的宽度减小到比图8(a)所示的矩形初期剖面形状的宽度d1还小的宽度d2。
因为通过蚀刻生成的化合物附着到形成材料40中由于蚀刻而形成的凸部的侧壁上，所以该侧壁难以被蚀刻。如图8(c)所示，蚀刻结束后，除去蚀刻掩模41而得到的凸部的剖面形状便不会成为具有所希望的垂直侧壁的剖面形状。
在对形成材料40进行干蚀刻之际将蚀刻深度设定得较大的情况下，蚀刻时间进一步加长，随着该较长蚀刻时间的经过蚀刻掩模41慢慢地一边被蚀刻一边蒸发。结果是，蚀刻掩模41的剖面形状就从图9(a)或者图9(b)中用虚线表示的矩形初期剖面形状变化为实线所示的形状。此时，伴随着蚀刻时间的增加，形成材料40的温度上升，蚀刻速率就变得不稳定。而且，通过蚀刻生成的化合物附着到处于蚀刻过程中的侧壁(形成材料40的凸部的侧壁)上，该侧壁难以被蚀刻的现象就变得很明显。结果是，因为化合物附着的不同、侧面蚀刻的出现等，对蚀刻掩模41的蚀刻选择性变得极坏，同时掩模形状的复印性也变坏。于是，借助蚀刻而形成的凸部的剖面形状就成为图9(a)所示那样的下摆大的剖面形状、图9(b)所示那样的膨胀成鼓状的剖面形状。也就得不到具有所希望的垂直侧壁的矩形剖面形状(图9(a)或者图9(b)中用双点划线表示)。
后述的本发明第六个实施例及其变形例所涉及的成形模具(模板)的制造方法是为了解决上述问题而研发出来的。目的在于以较高的生产性且廉价地制造成形模具，该成形模具是这样的，在由以钨和碳为主要成份的硬质合金形成的形成材料上高精度地形成具有矩形剖面形状的微细图案。
(第六个实施例)下面，参考附图，详细说明本发明第六个实施例所涉及的成形模具的制造方法。
图10是显示用以将该实施例的成形模具的制造方法具体化的ICP等离子体蚀刻装置的概略剖面结构的图。补充说明一下，在该实施例中，该ICP等离子体蚀刻装置用的是具有众人所知的结构的那种装置，用该ICP等离子体蚀刻装置对是形成材料的工件W进行干蚀刻来形成波导管基板等的成形模具。
如图10所示，在ICP等离子体蚀刻装置的处理腔201内部，由线圈构成的上电极202和成为工件放置台的下电极203相向而设。上电极202上连接着ICP等离子体RF电源204，下电极203上连接着偏压RF电源207。下电极203内部设置有工件W冷却用冷却水管道208。下电极203的上面以定位状态放置着应该形成的成形模具的形成材料即工件W。工件W是在高温、高压下对由钨和碳形成的合金烧结而成的硬质合金，含原子数百分比是几％到几十％的钴等金属作为粘接剂。补充说明一下，也可以使用通过等离子体烧结而形成的、几乎不含粘接剂的硬质合金作为工件W。
在所述处理腔201中，在真空泵209的驱动下内部空气或者蚀刻处理后的蚀刻气体被排出，抽到预定的真空度，同时新的蚀刻气体被导入到内部。生成所述蚀刻气体的蚀刻气体生成装置210，边调整来自第一气体箱211A的作为反应性气体的碘化氢气体的、来自第二气体箱212的作为惰性气体的氩气的、来自第三气体箱213的氧气的流量，以便达到后述预定的比例(混合比)，边分别将它们导入，再将已导入的三种所述气体进行混合而生成所希望的蚀刻气体，将该所生成的蚀刻气体供到处理腔201内部。
接着，说明对所述工件W进行干蚀刻而形成所希望的成形模具的方法。图11(a)到图11(c)是显示该实施例的成形模具的制造方法中的各个工序的剖面图。图12是显示用所述等离子体蚀刻装置而应该形成的成形模具214的立体图。如图12所示，成形模具214中，在底座214a的表面形成有用来利用热压成形而形成波导管基板的光纤支撑用沟、具有矩形形状剖面的一定图案的导轨状凸部214b。补充说明一下，在图12中，简略地示出了成形模具的结构，实际上导轨状凸部214b是作为微细图案而形成的。
在该实施例的成形模具的制造方法中，首先，如图11(a)所示，在将工件W搬到处理腔201内之前，在工件W表面上事先形成形状对应于所述导轨状凸部214b的蚀刻掩模217。蚀刻掩模217的形成方法例如如下所述。换句话说，在工件W表面上形成具有所希望的导轨状凸部翻过来而得到的图案的抗蚀剂之后，再利用溅射法在工件W的整个表面上将镍沉积为膜状，然后，利用剥离法将所述抗蚀剂和沉积在它上面的无用的镍除去，这样由例如镍形成蚀刻掩模217。在该实施例中，蚀刻掩模217便形成为宽度5微米、膜厚2微米的带状高密度地排列着的一定的微细图案。
接着，将如上所述事先形成的一定图案的蚀刻掩模217的工件W放置到处理腔201内的下电极203上。驱动真空泵209，将处理腔201内部抽真空而成为一定真空度以后，再驱动蚀刻气体生成装置210将蚀刻气体导入到处理腔201内。该蚀刻气体是如上所述将碘化氢气体、氩气和氧气混合起来后而得到的，就每一分钟的气体流量比而言，被设定为例如碘化氢∶氩气∶氧气＝25cc∶50cc∶5cc这样的混合比例。
