JP6111059B2 - 基板冷却装置及びマスクブランクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトマスク等を製造するために用いられる基板冷却装置、及びそれを用いたマスクブランクの製造方法に関する。

半導体デバイス等の微細配線構造を有する装置を製造するために、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスが用いられている。フォトマスクは、基板上に所定の薄膜を形成したマスクブランクに描画パターンを形成することにより、製造される。マスクブランクの製造過程では、レジスト層形成後のベイク後に、高温になったマスクブランクを冷却する工程が含まれる。また、応力低減などを目的としたアニール処理も実施されるケースがあり、アニールの後にもマスクブランクを冷却する工程が実施される。

マスクブランクを冷却するための装置として、例えば、特許文献１には、半導体及び液晶パネル用のフォトマスク、又は半導体及び液晶パネル等の基板を冷却する冷却装置であって、基板載置手段と緩衝板を備えた気体ノズルと被処理基板に平行に配設した整流板とからなることを特徴とした基板冷却装置が開示されている。

特開０７−１５３６７８号公報

マスクブランクを製造する際の冷却工程において使用される冷却装置では、一般的に、裏面側を冷却プレートに配置し、低温の冷却プレートにより冷却する方式が採用されている。マスクブランクの基板材料には一般にガラスが用いられているが、冷却プレートのみからの冷却によると、ガラスの熱伝導性の悪さから室温まで下がり切るまでに時間がかかる。このため、特許文献１に記載されている基板冷却装置のように、上部から基板に対して窒素ガスを吹き付け、上部からの空冷で基板を冷却する方法が検討されている。

基板を空冷で冷却する場合、基板表面の外周部分が冷却されやすく、基板表面の中心部分が冷却されにくいため、基板表面に温度分布が生じることがある。近年、マスクブランクに形成される描画パターンの細密化により、高感度のレジストが用いられるようになっている。高感度なレジストは、冷却工程中、基板表面に温度分布が生じると、描画パターンの形成時の現像感度も、基板表面内で分布が生じる（すなわち、現像感度が均一でない）という現象が起きる恐れがある。

そこで、本発明は、基板の冷却効率を上昇させるとともに、冷却工程において、基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま基板を冷却することのできる基板冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。本発明は、下記の構成１〜１２であることを特徴とする基板冷却装置、及び下記の構成１３であることを特徴とするマスクブランクの製造方法である。

（構成１）
本発明の構成１は、基板と接触して、前記基板を冷却するための冷却面を有する冷却プレートと、前記冷却プレートの前記冷却面に対向して配置される冷媒ガス冷却ユニットとを含む基板冷却装置であって、前記冷媒ガス冷却ユニットが、冷媒となる冷媒ガスを一時的に貯留する冷媒ガスチャージ空間と、前記冷媒ガスチャージ空間に前記冷媒ガスを供給する冷媒ガス供給口と、前記冷却プレートに対向する前記冷媒ガス冷却ユニットの表面の少なくとも一部に形成された、前記冷媒ガスチャージ空間まで貫通する複数の貫通孔と、を備えることを特徴とする、基板冷却装置である。

本発明の基板冷却装置により、基板の冷却効率を上昇させるとともに、冷却工程において基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま基板を冷却することのできる基板冷却装置を得ることができる。

（構成２）
本発明の構成２は、前記貫通孔の配置が、あらかじめ取得した前記基板の温度分布状況に応じて、より温度の高い前記基板に対応する部分に、より大きな流量の前記冷媒ガスを供給するように形成されることを特徴とする、構成１に記載の基板冷却装置である。

貫通孔の配置が、あらかじめ取得した基板の温度分布状況に応じて、より温度の高い基板に対応する部分に、より大きな流量の冷媒ガスを供給するように形成されることにより、より温度の高い基板に対応する部分に、より大きな流量の冷媒ガスを供給するようにすることができる。この結果、基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま、基板を冷却することができる。

（構成３）
本発明の構成３は、前記基板が、矩形であり、前記冷媒ガス冷却ユニットが、前記冷却プレートの前記冷却面に配置される前記基板の位置に対応する基板対応矩形領域を有し、前記基板対応矩形領域の少なくとも一部のみに、前記貫通孔が配置される貫通孔配置領域を有することを特徴とする、構成１又は２に記載の基板冷却装置である。基板が、一般的なマスクブランクの形状である矩形である場合、貫通孔が、基板対応矩形領域の少なくとも一部のみに配置されることにより、基板の冷却を効率良く行うことができる。

（構成４）
本発明の構成４は、前記貫通孔配置領域の外側境界が、前記基板対応矩形領域の周囲の各辺から、それぞれの辺に垂直の辺の長さの０．０５〜０．３倍の距離だけ内側にあることを特徴とする、構成３に記載の基板冷却装置である。

基板の中心部の温度は、基板表面の周辺部と比べて、一般的に高い。そのため、基板の冷却効率を向上するためには、貫通孔を、基板表面の所定の距離だけ内側に多く配置することが好ましい。

