JP2005286105A - 微細構造乾燥処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、搬送中の乾燥を防止し、更に、表面に微細なパターンを形成した大口径基板に対してパターン倒れがなく、短時間で均一に乾燥させることができる微細構造乾燥処理方法及びその装置を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、リンス液に浸漬又は濡れた状態の微細構造を有する被乾燥物を高圧処理容器内に設置して前記被乾燥物上の前記リンス液を常温及び常圧では気体で高圧下で液体となる流体を用いて前記高圧処理容器内より排出する微細構造乾燥処理方法において、前記高圧処理容器内に前記流体を液体状態で導入する導入工程と、該導入された前記流体を前記高圧処理容器内より排出させる排出工程とを有し、前記導入工程と排出工程とを繰り返す繰り返し工程を有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体集積回路（ＬＳＩ）のレジストパターンやＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）素子等の微細構造物を液化ガスによって乾燥する新規な微細構造物乾燥処理方法及びその装置に関する。

従来、大規模で高密度、高性能デバイスを製造するには、シリコンウェハ上に成膜したレジストに対して露光、現像、リンス洗浄及び乾燥を経てパターンを形成した後、コーティング、エッチング、リンス洗浄、乾燥等のプロセスを経て製造される。特に、レジストは、光、Ｘ線、電子線などに感光する高分子材料であり、各工程において、現像、リンス洗浄工程では現像液、リンス液等の薬液を使用しているため、リンス洗浄工程後はリンス液の乾燥工程が必須である。

この乾燥工程において、基板上に形成したレジストパターン間のスペース幅が１００nm程度以下になるとパターン間に残存する薬液の表面張力の作用により、パターン間にラプラス力（毛細管力）が作用してパターン倒れが発生する問題が生ずる。一方では、例えば加速センサーやアクチュエータ等の可動部を持つ三次元微細構造部品のＭＥＭＳ部品の製造は、フッ酸等のエッチング液で可動部位を含む微細構造を形成する工程と、純水リンスによるエッチング液の洗浄除去工程と、その後の乾燥工程とを含んでいる。この乾燥工程においてもレジストパターンと同様に微細構造間に残る薬液による表面張力が作用して、
可動部が基板に張り付く現象が発生している。この微細構造間に残存する薬液の表面張力の作用によるパターン倒れや張付きを防止するために、微細構造物間に作用する表面張力を軽減する乾燥プロセスとして、特許文献１ないし３に示す所定の圧力容器を用い、二酸化炭素等の超臨界流体を用いた方法がある。

従来の二酸化炭素等の超臨界流体を用いた乾燥法は、以下の基本工程を有する。
（１）液体又は超臨界状態の流体に可溶でない試料中の例えば水等の残存液体は、予め流体に可溶なエタノールや２−プロパノール等の有機溶剤やその混合液等のリンス液と置換しておく工程。
（２）リンス液に浸漬、又は濡れた状態、具体的には基板上にリンス液が載った状態で乾燥室となる高圧容器に水平に搬送して設置する工程。
（３）高圧容器を密閉する工程。
（４）液体状態又は超臨界状態の流体を高圧容器に導入し、所定の圧力まで昇圧する工程。
（５）高圧容器内に導入した液体又は超臨界状態の流体とリンス液を置換させる工程。
（６）高圧容器に液体の流体を導入した場合は、液体の流体とリンス液の置換後に高圧容器を臨界点以上に昇圧及び昇温させる工程。
（７）高圧容器から超臨界状態の流体を徐々に排出させる工程。
（８）高圧容器から基板を取り出す工程。

特開２００３−１０９９３３号公報 特開平９−１３９３７４号公報 特開平５−３１５２４１号公報

前述のように、レジストのパターン形成は、露光、現像、リンス及び乾燥の工程を経る。高アスペクト比を有する微細構造物のパターン乾燥では、リンス液の表面張力によりパターン倒れが生じる。これを改善する超臨界乾燥法は、液化ガスを超臨界状態にして表面張力をゼロにすることにより、微細構造物の倒壊を防ぐことができる。しかし、リンス処理後、圧力容器への搬送は大気中を通るため、その表面の乾燥によってパターンの倒壊が発生する。しかも、従来の超臨界流体を用いた乾燥法は、数十分程度から1時間以上の乾燥時間を要し、特に、直径１００ｍｍ以上の大口径基板上に一様に形成した微細構造に対してパターン倒れが無く、均一に乾燥することができなかった。そこで、搬送中の乾燥を改善する方法として、微細構造物をリンス液に浸した状態で搬送する方法があるが、リンス液と液化ガスの置換時間が長くなってしまう。また超臨界乾燥処理装置は、高圧である超臨界二酸化炭素を用いるため、排出に時間を要し、スループットが問題となっている。

