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JPH0437422B2 - - Google Patents
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JPH0437422B2 - - Google Patents

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JPH0437422B2
JPH0437422B2 JP57230994A JP23099482A JPH0437422B2 JP H0437422 B2 JPH0437422 B2 JP H0437422B2 JP 57230994 A JP57230994 A JP 57230994A JP 23099482 A JP23099482 A JP 23099482A JP H0437422 B2 JPH0437422 B2 JP H0437422B2
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mask
film
hydrogen
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etching
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Takashi Hatano
Takayuki Kato
Masanari Shindo
Shigeru Mano
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals 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
    • G03F1/88Originals 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 prepared by photographic processes for production of originals simulating relief

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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. Industrial Application Field The present invention relates to a method of manufacturing an exposure mask, and in particular,
The present invention relates to a method of manufacturing a photomask called a hard mask used in manufacturing semiconductor devices and the like.

2 従来の技術 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、アモルフアス
シリコン(以下、a−Siと称する。)を遮光膜と
するものが知られている。このa−Si膜はシース
ルー性が良好であつて半導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3800〓や4300Å)の露光
ビームに対しては遮光性を示すものである。
As this type of hard mask, one in which amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) is used as a light shielding film is known. This a-Si film has good see-through properties, allowing the underlying pattern to be seen through it during semiconductor processing (that is, it is transparent to some extent to visible light), and at the same time, it has the property of being transparent to visible light to some extent. For example, it exhibits light-shielding properties against exposure beams of 3800 Å or 4300 Å).

この遮光性の程度は、次の光学濃度(optical
density)で示される。
The degree of this light-shielding property is determined by the following optical density (optical density).
density).

光学濃度=log(Io/I) (但、Ioの入射光の光量、Iは透過光の光量) ところが、上記の通常使用されているa−Si膜
の光学濃度はせいぜい1.2〜1.4であつて、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。従つて、遮光性を充分にする
にはa−Si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−Si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、特にウエツ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) (Io is the amount of incident light, I is the amount of transmitted light) However, the optical density of the above-mentioned commonly used a-Si film is at most 1.2 to 1.4. , since a certain amount of incident light is transmitted, it cannot serve as a perfect exposure mask. Therefore, it is possible to increase the thickness of the a-Si film in order to obtain sufficient light-shielding properties, but in this case, when etching the a-Si film into a predetermined mask pattern from the mask material, If the film thickness is increased, the etching accuracy deteriorates, and in particular, side etching progresses too much during wet etching, which tends to result in defective mask patterns.

上記の如きa−Siハードマスクを製造する方法
として真空蒸着法やスパツタリング法が知られて
いる。
Vacuum deposition methods and sputtering methods are known as methods for manufacturing the above a-Si hard mask.

真空蒸着法では、蒸着槽内を高真空に排気した
後にシリコンを電子ビーム等で加熱、蒸発せし
め、上方に置かれた基板上にa−Si膜を形成す
る。また、スパツタリング法では、シリコンをタ
ーゲツトとし、不活性ガス(Ar)中でターゲツ
トに高周波電圧を印加して、基板上にa−Si膜を
堆積させる。しかしながら、いずれの方法におい
ても、シリコンは非常に活性であるために槽内を
高真空に排気したり、或いは不活性ガス中で成膜
しても、槽内に残留ガスとして必ず存在する酸素
ガスと結合し、一部分は酸化珪素となつてしま
う。このために、フオトマスクとしての光学濃度
が低下したり、更にはドライエツチング速度の低
下を招く。また、特に真空蒸着法による場合に
は、槽内の構造が複雑なためにクリーン度を維持
することが困難であり、形成された薄膜は高集積
度のLSI(大規模集積回路)等に製造されるフオ
トマスク素材には適さない。
In the vacuum evaporation method, the inside of the evaporation tank is evacuated to a high vacuum, and then silicon is heated and evaporated with an electron beam or the like to form an a-Si film on a substrate placed above. Furthermore, in the sputtering method, an a-Si film is deposited on a substrate by using silicon as a target and applying a high frequency voltage to the target in an inert gas (Ar). However, in both methods, silicon is very active, so even if the chamber is evacuated to a high vacuum or the film is formed in an inert gas, oxygen gas is always present as a residual gas in the chamber. A portion of it becomes silicon oxide. This causes a decrease in optical density as a photomask and further a decrease in dry etching speed. In addition, especially when using the vacuum evaporation method, it is difficult to maintain cleanliness due to the complex structure inside the tank, and the formed thin film can be manufactured into highly integrated LSIs (Large-Scale Integrated Circuits), etc. It is not suitable for photomask materials.

