JPH07159974A - パターン転写マスクおよびその製造方法 - Google Patents

パターン転写マスクおよびその製造方法

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JPH07159974A
JPH07159974A JP30924893A JP30924893A JPH07159974A JP H07159974 A JPH07159974 A JP H07159974A JP 30924893 A JP30924893 A JP 30924893A JP 30924893 A JP30924893 A JP 30924893A JP H07159974 A JPH07159974 A JP H07159974A
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博文 佐方
Sunao Nishioka
直 西岡
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐使用回数を向上し得るとともに、極めて微
細な遮光膜の回路パターンを形成し得るパターン転写マ
スクおよびその製造方法を提供する。 【構成】 マスク基板１上に、所定のパターン形状を有
するようにシリコン単結晶膜２、アルミニウム単結晶膜
３およびアルミニウム酸化膜４が形成されている。シリ
コン単結晶膜２とアルミニウム単結晶膜３とが遮光膜と
しての役割を果たし、アルミニウム酸化膜４が反射防止
膜および保護膜としての役割を果たす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、パターン転写マスク
およびその製造方法に関し、より特定的には、半導体装
置用のパターン転写マスクおよびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体装置用のパターン転写マス
ク（以下、「マスク」という。）は、たとえば Akira C
hiba, Shuichi Matsuda, and Yaichiro Watakabe：J. V
ac. Sci. Technol. B, Vol. 10, No. 6, pp. 2480-2485
(1992) に開示されている。図１６は、その開示された
従来のマスクを示した断面図である。図１６を参照し
て、従来のマスク１００では、光学的に透明なマスク基
板１０１の表面上の所定領域に光学的に不透明な遮光膜
１０２が形成されている。遮光膜１０２上には遮光膜１
０２の光反射率を低減させるための反射防止膜１０３が
形成されている。マスク基板１０１はたとえば石英ガラ
ス基板からなり、遮光膜１０２はたとえばモリブデンシ
リサイド（ＭｏＳｉ）膜からなり、反射防止膜１０３は
たとえばモリブデンシリサイド酸化膜からなる。
【０００３】次に、上記した従来のマスク１００の使用
方法について説明する。まず、半導体基板（図示せず）
上にレジスト（図示せず）を形成する。そして、そのレ
ジストにマスク１００を介してたとえば紫外線を照射す
る。紫外線はマスク１００の遮光膜１０２が存在しない
領域のみを通過するので、レジストの遮光膜１０２に対
応する領域には紫外線は照射されない。これにより、レ
ジストには紫外線が照射された領域と照射されていない
領域とが発生する。すなわち、レジストには感光領域と
未感光領域とが発生する。この後、現像液で感光領域ま
たは未感光領域を除去する。これにより、レジストパタ
ーンが形成される。このようにマスク１００を使用する
ことによって、半導体装置の製造工程ごとのレジストパ
ターンの形成が行なわれる。
【０００４】図１７〜図２０は、図１６に示した従来の
マスクの製造プロセスを説明するための断面図である。
図１７〜図２０を参照して、次に従来のマスクの製造方
法について説明する。
【０００５】まず、図１７に示すように、マスク基板１
０１上にスパッタ法または真空蒸着法を用いてＭｏＳｉ
膜からなる遮光膜１０２ａを形成する。遮光膜（モリブ
デンシリサイド膜）１０２ａを酸化することによって遮
光膜１０２ａ上にモリブデンシリサイド酸化膜からなる
反射防止膜１０３ａを形成する。反射防止膜１０３ａ上
に感光性ポリマー膜（レジスト）１０４ａを形成する。
【０００６】次に、図１８に示すように、レジスト１０
４ａの所定領域に電子ビーム１０５を照射することによ
ってレジスト１０４ａにマスクパターンを描画する。こ
の後現像処理を施すことによって、図１９に示されるよ
うなレジストパターン１０４が形成される。
【０００７】次に、レジストパターン１０４をマスクと
して反射防止膜１０３ａおよび遮光膜１０２ａをエッチ
ングすることによって、図２０に示されるようなパター
ニングされた反射防止膜１０３および遮光膜１０２が形
成される。最後に、レジスト１０４を除去することによ
って、図１６に示した従来のマスクが完成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のマスクの製造プロセスでは、以下のような問題
点があった。すなわち、図１８に示した工程において、
レジスト１０４ａに電子ビーム１０５を照射する際に、
光学系の制限によって電子ビーム１０５のビーム径を小
さくできないという不都合が生じていた。具体的には、
電子ビーム１０５のビーム径を４０Å程度以下にするの
は困難であった。このため、従来では、微細なレジスト
パターン１０４を形成するのは困難であった。この結
果、従来では、微細な遮光膜１０２の回路パターンを形
成するのが困難であるという問題点があった。
【０００９】そこで、従来、レジストを感光させる方法
として、電子ビームの代わりに走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope)）を用いる
方法が提案されている。これらは、たとえば、C. R. K.
