JPS5822382A - Dry etching of chromium metal film - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To form a good chromium metal pattern, by etching a chromium metal film masked with a photoresist pattern or an electron beam resist pattern by a mixed gas containing a halogen gas and CO2. CONSTITUTION:A desired pattern due to negative photoresist or electron beam negative resist is formed on a chromium plate obtained by forming a chromium layer on a glass base plate by sputtering. This sample is introduced into a plasma etching apparatus having a cylindrical electrode and a mixed gas consisting of a halogen gas, CO2 and He is passed therethrough and high frequency electric power is applied to generate mixed gas plasma to apply plasma etching to said sample. By this method, the etching rate of a mask material can be lowered to a large extent without changing the etching rate of chromium and a good chromium metal pattern can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、クロム基金Ｓ膜のドライエツチング方法に
関するものである。半導体装置などの製造工程において
用いられるフォトマスク部材としてのマスクプレートは
、ガラスなどの透明基板上に遮光性を有する物質、例え
ばクロム、鉄、シリコンまたはそれらの酸化物か、らな
る薄膜層を単層もしくは多重層状に形成し、その後フォ
トレジスト等の感光性樹脂により上記薄膜層を選択的に
除去することにより形成され、半導体装置などの製造工
程において所望のパターンを有するフォトマスクとして
使用されている。上記遮光性を有する物質としては、透
明基板であるガラスとの接着性に優れていること、微細
パターンが形成できること、遮光性に優れていること、
等の諸点から、クロムが一般に用いられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for dry etching a chromium-based S film. A mask plate, which is a photomask member used in the manufacturing process of semiconductor devices, is a thin film layer made of a light-shielding substance such as chromium, iron, silicon, or an oxide thereof, placed on a transparent substrate such as glass. It is formed by forming a layer or multiple layers, and then selectively removing the thin film layer using a photosensitive resin such as a photoresist, and is used as a photomask having a desired pattern in the manufacturing process of semiconductor devices, etc. . The above-mentioned substance having light-shielding properties has excellent adhesion to glass, which is a transparent substrate, can form fine patterns, has excellent light-shielding properties,
Chromium is generally used due to these reasons.

ところで、このクロムを用いたマスクプレート（以下「
クロムプレート」という。）に所望のパターンを形成す
るためのクロム膜のエツチングには硝酸＠２セリウムア
／モニウム（Ｏｓ（ＮＨｉ　）＋５（ＮＯ＊）ｓ）と過
壇累酸（ａｏＡｏａ）との混合水溶液などの薬品による
ウェットケミカルエツチングが適用されている。しかし
、ウェットケミカルエツチングでは微細パターンの形成
が困難であること、寸法制御が困難であること、欠陥密
度が大きい等、欠点が多く、最近ではガスプラズマある
いは反応性スパッタを利用したドライエツチング技術が
開発され実用に供されている。By the way, a mask plate using this chromium (hereinafter referred to as "
It's called a chrome plate. ) For etching the chromium film to form the desired pattern, chemicals such as a mixed aqueous solution of cerium ammonium nitrate (Os(NHi)+5(NO*)s) and oxidized acid (aoAoa) are used. Wet chemical etching is applied. However, wet chemical etching has many drawbacks, such as difficulty in forming fine patterns, difficulty in controlling dimensions, and high defect density.Recently, dry etching techniques using gas plasma or reactive sputtering have been developed. It has been put into practical use.

しかして、これらのドライエツチング法は、主に塩素な
どのハロゲン元素を含むガスと酸素または空気との混合
ガスをグ筒−放電させることにより、 ｃｒ＋　２０＋２０ｔ−４０ｒＯＩＩＣｔＩＩ？と考え
られる反応によってクロム薄膜をエツチング除去してい
る。However, these dry etching methods mainly produce cr+ 20+20t-40rOIICtII? The thin chromium film is etched away by a reaction thought to be

