JP2011176218A - 基板処理方法、ｅｕｖマスクの製造方法、ｅｕｖマスクおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶマスクを製造する際のＥＵＶマスク裏面の汚染を防止する基板処理方法を提供すること。
【解決手段】ＥＵＶマスクの形成に用いられる基板１００として、一方の主面に導電性膜Ｍが形成されるとともに他方の主面に反射膜１およびレジストＲ１が塗布されたマスク基板を、レジストＲ１側から露光する露光ステップと、導電性膜Ｍの表面にＵＶ光を照射することによって導電性膜Ｍの表面を親水化処理する親水化ステップと、導電性膜Ｍの表面が親水化処理されたマスク基板に対しレジストＲ１，Ｒ２を現像処理する現像ステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理方法、ＥＵＶマスクの製造方法、ＥＵＶマスクおよび半導体装置の製造方法に関する。

従来、フォトマスクとしては、裏面がガラス（Ｑｚ）で構成された透過型マスクが用いられていた。Ｑｚは、その表面状態から有機系の物質は付着しにくく、裏面のパーティクル付着はほとんど問題にならかった。一方、ＥＵＶマスク（ＥＵＶ露光用マスク）は、反射型マスクであるので、露光工程は、ＥＵＶマスクを静電チャックした状態で行なう必要がある。このため、ＥＵＶマスクの裏面には導電性膜が形成されている。導電性膜には、有機系のパーティクルが付着しやすい材料が用いられる場合が多く、有機系のパーティクルが付着するとその後の洗浄工程で洗い落とすことが困難となる。そして、導電性膜に有機系のパーティクルが付着すると、ＥＵＶマスクの裏面を静電チャックした際にＥＵＶマスクが歪むので、露光されたウエハーパターンの寸法や位置が所望の値からずれてしまう。

また、ＥＵＶマスクを製造する際に、ＥＵＶマスクの裏面に膜が付くと、現像処理後に乾燥不良（液滴残り）が生じてしまう。そして、裏面に残った液に空気中のカーボンを含んだ不純物が付着し、結果としてＥＵＶマスク裏面を汚染してしまう。このように、ＥＵＶマスクにおいては表面のみならず裏面の汚染（パーティクルや液滴残り欠陥）に対しても対策が必要となっている。

例えば、特許文献１に記載のＥＵＶ露光用マスクブランクスは、高反射部となる多層膜を２種類の膜の積層とすることによって、欠陥の発生を抑えている。しかしながら、このＥＵＶ露光用マスクブランクスでは、ＥＵＶマスクを製造する際に発生するＥＵＶマスク裏面の汚染を防止することはできないという問題があった。

特開２００５−５７１６５号公報

本発明は、ＥＵＶマスクを製造する際のＥＵＶマスク裏面の汚染を防止する基板処理方法、ＥＵＶマスクの製造方法、ＥＵＶマスクおよび半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、ＥＵＶマスクの形成に用いられるマスク基板として、一方の主面に第１の親水性を有した第１の膜が形成されるとともに他方の主面にレジストが塗布されたマスク基板を、前記レジスト側から露光する露光ステップと、前記第１の膜の表面を親水化処理し、これにより前記第１の膜の表面を前記第１の親水性よりも大きな第２の親水性にする親水化ステップと、前記第１の膜の表面が第２の親水性に親水化処理されたマスク基板に対し前記レジストを現像処理する現像ステップと、を含むことを特徴とする基板処理方法が提供される。

本発明によれば、ＥＵＶマスクを製造する際のＥＵＶマスク裏面の汚染を防止することが可能になるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態に係るＥＵＶマスクの製造手順を示す図である。 図２は、ＥＵＶマスクの製造システムの構成を示す図である。 図３は、導電性膜へのＵＶ光の照射エネルギーと導電性膜の接触角との関係を示す図である。 図４は、導電性膜の接触角と導電性膜上の液滴残りの関係を示す図である。 図５は、ＵＶ照射方法の具体例を説明するための図である。 図６は、基板への酸化性液体による親水化処理手順を示している。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る基板処理方法、ＥＵＶマスクの製造方法、ＥＵＶマスクおよび半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る基板処理方法は、例えば、半導体製造工程（ウエハ工程、露光用マスク製造工程など）や液晶デバイス製造工程のパターン形成の際に用いられる。以下では、基板処理方法を、ＥＵＶ（Extreme Ultra-Violet）リソグラフィに用いられるＥＵＶマスクの製造処理に適用した場合について説明する。

