JPS5928156A - Manufacture of exposure mask - Google Patents
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- JPS5928156A JPS5928156A JP57230995A JP23099582A JPS5928156A JP S5928156 A JPS5928156 A JP S5928156A JP 57230995 A JP57230995 A JP 57230995A JP 23099582 A JP23099582 A JP 23099582A JP S5928156 A JPS5928156 A JP S5928156A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
- G03F1/80—Etching
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
1、産業上の利用分野
本発明は露光マスクの製造方法に関し、特に、半導体装
置等の製造に使用されるハードマスクと称されるホトマ
スクの製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1. Field of Industrial Application The present invention relates to a method of manufacturing an exposure mask, and particularly to a method of manufacturing a photomask called a hard mask used in the manufacture of semiconductor devices and the like.
2、従来技術
従来、無機薄膜材料を用いたハードマスクが露光処理に
使用されているが、表面強度が大きくて繰返し使用が可
能である点で有用視されている。2. Prior Art Conventionally, hard masks using inorganic thin film materials have been used for exposure processing, and are considered useful because they have high surface strength and can be used repeatedly.
この種のハードマスクとしては、高真空(〜1O−0T
orr)中で電子ビーム蒸着法等により形成されたアモ
ルファスシリコン(以下、 a−8l ト称iル。)を
遮光膜とするものが知られている。 このa−8t膜は
シースルー性が良好であって半導体加工時に下地パター
ンが透けて見える(即ち、可視光に対してはある程度透
明である。)という性質と同時に、半導体加工用の特定
波長(例えば3800Xや4aooX )の露光ビーム
に対しては遮光性を示すものである。 この遮光性の程
度は、次の光学濃度(optical densit
y )で示される。For this type of hard mask, high vacuum (~1O-0T
It is known that the light-shielding film is made of amorphous silicon (hereinafter referred to as a-8l) formed by electron beam evaporation or the like. This A-8T film has good see-through properties, allowing the underlying pattern to be seen through during semiconductor processing (that is, it is transparent to some extent for visible light). It exhibits light shielding properties against exposure beams of 3800X and 4aooX. The degree of this light blocking property is determined by the following optical density.
y).
光学濃度= log (Io / I )(但、・Io
は入射光の光量、工は透過光の光景)ところが、上記の
通常使用されているa−81膜の光学濃度はせいぜい1
.2〜1.4であって、一定量の入射光は透過してしま
うので、完全な露光マスクとはなり得ない。 従って、
遮光性を充分にするにはa−81膜の膜厚を大きくする
ことが考えられるが、この場合には、マスク素材から所
定のマスクパターンにa−8i膜をエツチング加工する
際にその膜厚を大きくすると、エツチング精度が悪くな
り、特にウェットエツチング時にサイドエツチングが進
行しすぎてマスクパターンが不良となり易い。Optical density = log (Io / I) (However, ・Io
(is the amount of incident light, and is the scene of transmitted light) However, the optical density of the above-mentioned commonly used A-81 film is at most 1.
.. 2 to 1.4, and a certain amount of incident light is transmitted, so it cannot be a perfect exposure mask. Therefore,
In order to achieve sufficient light-shielding properties, it is possible to increase the thickness of the A-81 film, but in this case, when etching the A-8I film from the mask material into a predetermined mask pattern, the thickness If the value is increased, the etching accuracy will deteriorate, and side etching will proceed too much, especially during wet etching, resulting in a defective mask pattern.
他方、a−8tの製膜時においては、ペルジャー内又は
成膜槽内に残留する酸素(0,)がa−81膜中に混入
し、これが原因してa−8l膜の酸化等によりその膜質
が低下してしまう。 この結果、a−81膜の光学濃度
が低下し、ホトマスクとしての遮光性が悪くなることが
分った。 この現象は、ペルジャー内又は成膜槽内をか
なり高真空にしても1O−IQ〜10−” Torr程
度の酸素が不可避的に残留するために、従来のものでは
実用的生産レベルにおいて避けることができないのであ
る。On the other hand, when forming the a-8t film, oxygen (0,) remaining in the Pelger or the film-forming tank mixes into the a-81 film, which causes oxidation of the a-8l film, etc. The film quality deteriorates. As a result, it was found that the optical density of the a-81 film decreased and its light shielding properties as a photomask deteriorated. This phenomenon cannot be avoided at a practical production level with conventional systems because oxygen of about 10-IQ to 10-'' Torr inevitably remains even if the Pelger or film-forming tank is made to have a fairly high vacuum. It cannot be done.
加えて、上記の如きマスクパターンへのエツチング加工
時圧おいては、支持体(基板)上に形成したa−8L膜
上にフォトレジストを塗布し、これを所定パターンに露
光、現像してマスクを形成し、更に下地のa−8l膜を
CF4ガスプラズマ中でマスクパターンにプラズマエツ
チングする方法が知られている。 ところがこの加工方
法は、エツチング速度が0.1〜02μm厚のa−81
膜について例えば10分/100cJと遅く、生産性が
悪い。 また、エツチング忙時間を要するために、長時
間エツチングする結果、フォトレジストがプラズマによ
り損傷を受け、そのパターン精度が劣化してしまう。In addition, when etching the mask pattern as described above, a photoresist is coated on the a-8L film formed on the support (substrate), and this is exposed and developed in a predetermined pattern to form the mask. A method is known in which the underlying A-8L film is plasma-etched into a mask pattern in CF4 gas plasma. However, this processing method has an etching rate of 0.1 to 02 μm thick A-81.
