JPS6237530B2 - - Google Patents

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JPS6237530B2
JPS6237530B2 JP8893778A JP8893778A JPS6237530B2 JP S6237530 B2 JPS6237530 B2 JP S6237530B2 JP 8893778 A JP8893778 A JP 8893778A JP 8893778 A JP8893778 A JP 8893778A JP S6237530 B2 JPS6237530 B2 JP S6237530B2
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JP
Japan
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pattern
film
metal
etching
spacer
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JP8893778A
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Japanese (ja)
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Toshiki Kadota
Akira Ozawa
Toshiro Ono
Seitaro Matsuo
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS6237530B2 publication Critical patent/JPS6237530B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体素子の製造に利用される高精
度の金属吸収体パターンを有するX線露光用マス
クの製作方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing an X-ray exposure mask having a highly accurate metal absorber pattern used in the manufacture of semiconductor devices.

まず、X線露光用マスクの吸収体パターン形成
に関する従来技術を第1図によつて説明し、解決
すべき問題点を明確にする。第1図は、従来用い
られていた吸収体パターン形成方法の2つの代表
的な例を示す。
First, a conventional technique related to absorber pattern formation for an X-ray exposure mask will be explained with reference to FIG. 1, and the problems to be solved will be clarified. FIG. 1 shows two typical examples of conventional absorber pattern forming methods.

従来例(1)では、Si等の半導体結晶からなる基板
1の表面を被覆しているSiO2、Si3N4等の、いわ
ゆるマスク基板層2の上に、Ti、Cr、Mo等の金
属からなる第1層膜3と、Au等の金属吸収体か
らなる第2層膜4と、Ti、Cr、Mo、等の金属か
らなる第3層膜5とを堆積させた後、その表面上
にホトレジスト膜または電子線レジスト膜6を塗
布し、所要のパターンをレジスト膜6上に焼付け
て、第1図のa−1に示すように、金属膜5の上
にレジストパターン6を形成する。次に、a−2
に示すように、レジストパターン6をマスクとし
て公知のCF4等のフレオン系ガスを用いたプラズ
マエツチング法により金属膜5に開孔し、さら
に、この金属膜5をマスクとして、これも公知で
あるイオンエツチング法またはスパツタエツチン
グ法により、a−3に示すように、金属膜4に開
孔した後、CCl2F2等の塩素系ガスを用いたプラ
ズマエツチング法により金属膜5および金属膜3
の不要部分を除去して、マスク基板層2の上に第
1図a−4に示すような所要の金属吸収体パター
ン4を得ている。
In conventional example (1), a metal such as Ti, Cr, Mo, etc. is deposited on a so-called mask substrate layer 2 of SiO 2 , Si 3 N 4 , etc. that covers the surface of a substrate 1 made of a semiconductor crystal such as Si. After depositing a first layer 3 consisting of a metal absorber such as Au, a second layer 4 consisting of a metal absorber such as Au, and a third layer 5 consisting of a metal such as Ti, Cr, Mo, etc., A photoresist film or an electron beam resist film 6 is applied to the metal film 5, and a desired pattern is baked onto the resist film 6 to form a resist pattern 6 on the metal film 5, as shown at a-1 in FIG. Next, a-2
As shown in FIG. 2, holes are formed in the metal film 5 by a plasma etching method using a well-known Freon gas such as CF 4 using the resist pattern 6 as a mask. After forming holes in the metal film 4 by ion etching or sputter etching, as shown in a-3, the metal film 5 and metal film 3 are etched by plasma etching using a chlorine gas such as CCl 2 F 2 .
By removing unnecessary portions, a desired metal absorber pattern 4 as shown in FIG. 1A-4 is obtained on the mask substrate layer 2.

従来例(2)では、半導体基板1の表面を被覆して
いるマスク基板層2の上に金属膜3および金属膜
4を堆積させた後、その表面上に前記と同様の方
法で、第1図b−1に示すように、レジストパタ
ーン6を形成する。次に、このレジストパターン
6をマスクとして真空蒸着法またはスパツタリン
グ法によつて、b−2に示すように、金属膜5を
堆積させた後、公知のリフトオフ法を用いてレジ
ストパターン6およびその上の不要な金属膜5を
除去し、b−3に示すような反転パターンを得
る。さらに、この金属膜パターン5をマスクとし
てイオンエツチング法またはスパツタエツチング
法により、b−4に示すように、金属膜4に開孔
した後、CCl2F2等の塩素系ガスを用いたプラズ
マエツチング法により金属膜5および金属膜3の
不要部分を除去し、マスク基板層2の上に、第1
図b−5に示すような所要のパターンの反転した
形の金属吸収体パターン4を得ている。
In conventional example (2), after depositing the metal film 3 and the metal film 4 on the mask substrate layer 2 covering the surface of the semiconductor substrate 1, the first layer is deposited on the surface in the same manner as described above. As shown in FIG. b-1, a resist pattern 6 is formed. Next, as shown in b-2, a metal film 5 is deposited by vacuum evaporation or sputtering using this resist pattern 6 as a mask, and then a known lift-off method is used to deposit the resist pattern 6 and its top. The unnecessary metal film 5 is removed to obtain an inverted pattern as shown in b-3. Further, using this metal film pattern 5 as a mask, holes are formed in the metal film 4 by an ion etching method or a sputter etching method as shown in b-4, and then a plasma treatment using a chlorine gas such as CCl 2 F 2 is performed. The metal film 5 and unnecessary portions of the metal film 3 are removed by etching, and a first layer is etched onto the mask substrate layer 2.
A metal absorber pattern 4 having an inverted form of the desired pattern as shown in FIG. b-5 is obtained.

