【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、超電導体を含む試料
を制御性よく選択的にエッチングできる超電導体試料の
エッチング方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a superconductor sample which can selectively etch a sample containing a superconductor with good controllability.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のイオンビームエッチング装置の構
成について図１４を参照しながら説明する。図１４は、
例えば西原外２名共著「光集積回路」、昭和６０年２月
２５日（株）オーム社刊行、第１９４頁に示された従来
のアルゴンイオンビームエッチング装置の構成を示した
図である。また、上記エッチング装置による超電導体の
エッチングについては、例えばＡppl.Ｐhys.Ｌett.56(1
5),9 Ａpril 1990、第１４６９頁〜第１４７１頁に記載
されている。2. Description of the Related Art The structure of a conventional ion beam etching apparatus will be described with reference to FIG. FIG.
For example, it is a diagram showing the configuration of a conventional argon ion beam etching apparatus shown in page 194 of "Optical Integrated Circuit" co-authored by Nishihara Gaiji and published by Ohmsha Co., Ltd. on February 25, 1985. Further, with respect to the etching of the superconductor by the above-described etching apparatus, for example, Appl. Phys. Lett.
5), 9 April 1990, pp. 1469-1471.
【０００３】図１４において、１はアルゴンガス、２は
ガス導入管、３は真空チャンバーである。また、４は超
電導薄膜、５はレジスト、６は基板、１０は水冷試料台
である。さらに、７は真空ポンプ、８はプラズマ、９は
プラズマ８を引き出すコイル、１１は陰極、１２は陽
極、１３は加速コリメート電極、１４は中和器、１５は
シャッター、１６はアルゴンイオンビームである。In FIG. 14, 1 is an argon gas, 2 is a gas introduction pipe, and 3 is a vacuum chamber. 4 is a superconducting thin film, 5 is a resist, 6 is a substrate, and 10 is a water-cooled sample stage. Further, 7 is a vacuum pump, 8 is plasma, 9 is a coil for extracting the plasma 8, 11 is a cathode, 12 is an anode, 13 is an accelerating collimating electrode, 14 is a neutralizer, 15 is a shutter, and 16 is an argon ion beam. .
【０００４】次に、前述した従来のエッチング装置の動
作について説明する。イオンビームエッチングは、不活
性イオンを試料に当て、スパッタリングにより試料をエ
ッチングする物理的な方法である。例えば、試料は、絶
縁性の基板６上に超電導薄膜４を成長させ、この超電導
薄膜４の表面にレジスト５を塗布し、露光によるパター
ニングを行い、レジストマスクを作製したものである。Next, the operation of the above-described conventional etching apparatus will be described. Ion beam etching is a physical method in which inert ions are applied to a sample and the sample is etched by sputtering. For example, the sample, the superconducting thin film 4 is grown on an insulating substrate 6, a resist 5 is applied to the surface of the superconducting thin film 4, patterning is performed by exposure, Ruder that forma resist mask.
【０００５】アルゴンガス１は、ガス導入管２から真空
チャンバー３に導入される。そして、陰極１１と陽極１
２の間に印加された電圧により陰極１１から発生した１
０〜２０ｅＶの運動エネルギーを持った電子がアルゴン
ガス１に衝突し、プラズマ８となる。プラズマ８中のア
ルゴンイオンは、コイル９により引き出され、加速コリ
メート電極１３によって数ｋＶまで加速され、超電導薄
膜４及びレジスト５をスパッタリングする。これによっ
て、超電導薄膜４のエッチングが実現される。また、エ
ッチングの開始と終了は、シャッター１５の開閉で行
う。エッチング終了後、不用なレジスト５は除去され
る。[0005] An argon gas 1 is introduced into a vacuum chamber 3 from a gas introduction pipe 2. Then, the cathode 11 and the anode 1
2 generated from the cathode 11 by the voltage applied between
Electrons having a kinetic energy of 0 to 20 eV collide with the argon gas 1 and become a plasma 8. Argon ions in the plasma 8 are extracted by the coil 9, accelerated to several kV by the accelerating collimating electrode 13, and sputter the superconducting thin film 4 and the resist 5. Thereby, the etching of the superconducting thin film 4 is realized. The start and end of the etching are performed by opening and closing the shutter 15. After completion of the etching, the unnecessary resist 5 is removed.
【０００６】ここで、水冷試料台１０は、スパッタリン
グによる試料の損傷を小さくするために冷やされてい
る。特に、中性粒子のスパッタリングを可能にするため
に、加速コリメート電極１３のすぐ後に中和器１４が取
り付けてある。さらに、このアルゴンイオンビームエッ
チングでは、エッチング速度がイオン入射角に依存する
ので水冷試料台１０は、試料をイオン飛来方向に対して
傾斜できるように設計されている。Here, the water-cooled sample stage 10 is cooled to reduce damage to the sample due to sputtering. In particular, a neutralizer 14 is provided immediately after the accelerating collimating electrode 13 to enable the sputtering of neutral particles. Furthermore, in this argon ion beam etching, since the etching rate depends on the ion incident angle, the water-cooled sample stage 10 is designed so that the sample can be inclined with respect to the ion flight direction.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
イオンビームエッチング装置による超電導薄膜４のイオ
ンビームエッチング方法においては、以上のようにアル
ゴンガス１を用いている。アルゴンイオンビーム１６
は、主として不活性イオンからなるため、試料にかかわ
らず物理的なエッチングである。従って、アルゴンガス
１によるエッチングでは超電導薄膜４がエッチングされ
ると同時にレジスト５もエッチングされ、さらに絶縁
膜、金属膜、半導体薄膜等もエッチングされる。In the ion beam etching method for the superconducting thin film 4 using the conventional ion beam etching apparatus as described above, the argon gas 1 is used as described above. Argon ion beam 16
Is a physical etching irrespective of the sample because it mainly consists of inert ions. Therefore, in the etching with the argon gas 1, the resist 5 is etched at the same time as the superconducting thin film 4 is etched, and further, the insulating film, the metal film, the semiconductor thin film and the like are also etched.
【０００８】例えば、絶縁層が超電導薄膜で挟まれたよ
うなＳＩＳ構造をもつ試料に対して、絶縁層に電極を形
成するために、超電導薄膜と絶縁層の界面でエッチング
を停止させることが要求される。従来では、上記電極形
成の場合、最初に超電導薄膜のエッチングレイトを見積
もり、次にこのエッチングレイトに基づき、エッチング
時間を決め、超電導薄膜をエッチングするが、完全に超
電導薄膜を除去する必要があるために、超電導薄膜の膜
厚のばらつきを考慮しエッチング時間を多めに設定す
る。従って、超電導薄膜の下にある絶縁膜もかなりエッ
チングされてしまう。また、このＳＩＳ構造では、Ｉ層
はあまり厚くできないため、この方法を用いれば、絶縁
膜を突き抜けてエッチングしてしまう場合も生じる。こ
のように絶縁膜を突き抜けてエッチングされると、良好
なデバイス特性が得られないという問題点があった。For example, for a sample having an SIS structure in which an insulating layer is sandwiched between superconducting thin films, it is necessary to stop etching at the interface between the superconducting thin film and the insulating layer in order to form an electrode on the insulating layer. Is done. Conventionally, in the case of the above-mentioned electrode formation, first, the etching rate of the superconducting thin film is estimated, and then, based on this etching rate, the etching time is determined and the superconducting thin film is etched, but it is necessary to completely remove the superconducting thin film. First, the etching time is set longer in consideration of the variation in the thickness of the superconducting thin film. Therefore, the insulating film under the superconducting thin film is also considerably etched. Further, in this SIS structure, since the I layer cannot be made too thick, using this method may cause etching through the insulating film. When etching is performed through the insulating film as described above, there is a problem that good device characteristics cannot be obtained.
【０００９】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、エッチングの選択性を用いて、超
電導薄膜と絶縁膜の界面でエッチングを確実に停止する
ことができる超電導体試料のエッチング方法を得ること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is directed to a superconductor sample capable of reliably stopping etching at an interface between a superconducting thin film and an insulating film by using etching selectivity. The purpose is to obtain an etching method.
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【００１２】[0012]
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】 この発明の請求項１に係
る超電導体試料のエッチング方法は、アルコールを含む
ガスを用いて、超電導体を含む試料を前記超電導体以外
の材料に対して選択的にエッチングする工程を含むもの
である。According to afirst aspect of the present invention, there is provided a method for etching a superconductor sample, wherein a sample containing a superconductor is selectively used for a material other than the superconductor using a gas containing an alcohol. And a step of etching.
【００１４】[0014]
【００１５】[0015]
【００１６】[0016]
【００１７】この発明の請求項２に係る超電導体試料の
エッチング方法は、有機ガスのうち少なくとも１つと、
酸素、水素、窒素及び希ガスのうち少なくとも１つとを
交互に導入することにより、超電導体を含む試料を前記
超電導体以外の材料に対して選択的にエッチングする工
程を含むものである。According to asecond aspect of the present invention, there is provided a method for etching a superconductor sample, comprising the steps of:
The method includes a step of selectively etching a sample containing a superconductor with respect to a material other than the superconductor by alternately introducing at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas.
【００１８】[0018]
【００１９】[0019]
【００２０】この発明の請求項３に係る超電導体試料の
エッチング方法は、有機ガスのうち少なくとも１つと、
酸素、水素、窒素及び希ガスのうち少なくとも１つとを
含む混合ガスを用いて、プラズマ発生源から超電導体を
含む試料までの距離を変化させつつ、前記試料を前記超
電導体以外の材料に対して選択的にエッチングする工程
を含むものである。According to athird aspect of the present invention, there is provided a method for etching a superconductor sample, comprising the steps of:
Using a mixed gas containing at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas, while changing the distance from the plasma generation source to the sample containing the superconductor, the sample is placed on a material other than the superconductor. This includes a step of selectively etching.