The membrane is slow, for example, 10 minutes/100 cJ, and productivity is poor. Furthermore, since etching takes a busy time, as a result of long etching, the photoresist is damaged by plasma and its pattern accuracy is degraded.
3、発明の目的
本発明の目的は、上記プラズマエツチングの如き加工忙
おけるエツチング速度を向上させ、パターン精度を高め
ることにある。3. Purpose of the Invention The purpose of the present invention is to improve the etching speed during processing such as the above-mentioned plasma etching and to improve pattern accuracy.
本発明の別の目的は、光学濃度の高い露光マスクを得る
ことにある。Another object of the present invention is to obtain an exposure mask with high optical density.
4、発明の構成及び作用効果
即ち、本発明は、支持体上に形成した水素原子含有アモ
ルファス半導体層(例えばa−81層)を所定のマスク
パターンにエツチングするに際し、フッ化炭素ガス(例
えばCF、ガス)と酸素ガスとの混合ガスのグルー放電
によるプラズマ中で前記水素原子含有アモルファス半導
体層をエツチングすることを特徴とする露光マスクの製
造方法に係るものである。4. Structure and effects of the invention In other words, the present invention provides a method for etching a hydrogen atom-containing amorphous semiconductor layer (e.g., a-81 layer) formed on a support into a predetermined mask pattern using fluorocarbon gas (e.g., CF The method of manufacturing an exposure mask is characterized in that the hydrogen atom-containing amorphous semiconductor layer is etched in a plasma generated by a glue discharge of a mixed gas of a gas (e.g., gas) and an oxygen gas.
本発明の方法によれば、プラズマ中でのエツチングに際
し、エッチャントガス(フッ化炭素ガス)K酸素ガスを
混在せしめているために、後で詳述する理由によりプラ
ズマ中の原子状フッ素の濃度を増加させ、これによって
エツチング速度を大幅に向上させることができる。
しかも、エツチングされるべきアモルファス半導体層に
は水素原子が含有されるようにしているので、エツチン
グ時に生じるフッ素の欠乏した7ツ化炭素(CFx)の
重合物が堆積するのを上記水素によって効果的に防止し
てエツチング速度を効果的に早めることができると共に
、水素原子の含有忙よってアモルファス半導体層自体の
光学濃度を高め、所望の遮光マスク特性を発揮させるこ
とができる。According to the method of the present invention, since an etchant gas (fluorocarbon gas) and oxygen gas are mixed during etching in the plasma, the concentration of atomic fluorine in the plasma is reduced for reasons explained in detail later. This can significantly increase the etching rate.
Moreover, since the amorphous semiconductor layer to be etched contains hydrogen atoms, the hydrogen effectively prevents the accumulation of fluorine-deficient carbon heptatonide (CFx) polymers that are generated during etching. In addition, the amorphous semiconductor layer itself can increase its optical density due to the hydrogen atoms contained therein, and exhibit desired light-shielding mask characteristics.
5、実施例
以下、本発明を実施例について図面参照下に詳細に説明
する。5. Examples Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
第1図〜第6図は、本発明によるホトマスク忙加工され
る各種のホトマスク素材を例示するものである。1 to 6 illustrate various photomask materials that can be processed into photomasks according to the present invention.
第1図のマスク素材1は、光学的に透明な石英板(si
o、板)2上に水素原子含有アモルファスシリコン(以
下、a−81:Hと称する。)層3が設けられたもので
ある。 基板としてのStO,板2の厚みは0.5〜3
mm (望ましくは1〜2.5mm) であり、また
a−81:H層3 のpa厚は300〜5000X(望
ましくは700〜3000X)である。このマスク素材
1は、後述の方法で製造され、かつ所望の露光マスクに
加工される。The mask material 1 in FIG. 1 is an optically transparent quartz plate (si
o, plate) 2, a hydrogen atom-containing amorphous silicon (hereinafter referred to as a-81:H) layer 3 is provided. StO as a substrate, thickness of plate 2 is 0.5-3
mm (preferably 1 to 2.5 mm), and the pa thickness of the a-81:H layer 3 is 300 to 5000X (preferably 700 to 3000X). This mask material 1 is manufactured by a method described later and processed into a desired exposure mask.
第1図の例では、a−81と熱膨張係数の近いものが選
択可能な非石英板(例えば、ソーダライム、ホウ珪酸系
)を基板として用いることもできる。In the example shown in FIG. 1, a non-quartz plate (e.g., soda lime, borosilicate) whose coefficient of thermal expansion is close to a-81 can be used as the substrate.