以上述べたような、金属膜パターン5をマスク
としてイオンエツチング法またはスパツタエツチ
ング法により金属吸収体4に開孔する従来の吸収
体パターン形成方法は、吸収体パターンの膜厚が
0.1μm程度までならば余り問題がない。しか
し、一般にX線露光用マスクの吸収体パターン
は、コントラスト比を大きくとるために0.4μm
以上の厚膜であることが必要で、かつX線による
転写パターンのぼけ等を考慮した場合、パターン
側面の傾斜角θが90゜に近いものが要求される。
また、マスクパターンが1対1対応で転写される
ため、パターン精度およびその均一性についても
非常に厳格な要求が課せられる。これに対し、従
来の方法では、X線露光用マスクの吸収体パター
ンに課せられた規格、すなわち1μm前後の微細
なパターン寸法の吸収体を、±10%以下のパター
ン精度、均一性で、しかも高エツチフアクタ
(Tanθ).を有するパターンに形成することは至
難であつた。
As described above, in the conventional absorber pattern forming method in which holes are formed in the metal absorber 4 by ion etching or sputter etching using the metal film pattern 5 as a mask, the film thickness of the absorber pattern is
If it is up to about 0.1 μm, there is no problem. However, the absorber pattern of an X-ray exposure mask is generally 0.4 μm thick in order to obtain a high contrast ratio.
If it is necessary to have a film as thick as above, and considering the blurring of the transferred pattern due to X-rays, the inclination angle θ of the side surface of the pattern is required to be close to 90°.
Furthermore, since mask patterns are transferred in a one-to-one correspondence, very strict requirements are placed on pattern accuracy and uniformity. In contrast, conventional methods meet the standards imposed on absorber patterns for X-ray exposure masks, that is, absorbers with fine pattern dimensions of around 1 μm can be produced with pattern accuracy and uniformity of ±10% or less. High ethifactor (Tanθ). It was extremely difficult to form a pattern with this.

その原因は、第1に、吸収体パターンのマスキ
ング材料として金属膜5が必要であり、この金属
膜5にプラズマエツチング法またはリフトオフ法
のいずれかの方法で孔明けを行なう必要があるか
らである。いわゆるプラズマエツチング法は、
CF4ガス等を高周波放電によりプラズマ化し、被
加工層をプラズマガスと反応させてガス化する方
法で、原理的には化学的エツチング法であり、エ
ツチング作用に指向性がないため、サイドエツチ
によるアンダーカツトの発生は避けられず、パタ
ーン変換差(パターン幅のずれ)が非常に大きい
(±0.3〜±0.5μm)。さらに、エツチングの均一
性についても、2inch径ウエハで±10%と悪く、
しかも金属膜中の不純物や結晶粒の大きさ等によ
るエツチングのむらやパターン形状、断面形状等
の品質低下が起りやすい。また、リフトオフ法で
は、金属膜5の厚さがレジストパターン6の膜厚
によつて制限され、一般にレジスト膜厚の20%以
下と言われている。しかも、金属膜5の蒸着時に
おける熱影響でレジスト膜の変形、変質を引起し
て金属膜パターン5の品質を低下させ、これを避
けるため蒸着温度を下げれば金属膜5の付着力が
減少するという問題がある。一方、電子ビームレ
ジスト等に見られるごとく、一般にレジストは、
耐熱性、形成膜厚等に制限があり、このため金属
膜の厚さやその形成条件等製作上に厳しい制約を
受ける。
The reason for this is, first, that the metal film 5 is required as a masking material for the absorber pattern, and that it is necessary to make holes in this metal film 5 by either the plasma etching method or the lift-off method. . The so-called plasma etching method is
This is a method in which CF4 gas, etc. is turned into plasma by high-frequency discharge, and the layer to be processed is made to react with the plasma gas to be gasified.In principle, this is a chemical etching method, and since the etching action is not directional, it is difficult to undercut by side etching. The occurrence of cuts is unavoidable, and the difference in pattern conversion (deviation in pattern width) is very large (±0.3 to ±0.5 μm). Furthermore, the etching uniformity was poor at ±10% on a 2-inch diameter wafer.
Furthermore, impurities in the metal film, the size of crystal grains, etc. tend to cause uneven etching and deterioration in quality of the pattern shape, cross-sectional shape, etc. Furthermore, in the lift-off method, the thickness of the metal film 5 is limited by the thickness of the resist pattern 6, and is generally said to be 20% or less of the resist film thickness. Moreover, the heat effect during vapor deposition of the metal film 5 causes deformation and deterioration of the resist film, degrading the quality of the metal film pattern 5. To avoid this, lowering the vapor deposition temperature reduces the adhesion of the metal film 5. There is a problem. On the other hand, as seen in electron beam resists, resists are generally
There are limitations on heat resistance, film thickness, etc., and therefore there are severe restrictions on manufacturing, such as the thickness of the metal film and the conditions for forming it.