【００２１】[0021]
【００２２】[0022]
【００２３】[0023]
【００２４】[0024]
【００２５】[0025]
【００２６】[0026]
【００２７】[0027]
【００２８】[0028]
【００２９】この発明の請求項４に係る超電導体試料の
エッチング方法は、超電導体表面にポリマーを成長させ
る第１の工程と、前記ポリマー上にレジストを塗布し、
露光によるパターニングを行い、レジストマスクを作製
する第２の工程と、前記レジストに覆われていない部分
のポリマーを除去する第３の工程と、不要なレジストを
除去し、ポリマーのマスクを作製する第４の工程と、有
機ガスのうち少なくとも１つと、酸素、水素、窒素及び
希ガスのうち少なくとも１つとを含む混合ガスを用い
て、超電導体を含む試料を前記超電導体以外の材料に対
して選択的にエッチングする第５の工程を含むものであ
る。According to afourth aspect of the present invention, there is provided a method for etching a superconductor sample, comprising: a first step of growing a polymer on a superconductor surface; and applying a resist on the polymer.
A second step of patterning by exposure to produce a resist mask, a third step of removing the polymer in portions not covered by the resist, and a second step of removing unnecessary resist and producing a polymer mask. Step 4 and using a mixed gas containing at least one of organic gases and at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen and a rare gas to select a sample containing a superconductor with respect to materials other than the superconductor It includes a fifth step of performing selective etching.
【００３０】[0030]
【００３１】[0031]
【００３２】[0032]
【００３３】[0033]
【作用】 この発明の請求項１に係る超電導体試料のエッ
チング方法においては、アルコールを含むガスを用い
て、超電導体を含む試料を前記超電導体以外の材料に対
して選択的にエッチングする工程によって、超電導体を
含む試料において、例えば、超電導薄膜と絶縁膜では、
選択エッチングが可能になるため、ＳＩＳ構造のＳ層と
Ｉ層の界面でエッチングを停止することができ、電極形
成を行うプロセスが安定に行うことが可能となる。In the method of etching a superconductor sample according to thefirst aspect of the present invention, the step of selectively etching the sample containing the superconductor with respect to a material other than the superconductor using a gas containing alcohol is performed. In a sample containing a superconductor, for example, in a superconducting thin film and an insulating film,
Since selective etching becomes possible, etching can be stopped at the interface between the S layer and the I layer of the SIS structure, and the process of forming electrodes can be performed stably.
【００３４】[0034]
【００３５】[0035]
【００３６】[0036]
【００３７】この発明の請求項２に係る超電導体試料の
エッチング方法においては、有機ガスのうち少なくとも
１つと、酸素、水素、窒素及び希ガスのうち少なくとも
１つとを交互に導入することにより、超電導体を含む試
料を前記超電導体以外の材料に対して選択的にエッチン
グする工程によって、エッチングガスとしてメタン、エ
タン、エチレンのうち少なくとも１つと、酸素、水素、
窒素、不活性ガスのうち少なくとも１つをそれぞれ独立
に交互に供給することにより、上記記載の作用のほか、
エッチング中のエッチングかすの試料付着を避けること
が可能で、レジスト塗布後のレジストのかすの除去を同
一チャンバー内で行える。In the method for etching a superconductor sample according to asecond aspect of the present invention, at least one of organic gases and at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas are alternately introduced to achieve superconductivity. By selectively etching a sample containing a body with respect to a material other than the superconductor, at least one of methane, ethane, and ethylene as an etching gas, oxygen, hydrogen,
By supplying at least one of nitrogen and an inert gas independently and alternately, in addition to the above-described functions,
It is possible to avoid the adhesion of the sample to the etching residue during the etching, and the removal of the resist residue after the application of the resist can be performed in the same chamber.
【００３８】[0038]
【００３９】[0039]
【００４０】この発明の請求項３に係る超電導体試料の
エッチング方法においては、有機ガスのうち少なくとも
１つと、酸素、水素、窒素及び希ガスのうち少なくとも
１つとを含む混合ガスを用いて、プラズマ発生源から超
電導体を含む試料までの距離を変化させつつ、前記試料
を前記超電導体以外の材料に対して選択的にエッチング
する工程によって、基板とプラズマの発生源との距離を
変化させつつエッチングできるため、初めに荒いエッチ
ングを行い、界面付近では、細かいエッチングを行うこ
とが可能になり、エッチング時間の短縮、および素子に
与える損傷を低減することが可能となる。In the method for etching a superconductor sample according to athird aspect of the present invention, a plasma is formed by using a mixed gas containing at least one of an organic gas and at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen and a rare gas. While changing the distance from the source to the sample including the superconductor, by selectively etching the sample with respect to materials other than the superconductor, etching while changing the distance between the substrate and the source of plasma Therefore, rough etching can be performed first, and fine etching can be performed in the vicinity of the interface, so that the etching time can be shortened and damage to the element can be reduced.
【００４１】[0041]
【００４２】[0042]
【００４３】[0043]
【００４４】[0044]
【００４５】[0045]
【００４６】[0046]
【００４７】[0047]
【００４８】[0048]
【００４９】この発明の請求項４に係る超電導体試料の
エッチング方法においては、超電導体表面にポリマーを
成長させる第１の工程と、前記ポリマー上にレジストを
塗布し、露光によるパターニングを行い、レジストマス
クを作製する第２の工程と、前記レジストに覆われてい
ない部分のポリマーを除去する第３の工程と、不要なレ
ジストを除去し、ポリマーのマスクを作製する第４の工
程と、有機ガスのうち少なくとも１つと、酸素、水素、
窒素及び希ガスのうち少なくとも１つとを含む混合ガス
を用いて、超電導体を含む試料を前記超電導体以外の材
料に対して選択的にエッチングする第５の工程によっ
て、レジストによるパターニングが困難な試料に対して
も、ポリマーによるパターニングが可能になり、試料を
選択的にエッチングすることが可能となる。In the method for etching a superconductor sample according to afourth aspect of the present invention, a first step of growing a polymer on the superconductor surface, a resist is applied on the polymer, and patterning by exposure is performed. A second step of producing a mask, a third step of removing a polymer in a portion not covered with the resist, a fourth step of removing an unnecessary resist and producing a polymer mask, At least one of oxygen, hydrogen,
A fifth step of selectively etching a sample containing a superconductor with respect to a material other than the superconductor using a mixed gas containing at least one of nitrogen and a rare gas; In addition, patterning with a polymer can be performed, and the sample can be selectively etched.
【００５０】[0050]
【実施例】実施例１．この発明の実施例１に係るエッチ
ング装置の構成について図１を参照しながら説明する。
図１は、この発明の実施例１に係るイオンビームエッチ
ング装置を示す図であり、ガス導入管２〜真空ポンプ
７、コイル９〜シャッター１５は上述した従来例のもの
と同様である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当
部分を示す。[Embodiment 1] First Embodiment A configuration of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a view showing an ion beam etching apparatus according to a first embodiment of the present invention, in which a gas inlet pipe 2 to a vacuum pump 7, a coil 9 and a shutter 15 are the same as those in the above-described conventional example. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
【００５１】図１において、１７はエタンと酸素の混合
ガス、１８はエタンと酸素の混合ガスプラズマ、１９は
エタンと酸素の混合ガスイオンビームである。なお、４
はBiSrCaCuO高温超電導薄膜である。In FIG. 1, 17 is a mixed gas of ethane and oxygen, 18 is a mixed gas plasma of ethane and oxygen, and 19 is a mixed gas ion beam of ethane and oxygen. In addition, 4
Is a BiSrCaCuO high-temperature superconducting thin film.
【００５２】次に、この実施例１に係るイオンビームエ
ッチング装置を用いた超電導薄膜４のエッチングについ
て説明する。基本的なエッチング機構は従来のアルゴン
ガスによるものと同じである。Next, the etching of the superconducting thin film 4 using the ion beam etching apparatus according to the first embodiment will be described. The basic etching mechanism is the same as that using a conventional argon gas.
【００５３】まず、エタンと酸素の混合ガス１７は、ガ
ス導入管２を経て真空チャンバー３に入る。そして、コ
イル９、陰極１１、陽極１２、加速コリメート電極１３
等により構成されるイオン銃によりプラズマ１８が作ら
れ、エタンと酸素の混合ガスイオンビーム１９が発生
し、超電導薄膜４およびレジスト５に当たる。超電導薄
膜４と接触したエタンと酸素の混合ガスイオンビーム１
９は、化学的反応と物理的反応（プラズマ中のイオンの
衝突によるスパッタ）を行い、超電導薄膜４はエッチン
グされる。First, the mixed gas 17 of ethane and oxygen enters the vacuum chamber 3 via the gas introduction pipe 2. Then, the coil 9, the cathode 11, the anode 12, the accelerating collimating electrode 13
A plasma 18 is generated by an ion gun constituted by the above-described method, and a mixed gas ion beam 19 of ethane and oxygen is generated and impinges on the superconducting thin film 4 and the resist 5. Mixed gas ion beam 1 of ethane and oxygen in contact with superconducting thin film 4
9 performs a chemical reaction and a physical reaction (sputtering by collision of ions in plasma), and the superconducting thin film 4 is etched.
【００５４】さらに、このエタンイオンの化学的反応に
よるエッチングにおいては、材料に依ってはまったくエ
ッチングせず、その上にポリマーを作る性質があるため
に、例えば、ＭｇＯ等の絶縁性の基板６上に成膜された
超電導薄膜４をこの方法によりエッチングすると、超電
導薄膜４がエッチングされ、ＭｇＯ基板６の表面にはポ
リマーが堆積するためＭｇＯのエッチングが行われない
ことになる。これは、エタンイオンとＭｇＯの間の反
応、エタンイオンと超電導薄膜４の間の反応とが異なっ
ているためであり、選択エッチングが可能であることを
示すものである。また、ポリマーはエッチング後に酸素
イオンにより容易に除去される。Further, in the etching by the chemical reaction of ethane ions, the material is not etched at all depending on the material, but has a property of forming a polymer thereon. When the superconducting thin film 4 formed on the substrate is etched by this method, the superconducting thin film 4 is etched, and the polymer is deposited on the surface of the MgO substrate 6, so that MgO is not etched. This is because the reaction between ethane ions and MgO and the reaction between ethane ions and the superconducting thin film 4 are different, which indicates that selective etching is possible. Also, the polymer is easily removed by oxygen ions after etching.