第2図は、ソーダライム、ホウ珪酸系等の非石英板12
上にまずsto、膜4が厚さ100〜5000X(望ま
しくは100〜3000x)に形成され、この上にa−
8t:H層3が設げられている。 この場合S10.膜
4は、基板12からa−8l : Hlti 3 ヘN
a等の不純物が混入してa−8t:H層3が汚染される
のを防止するものである。Figure 2 shows a non-quartz plate 12 made of soda lime, borosilicate, etc.
First, a sto film 4 is formed on top to a thickness of 100 to 5000x (preferably 100 to 3000x), and a-
8t: H layer 3 is provided. In this case S10. Membrane 4 extends from substrate 12 to a-8l: Hlti 3 to N
This prevents the a-8t:H layer 3 from being contaminated by contamination by impurities such as a.
以上の第1図及び第2図のマスク素材はいずれも反射防
止手段を設けてはいないが、後述する半導体表面の加工
時に同表面からの反射光が更にマスク面で反射されて半
導体表面上のホトレジスト膜を不測に感光せしめないよ
うに、反射防止膜を設けておくのがよい。None of the mask materials shown in FIGS. 1 and 2 are provided with an anti-reflection means, but when the semiconductor surface is processed, which will be described later, the light reflected from the same surface is further reflected by the mask surface and the surface of the semiconductor surface is reflected. It is preferable to provide an antireflection film to prevent the photoresist film from being accidentally exposed to light.
第3図は、−a−81:H層3上に、酸素原子を含有す
るasi、H又は酸素原子を含有するa−81からなる
反射防止膜5を設け、この反射防止膜によって反射光マ
スクの層中へ導びくようにし、マスク面で再反射される
ことを防止した例を示している。In FIG. 3, an antireflection film 5 made of asi containing oxygen atoms, H, or a-81 containing oxygen atoms is provided on the -a-81:H layer 3, and this antireflection film serves as a mask for reflected light. This example shows an example in which the light is guided into the layer to prevent it from being re-reflected on the mask surface.
反射防止膜5の膜厚は、露光時の使用波長に応じて1反
射が最小となるような値に設定される。The thickness of the antireflection film 5 is set to a value that minimizes one reflection depending on the wavelength used during exposure.
第4図は、上記の如き反射防止膜5をa−8l:H層3
と基板2又は12との間にも設けた例を示す。FIG. 4 shows the anti-reflection film 5 as described above in a-8l:H layer 3.
An example is shown in which it is also provided between the substrate 2 or 12.
上記した各側の露光マスク素材(又は後述の露光マスク
)の外形は、処理されるべき半導体ウェハのサイズ釦応
じ、第5図の如くに正方形状でありてよく、また第6図
の如くにウェハと同形であってもよい。 また、他の形
状として、第7図及び第8図に示す如く、周辺忙位置合
せ用の切欠き又は直線部1aを有するものが使用可能で
ある。The outer shape of the exposure mask material on each side (or the exposure mask described later) may be square as shown in FIG. 5, or square as shown in FIG. 6, depending on the size of the semiconductor wafer to be processed. It may have the same shape as the wafer. In addition, as another shape, as shown in FIGS. 7 and 8, one having a notch or a straight portion 1a for peripheral alignment can be used.
或いは同様の目的で四角形の各角部な直線状又は円弧状
に除去したもの、四角形の一対の対向辺を円弧状に曲げ
たものでもよく、更には単なる円形でもよい。Alternatively, for the same purpose, each corner of a quadrilateral may be removed in a straight line or in an arc shape, a pair of opposing sides of a quadrilateral may be bent into an arc shape, or it may be simply circular.
上記に例示した露光マスク素材1は、所定量(特KO,
1〜30原子%)の水素原子を含有したa −81:H
層3を具備しているためK、従来のa−8l系シースル
ーマスクに比較して使用波長での光学濃度が大幅に向上
している。 即ち、第13図に示すデータ(使用波長は
4aooX、a−stsH層の厚みは100OX)VC
よれば、水素含有量に応じて光学濃度が変化し、特に0
.3〜25原子チの範囲では従来のSlマスクの光学濃
度(1,2〜1.4)以上となり、0.5〜20原子チ
では2〜4倍にも向上することが分る。 水素含有量が
少ない範囲で光学濃度が急激忙高くなっていることは注
目すべきであり、本発明に従ってa−81中に水素原子
を積極的に導入することの優位性が顕著に表われている
。The exposure mask material 1 exemplified above has a predetermined amount (special KO,
a-81:H containing 1 to 30 at%) hydrogen atoms
Because it includes Layer 3, the optical density at the wavelength used is significantly improved compared to the conventional A-8L see-through mask. That is, the data shown in FIG. 13 (the wavelength used is 4aooX, the thickness of the a-stsH layer is 100OX) VC
According to
.. It can be seen that in the range of 3 to 25 atoms, the optical density is higher than that of the conventional Sl mask (1.2 to 1.4), and in the range of 0.5 to 20 atoms, the optical density is improved by 2 to 4 times. It is noteworthy that the optical density increases rapidly in the range where the hydrogen content is low, which clearly shows the advantage of actively introducing hydrogen atoms into a-81 according to the present invention. There is.