接着，将驱动电力从ICP等离子体偏压RF电源204供向上电极202，同时将驱动电力从偏压RF电源207供向下电极203。这样一来，处理腔201内所述蚀刻气体被激活，再上电极202(ICP部)周围产生高密度的等离子体游离基。所以如图11(b)所示，从上电极202吸引到下电极203的等离子体游离基218垂直入射到含蚀刻掩模217的工件W的表面上，工件W的干蚀刻就这样进行下去。
补充说明一下，在该实施例中，作为干蚀刻的条件是，设从ICP等离子体偏压RF电源204供向上电极202的电力是500瓦特，同时从偏压RF电源207供向下电极203的电力是300瓦特，处理腔201内的压力是2Pa，由冷却水管道208对工件W的冷却设定温度是25℃，蚀刻时间是20分钟。
在该实施例中，由所述蚀刻气体中的反应性气体即碘化氢气体生成的反应性游离基，作用在工件W表面上也就是钨和碳的合金表面上，由此而产生的钨的碘化物和碳的碘化物被除去，干蚀刻就进行下去。此时所述蚀刻气体中的惰性气体即氩气所起的作用是，将产生在蚀刻面上的蚀刻化合物除去来促进蚀刻。
接着，如果蚀刻已经结束，便利用例如盐酸、硝酸等酸对蚀刻掩模217进行湿蚀刻而将它除去。这样一来，便得到了图11(c)和图12所示的所希望的成形模具214，也就是说，得到的是在底座214a的表面上形成有一定图案的导轨状凸部214b的成形模具214。
图11(b)所示的干蚀刻制造成形模具214时，使用碘化氢气体作为蚀刻气体中的反应气体，蚀刻速率是1分钟200nm左右，大大地提高。换句话说，和现有的利用氟系气体进行干蚀刻的情况下的20分钟蚀刻1微米的蚀刻速率相比，该实施例中的蚀刻速率是20分钟大约4微米，提高很大。在该实施例中，通过在蚀刻气体中混合上氧气，便能使蚀刻速率进一步提高。这是因为由含氧气的蚀刻气体生成的反应性游离基和工件W中的钨结合而成为碳化氧，结果就促进了蚀刻反应之故。
补充说明一下，如图13所示，在该实施例中使氧气混入到蚀刻气体中的情况下的蚀刻速率根据氧气相对于碘化氢气体的混合比(流量比)而定。具体而言，在将氧气相对于碘化氢气体的混合比设定在0.15到0.6这一范围的情况下，能够得到的蚀刻速率是1分钟大约在300nm以上。当将所述混合比设定在0.3时，能得到最大值的蚀刻速率，是1分钟大约500nm。因此，在将所述混合比设定在0.3的情况下，20分钟的蚀刻就能蚀刻约10微米深。另一方面，若进行现有的用氟系气体作蚀刻气体的干蚀刻，要想蚀刻到10微米深所需要的蚀刻时间是200分钟。换句话说，根据该实施例，和现有技术相比，大大地缩短了为得到所希望的蚀刻深度的蚀刻时间。
如上所述，在进行该实施例的干蚀刻时，即使在设定为10微米左右较大的蚀刻深度的情况下，也能通过利用在碘化氢气体中混合上氧气而得到的蚀刻气体，而象上述那样将蚀刻速率提高很大。由此可知，能够防止由于蚀刻时间变长而侧面蚀刻蚀刻掩模217所导致的形状变化。换句话说，能够将蚀刻掩模217维持为矩形的初期剖面形状。而且，还能够在短蚀刻时间内让蚀刻处理结束而使蚀刻化合物的生成量不会很多。再者，作为惰性气体而混合到蚀刻气体中的氩气，通过溅射而有效地将伴随着蚀刻而产生在工件W表面的蚀刻化合物除去。
如图11(c)所示，在进行了这样的该实施例的干蚀刻后所得到的成形模具214中，形成在底座214a上的导轨状凸部214b具有10微米左右的较高的高度，同时形成为高密度图案，尽管如此，导轨状凸部214b的侧壁相对于底座214a是绝对垂直的。换句话说，导轨状凸部214b形成为具有所希望的矩形剖面形状。而且，因为通过用上述氩气除去蚀刻化合物，蚀刻面的表面粗糙度变小，所以能够高精度地控制导轨状凸部214b的形状。再者，在该实施例的干蚀刻中，能够大幅度地缩短蚀刻时间，从而能够以很高的生产性制作成形模具214，并谋求成本的降低。
补充说明一下，在该实施例中，以碘化氢气体作为含碘原子的反应气体用，还可以或者是代替它使用适量的碘化三氟甲烷，或者是在此基础上再加上适量的碘化三氟甲烷。或者是使用其它容易气化的碘化物。作为惰性气体，除了可使用该实施例中的氩气外，还可以使用氖等其它惰性气体。还可以在这些惰性气体中添加上氮等气体。就蚀刻掩模217而言，该实施例中显示的是用镍形成的蚀刻掩模，可以代替它，用钴、铜等不容易蚀刻的其它金属来形成蚀刻掩模。
下面，说明通过热压成形用象上述那样高密度且高精度地形成有所希望的矩形剖面形状的导轨状凸部214b的成形模具214来制造波导管基板的方法。
图14示出了用以制造波导管基板的热压成形机的概略剖面结构。如图14所示，热压成形机219的顶棚部设置有空压气缸220，在该空压气缸220下端部设置有内装了加热用加热器221的上部热压头222。以导轨状凸部214b朝着下方的姿势将靠实施例的干蚀刻制造的成形模具214作为上部成形模具固定到该上部热压头222下表面。
另一方面，热压成形机219内部下方，设置有内装了加热用加热器223的下部热压头224。以保持部件228定位固定到引导部件227内部的状态将保持部件228安装到该下部热压头224的上表面，在保持部件228的上表面放置有由软化材料形成的成形部件229。