【００５５】以上においては、エタンと酸素の混合ガス
１７を用いたエッチングについて述べたが、エタンのみ
で行っても良い。また、エタンの代わりに、エタンと同
様に炭素と水素から構成されるメタン、エチレン、プロ
パン、プロピレン、ブタン、ブチレン、アセチレンなど
の炭化水素およびそれらの混合ガスを用いても同様の効
果が期待される。Although the etching using the mixed gas 17 of ethane and oxygen has been described above, the etching may be performed only with ethane. Similar effects can also be expected by using hydrocarbons such as methane, ethylene, propane, propylene, butane, butylene, and acetylene composed of carbon and hydrogen in the same manner as ethane, and their mixed gases. You.
【００５６】しかし、エタンのみではポリマーが堆積し
やすくなる欠点があり、そのために酸素を混合させる。
酸素は、エタンイオンにより超電導薄膜４上にポリマー
が付着しエッチングできなくなることを防ぐ。水素、窒
素またはアルゴン等の希ガスも酸素と同様に、超電導薄
膜４上にポリマーが付着しエッチングできなくなること
を防止することができるために、酸素の代わりに水素、
窒素またはアルゴン等の希ガスを用いても同様の効果が
ある。However, ethane alone has a disadvantage that the polymer is apt to be deposited, and therefore oxygen is mixed.
Oxygen prevents the polymer from adhering to the superconducting thin film 4 due to ethane ions so that etching cannot be performed. A rare gas such as hydrogen, nitrogen, or argon can also prevent the polymer from adhering to the superconducting thin film 4 and being unable to be etched similarly to oxygen.
The same effect can be obtained by using a rare gas such as nitrogen or argon.
【００５７】また、エタンと酸素の混合ガス１７の代わ
りにアルコールを含むガスを用いても同様の効果が期待
される。アルコールはプラズマとなったときに、その成
分である炭化水素、酸素、水等に分解する。このため上
記で述べたエタン、酸素を別々のボンベから導入するこ
となく同じ効果が期待できる。また、このアルコールを
含むガスに、酸素、水素、窒素、希ガスを混合させても
よい。The same effect can be expected by using a gas containing alcohol instead of the mixed gas 17 of ethane and oxygen. Alcohol, when turned into plasma, decomposes into its components, such as hydrocarbons, oxygen, and water. Therefore, the same effect can be expected without introducing ethane and oxygen from separate cylinders. Further, oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas may be mixed with the gas containing alcohol.
【００５８】以上においては、BiSrCaCuO高温超電導薄
膜４の選択エッチングについて述べたが、高温超電導薄
膜としてBiSrCaCuOの代わりにYBaCuO，TIBaCaCuO，BaKB
iO，SrCaCuO等の金属元素を含む高温超電導薄膜を用い
ても良い。これらの高温超電導薄膜はBiSrCaCuO薄膜同
様、金属元素より構成されているため、エタンイオンと
化学的に反応してエッチングされる。よってBiSrCaCuO
薄膜と同様に、選択エッチングされる。In the above, the selective etching of the BiSrCaCuO high-temperature superconducting thin film 4 has been described. However, instead of BiSrCaCuO, YBaCuO, TIBaCaCuO, BaKB
A high-temperature superconducting thin film containing a metal element such as iO or SrCaCuO may be used. These high-temperature superconducting thin films, like the BiSrCaCuO thin film, are composed of a metal element, and thus are etched by chemically reacting with ethane ions. Therefore BiSrCaCuO
As with the thin film, selective etching is performed.
【００５９】また、同様の理由により、ＭｇＯ基板６の
代わりにSrTiO3，CeO，MoS2，NdGaO3，PrGaO3，YAlO3，
LaAlO3，LaSrGaO3基板およびそれらの薄膜、複合薄膜を
用いても良い。For the same reason, instead of the MgO substrate 6, SrTiO3, CeO, MoS2, NdGaO3, PrGaO3, YAlO3,
LaAlO3, LaSrGaO3 substrates, their thin films, and composite thin films may be used.
【００６０】さらに、この高温超電導薄膜４の代わりに
超電導体の厚膜やバルク材料を用いても良い。Further, instead of the high-temperature superconducting thin film 4, a thick film of a superconductor or a bulk material may be used.
【００６１】以上においては、超電導体材料と絶縁体材
料から成る構造の試料の選択エッチングについて述べた
が、超電導体材料と半導体材料、金属材料との構造に用
いても良い、これらの材料間には、構成や構成元素が異
なっているためエタンイオンに対する反応性も異なると
考えられる。In the above description, the selective etching of a sample having a structure composed of a superconductor material and an insulator material has been described. However, the sample may be used for the structure of a superconductor material, a semiconductor material, and a metal material. Are considered to have different reactivities to ethane ions due to different constitutions and constituent elements.
【００６２】この発明の実施例１は、前述したように、
高温超電導体を含む試料、例えば、基板（絶縁膜）６上
に超電導薄膜４が存在するような構造の試料に対して、
超電導薄膜４を制御性よく選択的にエッチングする方法
を実現するものである。従来のドライエッチングにおい
ては、エッチングガスにアルゴンを用いていた。このア
ルゴンビームは、主として不活性ガスであるため材料に
拘わらず、物理的なエッチングである。そのために絶縁
層上に高温超電導体が存在する試料に対して、その界面
でエッチングを停止することは非常に困難であった。そ
こで、エッチングに用いるガスを従来のアルゴンガスか
ら、有機ガスのうち少なくとも１つ、例えばエタンと、
酸素、水素、窒素、希ガスのうち少なくとも１つ、例え
ば酸素とを含む混合ガス、または有機ガスのみ、例えば
アルコールを含むガスに換える。エタン又はアルコール
の流量を正確に制御することにより高温超電導体のみを
エッチングし、絶縁体をエッチングしない、完全なエッ
チングの選択性を得ることができる。The first embodiment of the present invention, as described above,
For a sample containing a high-temperature superconductor, for example, a sample having a structure in which the superconducting thin film 4 is present on a substrate (insulating film) 6,
This realizes a method of selectively etching the superconducting thin film 4 with good controllability. In conventional dry etching, argon was used as an etching gas. This argon beam is a physical etching irrespective of the material because it is mainly an inert gas. Therefore, it has been very difficult to stop etching at the interface of a sample having a high-temperature superconductor on an insulating layer. Therefore, a gas used for etching is changed from a conventional argon gas to at least one of organic gases, for example, ethane,
At least one of oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas, for example, a mixed gas containing oxygen, or only an organic gas, for example, a gas containing alcohol is used. By precisely controlling the flow rate of ethane or alcohol, complete etching selectivity can be obtained in which only the high-temperature superconductor is etched and the insulator is not etched.
【００６３】実施例２．この発明の実施例２に係るエッ
チング装置の構成について図２を参照しながら説明す
る。図２は、この発明の実施例２に係るイオンビームエ
ッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 2 FIG. Second Embodiment A configuration of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an ion beam etching apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
【００６４】図２において、２Ａ及び２Ｂはガス導入
管、２０はエタンガス、２１は酸素ガス、２２はエタン
プラズマまたは酸素プラズマ、２３はエタンイオンビー
ムまたは酸素イオンビームであり、その他は上記実施例
１と同様のものである。In FIG. 2, 2A and 2B are gas introduction pipes, 20 is ethane gas, 21 is oxygen gas, 22 is ethane plasma or oxygen plasma, 23 is ethane ion beam or oxygen ion beam, and the others are the same as those in the first embodiment. Is similar to
【００６５】上記実施例１では、混合ガス１７をエッチ
ングに用いたが、この実施例２では、酸素ガス２１とエ
タンガス２０をガス導入管２Ｂと２Ａから独立に導入す
ることにより、選択エッチングを行う。基本的なエッチ
ング機構は上記実施例１のものと同じである。In the first embodiment, the mixed gas 17 is used for the etching. In the second embodiment, the selective etching is performed by introducing the oxygen gas 21 and the ethane gas 20 independently from the gas introduction pipes 2B and 2A. . The basic etching mechanism is the same as that of the first embodiment.
【００６６】次に、この実施例２の動作について説明す
る。エッチングガスのエタンガス２０および酸素ガス２
１は、真空チャンバー３の上部にとりつけられた２つの
ポート（ガス導入管２Ａ及び２Ｂ）よりそれぞれ独立に
交互に導入される。最初に酸素ガス２１を真空チャンバ
ー３に導入する。酸素ガス２１は、イオン銃によりプラ
ズマ２２状態となり、酸素イオンビーム２３が発生す
る。この酸素イオンビーム２３は超電導薄膜４上に残っ
たレジスト５のかすを除去するなどの表面清浄化の働き
をする。Next, the operation of the second embodiment will be described. Ethane gas 20 and oxygen gas 2 as etching gas
Numerals 1 are independently and alternately introduced from two ports (gas introduction pipes 2A and 2B) attached to the upper part of the vacuum chamber 3. First, oxygen gas 21 is introduced into the vacuum chamber 3. The oxygen gas 21 is turned into a plasma 22 state by the ion gun, and an oxygen ion beam 23 is generated. The oxygen ion beam 23 functions to clean the surface, such as removing residues of the resist 5 remaining on the superconducting thin film 4.
【００６７】その後、エタンガス２０を導入し、同様に
エタンイオンビーム２３が発生し、超電導薄膜４はエッ
チングされる。その後、酸素ガス２１を導入し、表面の
清浄をはかる。この繰り返しにより目的の厚みまでエッ
チングする。Thereafter, an ethane gas 20 is introduced, an ethane ion beam 23 is similarly generated, and the superconducting thin film 4 is etched. Thereafter, oxygen gas 21 is introduced to clean the surface. By repeating this, etching is performed to a target thickness.
