JPS59123840A - 露光マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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素材の製造方法に関し、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
トマスクの素材の製造方法に関するものである。

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。

この種のハードマスクとしては、アモルファスシリコン
（以下、ａ−３ｉと称する。）を遮光膜とするものが知
られている。このａ−３＋膜はシースルー性が良好であ
っ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人や
４３００人）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　
　ｄｅｎｓｉｔｙ）で示される。

光学濃度−Ｉｏｇ（Ｉｏ／１） （但、Ｉｏは入射光の光量、Ｉは透過光の光Ｗ）ところ
が、上記の通常使用されているａ−３ｔ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−３ｉ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
材がら所定のマスクパターンにａ−３ｉ膜をエソチンク
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。

上記の如きａ−３ｉハードマスクを製造する方法として
真空蒸着法やスパッタリング法が知られている。

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−３ｉ膜を形成する。

また、スパッタリング法では、シリコンをターゲットと
し、不活性ガス（Ａｒ）中でターゲットに高周波電圧を
印加して、基板上にａ−３ｉ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す存在す
る酸素ガスと結合し、一部分は酸化珪素となってしまう
。

このために、フォ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
されるフォトマスク素材には適さない。

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。

本発明の別の目的は、成膜装置内の構造が簡素化され汚
染の少ないスパンクリング装置を使用することによって
、ごみの付着やピンホール等の欠陥の少ない高品位の露
光マスク素材を得ることにある。

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ットとをスパッタリ
ング装置内に配置し、炭化水素ガス及び／又はアンモニ
アガスを含む雰囲気中で前記ターゲットに電圧を印加し
て、水素を含むシリコン及び／又はゲルマニウムからな
るアモルファス半導体層を前記マスク基体上に形成する
ことを特徴とする露光マスク素材の製造方法に係るもの
である。

本発明の方法によれば、Ｓｔ及び／又はＧｅからなるマ
スク層としてのアモルファス半導体層をスパッタリング
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
還元作用によってアモルファ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。

従って、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、スパッタ
リング法によって製膜しているので、装置内の構造が簡
素であって汚染源も少なく、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
れ自体安定であって、安全性の面で有利である。

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。

第１図は本実施例で使用するスパッ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ｌＯ内に
ターゲット１１と透明マスク基板２とが対向配置され、
ターゲ・７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、かつボルダ−７は内
蔵ヒーター（図示せず）によって基板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ＣＩ（Ｉｌ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って槽内を所定
の真空度に保持している。

次に、第１図のスパックリング装置を用いて基板２上に
アモルファス半導体膜を形成する方法を説明する。

まず真空槽１０内を例えば１×１０Ｔｏｒｒまで排気し
、基板２を例えば３００°Ｃに加熱しなが。

らＡｒとＣＨ４ａを例えば８０　：　２０の比率で導入
して槽内の圧力をｌＸ１０Ｔｏｒｒに設定し、ターゲッ
ト１１　（例えば高純度Ｓｉターゲット）に例えば１３
．５６　ＭＨｚ、７５０Ｗの高周波の高電圧を印加する
。これによって、ターゲット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ット１１
中のＳｉを叩き出して基板２上ａ−３ｉとして付着せし
め、かつこれと同時に上記グロー放電でＣＨｌｌ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−３ｉ膜中に導入する。基板２上には従って
、水素原子を所定濃度で含有したａ−３ｉ（以下、ａ−
３ｉ　：Ｈと称する）層を形成し、フォトマスク素材を
作成できる。

真空槽に導入するＣＨイは未だ活性化又はイオン化され
ていないＣＨｌｌ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ＣＨ，を導入してもよい。また、ＣＨ％Ｃ）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％に設定するのが望ましい。このＣ
Ｈ，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％を越えると却ってａ−３ｉ膜の光学濃
度が低下する。

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−３ｉをスパッタリング法で製膜する際にＣＨ，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ＣＨ，ｆ７）分解に
より生じる水素の還元作用によって防止することができ
る。この結果、ａ−３ｉ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、スパッ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。