（構成５）
本発明の構成５は、前記貫通孔配置領域が、前記基板対応矩形領域の頂点、前記頂点から伸びる一つの辺の上の点であって、前記頂点から前記一つの辺の長さの０．１〜０．５倍の距離の点、及び前記頂点から伸びる他方の辺の上の点であって、前記頂点から前記他方の辺の長さの０．１〜０．５倍の距離の点で囲まれる三角形を除く領域であることを特徴とする、構成３又は４に記載の基板冷却装置である。

基板の頂点及びその近傍は、冷却速度が大きくなるため、基板表面の全体にわたって均一な冷却速度を保つためには、基板の頂点及びその近傍には貫通孔を配置しないことにより、基板の頂点及びその近傍での冷却速度を遅くすることが必要である。したがって、貫通孔配置領域を、上述の所定の三角形を除く領域とすることが好ましい。

（構成６）
本発明の構成６は、前記貫通孔が、前記貫通孔配置領域の全体にわたり、略等間隔で配置される、構成３〜５のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。貫通孔が略等間隔で規則的に配置されることにより、特定の貫通孔から大量に吹きだされる現象を抑制することができる。

（構成７）
本発明の構成７は、前記貫通孔の各々の断面積が、０．１８ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることを特徴とする、構成１〜６のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。貫通孔の各々の断面積が所定の範囲であることにより、各貫通孔から吐出する冷媒ガスの圧力をほぼ均一にすることができる。この結果、基板の面内の温度分布を均一にすることができる。

（構成８）
本発明の構成８は、前記貫通孔の断面積の合計が、前記基板の面積に対して０．３％以上２０％以下であることを特徴とする、構成１〜７のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。基板の面積に対する貫通孔の断面積の合計が所定の範囲であることにより、各貫通孔から吐出する冷媒ガスの圧力をほぼ均一にすることができる。この結果、基板の面内の温度分布を均一にすることができる。

（構成９）
本発明の構成９は、一つの前記貫通孔から吐出する前記冷媒ガスの流量が、１ｍＬ／分以上３０ｍＬ／分以下であることを特徴とする、構成１〜８のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。一つの貫通孔から吐出する冷媒ガスの流量が、上述の範囲であることにより、適正な冷媒ガスの消費量により速やかな基板の冷却を行うことができる。

（構成１０）
本発明の構成１０は、前記冷媒ガスが、窒素、空気及びアルゴンから選択される少なくとも１種の気体であることを特徴とする、構成１〜９のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。冷却効率を向上して均一に基板表面を冷却するためには、冷媒ガスとして、窒素、空気及びアルゴンから選択される少なくとも１種の気体であることが好ましい。

（構成１１）
本発明の構成１１は、前記冷媒ガス供給口が、前記貫通孔が形成されていない領域の方向へ前記冷媒ガスを放出するように構成されることを特徴とする、構成１〜１０のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。

ガス供給口が冷媒ガスチャージ空間の壁面に形成された貫通孔に向いていると、ガス供給口からの流れで特定の貫通孔からガスが流出してしまい、冷媒ガスチャージ空間内に冷媒ガスを一時的に貯留することが困難になる。冷媒ガス供給口を所定の方向に冷媒ガスを放出するように構成することにより、複数の貫通孔から吐出するガスを、ほぼ均等な流量で基板に供給することができる。

（構成１２）
本発明の構成１２は、前記基板が、マスクブランク用基板であることを特徴とする、構成１〜１１のいずれか１項に記載の基板冷却装置である。本発明の基板冷却装置を用いるならば、高感度なレジストを用いる場合であっても、マスクブランク用基板に対して均一な現像感度のレジスト層を形成することができる。

（構成１３）
本発明の構成１３は、構成１〜１２のいずれか１項に記載の基板冷却装置を用いるマスクブランクの製造方法であって、前記基板の表面に形成された薄膜の上面に、レジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層が形成された前記基板をアニール処理するアニール処理工程と、前記基板冷却装置の前記冷却プレートの前記冷却面に前記基板を配置して、前記冷却プレート及び前記冷媒ガス冷却ユニットの前記貫通孔から供給される前記冷媒ガスによって、アニール処理後の前記基板を冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする、マスクブランクの製造方法である。

本発明のマスクブランクの製造方法において、本発明の基板冷却装置を用いることにより、基板の冷却効率が上昇するとともに、冷却工程において基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま基板を冷却することができる。この結果、マスクブランク用基板に対して均一な現像感度のレジスト層を形成することができる。

本発明により、基板の冷却効率を上昇させるとともに、冷却工程において、基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま基板を冷却することのできる基板冷却装置を得ることができる。また、本発明の基板冷却装置を用いることにより、マスクブランク用基板に対して均一な現像感度のレジスト層を形成することができる。