【００６８】また、上記のエタンガス２０と酸素ガス２
１の繰り返しのエッチングのほかに、エタンと酸素の混
合ガス１７と酸素ガス２１の繰り返しのエッチングを行
っても同様な効果がある。特に、この方法は、エッチン
グかすの試料付着を嫌うものに有効であり、レジスト塗
布後のレジスト５のかすの除去を同一真空チャンバー３
内で行えるという効果を奏する。The ethane gas 20 and the oxygen gas 2
Similar effects can be obtained by repeating the etching of the mixed gas 17 of ethane and oxygen and the oxygen gas 21 in addition to the etching of 1. In particular, this method is effective for those who dislike the adhesion of the sample to the etching residue.
It has the effect of being able to be done inside.
【００６９】実施例３．この発明の実施例３に係るエッ
チング装置の構成について図３を参照しながら説明す
る。図３は、この発明の実施例３に係るイオンビームエ
ッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 3 FIG. Third Embodiment A configuration of an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an ion beam etching apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
【００７０】図３において、２４は水冷試料台１０の代
わり設けられた、例えば、ヒータ、液体窒素、液体ヘリ
ウム、ヘリウム冷却器（コールドヘッド）等の試料の温
度を制御できる温度制御装置であり、その他は上記実施
例１と同様のものである。In FIG. 3, reference numeral 24 denotes a temperature control device provided in place of the water-cooled sample stage 10, for example, a heater, liquid nitrogen, liquid helium, a helium cooler (cold head), etc., capable of controlling the temperature of the sample. Others are the same as those in the first embodiment.
【００７１】上記実施例１では、試料を水冷によって冷
却する例について述べたが、この実施例３では、試料温
度を制御できる温度制御装置２４を備えたエッチング装
置により選択エッチングを行う。基本的なエッチング機
構は上記実施例１のものと同じである。In the first embodiment, an example in which the sample is cooled by water cooling has been described. In the third embodiment, selective etching is performed by an etching apparatus provided with a temperature control device 24 capable of controlling the temperature of the sample. The basic etching mechanism is the same as that of the first embodiment.
【００７２】次に、この実施例３の動作について説明す
る。選択エッチングは、エタンイオンと試料の化学的反
応により制御される。化学的反応は試料の温度によって
左右される。つまり、試料の温度を制御することにより
選択エッチングを制御できる。用いる材料により選択エ
ッチングが可能になる試料の温度が異なるため、試料の
温度を制御できる温度制御装置２４を備えたエッチング
装置を用いることにより、より多くの種類の材料の選択
エッチングが可能となる。Next, the operation of the third embodiment will be described. Selective etching is controlled by a chemical reaction between ethane ions and the sample. Chemical reactions depend on the temperature of the sample. That is, selective etching can be controlled by controlling the temperature of the sample. Since the sample temperature at which selective etching can be performed differs depending on the material used, selective etching of more types of materials becomes possible by using an etching apparatus provided with a temperature control device 24 capable of controlling the temperature of the sample.
【００７３】実施例４．この発明の実施例４に係るエッ
チング装置の構成について図４を参照しながら説明す
る。図４は、この発明の実施例４に係るイオンビームエ
ッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 4 FIG. Fourth Embodiment A configuration of an etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an ion beam etching apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
【００７４】図４において、２５はモータ等の試料の位
置を変化できる位置制御装置であり、その他は上記実施
例１と同様のものである。In FIG. 4, reference numeral 25 denotes a position control device such as a motor which can change the position of the sample, and the other components are the same as those in the first embodiment.
【００７５】上記各実施例では、プラズマの発生源と試
料の距離を固定した例について述べたが、この実施例４
では、試料の位置を移動し、プラズマの発生源と試料の
距離を変化できる位置制御装置２５を備えたエッチング
装置により選択エッチングを行う。基本的なエッチング
機構は上記実施例１のものと同じである。In each of the above embodiments, the example in which the distance between the plasma generation source and the sample is fixed has been described.
Then, selective etching is performed by an etching apparatus provided with a position control device 25 capable of moving the position of the sample and changing the distance between the plasma generation source and the sample. The basic etching mechanism is the same as that of the first embodiment.
【００７６】次に、この実施例４の動作について説明す
る。イオンビームの状態（イオンの価数、エネルギーの
大きさ等）はプラズマの発生源からの距離によって決ま
る。イオンビームの状態により選択エッチングの条件が
左右される。また、選択エッチングを行う材料によって
最適なイオンビームの状態が異なる。このため、材料に
よってプラズマの発生源と試料の距離を位置制御装置２
５により変化させることで最適な選択エッチングが可能
となる。Next, the operation of the fourth embodiment will be described. The state of the ion beam (the valence of the ions, the magnitude of the energy, etc.) is determined by the distance from the source of the plasma. The condition of the selective etching depends on the state of the ion beam. Further, the optimum state of the ion beam differs depending on the material to be subjected to the selective etching. Therefore, the distance between the source of plasma and the sample is determined by the position control device 2 depending on the material.
The optimum selective etching can be performed by changing the value of V.
【００７７】実施例５．上記実施例４では、プラズマの
発生源と試料の距離を位置制御装置２５により試料を変
化させて、最適の位置でエッチングする例について述べ
たが、この実施例５では、位置制御装置２５により試料
の位置を変化させながら選択エッチングを行う。基本的
なエッチング機構は上記実施例４のものと同じである。Embodiment 5 FIG. In the fourth embodiment, the example in which the distance between the plasma generation source and the sample is changed by the position control device 25 and the etching is performed at the optimum position has been described. Is selectively etched while changing the position of. The basic etching mechanism is the same as that of the fourth embodiment.
【００７８】次に、この実施例５の動作について説明す
る。イオンビームの状態（イオンの価数、エネルギーの
大きさ等）はプラズマの発生源からの距離によって決ま
ることは上述した。試料とプラズマ発生源との距離が短
い場合はエネルギーの大きいイオンが、距離が長い場合
はエネルギーの小さいイオンがエッチングに寄与する。
最初に、位置制御装置２５により試料とプラズマの発生
源との距離を短くして荒いエッチングを行う。次に、距
離を長くして細かい仕上げのエッチングを行う。また、
その中間の距離でエッチングを行ってもよい。最初に荒
いエッチングが行えるのでエッチング時間を短くするこ
とができる。また、エネルギーの小さいイオンでエッチ
ングするので、試料の損傷を避けることができる。Next, the operation of the fifth embodiment will be described. As described above, the state of the ion beam (ion valence, energy level, etc.) is determined by the distance from the plasma source. When the distance between the sample and the plasma source is short, high energy ions are used. When the distance is long,
In the case , ions having low energy contribute to etching.
First, rough etching is performed by the position control device 25 by shortening the distance between the sample and the plasma generation source. Next, a fine etching is performed by increasing the distance. Also,
The etching may be performed at an intermediate distance. Since rough etching can be performed first, the etching time can be shortened. In addition, since etching is performed using ions having low energy, damage to the sample can be avoided.
【００７９】実施例６．この発明の実施例６に係るエッ
チング装置の構成について図５を参照しながら説明す
る。図５は、この発明の実施例６に係るイオンビームエ
ッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 6 FIG. A configuration of an etching apparatus according to Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an ion beam etching apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
【００８０】図５において、２６はレーザ光透過窓、２
７はレーザ光であり、その他は上記各実施例と同様のも
のである。In FIG. 5, reference numeral 26 denotes a laser beam transmitting window;
Reference numeral 7 denotes a laser beam, and others are the same as those in the above embodiments.
【００８１】上記各実施例ではエッチングガスをそのま
ま導入した例について述べたが、この実施例６では、エ
ッチングガスと試料を別々に、またはエッチングガスと
試料の両方にレーザ光を照射することにより選択エッチ
ングを行う。基本的なエッチング機構は上記実施例１の
ものと同じである。In each of the above embodiments, the example in which the etching gas is introduced as it is has been described. In the sixth embodiment, the etching gas and the sample are selected separately or by irradiating the etching gas and the sample with laser light. Perform etching. The basic etching mechanism is the same as that of the first embodiment.
【００８２】次に、この実施例６の動作について説明す
る。レーザ光２７の導入は、物理的なスパッタによるエ
ッチングには有効でなく、化学的な反応性エッチングに
対して特に有効である。レーザ光透過窓２６からのレー
ザ光２７の導入は、ガスの構成元素である炭素、水素原
子を励起状態にすることができる。Next, the operation of the sixth embodiment will be described. The introduction of the laser beam 27 is not effective for etching by physical sputtering, but is particularly effective for chemically reactive etching. The introduction of the laser beam 27 from the laser beam transmission window 26 can make carbon and hydrogen atoms, which are constituent elements of the gas, into an excited state.
【００８３】例えば、このレーザ光２７の照射は、エタ
ンガスの積極的な分解を促進し、およびエネルギーを与
え、化学的なエッチングが促進される。従って、わずか
なエタン流量で超電導薄膜４のみをエッチングすること
が可能となる。一方、試料に照射することで超電導体の
構成金属元素を励起状態にすることができ、化学的なエ
ッチングが促進される。For example, the irradiation of the laser beam 27 promotes the active decomposition of ethane gas and gives energy, and promotes chemical etching. Therefore, only the superconducting thin film 4 can be etched with a small flow rate of ethane. On the other hand, by irradiating the sample, the constituent metal elements of the superconductor can be brought into an excited state, and chemical etching is promoted.
【００８４】実施例７．この発明の実施例７に係るエッ
チング装置の構成について図６を参照しながら説明す
る。図６は、この発明の実施例７に係るＥＣＲプラズマ
イオンビームエッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 7 FIG. A configuration of an etching apparatus according to Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an ECR plasma ion beam etching apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
【００８５】図６において、２はガス導入管、３は真空
チャンバーである。また、４は超電導薄膜、５はレジス
ト、６は基板、１０は水冷試料台である。さらに、７は
真空ポンプ、９はコイル、１７はガスタンクに貯蔵され
たエタンと酸素の混合ガスである。さらに、２８はマイ
クロ波装置により発生されたマイクロ波、２９はマイク
ロ波２８により生成されたプラズマである。In FIG. 6, reference numeral 2 denotes a gas introduction pipe, and reference numeral 3 denotes a vacuum chamber. 4 is a superconducting thin film, 5 is a resist, 6 is a substrate, and 10 is a water-cooled sample stage. Further, 7 is a vacuum pump, 9 is a coil, and 17 is a mixed gas of ethane and oxygen stored in a gas tank. Further, 28 is a microwave generated by the microwave device, and 29 is a plasma generated by the microwave 28.