図１は、第１の実施の形態に係るＥＵＶマスクの製造手順を示す図であり、図２は、ＥＵＶマスクの製造システムの構成を示す図である。ＥＵＶ（Extreme Ultra-Violet）マスク２００を製造する際には、ＥＵＶマスクブランクス（ＥＵＶ露光用マスクブランクス）を形成しておく。以下、後述するレジストＲ１が成膜されたＥＵＶマスクブランクスを基板（マスク基板）１００という。

ＥＵＶマスクの製造システムは、電子ビーム描画装置５１、ＰＥＢ装置５２、ＵＶ光照射装置（ＵＶ照射ユニット）５３、現像装置（現像処理ユニット）５４、乾燥装置５５を備えている。電子ビーム描画装置５１は、ＥＢ（電子ビーム）によって基板１００に露光光を照射する装置である。ＰＥＢ装置５２は、露光された基板１００を加熱（ＰＥＢ：Post Exposure Baking）する装置であり、現像装置（現像処理ユニット）５４は、基板１００の現像を行う装置である。ＵＶ光照射装置（ＵＶ照射ユニット）５３は、基板１００への親水化を行なう装置であり、基板１００の裏面にＵＶ光を照射するＵＶ光源３１を有している。乾燥装置５５は、現像後の基板１００を乾燥する装置である。基板１００は、レジストＲ１が塗布された後、電子ビーム描画装置５１、ＰＥＢ装置５２、ＵＶ光照射装置５３、現像装置５４、乾燥装置５５の順番で各装置内に搬入され、各装置内での処理が行われる。

ＥＵＶマスクブランクス（レジストＲ１が塗布される前の基板１００）は、低熱膨張性を有したガラス基板Ｑｚを含んで構成されており、ガラス基板Ｑｚの裏面側（下面）には導電性膜Ｍ（裏面膜）が成膜されている。また、ガラス基板Ｑｚの表面側（上面）には遮光膜（図示せず）や反射膜１が形成されている。

ＥＵＶマスクブランクスの表側の面は、ＥＵＶマスクを用いてＥＵＶ露光を行なう際にＥＵＶ光が照射される側の面である。反射膜１は、ＥＵＶ露光を行なう際にＥＵＶ光が照射されてウエハ側に反射する膜である。

また、ＥＵＶマスクブランクスの裏側の面は、ＥＵＶマスクを用いてＥＵＶ露光を行なう際に静電チャックされる側の面である。導電性膜Ｍは、ＥＵＶ露光を行なう際に後述のＥＵＶ露光装置６１によって静電チャックされる。導電性膜Ｍは、例えばクロム（Ｃｒ）などの金属を含む膜であり、親水性の大きくない膜である。

図１の（ａ）に示すように、ＥＵＶマスク２００を作製するには、反射膜１の上面側に例えばポジ型の化学増幅型レジストＲ１を成膜しておく。これにより、ＥＵＶマスク２００の製造に用いる基板１００には、表面に感光性薄膜を含む被加工膜を形成しておき、裏面に導電性を持つ薄膜を形成しておく。

反射膜１の上面側にレジストＲ１を成膜した後、図１の（ｂ）に示すように、レジストＲ１上から、マスクパターンの形成位置に応じた位置にＥＢなどの露光光が電子ビーム描画装置５１によって照射される。これにより、レジストＲ１への露光が行なわれ、レジストＲ１内のマスクパターンの形成位置に応じた位置に潜像が形成される。

そして、図１の（ｃ）に示すように、ＰＥＢ装置５２によって基板１００の加熱（ＰＥＢ）が行なわれる。これにより、レジストＲ１の感光剤が拡散する。そして、レジストＲ１のうち、露光光が照射されなかった箇所（マスクパターンの形成される位置）は、現像液に対してほとんど溶解しない。一方、露光光が照射された箇所（マスクパターンの形成されない位置）は、現像液に対して溶解する。図１の（ｃ）では、現像液に対して不溶化したレジスト領域をレジストＲ１で示し、不溶化していないレジスト領域をレジストＲ２で示している。