本発明の目的は、十分なリンス液によって覆うことにより搬送中の乾燥を防止し、更に、表面に微細なパターンを形成した大口径基板に対してパターン倒れがなく、短時間で均一に乾燥させることができる微細構造乾燥処理方法及びその装置を提供することにある。

本発明は、リンス処理後、高圧容器に搬送するとき、搬送時から微細構造物である被乾燥物の微細構造表面を必要最小限のリンス液によって覆い、更に、リンス液と液化炭酸ガスの置換時に高圧容器前後の開閉バルブを利用して振動を発生させ、効率の良い置換を行い、次いで臨界温度状態で微細構造物を乾燥することを特徴とする。

即ち、本発明は、微細構造表面がリンス液によって覆われた被乾燥物を高圧容器内に搬送する搬送工程と、前記高圧容器内に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる流体を液体又は超臨界状態で設定圧力まで導入する工程と、前記流体の設定圧力を保ったまま前記流体の温度を臨界温度以上に昇温させる工程と、前記臨界温度状態を保ったまま前記流体を排出する工程とを順次有し、前記高圧容器内に前記流体の導入及び排出を繰り返し行うことにより前記流体に振動を加えることを特徴とする微細構造乾燥処理方法にある。

本発明は、必要最小限のリンス液によって覆われリング状の設置台に設置された前記被乾燥物を圧力容器内に搬送する前記搬送工程を有することにより搬送中の被乾燥物の乾燥を防止することができる。

前記高圧容器内に前記設置台が設置された後、液体状態の前記流体を導入し、前記リンス液を置換する。ここで、微細構造間に残存するリンス液を効率良く置換するために、まず前記流体の圧力と温度を調整し、更に前記流体の液面高さを試料ホルダに設置された前記被乾燥物より若干高くする。前記状態から、前記高圧容器内の前後に配置しているバルブを利用し、導入及び排出を繰り返すことにより、前記高圧容器内の流体を振動させる。この振動により、前記微細構造間に残存するリンス液を効率良く置換することが出来る。

リンス液の置換後、前記温度調整器により、液体状態の前記流体の温度を上昇させ、超臨界状態とする。前記超臨界流体にした後、前記超臨界流体を臨界温度以上に保ちながら大気圧になるまで排出する。その後、前記高圧容器内の温度を室温にし乾燥終了となる。

又、本発明は、リンス液に浸漬又は濡れた状態の微細構造を有する被乾燥物を高圧処理容器内の設置台に設置して前記被乾燥物上の前記リンス液を常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる流体を用いて前記高圧処理容器内より排出する微細構造乾燥処理装置において、前記設置台は前記被乾燥物上に前記リンス液が保持される構造を有し、前記液体の流体の供給口と排出口の底部高さが前記設置台の高さと同等の位置を有することを特徴とする微細構造乾燥処理装置にある。

本発明によれば、十分なリンス液によって覆うことにより搬送中の乾燥を防止し、更に、表面に微細なパターンを形成した大口径基板に対してパターン倒れがなく、短時間で均一に乾燥させることができる微細構造乾燥処理方法及びその装置を提供することができる。

図１は本発明の微細構造乾燥処理装置の一例を示す断面図である。乾燥処理室である高圧容器４は上部の蓋１２及び下部容器６から構成され、蓋１２を開放して被乾燥物であるウェハ９を設置台であるウェハホルダ５に設置する。ウェハ９は露光後の現像及びリンスの工程を経て表面に微細構造が形成されており、その表面にはリンス液８が載った状態であり、円筒の底部に形成されたリング状の平板を有するウェハホルダ５に設置される。ウェハ９を搭載したウェハホルダ５は高圧容器４内に搬送される。

高圧容器４には、開閉バルブ１を介して高圧ポンプ１４及び液化炭酸ガス容器１５が配管によって接続され、開閉バルブ１を介して圧力制御バルブ１３が配管によって接続される。高圧容器４の下部容器６には、その底部に設けられた排出口１６とウェハ９と同等の高さの位置に設けられた排出口１７とが開閉バルブ１６，１７を介して圧力制御バルブ２と背圧制御バルブ３に接続され、高圧容器４内の圧力が設定圧力を超えると高圧容器４内の流体又はリンス液が排出される。特に、リンス液８は、排出口１６ではリンス液８が液化炭酸ガス１１より重いときバルブ１８が開放され、又、排出口１７ではリンス液８が液化炭酸ガス１１より軽いときにバルブ１９が開放されそれぞれの排出口より排出される。液体炭酸ガス１１の導入口及び排出口１７の底部高さは、高圧容器４に設置したウェハ９の表面の高さより僅かに高い同等の位置に設けられている。