Marrian and E. A. Dobisz ：Ultramicroscopy Vol. 4
2-44, pp. 1309-1316 (1992)に開示されている。
【００１０】図２１は、その従来の提案されたＳＴＭを
用いてレジストを感光させる方法を説明するための概略
図である。図２１を参照して、ＳＴＭの探針１０６と遮
光膜１０２ａおよび反射防止膜１０３ａとの間には１０
Ｖ以下の電圧が印加されている。そして、この提案例で
は、ＳＴＭの探針１０６から放出される電子によってレ
ジスト１０４ａを感光させる。探針１０６から放出され
る電子流の径は１Å程度以下であるので、図１８に示し
た電子ビームを用いる方法に比べて微細なレジストパタ
ーンを形成することができる。
【００１１】しかしながら、この従来の提案された方法
では、探針１０６から放出される電子が、レジスト１０
４ａ内で散乱したり、反射防止膜１０３ａとの衝突によ
って散乱したりするという不都合が生じていた。このよ
うな現象は、プロキシミティ（proximity ）効果と呼ば
れている。上記のような電子の散乱が発生すると、レジ
ストの感光すべき領域以外の領域まで感光されてしまう
という不都合が生じる。これにより、形成されるレジス
トパターンの精度が悪くなるとともに、より微細なレジ
ストパターンを形成することができないという問題点が
あった。
【００１２】また、別な問題点として、従来のマスクで
は、使用時に遮光膜（モリブデンシリサイド膜）１０２
および反射防止膜（モリブデンシリサイド酸化膜）１０
３が機械的に損傷しやすいという問題点があった。すな
わち、遮光膜（モリブデンシリサイド膜）１０２はスパ
ッタ法または真空蒸着法によって形成されていたため、
モリブデンシリサイド膜１０２は微小な結晶粒が集合し
た多結晶膜からなっていた。このため、モリブデンシリ
サイド膜（遮光膜）１０２は使用時に外力が加わった場
合に変形しやすいという問題点があった。
【００１３】また、遮光膜（モリブデンシリサイド膜）
１０２上に位置する反射防止膜（モリブデンシリサイド
酸化膜）１０３は、微細な結晶粒が集合した多結晶膜か
らなる遮光膜（モリブデンシリサイド膜）１０２を酸化
することにより形成される。このため、反射防止膜（モ
リブデンシリサイド酸化膜）１０３の膜質は、遮光膜
（多結晶膜）１０２の膜質を反映することになる。この
結果、反射防止膜１０３の膜質を緻密に形成するのは困
難であった。したがって、従来の反射防止膜１０３も使
用時に外力が加わった場合に変形しやすいという問題点
があった。このように、従来では遮光膜（モリブデンシ
リサイド膜）１０２および反射防止膜（モリブデンシリ
サイド酸化膜）１０３が使用時に変形しやすいため、マ
スクの耐使用回数を向上させるのが困難であった。
【００１４】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、請求項１〜３に記載の発明の目
的は、パターン転写マスクにおいて、遮光膜の機械的損
傷を防止してマスクの耐使用回数を向上させることであ
る。
【００１５】請求項４および５に記載の発明の目的は、
パターン転写マスクの製造方法において、より微細な遮
光膜の回路パターンを容易に形成することである。
【００１６】請求項４および５に記載の発明のもう１つ
の目的は、パターン転写マスクの製造方法において、レ
ジストを用いることなく極めて微細な遮光膜の回路パタ
ーンを形成することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１および２におけ
るパターン転写マスクは、主表面を有する透明基板と、
その透明基板の主表面上に所定のパターン形状を有する
ように形成された半導体単結晶膜と、その半導体単結晶
膜上に形成された金属単結晶膜と、その金属単結晶膜上
に形成された金属酸化膜とを備えている。
【００１８】請求項３におけるパターン転写マスクは、
主表面を有する透明基板と、その透明基板の主表面上に
所定のパターン形状を有するように形成され半導体単結
晶と金属単結晶との固溶体からなる合金固溶体膜と、そ
の合金固溶体膜上に形成された金属酸化膜とを備えてい
る。
【００１９】請求項４におけるパターン転写マスクの製
造方法は、主表面を有する透明基板上に半導体単結晶膜