この後、図１の（ｄ）に示すように、基板処理の１つとして、基板１００の裏面側である導電性膜Ｍに、ＵＶ光照射装置５３のＵＶ光源３１からＵＶ光が照射される。換言すると、ＰＥＢ処理後から現像処理が開始されるまでの間に、基板１００の裏面側にＵＶ光が照射される。これにより、オゾン（Ｏ₃）が発生する。そして、発生したオゾンが導電性膜Ｍの表面を酸化し、その結果、導電性膜Ｍの表面の親水性が増す。導電性膜ＭにＵＶ光を照射する際には、基板１００の表面におけるパターン寸法や欠陥に影響が出ないような構成やプロセス条件を選択しておく。

ＵＶ光の照射によって導電性膜Ｍの親水性を増大させた後は、基板１００を直ちに現像装置５４へ搬入する。そして、図１の（ｅ）に示すように、現像装置５４で基板１００の現像処理が行われる。具体的には、基板１００の表面側から基板１００の表面全面に現像液２１が供給（滴下または噴霧）される。これにより、レジストＲ２が基板１００上から除去されるとともに、レジストＲ１が基板１００上に残り、基板１００上にレジストパターンが形成される。また、裏面リンス処理として、基板１００の裏面側から基板１００の裏面全面に純水などのリンス液２２がかけられる。これにより、基板１００の裏面が洗浄される。

本実施の形態では、導電性膜Ｍを親水化処理しているので、基板１００への現像処理の際に、現像液２１が導電性膜Ｍ側に回り込んでも、リンス処理を行えば現像液２１が導電性膜Ｍ上に残りにくい。また、基板１００にリンス液２２がかけられた後もリンス液２２が導電性膜Ｍ上に残りにくい。

なお、基板１００の表面に塗布されたレジストＲ１を現像する前に、基板１００の処理温度を一定にするため、純水などの基板１００に反応しない液体で基板１００にプリウエットを行っておくことが望ましい。ＵＶ照射による基板１００の温度変化が小さい場合には、プリウエットを省略してもよい。

また、ＵＶ照射後に長い時間が経ってしまうと、基板１００の周辺雰囲気中のカーボンコンタミが基板１００の裏面に発生し、親水化効果が時間の経過と共に薄れていく。このため、５分以内に基板１００の現像処理を開始させることが望ましい。

この後、図１の（ｆ）に示すように、乾燥装置５５によって基板１００の乾燥が行なわれる。乾燥装置５５は、基板１００を主面と平行な面内で回転させながら基板１００の乾燥を行なう。これにより、ＥＵＶマスク２００が完成する。ＥＵＶマスク２００が完成した後、ＥＵＶ露光装置６１にＥＵＶマスク２００が搬入されて、ウエハへのＥＵＶ露光処理が行われる。

このように、本実施の形態では、一方の主面に第１の親水性を有した導電性膜Ｍ（第１の膜）が形成されるとともに他方の主面にレジストＲ１が塗布された基板１００を現像する前に、導電性膜Ｍの表面を酸化することによって導電性膜Ｍの表面を親水化処理している。これにより、導電性膜Ｍの表面を第１の親水性よりも大きな第２の親水性にする親水化している。そして、導電性膜Ｍを親水化処理した後に、基板１００への現像処理が行われる。

換言すると、本実施の形態では、基板１００への最初の液体処理である現像処理（裏面リンス、乾燥）を行う前（例えば直前）に、導電性膜Ｍの親水化を図っている。このため、基板１００への現像処理の際に導電性膜Ｍに付着するパーティクルや基板１００の乾燥時に発生する液滴残り欠陥などを防止することが可能となる。したがって、導電性膜Ｍの汚染を防止することが可能となる。

なお、導電性膜Ｍの親水化処理は、基板１００への最初の液体処理の前であれば、何れの工程の前に行なってもよい。導電性膜Ｍの親水化処理から基板１００への現像工程までに所定時間以上を要する場合には、導電性膜Ｍの親水性が劣化しないよう、現像工程まで基板１００の周辺雰囲気を管理しておく。

