JP2004311507A - 微細構造乾燥法とその装置及びそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、レジスト等の微細構造を有する基板を、乾燥溶媒となる液体又は超臨界状態の流体の導入、昇圧時間及び排出時間を短縮でき、且つパターン倒れ無く乾燥できる微細構造乾燥法とその装置及びそのシステムを提供することにある。
【解決手段】本発明は、リンス後の微細構造を有する基板をリンス液に接触させ乾燥室に設置する設置工程と、乾燥室に高圧下で液体となる流体を所定の圧力に達するまで導入する流体導入工程と、リンス液を前記流体に溶解させる保持工程と、所定の圧力に達した乾燥室内の流体の殆どを流体の相を変化させることなく排出する排出工程と、乾燥室の温度を高めて流体を超臨界状態にし基板を乾燥させる乾燥工程と、乾燥室の圧力を低下させて流体を気体に変化させる気化工程とを順次有することを特徴とする微細構造乾燥法にある。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体又は超臨界状態の流体の溶解特性を用いたリンス後の微細構造を有する基板の新規な微細構造乾燥法とその装置及びそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−３３３０２号公報
従来、大規模で高密度、高性能デバイスは、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、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、高分子材料のレジストは、この乾燥工程において、レジスト基板上に形成したパターン間のスペース幅が９０ｎｍ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（毛細管力）の作用により、パターン間にラプラス力が作用してパターン倒れが生ずる問題が発生する。そのパターン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を防止するために、パターン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に示すより表面張力の小さいリンスを使用し、更に所定の圧力容器を用いると共に二酸化炭素等の超臨界流体を用いた方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の低表面張力リンスを用いた乾燥プロセスでも、パターン幅（スペース幅）が微細化して７０ｎｍ程度以下になるとアスペクト比が２程度でもパターン倒れを防ぐことができず、また、処理時間が長いという欠点がある。更に、本発明者らは、特許文献１に示すように、所定の圧力容器による超臨界二酸化炭素を用いた乾燥法では、以下の工程に示すように、処理時間が長く、数十分程度以上の時間を要するものであることを見出した。
（１）超臨界状態の流体に可溶でない試料中の残存液体は、予め流体に可溶なリンス液と置換しておく。
（２）試料を乾燥室となる高圧容器に設置した後に容器を密閉し、液体状態又は超臨界状態の流体を乾燥室に導入し、リンス液を液体又は超臨界状態の流体と置換させる。
（３）乾燥室に液体の流体を導入した場合は、乾燥室を臨界点以上に昇圧及び昇温させる。
（４）乾燥室から超臨界状態の流体を排出する。
【０００４】
（２）のプロセスにおいては、例えば二酸化炭素の場合、７．５ＭＰａ以上の高圧となっている高圧の液体又は超臨界流体を、大気圧で気密にした乾燥室に導入する際に、導入する流体の衝撃によって試料の破損を防ぐため液体又は超臨界流体の試料室の昇圧勾配を３ＭＰａ／分程度以下に制御しなければならない。又、乾燥室に多量のリンス液が混入する場合は、超臨界流体の溶解度では多量の溶媒を必要とするためリンス液の置換には時間を要する。
【０００５】
（３）のプロセスにおいては、試料となる直径１００ｍｍ以上の基板を設置可能な高圧容器を少なくとも臨界温度以上に昇温及び臨界圧力以上に昇圧するため、何れも数百秒程度の時間を要する。
【０００６】
（４）のプロセスにおいては、流体の排出時に乾燥室が減圧するため試料室内の流体の内部エネルギーが低下し温度が下がる。従って、急激に排出した場合は、流体の温度も急激に下がり超臨界状態の流体が液化、場合によっては固体化するので、急激な温度低下は避けなければないらない。この温度降下をさけるには乾燥室全体又は試料近傍をヒーターで加熱して２３℃程度に制御して、約６００秒程度の時間を掛けてゆっくり排出せざるを得なかった。
【０００７】
以上、従来の超臨界流体を用いた乾燥方法においては、（２）〜（４）のいずれのプロセスにおいても処理時間が長いものであった。
【０００８】