3 発明の目的 本発明の目的は、マスク層の酸化を防止し、光
学濃度が高くかつエツチング速度の大きい露光マ
スク素材を製造できる方法を提供することにあ
る。
3. OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an exposure mask material that prevents oxidation of a mask layer, has a high optical density, and has a high etching rate.

本発明の別の目的は、成膜装置内の構造が簡素
化され汚染の少ないスパツタリング装置を使用す
ることによつて、ごみの付着やピンホール等の欠
陥の少ない高品位の露光マスクを得ることにあ
る。
Another object of the present invention is to obtain a high-quality exposure mask with fewer defects such as dust adhesion and pinholes by using a sputtering device with a simplified structure in the film forming device and less contamination. It is in.

4 発明の構成及び作用効果 本発明は、光学的に透明なマスク基体と、シリ
コン及び/又はゲルマニウムからなるターゲツト
とをスパツタリング装置内に配置し、炭化水素ガ
ス及び/又はアンモニアガスを1〜50容量%含む
雰囲気中で前記ターゲツトに電圧を印加して、前
記ターゲツトをスパツタすると同時に前記炭化水
素ガス及び/又はアンモニアガスを分解せしめ、
これによつて生じたイオン化又は活性化された水
素をスパツタされたシリコン及び/又はゲルマニ
ウムと反応させ、水素を含むシリコン及び/又は
ゲルマニウムからなるアモルフアス半導体層を前
記マスク基体上に形成し、次いで、前記水素含有
アモルフアス半導体層を所定のマスクパターンに
エツチングし、この所定パターンの水素含有アモ
ルフアス半導体層のみからなる遮光層を有する露
光マスクを作成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 The present invention includes an optically transparent mask base and a target made of silicon and/or germanium placed in a sputtering device, and 1 to 50 volumes of hydrocarbon gas and/or ammonia gas. applying a voltage to the target in an atmosphere containing % to sputter the target and simultaneously decompose the hydrocarbon gas and/or ammonia gas;
The resulting ionized or activated hydrogen is reacted with sputtered silicon and/or germanium to form an amorphous semiconductor layer made of silicon and/or germanium containing hydrogen on the mask substrate, and then, The present invention relates to a method of manufacturing an exposure mask, in which the hydrogen-containing amorphous semiconductor layer is etched into a predetermined mask pattern, and an exposure mask having a light-shielding layer made only of the hydrogen-containing amorphous semiconductor layer in the predetermined pattern is created.

本発明の方法によれば、Si及び/又はGeから
なるマスク層としてのアモルフアス半導体層をス
パツタリング法で形成する際に、炭化水素ガス及
び/又はアンモニアガスを含む雰囲気を使用して
いるために、その分解により生じる水素(特に活
性化又はイオン化された水素)の還元作用によつ
てアモルフアス半導体層の酸化を効果的に防止
し、かつ同半導体層中に一定量の水素が取込まれ
ることから光学濃度を上昇させることができる。
従つて、露光マスクへの加工時のエツチング速度
が向上すると共に、マスク層を薄くしても充分な
光学濃度を示すためにエツチング精度も良好とな
る。更に、スパツタリング法によつて製膜してい
るので、装置内の構造が簡素であつて汚染源も少
なく、ごみ付着やピンホール等の欠陥の少ない高
品位のマスク素材を作成することができる。ま
た、使用する炭化水素ガス、アンモニアガスはそ
れ自体安定であつて、安全性の面で有利である。
According to the method of the present invention, an atmosphere containing hydrocarbon gas and/or ammonia gas is used when forming an amorphous semiconductor layer as a mask layer made of Si and/or Ge by sputtering. The reduction action of hydrogen (especially activated or ionized hydrogen) generated by its decomposition effectively prevents oxidation of the amorphous semiconductor layer, and since a certain amount of hydrogen is incorporated into the semiconductor layer, optical concentration can be increased.
Therefore, the etching speed during processing into an exposure mask is improved, and etching accuracy is also improved because sufficient optical density is exhibited even if the mask layer is made thin. Furthermore, since the film is formed by sputtering, the internal structure of the device is simple, there are few sources of contamination, and a high-quality mask material with few defects such as dust adhesion and pinholes can be produced. Furthermore, the hydrocarbon gas and ammonia gas used are themselves stable and are advantageous in terms of safety.

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 described in detail with reference to the drawings.

