JPH06168932A - Device for patterning semiconductor device - Google Patents

Device for patterning semiconductor device

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JPH06168932A
JPH06168932A JP34346292A JP34346292A JPH06168932A JP H06168932 A JPH06168932 A JP H06168932A JP 34346292 A JP34346292 A JP 34346292A JP 34346292 A JP34346292 A JP 34346292A JP H06168932 A JPH06168932 A JP H06168932A
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JP
Japan
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mask plate
chamber
patterning
substrate
material layer
Prior art date
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Application number
JP34346292A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Asano
雅朗 浅野
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Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a patterning device, which is capable of performing a patterning by a simpler process, for a semiconductor device. CONSTITUTION:A patterning object substrate 30 is put on a support base 20 in a chamber 10. A mask plate 40 formed with an opening window of a shape corresponding to a pattern to be formed is put on this substrate and is attracted and fixed by a magnet 21. While the air and pressure in the chamber are exhausted and decompressed by an exhaust tube 12, reactive gas is introduced through a gas introducing tube 11. An alternating current is fed to generate discharge between the support electrode 20 and an opposed electrode 50 by an RP generator 60 and the introduced gas is brought into a plasma state. The surface, which is exposed through the opening window in the mask plate 40, of the substrate generates a chemical reaction by the plasma gas and a film consisting of another compound is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のパターニン
グ装置、特に、薄膜トランジスタ、太陽電池、各種セン
サ、などの製造に適したパターニング装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a patterning device for semiconductor devices, and more particularly to a patterning device suitable for manufacturing thin film transistors, solar cells, various sensors and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な半導体装置は、基板上に複数の
層をそれぞれ様々なパターンで積層させた構造をもつ。
このため、半導体装置の製造工程では、基板上への層の
形成と、形成した層に対するパターニングとが繰り返し
行われる。従来用いられている最も一般的なパターニン
グ方法は、フォトリソグラフィ法である。この方法で
は、パターニング対象となる層の上にレジスト層を形成
し、このレジスト層上に所定のパターンが描かれたマス
クを載せた状態で露光し、レジスト層を現像して露光部
分または非露光部分を除去し、残ったレジスト層を保護
膜として用い、パターニング対象層のエッチングが行わ
れる。
2. Description of the Related Art A general semiconductor device has a structure in which a plurality of layers are laminated in various patterns on a substrate.
Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor device, the formation of the layer on the substrate and the patterning of the formed layer are repeatedly performed. The most commonly used patterning method conventionally used is photolithography. In this method, a resist layer is formed on a layer to be patterned, and exposure is performed with a mask on which a predetermined pattern is drawn placed on the resist layer, and the resist layer is developed to expose or unexpose. The part is removed, and the remaining resist layer is used as a protective film to etch the patterning target layer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述したフォトリソグ
ラフィ法では、対象となる1つの層をパターニングする
ために、レジスト層の形成、マスクを用いた露光、
レジスト層の現像、エッチング、という4つの段階
が必要になり、各段階においてそれぞれ処理装置が必要
になる。一般に、1つの半導体装置を製造するために
は、多数の層に対するパターニングが必要になるため、
全製造プロセスを完了するまでには、非常に多数の段階
からなる複雑な処理を行わねばならない。このため、製
造に時間がかかりコストも高くなるという問題があっ
た。
In the photolithography method described above, in order to pattern one target layer, formation of a resist layer, exposure using a mask,
Four steps of developing and etching the resist layer are required, and a processing device is required in each step. Generally, in order to manufacture one semiconductor device, patterning for many layers is required.
By the end of the whole manufacturing process, a complex process with a very large number of steps has to be carried out. Therefore, there is a problem in that manufacturing takes time and costs increase.

【0004】そこで本発明は、より単純なプロセスによ
りパターニングを行うことができる半導体装置のパター
ニング装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a patterning device for a semiconductor device which can perform patterning by a simpler process.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1) 本願第1の発明は、製造工程途中の半導体装置を
構成する材料層について、その一部を除去することによ
って所定のパターンを形成させるパターニング工程に用
いられる装置において、パターニング対象となる材料層
が形成された基板を収容するためのチャンバと、このチ
ャンバ内を減圧するための排気手段と、このチャンバ内
にパターニング対象となる材料層と化学反応を生じる反
応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段と、この
チャンバ内において基板を支持する支持電極と、この支
持電極に対向して設けられた対向電極と、支持電極と対
向電極との間に電界を発生させる電界発生手段と、支持
電極の上に基板を載置し、その上に、形成すべき所定の
パターンに対応する形状の開口窓が形成された金属製の
マスク板を載せたときに、この金属製のマスク板を支持
電極に向かって吸引固定する作用をもった磁界を、基板
に対してほぼ一様に分布するように発生させる磁界発生
手段と、を設け、発生させた電界により反応性ガスをチ
ャンバ内においてプラズマ化し、マスク板の開口窓から
露出した材料層の表面とプラズマ化した反応性ガスとを
化学反応させて別な化合物を形成できるようにしたもの
である。
(1) The first invention of the present application relates to a material to be patterned in a device used in a patterning step of forming a predetermined pattern by removing a part of a material layer constituting a semiconductor device in a manufacturing process. A chamber for accommodating the substrate on which the layer is formed, an evacuation means for reducing the pressure in the chamber, and a reaction for introducing a reactive gas that causes a chemical reaction with the material layer to be patterned into the chamber. Gas introducing means, a supporting electrode for supporting the substrate in the chamber, a counter electrode provided to face the supporting electrode, and an electric field generating means for generating an electric field between the supporting electrode and the counter electrode, When a substrate is placed on the supporting electrode and a metal mask plate having an opening window having a shape corresponding to a predetermined pattern to be formed is placed on the substrate. Is provided with a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a function of attracting and fixing the metal mask plate toward the support electrode so as to be distributed substantially uniformly on the substrate, and the generated electric field The reactive gas is turned into plasma in the chamber, and the surface of the material layer exposed through the opening window of the mask plate and the reactive gas turned into plasma are chemically reacted to form another compound.