第2に、イオンエツチング法やスパツタエツチ
ング法で吸収体パターン4を形成する際、マスク
となる金属膜5自体もエツチングされる。このた
め、パターン幅のずれは、被加工金属のエツチ速
度V2とマスク材料のエツチ速度V1との比V2/V1
に依存し、V2/V1>1の場合、パターン幅の縮
小速度(片側)はマスク材料のエツチ速度の約4
倍になる。さらに、エツチフアクタ(tanθ)に
ついてもエツチ速度比V2/V1でほぼ決定され、
V2/V1<1では非常に小さく、V2/V1>1にな
ると不連続に増加するが、従来方法では、エツチ
フアクタ:2.75、パターン傾斜角θ:70゜程度が
限界であることは、周知の事実である。又、エツ
チングの均一性も、2inch径ウエハで±5〜±10
%と悪く、しかも、エツチングされたマスク材料
のエツチング面への再付着によるエツチ段差
(量)の変化のために、パターン幅、エツチ深さ
(膜厚)等のバラツキによるパターン精度の低下
を来たす問題もあり、微細、かつ高精度で均一性
の優れた吸収体パターンを形成するには多くの障
害がある。
Second, when forming the absorber pattern 4 by ion etching or sputter etching, the metal film 5 itself, which serves as a mask, is also etched. Therefore, the pattern width deviation is determined by the ratio of the etching speed V 2 of the workpiece metal to the etching speed V 1 of the mask material V 2 /V 1
When V 2 /V 1 > 1, the pattern width reduction rate (on one side) is approximately 4 times the mask material etch rate.
Double. Furthermore, the etching factor (tanθ) is almost determined by the etching speed ratio V 2 /V 1 ,
It is very small when V 2 /V 1 <1, and increases discontinuously when V 2 /V 1 >1, but in the conventional method, the limit is etch factor: 2.75 and pattern inclination angle θ: about 70°. , is a well-known fact. Also, the uniformity of etching is ±5 to ±10 on a 2-inch diameter wafer.
%, and furthermore, the pattern accuracy decreases due to variations in pattern width, etch depth (film thickness), etc. due to changes in the etch step (amount) due to re-adhesion of the etched mask material to the etched surface. There are also problems, and there are many obstacles to forming fine, highly accurate, and highly uniform absorber patterns.

さらに、上記方法により製作された従来のX線
露光用マスクは、使用中の洗浄等により吸収体パ
ターンが機械的損傷を受けやすく、精度の維持が
むずかしいという問題点を有していた。
Further, the conventional X-ray exposure mask manufactured by the above method has the problem that the absorber pattern is susceptible to mechanical damage due to cleaning etc. during use, making it difficult to maintain accuracy.

本発明は、上記した従来技術の問題点を解消
し、半導体基板上に膜厚0.4μm以上の金属吸収
体パターンを高精度、高傾斜角で形成することが
でき、かつ使用中の機械的損傷から金属吸収体パ
ターンを適切に保護することができるX線露光用
マスクの製作方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional technology, makes it possible to form a metal absorber pattern with a film thickness of 0.4 μm or more on a semiconductor substrate with high precision and a high tilt angle, and prevents mechanical damage during use. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an X-ray exposure mask that can appropriately protect a metal absorber pattern from.

本発明の特徴は、半導体基板上に設けた任意の
下地膜の上に、等方性無機化合物または耐熱性有
機物からなる膜厚0.4μm以上のスペーサ膜を形
成し、このスペーサ膜にその上に任意の方法で形
成した金属膜パターンをマスクとして、プラズ
マ・スパツタ複合エツチング法を用いて開孔し、
しかる後、上記スペーサ膜パターンと同等または
それ以下の厚さに金属吸収体からなる金属厚膜を
任意の方法で堆積させ、上記スペーサ膜パターン
を残したまま、その上の金属膜パターンおよび金
属厚膜の不要部分を除去することによつて、半導
体基板上に所要の金属吸収体パターンを形成し、
半導体基板上に残された上記スペーサ膜パターン
を上記金属吸収体パターンとほぼ同等の膜厚にな
るまで除去した後、上記スペーサ膜パターンおよ
び金属吸収体パターンの表面全体を保護膜で被覆
して、金属吸収体パターンをスペーサ膜中に埋め
込んだ形とし、スペーサ膜を金属吸収体パターン
の補強に利用したことにある。
A feature of the present invention is that a spacer film of 0.4 μm or more in thickness made of an isotropic inorganic compound or a heat-resistant organic material is formed on an arbitrary base film provided on a semiconductor substrate, and a Using a metal film pattern formed by any method as a mask, holes are opened using a plasma/sputter combined etching method.
Thereafter, a thick metal film made of a metal absorber is deposited by any method to a thickness equal to or less than that of the spacer film pattern, and the metal film pattern and metal thickness are By removing unnecessary parts of the film, a desired metal absorber pattern is formed on the semiconductor substrate,
After removing the spacer film pattern left on the semiconductor substrate until it has a film thickness almost equal to that of the metal absorber pattern, the entire surface of the spacer film pattern and the metal absorber pattern is covered with a protective film, The metal absorber pattern is embedded in a spacer film, and the spacer film is used to reinforce the metal absorber pattern.