を形成する工程と、半導体単結晶膜の主表面を水素原子
によって終端させる工程と、半導体単結晶膜の主表面の
水素原子の一部を酸素原子に置換することによって所定
のパターン形状を有する水素原子のパターンを形成する
工程と、その水素原子のパターン上に金属単結晶膜を形
成する工程と、金属単結晶膜上に金属酸化膜を形成する
工程とを備えている。
【００２０】請求項５におけるパターン転写マスクの製
造方法は、主表面を有する透明基板上に半導体単結晶膜
を形成する工程と、その半導体単結晶膜の主表面を水素
原子によって終端させる工程と、半導体単結晶膜の主表
面の水素原子の一部を酸素原子に置換することによって
所定のパターン形状を有する水素原子のパターンを形成
する工程と、水素原子のパターン上に金属単結晶膜を形
成する工程と、金属単結晶膜上に金属酸化膜を形成する
工程と、熱処理を施すことによって半導体単結晶膜内の
半導体原子を金属単結晶膜中に熱拡散させて合金固溶体
膜を形成する工程とを備えている。
【００２１】
【作用】請求項１および２に係るパターン転写マスクで
は、透明基板上に形成された半導体単結晶膜とその上に
形成された金属単結晶膜とによって遮光膜が構成される
ので、機械的に変形しやすい多結晶膜によって遮光膜が
形成されていた従来に比べて遮光膜が変形し難くなる。
これにより、マスクの耐使用回数が向上される。また、
金属単結晶膜上の金属酸化膜を、金属単結晶膜を酸化す
ることにより形成すれば、金属酸化膜は欠陥の少ない金
属単結晶膜の膜質を反映した膜質を有することになる。
これにより、緻密な膜質を有する金属酸化膜を形成する
ことができ、金属酸化膜の硬度が向上される。その結
果、マスクの耐久性がより向上される。
【００２２】請求項３に係るパターン転写マスクでは、
半導体単結晶と金属単結晶との固溶体からなる硬度の高
い合金固溶体膜によって遮光膜が構成されるので、従来
の機械的変形が容易な多結晶膜からなる遮光膜に比べて
使用時に機械的損傷を受け難くなる。これにより、マス
クの耐久性がさらに向上される。
【００２３】請求項４に係るパターン転写マスクの製造
方法では、透明基板の主表面上に形成された半導体単結
晶膜の主表面が水素原子によって終端され、その水素原
子の一部を酸素原子に置換することによって所定のパタ
ーン形状を有する水素原子のパターンが形成され、その
水素原子のパターン上に金属単結晶膜が形成されるの
で、レジストを用いることなく極めて微細な金属単結晶
膜のパターンが容易に形成される。そして、その金属単
結晶膜上に金属酸化膜を形成した後、その金属酸化膜に
よって覆われている部分以外の部分を除去すれば、金属
単結晶膜と半導体単結晶膜からなり極めて微細なパター
ンを有する遮光膜が形成される。
【００２４】請求項５に係るパターン転写マスクでは、
透明基板上に形成された半導体単結晶膜の主表面が水素
原子によって終端され、その水素原子の一部が酸素原子
に置換されることによって所定のパターン形状を有する
水素原子のパターンが形成され、その水素原子のパター
ン上に金属単結晶膜が形成され、熱処理を施すことによ
って半導体単結晶膜内の半導体原子が金属単結晶膜中に
熱拡散されて合金固溶体膜が形成されるので、その合金
固溶体膜は水素原子のパターンと同じパターンになる。
これにより、レジストを用いることなく、より微細なパ
ターンを有する合金固溶体膜（遮光膜）が容易に形成さ
れる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【００２６】図１は、本発明の第１実施例によるマスク
を示した断面図である。図１を参照して、この第１実施
例のマスク１０では、サファイア板またはスピネル（Ｍ
ｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）板からなるマスク基板１の主表面上
の所定領域にシリコン単結晶膜２が形成されている。す
なわち、シリコン単結晶膜２は、マスク基板１上に、半
導体装置の製造工程ごとの回路パターンに対応するよう
に配置されている。
【００２７】シリコン単結晶膜２上にはシリコン単結晶
膜２と同じ回路パターンを有するようにアルミニウム単
結晶膜３が形成されている。また、アルミニウム単結晶
膜３上にはアルミニウム酸化膜（Ａｌ2 Ｏ3 膜）４が形
成されている。シリコン単結晶膜２は２００〜５００ｎ