在所述热压成形机219中，将成形部件229放置到保持模具228上以后，内部被置换为氮气，而且，加热用加热器221和223被驱动而将内部加热到所希望的温度例如450℃到630℃。在该状态下，空压气缸220开始工作上部热压头222下降，固定在该上部热压头222下表面的成形模具214被以一定的压力压到成形部件229上。这样一来，成形部件229表面上便由于塑性变形而形成了对应于成形模具214的导轨状凸部214b的沟。一这样在成形部件229上形成沟而制造出波导管基板后，热压成形机219内部的温度便被冷却到从室温到150℃这一范围内，将已制造好的波导管基板从热压成形机219中取出来。因此，若能根据该实施例的制造方法高精度地加工出成形模具214，则仅进行用了该成形模具214的热压成形，就能够大量地生产同一形状的波导管基板。因此能够提供廉价的波导管基板。
在制造成形模具214所采用的该实施例的干蚀刻方法中，能够用极高的蚀刻速率蚀刻以钨和碳为主要成份的硬质合金，同时对蚀刻掩模的蚀刻选择比也极大的提高。所以能够高精度地制造具有例如图15(a)所示的剖面形状的成形模具230。如图15(a)所示，在成形模具230中，具有两侧成为倾斜面的侧壁230b的导轨状凸部230c形成在底座230a上。
在制造该成形模具230之际，例如象图15(b)所示的那样，在成为成形模具230的工件W表面上，形成形状与应该形成的倾斜面的侧壁230b和导轨状凸部230c相对应的蚀刻掩模231。这里，考虑到所设定的蚀刻时间而将成为蚀刻掩模231的两个侧壁的两侧斜面部231a设定为所希望的厚度。这样一来，工件W中央部位形成导轨状凸部230c的预定时间经过前，蚀刻掩模231的斜面部231a的下端部(前端部)通过蚀刻被除去，之后，形成完导轨状凸部230c的那一时刻，斜面部231a整个被通过蚀刻除去。结果是，例如如图15(c)所示，蚀刻结束后，仅残留下蚀刻掩模231中的用以形成导轨状凸部230c的部分。而且，因为伴随着蚀刻掩模231的斜面部231a从下端部被慢慢地靠蚀刻除去，而在工件W上形成了斜面状的侧壁230b，所以能够得到具有图15(a)所示的剖面形状的成形模具230。
如上所述，因为根据该实施例的利用干蚀刻的成形模具的制造方法，能够以高蚀刻速率干蚀刻硬质合金，所以除了能够制造用以热压成形波导管基板的成形模具214以外，还非常适合用来制造玻璃成形用成形模具、或者高强度微细工具、耐磨损性微细工具、耐腐蚀性微细工具或者是耐热性微细工具等的成形模具等。
(第六个实施例的第一个变形例)
下面，参考附图，说明本发明第六个实施例的第一个变形例所涉及的成形模具的制造方法。
图16是显示用以将该变形例的成形模具的制造方法具体化的ICP等离子体蚀刻装置的概略剖面结构的图。补充说明一下，在图16中，用相同的符号表示和图10中所示的第六个实施例中所用的ICP等离子体蚀刻装置一样的构成要素，省略说明。如图16所示，在该变形例中所用的ICP等离子体蚀刻装置，和图10中所示的第六个实施例中所用的ICP等离子体蚀刻装置的不同之处，在于在该变形例中，使用的是用以供给作为反应性气体的氯气的第一气体箱211B，代替了在第六个实施例中使用的用以供给作为反应性气体的碘化氢气体的第一气体箱211A。换句话说，在该变形例中，生成蚀刻气体的蚀刻气体生成装置210，边调整来自第一气体箱211B的作为反应性气体的氯气的、来自第二气体箱212的作为惰性气体的氩气的、来自第三气体箱213的氧气的流量，以便达到后述预定的比例(混合比)，边分别将它们导入，再将已导入的三种所述气体进行混合而生成所希望的蚀刻气体，将该所生成的蚀刻气体供到处理腔201内部。
该变形例中的成形模具的制造方法，除了用氯气作为蚀刻气体中的反应性气体这一点不同以外，其它地方基本上和图11(a)到图11(c)、图12中所示的第六个实施例一样。
换句话说，该变形例中的成形模具的制造方法和第六个实施例一样，如图11(a)所示，在将工件W搬到处理腔201内之前，在工件W表面上事先形成形状对应于所述导轨状凸部214b的蚀刻掩模217。蚀刻掩模217的形成方法和例如第六个实施例的一样。
接着，将如上所述事先形成的一定图案的蚀刻掩模217的工件W放置到处理腔201内的下电极203上。之后，驱动真空泵209，将处理腔201内部抽真空而成为一定真空度，再驱动蚀刻气体生成装置210将蚀刻气体导入到处理腔201内。该蚀刻气体是如上所述将氯气、氩气和氧气混合起来后而得到的，就一分钟的气体流量比而言，混合比例被设定为氯气∶氩气∶氧气＝25cc∶50cc∶5cc。