プラズマ・スパツタ複合エツチング法は、本発
明者等により最近開発されたもので、CF4、C2F6
等のフレオン系ガスとC2H2、C2H4等の炭化水素
系ガスとの混合ガス(混合比5:1〜12:1、圧
力10-2〜10-1Torr)を平行電極間の高周波放電に
よりプラズマ化し、該プラズマガスの正イオンを
陰極付近に置かれた被加工層に衝突させることに
よるスパツタエツチングと該プラズマガスの反応
性による化学的エツチングとの複合作用により加
工を行なう方法であり、公知のプラズマエツチン
グ法が無方向性であるのに対し、このプラズマ・
スパツタ複合エツチング法は、エツチング作用に
強い指向性を有していて、サイドエツチによるア
ンダーカツトが少なく、パターン精度、均一性お
よびエツチフアクタの優れた加工面が得られ、ま
た、公知のスパツタエツチング法ではAr等の不
活性ガスを用いているのに対し、このプラズマ・
スパツタ複合エツチング法は、励起されたF、
C、H等のガス原子が被加工層と反応してこれを
ガス化する化学的エツチング作用を伴なうため、
エツチングされた材料の再付着によりパターン
幅、エツチ深さ等のバラツキを生ずることが少な
く、再付着によるパターン精度の低下がないとい
う特徴がある(プラズマ・スパツタ複合エツチン
グ法の詳細については、本出願人の出願に係る特
願昭51−30966号明細書を参照されたい)。
The plasma sputter composite etching method was recently developed by the present inventors, and it
A mixed gas (mixing ratio 5:1 to 12:1, pressure 10 -2 to 10 -1 Torr) of Freon gas such as C 2 H 2 and hydrocarbon gas such as C 2 H 4 is placed between parallel electrodes. The material is turned into plasma by high-frequency discharge, and the processing is performed by a combined action of sputter etching by colliding the positive ions of the plasma gas with the layer to be processed placed near the cathode, and chemical etching due to the reactivity of the plasma gas. This plasma etching method is non-directional, whereas known plasma etching methods are non-directional.
The sputter composite etching method has strong directivity in the etching action, has less undercuts due to side etching, and can obtain a processed surface with excellent pattern accuracy, uniformity, and etching pattern. In contrast to using an inert gas such as Ar, this plasma
The sputter composite etching method uses excited F,
Because it involves a chemical etching effect in which gas atoms such as C and H react with the layer to be processed and gasify it,
There is little variation in pattern width, etching depth, etc. due to re-deposition of the etched material, and there is no deterioration in pattern accuracy due to re-deposition. (Please refer to the specification of Japanese Patent Application No. 51-30966 filed by Mr.

スペーサ膜の形成材料としては、SiO2
Si3N4、PSG(リンガラス)等の等方性無機化合
物のほか、スペーサ膜上に形成される金属膜パタ
ーンの蒸着温度(200〜300℃)で変形、変質を生
じないような耐熱性有機物、たとえばポリイミ
ド、パリレン等も使用できる。これらの材料から
なるスペーサ膜にプラズマ・スパツタ複合エツチ
ング法を適用した場合、そのエツチ速度は、マス
クとなる金属膜パターンのエツチ速度に比べて約
10倍も大きく、このためマスク自体のエツチング
によるパターン幅のずれをきわめて小さくできる
だけでなく、スペーサ膜パターンの側面傾斜角に
ついても80゜以上の高傾斜角を得ることが容易で
あり、前述したプラズマ・スパツタ複合エツチン
グ法の特性を十分に生かすことができる。したが
つて、このスペーサ膜パターンの間に金属厚膜を
堆積させることにより、X線露光用マスクに要求
される規格を十分満足する高精度、高傾斜角の金
属吸収体パターンを容易に実現することができ
る。
The material for forming the spacer film is SiO 2 ,
In addition to isotropic inorganic compounds such as Si 3 N 4 and PSG (phosphorus glass), heat resistance that does not cause deformation or alteration at the deposition temperature (200 to 300°C) of the metal film pattern formed on the spacer film Organic materials such as polyimide, parylene, etc. can also be used. When a plasma-sputter composite etching method is applied to a spacer film made of these materials, the etching speed is about 100% compared to the etching speed of the metal film pattern that serves as a mask.
It is 10 times larger, which not only makes it possible to minimize the deviation in pattern width due to etching of the mask itself, but also makes it easy to obtain a high side inclination angle of 80° or more for the spacer film pattern. - The characteristics of the sputter composite etching method can be fully utilized. Therefore, by depositing a thick metal film between these spacer film patterns, a metal absorber pattern with high precision and a high tilt angle that fully satisfies the standards required for X-ray exposure masks can be easily realized. be able to.