本発明の一実施形態の基板冷却装置の斜視模式図である。 本発明の一実施形態の基板冷却装置の分解斜視模式図である。 本発明の一実施形態の冷媒ガス冷却ユニットの、冷却プレートに向かい合う面の平面模式図である。 図１におけるＩＶ−ＩＶ線の断面模式図である。 冷媒ガス供給口と、冷媒ガス冷却ユニットの表面の貫通孔が形成されている領域との位置関係の一例を示す模式図であり、矢印は冷媒ガス供給口からの冷媒ガスの放出方向を示す。 冷却時間に対する基板表面の平均温度Ｌ１（左軸）、及び測定時における基板上の最高温度と最低温度との温度差Ｌ２（右軸）を示す図である。

本発明の基板冷却装置１は、特に、フォトマスクを製造するために用いられる基板冷却装置１である。フォトマスクを製造する際には、レジスト層形成後のベイク及び応力低減などを目的としたアニール処理など、フォトマスクを製造するための基板を、ホットプレートなどの加熱装置を用いて、高温、例えば１００〜１４０℃の温度にする工程が実施される。フォトマスクの製造のスループットを向上するためには、高温となった基板を、均一の面内温度分布を保ったまま、短時間で冷却することが必要である。

本発明者らは、その目的のため、鋭意努力した結果、所定の冷媒ガスチャージ空間２９を有する冷媒ガス冷却ユニット２０を用いることにより、高温となった基板を、均一の面内温度分布を保ったまま、短時間で冷却することができることを見出し、本発明に至った。さらに、本発明者らは、冷却プレート１０に対向する冷媒ガス冷却ユニット２０の表面に形成され、冷媒ガスチャージ空間２９まで貫通する複数の貫通孔３１を、所定の大きさ及び配置とすることにより、より均一の面内温度分布を保ったまま、高温となった基板を短時間で冷却することができることを見出した。

本発明の基板冷却装置１の構成について、マスクブランクを冷却する場合を例に、図面を参照して具体的に説明する。マスクブランクは、基板に所定の薄膜を形成したものである。そのため、本明細書では、マスクブランクの冷却と、基板の冷却とは同義である。図１〜５に、本発明の基板冷却装置１の実施形態の一例を示す。図１は、本実施形態の基板冷却装置１の斜視図である。図２は、本実施形態の基板冷却装置１の分解斜視模式図である。図３は本実施形態の基板冷却装置１の冷媒ガス冷却ユニット２０の冷却プレート１０に向かい合う面の平面模式図である。図４は、図１におけるＩＶ−ＩＶ線の断面模式図である。図５は、冷媒ガス供給口と、冷媒ガス冷却ユニット２０の表面の貫通孔３１が形成されている領域との位置関係の一例を示す模式図である。

図１、図２及び図４に示すように、本発明の基板冷却装置１は、基板と接触して、基板を冷却するための冷却面を有する冷却プレート１０と、冷却プレート１０の冷却面に対向して配置される冷媒ガス冷却ユニット２０とを含む。

冷却プレート１０は、上面の決められた位置にマスクブランク２（仮想線）の裏面を配置するように構成されている。なお、マスクブランク２は表面が非常に滑らかな平面であるため、冷却プレート１０の上面に直接置くと冷却プレート１０に強く密着するという不都合が生じる恐れがある。このため、冷却プレート１０の上面には、マスクブランク２とわずかに離間できるように、図示しないスペーサーを設置することが好ましい。

図４に示すように、冷却プレート１０の内部のスペースには冷却水１２が供給されており、冷却水１２によりプレート１０の表面は常に冷やされた状態を保つことができる。冷却水１２の温度は、冷却する基板の目的に応じて適宜選択することができる。例えば、マスクブランク２の表面にレジスト層を形成する場合には、基板の温度を１００〜１４０℃にする工程の後に、常温の水、具体的には、１〜３０℃、好ましくは５〜２５℃、より好ましくは１５〜２５℃の水を用いて冷却することができる。冷却水１２として水道水を用いることもできる。
また、冷却水は恒温槽を使用して、たとえば２４℃に恒温管理した水を循環させて使用することもできる。

冷却プレート１０の上面は、冷媒ガス冷却ユニット２０と対向するように配置される。メンテナンスのために、冷媒ガス冷却ユニット２０は取り外しが可能な構造とすることができる。その場合、冷却工程において冷却プレート１０の適正位置に配置して固定するために、図１及び２に示すような係止部２５、２６、２７、２８と、係合可能な係止溝１５、１６、１７、１８とを冷媒ガス冷却ユニット２０に設けることができる。係止部２５、２６、２７、２８は冷却プレート１０上の係止溝１５、１６、１７、１８に填まる。係止部２５、２６、２７、２８は、冷却対象のマスクブランク２と、冷媒ガス冷却ユニット２０との間隔Ｈ（図４参照）、及びマスクブランク２の裏面と、冷却プレート１０との間隔Ｌ（図４参照）を所定の長さで確保できるように形成することができる。この結果、冷却プレート１０と冷媒ガス冷却ユニット２０との相対的配置を所定の配置とすることができる。なお、係止部２５、２６、２７、２８は、冷却プレート１０に取り付けることもできる。その場合には、冷媒ガス冷却ユニット２０に係止部２５、２６、２７、２８を配置することができる。