上記化学反応式から明らかなように、クロム膜のドライ
エツチングを行うためには、酸素原子の存在が必要不可
欠である。ところが従来のように、塩素系ガスと酸素系
ガスまたは空気との混合ガスプラズマを用いたドライエ
ツチングでは、酸素カスプラズマがクロム膜の耐エツチ
ングマスク材である感光性樹脂膜を分解する作用にも寄
与しているので、混合ガス中の酸素ガス分圧を増加する
ことによって、クロムのエツチングレートを大きくでき
るが、一方で感光性樹脂膜の分解スピードも大キくなる
。したがって、クロム膜のエツチングレートを実用化程
度に増加させるために酸系分圧を大きくすると、レジス
トの分解も促進され結果的にマスク面内の寸法ばらつき
が大きくなり、また寸法制御が極めて困難となる等の諸
問題を引き起こしている。As is clear from the above chemical reaction formula, the presence of oxygen atoms is essential for dry etching a chromium film. However, in conventional dry etching using a mixed gas plasma of chlorine gas and oxygen gas or air, the oxygen gas plasma also has the effect of decomposing the photosensitive resin film that is the etching-resistant mask material for the chromium film. Therefore, by increasing the partial pressure of oxygen gas in the mixed gas, the etching rate of chromium can be increased, but on the other hand, the decomposition speed of the photosensitive resin film also increases. Therefore, if the acid partial pressure is increased in order to increase the etching rate of the chromium film to a practical level, the decomposition of the resist will also be accelerated, resulting in larger dimensional variations within the mask surface and making dimensional control extremely difficult. This is causing various problems such as

また、最近、光露光技術にかわる高精度線光技術として
電子線露光技術が検討されているが、電子線露光用レジ
ストのドライエツチング耐性は光感光用レジスト（フォ
トレジスト）に較べ、サラに劣っている。したがって、
電子ａｍ光用レジストをエツチングのマスク材として塩
素系ガスと酸単ガスまたは空気との混合ガスプラズマを
用いた場合には、レジストの膜減りが大きいために、基
本的にドライエツチングできないという問題がある。そ
の−例を第１図に示す。第１図はエッチャノトガスとし
て四塩化炭素を含む混合ガス（ＣＯ１ａ＋ｏ＊＋ａｅ）
を用し１てプラズマエツチングしたときのクロムおよび
感光性樹脂膜のエツチングレートとキャリアガスの組成
比（０２：Ｈｅ　）との関係を示す。In addition, recently, electron beam exposure technology has been considered as a high-precision beam technology to replace light exposure technology, but the dry etching resistance of electron beam exposure resists is not as good as that of photosensitive resists (photoresists). ing. therefore,
When a mixed gas plasma of chlorine-based gas and acid monogas or air is used as a mask material for etching an electron/am light resist, there is a problem that dry etching is basically impossible due to the large amount of resist film loss. be. An example of this is shown in FIG. Figure 1 shows a mixed gas (CO1a+o*+ae) containing carbon tetrachloride as an etchant gas.
The relationship between the etching rate of chromium and photosensitive resin films and the carrier gas composition ratio (02:He) when plasma etched using 1 is shown.

なお、混合ガスは四塩化炭素を中ヤリアガス（Ｏｓ＋Ｈ
ｅ）でバブリングすることによって得た。バブリング時
の雰囲気温度は２ｒｃである。また、用いた感光性樹脂
膜はネガ電子線レジスト０ＫＢＲ−１００（東京応化製
）である。In addition, the mixed gas contains carbon tetrachloride and Yaria gas (Os+H
Obtained by bubbling in step e). The ambient temperature during bubbling was 2rc. The photosensitive resin film used was a negative electron beam resist 0KBR-100 (manufactured by Tokyo Ohka).

本発明は上述したような現状に鑑みなされたもので、レ
ジスト膜によるマスクを用いてクロム系金属膜のドライ
エツチングを行うに当って、エッチャントのキャリアガ
スに適当なものを用い、かつその組成比を適当にするこ
とによってクロムのエツチングレートを余り低下させず
に、レジスト膜のエツチングレートを抑制して良好なり
ロム系金属パターンを得る方法を提供することを目的と
している。The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and when performing dry etching of a chromium-based metal film using a resist film mask, an appropriate carrier gas is used for the etchant, and its composition ratio is It is an object of the present invention to provide a method of suppressing the etching rate of a resist film without significantly lowering the etching rate of chromium by controlling the etching rate of chromium to an appropriate value, thereby obtaining a good chromium-based metal pattern.

以下本発明の方法の一実施例について説明する。An embodiment of the method of the present invention will be described below.

まず、ガラス基板にクロムをスバツタリ／グ法により形
成したクロムグレート上に電子線用ネガ形レジスト０Ｉ
ＩＩＢＲ−１００による所望のバク−７を形成する。こ
の試料をエッチャノト〃スとして四塩化炭素と二酸化縦
索およびヘリウムからなる混合ガスプラズマを用いてプ
ラズマエツチングを行う。First, a negative resist for electron beam 0I was applied on a chrome plate formed by sputtering/gluing chromium on a glass substrate.
Form the desired Bac-7 with IIBR-100. Plasma etching is performed using this sample as an etchant using a mixed gas plasma consisting of carbon tetrachloride, vertical lines of carbon dioxide, and helium.