【0006】(2) 本願第2の発明は、上述の第1の発
明に係る半導体装置のパターニング装置において、マス
ク板をチャンバ内で水平方向に移動させる位置調整機構
を更に設け、磁界発生手段として電磁石を用い、位置調
整機構による位置合わせが完了した後に電磁石に通電を
行いマスク板の吸引固定を行うことができるようにした
ものである。
(2) The second invention of the present application is, in the patterning apparatus for a semiconductor device according to the first invention, further provided with a position adjusting mechanism for moving the mask plate in the chamber in the horizontal direction, and as a magnetic field generating means. The electromagnet is used so that the mask plate can be sucked and fixed by energizing the electromagnet after the alignment by the position adjusting mechanism is completed.

【0007】[0007]

【作 用】本発明は新規なパターニング方法の実施に適
したパターニング装置を提供する。この新規なパターニ
ング方法では、物理的な開口窓をもったマスク板によっ
て、パターニング対象となる基板上の材料層の一部が物
理的に覆われる。この状態で、基板をプラズマ化された
所定の反応性ガスのチャンバ内におくと、マスク板の開
口窓から露出した材料層に対して化学反応が生じ、この
露出部分についてのみ別な化合物が形成させる。結局、
マスク板で覆われていた部分はもとの材料層のままであ
るが、開口窓によって露出していた部分には別な化合物
によるパターンが形成されたことになる。この化学反応
中、金属製のマスク板は、磁界発生装置によって発生さ
れた磁界の吸引力により材料層の表面に吸引固着された
状態となる。しかも、この磁界は、基板に対してほぼ一
様に分布するため、プラズマ化されたガスとの化学反応
も基板上で一様に起こり、一様なパターン形成が可能に
なる。
Operation The present invention provides a patterning device suitable for carrying out the novel patterning method. In this novel patterning method, a mask plate having a physical opening window physically covers a part of the material layer on the substrate to be patterned. In this state, when the substrate is placed in the chamber of a predetermined reactive gas that has been turned into plasma, a chemical reaction occurs with the material layer exposed through the opening window of the mask plate, and another compound is formed only in this exposed portion. Let After all,
The portion covered with the mask plate remains the original material layer, but a pattern made of another compound is formed in the portion exposed by the opening window. During this chemical reaction, the mask plate made of metal is in a state of being attracted and fixed to the surface of the material layer by the attraction force of the magnetic field generated by the magnetic field generator. Moreover, since this magnetic field is distributed almost uniformly on the substrate, a chemical reaction with the gas turned into plasma also occurs uniformly on the substrate, and a uniform pattern can be formed.