本実施例では、高圧容器４はその高圧容器４自身に形成された加熱又は冷却できるように加熱媒体又は冷却媒体が循環できる構造を有し、温度調整機能を持ち、０ないし６０℃の範囲で流体の温度を制御することができる。開閉バルブ１と高圧容器４との間に液化炭酸ガス１１中の固形物を除去するフィルタ７、それを高圧容器４に圧送する高圧ポンプ１４、ウェハ９を局部的又は全体を温度制御できる温度調整器１０を有する。温度調整器１０はウェハ９を局部的又は全体に温度制御できるように全体が円盤型で、加熱体が円を中心に放射状に独立に制御可能に形成されている。以下、本実施例の乾燥工程を説明する。

（１）直径２００ｍｍのＬＳＩシリコン基板（ウェハ９）上にＥＢレジスト（ＺＥＰ−７０００：日本ゼオン製）を２２０ｎｍの膜厚で製膜、乾燥した後、電子線でパターンを描画してから酢酸ノルマルヘキシルで９０秒現像及び２−プロパノールで１００秒リンスし、表面に微細構造が形成されたウェハ９を、高圧容器４のウェハホルダ５に設置する。図１に示すように、ウェハ９の上には液体二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素に可溶な２−プロパノールのリンス液８がウェハ９の全面をウェハホルダ５に保持されて覆った状態である。

（２）図１に示すように、ウェハ９はその上にリンス液８がリング状のウェハホルダ５に支えられて覆っており、高圧容器４の上部の蓋１２を開け、高圧容器４内に搬送される。ウェハホルダ５は筒状で、底部が平板によるリング状になっており、その筒状部の高さはウェハ９上にリンス液が十分に保持されるようにウェハ９表面よりもやや高い位置になるように構成されている。レジストパターン等の微細構造物を有するウェハ９は、ウェハホルダ５のリング状底部に密着して接しており、そのためウェハ９の上にはリンス液８が保たれている。ウェハホルダ５の底部は平板によるリング状であるが、ウェハ９の平面形状に合わせてリンス液８が漏れない平面形状を有する。ウェハ９の平面形状は円盤で、その円周部の一部に直線部のオリフラ又はＶノッチが形成されているので、それらの形状に合わせてリンス液８が漏れない平面形状を有するものである。

（３）ウェハホルダ５を高圧容器４に設置後、高圧容器４の蓋１２が閉じて密閉状態となる。高圧容器４を密閉状態にした後、バルブ1を開放し液体二酸化炭素１１を液体二酸化炭素容器１５より導入する。高圧容器内の圧力及び温度を管理し、図１のように液体二酸化炭素をウェハ９の上面より、わずかに高くなるように液体二酸化炭素１１を導入する。本実施例ではリンス液８は液体二酸化炭素１１より重いのでバルブ１８を開放し、この状態から図２のように高圧容器４の前後のバルブ１とバルブ２の開閉を繰り返し、液体二酸化炭素１１の導入とその停止、次いでその排出を複数回繰り返すことにより、リンス液８と液体二酸化炭素１１の攪拌効果が向上し、リンス液８は液体二酸化炭素１１により効率良く置換され、排出することができる。

又、他の実施例として、リンス液８が液体二酸化炭素１１より軽い場合にも前述と同様に、バルブ１８を閉じて、バルブ１９を開放し、この状態から図２のように高圧容器４の前後のバルブ１とバルブ２の開閉を繰り返し、液体二酸化炭素１１の導入と停止を繰り返すことにより、リンス液８と液体二酸化炭素１１の攪拌効果が向上し、リンス液８は液体二酸化炭素１１により効率良く置換され、排出することができる。

（４）リンス液８の置換完了後、高圧容器４内の圧力を臨界圧力以上にし、その後高圧容器内の温度を臨界温度以上にする。この温度変化で、高圧容器４内の液体二酸化炭素１１は超臨界状態へと状態が変化する。この状態の変化では、液体二酸化炭素１１の表面張力を微細構造に作用させることが無い。

（５）次いで、バルブ１を閉じ、高圧容器４内の温度を３５℃に保ったまま圧力制御バルブ２より超臨界二酸化炭素を排出する。高圧容器４内の圧力が７.３８ＭＰａ以下になると高圧容器４内を満たしていた液体二酸化炭素は気体へと状態が変化する。更に圧力制御バルブ２で排出を続け、高圧容器４内の圧力が大気圧になった時点で乾燥が終了する。