ここで、導電性膜ＭへのＵＶ光の照射エネルギーと導電性膜Ｍの接触角との関係、導電性膜Ｍの接触角と導電性膜Ｍ上の液滴残りの関係について説明する。図３は、導電性膜へのＵＶ光の照射エネルギーと導電性膜の接触角との関係を示す図である。また、図４は、導電性膜の接触角と導電性膜上の液滴残りの関係を示す図である。図３では、横軸が導電性膜ＭへのＵＶ光の照射エネルギーであり、縦軸が導電性膜Ｍの接触角である。また、図４では、横軸が導電性膜Ｍの接触角であり、縦軸が導電性膜Ｍ上の液滴残り数（液滴個数）である。図４に示す関係は、ｙ＝２６．５８７ｘ−１．７１９７、Ｒ²＝０．９９８８である。

導電性膜Ｍの接触角は、導電性膜Ｍ上の液滴（例えば、リンス液２２）が導電性膜Ｍの膜表面となす角度であり、親水性が高いほど接触角は小さくなる。図３に示すように、大凡１００ｍＪの照射エネルギーでＵＶ光を導電性膜Ｍに照射すると、接触角は５度以下でほぼ一定の値を取ることがわかる。また、図４に示すように、接触角が５度以下の場合には、液滴個数が少数（５０個以下）となる。このため、接触角が余裕を持って大凡５度以下となる処理時間にて導電性膜ＭへのＵＶ照射を行うことで、液滴残りの欠陥数を低減させることができる。

例えば、液滴個数の許容値を予め設定しておく。そして、この許容値を満たすことができる接触角を、図４に示した関係に基づいて導出する。さらに、図４に示した関係に基づいて算出した接触角を確保できる照射エネルギーを図３に示した関係に基づいて導出する。これにより、液滴残りの欠陥数を所望値（許容値）以下に低減させることができる。

つぎに、ＵＶ照射方法の具体例について説明する。図５は、ＵＶ照射方法の具体例を説明するための図である。基板１００の裏面側からＵＶ照射を行う際には、ＵＶ光が基板１００の表面のレジストＲ１，Ｒ２に到達しないようにＵＶ照射を行うことが望ましい。そのため、例えば、図５の（ａ）に示すように、ＵＶ光源３１と導電性膜Ｍとの間にＵＶ光の拡散を防止するためのライトガイド３２をＵＶ光照射装置５３内に配置しておく。ライトガイド３２は、ＵＶ光源３１と導電性膜Ｍとの間の隙間を塞ぐことができるよう、筒状をなしている（円柱形、角柱形含）。また、ライトガイド３２は、例えばＵＶ光波長領域における吸収の小さい素材、あるいは多少の吸収があっても熱膨張率の小さい素材（低熱膨張石英ガラス）などで構成しておく。これにより、ＵＶ光源３１から出射されたＵＶ光が、レジストＲ１，Ｒ２に到達してしまうことを防止できる。また、導電性膜Ｍの裏面に照射されるＵＶ光の照射量は、導電性膜Ｍの面内で均一となる。

また、図５の（ｂ）に示すように、ＵＶ光源３１と導電性膜Ｍとの間にＵＶ光の拡散を防止するためのＵＶ遮蔽板３３をＵＶ光照射装置５３内に配置してもよい。ＵＶ遮蔽板３３は、ＵＶ光源３１と導電性膜Ｍとの間の隙間を塞ぐことができるよう、筒状をなしている。また、ＵＶ遮蔽板３３は、ＵＶ光の漏れを防ぐことができる部材で構成しておく。これにより、ＵＶ光源３１から出射されたＵＶ光やＵＶ光によって生成されたオゾンが、レジストＲ１，Ｒ２に到達してしまうことを防止できる。

また、図５の（ｃ）に示すように、基板１００の上面側でレジストＲ１，Ｒ２の表面を覆う被覆部材３４（例えば板状の構造物）をＵＶ光照射装置５３内に配置してもよい。被覆部材３４は、基板１００の主面に対して平行で且つ基板１００の表面に極近接するよう配置しておく。これにより、ＵＶ光源３１から出射されたＵＶ光が、レジストＲ１，Ｒ２に到達してしまうことを防止できる。