第1図は本実施例で使用するスパツタリング装
置の一例を示すものである。この装置によれば、
真空槽10内にターゲツト11と透明なマスク基
板2とが対向配置され、ターゲツト11と基板2
のホルダー7との間には高周波又は直流の高電圧
8が印加され、かつホルダー7は内蔵ヒーター
(図示せず)によつて基板2を所定温度に加熱で
きるように構成されている。また、真空槽10に
は、ArとCH4との混合ガス9の導入管13と排
ガス14の導出管15とが設けられ、導出管15
を真空ポンプ(図示せず)に接続することによつ
て槽内を所定の真空度に保持している。
FIG. 1 shows an example of a sputtering apparatus used in this embodiment. According to this device,
A target 11 and a transparent mask substrate 2 are placed facing each other in a vacuum chamber 10.
A high frequency or direct current high voltage 8 is applied between the holder 7 and the holder 7, and the holder 7 is configured so that the substrate 2 can be heated to a predetermined temperature by a built-in heater (not shown). The vacuum chamber 10 is also provided with an inlet pipe 13 for a mixed gas 9 of Ar and CH 4 and an outlet pipe 15 for an exhaust gas 14.
The inside of the tank is maintained at a predetermined degree of vacuum by connecting it to a vacuum pump (not shown).

次に、第1図のスパツタリング装置を用いて基
板2上にアモルフアス半導体膜を形成する方法を
説明する。
Next, a method for forming an amorphous semiconductor film on the substrate 2 using the sputtering apparatus shown in FIG. 1 will be described.

まず真空槽10内を例えば1×10-6Torrまで
排気し、基板2を例えば300℃に加熱しながらAr
とCH4とを例えば80:20の比率で導入して槽内の
圧力を1×10-3Torrに設定し、ターゲツト11
(例えば高純度Siターゲツト)に例えば13.56M
Hz、750Wの高周波の高電圧を印加する。これに
よつて、ターゲツト11と基板2との間にグロー
放電を生ぜしめ、Ar+により陰極のターゲツト1
1中のSiを叩き出して基板2上a−Siとして付着
せしめ、かつこれと同時に上記グロー放電でCH4
の分解により生じたイオン化又は活性化された水
素をSiと反応させてa−Si膜中に導入する。基板
2上に従つて、水素原子を所定濃度で含有したa
−Si(以下、a−Si:Hと称する)層を形成し、
フオトマスク素材を作成できる。
First, the inside of the vacuum chamber 10 is evacuated to, for example, 1×10 -6 Torr, and while heating the substrate 2 to, for example, 300°C,
and CH 4 at a ratio of 80:20, for example, and set the pressure in the tank to 1×10 -3 Torr.
(e.g. high purity Si target) for example 13.56M
Apply high frequency high voltage of Hz, 750W. This causes a glow discharge between the target 11 and the substrate 2, and the cathode target 1 is
The Si in 1 is knocked out and deposited on the substrate 2 as a-Si, and at the same time, CH 4 is
The ionized or activated hydrogen produced by the decomposition of is reacted with Si and introduced into the a-Si film. A containing hydrogen atoms at a predetermined concentration according to the substrate 2
- form a Si (hereinafter referred to as a-Si:H) layer,
You can create photomask materials.

真空槽に導入するCH4は未だ活性化又はイオン
化されていないCH4であるが、導入管13にガス
放電管(図示せず)を接続し、予め活性化又はイ
オン化した状態でCH4を導入してもよい。また、
CH4の導入量は上記した比率に限らず、導入ガス
(即ち真空槽内の雰囲気)の1〜50容量%に設定
することが必須不可欠である。このCH4量が1容
量%未満では水素導入の効果に乏しくなり、また
50容量%を越えると却つてa−Si膜の光学濃度が
低下する。
The CH 4 introduced into the vacuum chamber is CH 4 that has not yet been activated or ionized, but a gas discharge tube (not shown) is connected to the introduction tube 13 and CH 4 is introduced in an activated or ionized state. You may. Also,
The amount of CH 4 introduced is not limited to the above ratio, but it is essential to set it to 1 to 50% by volume of the introduced gas (that is, the atmosphere in the vacuum chamber). If the amount of CH 4 is less than 1% by volume, the effect of hydrogen introduction will be poor, and
If it exceeds 50% by volume, the optical density of the a-Si film will actually decrease.

上記した如く、本実施例によるマスク素材の製
造方法は、a−Siをスパツタリング法で製膜する
際にCH4を含む雰囲気を使用しているために、真
空槽内に残留酸素が存在していてもこの酸素の作
用をCH4の分解により生じる水素の還元作用によ
つて防止することができる。この結果、a−Si槽
の酸化現象を阻止して光学濃度を向上させ得る上
に、後記のドライエツチング時の加工性(エツチ
ング速度)を良好にすることができる。また、ス
パツタリング法によるために、真空槽内の構造が
簡素であり、汚染も少なく、高品位のマスク素材
の作成が可能となる。
As mentioned above, in the manufacturing method of the mask material according to this example, since an atmosphere containing CH 4 is used when forming a-Si into a film by the sputtering method, there is no residual oxygen in the vacuum chamber. However, this effect of oxygen can be prevented by the reducing effect of hydrogen generated by decomposition of CH 4 . As a result, the optical density can be improved by preventing the oxidation phenomenon in the a-Si bath, and the processability (etching rate) during dry etching described later can be improved. Furthermore, since the sputtering method is used, the structure inside the vacuum chamber is simple, there is less contamination, and it is possible to create a high-quality mask material.