本実施例によれば、リンス液８がウェハ９の表面を十分に覆って搬送されるので、搬送中の乾燥が防止され、且つリンス液８の置換時間が短縮されるので、高スループット化に向けた急速な排出に対応できる。そして、本実施例によれば、ＬＳＩ等を大規模に製作するための露光、現像、リンス後のレジスト等のパターン幅が１００ｎｍ以下、更にパターン幅７０ｎｍ以下、特にパターン幅３０ｎｍ以下の表面微細構造を持ち、直径１００ｍｍ以上の大口径基板の乾燥処理をパターン倒れが無く、更に短時間で均一に乾燥できるものである。そのためデバイス製造ラインへの適用が可能な処理速度を有するものである。

本実施例によれば、搬送中の乾燥を防止し、更に、表面に微細なパターンを形成した大口径基板に対してパターン倒れがなく、短時間で均一に乾燥し、またパーティクルを低減化させることができる。

本発明の超臨界乾燥処理装置の断面図である。 本発明の超臨界乾燥処理装置におけるバルブの開閉の繰り返しを行った時の高圧容器内の状況を示す断面図である。

符号の説明

１、１８、１９…バルブ、２…圧力制御バルブ、３…背圧制御バルブ、４…高圧容器、５…ウェハホルダ、６…下部容器、７…フィルタ、８…リンス液、９…ウェハ、１０…温度調整器、１１…液体二酸化炭素、１２…蓋、１３…圧力制御装置、１４…高圧ポンプ、１５…液体二酸化炭素貯蔵容器、１６、１７…排出口。

Claims (10)

1. リンス液に浸漬又は濡れた状態の微細構造を有する被乾燥物を高圧処理容器内に設置して前記被乾燥物上の前記リンス液を常温及び常圧では気体で高圧下で液体となる流体を用いて前記高圧処理容器内より排出する微細構造乾燥処理方法において、前記高圧処理容器内に前記流体を液体状態で導入する導入工程と、該導入された前記流体を前記高圧処理容器内より排出させる排出工程とを有し、前記導入工程と排出工程とを繰り返す繰り返し工程を有することを特徴とする微細構造乾燥処理方法。
2. 請求項１において、前記繰り返し工程は、前記流体の液面の高さを前記基板表面よりやや高い状態で行うことを特徴とする微細構造乾燥処理法。
3. 請求項１又は２において、リンス液に浸漬又は濡れた状態の微細構造を有する被乾燥物を高圧処理容器内に搬送する搬送工程と、前記繰り返し工程と、前記流体をその臨界圧力以上及び臨界温度以上に昇圧昇温させる工程と、前記流体の温度を臨界温度以上に保ったまま前記流体を前記高圧処理容器内より排出する工程とを順次有することを特徴とする微細構造乾燥処理方法。
4. リンス液に浸漬又は濡れた状態の微細構造を有する被乾燥物を高圧処理容器内に設置して前記基板上の前記リンス液を常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる流体を用いて前記高圧処理容器内より排出させる微細構造乾燥処理装置において、前記流体の排出口は前記高圧処理容器に前記被乾燥物の高さと同等の位置に有することを特徴とする微細構造乾燥処理装置。
5. 請求項４において、前記流体の排出口は前記高圧処理容器の底部に有することを特徴とする微細構造乾燥処理装置。
6. 請求項４又は５において、前記流体の導入を行う開閉バルブと前記高圧容器との間にフィルタを有することを特徴とする微細構造乾燥処理装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかにおいて、前記流体を前記高圧容器に圧送する高圧ポンプを有することを特徴とする微細構造乾燥処理装置。
8. 請求項４ないし７のいずれかにおいて、前記高圧処理容器内に前記被乾燥物を設置する設置台に前記基板を局部的又は全体を温度制御できる温度調整器を有することを特徴とする微細構造乾燥処理装置。
9. 請求項４ないし８のいずれかにおいて、前記流体を振動又は攪拌させる手段を有することを特徴とする微細構造乾燥装置。
10. 請求項４ないし９のいずれかにおいて、常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる流体を液体又は超臨界状態で貯蔵する流体貯蔵容器と、前記流体を前記高圧処理容器内に圧送するポンプと、前記被乾燥物の下側に設けられ前記被乾燥物の温度を制御する温度調整器と、前記高圧処理容器内の前記流体の圧力を制御する圧力制御装置と、前記高圧処理容器内への前記流体導入時の昇圧速度を制御する昇圧速度制御手段とを有することを特徴とする微細構造乾燥装置。

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