【００８６】上記各実施例ではイオンビームエッチング
を用いた例について述べたが、この実施例７では、ＥＣ
Ｒプラズマイオンビームエッチングを用いて選択エッチ
ングを行う。In each of the above embodiments, an example using ion beam etching has been described.
Selective etching is performed using R plasma ion beam etching.
【００８７】次に、この実施例７の動作について説明す
る。エタンと酸素の混合ガス１７は、ガス導入管２を経
てマイクロ波２８によりプラズマ２９となる。プラズマ
２９は、コイル９によって真空チャンバー３に入り、超
電導薄膜４およびレジスト５に衝突する。超電導薄膜４
と接触したエタンのプラズマ２９は、化学的反応と物理
的反応（プラズマ中のイオンの衝突によるスパッタ）を
行い、超電導薄膜４はエッチングされる。Next, the operation of the seventh embodiment will be described. The mixed gas 17 of ethane and oxygen becomes plasma 29 by the microwave 28 through the gas introduction pipe 2. The plasma 29 enters the vacuum chamber 3 by the coil 9 and collides with the superconducting thin film 4 and the resist 5. Superconducting thin film 4
The ethane plasma 29 that has come into contact with the methane performs a chemical reaction and a physical reaction (sputtering by collision of ions in the plasma), and the superconducting thin film 4 is etched.
【００８８】上記エッチングでは、エタンイオンのみが
エッチングに寄与したが、このＥＣＲプラズマイオンビ
ームエッチング方法においては、エタンイオンのほかエ
タンラジカル、電子等による寄与が加わり複合的にエッ
チングされ、上記選択性も向上する。特に、このマイク
ロ波放電は、本質的に無極放電であるために試料汚染の
問題が生じなく、試料に外部電圧を印加しなくともガス
圧力を低くすることにより垂直エッチングが可能とな
る。しかも、ガス圧力を適当に選ぶことにより、適度サ
イドエッチングを発生させエッチングの断面形状を制御
できる特徴をもつ。In the above etching, only ethane ions contributed to the etching. In this ECR plasma ion beam etching method, ethane ions, ethane radicals, electrons, and other contributions were added, so that the etching was performed in a complex manner, and the selectivity was also reduced. improves. In particular, since the microwave discharge is essentially a non-polar discharge, there is no problem of sample contamination, and vertical etching can be performed by lowering the gas pressure without applying an external voltage to the sample. In addition, by appropriately selecting the gas pressure, an appropriate side etching can be generated and the cross-sectional shape of the etching can be controlled.
【００８９】実際、実験を行った結果について図７及び
図８を参照しながら説明する。エッチング装置は、高周
波として１３.５６ＭＨｚの工業用周波数で平行平板型
の電極の装置を用いたが、エッチングの原理は上述した
ものと同じである。エッチング条件は、高周波電力３０
０Ｗ、酸素流量２０ＣＣＭ、エタン流量２０〜３０ＣＣ
Ｍ、全ガスの圧力１００mtorrであった。Actually, the result of an experiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. The etching device used was a parallel plate type electrode device at an industrial frequency of 13.56 MHz as a high frequency. The principle of etching is the same as that described above. The etching conditions are high frequency power 30
0W, oxygen flow rate 20CCM, ethane flow rate 20-30CC
M, the pressure of all gases was 100 mtorr.
【００９０】図７は、超電導薄膜４のBiSrCaCuOおよび
絶縁基板６のＭｇＯのエタン流量に対するエッチングレ
イトを示したものである。図７において、Ｙ軸（縦軸）
のプラス方向は超電導薄膜４および基板６のエッチング
レイト（ｎｍ／ｍｉｎ）を示し、Ｙ軸のマイナス方向は
ポリマーの堆積速度（ｎｍ／ｍｉｎ）を示す。また、Ｘ
軸（横軸）はエタンの流量（ＣＣＭ）を示す。エタン流
量の増加に伴い、各エッチングレイトは減少する傾向に
ある。エタン流量２５ＣＣＭ前後においては、BiSrCaCu
O薄膜４に対してはエッチングされるが、ＭｇＯ基板６
に対してはエッチングされず、ＭｇＯ基板６上にポリマ
ーが堆積する。FIG. 7 shows the etching rate with respect to the ethane flow rate of BiSrCaCuO of the superconducting thin film 4 and MgO of the insulating substrate 6. In FIG. 7, the Y axis (vertical axis)
The plus direction indicates the etching rate (nm / min) of the superconducting thin film 4 and the substrate 6, and the minus direction of the Y axis indicates the polymer deposition rate (nm / min). Also, X
The axis (horizontal axis) shows the flow rate of ethane (CCM). As the ethane flow rate increases, each etching rate tends to decrease. Before and after the ethane flow rate of 25 CCM, BiSrCaCu
Although the O thin film 4 is etched, the MgO substrate 6
Is not etched, and the polymer is deposited on the MgO substrate 6.
【００９１】このことは、図８に示すように、ＭｇＯ基
板３２上にBiSrCaCuO薄膜３１を成長させた試料をドラ
イエッチングする場合に、BiSrCaCuO薄膜３１とＭｇＯ
基板３２の界面でエッチングが終了し、その後はポリマ
ー３０がそこに堆積することを示す。This means that, as shown in FIG. 8, when the sample on which the BiSrCaCuO thin film 31 is grown on the MgO substrate 32 is dry-etched, the BiSrCaCuO thin film 31 and the MgO
The etching is terminated at the interface of the substrate 32, after which the polymer 30 is shown to deposit there.
【００９２】このようにエタン流量を正確に制御するこ
とにより、超電導薄膜４のみを選択的にエッチングする
ことができる。上記のことを利用すれば、絶縁膜の非常
に薄いＳＩＳ構造等の電極形成プロセスに応用でき、し
かも、基板６上の超電導薄膜４の断面形状を自由に制御
できる。By controlling the flow rate of ethane accurately, only the superconducting thin film 4 can be selectively etched. By utilizing the above, the present invention can be applied to an electrode forming process such as an SIS structure having an extremely thin insulating film, and the cross-sectional shape of the superconducting thin film 4 on the substrate 6 can be freely controlled.
【００９３】実施例８．上記実施例７では、混合ガス１
７をエッチングが終了するまで導入し続けてエッチング
する例について述べたが、この実施例８では、混合ガス
１７のパルス的な供給により選択エッチングを行う。基
本的なエッチング機構は上記実施例７のものと同じであ
る。Embodiment 8 FIG. In the seventh embodiment, the mixed gas 1
In the eighth embodiment, the selective etching is performed by supplying the mixed gas 17 in a pulsed manner. The basic etching mechanism is the same as that of the seventh embodiment.
【００９４】次に、この実施例８の動作について説明す
る。この方法は、エッチングが物理的なスパッタでは有
効でなく、化学的な反応エッチングに対して特に有効で
ある。この混合ガス１７のパルス的な供給は、例えば、
ちょうど最表面数原子層または数分子層分のエッチング
ガスの供給を行い、十分な反応の後に真空ポンプ７によ
り真空引きを行い、その後、混合ガス１７の供給を行
い、再度エッチングする。こうして数分子層ごとのエッ
チングが行われ、微細加工に非常に有効である。Next, the operation of the eighth embodiment will be described. In this method, the etching is not effective for physical sputtering, but is particularly effective for chemically reactive etching. The pulsed supply of the mixed gas 17 is performed, for example, by
Just supply the etching gas for several atomic layers or several molecular layers on the outermost surface, evacuate the vacuum pump 7 after sufficient reaction, supply the mixed gas 17, and perform etching again. Thus, etching is performed every several molecular layers, which is very effective for fine processing.
【００９５】実施例９．この発明の実施例９に係るエッ
チング装置の構成について図９を参照しながら説明す
る。図９は、この発明の実施例９に係るＥＣＲプラズマ
イオンビームエッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 9 FIG. Embodiment 9 A configuration of an etching apparatus according to Embodiment 9 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an ECR plasma ion beam etching apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
【００９６】図９において、３３は外部電源であり、そ
の他は上記実施例７と同様のものである。In FIG. 9, reference numeral 33 denotes an external power supply, and the other components are the same as those in the seventh embodiment.
【００９７】上記実施例７では、試料にはバイアスがか
けられていない例について述べたが、この実施例９で
は、試料にバイアスをかけてエッチングを行う。基本的
なエッチング機構は上記実施例７のものと同じである。In the above-described Embodiment 7, an example in which no bias is applied to the sample is described. In Embodiment 9, etching is performed by applying a bias to the sample. The basic etching mechanism is the same as that of the seventh embodiment.
【００９８】次に、この実施例９の動作について説明す
る。高周波として１３.５６ＭＨｚの工業用周波数で平
行平板型の電極を用い、エッチング条件として高周波電
力３００Ｗ、酸素流量２０ＣＣＭ、エタン流量２０ＣＣ
Ｍ、全ガスの圧力１００mtorrを採用したうえで、Ｍｇ
Ｏ基板６上に堆積したBiSrCaCuO薄膜（超電導薄膜）４
を試料とし、この試料に外部電源３３により０〜−０.
５ｋＶのバイアスを加えた。その結果、BiSrCaCuO薄膜
４がエッチングされる速度と、ＭｇＯ基板６上にポリマ
ーが堆積する速度が次のように変化した。Next, the operation of the ninth embodiment will be described. An industrial frequency of 13.56 MHz was used as the high frequency, and a parallel plate type electrode was used. The high frequency power was 300 W, the oxygen flow rate was 20 CCM, and the ethane flow rate was 20 CC.