ｍ程度の厚みを有しており、アルミニウム単結晶膜３お
よびアルミニウム酸化膜４はともに５０〜１００ｎｍ程
度の厚みを有している。
【００２８】シリコン単結晶膜２とアルミニウム単結晶
膜３とによってマスク１０の遮光膜が構成される。アル
ミニウム酸化膜４はその膜厚を所定の値に設定すること
によって反射防止膜として機能する。すなわち、アルミ
ニウム単結晶膜３とアルミニウム酸化膜４との２層構造
の特定波長域内での分光反射率を、アルミニウム単結晶
膜３およびアルミニウム酸化膜４の光学定数から計算す
る。そして、その分光反射率を最小にするような厚みで
アルミニウム酸化膜４を形成すれば、アルミニウム酸化
膜４を反射防止膜として機能させることができる。これ
により、アルミニウム単結晶膜３の光反射率が大きい場
合にアルミニウム単結晶膜３の端部に対応して発生する
端部露光効果を低減することができる。
【００２９】ここで、この第１実施例のマスクでは、シ
リコン単結晶膜２とアルミニウム単結晶膜３とによって
遮光膜を構成する。単結晶膜は多結晶膜に比べて機械的
強度を低下させる欠陥が少ないため、シリコン単結晶膜
２およびアルミニウム単結晶膜３からなる遮光膜はマス
クの使用時に外力が加わった場合に変形し難いという利
点がある。これにより、この第１実施例によるマスクで
は従来に比べて耐使用回数を向上させることができる。
【００３０】また、アルミニウム酸化膜４は後述するよ
うにアルミニウム単結晶膜３の表面を酸化することによ
り形成されるので、アルミニウム酸化膜４はアルミニウ
ム単結晶膜３の欠陥の少ない膜質を反映した膜質を有す
ることになる。これにより、緻密な膜質を有するアルミ
ニウム酸化膜４を形成することができる。この結果、ア
ルミニウム酸化膜４の硬度を向上させることができる。
したがって、アルミニウム酸化膜４はアルミニウム単結
晶膜３の保護膜としての役割を果たす。これにより、マ
スク１０の耐久性をさらに向上させることができる。
【００３１】図２〜図９は、図１に示した第１実施例の
マスクの製造プロセスを説明するための断面図である。
図２〜図９を参照して、次に第１実施例のマスクの製造
方法について説明する。
【００３２】まず、図２に示すように、スピネル板また
はサファイア板からなるマスク基板１を用意する。次
に、図３に示すように、マスク基板１の片面上に２００
〜５００ｎｍ程度の厚みを有するシリコン単結晶膜２ａ
を形成する。具体的には、マスク基板１がサファイア板
である場合には、水素雰囲気中で四塩化系珪素（ＳｉＣ
ｌ4 ）を分解して結晶成長させる気相成長法を用いてマ
スク基板１上にシリコン単結晶膜２ａを形成する。ま
た、マスク基板１がスピネル板である場合には、水素雰
囲気中でシラン（ＳｉＨ4 ）を分解して結晶成長させる
気相成長法を用いてマスク基板１上にシリコン単結晶膜
２ａを形成する。なお、上記した気相成長法において
は、四塩化系珪素やシランに、アルシン（ＡｓＨ3 ），
ホスフィン（ＰＨ3 ）またはジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を添
加することによって小さい比抵抗を示すｎ型またはｐ型
のシリコン単結晶膜２ａを形成するのが好ましい。な
お、上記のように形成したシリコン単結晶膜２ａの結晶
性をさらに改善するためにレーザ・アニールを行なって
もよい。
【００３３】次に、図４に示すように、シリコン単結晶
膜２ａとマスク基板１とをフッ酸水溶液（ＨＦ含有量１
〜１．５％）、またはフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ含
有量４０％）とフッ化水素酸（ＨＦ含有量５０％）との
体積比５０：１の混合液に浸漬する。これにより、シリ
コン単結晶膜２ａの表面にある自然酸化シリコン膜（Ｓ
ｉＯ2 膜）を除去するとともに、最も外側に位置するシ
リコン原子の結合ボンドを水素原子によって終端する。
この結果、シリコン単結晶膜２ａの表面を清浄にするこ
とができるとともに、シリコン単結晶膜２ａの表面の化
学的に安定な状態を長時間維持することができる。この
ような方法は、たとえば Appl. Phys. Lett., Vol. 56,
No. 7, pp. 656-658 (1990), Phys. Rev. Lett., Vol.