【0008】このように、本発明に係る半導体装置のパ
ターニング装置による処理を行えば、基板上のパターニ
ング対象となる材料層上に、別な化合物によるパターン
形成がなされる。そこで、この後、もとの材料層と別な
化合物との間でエッチングレートが異なる方法でエッチ
ングを行えば、所望のパターニングが可能になる。この
方法によれば、本発明に係る装置による反応性ガス雰
囲気中での化合物形成、エッチング、という2段階の
処理により、1つの層に対するパターニングが完了す
る。
As described above, when the processing by the patterning apparatus for a semiconductor device according to the present invention is performed, a pattern is formed by another compound on the material layer to be patterned on the substrate. Therefore, after that, if etching is performed by a method in which the original material layer and the different compound have different etching rates, desired patterning becomes possible. According to this method, the patterning for one layer is completed by the two-step process of compound formation and etching in a reactive gas atmosphere by the apparatus according to the present invention.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。はじめに、本発明に係る装置を用いた新規なパ
ターニング方法の原理を説明する。ここでは、ガラス基
板上にCrからなる金属配線層をパターニングするプロ
セスを例にとって、図1の断面図を参照しながら説明し
よう。まず、図1(a) に示すように、ガラス基板1上に
Crを堆積させ、Cr材料層2を形成する。Crを堆積
させる方法としては、従来から用いられている一般的な
成膜方法を用いればよい。たとえば、真空蒸着法、スパ
ッタ法、CVD法、鍍金法などを用いることができる。
Cr材料層2の厚みとしては、後述するように、0.0
1〜1μmの範囲が好ましく、特に、0.05〜0.5
μmの範囲にするのがよい。
The present invention will be described below based on illustrated embodiments. First, the principle of a novel patterning method using the device according to the present invention will be described. Here, a process of patterning a metal wiring layer made of Cr on a glass substrate will be described as an example with reference to the cross-sectional view of FIG. First, as shown in FIG. 1A, Cr is deposited on the glass substrate 1 to form a Cr material layer 2. As a method of depositing Cr, a general film forming method which has been conventionally used may be used. For example, a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a plating method or the like can be used.
The thickness of the Cr material layer 2 is 0.0, as will be described later.
The range of 1 to 1 μm is preferable, and particularly 0.05 to 0.5.
It is preferable to set it in the range of μm.

【0010】続いて、このCr材料層2が形成されたガ
ラス基板1を、本発明に係るパターニング装置のチャン
バ内に収容し、図1(b) に示すように、このCr材料層
2の上に、金属製のマスク板3をのせて覆うようにす
る。後述するように、この金属製のマスク板3は、磁石
の吸引力により図の下方へ吸引されるため、マスク板3
とCr材料層2とは密着することになる。このマスク板
3には、金属配線層として形成すべき所定のパターンに
対応する形状の開口窓4が設けられている。開口窓4は
貫通孔を形成しており、Cr材料層2の表面のうち、開
口窓4に対応する部分は露出した状態となる。続いて、
このチャンバ内を減圧して反応性ガスを導入する。ここ
で用いる反応性ガスとしては、Cr材料層2の表面と化
学反応を起こしてCrとは別の化合物を生成するような
ガスであれば何でもよいが、ここでは、弗素を含んだガ
スを反応性ガスとして用いている。この反応性ガスは、
チャンバ内においてプラズマ化される。このように、図
1(b) に示すものを、弗素を含んだプラズマガス雰囲気
中におくと、開口窓4によって露出しているCr材料層
2の露出面が化学反応を起こし、その表面に弗素化合物
膜5が形成される。なお、条件によっては、弗素による
コーティング膜が形成される場合もあるが、本明細書で
は、このような弗素コーティング膜も含めて弗素化合物
膜5と呼ぶことにする。以上の化学反応が完了したら、
これをチャンバ内から取り出し、マスク板3を除去す
る。図1(c) は、マスク板3を除去したときの状態を示
す図であり、Cr材料層2の表面に弗素化合物膜5が形
成された状態が明瞭に示されている。
Then, the glass substrate 1 having the Cr material layer 2 formed thereon is housed in the chamber of the patterning apparatus according to the present invention, and as shown in FIG. Then, a metal mask plate 3 is placed on and covered. As will be described later, since the mask plate 3 made of metal is attracted downward in the figure by the attraction force of the magnet, the mask plate 3
And the Cr material layer 2 are in close contact with each other. The mask plate 3 is provided with an opening window 4 having a shape corresponding to a predetermined pattern to be formed as a metal wiring layer. The opening window 4 forms a through hole, and a portion of the surface of the Cr material layer 2 corresponding to the opening window 4 is exposed. continue,
The inside of this chamber is decompressed and a reactive gas is introduced. The reactive gas used here may be any gas as long as it chemically reacts with the surface of the Cr material layer 2 to generate a compound different from Cr, but here, a gas containing fluorine is reacted. Used as a natural gas. This reactive gas is
It is turned into plasma in the chamber. Thus, when the one shown in FIG. 1 (b) is placed in a plasma gas atmosphere containing fluorine, the exposed surface of the Cr material layer 2 exposed by the opening window 4 causes a chemical reaction, and The fluorine compound film 5 is formed. Depending on the conditions, a coating film of fluorine may be formed, but in this specification, such a fluorine coating film is also referred to as a fluorine compound film 5. When the above chemical reaction is completed,
This is taken out from the chamber and the mask plate 3 is removed. FIG. 1C is a diagram showing a state in which the mask plate 3 has been removed, and a state in which the fluorine compound film 5 is formed on the surface of the Cr material layer 2 is clearly shown.