また、ＵＶ光源３１を分割して配置してもよい。例えば、複数のＵＶ光源３１をＵＶ光照射装置５３内に配置しておき、複数のＵＶ光源３１を用いて導電性膜ＭにＵＶ光を照射する。これにより、導電性膜Ｍの裏面に照射されるＵＶ光の照射量は、導電性膜Ｍの面内で均一となる。

また、上述したＵＶ照射方法を組み合わせて基板１００へのＵＶ照射を行なってもよい。なお、上述したＵＶ照射方法を用いることなく、ＵＶ光源３１から導電性膜Ｍに直接ＵＶ光を照射してもよい。

ＥＵＶマスク２００が完成すると、ウエハプロセスにＥＵＶマスク２００を用いて半導体装置（半導体集積回路）が製造される。具体的には、ＥＵＶ露光装置６１がＥＵＶマスク２００を用いてウエハへの露光処理を行い、その後、ウエハの現像処理、エッチング処理を行う。換言すると、リソグラフィ工程で転写により形成したレジストパターンでマスク材を加工し、さらにパターンニングされたマスク材を使用して被加工膜をエッチングによりパターンニングする。ＥＵＶマスク２００は、半導体装置を製造する際のレイヤ毎に作製される。そして、半導体装置を製造する際には、各レイヤに応じて作製されたＥＵＶマスク２００を用いて、レイヤ毎にウエハへの露光処理、現像処理、エッチング処理が繰り返される。

なお、本実施の形態では、ＥＵＶマスクの製造システムが、ＰＥＢ装置５２、ＵＶ光照射装置５３、現像装置５４、乾燥装置５５を備えている場合について説明したが、これらの装置は、それぞれ別々の装置であってもよいし、１つの装置内に各装置を有する構成としてもよい。

このように第１の実施の形態によれば、現像処理工程前に、導電性膜Ｍを親水化させているので、ＥＵＶマスク２００を製造する際のＥＵＶマスク裏面の汚染を防止することが可能になる。また、導電性膜Ｍの接触角を５度以下にしているので、液滴残り欠陥数を低減させることが可能となる。これにより、現像工程後に行われるＥＵＶマスク２００の裏面検査のＴＡＴを短縮することが可能となる。また、液滴残り欠陥数が減少するので、本来除去しなければならなかったパーティクルのレビュー等も容易になる。このため、導電性膜Ｍに付着したパーティクルの除去（洗浄、修正）も容易になる。したがって、ＥＵＶマスク２００の生産コストを低減させ、スループットを向上させることが可能となる。

また、導電性膜Ｍの親水化処理を現像処理の直前に行なっているので、導電性膜Ｍの親水性が劣化する前に、基板１００の現像を行なうことが可能となる。したがって、効率良くＥＵＶマスク裏面の汚染を防止することが可能になる。

また、ライトガイド３２、ＵＶ遮蔽板３３、被覆部材３４などをＵＶ光照射装置５３内に配置しているので、基板１００の表面側へのパーティクル付着や液滴残りを効率良く防止できる。

（第２の実施の形態）
つぎに、図６を用いてこの発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、基板１００への現像処理を行う前に、ＵＶ照射の代わりに酸化作用のある液体（後述の酸化性液体２３）を用いて導電性膜Ｍを親水化しておく。

マスクブランクスには、第１の実施の形態と同様に、その表面上に遮光膜や反射膜１が形成されている。また、マスクブランクスの裏面には導電性膜Ｍが成膜されている。そして、ＥＵＶマスク２００を製造する際には、反射膜１の上面側にレジストＲ１が塗布された基板１００を電子ビーム描画装置５１にて露光した後、基板１００へのＰＥＢを行なって、レジストＲ１中に潜像を形成する。

本実施の形態では、基板１００に対し、ＰＥＢ処理後から現像処理における乾燥工程が開始されるまでの間に、酸化性を有する酸化性液体２３で基板１００の裏面側（導電性膜Ｍ）のみに親水化処理（裏面処理）を行う。