スペーサ膜パターンのマスクとなる金属膜に
は、Ti、V、TiO2、V2O5等の金属またはその化
合物が用いられる。本発明は、プラズマ・スパツ
タ複合エツチングをを主としてスペーサ膜の開孔
に適用するものであるが、スペーサ膜の上に形成
する金属膜パターンの開孔にもこの方法を適用す
れば、公知の他の方法による場合に比べてより高
精度のマスクパターンを得ることができる。
A metal such as Ti, V, TiO 2 , V 2 O 5 or a compound thereof is used for the metal film serving as a mask for the spacer film pattern. In the present invention, plasma-sputter composite etching is mainly applied to opening holes in a spacer film, but if this method is also applied to opening holes in a metal film pattern formed on a spacer film, it will be possible to use other known etching methods. A more accurate mask pattern can be obtained than with the method described above.

半導体基板上の下地膜は、スペーサ膜のエツチ
ング時に基板が損傷されるのを防ぐストツパ膜と
なるもので、多結晶Si、Ti、V、Cr、Mo等の金
属膜で構成される。
The base film on the semiconductor substrate serves as a stopper film to prevent damage to the substrate during etching of the spacer film, and is made of a metal film such as polycrystalline Si, Ti, V, Cr, Mo, or the like.

スペーサ膜パターンの上に堆積した不必要な金
属厚膜は、公知のリフトオフ法によつて除去する
ことができる。この際、スペーサ膜パターンを半
導体基板上に残して金属厚膜パターンをスペーサ
膜中に埋め込んだ形とし、スペーサ膜を金属厚膜
パターンの補強に利用するものである。
The unnecessary thick metal film deposited on the spacer film pattern can be removed by a known lift-off method. At this time, the spacer film pattern is left on the semiconductor substrate and the metal thick film pattern is embedded in the spacer film, and the spacer film is used to reinforce the metal thick film pattern.

以下、本発明の実施例を図に従つて説明する。
第2図は、本発明によりX線露光用マスクの金属
吸収体パターンを形成する工程を説明するための
断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 is a sectional view for explaining the process of forming a metal absorber pattern of an X-ray exposure mask according to the present invention.