本発明の基板冷却装置１では、冷媒ガス冷却ユニット２０が、冷媒となる冷媒ガスを一時的に貯留する冷媒ガスチャージ空間２９と、冷媒ガスチャージ空間２９に冷媒ガスを供給する冷媒ガス供給口と、冷却プレート１０に対向する冷媒ガス冷却ユニット２０の表面の少なくとも一部に形成された、冷媒ガスチャージ空間２９まで貫通する複数の貫通孔３１とを備える。

冷媒ガス冷却ユニット２０は、内部に冷媒ガスチャージ空間２９が形成された中空形状であり、上面にガス管４１、４２、４３、４４を差し込む孔部２１、２２、２３、２４を設けることができる。冷媒ガス冷却ユニット２０は、金属製、例えばステンレス製であることができる。図４に示すように、冷媒ガスチャージ空間２９の孔部２１、２２、２３、２４には、冷媒ガス、例えば空気又は窒素ガス等が供給されるガス管４１、４２、４３、４４が挿入される。冷媒ガスチャージ空間２９内のガス管４１、４２、４３、４４の先端の冷媒ガス供給口から、冷媒となる冷媒ガスが冷媒ガスチャージ空間２９へと供給され、一時的に貯留される。冷媒ガス冷却ユニット２０の内部に一定温度に保たれた冷媒ガスが供給され、一時的に貯留されるため、冷媒ガス冷却ユニット２０の温度が一定に保たれる。そのため、冷媒ガス冷却ユニット２０自体が基板からの輻射熱で過熱することがないので、効率良く基板を冷却することができる。

冷媒ガス冷却ユニット２０は、冷却プレート１０に対向する冷媒ガス冷却ユニット２０の表面の少なくとも一部に、冷媒ガスチャージ空間２９まで貫通する複数の貫通孔３１を備える。冷媒ガスチャージ空間２９が、冷媒ガスチャージ空間２９の外よりも圧力の高い正圧状態になると、冷却プレート１０（レジスト塗布面）に向けて、貫通孔３１から冷媒ガスが垂直方向に流れ出る。貫通孔３１から流れ出た冷媒ガスは、温度が上昇する前に基板に接触するため、効率的に基板を冷却することができる。

本発明の基板冷却装置１では、図５に示すように、冷媒ガス供給口が、貫通孔３１が形成されていない領域の方向へ冷媒ガスを放出するように構成されることが好ましい。

貫通孔３１が形成されていない領域とは、貫通孔３１が集中的に形成されている領域を避けた部分の壁面や、貫通孔３１が形成された壁面とは異なる方向にガス供給口が向いていることをいう。図５に示す例では、ガス管４１、４２、４３、４４の先端のガス供給口が、貫通孔３１が形成されていない領域の方向へ向き、矢印で示す方向へ冷媒ガスを放出する様子を模式的に示している。ガス供給口が冷媒ガスチャージ空間２９の壁面に形成された貫通孔３１に向いていると、ガス供給口からの流れで特定の貫通孔３１からガスが流出してしまい、特定の貫通孔３１に対応する基板の部分が主に冷却されることになる。冷媒ガス供給口が、貫通孔３１が形成されていない領域の方向へ冷媒ガスを放出するように構成されることにより、冷媒ガスチャージ空間２９内に冷媒ガスを一時的に貯留することが可能となり、複数の貫通孔３１から吐出するガスを、ほぼ均等な流量で基板に供給することができる。

ガス管４１、４２、４３、４４を上述のような配置にするために、図１に示す例では、ガス管４１、４２、４３、４４を差し込むための孔部２１、２２、２３、２４は、冷媒ガス冷却ユニット２０の上面４隅に形成されている。孔部２１、２２、２３、２４は、冷却プレート１０に対向する面に形成された貫通孔形成領域３０には向き合わない領域に形成されていることが好ましい。また、ガス管４１、４２、４３、４４も、貫通孔形成領域３０に直接面しないように挿入されることが好ましい。このような構造にすることによって、冷媒ガスチャージ空間２９内に冷媒ガスを一時的に貯留することが可能になる。

次に冷媒ガス冷却ユニット２０の、冷却プレート１０と対向する面について、図３を用いて説明する。冷却プレート１０に対向する冷媒ガス冷却ユニット２０の表面の少なくとも一部には、冷媒ガスチャージ空間２９まで貫通する複数の貫通孔３１が形成される。

本発明の基板冷却装置１では、貫通孔３１の配置が、あらかじめ取得した基板の温度分布状況に応じて、より温度の高い基板に対応する部分に、より大きな流量の冷媒ガスを供給するように形成されることが好ましい。

「あらかじめ取得した基板の温度分布状況」とは、冷媒ガス冷却ユニット２０からの冷媒吐出を停止した状態において、基板の表面がどのような温度分布を示しながら冷却されていくかを測定又はシミュレーションにより解析したものである。貫通孔３１の配置、例えば貫通孔３１の形状、断面積及び各貫通孔３１の間隔などを調整して、より温度の高い基板に対応する部分に、より大きな流量の冷媒ガスを供給するように形成されることにより、基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま、基板を冷却することができる。また、この貫通孔３１の配置により、冷却効率の低い部分を積極的に冷却することができるので、基板の冷却時間を短縮することができる。「冷却効率が低い」とは、所定の条件に基板を放置したときに、温度の低下速度が遅いことを意味する。