図６は、第２の実施の形態に係るＥＵＶマスクの製造手順を示す図であり、基板への酸化性液体による親水化処理手順を示している。図６では、基板１００への親水化処理手順として、基板１００への裏面処理と現像の処理順序を示している。

例えば、図６の（ａ）に示すように、基板１００の現像（現像液２１の供給）と基板１００への裏面処理（酸化性液体２３の供給）とを同時に行なう。このとき、現像液２１が基板１００の裏面に回りこんでしまう前に裏面処理によって基板１００の裏面を酸化性液体２３で満たすことができるよう、現像開始タイミングや裏面処理の開始タイミング、現像液２１や酸化性液体２３の塗布量などを調整してもよい。

また、図６の（ｂ）に示すように、基板１００への裏面処理を行った後に、基板１００への現像を行なってもよい。この場合、基板１００への裏面処理として基板１００の裏面を酸化性液２３で満たした後、基板１００の現像処理と基板１００の裏面リンスが行われる。基板１００の裏面リンスは、酸化性液体２３によって行なってもよいし、純水などのリンス液２２によって行なってもよい。

基板１００の現像処理中は、裏面への現像液の回り込みがあったり、裏面リンスを行なったりするので、現像処理中のＵＶ照射による親水化は効果が小さくなる。また、ユニット製作上の困難度は非常に高く現実的でない。一方、本実施の形態では、酸化性液体２３を基板１００の裏面のみに供給しているので、親水化理と現像処理開始とを同時に行うことができる。

酸化性液体２３（薬液）としては、例えばオゾン水、硫酸、過酸化水素水、硝酸などを用いる。なお、基板１００への酸化性液体による裏面処理は、基板１００への最初の液体処理の前であれば、何れの工程の前に行なってもよい。

このように第２の実施の形態によれば、現像処理工程前に、酸化性液体２３で導電性膜Ｍを親水化させているので、ＥＵＶマスク２００を製造する際のＥＵＶマスク裏面の汚染を防止することが可能になる。

１ 反射膜、２１ 現像液、２２ リンス液、２３ 酸化性液体、３１ ＵＶ光源、５１ 電子ビーム描画装置、５２ ＰＥＢ装置、５３ ＵＶ光照射装置、５４ 現像装置、５５ 乾燥装置、１００ 基板、２００ ＥＵＶマスク、Ｍ 導電性膜、Ｑｚ ガラス基板、Ｒ１，Ｒ２ レジスト。

Claims (8)

1. ＥＵＶマスクの形成に用いられるマスク基板として、一方の主面に第１の親水性を有した第１の膜が形成されるとともに他方の主面にレジストが塗布されたマスク基板を、前記レジスト側から露光する露光ステップと、
   前記第１の膜の表面を親水化処理し、これにより前記第１の膜の表面を前記第１の親水性よりも大きな第２の親水性にする親水化ステップと、
   前記第１の膜の表面が第２の親水性に親水化処理されたマスク基板に対し前記レジストを現像処理する現像ステップと、
   を含むことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記親水化ステップは、前記第１の膜の表面にＵＶ光を照射することによって前記第１の膜の表面を第２の親水性に親水化処理することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記親水化ステップは、前記第１の膜の表面に酸化性液体を供給することによって前記第１の膜の表面を第２の親水性に親水化処理することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
4. 前記現像処理の際に行われる前記レジストへの現像液の供給は、前記親水化処理の際に行われる前記第１の膜の表面への酸化性液体の供給と同時に行なわれることを特徴とする請求項３に記載の基板処理方法。
5. 前記親水化ステップは、前記第１の膜の表面のリンス液に対する接触角が５度以下となるよう前記第１の膜の表面を第２の親水性に親水化処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板処理方法。
6. 請求項１乃至５に記載の基板処理方法によって製造されることを特徴とするＥＵＶマスクの製造方法。
7. 請求項６に記載のＥＵＶマスクの製造方法によって製造されたことを特徴とするＥＵＶマスク。
8. 請求項７に記載のＥＵＶマスクを用いてウエハへのＥＵＶ露光を行なうＥＵＶ露光ステップを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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