なお、a−31:H層中の水素含有量は、同質の膜を高
抵抗Slウェハー上に形成してその膜の赤外線吸収スペ
クトルによって求めた(この場合のウェハ厚みは例えば
〜500μm−a−8l:Hの膜厚は例えば1〜5μm
)。またa−8l:H層自体は後記(第11図)の蒸着
法で製膜したものを用いた。 なお、上記赤外線吸収ス
ペクトルの一例を第14図に示特定の赤外吸収帯(例え
ば1900〜2250cra−’ )にわたる81−H
の伸縮振動圧注目して求める。The hydrogen content in the a-31:H layer was determined by forming a homogeneous film on a high-resistance Sl wafer and using the infrared absorption spectrum of the film (the wafer thickness in this case is, for example, ~500 μm-a- The film thickness of 8l:H is, for example, 1 to 5 μm.
). The a-8l:H layer itself was formed by the vapor deposition method described later (FIG. 11). An example of the above-mentioned infrared absorption spectrum is shown in FIG. 14.
Obtain by paying attention to the stretching vibration pressure.
そして、水素濃度N(い−8)は、N−KXI(Kは定
数)関係式から求めると、図示の例では10原子−程度
と見積られる。 但、これは−例であり、また他の公知
の方法に基いて水素濃度を求めることもできる、
このように、a−8lCH層は所定量の水素原初含有に
よって高い光学濃度を示すものとなっているから、その
膜厚を薄くすることができ、次に述べるエツチングの加
工精度又はシャープネスが大幅に向上する。The hydrogen concentration N(i-8) is estimated to be about 10 atoms in the illustrated example when determined from the N-KXI (K is a constant) relational expression. However, this is just an example, and the hydrogen concentration can also be determined based on other known methods. In this way, the a-8lCH layer exhibits a high optical density due to the predetermined amount of hydrogen content. Therefore, the film thickness can be reduced, and the processing accuracy or sharpness of etching, which will be described below, is greatly improved.
即ち、例えば、ウェット処理によるエツチングの場合、
第9A図の如くに、a−81:H層3上に公知ホトレジ
スト6(例えば、ネガ型のホトレジスト)を一様に塗布
し、次いで第9B図の如くに、予め製作した露光マスク
7を配して露光する。That is, for example, in the case of etching by wet processing,
As shown in FIG. 9A, a known photoresist 6 (for example, negative type photoresist) is uniformly coated on the a-81:H layer 3, and then, as shown in FIG. 9B, a previously prepared exposure mask 7 is placed. and expose.
露光ビーム8はマスク7の非マスク部9を通して下地の
ホトレジスト6を所定パターンに感光せしめる。The exposure beam 8 passes through the non-masked portion 9 of the mask 7 and exposes the underlying photoresist 6 in a predetermined pattern.
次にホトレジスト6の例えば非露光部分(ポジ型の場合
は露光部分)を現像で除去し、第9C図°の如きパター
ンに残す。 そして、第9D図の如く、ホトレジスト6
をマスクにして下地のa−81:H層3をプラズマエツ
チングし、バターニングする。Next, for example, the unexposed portion of the photoresist 6 (the exposed portion in the case of a positive type) is removed by development, leaving a pattern as shown in FIG. 9C. Then, as shown in FIG. 9D, the photoresist 6
Using the mask as a mask, the underlying a-81:H layer 3 is plasma etched and patterned.
第9E図は、こうして製作された露光マスク11を示し
ている。FIG. 9E shows the exposure mask 11 manufactured in this manner.
このマスク11は、第9F図の如(、例えば、シl)コ
ンウェハlOの一主面に公知の熱酸化技術で形成した5
102膜13上にホトレジスト14を塗布し、このホト
レジスト上に露光マスク11を配する。 この際、マス
ク11のa−8i:H層3は可視光に対し透明であるか
ら、ウエノ10の表面上に既に何らかのパターン(例え
ば素子分離用フィールド810.膜等)が存在している
場合匠は、そのパターンを観察でき、従ってマスク合せ
をより正確に行なうことができる。 次に、使用波長が
3000〜4400Xの例えば紫外光15を例えば20
0W程度の超高圧水銀灯より照射し、マスクIff 3
の存在しない非マスク部分下のホトレジスト14を選択
的に露光する。 a−81:Hからなるマスク層3は上
記使用波長域では光15を通さず、充分な遮光性を示す
。 更に、第9G図の如く、現像処理後のホトレジスト
14をマスクに、下地の5lo2膜13をフッ酸、フッ
化アンモニウム水溶液等でエツチングし、ウェハ10上
に所望のパターンに残す。 こうして5lot膜13に
例えば電極又は配線被着用のコンタクトホール16を形
成できる。This mask 11 is made of a silicon wafer 10 formed by a known thermal oxidation technique on one main surface of a silicon wafer lO as shown in FIG. 9F.
A photoresist 14 is applied on the 102 film 13, and an exposure mask 11 is placed on the photoresist. At this time, since the a-8i:H layer 3 of the mask 11 is transparent to visible light, if some pattern (for example, element isolation field 810, film, etc.) already exists on the surface of the wafer 10, , the pattern can be observed and therefore mask alignment can be performed more accurately. Next, e.g.