接着，和第六个实施例一样，将驱动电力从ICP等离子体偏压RF电源204供向上电极202，同时将驱动电力从偏压RF电源207供向下电极203。这样一来，处理腔201内所述蚀刻气体被激活，在上电极202(ICP部)周围产生高密度的等离子体游离基。所以如图11(b)所示，从上电极202吸引到下电极203的等离子体游离基218垂直入射到含蚀刻掩模217的工件W的表面上，工件W的干蚀刻就这样进行下去。
补充说明一下，该变形例中的干蚀刻条件和例如第六个实施例的一样。
在该变形例中，由所述蚀刻气体中的反应性气体即氯气生成的反应性游离基，作用在工件W表面上也就是钨和碳的合金表面上，由此而产生的钨的氯化物和碳的氯化物被除去，干蚀刻就进行下去。此时所述蚀刻气体中的惰性气体即氩气所起的作用是，将产生在蚀刻面上的蚀刻化合物除去来促进蚀刻。
接着，如果蚀刻已经结束，和第六个实施例一样，便利用例如盐酸、硝酸等酸进行湿蚀刻来除去蚀刻掩模217。这样一来，便形成了图11(c)和图12所示的所希望的成形模具214，也就是说，获得的是在底座214a的表面上形成有一定图案的导轨状凸部214b的成形模具214。
图11(b)所示的干蚀刻制造成形模具214时，使用氯气作为蚀刻气体中的反应气体，蚀刻速率是1分钟200nm左右，大大地提高。换句话说，和现有的利用氟系气体进行干蚀刻的情况下，20分钟蚀刻1微米的蚀刻速率相比，该变形例中的蚀刻速率是20分钟大约能蚀刻4微米，提高很大。在该变形例中，通过在蚀刻气体中混合上氧气，便能使蚀刻速率进一步提高。这是因为由含氧气的蚀刻气体生成的反应性游离基和工件W中的钨结合，成为碳化氧，结果就促进了蚀刻反应之故。
补充说明一下，如图17所示，在该变形例中使氧气混入到蚀刻气体中的情况下的蚀刻速率根据氧气相对于氯气气体的混合比(流量比)而定。具体而言，在将氧气相对于氯气气体的混合比设定在0.15到0.6这一范围的情况下，能够得到的蚀刻速率是1分钟大约在150nm到200nm以上很大的蚀刻速率。当将所述混合比设定在0.3时，能得到最大值的蚀刻速率，1分钟大约350nm。因此，在将所述混合比设定在0.3的情况下，20分钟的蚀刻就能蚀刻约7微米深。另一方面，若进行现有的用氟系气体作蚀刻气体的干蚀刻，要想蚀刻到10微米深所需要的蚀刻时间是200分钟。换句话说，和现有技术相比，根据该变形例能够大大地缩短为得到所希望的蚀刻深度的蚀刻时间。
如上所述，在进行该变形例的干蚀刻时，即使在设定为10微米左右较大的蚀刻深度的情况下，也能通过利用在氯气气体中混合上氧气而得到的蚀刻气体，而象上述那样将蚀刻速率提高很大。由此可知，能够防止由于蚀刻时间变长而侧面蚀刻蚀刻掩模217所导致的形状变化。换句话说，能够将蚀刻掩模217维持为矩形的初期剖面形状。而且，还能够在短蚀刻时间内让蚀刻处理结束而使蚀刻化合物的生成量不会很多。再者，作为惰性气体而混合到蚀刻气体中的氩气，通过溅射而有效地将伴随着蚀刻而产生在工件W表面的蚀刻化合物除去。
和第六个实施例一样，如图11(c)所示，在进行了这样的该变形例的干蚀刻后所得到的成形模具214中，形成在底座214a上的导轨状凸部214b具有10微米左右的较高的高度，同时形成为高密度图案，尽管如此，导轨状凸部214b的侧壁相对于底座214a是绝对垂直的。换句话说，导轨状凸部214b形成为具有所希望的矩形剖面形状。而且，因为通过用上述氩气除去蚀刻化合物，蚀刻面的表面粗糙度变小，所以能够高精度地控制导轨状凸部214b的形状。再者，在该变形例的干蚀刻中，能够大幅度地缩短蚀刻时间，从而能够以很高的生产性制作成形模具214，并谋求成本的降低。
补充说明一下，在该变形例中，以氯气气体作为含氯原子的反应气体用，还可以或者是代替它使用适量的三氯化硼、四氯化碳或者三氯甲烷，或者是在此基础上再加上适量的三氯化硼、四氯化碳或者三氯甲烷。或者是使用其它容易气化的氯化物。作为惰性气体，除了可使用该变形例中的氩气外，还可以使用氖等其它惰性气体。还可以在这些惰性气体中添加上氮等气体。就蚀刻掩模217而言，该变形例中显示的是用镍形成的蚀刻掩模，可以代替它，用钴、铜等不容易蚀刻的其它金属来形成蚀刻掩模。
通过热压成形用上述的高密度且高精度地形成有所希望的矩形剖面形状的导轨状凸部214b的成形模具214，来制造波导管基板的方法，和图14及图15(a)到图15(c)所示的第六个实施例一样。
(第六个实施例的第二个变形例)下面，参考附图，说明本发明第六个实施例的第二个变形例所涉及的成形模具的制造方法。
图18是显示用以将该变形例的成形模具的制造方法具体化的ICP等离子体蚀刻装置的概略剖面结构的图。补充说明一下，在图18中，用相同的符号表示和图10中所示的第六个实施例中所用的ICP等离子体蚀刻装置一样的构成要素，省略说明。如图18所示，在该变形例中所用的ICP等离子体蚀刻装置，和图10中所示的第六个实施例中所用的ICP等离子体蚀刻装置的不同之处，在于在该变形例中，使用的是用以供给作为反应性气体的溴化氢气体的第一气体箱211C，代替了在第六个实施例中使用的用以供给作为反应性气体的碘化氢气体的第一气体箱211A。换句话说，在该变形例中，生成蚀刻气体的蚀刻气体生成装置210，边调整来自第一气体箱211C的作为反应性气体的溴化氢气体的、来自第二气体箱212的作为惰性气体的氩气的、来自第三气体箱213的氧气的流量，以便达到后述预定的比例(混合比)，边分别将它们导入，再将已导入的三种所述气体进行混合而生成所希望的蚀刻气体，将该所生成的蚀刻气体供到处理腔201内部。