第2図〜第9図には、上記の方法で作成された
各種のフオトマスク素材が示されている。
2 to 9 show various photomask materials produced by the above method.

第2図のマスク素材1は、光学的に透明な石英
板(SiO2板)2上にa−Si:H層3が設けられ
たものである。基板としてのSiO2の厚みは0.5〜
3mm(望ましくは1〜2.5mm)であり、またa−
Si:H層3の膜厚は300〜5000Å(望ましくは700
〜3000Å)である。このマスク素材1は、後述の
方法で所望の露光マスクに加工される。第2図の
例では、a−Si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。
The mask material 1 shown in FIG. 2 has an a-Si:H layer 3 provided on an optically transparent quartz plate (SiO 2 plate) 2. The thickness of SiO2 as a substrate is 0.5 ~
3 mm (preferably 1 to 2.5 mm), and a-
The thickness of the Si:H layer 3 is 300 to 5000 Å (preferably 700 Å
~3000Å). This mask material 1 is processed into a desired exposure mask by the method described below. In the example shown in FIG. 2, a non-quartz plate (e.g., soda lime, borosilicate) whose thermal expansion coefficient is close to that of a-Si can be used as the substrate.

第3図は、ソーダライム、ホウ珪酸系等の非石
英板12上にまずSiO2膜4が厚さ100〜5000Å
(望ましくは200〜3000Å)に形成され、この上に
a−Si:H層3が設けられている。この場合、不
純物が混入してa−Si:H層3が汚染されるのを
防止するものである。
In FIG. 3, a SiO 2 film 4 is first formed with a thickness of 100 to 5000 Å on a non-quartz plate 12 made of soda lime, borosilicate, etc.
(preferably 200 to 3000 Å), and an a-Si:H layer 3 is provided thereon. In this case, the a-Si:H layer 3 is prevented from being contaminated by impurities.

第4図は、a−Si:H層3と基板2との間に透
明導電膜(例えばITO:Indium Tin Oxide)5
を境界膜として介在せしめた例を示す。この透明
導電膜5の存在によつて、後述するマスクパター
ンへのドライエツチング時の放電下で基板上の電
位を安定に保持し、かつ後述する半導体加工時に
半導体ウエハと密着させたときに同ウエハ表面上
での放電を防止し、マスクエツジの損傷を防ぐ作
用を有している。つまり、透明導電膜5を通じて
の電荷の移動によつて、電荷の蓄積又は固定現象
を防ぐことができる。
FIG. 4 shows a transparent conductive film (for example, ITO: Indium Tin Oxide) 5 between the a-Si:H layer 3 and the substrate 2.
An example is shown in which the membrane is interposed as a limiting membrane. Due to the presence of the transparent conductive film 5, the potential on the substrate can be stably maintained under discharge during dry etching to a mask pattern, which will be described later, and when the substrate is brought into close contact with a semiconductor wafer during semiconductor processing, which will be described later. It has the effect of preventing discharge on the surface and preventing damage to the mask edge. In other words, the movement of charges through the transparent conductive film 5 can prevent accumulation or fixation of charges.

第5図は、第3図及び第4図の例を組合せたも
のであつて、a−Si:H層3と基板2との間に透
明導電膜5及びSiO2膜4を設けている。
FIG. 5 shows a combination of the examples shown in FIGS. 3 and 4, in which a transparent conductive film 5 and a SiO 2 film 4 are provided between the a-Si:H layer 3 and the substrate 2.

以上の第2図〜第5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 Figures 2 to 5 above are provided with anti-reflection means, but during processing of the semiconductor surface, which will be described later, the reflected light from the same surface is further reflected by the mask surface, and It is preferable to provide an antireflection film to prevent the photoresist film from being accidentally exposed to light.

第6図は、a−Si:H層3上に、酸素原子を含
有するa−Si:H又は酸素原子を含有するa−Si
からなる反射防止膜6を設け、この反射防止膜に
よつて反射光をマスクの層中に導びくようにし、
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。反射防止膜5の膜厚は、露光時の使用波
長に応じて、反射が最小となるような値に設定さ
れる。
FIG. 6 shows a-Si:H containing oxygen atoms or a-Si containing oxygen atoms on the a-Si:H layer 3.
An anti-reflection film 6 is provided, and this anti-reflection film guides reflected light into the layer of the mask,
This shows an example of preventing re-reflection from the mask surface. The thickness of the antireflection film 5 is set to a value that minimizes reflection, depending on the wavelength used during exposure.