本発明の目的は、レジスト等の微細構造を有する基板を、乾燥溶媒となる液体又は超臨界状態の流体の導入、昇圧時間及び排出時間を短縮でき、且つパターン倒れ無く乾燥できる微細構造乾燥法とその装置及びそのシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リンス後の微細構造を有する基板をリンス液に接触させ乾燥室に設置する設置工程と、乾燥室に高圧下で液体となる流体を所定の圧力に達するまで導入する流体導入工程と、リンス液を前記流体に溶解させる保持工程と、所定の圧力に達した乾燥室内の流体の殆どを流体の相を変化させることなく排出する排出工程と、乾燥室の温度を高めて流体を超臨界状態にし基板を乾燥させる乾燥工程と、乾燥室の圧力を低下させて流体を気体に変化させる気化工程とを順次有することを特徴とする微細構造乾燥法にある。
【００１０】
又、本発明は、排出工程を、所定の圧力に達した乾燥室内の流体を乾燥室の容積を減少させることにより行うこと、又は所定の圧力に達した乾燥室内の流体を乾燥室の圧力を所定の圧力に保ちながら行うことを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明は、基板を乾燥室に設置後で、前体導入工程前に、乾燥室を所定の容積に設定する容積設定工程を有すること、又保持工程後で、排出工程前に、リンス液の流体への溶解量に応じて流体の導入量を乾燥室の容積を変動させることによって設定する流体容積設定工程を有することを特徴とする。
【００１２】
排出工程を乾燥室への流体の導入時に乾燥室の容積を設置工程時より小さくすること、排出工程を、乾燥室下部の上方への移動によって行うこと、流体導入工程における乾燥室への流体の導入時に、乾燥室内の導入口に設けられた遮蔽物によって流体の基板への衝撃を防ぐこと、排出工程における乾燥室の流体は、液体状態、超臨界状態及び高圧気体状態のいずれかであることが好ましい。
【００１３】
流体導入工程を、流体の臨界圧力以上の圧力で、かつ臨界温度未満の温度に調整し、流体の自重による自然落下によって導入すること、乾燥室を複数有し、乾燥工程を並列して行うことが好ましい。
【００１４】
本発明は、リンス後の微細構造を有する基板をリンス液に接触させて設置する容積可変可能な乾燥室と、乾燥室に導入される高圧下で液体となる流体を貯蔵する流体貯蔵タンクと、導入によって所定の圧力に達した乾燥室内の流体を乾燥室外に排出し排出された流体を貯蔵する排出タンクと、乾燥室の流体の温度を高めて超臨界状態にし基板を乾燥させる温度調整器と、乾燥後乾燥室の圧力を低下させて流体を気体に変化させる圧力調整手段とを有することを特徴とする微細構造乾燥装置にある。
【００１５】
乾燥室は、容器となる乾燥室上部と、乾燥室上部の内周面にシール部を介して上下方向に可動可能に設置され基板を搭載する乾燥室下部とを有し、乾燥室下部を前記上下方向に駆動する駆動部を有することが好ましい。
【００１６】
流体貯蔵タンクはその内部の流体の底面が乾燥室への流体の導入口より高い位置に設置されていること、前記乾燥室は、乾燥室内への流体の導入に際しその流れを遮る遮蔽物を有し、遮蔽物によって流体の基板への衝撃を防ぎ微細構造の倒壊を防ぐことができること、温度調整器は、乾燥室内及び基板への搭載部に設置されていること、流体貯蔵タンク及び排出タンクは、温度調整器を有すること、温度調整器は、熱媒体を流通させる配管を有すること、流体貯蔵タンクが２つ以上有することが好ましい。
【００１７】
本発明は、複数の乾燥室を備えた微細構造乾燥装置と、現像・洗浄装置で得られたリンス後のレジスト微細構造を有する基板を搬送するウェット搬送手段と、前記微細構造乾燥装置によって乾燥された基板を搬送するドライ搬送手段とを有し、微細構造乾燥装置が前述よりなることを特徴とする微細構造乾燥処理システムにある。
【００１８】
即ち、本発明は、リンス液の置換溶媒となる高圧流体の使用量を最適な量とすることができ、又高圧流体の導入時とリンス液の置換完了後に、乾燥処理室の容積を小さくすることにより、乾燥処理室内に充填した高圧の液体状態、又は超臨界状態、又は高圧気体状態の流体の導入又は排出時間を短縮することができる。その結果、乾燥プロセスを短い時間で実現できる。
【００１９】
微細構造乾燥装置を数台装備して並列処理することにより単位時間あたりの処理能力を上げることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の微細構造乾燥装置の一例を示す構成図である。試料の乾燥室３５である高圧容器は、側壁を有する乾燥室上部１と、上下可動可能の乾燥室下部２とを有する。高圧容器の気密は、乾燥室下部２の全外周に設けられたシール部２６によって保たれ、更に駆動部３により乾燥室３５下部支持部２５を介して乾燥室下部２を上下可動させても乾燥室上部１と乾燥室下部２とは密閉され気密に保たれる。