Irradiate with an ultra-high pressure mercury lamp of about 0W, mask Ifff 3
The photoresist 14 under the non-masked portion where no mask exists is selectively exposed. The mask layer 3 made of a-81:H does not transmit the light 15 in the above-mentioned wavelength range and exhibits sufficient light-shielding properties. Furthermore, as shown in FIG. 9G, using the developed photoresist 14 as a mask, the underlying 5LO2 film 13 is etched with hydrofluoric acid, ammonium fluoride aqueous solution, etc., and a desired pattern is left on the wafer 10. In this way, contact holes 16 for covering electrodes or wiring, for example, can be formed in the 5-lot film 13.
上記した露光マスクの製造プルセス九おいて、特に第9
D図のエツチング段階で、プラズマエツチングによるド
ライプルセス(エッチャントガスは例えばCF、+O,
からなる混合ガス−〇、は例えば10%)でa−8i:
H層3をエツチングすることが極めて重要である。 こ
れを以下に説明する。In the above-mentioned exposure mask manufacturing process 9, especially
In the etching step shown in Figure D, a dry process is performed using plasma etching (the etchant gas is e.g. CF, +O,
A-8i:
It is extremely important to etch the H layer 3. This will be explained below.
このドライエツチングに際しては、例えば第10図に示
す如きプラズマエツチング装置を使用するが、ここで1
7は基板2を保持するホルダ、18はシールド用メツシ
ュチューブ、19はプラズマ発生室、20は高周波電極
、21は高周波電源である。 例えば、CF4等のエッ
チャントガスと02との混合ガス22をエツチング槽2
3内に導入し、高周波覗圧罠よるりp−放電でプラズマ
ラジカルを発生せしめ、このラジカルをメツシュチュー
ブ18の網目から反応室24内の基板2へ導入する。For this dry etching, a plasma etching apparatus as shown in FIG. 10 is used, for example.
7 is a holder for holding the substrate 2, 18 is a mesh tube for shielding, 19 is a plasma generation chamber, 20 is a high frequency electrode, and 21 is a high frequency power source. For example, a mixed gas 22 of etchant gas such as CF4 and 02 is placed in the etching tank 2.
3, plasma radicals are generated by p-discharge using a high-frequency peep pressure trap, and these radicals are introduced into the substrate 2 in the reaction chamber 24 through the mesh of the mesh tube 18.
これによって、基板2上のa−81:H層を上述した如
くにしてプラズマエツチングする。 なお、このプラズ
マエツチングは図示した装置忙限らず、公知の平行平板
型のプラズマエツチング装置でも可能であり、またプラ
ズマエツチング以外にも反応性スパッタエツチング等の
他のドライエツチングを適用することもで六る。This causes the a-81:H layer on substrate 2 to be plasma etched as described above. Note that this plasma etching is not limited to the apparatus shown in the figure, and can be performed using a known parallel plate type plasma etching apparatus. In addition to plasma etching, other dry etching methods such as reactive sputter etching can also be applied. Ru.
こうしたプラズマ中でのドライエツチング時に、例えば
CF、とOlとの混合ガスを用いているため妃、CF、
からはエツチングに関与するフッ素ラジカルが生じる一
方、同時に生じるフッ素の欠乏したCFxが0と反応し
、この反応時に更にフッ素ラジカルが付加的に生じる。During dry etching in such a plasma, for example, a mixed gas of CF and Ol is used.
Fluorine radicals involved in etching are generated from 0, while fluorine-deficient CFx generated at the same time reacts with 0, and additional fluorine radicals are generated during this reaction.
この結果、エツチング速度が大幅に向上し、例えば0
.1〜0.2μm厚のa□ −St膜で1分/ 10
0cdにもなる。 また、上記のCFxがa−81膜
中の水素原子と反応してその重合化が阻止されることも
エツチング速度を向上させるのに寄与している。As a result, the etching speed is significantly improved, e.g.
.. 1 minute/10 for a□-St film with a thickness of 1 to 0.2 μm
It can even be 0 cd. Further, the fact that the above-mentioned CFx reacts with hydrogen atoms in the a-81 film to prevent its polymerization also contributes to improving the etching rate.
また、上記のホトマスクによれば、アモルファス半導体
(特に、a−81)層中に所定量の水素原子を含有せし
めたので、その製膜時に同半導体層への残留酸素の混入
が犬幅忙減少しており、これによってマスク層としての
7モル7アス半導体層の光学濃度が特に紫外域で向上し
、露光処理時の遮光性を部分に高めることができる。
従って、従来のものより薄い膜厚にしても、所望の光学
濃度のホトマスクとなるので、ホトマスクへの加工のた
めのエツチング時に上記アモルファス半導体層のエツチ
ング精度(加工のシャープネス)が改善され、所望のパ
ターン精度又は微細パターンを得ることが可能となる。In addition, according to the above photomask, since a predetermined amount of hydrogen atoms are contained in the amorphous semiconductor (especially a-81) layer, the contamination of residual oxygen into the semiconductor layer during film formation is significantly reduced. As a result, the optical density of the 7 mol 7 as semiconductor layer as a mask layer is improved particularly in the ultraviolet region, and the light-shielding property during exposure processing can be partially improved.