【0011】上述したプラズマガス雰囲気中における化
学反応を行うにあたって重要なことは、Cr材料層2の
露出面のみについて反応が起こり、非露出面には反応が
起こらないようにすることである。そのためには、プラ
ズマガスが露出面だけに供給され、非露出面には触れな
いようにしなければならない。これは、Cr材料層2の
上面とマスク板3の下面との物理的密着性を向上させる
ことにより可能である。一般に、ガラス基板1の上面は
かなりの平滑度を有しており、この上に真空蒸着法、ス
パッタ法、CVD法、鍍金法などによって堆積されたC
r材料層2の上面もかなり平滑度をもった面となる。そ
こで、同程度の平滑度をもった下面を有するマスク板3
を用い、このマスク板3がCr材料層2の上に密着した
状態を保つようにして反応を行わせれば、両者間におけ
るプラズマガスの回り込みを阻止することができ、Cr
材料層2の露出面のみに弗素化合物膜5が形成されるこ
とになる。マスク板3をCr材料層2の上に密着させる
ために、後述するように、磁石が用いられている。
What is important in carrying out the above-mentioned chemical reaction in the plasma gas atmosphere is that the reaction occurs only on the exposed surface of the Cr material layer 2 and not on the non-exposed surface. For that purpose, the plasma gas must be supplied only to the exposed surface and not to contact the unexposed surface. This is possible by improving the physical adhesion between the upper surface of the Cr material layer 2 and the lower surface of the mask plate 3. Generally, the upper surface of the glass substrate 1 has a considerable degree of smoothness, and C deposited thereon by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a plating method or the like.
The upper surface of the r material layer 2 is also a surface having a fairly smooth surface. Therefore, the mask plate 3 having the lower surface having the same degree of smoothness
If the reaction is carried out while keeping the mask plate 3 in close contact with the Cr material layer 2 by using, it is possible to prevent the plasma gas from flowing between the two.
The fluorine compound film 5 is formed only on the exposed surface of the material layer 2. A magnet is used to bring the mask plate 3 into close contact with the Cr material layer 2 as described later.

【0012】さて、図1(c) に示すように、弗素化合物
膜5が所定のパターンで形成されたら、これに対して選
択的なエッチングを行う。すなわち、Cr材料層2と弗
素化合物膜5との間で、エッチングレートの異なるエッ
チング方法を行うのである。たとえば、硝酸第2セリウ
ムアンモン液を用いたエッチングを行えば、Cr材料層
2に対するエッチング速度は、弗素化合物膜5に対する
エッチング速度の10倍程度となり、エッチング速度の
遅い弗素化合物膜5をマスクとして用い、Cr材料層2
のうち弗素化合物膜5が形成されていない部分のみをエ
ッチング除去することが可能である。こうして、図1
(d) に示すように、Cr材料層2のうち、Crパターニ
ング層6だけがエッチング除去されずに残ることにな
り、このCrパターニング層6が目的の金属配線層とな
る。なお、別なエッチング方法として、CCLを用い
たドライエッチングを行っても、同程度のエッチング選
択比が得られる。
Now, as shown in FIG. 1C, when the fluorine compound film 5 is formed in a predetermined pattern, selective etching is performed on it. That is, an etching method with different etching rates is performed between the Cr material layer 2 and the fluorine compound film 5. For example, when etching is performed using a ceric ammonium nitrate solution, the etching rate for the Cr material layer 2 is about 10 times the etching rate for the fluorine compound film 5, and the fluorine compound film 5 having a slow etching rate is used as a mask. , Cr material layer 2
It is possible to remove only the part of the film where the fluorine compound film 5 is not formed. Thus, FIG.
As shown in (d), only the Cr patterning layer 6 of the Cr material layer 2 remains without being removed by etching, and this Cr patterning layer 6 becomes a target metal wiring layer. Even if dry etching using CCL 4 is performed as another etching method, the same etching selection ratio can be obtained.

【0013】前述したように、Cr材料層2の厚みとし
ては、0.01〜1μmの範囲が好ましい。これは、次
のような理由による。すなわち、Cr材料層2の厚みが
0.01μm以下であると、金属配線層として抵抗が高
くなりすぎ実用的ではなくなる上、プラズマ雰囲気中に
おける化学処理の際に、スパッタ効果により層が消滅す
るおそれがあり不適当である。また、Cr材料層2の厚
みが1μm以上であると、Cr材料層2の厚みと弗素化
合物膜5の厚みの比が大きくなりすぎるため、エッチン
グ処理時に、マスクとして機能する弗素化合物膜5がエ
ッチング除去されてしまったり、サイドエッチングの影
響を受けてCrパターニング層6の形状が悪くなったり
するためにやはり不適当である。
As described above, the thickness of the Cr material layer 2 is preferably in the range of 0.01 to 1 μm. This is for the following reason. That is, when the thickness of the Cr material layer 2 is 0.01 μm or less, the resistance becomes too high as a metal wiring layer, which is not practical, and the layer may disappear due to the sputtering effect during the chemical treatment in the plasma atmosphere. Is inappropriate. If the thickness of the Cr material layer 2 is 1 μm or more, the ratio of the thickness of the Cr material layer 2 to the thickness of the fluorine compound film 5 becomes too large, so that the fluorine compound film 5 functioning as a mask is etched during the etching process. It is also unsuitable because it is removed or the shape of the Cr patterning layer 6 is deteriorated due to the influence of side etching.