第7図は、上記の如き反射防止膜6をa−Si:
H層3と基板2又は12との間にも設けた例を示
す。
FIG. 7 shows the above-mentioned antireflection film 6 as a-Si:
An example in which it is also provided between the H layer 3 and the substrate 2 or 12 is shown.

上記した各例の露光マスク素材(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エ
ハのサイズに応じ、第8図の如くに正方形状であ
つてよく、また第9図の如くにウエハと同形であ
つてもよい。
Depending on the size of the semiconductor wafer to be processed, the outer shape of the exposure mask material in each of the above examples (or the exposure mask described later) may be square as shown in FIG. 8, or may be square as shown in FIG. It may have the same shape as the wafer.

上記に例示したマスク素材1は、所定量(特に
0.1〜30原子%)の水素原子を含有したa−Si:
H層3を具備しているために、従来のa−Si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10図に示すデ
ータ(使用波長は4300Å、a−Si:H層の厚みは
1000Å)によれば、水素含有量に応じて光学濃度
が変化し、特に0.3〜25原子%の範囲では従来の
マスクの光学濃度(1.2〜1.4)以上となり、0.5〜
20原子%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に高く
なつていることは注目すべきであり、本発明に従
つてa−Si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。なお、a−Si:
H層中の水素含有量は、同質の膜の高抵抗Siウエ
ハ−上に形成してその膜の赤外線吸収スペクトル
によつて求めた(この場合のウエハ厚みは例えば
500μm、a−Si:H膜厚は例えば1〜5μm)。
The mask material 1 exemplified above has a predetermined amount (especially
a-Si containing hydrogen atoms (0.1 to 30 at%):
Since it includes the H layer 3, the optical density at the wavelength used is significantly improved compared to conventional a-Si see-through masks. That is, the data shown in Figure 10 (the wavelength used is 4300 Å, the thickness of the a-Si:H layer is
According to 1000 Å), the optical density changes depending on the hydrogen content, especially in the range of 0.3 to 25 at%, it exceeds the optical density of the conventional mask (1.2 to 1.4), and in the range of 0.5 to 25 at.
It can be seen that at 20 atomic %, the improvement is 2 to 4 times.
It is noteworthy that the optical density increases rapidly in a range where the hydrogen content is low, which clearly shows the advantage of actively introducing hydrogen atoms into a-Si according to the present invention. It is being said. Note that a-Si:
The hydrogen content in the H layer was determined from the infrared absorption spectrum of a homogeneous film formed on a high-resistance Si wafer (the wafer thickness in this case is, for example,
500 μm, a-Si:H film thickness is, for example, 1 to 5 μm).

上記赤外線吸収スペクトルの一例を第11図に
示したが、赤外吸収の積分強度I=∫d(w)/wdw を、特定の赤外線吸収帯(例えば1900〜2250cm
-1)にわたるa−Siの伸縮振動に注目して求め
る。そして、水素濃度N(cm-3)は、N=K×1
(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、これは一例であ
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。
An example of the above-mentioned infrared absorption spectrum is shown in Fig. 11.
-1 ), focusing on the stretching vibration of a-Si. Then, the hydrogen concentration N (cm -3 ) is N=K×1
(K is a constant) When calculated from the relational expression, in the example shown,
It is estimated to be around 10 atomic percent. However, this is just an example, and the hydrogen concentration can also be determined based on other known methods.

このように、a−Si:H層は所定量の水素原子
の含有によつて高い光学濃度を示すものとなつて
いるから、その膜厚を薄くすることができ、次に
述べるエツチング加工精度又はシヤープネスが大
幅に向上する。
In this way, since the a-Si:H layer exhibits high optical density due to the inclusion of a predetermined amount of hydrogen atoms, its film thickness can be reduced, and the etching accuracy and etching process described below can be improved. Sharpness is greatly improved.

即ち、第12A図の如くに、a−Si:H層3上
に公知のホトレジスト28を一様に塗布し、次い
で第12B図の如くに、予め製作した露光マスク
17を配して露光する。露光ビーム18はマスク
7の非マスク部19を通して下地のホトレジスト
28を所定パターンに感光せしめる。
That is, as shown in FIG. 12A, a known photoresist 28 is uniformly applied on the a-Si:H layer 3, and then, as shown in FIG. 12B, a previously prepared exposure mask 17 is placed and exposed. The exposure beam 18 passes through the non-masked portion 19 of the mask 7 and exposes the underlying photoresist 28 in a predetermined pattern.