Therefore, even if the film thickness is thinner than the conventional one, the photomask can have the desired optical density, so the etching precision (processing sharpness) of the amorphous semiconductor layer is improved during etching for processing into a photomask, and the desired optical density is achieved. It becomes possible to obtain pattern accuracy or fine patterns.
アモルファス半導体層の水素原子含有量は上記のことか
ら、0.1〜30原子%(層中の全原子数に対する水素
原子数の割合)であるのが望ましいことが分った。 ま
た、上記アモルファス半導体の一例としてa−81を用
いれば、ドライエツチング(例えば、フンオンガスをエ
ッチャントガスとするプラズマエツチング)を良好に行
なうことができるが、これは、本発明によってa−8l
膜を薄くできるために更に結果が向上する。 即ち、上
記のa−8l:H層3の膜厚は例えば100OX程度と
薄くできるために、そのエツチング加工精度が極めて良
好となる。 従って、従来回避できなかったサイドエツ
チングを防止して、露光マスクとしてのパターン精度を
格段に向上させることができる。 即ち、設計線幅から
のシフト景(サイドエッチ量)は、従来は0.3±0.
2μmであったが、本発明では0.1±0.1μmであ
り、精度が大幅に向上する。From the above, it has been found that the hydrogen atom content of the amorphous semiconductor layer is preferably 0.1 to 30 atomic % (ratio of the number of hydrogen atoms to the total number of atoms in the layer). Further, if a-81 is used as an example of the above amorphous semiconductor, dry etching (for example, plasma etching using a fluorine-on gas as an etchant gas) can be performed satisfactorily.
The results are further improved by the fact that the membrane can be made thinner. That is, since the film thickness of the a-8l:H layer 3 can be made as thin as, for example, about 100 OX, the etching accuracy is extremely high. Therefore, side etching, which could not be avoided in the past, can be prevented, and pattern accuracy as an exposure mask can be significantly improved. That is, the shift pattern (side etch amount) from the designed line width was conventionally 0.3±0.
2 μm, but in the present invention, it is 0.1±0.1 μm, which greatly improves accuracy.
゛従って、この露光マスクは、特に、半導体IC。``Therefore, this exposure mask is particularly useful for semiconductor ICs.
LSI等における微細化プロセスに非常に有用である。It is very useful for miniaturization process in LSI etc.
次に、本発明による露光マスクに加工されるべき露光マ
スク素材の製造装置を説明する。Next, an apparatus for manufacturing an exposure mask material to be processed into an exposure mask according to the present invention will be described.
第11図は、上述したa−8l:H層3を製膜するため
の真空蒸着装置を示す。 即ち、真空槽を形成するペル
ジャー301Cバタフライバルズ32を有する排気路3
8を介して真空ポンプ(図示せず)を接続し、これによ
り当該ペルジャー3o内を予めηえば10”” 〜lO
−’ Torr (例えば5X 10−’ Torr)
の高真空状態としておき、当該ペルジャー3o内忙は基
板2を配置してこれをヒーター34により温度150〜
500℃、好ましくは200〜450”C(例えば30
0℃)に加熱すると共に、放電管37付きのガス導入管
36により活性化又はイオン化された水素ガスを例えば
5X10−1lTorrでペルジャー30内に導入しな
がら、基板2と対向するよう前記ペルジャー3o内に配
されたシリコン蒸発源25からシリコンを加熱蒸発せし
める。 この加熱手段は電子銃加熱装置26による電子
ビーム27又は抵抗加熱方式によってもよい。 また、
基板2の背後電極31には負のバイアス電圧、例えば−
10kV以下の直流電圧35を印加してもよい。FIG. 11 shows a vacuum evaporation apparatus for forming the a-8l:H layer 3 described above. That is, the exhaust path 3 has the Pelger 301C butterfly flaps 32 forming a vacuum chamber.
A vacuum pump (not shown) is connected through 8, whereby the inside of the Pelger 3o is preliminarily heated to η, for example, 10"" to 10
-' Torr (e.g. 5X 10-' Torr)
The substrate 2 is placed inside the Pelger 3o and heated to a temperature of 150~150℃ using the heater 34.
500°C, preferably 200-450”C (e.g. 30
0° C.) and introducing activated or ionized hydrogen gas into the Pel jar 30 at, for example, 5×10 −1 Torr using the gas introduction tube 36 equipped with a discharge tube 37 , the Pel jar 3o is heated to face the substrate 2 . Silicon is heated and evaporated from a silicon evaporation source 25 disposed at. This heating means may be an electron beam 27 using an electron gun heating device 26 or a resistance heating method. Also,
A negative bias voltage, for example -
A DC voltage 35 of 10 kV or less may be applied.