该变形例中的成形模具的制造方法，除了用溴化氢气体作为蚀刻气体中的反应性气体这一点不同以外，其它地方基本上和图11(a)到图11(c)、图12中所示的第六个实施例一样。
换句话说，该变形例中的成形模具的制造方法和第六个实施例一样，如图11(a)所示，在将工件W搬到处理腔201内之前，在工件W表面上事先形成形状对应于所述导轨状凸部214b的蚀刻掩模217。蚀刻掩模217的形成方法和例如第六个实施例的一样。
接着，将事先形成的一定图案的蚀刻掩模217的工件W放置到处理腔201内的下电极203上。之后，驱动真空泵209，将处理腔201内部抽真空而成为一定真空度，再驱动蚀刻气体生成装置210将蚀刻气体导入到处理腔201内。该蚀刻气体是如上所述将溴化氢气体、氩气和氧气混合起来后而得到的，就一分钟的气体流量比而言，混合比例被设定为溴化氢∶氩气∶氧气＝25cc∶50cc∶5cc。
接着，和第六个实施例一样，将驱动电力从ICP等离子体偏压RF电源204供向上电极202，同时将驱动电力从偏压RF电源207供向下电极203。这样一来，处理腔201内所述蚀刻气体被激活，在上电极202(ICP部)周围产生高密度的等离子体游离基。所以如图11(b)所示，从上电极202吸引到下电极203的等离子体游离基218垂直入射到含蚀刻掩模217的工件W的表面上，工件W的干蚀刻就这样进行下去。
补充说明一下，该变形例中的干蚀刻条件和例如第六个实施例的一样。
在该变形例中，由所述蚀刻气体中的反应性气体即溴化氢气体生成的反应性游离基，作用在工件W表面上也就是钨和碳的合金表面上，由此而产生的钨的溴化物和碳的溴化物被除去，干蚀刻就进行下去。此时所述蚀刻气体中的惰性气体即氩气所起的作用是，将产生在蚀刻面上的蚀刻化合物除去来促进蚀刻。
接着，如果蚀刻已经结束，和第六个实施例一样，便利用例如盐酸、硝酸等酸进行湿蚀刻来除去蚀刻掩模217。这样一来，便形成了图11(c)和图12所示的所希望的成形模具214，也就是说，获得的是在底座214a的表面上形成有一定图案的导轨状凸部214b的成形模具214。
图11(b)所示的干蚀刻制造成形模具214时，使用溴化氢气体作为蚀刻气体中的反应气体，蚀刻速率是1分钟200nm左右，大大地提高。换句话说，和现有的利用氟系气体进行干蚀刻的情况下，20分钟蚀刻1微米的蚀刻速率相比，该变形例中的蚀刻速率是20分钟大约能蚀刻4微米，提高很大。在该变形例中，通过在蚀刻气体中混合上氧气，便能使蚀刻速率进一步提高。这是因为由含氧气的蚀刻气体生成的反应性游离基和工件W中的钨结合，成为碳化氧，结果就促进了蚀刻反应之故。
补充说明一下，如图19所示，在该变形例中使氧气混入到蚀刻气体中的情况下的蚀刻速率根据氧气相对于溴化氢气体的混合比(流量比)而定。具体而言，在将氧气相对于溴化氢气体的混合比设定在0.15到0.6这一范围的情况下，能够得到的蚀刻速率是1分钟大约在150nm到200nm以上很大的蚀刻速率。当将所述混合比设定在0.3时，能得到最大值的蚀刻速率，1分钟大约300nm。因此，在将所述混合比设定在0.3的情况下，20分钟的蚀刻就能蚀刻约6微米深。另一方面，若进行现有的用氟系气体作蚀刻气体的干蚀刻，要想蚀刻到10微米深所需要的蚀刻时间是200分钟。换句话说，和现有技术相比，根据该变形例能够大大地缩短为得到所希望的蚀刻深度的蚀刻时间。
如上所述，在进行该变形例的干蚀刻时，即使在设定为10微米左右较大的蚀刻深度的情况下，也能通过利用在溴化氢气体中混合上氧气而得到的蚀刻气体，而象上述那样将蚀刻速率提高很大。由此可知，能够防止由于蚀刻时间变长而侧面蚀刻蚀刻掩模217所导致的形状变化。换句话说，能够将蚀刻掩模217维持为矩形的初期剖面形状。而且，还能够在短蚀刻时间内让蚀刻处理结束而使蚀刻化合物的生成量不会很多。再者，作为惰性气体而混合到蚀刻气体中的氩气，通过溅射而有效地将伴随着蚀刻而产生在工件W表面的蚀刻化合物除去。
和第六个实施例一样，如图11(c)所示，在进行了这样的该变形例的干蚀刻后所得到的成形模具214中，形成在底座214a上的导轨状凸部214b具有10微米左右的较高的高度，同时形成为高密度图案，尽管如此，导轨状凸部214b的侧壁相对于底座214a是绝对垂直的。换句话说，导轨状凸部214b形成为具有所希望的矩形剖面形状。而且，因为通过用上述氩气除去蚀刻化合物，蚀刻面的表面粗糙度变小，所以能够高精度地控制导轨状凸部214b的形状。再者，在该变形例的干蚀刻中，能够大幅度地缩短蚀刻时间，从而能够以很高的生产性制作成形模具214，并谋求成本的降低。