エツチング装置は円筒形電極を有するグラズマエツチ７
グ装置である。また、エツチング条件は周波数１’＆５
６ＭＨＭ電力２ｏｏｔの高周波電力を印加し、ガス圧力
は０ＪＴｏｒｒである。混合ガスは四塩化炭素と中ヤリ
アガス（００ｓ＋Ｈｅ）でバブリングすることによって
得ている。ここで、キャリアガスの組成比、即ち二酸化
Ｒ′ＩＡとヘリウムとの組成比を変えたときのクロムの
エツチングレート及びエツチングの耐マスク材である０
ＩｆＢＲ−１００のエツチングレートを示したのが第２
図である。The etching device is a Glazma etching 7 with a cylindrical electrode.
It is a monitoring device. Also, the etching conditions are frequencies 1'& 5.
A high frequency power of 6MHM power of 2oots is applied, and the gas pressure is 0JTorr. The mixed gas is obtained by bubbling carbon tetrachloride and medium gas (00s+He). Here, the etching rate of chromium and the etching resistance mask material 0 when the composition ratio of the carrier gas, that is, the composition ratio of R'IA dioxide and helium, are changed.
The second one shows the etching rate of IfBR-100.
It is a diagram.

第２図から明らかなように、キャリアガス中の二酸化炭
、ｔａ量を増加するに従ってクロムのエツチングレート
は急激に上昇する。一方、０ＶＢＲ−１００のエツチン
グレートは多少の変化はあるものの、はとんど実用上さ
しつかえのない程度に押えられている。例えば、第１図
に示すように、キャリアガスとして酸素とヘリウムとの
混合ガスを用いた場合のクロムのエツチングレートはキ
ャリアガス比がＯ露！　Ｈｅ　−１”、　ｌのところで
、７５Ａ／Ｉｎ１ｎであり、０ＫＢＲ−１００のエツチ
ングレートは１６０Ｖｍｉｎである。As is clear from FIG. 2, the etching rate of chromium increases rapidly as the amount of carbon dioxide and ta in the carrier gas increases. On the other hand, although the etching rate of 0VBR-100 varies slightly, it is kept to a level that is practically acceptable. For example, as shown in Figure 1, the etching rate of chromium when a mixed gas of oxygen and helium is used as the carrier gas is as follows: At He-1'', 1, it is 75A/In1n, and the etching rate of 0KBR-100 is 160Vmin.

一方、第２図に示すようにキャリアガスとして二酸化炭
素とヘリウムとの混合ガスを用いた場合、キャリアガス
比００２：Ｈｅ−３：２のとき、同程度のクロムのエツ
チングレートが得られ、このときの０１１ＢＲ−１００
のエツチングレートは５５．Ａ／ｍｉｎで酸素とヘリウ
ムとを用いたときの約１／３である。このように二酸化
ＩＲ素を加えることによって、クロムの大きなエツチン
グレートを保持しつつ感光性樹脂膜の分解は抑えられて
いる。これは従来法の酸素を添加するドライエツチング
技術では全く起こらない現象である。したがって、ハロ
ゲノ系ガス、特に、塩素基ガスに二酸化ＲＪｇｅ添加し
た混合ガスプラズマを用いたドライエツチング技術によ
って高精度クロムマスクの製作が可能となり、さらに従
来困難とされていた電子線レジストを用いたクロムマス
クのドライエツチングも可能となった。On the other hand, when a mixed gas of carbon dioxide and helium is used as the carrier gas as shown in Fig. 2, when the carrier gas ratio is 002:He-3:2, a comparable chromium etching rate is obtained; Toki no 011BR-100
The etching rate is 55. This is about 1/3 of that when oxygen and helium are used at A/min. By adding IR element dioxide in this manner, decomposition of the photosensitive resin film is suppressed while maintaining a high etching rate of chromium. This phenomenon does not occur at all in conventional dry etching techniques that add oxygen. Therefore, it has become possible to manufacture high-precision chrome masks using dry etching technology using a mixed gas plasma containing halogen-based gases, especially chlorine-based gases, with RJge added. Dry etching of masks is also now possible.