次にホツトレジスト28の例えば非露光部分を
エツチングで除去し、第12C図の如きパターン
に残す。そして、第12D図の如く、ホトレジス
ト28をマスクにしてプラズマエツチング等で下
地のa−Si:H層3をエツチングし、パターニン
グする。この際、上述の透明導電膜5が存在して
いれば、プラズマによる電荷が集中し難くなり、
電位の安定性を保持できる。
Next, for example, the unexposed portions of the hot resist 28 are removed by etching, leaving a pattern as shown in FIG. 12C. Then, as shown in FIG. 12D, the underlying a-Si:H layer 3 is etched and patterned by plasma etching or the like using the photoresist 28 as a mask. At this time, if the above-mentioned transparent conductive film 5 is present, it becomes difficult for the charges caused by the plasma to concentrate,
Potential stability can be maintained.

第12E図は、こうして製作された露光マスク
21を示している。
FIG. 12E shows the exposure mask 21 manufactured in this manner.

この露光マスクの製造プロセスにおいて、特に
第12D図のエツチング段階で、プラズマエツチ
ング法等のドライプロセスでa−Si:H層3をエ
ツチングする際、上記したようにa−Si:H層3
膜厚は例えば1000Å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。従つ
て、従来回避できなかつ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。また、このエツチン
グにフツ酸系のエツチヤントを用いたウエツトプ
ロセスを適用した場合、上記のサイドエツチング
が進行し易いが、これも本発明による方法で形成
された水素含有a−Si層においては充分に防止す
ることができる。
In the manufacturing process of this exposure mask, especially in the etching step shown in FIG. 12D, when the a-Si:H layer 3 is etched by a dry process such as plasma etching, the a-Si:H layer 3 is
Since the film thickness can be as thin as, for example, about 1000 Å, 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. Furthermore, when a wet process using a hydrofluoric acid-based etchant is applied to this etching, the side etching described above tends to proceed, but this is also sufficient in the hydrogen-containing a-Si layer formed by the method of the present invention. can be prevented.

本発明による露光マスクは、特に、半導体IC、
LSI等における微細化プロセスに非常に有用であ
る。半導体製造は本発明による露光マスクを適用
した例を概略的に述べると、第12F図の如く、
シリコンウエハ30の一主面に公知の熱酸化技術
で形成したSiO2膜23上にホトレジスト24を
塗布し、このホトレジスト上に露光マスク21を
配する。この際、マスク21のa−Si:H層3は
可視光に対しある程度透明であるから、ウエハ3
0の表面上に既に何らかのパターン(例えば素子
分離用のフイールドSiO2膜等)が存在している
場合には、そのパターンを観察でき、従つてマス
ク合せをより正確に行なうことができる。また、
上述した透明導電膜5を設けておけば、マスク2
1上での電荷の蓄積を少なくし、ウエハ30との
間での放電をなくし、マスク破壊、ウエハの静電
破壊を防げる。次に、使用波長が3000〜4400Åの
例えば紫外光25を200W程度の超高圧水銀灯よ
り照射し、マスク層3の存在しない非マスク部分
下のホツトレジスト24を選択的に露光する。
The exposure mask according to the present invention is particularly suitable for semiconductor ICs,
Very useful for miniaturization process in LSI etc. To roughly describe an example in which the exposure mask according to the present invention is applied to semiconductor manufacturing, as shown in FIG. 12F,
A photoresist 24 is applied on a SiO 2 film 23 formed on one main surface of a silicon wafer 30 by a known thermal oxidation technique, and an exposure mask 21 is placed on the photoresist. At this time, since the a-Si:H layer 3 of the mask 21 is transparent to visible light to some extent, the wafer 3
If some pattern (for example, a field SiO 2 film for element isolation, etc.) already exists on the surface of the mask 0, that pattern can be observed and therefore mask alignment can be performed more accurately. Also,
If the transparent conductive film 5 described above is provided, the mask 2
This reduces the accumulation of charges on the wafer 1, eliminates discharge between the wafer 30, and prevents mask destruction and electrostatic damage to the wafer. Next, for example, ultraviolet light 25 having a wavelength of 3000 to 4400 Å is irradiated from an ultra-high pressure mercury lamp of about 200 W to selectively expose the photoresist 24 under the non-masked portion where the mask layer 3 is not present.

a−Si:Hからなるマスク層3は上記使用波長
域では光25を通さず、充分な遮光性を示す。更
に、第12G図の如く、現像処理のホトレジスト
24をマスクに、下地のSiO2膜23をプラズマ
エツチング(ドライプロセス)や、フツ酸、フツ
化アンモニウム水溶液(ウエツトプロセス)等で
エツチングし、ウエハ30上に所望のパターンに
残す。
The mask layer 3 made of a-Si:H does not transmit the light 25 in the above-mentioned wavelength range and exhibits sufficient light-shielding properties. Furthermore, as shown in FIG. 12G, using the developed photoresist 24 as a mask, the underlying SiO 2 film 23 is etched with plasma etching (dry process) or an aqueous solution of hydrofluoric acid or ammonium fluoride (wet process), and the wafer is etched. 30 in the desired pattern.