第２図〜第９図には、上記の方法で作成された各種のフ
ォトマスク素材が示されている。

第２図のマスク素材１は、光学的に透明な石英板（Ｓｉ
Ｏ２板）２上にａ−３ｉ：Ｈ層３が設けられたものであ
る。基板としてのＳ　ｉ　０２の厚みは０゜５〜３　ｍ
ｍ　（望ましく４ま１〜２．５鰭）であり、またａ−３
ｉ：Ｈｉ３の膜厚は３００〜５０００人（望ましくは７
００〜３０００人）である。こめマスク素材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−３ｉ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。

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Ｓ　ｉ　０２膜４が厚さ１００〜５０００人（
望ましくは２００〜３０００人）に形成され、この上に
ａ−３ｔｓＨ層３が設けられている。この場合、不純物
が混入してａ−３ｉ：ＨＦ１３が汚染されるのを防止す
るものである。

第４図は、ａ−３ｔ：Ｈ層３と基板２との間に透明導電
膜（例えばＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　０ｘｉ
ｄｅ）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の存在によって、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ェハと密
着させたときに同ウェハ表面上での放電を防止し、マス
クエ、７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って、電荷の蓄積
又は固定現象を防ぐことができる。

第５図は、第３図及び第４図の例を組合せたものであっ
て、ａ−３ｉ：Ｈ層３と基板２との間に透明導電膜５及
びＳ　ｉ　０２膜４を設けている。

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。

第６図は、ａ−３ｉ：Ｈ層３上に、酸素原子を含有する
ａ−５ｉ：Ｈ又は酸素原子を含有するａ−３ｉからなる
反射防止膜６を設け、この反射防止膜によって反射光を
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。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。

第７図は、上記の如き反射防止膜６をａ−３ｉ：Ｈ層３
と基板２又は１２との間にも設けた例を示す。

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に応
じ、第８図の如くに正方形状であってよく、また第９図
の如くにウェハと同形であってもよい。

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−３ｉ：Ｈ層３を
具備しているために、従来のａ−３ｉ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４３００
人、ａ−３ｉ：ｌ（層の厚みは１０００人）によれば、
水素含有量に応じて光学濃度が変化し、特に０．３〜２
５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っていることは注目すべきであり
、本発明に従ってａ−３ｉ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−３
ｔ：Ｈ層中の水素含有量は、同質の膜を高抵抗Ｓｉ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５（１０１１
ｍ、ａ−３ｉ：Ｈ膜厚は例えば１〜５μｍ）。

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＝（、ｑ韻を、特定の赤外吸収
帯（例えば１９００〜２２５”　Ｏｃ″ｍ’）にわたる
ａ−３ｉの伸縮振動に注目して求める。

そして、水素濃度Ｎ　（ｃ＋ｎ’）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−３ｉ：Ｈ層は所定量の水素原子の含有
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加
工精度又はシャープネスが大幅に向上する。

即ち、第１２Ａ図の如くに、ａ−Ｓｉ：ＨＩｉ３上に公
知のホトレジスト１ト２８を一様に塗布し、次いで第１
．２　Ｂ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。

次にホトレジスト２８の例えば非露光部分をエーツチン
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−３ｉ：Ｈ屓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。

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。

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−３ｉ：Ｈ層３をエツチングする際、上
記したようにａ−３ｉ：Ｈ層３膜厚は例えば１０００人
程度色和くできるために、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。また、このエツチ
ングにフン酸系のエッチャントを用いたウェットプロセ
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
−３ｉｆｆｉにおいては充分に防止することができる。

本発明による露光マスクは、特に、半導体１ｃ、Ｌ’Ｓ
Ｉ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（、シリコンウェハ３０の
一生面に公知の熱酸化技術で形成した５ｉＯａ２３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−３ｉ：
Ｈ層３は可視光に対しある程度透明であるから、ウェハ
３０の表面上に既に何らかのパターン（例えば素子分離
用のフィールドＳ　ｉ　０２膜等）が存在している場合
には、そのパターンを観察でき、従ってマスク合せをよ
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２１上での電荷の蓄積を少
なくし、ウェハ３０との間での放電をなくし、マスク破
壊、ウェハの静電破壊を防げる。次に、使用波長が３０
００〜４４００人の例えば紫外光２５を２００Ｗ程度の
超高圧水銀灯より照射し、マスクＮ３の存在しない非マ
スク部分下のホトレジスト２４を選択的に露光する。