M, after adopting a pressure of 100 mtorr for all gases,
BiSrCaCuO thin film (superconducting thin film) 4 deposited on O substrate 6
Is used as a sample.
A bias of 5 kV was applied. As a result, the speed at which the BiSrCaCuO thin film 4 was etched and the speed at which the polymer was deposited on the MgO substrate 6 changed as follows.
【００９９】バイアス(kV)が０.０のとき、BiSrCaCuO薄
膜４のエッチング速度(nm／min)は４.０、ＭｇＯ基板６
上のポリマー堆積速度(nm／min)は−０.２である。ま
た、バイアスが−０.２５のとき、エッチング速度は３.
９、ポリマー堆積速度は２.２である。さらに、バイア
スが−０.５のとき、エッチング速度は２.１、ポリマー
堆積速度２.５である。When the bias (kV) is 0.0, the etching rate (nm / min) of the BiSrCaCuO thin film 4 is 4.0, and the MgO substrate 6
The upper polymer deposition rate (nm / min) is -0.2. When the bias is -0.25, the etching rate is 3.
9. The polymer deposition rate is 2.2. Further, when the bias is -0.5, the etching rate is 2.1 and the polymer deposition rate is 2.5.
【０１００】この結果から、この場合のバイアスを−
０.２５ｋＶに選ぶとBiSrCaCuO薄膜４のエッチングとＭ
ｇＯ基板６上のポリマーの堆積が効率よく行われ、エッ
チングの選択性が向上することがわかる。このように、
ＥＣＲプラズマを用いて試料に外部電圧を印加すること
により、超電導薄膜４と他の物質のエッチングレイトを
変化させ、エッチングの選択性を向上させることができ
ることが実証された。From these results, the bias in this case was-
When 0.25 kV is selected, etching of BiSrCaCuO thin film 4 and M
It can be seen that the polymer is efficiently deposited on the gO substrate 6 and the selectivity of etching is improved. in this way,
It has been demonstrated that by applying an external voltage to a sample using ECR plasma, the etching rate between the superconducting thin film 4 and another substance can be changed, and the etching selectivity can be improved.
【０１０１】実施例１０．上記実施例７では、試料上に
レジスト５によるパターニングされたものを用いた例に
ついて述べたが、この実施例１０では、パターニングさ
れたものにポリマーを堆積させたものを用いて選択エッ
チングを行う。基本的なエッチング機構は上記実施例７
のものと同じである。Embodiment 10 FIG. In the above-described Embodiment 7, an example in which a sample patterned with a resist 5 is used on a sample has been described. In Embodiment 10, selective etching is performed using a patterned product obtained by depositing a polymer. The basic etching mechanism is the same as that of the seventh embodiment.
Is the same as
【０１０２】次に、この実施例１０の動作について説明
する。高周波として１３.５６ＭＨｚの工業用周波数で
平行平板型の電極のＥＣＲプラズマエッチング装置を用
いる。試料としてBiSrCaCuO薄膜（超電導薄膜）４上に
レジスト５を用いてパターニングを行ったものを使用
し、あらかじめエッチング条件として高周波電力３００
Ｗ、酸素流量２０ＣＣＭ、エタン流量２８ＣＣＭ、全ガ
スの圧力１００mtorrを採用したうえで、プラズマ放電
を行った。Next, the operation of the tenth embodiment will be described. An ECR plasma etching apparatus with a parallel plate type electrode at an industrial frequency of 13.56 MHz is used as a high frequency. A sample obtained by patterning a BiSrCaCuO thin film (superconducting thin film) 4 on a resist 5 using a resist 5 is used.
Plasma discharge was performed after employing W, an oxygen flow rate of 20 CCM, an ethane flow rate of 28 CCM, and a total gas pressure of 100 mtorr.
【０１０３】その結果、BiSrCaCuO薄膜４はほとんどエ
ッチングされず、他方レジスト５上にはポリマーが約５
ｎｍ／ｍｉｎの速度で堆積した。ポリマーを約１００ｎ
ｍ堆積させた後、エタン流量を２５ＣＣＭにしてエッチ
ングを行うと、BiSrCaCuO薄膜４は約３.９ｎｍ／ｍｉｎ
の速度でエッチングされ、レジスト５上には約２.２ｎ
ｍ／ｍｉｎの速度でポリマーが堆積した。この結果、あ
らかじめレジスト５上にポリマーを堆積しなかった場合
に比べ、レジスト５上に約１００ｎｍのポリマーを堆積
しながらBiSrCaCuO薄膜４をエッチングすることができ
た。このため、レジスト５の薄い場合でもエッチングの
選択性が確保でき、あらかじめポリマーを堆積しない場
合よりも選択性が向上することが実証された。As a result, the BiSrCaCuO thin film 4 is hardly etched, while about 5
Deposited at a rate of nm / min. About 100n of polymer
After the deposition, the BiSrCaCuO thin film 4 is etched at about 3.9 nm / min.
Is etched at a speed of about 2.2 n on the resist 5.
The polymer deposited at a rate of m / min. As a result, the BiSrCaCuO thin film 4 could be etched while depositing a polymer of about 100 nm on the resist 5 as compared with the case where no polymer was previously deposited on the resist 5. For this reason, it has been proved that the selectivity of etching can be secured even when the resist 5 is thin, and the selectivity is improved as compared with the case where the polymer is not deposited in advance.
【０１０４】実施例１１．この実施例１１では、あらか
じめエッチング装置の内壁にポリマーを堆積させたもの
を用いて選択エッチングを行う。基本的なエッチング機
構は上記実施例１０のものと同じである。Embodiment 11 FIG. In the eleventh embodiment, selective etching is performed using a material in which a polymer is deposited on the inner wall of an etching apparatus in advance. The basic etching mechanism is the same as that of the tenth embodiment.
【０１０５】次に、この実施例１１の動作について説明
する。高周波として１３.５６ＭＨｚの工業用周波数で
平行平板型の電極のＥＣＲプラズマエッチング装置を用
いる。試料としてBiSrCaCuO薄膜（超電導薄膜）４上に
レジスト５を用いてパターニングを行ったものを使用し
た。Next, the operation of the eleventh embodiment will be described. An ECR plasma etching apparatus with a parallel plate type electrode at an industrial frequency of 13.56 MHz is used as a high frequency. A sample obtained by patterning a BiSrCaCuO thin film (superconducting thin film) 4 with a resist 5 was used.
【０１０６】まず、エッチング装置内に試料を入れる前
にあらかじめ高周波電力３００Ｗ、酸素流量２０ＣＣ
Ｍ、エタン流量３０ＣＣＭ、全ガスの圧力１００mtorr
の条件でプラズマ放電を行った。その結果、エッチング
装置の内壁にポリマーが約７ｎｍ／ｍｉｎの速度で堆積
した。First, before putting a sample into the etching apparatus, a high frequency power of 300 W and an oxygen flow rate of 20 CC
M, ethane flow rate 30CCM, total gas pressure 100mtorr
Plasma discharge was performed under the following conditions. As a result, the polymer was deposited on the inner wall of the etching apparatus at a rate of about 7 nm / min.
【０１０７】ポリマーを約１００ｎｍ堆積させた後、エ
ッチング装置内に試料を入れ、エタンと酸素の混合ガス
によるエッチングを行った。すると、BiSrCaCuO薄膜４
は約３.９ｎｍ／ｍｉｎの速度でエッチングされ、レジ
スト５上には約２.２ｎｍ／ｍｉｎの速度でポリマーが
堆積した。この結果、従来レジスト５がエッチングされ
ていたのに比べ、大幅に選択比が向上した。After the polymer was deposited to a thickness of about 100 nm, the sample was placed in an etching apparatus, and etching was performed usinga mixed gas of ethane and oxygen . Then, BiSrCaCuO thin film 4
Was etched at a rate of about 3.9 nm / min, and a polymer was deposited on the resist 5 at a rate of about 2.2 nm / min. As a result, the selectivity was greatly improved as compared with the conventional case where the resist 5 was etched.
【０１０８】また、この方法では、試料のエッチングに
際して、エタン流量などの精密な制御が不要なため、格
段に操作性が向上した。このように、あらかじめエッチ
ング装置の内壁にポリマーを堆積することにより、エッ
チングの選択性を向上させることができることが実証さ
れた。In this method, since precise control of the flow rate of ethane and the like is not required at the time of etching the sample, the operability is remarkably improved. As described above, it has been proved that the selectivity of etching can be improved by previously depositing the polymer on the inner wall of the etching apparatus.
【０１０９】実施例１２．この発明の実施例１２に係る
エッチング装置の構成について図１０を参照しながら説
明する。図１０は、この発明の実施例１２に係る平行平
板型ドライエッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 12 FIG. A configuration of an etching apparatus according to Embodiment 12 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a parallel plate type dry etching apparatus according to Embodiment 12 of the present invention.
【０１１０】図１０において、２はガス導入管、３は真
空チャンバーである。また、４は超電導薄膜、５はレジ
スト、６は基板である。さらに、３４はカソード、３５
はカソード３４に高周波を供給するための周波数可変な
高周波電源である。In FIG. 10, reference numeral 2 denotes a gas introduction pipe, and reference numeral 3 denotes a vacuum chamber. 4 is a superconducting thin film, 5 is a resist, and 6 is a substrate. Further, 34 is a cathode, 35
Is a variable frequency high frequency power supply for supplying a high frequency to the cathode 34.
【０１１１】上記実施例７では、高周波として１３.５
６ＭＨｚの商用周波数を用いた例について述べたが、こ
の実施例１２では、１３.５６ＭＨｚよりも高い周波数
を用いてエッチングを行う。In the seventh embodiment, 13.5 is used as the high frequency.
Although the example using the commercial frequency of 6 MHz has been described, in the twelfth embodiment, etching is performed using a frequency higher than 13.56 MHz.