补充说明一下，在该变形例中，以溴化氢气体作为含溴原子的反应气体用，还可以或者是代替它使用适量的溴气气体、三溴化硼、四溴化碳或者溴代甲烷，或者是在此基础上再加上适量的溴气气体、三溴化硼、四溴化碳或者溴代甲烷。或者是使用其它容易气化的溴化物。作为惰性气体，除了可使用该变形例中的氩气外，还可以使用氖等其它惰性气体。还可以在这些惰性气体中添加上氮等气体。就蚀刻掩模217而言，该变形例中显示的是用镍形成的蚀刻掩模，可以代替它，用钴、铜等不容易蚀刻的其它金属来形成蚀刻掩模。
通过热压成形用上述的高密度且高精度地形成有所希望的矩形剖面形状的导轨状凸部214b的成形模具214，来制造波导管基板的方法，和图14及图15(a)到图15(c)所示的第六个实施例一样。
工业实用性 如上所述，本发明的干蚀刻方法作为高精度地微细加工WC合金那样的以钨和碳为主要成份的物质的一种方法是非常有用的；本发明的微细结构形成方法作为在WC合金那样的以钨和碳为主要成份的物质上高精度地形成微细图案的方法是非常有用的。换句话说，本发明的干蚀刻方法和微细结构形成方法，作为一种使对WC合金等的加工飞跃地高精度化且更容易的技术，为WC合金在MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)领域内的应用开辟出一条广阔的大道。
本发明模板的制造方法，是用以钨和碳为主要成份的物质作模板母材，制造包括高精度的微小凹凸的模板所必不可少的。本发明的模板，因为是一种在硬质合金即WC合金等上设置超高精度的微小凹凸的结构，所以本发明的模板，不仅可以作为制造光电路部件的模板或者是纳米压印的模板使用，还可以作为所有技术领域的高耐久性高精度微小凹凸模板使用。
在本发明的其它干蚀刻方法和其它成形模具的制造方法中，用由将含碘原子、氯原子或者溴原子中之任一种原子的第一气体、惰性气体的第二气体以及为氧气的第三气体混合后而得到的蚀刻气体生成的等离子体游离基来对由以钨和碳为主要成份的硬质合金构成的形成材料进行干蚀刻。因此，即使在高密度地形成蚀刻深度较大的图案的情况下，也能够高精度地制造出具有蚀刻形成的凸部的侧壁绝对垂直底座的所希望的矩形剖面形状且蚀刻面的表面粗糙度小的成形模具。而且，因为能大幅度地缩短蚀刻时间，所以能够以高生产性制造成形模具而谋求成本的下降。
权利要求
1.一种干蚀刻方法，其特征在于使用由含氯原子的气体生成的等离子体对含钨和碳的物体进行蚀刻。
2.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。
4.根据权利要求3所述的干蚀刻方法，其特征在于所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氧原子。
6.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和稀有气体的混合气体生成。
7.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。
8.根据权利要求7所述的干蚀刻方法，其特征在于所述含卤素原子的气体，是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。
9.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氟原子。
10.根据权利要求1所述的干蚀刻方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氯原子以外的卤素原子。
11.一种微细结构形成方法，其特征在于包括在含钨和碳的物体上形成掩模图案的工序，以及使用所述掩模图案利用由含氯原子的气体生成的等离子体对所述物体进行蚀刻的工序。
12.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。
13.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。
14.根据权利要求13所述的微细结构形成方法，其特征在于所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种分子，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的两种以上的混合物。
15.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氧原子。
16.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。