本発明の基板冷却装置１は、基板が、矩形であり、冷媒ガス冷却ユニット２０が、冷却プレート１０の冷却面に配置される基板の位置に対応する基板対応矩形領域２’を有し、基板対応矩形領域２’の少なくとも一部のみに、貫通孔３１が配置される貫通孔形成領域３０を有することが好ましい。

図３において、仮想線で示す基板対応矩形領域２’は、マスクブランク２の基板に面する領域を示している。貫通孔形成領域３０は、前記基板対応矩形領域２’の内側に形成されている。貫通孔３１が、基板対応矩形領域２’の少なくとも一部のみに配置されることにより、基板の冷却を効率良く行うことができる。

本発明の基板冷却装置１は、貫通孔形成領域３０の外側境界が、基板対応矩形領域２’の周囲の各辺から、それぞれの辺に垂直の辺の長さの０．０５〜０．３倍の距離だけ内側にあることが好ましい。

図３に示す例では、貫通孔形成領域３０の外側境界が、正方形の基板対応矩形領域２’の周囲の各辺から、距離Ｄｅだけ内側にあることが示されている。正方形の基板対応矩形領域２’の一辺の長さをＤｓｕｂとすると、距離Ｄｅと、長さＤｓｕｂとの関係は、
０．０５≦Ｄｅ／Ｄｓｕｂ≦０．３
であることが好ましい。この関係を満たす貫通孔形成領域３０は、基板対応矩形領域２’を基準に考えると、４つの周辺部付近３３には、貫通孔３１が形成されていないことになる。基板の温度測定及びシミュレーションによる解析によると、基板の中心部の温度は、基板表面の周辺部と比べて、一般的に高い。そのため、基板の冷却効率を向上するためには、貫通孔３１を、基板表面の所定の距離だけ内側に多く配置することが好ましい。このような配置は、貫通孔３１の配置が、あらかじめ取得した基板の温度分布状況に応じて、より温度の高い基板に対応する部分に、より大きな流量の冷媒ガスを供給するように形成されることの一例である。

本発明の基板冷却装置１では、貫通孔形成領域３０が、基板対応矩形領域２’の頂点、頂点から伸びる一つの辺の上の点であって、頂点から一つの辺の長さの０．１〜０．５倍の距離の点、及び頂点から伸びる他方の辺の上の点であって、頂点から他方の辺の長さの０．１〜０．５倍の距離の点で囲まれる三角形を除く領域であることが好ましい。

図３に示す例では、所定の三角形の領域に斜線を付している。すなわち、所定の三角形の領域は、基板対応矩形領域２’の頂点と、その頂点からＤｃの距離にある、基板対応矩形領域２’の二辺上の点とを頂点とする三角形の領域である。距離Ｄｃと、正方形の基板対応矩形領域２’の一辺の長さＤｓｕｂとの関係は、
０．１×Ｄｓｕｂ≦Ｄｃ≦０．５×Ｄｓｕｂ
であることが好ましい。本発明の基板冷却装置１では、この所定の三角形の内部には、貫通孔３１を配置しないことが好ましい。この配置では、基板対応矩形領域２’の４つの角部付近３２には、貫通孔３１が形成されていないことになる。基板の頂点及びその近傍は、冷却速度が大きいため、基板表面の全体にわたって均一な冷却速度を保つためには、基板の頂点及びその近傍には貫通孔３１を配置しないことにより、基板の頂点及びその近傍での冷却速度を遅くすることが必要である。このような配置は、貫通孔３１の配置が、あらかじめ取得した基板の温度分布状況に応じて、より温度の高い基板に対応する部分に、より大きな流量の冷媒ガスを供給するように形成されることの一例である。

レジスト層形成後の温まった基板は、放熱効率の良い基板の角部及び周辺部から冷却が進行する。本発明の基板冷却装置１は、冷媒ガス冷却ユニット２０から冷媒ガスが流れ出る貫通孔３１を、マスクブランク２の角部及び周辺部に対向する領域３２、３３には形成しないことが好ましい。すなわち、貫通孔３１は、冷却の遅い基板の中心部に対して主に形成することが好ましい。貫通孔３１をこのように配置することにより、中心部の冷却は、周辺部と同等に進行する。その結果、基板の面内の温度分布を均一にすることができる。

本発明の基板冷却装置１では、冷媒ガス冷却ユニット２０の貫通孔３１が、貫通孔形成領域３０の全体にわたり、略等間隔で配置されることが好ましい。貫通孔３１が略等間隔で規則的に配置されることにより、特定の領域の貫通孔３１から冷媒ガスが大量に吹きだされる現象を抑制することができる。その結果、基板の冷却速度のムラを防止することができるので、より均一な基板の冷却速度を得ることができる。