【０１１２】次に、この実施例１２の動作について説明
する。高周波電源３５の周波数を変化させ、最適な条件
を見つける。工業的に良く用いられる１３.５６ＭＨｚ
よりも高い周波数とすると、カソード３４の自己バイア
ス電圧が小さくなるため、試料へのイオン損傷が低減さ
れるとともに、エッチングの選択性を確保できる。Next, the operation of the twelfth embodiment will be described. The optimum conditions are found by changing the frequency of the high frequency power supply 35. 13.56 MHz which is often used in industry
If the frequency is higher than that, the self-bias voltage of the cathode 34 becomes small, so that ion damage to the sample is reduced and the selectivity of etching can be secured.
【０１１３】実施例１３．この発明の実施例１３に係る
エッチング装置の構成について図１１を参照しながら説
明する。図１１は、この発明の実施例１３に係る平行平
板型ドライエッチング装置の構成を示す図である。Embodiment 13 FIG. A configuration of an etching apparatus according to Embodiment 13 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a parallel plate type dry etching apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
【０１１４】図１１において、３６はカソード３４にパ
ルス状の高周波を供給するための高周波電源であり、そ
の他は上記実施例１２と同様のものである。In FIG. 11, reference numeral 36 denotes a high frequency power supply for supplying a pulsed high frequency to the cathode 34, and the other components are the same as those in the twelfth embodiment.
【０１１５】上記実施例１２では、高周波として１３.
５６ＭＨｚまたはこれよりも高い周波数の高周波を連続
して供給することにより、連続的プラズマまたはイオン
ビームを発生させた例について述べたが、この実施例１
３ではパルス状に高周波を発生できる高周波電源３６を
用いることによりプラズマまたはイオンビームをパルス
状に発生させて、試料のエッチングを行う。In the twelfth embodiment, 13.
An example in which a continuous plasma or ion beam is generated by continuously supplying a high frequency of 56 MHz or higher has been described.
In step 3, a plasma or ion beam is generated in a pulse form by using a high frequency power supply 36 capable of generating a high frequency in a pulse form, and the sample is etched.
【０１１６】次に、この実施例１３の動作について説明
する。パルス状にプラズマまたはイオンビームを試料に
照射するため、プラズマまたはイオンビームに試料が曝
されているとき、即ちエッチングが進行しているときに
は高エネルギーのイオン、ラジカルにより短時間の間、
試料に温度上昇が生じるが、それ以外の時間は冷却が行
われる。そのため試料の温度上昇を低減することが可能
となる。またパルス幅を可変することにより試料の温度
の制御を行うことができる。Next, the operation of the thirteenth embodiment will be described. Since the sample is irradiated with the plasma or ion beam in a pulsed manner, when the sample is exposed to the plasma or ion beam, that is, when etching is in progress, high-energy ions and radicals are used for a short time.
The temperature of the sample rises, but is cooled at other times. Therefore, it is possible to reduce the temperature rise of the sample. Further, the temperature of the sample can be controlled by changing the pulse width.
【０１１７】実施例１４．上記各実施例では、超電導薄
膜４の上にレジスト５を直接つけた試料について述べた
が、この実施例１４では、超電導薄膜４の上にポリマー
２２をつけエッチングを行う。Embodiment 14 FIG. In each of the above embodiments, the sample in which the resist 5 is directly applied on the superconducting thin film 4 is described. In the embodiment 14, however, the polymer 22 is attached on the superconducting thin film 4 and etching is performed.
【０１１８】次に、この実施例１４に係る試料の製造方
法について図１２を参照しながら説明する。図１２
（ａ）〜（ｆ）は、この発明の実施例１４に係る超電導
体素子の製造方法を示す図であり、試料上にポリマーの
マスク作製工程を示したものである。Next, a method of manufacturing a sample according to the fourteenth embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
(A)-(f) is a figure which shows the manufacturing method of the superconductor element which concerns on Example 14 of this invention, and showed the mask production process of a polymer on a sample.
【０１１９】図１２（ａ）は、基板６上に作製された超
電導薄膜４を示したものである。この試料に対して上記
のＥＣＲプラズマエッチング装置によりポリマー２２を
試料表面全体にわたり成長させ（同図（ｂ））、レジス
ト５を全面に塗布する。FIG. 12A shows the superconducting thin film 4 formed on the substrate 6. The polymer 22 is grown on the entire surface of the sample by the above-described ECR plasma etching apparatus (FIG. 2B), and a resist 5 is applied to the entire surface.
【０１２０】その後、露光、現像によりマスクパターン
を作製する（同図（ｃ））。ここで、レジスト５に覆わ
れていない部分のポリマー２２を酸素プラズマ等により
除去し（同図（ｄ））、さらに、ポリマー２２上のレジ
スト５を除去する（同図（ｅ））。Thereafter, a mask pattern is formed by exposure and development (FIG. 10C). Here, the portion of the polymer 22 not covered with the resist 5 is removed by oxygen plasma or the like (FIG. 4D), and the resist 5 on the polymer 22 is further removed (FIG. 4E).
【０１２１】以上の工程により、ポリマー２２のマスク
が作製される。次に、上記実施例６のＥＣＲプラズマエ
ッチング装置により試料のエッチングを行う。図１２
（ｆ）は、エッチング後の試料断面模式図を示す。この
図において、ポリマーはエッチングされず、その上にポ
リマーが成長し、また、超電導薄膜４はエッチングされ
消滅し、その下の基板６はエッチングされずポリマーが
成長する。即ち、選択エッチングが可能であることを示
す。特に、この方法は、試料表面のレジストの密着性の
悪い場合に、有効である。Through the above steps, a mask of the polymer 22 is manufactured. Next, the sample is etched by the ECR plasma etching apparatus of the sixth embodiment. FIG.
(F) shows a schematic cross-sectional view of the sample after etching. In this figure, the polymer is not etched, the polymer grows thereon, the superconducting thin film 4 is etched and disappears, and the substrate 6 thereunder is not etched and the polymer grows. That is, it indicates that selective etching is possible. In particular, this method is effective when the adhesion of the resist on the sample surface is poor.
【０１２２】上記各実施例では、ドライエッチングを用
いたエッチング方法について述べたが、ここでは試料の
構造について説明する。In each of the above embodiments, the etching method using dry etching has been described. Here, the structure of the sample will be described.
【０１２３】図１３において、３７はＳｉＯ2等の絶縁
膜、３８は電極用金属であり、その他は上記各実施例の
試料と同様のものである。In FIG. 13, reference numeral 37 denotes an insulating film such as SiO2 , reference numeral 38 denotes a metal for an electrode, and others are the same as the samples of the above-described embodiments.
【０１２４】試料は、ＭｇＯ基板６、または厚さ数ｎｍ
程度のその薄膜上に形成されたBiSrCaCuO超電導薄膜４
を含む構造のうち、超電導薄膜４を上記実施例７により
選択的にエッチングしたものである。エッチング後の試
料の断面模式図は図１３（ａ）に示す。この試料を酸素
プラズマ中に導入し絶縁層上のポリマー３０を除去する
（同図（ｂ））。The sample was made of MgO substrate 6 or several nm thick.
BiSrCaCuO superconducting thin film 4 formed on the thin film
In this structure, the superconducting thin film 4 is selectively etched according to the seventh embodiment. FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of the sample after the etching. This sample is introduced into oxygen plasma to remove the polymer 30 on the insulating layer (FIG. 2B).
【０１２５】次に、シリコン酸化膜等の絶縁膜３７を試
料全体に成膜させる（同図（ｃ））。ここで超電導層と
絶縁層に電極を形成するためにレジスト５を塗布し、露
光、現像し、マスクパターンを作製する（同図
（ｄ））。Next, an insulating film 37 such as a silicon oxide film is formed on the entire sample (FIG. 3C). Here, in order to form electrodes on the superconducting layer and the insulating layer, a resist 5 is applied, exposed and developed to form a mask pattern (FIG. 4D).
【０１２６】次に、不要なシリコン酸化膜３７を除去
し、その上に電極形成のための金属３８を蒸着する（同
図（ｅ））。さらに、レジストによるパターニングを同
様に行い、不要な金属を除去する。作製された試料は図
１３（ｆ）に示す。この試料の構造は、ジヨセフソン素
子やSQUID（超電導量子干渉素子）等に用いられる。Next, the unnecessary silicon oxide film 37 is removed, and a metal 38 for forming an electrode is deposited thereon (FIG. 9E). Further, patterning with a resist is performed in the same manner to remove unnecessary metal. The fabricated sample is shown in FIG. The structure of this sample is used for a Josephson device, a SQUID (superconducting quantum interference device), or the like.
【０１２７】すなわち、ＭｇＯ基板６、またはＭｇＯ薄
膜上に成膜されたBiSrCaCuO高温超電導薄膜４を含む試
料に対して、レジスト５を塗布し、露光によるパターニ
ングを行い、レジストマスクを作製する工程と、上記各
実施例のドライエッチング方法を用いて、前記超電導薄
膜４のみを選択的にエッチングし、ＳＩ（Ｓ層（超電導
薄膜）、Ｉ層（絶縁膜））構造を形成する工程と、各層
に対して電極を形成する工程から超電導体試料を作製で
きる。エッチング面がＭｇＯと前記超電導薄膜の界面で
停止されていることを特徴とする構造をもつ。絶縁層の
厚さが数ｎｍ程度の試料を制御性よくエッチングするこ
とができる。That is, a step of applying a resist 5 to a sample containing the BiSrCaCuO high-temperature superconducting thin film 4 formed on the MgO substrate 6 or the MgO thin film, performing patterning by exposure, and forming a resist mask; A step of selectively etching only the superconducting thin film 4 using the dry etching method of each of the above embodiments to form an SI (S layer (superconducting thin film), I layer (insulating film)) structure; Thus, a superconductor sample can be prepared from the step of forming electrodes. The etching surface is stopped at an interface between MgO and the superconducting thin film. A sample whose insulating layer has a thickness of about several nm can be etched with good controllability.