前記水素ガス放電管37は、第12図に示すように、ガ
ス人口41を有する筒状の一方の電極部材42と、この
一方のべ極部材42を一端に設けた、放電空間43を囲
繞する例えば筒状ガラス環の放電空間部材44と、この
放電空間部材44の他端に設けた、出口45を有するリ
ング状の他方の電極部材46とより成り、前記一方の電
極部材42と他方の電極部材46との間に直流又は交流
の電圧が印加されることにより、ガス人口41を介して
供給された水素ガスが放電空間43においてグルー放電
を生じ、これにより電子エネルギー的に賦活された水素
原子若しくは分子より成る活性水素及びイオン化された
水素イオンが出口45より排出される。 この図示の例
の放電空間部材44は二重管構造であって冷却水を流過
せしめ得る構成を有し、47.48が冷却水入口及び出
口を示す。 49は一方の電極部材42の冷却用フィン
である。 上記の水素ガス放電管37における醒極間距
離はlO〜15cTrLであり、印加電圧は500〜8
00v、放電空間43の圧力は10−” Torr程度
とされる。As shown in FIG. 12, the hydrogen gas discharge tube 37 surrounds a discharge space 43, which has one cylindrical electrode member 42 having a gas population 41 and this one electrode member 42 at one end. For example, it consists of a discharge space member 44 in the form of a cylindrical glass ring, and another ring-shaped electrode member 46 provided at the other end of this discharge space member 44 and having an outlet 45, and the one electrode member 42 and the other electrode By applying a DC or AC voltage between the member 46 and the hydrogen gas supplied through the gas population 41, a glue discharge is generated in the discharge space 43, whereby hydrogen atoms activated by electronic energy active hydrogen and ionized hydrogen ions are discharged from the outlet 45. The discharge space member 44 in this illustrated example has a double pipe structure and is configured to allow cooling water to flow therethrough, and numerals 47 and 48 indicate a cooling water inlet and an outlet. 49 is a cooling fin for one electrode member 42; The distance between the awakening electrodes in the hydrogen gas discharge tube 37 is 10 to 15 cTrL, and the applied voltage is 500 to 8
00V, and the pressure in the discharge space 43 is about 10-'' Torr.
このような蒸着装置においては、水素ガスを放電により
活性化して導入し、かつ基板2に吸収用の負電圧を印加
すると共に基板2を加熱しているために、基板2上に堆
積する厚さ例えば約1500Xのa−8l膜中に水素原
子が効果的かつ充分圧取込まれ、しかも膜中に入り込も
うとするペルジャー内の残留酸素が効果的圧排除される
。 従って、得られたa−8l:H膜の酸化が防止され
、その遮光性が向上すると共に、上記したプラズマエツ
チング速度が良くなる。 また、基板2の加熱温度は公
知のCVD装置の場合に比べて低温でよく、或いは基板
2は加熱せずに常温で操作しても差支えない。 いずれ
にしても、この蒸着装置を用いれば、大きな製膜速度で
所望量の水素を含むa−81を堆積させることができる
。In such a vapor deposition apparatus, hydrogen gas is activated by electric discharge and introduced, and a negative voltage for absorption is applied to the substrate 2 while heating the substrate 2. Therefore, the thickness deposited on the substrate 2 is reduced. For example, hydrogen atoms are effectively and sufficiently pressured into the a-8l membrane of about 1500X, and residual oxygen in the Pelger that attempts to enter the membrane is effectively expelled. Therefore, oxidation of the obtained a-8l:H film is prevented, its light-shielding properties are improved, and the above-mentioned plasma etching rate is improved. Further, the heating temperature of the substrate 2 may be lower than that in the case of a known CVD apparatus, or the substrate 2 may be operated at room temperature without being heated. In any case, by using this vapor deposition apparatus, a-81 containing a desired amount of hydrogen can be deposited at a high film forming rate.
なお、上述した酸素含有a−81層5又は810w層4
(第2図、第3図等参照)を形成するには、第13図の
ペルジャー内にO3を導入すればよいが、この場合水素
ガスは供給停止するか或いは供給量を減らす。 StO
,層4は更に、酸素導入下での5iO1810,の蒸着
によって形成してよい。尚、シリコンの代りに、ゲルマ
ニウムを用いるか、シリコンとゲルマニウムの同時蒸着
等によって得られる膜忙も、前記装置の使用により、水
素を含有させ、光学濃度を向上させることができる。Note that the above-mentioned oxygen-containing A-81 layer 5 or 810W layer 4
(See FIGS. 2, 3, etc.), it is sufficient to introduce O3 into the Pel jar shown in FIG. 13, but in this case, the supply of hydrogen gas is stopped or the supply amount is reduced. StO
, layer 4 may further be formed by evaporation of 5iO1810, under the introduction of oxygen. By using the above-mentioned apparatus, a film obtained by using germanium instead of silicon or by simultaneous vapor deposition of silicon and germanium can also be made to contain hydrogen and improve its optical density.
以上述べた例妊おいては、プラズマエツチング忙使用す
るガスとしてCF、以外のフフ化炭素ガスを使用してよ
いし、また混合する酸素の貝も種々変化させることがで
き、2〜50%としてよい。In the above-mentioned example, a fluorinated carbon gas other than CF may be used as the gas used in plasma etching, and the amount of oxygen to be mixed can also be varied. good.