本発明の基板冷却装置１では、冷媒ガス冷却ユニット２０の貫通孔３１の各々の断面積が、好ましくは０．１８ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下、より好ましくは０．４ｍｍ^２以上２ｍｍ^２以下、より好ましくは０．６ｍｍ^２以上１ｍｍ^２以下である。

基板と冷媒ガス冷却ユニット２０の間の空間は、基板の熱によって暖められた気体が上昇してする作用が発生している。一方、冷媒ガス冷却ユニット２０の冷媒ガスチャージ空間２９には、貫通孔３１から冷媒ガスが流出するのに対応する静圧がかかっている。貫通孔３１の断面積が０．１８ｍｍ^２以下になると、冷却初期の段階で静圧が基板からの上昇気流による圧力より低くなってしまうため、冷媒ガスによる冷却効果が初期段階において得られにくくなる。

一方、貫通孔３１の断面積が４ｍｍ以上になると、冷媒ガス冷却ユニット２０に供給される冷媒ガスが、すぐに貫通孔３１から吐出されてしまうため、冷媒ガス冷却ユニット２０に冷媒ガスを一時的に貯留することが困難になる。その結果、各々の貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの圧力をほぼ均一にすることが困難になる。したがって、貫通孔３１の各々の断面積が所定の範囲であることにより、各貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの圧力をほぼ均一にすることができ、その結果、基板の面内の温度分布を均一にすることができる。

貫通孔３１の形状は、特に制限されず、円形、楕円形、三角形、四角形又はその他の方角形の形状とすることができる。加工の容易性から、貫通孔３１の形状は、円形であることが好ましい。

本発明の基板冷却装置１では、冷媒ガス冷却ユニット２０の貫通孔３１の断面積の合計が、基板の面積に対して０．３％以上２０％以下であることが好ましい。

基板と冷媒ガス冷却ユニット２０の間の空間は、基板の熱によって暖められた気体が上昇するという作用が発生している。一方、冷媒ガス冷却ユニット２０の冷媒ガスチャージ空間２９には、貫通孔３１から冷媒ガスが流出するのに対応する静圧がかかっている。合計貫通孔断面積の基板面積比が０．３％以下の場合、冷却初期の段階で静圧が基板からの上昇気流による圧力より高くなるように一つ一つの貫通孔３１の断面積を設定すると、貫通孔３１の個数を増やすことができない。その結果、冷媒ガスによる冷却が促進せず、冷却時の基板の温度分布を十分に抑制できなくなってしまう。

合計貫通孔３１断面積の基板面積比が２０％を超えると、冷媒ガス冷却ユニット２０に冷媒ガスがチャージされにくくなり、各々の貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの圧力をほぼ均一にすることが困難になる。以上述べたことを総合的に判断すると、冷媒ガス冷却ユニット２０の貫通孔３１の断面積の合計は、基板の面積に対して、好ましくは０．３％以上２０％以下、より好ましくは１％以上１０％以下、さらに好ましくは１．５％以上５％以下である。基板の面積に対する貫通孔３１の断面積の合計が所定の範囲であることにより、各貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの圧力をほぼ均一にすることができる。この結果、基板の面内の温度分布を均一にすることができる。

本発明の基板冷却装置１では、マスクブランク２のレジスト塗布面と、冷媒ガス冷却ユニット２０との間隔Ｈ（図４参照）は、５〜３０ｍｍであることが好ましく、１０〜２５ｍｍであることがより好ましく、１５〜２０ｍｍであることがさらに好ましい。間隔Ｈを、このような近接した距離とすることにより、高温のマスクブランク２からの上昇気流の圧力があるにもかかわらず、貫通孔３１から放出される冷媒ガスが基板上に直接あたるようにすることができる。この結果、基板の冷却効率が効果的に改善する。

また、本発明の基板冷却装置１では、一つの貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの流量が、好ましくは１ｍＬ／分以上３０ｍＬ／分以下、より好ましくは２ｍＬ／分以上１０ｍＬ／分以下、さらに好ましくは２ｍＬ／分以上７ｍＬ／分以下である。

一つの貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの流量が１ｍＬ／分を下回る流量だと、冷却効率が悪くなり、速やかな冷却を行うことができなくなる。一方、一つの貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの流量が３０ｍＬ／分以上としても、流量の増加に見合う冷却効率の改善が見込まれず、冷媒ガスの消費量が徒に増えるので好ましくない。したがって、一つの貫通孔３１から吐出する冷媒ガスの流量が、上述の範囲であることにより、適正な冷媒ガスの消費量により速やかな基板の冷却を行うことができる。