65, No.4, pp. 504-507 (1990)に開示されている。
【００３４】次に、図５に示すように、水素原子によっ
て終端されたシリコン単結晶膜２ａの表面上に、ＳＴＭ
のタングステンからなる探針１１を走査する。この探針
１１の走査はシリコン単結晶膜２ａの表面に平行なＸＹ
方向に行なう。シリコン単結晶膜２ａと探針１１との距
離は、ＳＴＭのフィードバック（Ｆ．Ｂ）回路によって
一定値になるように制御されている。具体的には、シリ
コン単結晶膜２ａに＋０．５〜１．０Ｖの一定バイアス
電圧が印加されている。そして、探針１１とシリコン単
結晶膜２ａとの間のトンネル電流が０．５〜１ｎＡの間
の一定電流になるように制御されている。これにより、
探針１１とシリコン単結晶膜２ａとの間の距離が一定値
になるように制御することができる。
【００３５】上記のようなＳＴＭ装置において、探針１
１の走査の際に、所定のパターン領域以外の領域を走査
するときに探針１１に比較的低電圧値のパルス電圧を印
加する。このパルス電圧は、シリコン単結晶膜２ａのシ
リコン原子を大きい電界強度や熱的蒸発によって他の位
置へ移動させないとともに、探針１１の先端形状を熱的
蒸発などによって著しく変形させないような電圧に設定
する必要がある。具体的には、シリコン単結晶膜２ａを
プラス、探針１１をマイナスとして、電圧値１．５〜２
Ｖ，パルス幅２〜５ｍｓｅｃのパルス電圧を印加する。
【００３６】このパルス電圧の印加のときは、Ｆ．Ｂ回
路の動作を停止する。その一方、パルス電圧の印加の前
後ではＦ．Ｂ回路を動作させることによってトンネル電
流を一定電流に制御する。これにより、パルス電圧の印
加の前後ではシリコン単結晶膜２ａと探針１１との距離
を一定値に制御する。
【００３７】上記したパルス電圧の印加によって、探針
１１の先端の近傍に存在する水素原子（Ｈ）が酸素原子
（Ｏ）に置換される。すなわち、所定領域へのパルス電
圧の印加によって、最終的に遮光膜（図示せず）となら
ない領域に図６に示すような酸素原子（Ｏ）のパターン
が形成される。酸素原子のパターンの幅は、探針１１を
走査する際の走査の本数とパルス印加回数とによって容
易に制御可能である。
【００３８】ここで、この第１実施例のマスクの製造プ
ロセスでは、レジストを用いることなくＳＴＭによって
水素原子のパターンを形成する。これにより、従来のよ
うにＳＴＭの探針１１から放出される電子がレジスト内
で散乱することもない。これに加えて、ＳＴＭの探針１
１から放出される電子流の径は１Å程度以下である。し
たがって、極めて微細な水素原子のパターンを容易に形
成することができる。そして、この水素原子のパターン
を基礎として後述するプロセスにより極めて微細な回路
パターンを有する遮光膜が形成される。
【００３９】次に、図７に示すように、単結晶シリコン
膜２ａの表面の水素原子が残されている部分に有機金属
気相成長法を用いてアルミニウム単結晶膜３を形成す
る。すなわち、水素ガスとＤＭＡＨ［（ＣＨ3 ）2 Ａｌ
Ｈ］のガスとを含む雰囲気中で、減圧気相成長法を用い
て、水素原子（Ｈ）をアルミニウム原子（Ａｌ）に置換
する。
【００４０】より詳しくは、シリコン単結晶膜２ａ上の
水素原子（Ｈ）がＤＭＡＨのメチル基（ＣＨ3 −）と結
合してメタン（ＣＨ4 ）となって蒸発する。これによ
り、水素原子（Ｈ）と結合したアルミニウム原子（Ａ
ｌ）がシリコン単結晶膜２ａの表面に残る。このアルミ
ニウム原子（Ａｌ）と結合した水素原子は、再びメチル
基（ＣＨ3 −）と結合してメタン（ＣＨ4 ）となって蒸
発する。この結果、別の水素原子（Ｈ）と結合したアル
ミニウム原子（Ａｌ）がシリコン単結晶膜２ａの表面に
残る。上記のようなメタン（ＣＨ4 ）とアルミニウム原
子（Ａｌ）とを生成する反応サイクルを繰返すことによ
って、シリコン単結晶膜２ａ上の所定領域にアルミニウ
ム単結晶膜３を形成することができる。
【００４１】アルミニウム単結晶膜３の具体的な製造条
件としては、温度が２５０〜３００℃、減圧が１〜２Ｔ
ｏｒｒ、ＤＭＡＨの分圧が１〜５×１０-3Ｔｏｒｒであ
る。これにより、１００〜２００ｎｍ程度の厚みを有す
る図８に示すようなアルミニウム単結晶膜３を形成する
ことができる。
【００４２】次に、図９に示すように、酸素または水蒸
気を含む酸化雰囲気中で、アルミニウム単結晶膜３の融
点以下の酸化温度で、シリコン単結晶膜２ａの表面およ
びアルミニウム単結晶膜３の表面を酸化する。これによ
り、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）５およびアルミニウム
酸化膜（Ａｌ2 Ｏ3 ）４を形成する。Ａｌ2 Ｏ3 とＡｌ
とのピリングベッドワース（Pilling-Bedworth) 比は
１．２８である。このピリングベッドワース比は、膜の
緻密さの度合いを示すものである。ピリングベッドワー
ス比が１．２８であるということは、アルミニウム酸化
膜４が極めて緻密であることを意味する。このためアル
ミニウム酸化膜４の硬度は大きい。これにより、アルミ
ニウム酸化膜４はアルミニウム単結晶膜３の保護膜とし
ての役割を果たすことができる。
【００４３】上記のようにシリコン酸化膜５およびアル