第2図c−1に示すように、Si等の半導体結晶
からなる基板1の表面をSiO2、Si3、N4等のマス
ク基板層2で被覆し、このマスク基板層2の上に
複合エツチング用ストツパ膜となる多結晶Si、
Ti、V、Cr、Mo等の下地膜7を真空蒸着または
スパツタリングにより500〜1000Å程度の厚さに
堆積させる。この下地膜7上に、必要とする吸収
体膜厚より2〜3割増の厚さにSiO2、Si3N4
PSG(リンガラス)等の等方性無機化合物または
ポリイミド等の耐熱性有機物からなるスペーサ膜
8をスパツタリング等で堆積させ、さらにその表
面上に、スペーサ膜8の複合エツチング用マスク
としてTi、V、Ti、O2、V2O5等の金属またはそ
の化合物からなる膜(以下、単に金属膜という)
5をスパツタリング等で堆積させる。ついで、金
属膜5の表面上にホトレジスト膜または電子線レ
ジスト膜6を塗布し、周知の方法によりパターニ
ングを行なつて、c−2に示すようなレジストパ
ターン6を形成する。次に、プラズマ・スパツタ
複合エツチング法を用いて、c−3に示すよう
に、金属膜5に開孔し、続いてこの金属膜パター
ン5をマスクとしてプラズマ・スパツタ複合エツ
チング法により、c−4に示すように、スペーサ
膜8に開孔する。その後、スペーサ膜8上に残つ
た金属膜5および下地膜7の露出部をCCl2F2
の塩素系ガスを用いた公知のプラズマエツチング
法で除去する。c−5はこの状態を示す。次に、
c−6に示すように、金属吸収体の下地膜として
の異種金属との接触電位差の大きいM0、Ag、
Ti、Cr等の金属膜9および金属吸収体としての
Au等の金属厚膜4をスパツタリング等で堆積さ
せた後、接触電位差により局部電池が形成され下
層膜のサイドエツチが大きくなるようなエツチン
グ液を用いて、c−7に示すように、スペーサ膜
パターン8を残し、その上の金属膜9および金属
厚膜4の不要部分のみをリフトオフにより除去し
て所要の金属吸収体パターン4を基板上に形成す
る。この際、スペーサ膜8自体をエツチするエツ
チング液を用いて、c−8に示すように、スペー
サ膜8をも除去してしまうと、従来のX線露光用
マスクと同様に基板上に残された金属吸収体パタ
ーン4が機械的損傷を受けやすくなる。
As shown in Figure 2 c-1, the surface of a substrate 1 made of semiconductor crystal such as Si is covered with a mask substrate layer 2 of SiO 2 , Si 3 , N 4 etc., and a composite material is deposited on this mask substrate layer 2. Polycrystalline Si, which becomes a stopper film for etching,
A base film 7 of Ti, V, Cr, Mo, etc. is deposited to a thickness of about 500 to 1000 Å by vacuum evaporation or sputtering. On this base film 7, SiO 2 , Si 3 N 4 ,
A spacer film 8 made of an isotropic inorganic compound such as PSG (phosphorus glass) or a heat-resistant organic material such as polyimide is deposited by sputtering or the like, and Ti, V, etc. Films made of metals such as Ti, O 2 , V 2 O 5 or their compounds (hereinafter simply referred to as metal films)
5 is deposited by sputtering or the like. Next, a photoresist film or an electron beam resist film 6 is applied on the surface of the metal film 5, and patterned by a well-known method to form a resist pattern 6 as shown in c-2. Next, a hole is formed in the metal film 5 as shown in c-3 using a plasma sputter composite etching method, and then, using the metal film pattern 5 as a mask, a plasma sputter composite etching method is used to etch c-4. As shown in FIG. 2, holes are formed in the spacer film 8. Thereafter, the exposed portions of the metal film 5 and base film 7 remaining on the spacer film 8 are removed by a known plasma etching method using a chlorine gas such as CCl 2 F 2 . c-5 shows this state. next,
As shown in c-6, M 0 , Ag, which has a large contact potential difference with a different metal as the base film of the metal absorber,
Metal film 9 such as Ti, Cr, etc. and as a metal absorber
After depositing a thick metal film 4 such as Au by sputtering or the like, use an etching solution that forms local batteries due to the contact potential difference and increases the side etching of the underlying film to form a spacer film pattern as shown in c-7. Only unnecessary portions of the metal film 9 and the thick metal film 4 are removed by lift-off, leaving only the metal film 8, thereby forming a desired metal absorber pattern 4 on the substrate. At this time, if the spacer film 8 is also removed using an etching solution that etches the spacer film 8 itself, as shown in c-8, it will remain on the substrate as in the conventional X-ray exposure mask. The metal absorber pattern 4 becomes susceptible to mechanical damage.

第3図は、第2図のプロセスで得られるパター
ンの反転パターンを得るための工程の一例を示す
断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a process for obtaining an inverted pattern of the pattern obtained in the process of FIG. 2.

第3図d−1は、半導体基板1の表面を被覆し
ているマスク基板層2の上に、下地膜7、スペー
サ膜8および金属膜5を堆積させた後、金属膜5
上に周知の方法でレジストパターン6を形成した
状態を示している。次に、d−2に示すように、
レジストパターン6をマスクとしてプラズマ・ス
パツタ複合エツチングに対し耐エツチ性の大きい
Cr、Al、Au等の金属膜10を堆積させた後、公
知のリフトオフ法により、レジストパターン6お
よびその上の不必要な金属膜10を除去し、d−
3に示すような所要のパターンの反転パターンを
得る。次に、この金属膜パターン10をマスクと
してプラズマ・スパツタ複合エツチング法によ
り、d−4に示すように、金属膜5に開孔し、塩
素系ガスを用いた公知のプラズマエツチング法ま
たは化学エツチング液等により、d−5に示すよ
うに、金属膜5上の不必要な金属膜10のみを除
去する。このようにして得られた金属膜パターン
5をマスクとして用い、第2図c−4以後の工程
を進めることによつて、基板上に所要のパターン
の反転した形の金属吸収体パターンが得られる。
FIG. 3 d-1 shows that a base film 7, a spacer film 8, and a metal film 5 are deposited on a mask substrate layer 2 covering the surface of a semiconductor substrate 1, and then a metal film 5 is deposited.
A resist pattern 6 is shown formed on the top by a well-known method. Next, as shown in d-2,
High etch resistance against plasma/spatter composite etching using resist pattern 6 as a mask
After depositing the metal film 10 of Cr, Al, Au, etc., the resist pattern 6 and unnecessary metal film 10 thereon are removed by a known lift-off method, and the d-
3. Obtain an inverted pattern of the desired pattern as shown in 3. Next, using this metal film pattern 10 as a mask, holes are formed in the metal film 5 as shown in d-4 by a plasma-sputter composite etching method, and then etched using a known plasma etching method using chlorine-based gas or a chemical etching solution. As shown in d-5, only the unnecessary metal film 10 on the metal film 5 is removed. By using the metal film pattern 5 thus obtained as a mask and proceeding with the steps from c-4 onward in Figure 2, a metal absorber pattern in the form of an inverted version of the desired pattern can be obtained on the substrate. .