本発明の基板冷却装置１は、冷媒ガスが、窒素、空気及びアルゴンから選択される少なくとも１種の気体であることが好ましい。

冷媒ガスは、レジスト層の特性を変化させず環境影響ないガスであれば、実質的にはその種類を制限されない。ただし、使用環境にある気体（実際は空気）よりもあまりにも比重の軽いガス（たとえばヘリウム）を用いると、基板表面までガスが降下することができなくなる恐れがある。また、比重があまりにも重いガス、例えばアルゴンよりも原子量の大きい希ガスを使用すると、冷媒ガス供給口に近い位置の貫通孔３１から冷媒ガスが抜けてしまい、冷媒ガスチャージ空間２９に冷媒ガスを貯蔵することができなくなる恐れがある。以上を考慮すると、冷却効率を向上して均一に基板表面を冷却するためには、冷媒ガスとして、窒素、空気及びアルゴンから選択される少なくとも１種の気体であることが好ましい。

本発明の基板冷却装置１は、基板が、マスクブランク２用基板であることが好ましい。マスクブランク２用基板に高感度なレジストを用いる場合、冷却工程中、基板表面に温度分布が生じると、描画パターンの形成時の現像感度も、均一にならないという現象が起きる恐れがある。本発明の基板冷却装置１を用いるならば、マスクブランク２用基板に対して均一な現像感度のレジスト層を形成することができる。

次に、本発明のマスクブランク２の製造方法について説明する。

本発明のマスクブランク２の製造方法では、上述の本発明の基板冷却装置１を用いる。本発明のマスクブランク２の製造方法は、基板の表面に形成された薄膜の上面に、レジスト層を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層が形成された基板をアニール処理するアニール処理工程と、基板冷却装置１の冷却プレート１０の冷却面に基板を配置して、冷却プレート１０及び冷媒ガス冷却ユニット２０の貫通孔３１から供給される冷媒ガスによって、アニール処理後の基板を冷却する冷却工程とを含む。

本発明のマスクブランク２の製造方法は、基板の表面に形成された薄膜の上面に、レジスト層を形成するレジスト層形成工程を含む。薄膜の種類は、マスクブランク２の用途に応じて適宜選択される。薄膜の形成方法は、スパッタリング法、化学蒸着法等、公知の成膜方法を用いることができる。また、レジストの種類は、公知のものから選択して適宜用いることができる。レジスト層は、スピンコート法など、公知のレジスト塗布方法を用いることにより、形成することができる。

本発明のマスクブランク２の製造方法は、レジスト層が形成された基板をアニール処理するアニール処理工程を含む。アニール処理の温度、雰囲気、時間などの条件は、マスクブランク２の種類及びレジストの種類に応じて、適宜選択することができる。アニール処理の装置として、例えばホットプレート等の加熱装置を用いることができる。

本発明のマスクブランク２の製造方法は、上述の本発明の基板冷却装置１の冷却プレート１０の冷却面に基板を配置して、冷却プレート１０及び冷媒ガス冷却ユニット２０の貫通孔３１から供給される冷媒ガスによって、アニール処理後の基板を冷却する冷却工程を含む。冷却プレート１０及び冷媒ガス冷却ユニット２０の構造、及び冷媒ガスの流量等については、上述のとおりである。本発明の基板冷却装置１を用いることにより、基板の冷却効率が上昇するとともに、冷却工程において基板の表面の温度分布が均一な状態を保ったまま基板を冷却することができる。この結果、マスクブランク２用基板に対して均一な現像感度のレジスト層を形成することができる。

＜実施例１＞
図１〜４に示すような、基板を冷却するための基板冷却装置１を試作した。基板冷却装置１及び基板の寸法等は下記の通りである。
基板：一辺６インチ（Ｄｓｕｂ＝１５２ｍｍ）の正方形基板。厚さは６．３５ｍｍ。
冷却プレート１０から冷媒ガス冷却ユニット２０までの間隔：１８ｍｍ（図４のＨ＝１１．６５ｍｍ）。
貫通孔３１：直径１ｍｍの円形の貫通孔３１を方眼点状の規則性を持った配列で形成。各貫通孔３１間の間隔は５ｍｍ。
貫通孔形成領域３０の形状：図３のＤｓｕｂ＝１５２ｍｍ、Ｄｅ＝２０．５ｍｍ及びＤｃ＝５０．５ｍｍである。

実施例１では、上述の基板冷却装置１により、下記の条件により、上述の大きさの基板を冷却した。
冷却前の基板温度：１３０℃
冷媒ガス種：窒素ガス
冷媒ガスの流量：１．８Ｌ／分とした。この時に一つの貫通孔３１から流れるガス量は、およそ３．６ｍＬ／分（大気圧換算）である。

以上のような条件で、基板を冷却し、１３０℃から室温（３０℃）までの冷却時間、及び冷却時の基板表面内の温度均一性を測定した。基板表面内の温度均一性は、基板表面を５×５の２５分割に領域を分けて、各領域の温度を測定することで行った。

実施例１の測定の結果を図６に示す。図６は、冷却時間に対する基板表面の平均温度Ｌ１（左軸）、及び測定時における基板上の最高温度と最低温度との温度差Ｌ２（右軸）を示すグラフである。

実施例１の基板の１３０℃から３０℃までの冷却時間は、２１６秒だった。また、基板上の最高温度と最低温度の差は、冷却過程の間、２．５℃以下に維持されていたことから、実施例１による基板の冷却の際に、基板表面内での温度均一性が高いことがわかった。