【0014】以上、本願発明者によって案出された新規
なパターニング方法の原理を説明した。要するに、この
パターニング方法は、前段工程となるプラズマガスによ
る反応プロセス(図1(b) )と、後段工程となるエッチ
ングプロセス(図1(d) )と、によって構成される。本
願発明に係るパターニング装置は、この前段工程を行う
ための装置である。以下、図2を参照しながら、この装
置の一実施例を説明する。チャンバ10内は、ガス導入
管11から反応性ガス(たとえば、弗素を含んだガス)
が導入されるとともに、排気管12を通じて排気系(図
示していない真空ポンプなど)によって真空に引かれ
る。チャンバ10の下部には、支持電極20が設けられ
ている。この支持電極20には、磁石21が内蔵されて
おり、その上面には、パターニング対象基板30が載置
される。このパターニング対象基板30は、たとえば、
図1(a) に示すように、ガラス基板1の上面にCr材料
層2を形成した基板である。この上に、マスク板40
(図1におけるマスク板3に相当)が載せられる。この
実施例では、マスク板40の周囲に支持枠41が設けら
れている。更に、チャンバ10の上部には、支持電極2
0と対向する位置に対向電極50が設けられており、こ
の対向電極50と支持電極20との間には、RF発生器
60によってRF交流電力が供給され、両電極間にはR
F交流電界が発生する。
The principle of the novel patterning method devised by the inventor of the present application has been described above. In short, this patterning method is constituted by a plasma gas reaction process (FIG. 1 (b)) which is the first step and an etching process (FIG. 1 (d)) which is the second step. The patterning device according to the present invention is a device for performing this former step. An embodiment of this device will be described below with reference to FIG. In the chamber 10, a reactive gas (for example, a gas containing fluorine) is introduced from the gas introduction pipe 11.
Is introduced and is evacuated to a vacuum through an exhaust pipe 12 by an exhaust system (such as a vacuum pump not shown). A support electrode 20 is provided below the chamber 10. A magnet 21 is built in the support electrode 20, and a patterning target substrate 30 is placed on the upper surface thereof. The patterning target substrate 30 is, for example,
As shown in FIG. 1 (a), this is a substrate in which a Cr material layer 2 is formed on the upper surface of a glass substrate 1. On this, mask plate 40
(Corresponding to the mask plate 3 in FIG. 1) is placed. In this embodiment, a support frame 41 is provided around the mask plate 40. Further, on the upper part of the chamber 10, the supporting electrode 2
A counter electrode 50 is provided at a position opposed to 0. RF AC power is supplied between the counter electrode 50 and the support electrode 20 by an RF generator 60, and R electrode is provided between both electrodes.
An F AC electric field is generated.

【0015】さて、この装置を用いたパターニングの前
段工程は、次のようにして行われる。まず、パターニン
グ対象基板30を支持電極20の上面にのせ、この上
に、マスク板40をのせる。マスク板40は金属製であ
り、支持電極20には磁石21が内蔵されているため、
この磁石21によってマスク板40は下方に引き付けら
れ、パターニング対象基板30の上面に押圧された状態
で固定される。すなわち、図1(b) に示す例では、マス
ク板3がCr材料層2の上面に密着した状態で固定され
ることになる。このような密着固定は、反応性ガスが開
口窓4以外の領域に回り込むのを防ぐために重要であ
る。続いて、排気管12からチャンバ10内を真空に排
気して減圧状態(たとえば、5Pa)に保ち、ガス導入
管11から反応性ガス(たとえば、CFとOとを混
合比95:5で混合したガス)をチャンバ10内に所定
の流量(たとえば、1分間に100cc)で導入する。
そして、RF発生器60によって、支持電極20と対向
電極50とに交流電力(たとえば、500W)を与え、
両電極間に交流電界を発生させて放電を起こし、導入し
た反応性ガスをプラズマ化する。この状態を所定時間
(たとえば、3分間)保持することにより、マスク板4
0の開口部からの露出面に弗素化合物膜5を形成する。
続く、後段工程では、チャンバ10内から取り出したパ
ターニング対象基板30を、たとえば、硝酸第2セリウ
ムアンモン溶液に浸し、エッチングを行えばよい。
The pre-step process of patterning using this apparatus is performed as follows. First, the patterning target substrate 30 is placed on the upper surface of the support electrode 20, and the mask plate 40 is placed thereon. Since the mask plate 40 is made of metal and the support electrode 20 has the magnet 21 built therein,
The mask plate 40 is attracted downward by the magnet 21 and is fixed on the upper surface of the patterning target substrate 30 while being pressed. That is, in the example shown in FIG. 1B, the mask plate 3 is fixed in a state of being in close contact with the upper surface of the Cr material layer 2. Such close fixing is important in order to prevent the reactive gas from flowing into the area other than the opening window 4. Subsequently, the chamber 10 is evacuated to a vacuum through the exhaust pipe 12 to maintain a reduced pressure state (for example, 5 Pa), and the reactive gas (for example, CF 4 and O 2 is mixed at a mixing ratio of 95: 5) through the gas introduction pipe 11. The mixed gas) is introduced into the chamber 10 at a predetermined flow rate (for example, 100 cc per minute).
Then, the RF generator 60 gives AC power (for example, 500 W) to the support electrode 20 and the counter electrode 50,
An alternating electric field is generated between both electrodes to cause discharge, and the introduced reactive gas is turned into plasma. By holding this state for a predetermined time (for example, 3 minutes), the mask plate 4
A fluorine compound film 5 is formed on the exposed surface from the 0 opening.
In the subsequent subsequent step, the patterning target substrate 30 taken out from the chamber 10 may be dipped in, for example, a solution of cerium ammonium nitrate to etch it.