ａ−３ｉ：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Ｓ　ｉ　０２膜２３をプラズマエツチング（ドライ
プロセス）や、フン酸、フン化アンモニウム水溶液（ウ
ェットプロセス）等でエツチングし、ウェハ３０上に所
望のパターンに残す。

こうして５ｉＯｚ膜２３に例えば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。

第１３図は、第１２Ｄ図のエツチング速度で使用可能な
プラズマエツチング装置を示すものであって、３７は基
板２を保持するホルダ、３８はシールド用メンシュチュ
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。

例れば、ＣＦｌｌ等のエッチャントガス３２をエツチン
グ槽３３内に導入し、高周波電圧によってプラズマラジ
カルを発生せしめ、このラジカルをメソシュチューブ３
８の網目から反応室３４内の基板２へ導入する。これに
よって、基板２上のａ−３ｉ：８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。

第１４図は、上記のドライエツチング工程におけるａ−
３ｉ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（ＣＨ，を含まない雰囲気中でのスパツタリング
）に比べ、本発明に基くスパッ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。

これは、本発明のスパッタリング法はＣＨＩＩを含む雰
囲気で実施しているためにａ−３ｉ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、エッチャントガスにＣＦｑ＋
１０％０２を使用（ガス圧は４０Ｐａ＝１２Ｔｏｒｒ）
Ｌ、、高周波は１００Ｗとした。

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（ターゲットは高純度Ｓｔと高純度Ｇｅと
の混合ターゲット）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（ターゲットは高純度Ｇｅ）
ことも価値がある。

また、スパッ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、ターゲットとしてリン等をドープ下低
純度Ｓｉ（比抵抗は１０Ω−ｃｍ以下）を用い、１．５
　ＫＷ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をターゲットに
用いたり、或いは低純度Ｓｉと低純度Ｇｅとの混合ター
ゲ７）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ＣＨ１１以外にもＣ２Ｈ
６、Ｃ３ＨＲ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。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図はス
パッ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側
の断面図、第８７図、第９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１０図はａ−３ｔ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−３ｔ：Ｈの赤外線吸収スペクトル図、 第１２Ａ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 ある。 なお、図面に示された符号において、 ニー・−露光マスク素材 ２−・−基板 ３−・・・−ａ　−Ｓ　ｉ　　：　ＨＮ５−−−−−・
−透明導電膜 ６−−−−・−８ｉ　Ｏ，Ｊｌ臭 ７−−−−一基板ホルダー ８・・・・−電源 ９−−−−・−・Ａｒ　十ＣＨ１１混合ガスｌＯ・−・
−真空槽 １１−−−−−−・ターゲ、７ト １７−・・−マスク ２１−・・−露光マスク ２８−・−フォトレジスト ３２−−−−−−一エソチャントガス ４０−・・−高周波電極 である。 代理人　弁理士　逢　坂　　宏　（他１名＝３５４ 第６１コ ｊ１ ＄１１１図 第１２ＡＩ又 第１２８１口 第１２０１”Ｄ 第１２Ｄ１剤 第１３図 請１４１￥］ ■・迂ンゲ日キ閤（分）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ットとをスパックリング装
   置内に配置し、炭化水素ガス及び／又はアンモニアガス
   を含む雰囲気中で前記ターゲットに電圧を印加して、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
   ルファス半導体層を前記マスク基体上に形成することを
   特徴とする露光マスク素材の製造方法。 ２、活性化又はイオン化されていない炭化水素ガス及び
   ／又はアンモニアガスをスパッタリング装置内に導入し
   、グロー放電によって活性化又はイオン化する、特許請
   求の範囲の第１項に記載した方法。 ３、活性化又はイオン化された炭化水素ガス及び／又は
   アンモニアガスをスパックリング装置内に導入する、特
   許請求の範囲の第１項に記載した方法。 ４、炭化水素ガス及び／又はアンモニアガスを１〜５０
   容量％の割合で含む雰囲気中でターゲットに高周波又は
   直流の高電圧を特徴する特許請求の範囲の第１項〜第３
   項のいずれか１項に記載した方法。 ５、雰囲気が炭化水素ガス及び／又はアンモニアとアル
   ゴンとの混合ガスからなる、特許請求の範囲の第１項〜
   第４項のいずれか１項に記載した方法。