＜実施例２＞
実施例２では、冷媒ガス流量を２．５Ｌ/分とした。この時に一つの貫通孔３１から流れるガス流量は、５．１ｍＬ／分（大気圧換算）で行ったほかは、実施例１と同一の条件で基板を冷却し、温度均一性を測定した。
その結果、実施例２において、基板が１３０℃から３０℃まで冷却するために必要な時間は、１４７秒だった。また、基板表面内の最高温度と最低温度との温度差は、２．３℃以下に維持されていたことから、実施例２による基板の冷却の際に、基板表面内での温度均一性が高いことがわかった。

＜比較例＞
本比較例は、基板の表面に貫通穴が形成されていない空冷式の冷却プレートが対向するように構成された基板冷却装置を用いたほかは実施例１と同一の条件で基板の冷却を行った。
その結果、比較例では、基板温度が１３０℃から３０℃まで冷却される時間は、２５４秒だった。また、基板上の最高温度と最低温度の温度差が５℃以上の時間が４７秒間あり、実施例１及び２と比べて面内での温度均一性が悪いという結果となった。

以上の結果から、本発明の基板冷却装置１を用いるならば、従来の冷却装置１と比較して、基板の冷却速度が速くなり、基板の冷却の際の基板表面内の温度分布も均一になることが明らかとなった。

１ 基板冷却装置
２ マスクブランク
２’ 基板対応矩形領域
１０ 冷却プレート
１２ 冷却水
１５、１６、１７、１８ 係止溝
２０ 冷媒ガス冷却ユニット
２１、２２、２３、２４ 孔部
２５、２６、２７、２８ 係止部
２９ 冷媒ガスチャージ空間
３０ 貫通孔形成領域
３１ 貫通孔
３２ 角部付近
３３ 周辺部付近
４１、４２、４３、４４ ガス管

Claims (11)

1. 基板と接触して、前記基板を冷却するための冷却面を有する冷却プレートと、
   前記冷却プレートの前記冷却面に対向して配置される冷媒ガス冷却ユニットと
   を含む基板冷却装置であって、
   前記冷媒ガス冷却ユニットが、
   冷媒となる冷媒ガスを一時的に貯留する冷媒ガスチャージ空間と、
   前記冷媒ガスチャージ空間に前記冷媒ガスを供給する冷媒ガス供給口と、
   前記冷却プレートに対向する前記冷媒ガス冷却ユニットの表面の少なくとも一部に形成された、前記冷媒ガスチャージ空間まで貫通する複数の貫通孔と、
   を備え、
   前記基板が、矩形であり、
   前記冷媒ガス冷却ユニットが、前記冷却プレートの前記冷却面に配置される前記基板の位置に対応する基板対応矩形領域を有し、
   前記基板対応矩形領域の少なくとも一部のみに、前記貫通孔が配置される貫通孔配置領域を有し、
   前記貫通孔配置領域が、
   前記基板対応矩形領域の頂点、
   前記頂点から伸びる一つの辺の上の点であって、前記頂点から前記一つの辺の長さの０．１〜０．５倍の距離の点、及び
   前記頂点から伸びる他方の辺の上の点であって、前記頂点から前記他方の辺の長さの０．１〜０．５倍の距離の点
   で囲まれる三角形を除く領域であることを特徴とする、基板冷却装置。
2. 前記貫通孔の配置が、あらかじめ取得した前記基板の温度分布状況に応じて、より温度の高い前記基板に対応する部分に、より大きな流量の前記冷媒ガスを供給するように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の基板冷却装置。
3. 前記貫通孔配置領域の外側境界が、前記基板対応矩形領域の周囲の各辺から、それぞれの辺に垂直の辺の長さの０．０５〜０．３倍の距離だけ内側にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板冷却装置。
4. 前記貫通孔が、前記貫通孔配置領域の全体にわたり、略等間隔で配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
5. 前記貫通孔の各々の断面積が、０．１８ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
6. 前記貫通孔の断面積の合計が、前記基板の面積に対して０．３％以上２０％以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
7. 一つの前記貫通孔から吐出する前記冷媒ガスの流量が、１ｍＬ／分以上３０ｍＬ／分以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
8. 前記冷媒ガスが、窒素、空気及びアルゴンから選択される少なくとも１種の気体であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
9. 前記冷媒ガス供給口が、前記貫通孔が形成されていない領域の方向へ前記冷媒ガスを放出するように構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
10. 前記基板が、マスクブランク用基板であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の基板冷却装置を用いるマスクブランクの製造方法であって、
    前記基板の表面に形成された薄膜の上面に、レジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
    前記レジスト層が形成された前記基板をアニール処理するアニール処理工程と、
    前記基板冷却装置の前記冷却プレートの前記冷却面に前記基板を配置して、前記冷却プレート及び前記冷媒ガス冷却ユニットの前記貫通孔から供給される前記冷媒ガスによって、アニール処理後の前記基板を冷却する冷却工程と
    を含むことを特徴とする、マスクブランクの製造方法。