【0016】ところで、減圧したチャンバ内に交流電界
をかけ、導入した反応性ガスをプラズマ化して所定の化
学反応を行う装置は、従来からスパッタリング処理を行
う場合などに用いられている。また、チャンバ内に磁石
を設けて磁界を発生させる装置も公知である。しかしな
がら、本発明に係る装置は、磁石21の発生する磁界が
パターニング対象基板30に対してほぼ一様に分布する
という特徴をもっている点において、この種の従来装置
とは区別される。すなわち、本発明の装置では、図3に
破線で示すような磁力線が生じるような磁石21が、支
持電極20上に用意されている。この磁力線は、パター
ニング対象基板30に対してはほぼ一様に分布している
ことがわかる。このような磁界の一様分布は、プラズマ
ガスによる反応を一様にするために必要になる。従来の
スパッタリング装置などでも、チャンバ内に磁界を発生
させる装置が用いられているが、これは、プラズマガス
による反応をスパッタリング処理の対象となる基板のあ
る特定部分に集中させる意図で用いられているものであ
る。すなわち、局在化した磁界を発生させれば、プラズ
マガスによる反応を局在化させることができる。したが
って、従来のスパッタリング装置などで用いられている
磁界発生装置は、基板に対して局在的な磁界を発生させ
る目的で設けられているものである。
By the way, an apparatus for applying a AC electric field in a depressurized chamber and converting the introduced reactive gas into plasma to carry out a predetermined chemical reaction has been conventionally used when performing a sputtering process. Further, an apparatus for providing a magnet in a chamber to generate a magnetic field is also known. However, the device according to the present invention is distinguished from this type of conventional device in that the magnetic field generated by the magnet 21 is substantially evenly distributed with respect to the patterning target substrate 30. That is, in the device of the present invention, the magnet 21 that produces the magnetic force lines shown by the broken line in FIG. 3 is prepared on the support electrode 20. It can be seen that the lines of magnetic force are distributed almost uniformly on the patterning target substrate 30. Such uniform distribution of the magnetic field is necessary to make the reaction by the plasma gas uniform. A device for generating a magnetic field in a chamber is also used in a conventional sputtering device or the like, but this is used for the purpose of concentrating a reaction by a plasma gas on a specific portion of a substrate to be subjected to a sputtering process. It is a thing. That is, the reaction by the plasma gas can be localized by generating a localized magnetic field. Therefore, the magnetic field generator used in the conventional sputtering apparatus or the like is provided for the purpose of generating a localized magnetic field on the substrate.

【0017】これに対し、本発明において用いる磁界発
生装置は、マスク板40を吸引固着することを目的とす
るものであり、プラズマガスによる反応を局在化させる
ことを目的とするものではない。逆に、プラズマガスに
よる反応が局在化しては問題が生じる。なぜなら、プラ
ズマガスの反応によって生じる弗素化合物膜5のパター
ンにむらが生じてしまうからである。したがって、本発
明の装置では、マスク板40を吸引固着するために磁界
を発生させる必要はあるものの、その磁界はパターニン
グ対象基板30に対してほぼ一様である必要がある。こ
のため、本発明の装置には、図3に示すように、パター
ニング対象基板30よりも大きな断面をもつ円盤状の永
久磁石か、図4に示すように、パターニング対象基板3
0よりも大きな断面をもつ鉄芯22とその周囲に巻装さ
れたコイル23とによって構成される電磁石を、磁石2
1として用いるのが好ましい。このような磁石21を用
いることにより、金属製のマスク板40を十分に吸引固
定するとともに、パターニング対象基板30に対して
は、プラズマガスによる反応に影響を与えないように、
ほぼ一様な磁界を与えることが可能になる。
On the other hand, the magnetic field generator used in the present invention is intended to attract and fix the mask plate 40, and not to localize the reaction by the plasma gas. On the contrary, if the reaction by the plasma gas is localized, there arises a problem. This is because unevenness occurs in the pattern of the fluorine compound film 5 caused by the reaction of the plasma gas. Therefore, in the apparatus of the present invention, although it is necessary to generate a magnetic field to attract and fix the mask plate 40, the magnetic field needs to be substantially uniform with respect to the patterning target substrate 30. Therefore, in the apparatus of the present invention, as shown in FIG. 3, a disk-shaped permanent magnet having a larger cross section than the patterning target substrate 30 or a patterning target substrate 3 as shown in FIG.
An electromagnet constituted by an iron core 22 having a cross section larger than 0 and a coil 23 wound around the iron core 22 is
It is preferably used as 1. By using such a magnet 21, the mask plate 40 made of metal is sufficiently attracted and fixed, and the patterning target substrate 30 is not affected by the reaction by the plasma gas.
It becomes possible to apply a substantially uniform magnetic field.