【０１２８】[0128]
【０１２９】[0129]
【０１３０】[0130]
【０１３１】[0131]
【発明の効果】この発明の請求項１に係る超電導体試料
のエッチング方法は、以上説明したとおり、アルコール
を含むガスを用いて、超電導体を含む試料を前記超電導
体以外の材料に対して選択的にエッチングする工程を含
むので、超電導体を含む試料において、例えば、超電導
薄膜と絶縁膜では、選択エッチングが可能になり、ＳＩ
Ｓ構造のＳ層とＩ層の界面でエッチングを停止すること
ができ、電極形成を行うプロセスが安定に行うことがで
きるという効果を奏する。According to the method for etching a superconductor sample according to thefirst aspect of the present invention, as described above, a sample containing a superconductor is selected for a material other than the superconductor using a gas containing alcohol. Selective etching becomes possible in a sample containing a superconductor, for example, in a superconducting thin film and an insulating film,
The etching can be stopped at the interface between the S layer and the I layer having the S structure, and the effect of stably performing the process of forming the electrode can be obtained.
【０１３２】[0132]
【０１３３】[0133]
【０１３４】[0134]
【０１３５】この発明の請求項２に係る超電導体試料の
エッチング方法は、以上説明したとおり、有機ガスのう
ち少なくとも１つと、酸素、水素、窒素及び希ガスのう
ち少なくとも１つとを交互に導入することにより、超電
導体を含む試料を前記超電導体以外の材料に対して選択
的にエッチングする工程を含むので、エッチングガスと
してメタン、エタン、エチレンのうち少なくとも１つ
と、酸素、水素、窒素、不活性ガスのうち少なくとも１
つをそれぞれ独立に交互に供給することにより、エッチ
ング中のエッチングかすの試料付着を避けることが可能
で、レジスト塗布後のレジストのかすの除去を同一チャ
ンバー内で行えるという効果を奏する。As described above, in the method for etching a superconductor sample according to asecond aspect of the present invention, at least one of organic gases and at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas are alternately introduced. Accordingly, the method includes a step of selectively etching a sample containing a superconductor with respect to a material other than the superconductor, so that at least one of methane, ethane, and ethylene is used as an etching gas, and oxygen, hydrogen, nitrogen, and inert gas are used. At least one of the gases
By supplying each of them alternately and independently, it is possible to avoid the adhesion of the sample to the etching residue during the etching and to remove the residue from the resist after applying the resist in the same chamber.
【０１３６】[0136]
【０１３７】[0137]
【０１３８】この発明の請求項３係る超電導体試料のエ
ッチング方法は、以上説明したとおり、有機ガスのうち
少なくとも１つと、酸素、水素、窒素及び希ガスのうち
少なくとも１つとを含む混合ガスを用いて、プラズマ発
生源から超電導体を含む試料までの距離を変化させつ
つ、前記試料を前記超電導体以外の材料に対して選択的
にエッチングする工程を含むので、基板とプラズマの発
生源との距離を変化させつつエッチングできるため、初
めに荒いエッチングを行い、界面付近では、細かいエッ
チングを行うことが可能になり、エッチング時間の短
縮、および素子に与える損傷を低減することが可能とな
るという効果を奏する。As described above, the method for etching a superconductor sample according to claim3 of the present invention uses a mixed gas containing at least one of organic gases and at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen and a rare gas. A step of selectively etching the sample with respect to a material other than the superconductor while changing the distance from the plasma generation source to the sample including the superconductor, so that the distance between the substrate and the plasma generation source is changed. Etching can be performed while changing the roughness, so that rough etching can be performed first, and fine etching can be performed near the interface, thereby shortening the etching time and reducing the damage to the element. Play.
【０１３９】[0139]
【０１４０】[0140]
【０１４１】[0141]
【０１４２】[0142]
【０１４３】[0143]
【０１４４】[0144]
【０１４５】[0145]
【０１４６】[0146]
【０１４７】この発明の請求項４に係る超電導体試料の
エッチング方法は、以上説明したとおり、超電導体表面
にポリマーを成長させる第１の工程と、前記ポリマー上
にレジストを塗布し、露光によるパターニングを行い、
レジストマスクを作製する第２の工程と、前記レジスト
に覆われていない部分のポリマーを除去する第３の工程
と、不要なレジストを除去し、ポリマーのマスクを作製
する第４の工程と、有機ガスのうち少なくとも１つと、
酸素、水素、窒素及び希ガスのうち少なくとも１つとを
含む混合ガスを用いて、超電導体を含む試料を前記超電
導体以外の材料に対して選択的にエッチングする第５の
工程を含むので、レジストによるパターニングが困難な
試料に対しても、ポリマーによるパターニングが可能に
なり、試料を選択的にエッチングすることができるとい
う効果を奏する。As described above, the method for etching a superconductor sample according to afourth aspect of the present invention comprises the first step of growing a polymer on the superconductor surface, the step of applying a resist on the polymer, and the step of patterning by exposure. Do
A second step of forming a resist mask, a third step of removing a polymer in a portion not covered with the resist, a fourth step of removing an unnecessary resist and forming a polymer mask, At least one of the gases,
Since the method includes a fifth step of selectively etching a sample containing a superconductor with respect to a material other than the superconductor using a mixed gas containing at least one of oxygen, hydrogen, nitrogen, and a rare gas, This makes it possible to perform patterning with a polymer even for a sample that is difficult to pattern by the method, and has an effect that the sample can be selectively etched.
【図１】この発明の実施例１に係るイオンビームエッチ
ング装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an ion beam etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施例２に係るイオンビームエッチ
ング装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an ion beam etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図３】この発明の実施例３に係るイオンビームエッチ
ング装置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an ion beam etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図４】この発明の実施例４に係るイオンビームエッチ
ング装置を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an ion beam etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】この発明の実施例６に係るイオンビームエッチ
ング装置を示す図である。FIG. 5 is a view showing an ion beam etching apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
【図６】この発明の実施例７に係るＥＣＲプラズマイオ
ンビームエッチング装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an ECR plasma ion beam etching apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
【図７】この発明の実施例７におけるエタン流量に対す
る超電導薄膜および絶縁基板のエタンレイトを示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing the ethane rate of the superconducting thin film and the insulating substrate with respect to the ethane flow rate in Embodiment 7 of the present invention.
【図８】この発明の実施例７におけるエッチング後の試
料の断面側面を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional side surface of a sample after etching in Example 7 of the present invention.
【図９】この発明の実施例９に係るＥＣＲプラズマイオ
ンビームエッチング装置を示す図である。FIG. 9 is a view showing an ECR plasma ion beam etching apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
【図１０】この発明の実施例１２に係る平行平板型ドラ
イエッチング装置を示す図である。FIG. 10 is a view showing a parallel plate type dry etching apparatus according to Embodiment 12 of the present invention.
【図１１】この発明の実施例１３に係る平行平板型ドラ
イエッチング装置を示す図である。FIG. 11 is a view showing a parallel plate type dry etching apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
【図１２】この発明の実施例１４によるポリマーのマス
ク作製工程の各段階での試料の断面側面を示す図であ
る。FIG. 12 is a view showing a cross-sectional side surface of a sample at each stage of a polymer mask manufacturing process according to Embodiment 14 of the present invention.
【図１３】この発明の各実施例による素子構造作製工程
の各段階での試料の断面側面を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional side surface of a sample at each stage of a device structure manufacturing process according to each embodiment of the present invention.
【図１４】従来のアルゴンイオンビームエッチング装置
を示す図である。FIG. 14 is a view showing a conventional argon ion beam etching apparatus.
２ ガス導入管 ３ 真空チャンバー ４ 高温超電導薄膜 ５ レジスト ６ 基板 ７ 真空ポンプ ８ プラズマ ９ プラズマを引き出すためのコイル １０ 水冷試料台 １１ 陰極 １２ 陽極 １３ 加速コリメート電極 １４ 中和器 １５ シャッター １６ アルゴンイオンビーム １７ エタンと酸素の混合ガス ２０ エタンガス ２１ 酸素ガス ２４ 温度制御装置 ２５ 位置制御装置 ２６ レーザ光透過窓 ２７ レーザ光 ２８ マイクロ波 ３３ 外部電源 ３５ 高周波電源 ３６ 高周波電源 2 Gas introduction tube 3 Vacuum chamber 4 High temperature superconducting thin film 5 Resist 6 Substrate 7 Vacuum pump 8 Plasma 9 Coil for extracting plasma 10 Water-cooled sample stand 11 Cathode 12 Anode 13 Acceleration collimating electrode 14 Neutralizer 15 Shutter 16 Argon ion beam 17 Mixed gas of ethane and oxygen 20 Ethane gas 21 Oxygen gas 24 Temperature controller 25 Position controller 26 Laser light transmission window 27 Laser light 28 Microwave 33 External power supply 35 High frequency power supply 36 High frequency power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 哲也 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 児島 一良 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 黒田 研一 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平４−305985（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21397（ＪＰ，Ａ) 特開 平63−250129（ＪＰ，Ａ) Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ ｏｌ．32（1993）ｐｐ．ＬＩ87−ＬＩ 89，Ｐａｒｔ ２，Ｎｏ．２Ａ，１ Ｆ ｅｂｒｕａｒｙ 1993，ｐｐ．ＬＩ87− ＬＩ89 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/24 H01L 39/22 H01L 39/00 C23F 4/00 - 4/04 H01L 21/3065──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuya Takami 8-1-1, Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor Kazura Kojima 8-1-1, Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Central Research Laboratory, Mitsubishi Electric Corporation (72) Kenichi Kuroda, Inventor 8-1-1 Tsukaguchi Honmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (56) References JP-A-4-3055985 (JP, A) JP-A-5-21397 (JP, A) JP-A-63-250129 (JP, A) Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) pp. LI87-LI89, Part 2, No. 2A, 1 Febrary 1993, pp. LI87- LI89 (58) Fields investigated (Int. Cl.7 , DB name) H01L 39/24 H01L 39/22 H01L 39/00 C23F 4/00-4/04 H01L 21/3065
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