ミニウム酸化膜４を形成した後、酸素原子で終端されて
いた部分のシリコン単結晶膜２ａ（シリコン酸化膜５下
に位置する部分）とシリコン酸化膜５とを除去する。具
体的には、硝酸（ＨＮＯ3 含有量７０％）とフッ化水素
酸（ＨＦ含有量５０％）とを体積比１０：１で混合した
エッチング液に、マスク全体を室温で浸漬する。このエ
ッチング液によってシリコン酸化膜５およびその下のシ
リコン単結晶膜２ａは溶解する。これに対して、アルミ
ニウム酸化膜４は、上記したエッチング液に難溶解性を
示すとともにその膜質が緻密であるため、上記したエッ
チング液によっては溶解しない。この結果、最終的に図
１に示したような所定のパターン形状を有するシリコン
単結晶膜２、アルミニウム単結晶膜３およびアルミニウ
ム酸化膜４が得られる。このようにして、第１実施例の
マスクが完成される。
【００４４】図１０は、図５に示した水素原子を酸素原
子に置換する工程の変形例を説明するための概略図であ
る。図１０を参照して、この変形例では、図５に示した
走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の代わりに、原子間力
顕微鏡（ＡＦＭ（Atomic Force Microscope)）を用い
る。このＡＦＭについては、たとえば Science・VOL. 2
57・25 SEPTEMBER 1992 pp.1900-1905に開示されてい
る。ＡＦＭは、板ばね状のカンチレバー（片持ちばり）
１６と、そのカンチレバー１６の先端に取付けられた探
針１５と、カンチレバー１６の変位量を検出するための
光位置検出器１７と、光位置検出器１７からの検出信号
に基づいて探針１５とシリコン単結晶膜２ａとの間の距
離を制御するためのフィードバック（Ｆ．Ｂ）回路８と
を含んでいる。また、シリコン単結晶膜２ａにはバイア
ス電圧が印加されている。
【００４５】このようなＡＦＭを用いて水素原子（Ｈ）
を酸素原子（Ｏ）に置換するためには、カンチレバー１
６および探針１５が導電性である必要がある。このた
め、この変形例では、金の蒸着薄膜を被覆した探針１５
およびカンチレバー１６または、シリコンなどの低抵抗
の半導体によって形成された探針１５およびカンチレバ
ー１６が用いられる。水素原子（Ｈ）を酸素原子（Ｏ）
に置換する方法としては、図５に示したＳＴＭの場合と
同様に、探針１５をＸＹ方向に走査する。そして、所定
のパターン領域以外の領域を走査するときに探針１５に
パルス電圧を印加する。このパルス電圧によって、探針
１５の先端近傍に存在する水素原子（Ｈ）が酸素原子に
置換される。これにより、図６に示したと同様の酸素原
子（Ｏ）のパターンが形成される。
【００４６】ここで、このＡＦＭを用いる方法では、原
子間力を用いてシリコン単結晶膜２ａと探針１５との距
離を一定値に制御するため、図５に示したＳＴＭのよう
にシリコン単結晶２ａと探針１１との間にトンネル電流
を流す必要がない。したがって、このＡＦＭによる方法
では、ＳＴＭの場合のようにシリコン単結晶膜２ａを流
れるトンネル電流が小さくなるのを防止するためにシリ
コン単結晶２ａの比抵抗を小さくする必要がない。この
ため、ＡＦＭを用いる方法では、ＳＴＭを用いる場合よ
りも大きい比抵抗のシリコン単結晶膜２ａを使用するこ
とができるという利点がある。
【００４７】上記した第１実施例のマスク１０では、マ
スク基板１上にシリコン（Ｓｉ）単結晶膜２を形成した
が、本発明はこれに限らず、ゲルマニウム（Ｇｅ）単結
晶膜を形成してもよい。また、この第１実施例のマスク
１０では、シリコン単結晶膜２上にアルミニウム単結晶
膜３を形成したが、本発明はこれに限らず、タングステ
ン（Ｗ）単結晶膜やガリウム（Ｇａ）単結晶膜などの単
結晶膜を形成してもよい。
【００４８】図１１は、本発明の第２実施例によるマス
ク２０を示した断面図である。図１１を参照して、この
第２実施例のマスク２０では、スピネル板またはサファ
イア板からなるマスク基板２１上に所定のパターン形状
を有するようにアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）
合金固溶体膜２２が形成されている。アルミニウム−シ
リコン合金固溶体膜２２上にはアルミニウム酸化膜２３
が形成されている。アルミニウム−シリコン合金固溶体
膜２２は２５０〜６００ｎｍの膜厚を有しており、アル
ミニウム酸化膜２３は５０〜１００ｎｍの厚みを有して
いる。
【００４９】アルミニウム−シリコン合金固溶体膜２２
は遮光膜としての役割を果たし、アルミニウム酸化膜２
３は保護膜としての役割を果たす。ここで、この第２実
施例の遮光膜を構成するアルミニウム−シリコン合金固
溶体膜２２は、第１実施例の遮光膜を構成するアルミニ
ウム単結晶膜３よりも硬度が大きい。このため、この第
２実施例では、マスクの使用時に遮光膜（アルミニウム
−シリコン合金固溶体膜）２２がより機械的損傷を受け
難いという利点がある。この結果、この第２実施例のマ
スクでは、第１実施例に比べてマスクの耐使用回数をよ
り向上させることができる。
【００５０】図１２は、図１１に示した第１実施例のマ
スクの製造方法の一例を説明するための断面図である。
図１２を参照して、次に第２実施例のマスクの製造プロ