17.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。
18.根据权利要求17所述的微细结构形成方法，其特征在于所述含卤素原子的气体，是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。
19.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氟原子。
20.根据权利要求11所述的微细结构形成方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氯原子以外的卤素原子。
21.一种模板的制造方法，其特征在于使用由含氯原子的气体生成的等离子体，将含钨和碳的物体加工成模板。
22.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。
23.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。
24.根据权利要求23所述的模板的制造方法，其特征在于所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种分子，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的两种以上的混合物。
25.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氧原子。
26.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。
27.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。
28.根据权利要求27所述的模板的制造方法，其特征在于所述含卤素原子的气体，是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。
29.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氟原子。
30.根据权利要求21所述的模板的制造方法，其特征在于所述含氯原子的气体还含氯原子以外的卤素原子。
31.一种模板，其特征在于使用由含氯原子的气体生成的等离子体对含钨和碳的物体进行成形加工来制造出该模板。
32.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述含氯原子的气体，是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中的任何一种，或者是氯气分子、氯化氢分子、三氯化硼分子中两种以上的混合物。
33.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氧原子的气体的混合气体生成。
34.根据权利要求33所述的模板，其特征在于所述含氧原子的气体，是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中的任何一种，或者是氧气分子、氧化氮分子、氧化硫分子、氧化碳分子中两种以上的混合物。
35.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述含氯原子的气体还含氧原子。
36.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和惰性气体的混合气体生成。
37.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述等离子体，由所述含氯原子的气体和含氯原子以外的卤素原子的气体的混合气体生成。
38.根据权利要求37所述的模板，其特征在于所述含卤素原子的气体，是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中的任何一种，或者是含氟原子的气体、含溴原子的气体、含碘原子的气体中两种以上的混合气体。
39.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述含氯原子的气体还含氟原子。
40.根据权利要求31所述的模板，其特征在于所述含氯原子的气体还含氯原子以外的卤素原子。
41.一种干蚀刻方法，其特征在于使用由将含碘原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，对由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料进行蚀刻。
42.根据权利要求41所述的干蚀刻方法，其特征在于所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