本実施例では、ドライエツチング装置として円筒形グッ
ズマエッチ／グ装置を用いたが、平行平板電極を有する
いわゆるリアクティブイオンエツチング（Ｒ，工、１．
）装置でも応用できることは明らかである。また、実施
例ではキャリアガスとして二酸化炭素にヘリウムを混合
したが、ヘリウムの代りにアルゴンＩ窒索等のガスでも
有効であり、もちろん二酸化炭素だけでも同様な効果が
得られることは明らかである。さらに、本実施例ではエ
ッチフグ試料としてクロムプレートを用いたが、ガラス
基板上にクロム膜および酸化クロム膜を２層に形成した
、いわゆる低反射クロムプレートを用いても全く同様な
効果があることを確認している。なお、エッチャントと
して用いる塩素ガスに西塩化嶽票を示したが、クロロホ
ルムなどでもよい。In this example, a cylindrical goods etching device was used as the dry etching device, but a so-called reactive ion etching device (R, etching, 1.
) device is also applicable. Further, in the embodiment, helium was mixed with carbon dioxide as the carrier gas, but it is also effective to use a gas such as argon I nitrogen instead of helium, and it is obvious that the same effect can be obtained with carbon dioxide alone. Furthermore, although a chrome plate was used as the etched puffer sample in this example, it was found that the same effect could be obtained by using a so-called low-reflection chrome plate, which is a two-layered chromium film and chromium oxide film formed on a glass substrate. I've confirmed it. Although Nishichloride gas is shown as the chlorine gas used as the etchant, chloroform or the like may also be used.

以上繰返し述べたように、この発明ではクロム系金属膜
をフォトレジストまたは電子線レジストパターンをマス
クとしてドライエツチングを織すに当ッて、エッチャン
トのキャリアガスの主成分を二酸化炭素としたので、ク
ロム系金＠膜に対するエツチングレートを置く保持しつ
つ、レジスト膜に対するエツチングレートを抑制するこ
とができ、すぐれたエツチング結果が得られる。As stated above, in this invention, when dry etching a chromium-based metal film using a photoresist or electron beam resist pattern as a mask, carbon dioxide is used as the main component of the etchant carrier gas. It is possible to suppress the etching rate for the resist film while maintaining the same etching rate for the gold film, and excellent etching results can be obtained.

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

第１図は従来方法におけるクロムとレジストとのエツチ
ングレートを示す図、第２図はこの発明の一実施例にお
けるクロムとレジストとのエツチングレートを示す図で
ある。 代理人　葛野信　−（外１名） 第１図 第２図 ギヤワヤガス比FIG. 1 is a diagram showing the etching rate of chromium and resist in a conventional method, and FIG. 2 is a diagram showing the etching rate of chromium and resist in an embodiment of the present invention. Agent Makoto Kuzuno - (1 other person) Figure 1 Figure 2 Gear Way Gas Ratio

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （１１クロム系金ＩＩ４膜をその上に所望パターンに形
成されホトレジストもしくは電子線用レジストからなる
膜をマスクとして、少なくともへロゲ／系ガスと二酸化
炭素とを含む混合ガスを用いてドライエツチングし、上
記クロム系金属膜を上記所望パターンＩζ対応したパタ
ーンに成形することを特徴とするクロム系金属膜のドラ
イエツチング方法。 （２）　　ハロゲノ系ガスとして塩素系ガスを用いるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のりμム系金
属膜のドライエツチング方法。 （３）　　ドライエツチングはガスプラズマエッチフグ
であることを特徴とする特ｒＦ＃求の範囲第１項または
第２項記載のクロム系金属膜のドライエツチング方法。 （４）　　ドライエツチングが反応性スパックエツチン
グであることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項記載のクロム系金属膜のドライエツチング方法。[Claims] (11 A chromium-based gold II4 film is formed in a desired pattern thereon, and a mixed gas containing at least eroge/based gas and carbon dioxide is applied using a film made of photoresist or electron beam resist as a mask. A method for dry etching a chromium-based metal film, characterized in that the chromium-based metal film is formed into a pattern corresponding to the desired pattern Iζ by using a chlorine-based gas as a halogen-based gas. A method for dry etching a μm-based metal film as set forth in claim 1. (3) The dry etching method is characterized in that the dry etching is performed using a gas plasma etchant. The method for dry etching a chromium-based metal film according to claim 2. (4) The dry etching method for a chromium-based metal film according to claim 1 or 2, wherein the dry etching is reactive spack etching. Method.