第4図は、反転パターンを得るための工程の他
の例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the process for obtaining an inverted pattern.

第4図e−1に示すように、マスク基板層2上
に、下地膜7およびスペーサ膜8を堆積させ、ス
ペーサ膜8の表面上に周知の方法でレジストパタ
ーン6を形成する。次に、このレジストパターン
6をマスクとして、e−2に示すように、金属膜
5を堆積させた後、公知のリフトオフ法を用いて
レジストパターン6およびその上の不必要な金属
膜5を除去し、e−3に示すような所要のパター
ンの反転パターンを得る。この金属膜パターン5
を用いて第2図c−4以後の工程を進めれば、所
要のパターンの反転した形の金属吸収体パターン
を基板上に形成することができる。
As shown in FIG. 4e-1, a base film 7 and a spacer film 8 are deposited on the mask substrate layer 2, and a resist pattern 6 is formed on the surface of the spacer film 8 by a known method. Next, using this resist pattern 6 as a mask, as shown in e-2, a metal film 5 is deposited, and then the resist pattern 6 and unnecessary metal film 5 thereon are removed using a known lift-off method. Then, an inverted pattern of the desired pattern as shown in e-3 is obtained. This metal film pattern 5
By proceeding with the steps from c-4 onward in FIG. 2 using this method, a metal absorber pattern having an inverted form of the desired pattern can be formed on the substrate.

第5図は、吸収体パターン埋め込み形マスクの
製作工程の一部を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a part of the manufacturing process of the absorber pattern embedded mask.

第2図c−2〜c−6の工程を経て、第5図f
−1に示すように、マスク基板層2上にスペーサ
膜パターン8および金属吸収体パターン4を形成
する。次に、プラズマ・スパツタ複合エツチング
法またはスペーサ膜のみをエツチする化学エツチ
ング液を用いて、スペーサ膜パターン8を金属吸
収体パターン4とほぼ同等の膜厚になるまで除去
する。その後、金属吸収体パターン4およびスペ
ーサ膜パターン8の表面を全面にわたつて、
CVD法やスパツタリング法によるSi3N4膜あるい
はスピンコーテイング法によるパリレン膜等の耐
薬品性に富む透明な保護膜11で被覆し、スペー
サ膜パターン8をマスク基板層の一部に利用し
て、f−3に示すように、マスク基板層に埋め込
まれた所要の金属吸収体パターン4を得る。この
ような埋め込み形とすることによつてマスクの損
傷が防げ、洗浄も可能となる。
After going through the steps in Figure 2 c-2 to c-6, Figure 5 f
1, a spacer film pattern 8 and a metal absorber pattern 4 are formed on the mask substrate layer 2. Next, the spacer film pattern 8 is removed until it has a film thickness approximately equal to that of the metal absorber pattern 4 using a plasma sputter combined etching method or a chemical etching solution that etches only the spacer film. After that, over the entire surface of the metal absorber pattern 4 and the spacer film pattern 8,
Covering with a transparent protective film 11 having high chemical resistance such as a Si 3 N 4 film by CVD method or sputtering method or a parylene film by spin coating method, and using spacer film pattern 8 as a part of the mask substrate layer, As shown in f-3, the desired metal absorber pattern 4 embedded in the mask substrate layer is obtained. By using such an embedded type, the mask can be prevented from being damaged and can be cleaned.

次に、本発明により金属吸収体パターンを形成
する場合のプラズマ・スパツタ複合エツチングの
施工条件と実験成績の一例を示す。
Next, an example of the construction conditions and experimental results of plasma/sputter composite etching when forming a metal absorber pattern according to the present invention will be shown.