セスの一例について説明する。
【００５１】まず、図２〜図９および図１を用いて説明
した第１実施例のマスクの製造プロセスと同様のプロセ
スを用いて、図１２に示すようにマスク基板２１上にシ
リコン単結晶膜２４、アルミニウム単結晶膜２５および
アルミニウム酸化膜２３を形成する。その後、５５０〜
５８０℃の温度条件下で１０〜２０分程度の熱処理を施
す。これにより、シリコン単結晶膜２４中のシリコン原
子をアルミニウム単結晶膜２５中に熱拡散させる。この
結果、図１１に示すようなアルミニウム−シリコン合金
固溶体膜２２が得られる。
【００５２】図１３〜図１５は、図１１に示した第２実
施例のマスクの製造プロセスの他の例を説明するための
断面図である。図１３〜図１５を参照して、次に第２実
施例のマスクの製造プロセスの他の例について説明す
る。
【００５３】まず、図２〜図８で説明した第１実施例の
マスクの製造プロセスと同様のプロセスを用いて、マス
ク基板２１上にシリコン単結晶膜２６およびアルミニウ
ム単結晶膜２７を形成する。この後、５５０〜５８０℃
の温度条件下で１０〜２０分程度熱処理を施すことによ
って、シリコン単結晶膜２６内のシリコン原子をアルミ
ニウム単結晶膜２７中に熱拡散させる。これにより図１
４に示されるようなアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓ
ｉ）合金固溶体膜２２が得られる。
【００５４】次に、図１５に示すように、図９で説明し
た第１実施例のマスクの製造プロセスと同様のプロセス
を用いて、シリコン単結晶膜２６の表面上およびアルミ
ニウム−シリコン合金固溶体膜２２の表面上にそれぞれ
シリコン酸化膜２８およびアルミニウム酸化膜２３を形
成する。この後、シリコン酸化膜２８とそのシリコン酸
化膜２８の下に位置するシリコン単結晶膜２６とをエッ
チングにより除去する。これにより、図１１に示した第
２実施例のマスクが形成される。
【００５５】上記した第２実施例のマスクの製造プロセ
スでは、第１実施例のマスクの製造プロセスと同様に、
ＳＴＭまたはＡＦＭを用いて水素原子のパターンを形成
し、さらにその水素原子のパターン上に有機金属気相成
長法を用いてアルミニウム単結晶膜を形成している。し
たがって、この第２実施例の製造プロセスにおいても、
第１実施例の製造プロセスと同様に、レジストを用いる
ことなく極めて微細な遮光膜の回路パターンを形成する
ことができる。
【００５６】
【発明の効果】以上のように、請求項１および２に記載
のパターン転写マスクによれば、半導体単結晶膜と金属
単結晶膜とによって遮光膜を構成する。単結晶膜は従来
用いられていた多結晶膜に比べて機械的強度を低下させ
る欠陥が少ないので、パターン転写マスクの使用時に遮
光膜に外力が加わったとしても、遮光膜の変形が起こり
難くなる。これにより、パターン転写マスクの耐使用回
数を向上させることができる。また、金属単結晶膜上の
金属酸化膜を、欠陥の少ない金属単結晶膜を酸化するこ
とによって形成すれば、硬度の大きい金属酸化膜を形成
することができる。これにより、金属酸化膜が金属単結
晶膜の保護膜としての役割を果たすことができ、パター
ン転写マスクの耐久性をより向上させることができる。
【００５７】請求項３に記載のパターン転写マスクによ
れば、半導体単結晶と金属単結晶との固溶体からなる合
金固溶体膜によって遮光膜を構成することにより、合金
固溶体膜は金属単結晶膜よりも硬度が大きいので、遮光
膜の変形がより起こり難くなる。これにより、パターン
転写マスクの耐使用回数をより向上させることができ
る。
【００５８】請求項４に記載のパターン転写マスクの製
造方法によれば、透明基板上に形成された半導体単結晶
膜の主表面を水素原子によって終端させ、その水素原子
の一部を酸素原子に置換することによって所定のパター
ン形状を有する水素原子のパターンを形成し、この水素
原子のパターン上に金属単結晶膜を形成することによっ
て、レジストを用いることなく極めて微細な金属単結晶
膜のパターンを形成することができる。そして、その金
属単結晶膜上に金属酸化膜を形成した後その金属酸化膜
によって覆われている部分以外の部分を除去すれば、半
導体単結晶膜と金属単結晶膜からなる極めて微細なパタ
ーンを有する遮光膜を形成することができる。
【００５９】請求項５に記載のパターン転写マスクの製
造方法によれば、透明基板上の半導体単結晶膜の主表面
を水素原子によって終端させ、その水素原子の一部を酸
素原子に置換することによって水素原子のパターンを形
成し、その水素原子のパターン上に金属単結晶膜を形成
し、熱処理を施すことによって半導体単結晶膜内の半導
体原子を金属単結晶膜中に熱拡散させて合金固溶体膜を
形成することによって、水素原子のパターンと同じパタ
ーン形状を有する極めて微細な合金固溶体膜（遮光膜）
を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるマスクを示した断面
図である。
【図２】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第１工程を説明するための断面図である。