【0018】なお、マスク板40とパターニング対象基
板30との位置合わせを容易に行うことができるよう
に、マスク板40をチャンバ10内で水平方向(図2の
矢印Aの方向)に移動させる位置調整機構を更に設けて
おくとよい。このような位置調整機構は、フォトリソグ
ラフィ法においてフォトマスクの位置合わせを行うため
に従来から用いられている一般的な機構を用いればよ
い。パターニング対象基板30およびマスク板40に、
それぞれ位置合わせ用のマークを設けておき、これらの
マークを光学的に観察しながら位置合わせを行えばよ
い。この場合、磁石21としては電磁石を用いるのが好
ましい。電磁石を用いれば、図2の矢印Aの方向への位
置合わせを行うときには、この電磁石の通電を中止して
おき、位置合わせが完了した時点で電磁石に通電を行
い、マスク板40を図2の矢印Bの方向に吸引固定する
ことができる。
A position at which the mask plate 40 is moved horizontally (in the direction of arrow A in FIG. 2) in the chamber 10 so that the mask plate 40 and the patterning target substrate 30 can be easily aligned with each other. It is advisable to further provide an adjusting mechanism. As such a position adjusting mechanism, a general mechanism conventionally used for aligning the photomask in the photolithography method may be used. For the patterning target substrate 30 and the mask plate 40,
Positioning marks may be provided respectively and the positions may be adjusted while observing these marks optically. In this case, it is preferable to use an electromagnet as the magnet 21. If an electromagnet is used, when the alignment in the direction of arrow A in FIG. 2 is performed, the energization of this electromagnet is stopped, and when the alignment is completed, the electromagnet is energized to move the mask plate 40 to the position shown in FIG. It can be fixed by suction in the direction of arrow B.

【0019】以上、本発明を図示する実施例に基づいて
説明したが、本発明はこの実施例のみに限定されるもの
ではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。た
とえば、上述の実施例では、反応性ガスをプラズマ化す
るための放電を、RF交流電力の供給によって行ってい
るが、この放電は直流電力の供給によって行ってもよ
い。また、この放電は、カソードカップル型で行って
も、アノードカップル型で行ってもよい。更に、ナロー
ギャップ、マグネトロン、トライオードなどを用いて放
電を行うようにしてもよい。
The present invention has been described above based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment and can be implemented in various modes other than this. For example, in the above-described embodiment, the discharge for converting the reactive gas into plasma is performed by supplying the RF AC power, but this discharge may be performed by supplying the DC power. Further, this discharge may be performed by a cathode couple type or an anode couple type. Further, the discharge may be performed using a narrow gap, a magnetron, a triode, or the like.

【0020】なお、本発明に係るパターニング方法は、
マスク板を物理的に接触させる必要があるため、フォト
リソグラフィ法に比べれば、寸法精度を向上させること
がやや困難である。したがって、MOSトランジスタな
ど、寸法精度を要求する半導体装置のパターニングに用
いるよりは、薄膜トランジスタ、太陽電池、各種セン
サ、などの比較的寸法精度が要求されない半導体装置の
パターニングに用いるのが好ましい。
The patterning method according to the present invention is
Since it is necessary to physically contact the mask plate, it is somewhat difficult to improve the dimensional accuracy as compared with the photolithography method. Therefore, it is preferably used for patterning a semiconductor device such as a thin film transistor, a solar cell, and various sensors that does not require relatively dimensional accuracy, rather than being used for patterning a semiconductor device such as a MOS transistor that requires dimensional accuracy.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係る半導体装置
のパターニング装置によれば、パターニング対象基板を
チャンバ内に収容し、この上に金属製のマスク板をのせ
て磁石で吸引固定し、プラズマ化した反応性ガスにより
化学反応を起こさせるようにしたため、より単純なプロ
セスによりパターニングを行うことができるようにな
る。
As described above, according to the patterning apparatus for a semiconductor device of the present invention, the substrate to be patterned is housed in the chamber, the metal mask plate is placed on the substrate, and the magnet plate is attracted and fixed by the magnet. Since the chemical reaction is caused by the converted reactive gas, patterning can be performed by a simpler process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るパターニング装置を用いたパター
ニングの工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a patterning process using a patterning device according to the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係るパターニング装置の基
本構成を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the basic configuration of a patterning device according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2に示す装置の磁石21の磁界を示す断面図
である。
3 is a cross-sectional view showing a magnetic field of a magnet 21 of the device shown in FIG.