施工条件 使用ガス:C2F6+C2H4(混合比12:1) 圧力:3×10-2Torr 高周波出力:200w 周波数:13.56MHZ電極間隔:35mm(試料は陰極
上に設置) 実験成積 パターン幅シフト量:0.1μm以下 エツチングの均一性:±5%以下/2inch wafer パターン側面傾斜角(θ):80゜以上 エツチフアクタ(tanθ):5.6以上 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、X線露光用マスクとして必要な膜厚0.4μm
以上の微細な金属吸収体パターンを高精度、高品
質(傾斜角80゜以上)で、しかも歩留りよく形成
することができ、かつ得られたX線露光用マスク
は、金属吸収体パターンがスペーサ膜中に埋め込
まれ、表面全体を保護膜で被覆されているので、
マスク使用中に摩擦によつて金属吸収体パターン
が損傷し精度を損なわれることがなく、取扱いが
容易であるという大きな利点がある。
Construction conditions Gas used: C 2 F 6 + C 2 H 4 (mixing ratio 12:1) Pressure: 3 × 10 -2 Torr High frequency output: 200 W Frequency: 13.56 MHZ Electrode spacing: 35 mm (sample placed on the cathode) Experimental results Product pattern width shift amount: 0.1 μm or less Etching uniformity: ±5% or less/2 inch wafer Pattern side inclination angle (θ): 80° or more Etching factor (tanθ): 5.6 or more As is clear from the above description, the present invention According to the film thickness required for an X-ray exposure mask is 0.4μm
The above-mentioned fine metal absorber pattern can be formed with high precision, high quality (tilt angle of 80° or more), and with good yield, and the resulting X-ray exposure mask has a metal absorber pattern with a spacer film. It is embedded inside and the entire surface is covered with a protective film, so
The major advantage is that the metal absorber pattern will not be damaged by friction during use of the mask, which will not impair precision, and that it will be easy to handle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来方法による金属吸収体パターン形
成プロセスの説明図、第2図は本発明による金属
吸収体パターン形成プロセスの一実施例の説明
図、第3図および第4図は第2図のプロセスで得
られるパターンの反転パターンを得るための工程
説明図、第5図は本発明による吸収体パターン埋
め込み形X線露光マスクの製作例を示す説明図で
ある。 符号の説明、1……半導体基板、2……マスク
基板層、4……金属厚膜、5……エツチングマス
ク用金属膜、6……レジスト膜、7……エツチン
グストツパ用下地膜、8……スペーサ膜、9……
リフトオフ用下地膜、10……反転パターンマス
ク用金属膜、11……保護膜。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a metal absorber pattern forming process according to a conventional method, FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of a metal absorber pattern forming process according to the present invention, and FIGS. FIG. 5 is a process explanatory diagram for obtaining an inverted pattern of the pattern obtained in the process, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of manufacturing an absorber pattern embedded type X-ray exposure mask according to the present invention. Explanation of symbols, 1... Semiconductor substrate, 2... Mask substrate layer, 4... Metal thick film, 5... Metal film for etching mask, 6... Resist film, 7... Base film for etching stopper, 8 ...Spacer film, 9...
Base film for lift-off, 10...Metal film for inverted pattern mask, 11...Protective film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記(A)〜(F)の工程を含み、半導体基板上に膜
厚0.4μm以上の金属吸収体パターンを有するX
線露光用マスクを得ることを特徴とするX線露光
用マスクの製作方法。 (A) 半導体基板上に任意の下地膜と膜厚0.4μm
以上の等方性無機化合物または耐熱性有機物か
らなるスペーサ膜を形成する工程。 (B) 上記スペーサ膜の上に金属膜パターンを形成
する工程。 (C) フレオン系ガスと炭化水素系ガスとの混合ガ
スを高周波放電によりプラズマ化し、該プラズ
マガスの正イオンを陰極付近に置かれた被加工
層に衝突させることによるスパツタエツチング
と該プラズマガスの反応性による化学的エツチ
ングとの複合作用により、上記金属膜パターン
をマスクとして上記スペーサ膜に開孔し、スペ
ーサ膜パターンを形成する工程。 (D) 上記スペーサ膜パターンの間およびその上に
該スペーサ膜パターンと同等またはそれ以下の
厚さに金属吸収体からなる金属厚膜を堆積させ
る工程。 (E) 上記スペーサ膜パターンを残したまま、その
上の金属膜パターンおよび金属厚膜の不要部分
を除去し所要の金属吸収体パターンを形成する
工程。 (F) 半導体基板上に残された上記スペーサ膜パタ
ーンを上記金属吸収体パターンとほぼ同等の膜
厚になるまで除去した後、上記スペーサ膜パタ
ーンおよび金属吸収体パターンの表面全体を保
護膜で被覆する工程。
[Scope of Claims] 1.
A method for producing an X-ray exposure mask, the method comprising obtaining a radiation exposure mask. (A) Arbitrary base film and film thickness 0.4μm on semiconductor substrate
A step of forming a spacer film made of the above-described isotropic inorganic compound or heat-resistant organic compound. (B) A step of forming a metal film pattern on the spacer film. (C) Sputter etching by turning a mixed gas of Freon gas and hydrocarbon gas into plasma by high-frequency discharge, and causing positive ions of the plasma gas to collide with the layer to be processed placed near the cathode, and the plasma gas A step of forming a spacer film pattern by opening holes in the spacer film using the metal film pattern as a mask by a combined effect with chemical etching due to the reactivity of etching. (D) A step of depositing a metal thick film made of a metal absorber between and on the spacer film pattern to a thickness equal to or less than that of the spacer film pattern. (E) A step of removing unnecessary portions of the metal film pattern and thick metal film on top of the spacer film pattern while leaving the spacer film pattern to form a desired metal absorber pattern. (F) After removing the spacer film pattern left on the semiconductor substrate until the film thickness is approximately the same as that of the metal absorber pattern, the entire surface of the spacer film pattern and metal absorber pattern is covered with a protective film. The process of doing.
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