【図３】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第２工程を説明するための断面図である。
【図４】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第３工程を説明するための断面図である。
【図５】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第４工程を説明するための断面図である。
【図６】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第５工程を説明するための断面図である。
【図７】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第６工程を説明するための断面図である。
【図８】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第７工程を説明するための断面図である。
【図９】図１に示した第１実施例のマスクの製造プロセ
スの第８工程を説明するための断面図である。
【図１０】図５に示した製造プロセスの変形例を説明す
るための概略図である。
【図１１】本発明の第２実施例によるマスクを示した断
面図である。
【図１２】図１１に示した第２実施例のマスクの製造プ
ロセスの一例を説明するための断面図である。
【図１３】図１１に示した第２実施例のマスクの製造プ
ロセスの他の例の第１工程を説明するための断面図であ
る。
【図１４】図１１に示した第２実施例のマスクの製造プ
ロセスの他の例の第２工程を説明するための断面図であ
る。
【図１５】図１１に示した第２実施例のマスクの製造プ
ロセスの他の例の第３工程を説明するための断面図であ
る。
【図１６】従来のマスクを示した断面図である。
【図１７】図１６に示した従来のマスクの製造プロセス
の第１工程を説明するための断面図である。
【図１８】図１６に示した従来のマスクの製造プロセス
の第２工程を説明するための断面図である。
【図１９】図１６に示した従来のマスクの製造プロセス
の第３工程を説明するための断面図である。
【図２０】図１６に示した従来のマスクの製造プロセス
の第４工程を説明するための断面図である。
【図２１】従来の提案されたマスクの製造方法を説明す
るための概略図である。
【符号の説明】
１：マスク基板 ２：シリコン単結晶膜 ３：アルミニウム単結晶膜 ４：アルミニウム酸化膜 １０：マスク ２２：合金固溶体膜 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西岡 直 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主表面を有する透明基板と、 前記透明基板の主表面上に所定のパターン形状を有する
    ように形成された半導体単結晶膜と、 前記半導体単結晶膜上に形成された金属単結晶膜と、 前記金属単結晶膜上に形成された金属酸化膜とを備え
    た、パターン転写マスク。
  2. 【請求項２】 前記半導体単結晶膜は、シリコン（Ｓ
    ｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）からなるグループより
    選ばれた１つの単結晶膜を含み、 前記金属単結晶膜は、アルミニウム（Ａｌ），タングス
    テン（Ｗ），ガリウム（Ｇａ）からなるグループより選
    ばれた１つの単結晶膜を含む、請求項１に記載のパター
    ン転写マスク。
  3. 【請求項３】 主表面を有する透明基板と、 前記透明基板の主表面上に所定のパターン形状を有する
    ように形成され、半導体単結晶と金属単結晶との固溶体
    からなる合金固溶体膜と、 前記合金固溶体膜上に形成された金属酸化膜とを備え
    た、パターン転写マスク。
  4. 【請求項４】 主表面を有する透明基板上に半導体単結
    晶膜を形成する工程と、 前記半導体単結晶膜の主表面を水素原子によって終端さ
    せる工程と、 前記半導体単結晶膜の主表面の水素原子の一部を酸素原
    子に置換することによって所定のパターン形状を有する
    水素原子のパターンを形成する工程と、 前記水素原子のパターン上に金属単結晶膜を形成する工
    程と、 前記金属単結晶膜上に金属酸化膜を形成する工程とを備
    えた、パターン転写マスクの製造方法。
  5. 【請求項５】 主表面を有する透明基板上に半導体単結
    晶膜を形成する工程と、 前記半導体単結晶膜の主表面を水素原子によって終端さ
    せる工程と、 前記半導体単結晶膜の主表面の水素原子の一部を酸素原
    子に置換することによって所定のパターン形状を有する
    水素原子のパターンを形成する工程と、 前記水素原子のパターン上に金属単結晶膜を形成する工
    程と、 前記金属単結晶膜上に金属酸化膜を形成する工程と、 熱処理を施すことによって前記半導体単結晶膜内の半導
    体原子を前記金属単結晶膜中に熱拡散させて合金固溶体
    膜を形成する工程とを備えた、パターン転写マスクの製
    造方法。
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