【図4】図2に示す装置の磁石21を電磁石で構成した
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which a magnet 21 of the device shown in FIG. 2 is composed of an electromagnet.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガラス基板 2…Cr材料層 3…マスク板 4…開口窓 5…弗素化合物膜 6…Crパターニング層 10…チャンバ 11…ガス導入管 12…排気管 20…支持電極 21…磁石 22…鉄芯 23…コイル 30…パターニング対象基板 40…マスク板 41…支持枠 50…対向電極 60…RF発生器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass substrate 2 ... Cr material layer 3 ... Mask plate 4 ... Opening window 5 ... Fluorine compound film 6 ... Cr patterning layer 10 ... Chamber 11 ... Gas introduction pipe 12 ... Exhaust pipe 20 ... Support electrode 21 ... Magnet 22 ... Iron core 23 ... Coil 30 ... Patterning target substrate 40 ... Mask plate 41 ... Support frame 50 ... Counter electrode 60 ... RF generator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 製造工程途中の半導体装置を構成する材
料層について、その一部を除去することによって所定の
パターンを形成させるパターニング工程に用いられる装
置であって、 パターニング対象となる材料層が形成された基板を収容
するためのチャンバと、 このチャンバ内を減圧するための排気手段と、 このチャンバ内に前記材料層と化学反応を生じる反応性
ガスを導入するための反応性ガス導入手段と、 前記チャンバ内において前記基板を支持する支持電極
と、 この支持電極に対向して設けられた対向電極と、 前記支持電極と前記対向電極との間に電界を発生させる
電界発生手段と、 前記支持電極の上に前記基板を載置し、その上に、形成
すべき所定のパターンに対応する形状の開口窓が形成さ
れた金属製のマスク板を載せたときに、この金属製のマ
スク板を前記支持電極に向かって吸引固定する作用をも
った磁界を、前記基板に対してほぼ一様に分布するよう
に発生させる磁界発生手段と、 を備え、前記電界により前記反応性ガスを前記チャンバ
内においてプラズマ化し、前記マスク板の開口窓から露
出した前記材料層の表面とプラズマ化した反応性ガスと
を化学反応させて別な化合物を形成できるようにしたこ
とを特徴とする半導体装置のパターニング装置。
1. A device used in a patterning process for forming a predetermined pattern by removing a part of a material layer constituting a semiconductor device during a manufacturing process, wherein a material layer to be patterned is formed. A chamber for accommodating the formed substrate, an evacuation means for reducing the pressure in the chamber, and a reactive gas introducing means for introducing a reactive gas that causes a chemical reaction with the material layer into the chamber, A supporting electrode for supporting the substrate in the chamber; a counter electrode provided to face the supporting electrode; an electric field generating unit for generating an electric field between the supporting electrode and the counter electrode; When the substrate is placed on a metal mask plate on which an opening window having a shape corresponding to a predetermined pattern to be formed is formed. And a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a function of attracting and fixing the metal mask plate toward the support electrode so as to be distributed substantially evenly with respect to the substrate. The reactive gas is turned into plasma in the chamber, and the surface of the material layer exposed through the opening window of the mask plate is chemically reacted with the reactive gas turned into plasma to form another compound. A patterning device for a semiconductor device that features.
【請求項2】 請求項1に記載のパターニング装置にお
いて、マスク板をチャンバ内で水平方向に移動させる位
置調整機構を更に設け、磁界発生手段として電磁石を用
い、前記位置調整機構による位置合わせが完了した後に
前記電磁石に通電を行い前記マスク板の吸引固定を行う
ことができるようにしたことを特徴とする半導体装置の
パターニング装置。
2. The patterning device according to claim 1, further comprising a position adjusting mechanism for moving the mask plate in the chamber in the horizontal direction, and using an electromagnet as the magnetic field generating means, the position adjusting mechanism completes the alignment. After that, the electromagnet is energized so that the mask plate can be suction-fixed and fixed.
JP34346292A 1992-11-30 1992-11-30 Device for patterning semiconductor device Pending JPH06168932A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010518586A (en) * 2007-02-13 2010-05-27 フジフィルム マニュファクチャリング ユーロプ ビー.ブイ. Substrate plasma processing using magnetic mask devices
JP2018145508A (en) * 2017-03-08 2018-09-20 株式会社日本製鋼所 Film deposition method, method for manufacturing electronic device, and plasma atom layer growing apparatus

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