また、ホトマスクの遮光層として、上述したシリコンの
代りに、シリコンとゲルマニウムの混合物、あるいはゲ
ルマニウム単体等を用いて、前記方法により製膜すると
、水素を含有した光学濃度の高いシリコンとゲルマニウ
ムの混合物、又はゲルマニウムの膜が得られる。 また
、この遮光層の製膜には、上述の蒸着法以外にも、スパ
ッタ法等が適用可能である。In addition, when a mixture of silicon and germanium or pure germanium is used instead of the above-mentioned silicon as a light-shielding layer of a photomask and a film is formed by the method described above, a mixture of silicon and germanium containing hydrogen and having a high optical density can be formed. Alternatively, a germanium film can be obtained. Further, in addition to the above-mentioned vapor deposition method, sputtering method or the like can be applied to form the light shielding layer.
図面は本発明を例示するものであって一第1図、第2図
、第3図、第4図は露光マスク素材の各側の断面図、
第5図、第6図、第7図、第8図は露光マスク素材又は
露光マスクの各側の外形を示す平面図、第9A図〜第9
E図は露光マスクへの加工方法を工程順に示す断面図、
第9F図及び第9G図は露光マスクを用いて半導体を加
工するときの主要工程の各断面図、第1 ’O図はプラ
ズマエツチング装置の概略断面図。
第11図は真空蒸着装置の概略断面図、第12図はガス
放電管の断面図、
第13図はa−8l中の水素原子含有量とその光学濃度
との関係を示すグラフ、
第14図はa−8i:H膜の赤外線吸収スペクトル図
である。
なお、図面に示された符号において、
1・・・・・・・・・・・・・・・・・・露光マスク素
材2・・・・・・・・・・・・・・・・・・基 板3・
・・・・・・・・・・・・・・・・・a−8i:H層4
.13・・・・・・・・・5ill膜5・・・・・・・
・・・・・・・・・・・反射防止膜11 ・・・・・・
・・・・・・・・・露光マスク6.14 ・・・・・・
・・・ホトレジスト8.15・・・・・・・・・露光ビ
ーム20 ・・・・・・・・・・・・・・・高周波電極
22 ・・・・・・・・・・・・・・・cF4+onで
ある、
代理人 弁理士 逢 坂 宏 (他1名)第5図
第6図
第9A図
第9B図
第9C図
第9D図
11/jl
第9E図
第9F図
第96図The drawings are for illustrating the present invention; FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are cross-sectional views of each side of the exposure mask material; FIG. 5, FIG. 6, FIG. FIG. 8 is a plan view showing the outline of each side of the exposure mask material or the exposure mask, and FIGS. 9A to 9
Figure E is a cross-sectional view showing the processing method for an exposure mask in the order of steps, Figures 9F and 9G are cross-sectional views of each main process when processing a semiconductor using an exposure mask, and Figure 1'O is a plasma etching diagram. A schematic cross-sectional view of the device. Fig. 11 is a schematic cross-sectional view of the vacuum evaporation device, Fig. 12 is a cross-sectional view of the gas discharge tube, Fig. 13 is a graph showing the relationship between the hydrogen atom content in a-8l and its optical density, and Fig. 14. is an infrared absorption spectrum diagram of the a-8i:H film. In addition, in the symbols shown in the drawings, 1......Exposure mask material 2...・Substrate 3・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ a-8i: H layer 4
.. 13...5ill membrane 5...
・・・・・・・・・・・・Anti-reflection film 11 ・・・・・・
・・・・・・Exposure mask 6.14 ・・・・・・
... Photoresist 8.15 ...... Exposure beam 20 ...... High frequency electrode 22 ...... ...cF4+on, Agent Patent Attorney Hiroshi Aisaka (1 other person) Figure 5 Figure 6 Figure 9A Figure 9B Figure 9C Figure 9D Figure 11/jl Figure 9E Figure 9F Figure 96
Claims (1)
体層を所定のマスクパターンにエツチングするに際し、
フッ化炭素ガスと酸素ガスとの混合ガスのグルー放電に
よるプラズマ中で前記水素原子含有アモルファス半導体
層をエツチングすることを特徴とする露光マスクの製造
方法。 2、アモルファス半導体層をアモルファスシリコンで形
成する、特許請求の範囲の第1項に記載した方法。 3、フッ化炭素ガスとしてCF、ガスを特徴する特許請
求の範囲の第1項又は第2項に記載した方法。[Claims] l. When etching a hydrogen atom-containing amorphous semiconductor layer formed on a support into a predetermined mask pattern,
1. A method for manufacturing an exposure mask, comprising etching the hydrogen atom-containing amorphous semiconductor layer in plasma generated by glue discharge of a mixed gas of fluorocarbon gas and oxygen gas. 2. The method according to claim 1, wherein the amorphous semiconductor layer is formed of amorphous silicon. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the fluorocarbon gas is CF.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP57230995A JPS5928156A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Manufacture of exposure mask |
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JPS5928156A true JPS5928156A (en) | 1984-02-14 |
JPH0548464B2 JPH0548464B2 (en) | 1993-07-21 |
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JP (1) | JPS5928156A (en) |
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- 1982-12-29 JP JP57230995A patent/JPS5928156A/en active Granted
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JPH0548464B2 (en) | 1993-07-21 |
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