43.根据权利要求41所述的干蚀刻方法，其特征在于所述第一气体是碘化氢气体或者碘化三氟甲烷气体。
44.根据权利要求41所述的干蚀刻方法，其特征在于所述第二气体是氩气。
45.一种成形模板的制造方法，其特征在于包括在由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料的表面形成具有规定图案形状的蚀刻掩模的工序，以及使用由将含碘原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，干蚀刻所述形成材料，以形成对应于所述蚀刻掩模的凸部的工序。
46.根据权利要求45所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
47.根据权利要求45所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述第一气体是碘化氢气体或者碘化三氟甲烷气体。
48.根据权利要求45所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述第二气体是氩气。
49.一种干蚀刻方法，其特征在于使用由将含氯原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，对由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料进行蚀刻。
50.根据权利要求49所述的干蚀刻方法，其特征在于所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
51.根据权利要求49所述的干蚀刻方法，其特征在于所述第一气体是氯气或者三氯化硼气体。
52.根据权利要求49所述的干蚀刻方法，其特征在于所述第二气体是氩气。
53.一种成形模板的制造方法，其特征在于包括在由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料的表面形成具有规定图案形状的蚀刻掩模的工序，以及使用由将含氯原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，干蚀刻所述形成材料，以形成对应于所述蚀刻掩模的凸部的工序。
54.根据权利要求53所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
55.根据权利要求53所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述第一气体是氯气或者三氯化硼气体。
56.根据权利要求53所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述第二气体是氩气。
57.一种干蚀刻方法，其特征在于使用由将含溴原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，对由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料进行蚀刻。
58.根据权利要求57所述的干蚀刻方法，其特征在于所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
59.根据权利要求57所述的干蚀刻方法，其特征在于所述第一气体是溴气或者溴化氢气体。
60.根据权利要求57所述的干蚀刻方法，其特征在于所述第二气体是氩气。
61.一种成形模板的制造方法，其特征在于包括在由以钨和碳为主要成份的硬质合金组成的形成材料的表面形成具有规定图案形状的蚀刻掩模的工序，以及使用由将含溴原子的第一气体、由惰性气体组成的第二气体及由氧气组成的第三气体混合起来而形成的蚀刻气体生成的等离子体游离基，干蚀刻所述形成材料，以形成对应于所述蚀刻掩模的凸部的工序。
62.根据权利要求61所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述蚀刻气体，以所述第三气体相对所述第一气体的0.15以上且0.6以下的混合比混合而成。
63.根据权利要求61所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述第一气体是溴气或者溴化氢气体。
64.根据权利要求61所述的成形模板的制造方法，其特征在于所述第二气体是氩气。
全文摘要
用由含氯原子的气体生成的等离子体50对WC基板7进行蚀刻。
文档编号G02B6/13GK1993303SQ20068000051
公开日2007年7月4日 申请日期2006年5月23日 优先权日2005年5月24日
发明者中川秀夫, 屉子胜, 村上友康 申请人:松下电器产业株式会社