こうしてSiO2膜23に例えは電極又は配線被
着用のコンタクトホール26を形成できる。
In this way, contact holes 26 for covering electrodes or wiring, for example, can be formed in the SiO 2 film 23.

第13図は、第12D図のエツチング工程で使
用可能なプラズマエツチング装置を示すものであ
つて、37は基板2を保持するホルダ、38はシ
ールド用メツシユチユーブ、39はプラズマ発生
室、40は高周波電極、41は高周波電源であ
る。例えば、CF4等のエツチヤントガス32をエ
ツチング槽33内に導入し、高周波電圧によつて
プラズマラジカルを発生せしめ、このラジカルを
メツシユチユーブ38の網目から反応室34内の
基板2へ導入する。これによつて、基板2上のa
−Si: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
した装置に限らず、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イオンエツチング等の他
のドライエツチングを適用することもできる。
FIG. 13 shows a plasma etching apparatus that can be used in the etching process shown in FIG. 12D, in which 37 is a holder for holding the substrate 2, 38 is a mesh tube for shielding, 39 is a plasma generation chamber, and 40 is a high-frequency electrode. , 41 is a high frequency power source. For example, an etchant gas 32 such as CF 4 is introduced into the etching tank 33 , plasma radicals are generated by high frequency voltage, and these radicals are introduced into the substrate 2 in the reaction chamber 34 through the mesh of the mesh tube 38 . By this, a on the substrate 2 is
- Plasma etch the Si:H layer as described above. Note that this plasma etching is not limited to the illustrated apparatus, and may be performed using a known parallel plate type plasma etching apparatus. In addition to plasma etching, other dry etching such as reactive ion etching may also be applied.

第14図は、上記のドライエツチング工程にお
けるa−Siのエツチング速度を示すものである
が、破線で示す従来法(CH4を含まない雰囲気中
でのスパツタリング)に比べ、本発明に基くスパ
ツタリング法による場合には実線で示す如くにエ
ツチング速度が大幅に向上することが分る。
FIG. 14 shows the etching rate of a-Si in the above dry etching process. Compared to the conventional method (sputtering in an atmosphere not containing CH 4 ) shown by the broken line, the sputtering method based on the present invention As shown by the solid line, the etching speed is significantly improved.

これは、本発明のスパツタリング法はCH4を含
む雰囲気で実施しているためにa−Si膜の酸化が
効果的に防止されていることを意味している、な
お、上記ドライエツチング条件としては、エツチ
ヤントガスにCF4+10%O2を使用(ガス圧は
40Pa=12Torr)し、高周波は100Wとした。
This means that since the sputtering method of the present invention is carried out in an atmosphere containing CH 4 , oxidation of the a-Si film is effectively prevented. Note that the dry etching conditions mentioned above are , CF 4 + 10% O 2 is used as the etchant gas (gas pressure is
40Pa=12Torr), and the high frequency was 100W.

なお、上述した例において、マスクのシースル
ー性を重視しない場合には、シリコンにゲルマニ
ウムを添加して(添加量が増すにつれて光学濃度
が上る。)光学濃度をさらに上げる(ターゲツト
は高純度Siと高純度Geとの混合ターゲツト)と
か、あるいはシリコンに代え膜をゲルマニウムで
作製する(ターゲツトは高純度Ge)ことも価値
がある。
In the above example, if the see-through property of the mask is not important, germanium is added to silicon (the optical density increases as the amount of addition increases) to further increase the optical density (the target is high-purity Si and high-purity silicon). It is also worthwhile to use germanium as a target (mixed target with high-purity Ge) or to use germanium instead of silicon (target is high-purity Ge).

また、スパツタリング時に印加する電圧は上述
の高周波電圧に代えて直流電圧を印加することが
できる。この場合には、例えば、ターゲツトとし
てリン等をドープ下低純度Si(比抵抗は103Ω−cm
以下)を用い、1.5KWの直流高電圧を印加する
ことができる。但、上記したと同様に、Siに代え
て低純度Geをターゲツトに用いたり、或いは低
純度Siと低純度Geとの混合ターゲツトを用いる
ことも勿論可能である。更に、水素を供給する導
入ガスとして、上記のCH4以外にもC2H6、C3H8
等の炭化水素ガス又はアンモニアガスが使用可能
であり、或いは炭化水素ガスとアンモニアガスと
の双方を同時に供給してもよい。
Further, as the voltage applied during sputtering, a DC voltage can be applied instead of the above-mentioned high frequency voltage. In this case, for example, low-purity Si doped with phosphorus or the like (specific resistance is 10 3 Ω-cm) is used as a target.
(below), it is possible to apply a DC high voltage of 1.5KW. However, as described above, it is of course possible to use low-purity Ge as a target instead of Si, or to use a mixed target of low-purity Si and low-purity Ge. Furthermore, in addition to the above-mentioned CH 4 , C 2 H 6 and C 3 H 8 can be used as the introduced gas for supplying hydrogen.
Hydrocarbon gas or ammonia gas such as can be used, or both hydrocarbon gas and ammonia gas may be supplied at the same time.

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

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
1図はスパツタリング装置の概略図断面図、第2
図、第3図、第4図、第5図、第6図、第7図は
露光マスク素材の各例の断面図、第8図、第9図
は露光マスク素材又は露光マスクの各例の外形を
示す平面図、第10図はa−Si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11
図はa−Si:Hの赤外線吸収スペクトル図、第1
2A図〜第12E図は露光マスクの製造方法を工
程順に示す断面図、第12F図及び第12G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13図はプラズマエツチング
装置の概略断面図、第14図はドライエツチング
のエツチング速度を比較して示すグラフである。 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−Si:H
層、5……透明導電膜、6……SiO2膜、7……
基板ホルダー、8……電源、9……Ar+CH4
合ガス、10……真空槽、11……ターゲツト、
17……マスク、21……露光マスク、28……
フオトレジスト、32……エツチヤントガス、4
0……高周波電極である。
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a schematic sectional view of a sputtering device, and FIG.
Figures 3, 4, 5, 6 and 7 are cross-sectional views of each example of the exposure mask material, and Figures 8 and 9 are sectional views of each example of the exposure mask material or exposure mask. Fig. 10 is a plan view showing the external shape; Fig. 10 is a graph showing the relationship between the hydrogen atom content in a-Si and its optical density; Fig. 11
The figure is an infrared absorption spectrum diagram of a-Si:H, 1st
Figures 2A to 12E are cross-sectional views showing the method of manufacturing an exposure mask in order of steps, Figures 12F and 12G are cross-sectional views of each main process when processing a semiconductor using an exposure mask, and Figure 13 is a plasma FIG. 14, which is a schematic cross-sectional view of the etching apparatus, is a graph showing a comparison of etching speeds in dry etching. In addition, in the symbols shown in the drawings, 1... exposure mask material, 2... substrate, 3... a-Si:H
Layer, 5...Transparent conductive film, 6...SiO 2 film, 7...
Substrate holder, 8...Power supply, 9...Ar+ CH4 mixed gas, 10...Vacuum chamber, 11...Target,
17...mask, 21...exposure mask, 28...
Photoresist, 32...Etchiant gas, 4
0...High frequency electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 光学的に透明なマスク基体と、シリコン及
び/又はゲルマニウムからなるターゲツトとをス
パツタリング装置内に配置し、炭化水素ガス及
び/又はアンモニアガスを1〜50容量%含む雰囲
気中で前記ターゲツトに電圧を印加して、前記タ
ーゲツトをスパツタすると同時に前記炭化水素ガ
ス及び/又はアンモニアガスを分解せしめ、これ
によつて生じたイオン化又は活性化された水素を
スパツタされたシリコン及び/又はゲルマニウム
と反応させ、水素を含むシリコン及び/又はゲル
マニウムからなるアモルフアス半導体層を前記マ
スク基体上に形成し、次いで、前記水素含有アモ
ルフアス半導体層を所定のマスクパターンにエツ
チングし、この所定パターンの水素含有アモルフ
アス半導体層のみからなる遮光層を有する露光マ
スクを作成する露光マスクの製造方法。
1. An optically transparent mask substrate and a target made of silicon and/or germanium are placed in a sputtering device, and a voltage is applied to the target in an atmosphere containing 1 to 50% by volume of hydrocarbon gas and/or ammonia gas. The hydrocarbon gas and/or ammonia gas is decomposed at the same time as the target is sputtered, and the resulting ionized or activated hydrogen is reacted with the sputtered silicon and/or germanium to form hydrogen. An amorphous semiconductor layer made of silicon and/or germanium containing is formed on the mask base, and then the hydrogen-containing amorphous semiconductor layer is etched into a predetermined mask pattern, and the hydrogen-containing amorphous semiconductor layer is made only of the predetermined pattern. An exposure mask manufacturing method for creating an exposure mask having a light shielding layer.
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