【００２１】
乾燥室下部２には試料となる基板４を設置するための基板ホルダ５及び温度調整器２３を備えている。基板４はリンス後のレジストを有する微細構造が形成されており、リンス液がその表面を膜状に形成されて覆われ、図１に示すようにそれが基板ホルダ５に浮いた状態で載置される。基板４を基板ホルダ５に載置するには、乾燥室下部２を下部に可動させて行う。乾燥室上部１には、温度調整器３０、リンス液の置換溶媒となる高圧流体の導入口２４、排出口３４、３２を備えている。導入口２４の近傍には遮蔽板２２が設置され、基板に導入口から噴射される流体の衝撃を回避する構造となっている。温度調整器２３、３０は加熱と冷却の両方が可能で、いずれも配管を有する構造で、冷媒又は、加熱媒体を配管内を流通させることによって冷却又は加熱を行う。水が好ましい。
【００２２】
乾燥室３５に液体二酸化炭素を導入するための導入タンク６は、乾燥室３５より高い位置に設置され、液体二酸化炭素を臨界圧力以上の圧力で、臨界温度未満の温度に調整し、その自重によって乾燥室３５に導入される。乾燥室３５の容積に対して十分に大きな容積を持ち、バルブ７及び圧力制御装置８を介して乾燥室３５に接続されており、充填されている液体二酸化炭素は二酸化炭素の臨界圧力以上である例えば１０ＭＰａ、臨界温度以下である例えば２５℃の液体二酸化炭素が充填されるように調整される。
【００２３】
導入タンク６内の液体二酸化炭素の温度及び圧力制御は、温度調整器９による温度調整と、バルブ１０を介して接続された液体二酸化炭素タンク１１から高圧ポンプ１２で圧送し設定値を超えて導入される液体二酸化炭素は、背圧制御バルブ１４から排出され設定値に保たれる。液体二酸化炭素タンク１１から高圧ポンプ１２で圧送する二酸化炭素はフィルタ１３を通すことでゴミが除去され、ゴミの無い液体二酸化炭素が導入タンク６に充填される。排出タンク１５はバルブ１６、逆止バルブ１７を介して乾燥室３５と接続され、背圧制御バルブ２８を介して排出タンク１８に接続され、予め７．５ＭＰａ、２５℃の液体二酸化炭素を充填してある。温度調整器９、２７、２９の構造は前述と同様である。
【００２４】
排出タンク１９は、バルブ２１、逆止バルブ２２を介して乾燥室３５と接続される。排出タンク１８、１９は各々圧力制御バルブ３１、３３を備えている。
【００２５】
図４は、上述の本実施例の微細構造乾燥装置による基板の乾燥処理プロセスを示すフロー図である。図４に示すように、基板の乾燥処理プロセスは以下の通りである。
（１）駆動部３を下方に駆動させて乾燥室下部２を乾燥室上部１から切り離してその気密を解き、リンス液によって覆われた状態の基板４を搬送ロボット等により基板ホルダ５に設置し、図１に示すように、駆動部３を上方に駆動させて乾燥室下部２を乾燥室上部１に挿入し、乾燥室３５がシール部２６により気密にされる。基板４は、露光、現像及びリンス処理後のレジスト微細構造を有し、基板４の表面にリンス液を膜状に形成されている。
（２）次に、駆動部３による試料室下部２を上方に駆動させ、図２に示すような液体二酸化炭素導入位置付近まで上昇させ、乾燥室３５の容積を減少させた所定の位置に保持する。
（３）バルブ１０、１６、２０を閉じ、バルブ７を開放すると１０ＭＰａ、２５℃に調整された液体二酸化炭素が導入タンク６より自重によって乾燥室３５に導入される。昇圧勾配は圧力制御装置８により制御される。導入口２４から噴射される液体二酸化炭素は遮蔽板２２により基板４に直接の衝撃を与えることなく乾燥室３５を満たして基板４を浸漬してリンス液と液体状態の二酸化炭素の置換が始まる。乾燥室３５に液体二酸化炭素を導入される際には、前述の温度調整器２３、３０による配管への冷媒の流通によって乾燥室３５内の温度を５〜２３℃程度に冷却しておく。
（４）乾燥室３５が７．５ＭＰａまで昇圧し、高圧ポンプで液体二酸化炭素を圧送しながら所定の圧力を保ちつつ乾燥室下部２を降下させ乾燥室３５の容積を大きくしてリンス液と液体二酸化炭素との置換に最適容積に設定する。リンス液と液体状態の二酸化炭素の置換が完了したら、駆動部３により乾燥室下部２を図３に示す排出位置まで上昇させながら所定の圧力を保ちつつ、乾燥室３５内部に充填している殆どの液体二酸化炭素の相を変化させることなくバルブ１６を開放し排出タンク１５へと排出させる。又、７．５ＭＰａを超えて導入される二酸化炭素は背圧制御バルブ２８から排出タンク１８に排出され気体となって圧力制御バルブ３１から排出される。この排出では、乾燥室３５内の殆どを相変化させることなく液体二酸化炭素を排出できて、且つ乾燥室３５内の液体二酸化炭素の温度低下を防ぐことができる。
（５）バルブ１６を閉じ、温度調整器２３、３０により乾燥室３５内を３５℃に昇温させると乾燥室３５内の液体二酸化炭素は超臨界へと状態が変化する。この状態変化では表面張力を作用させることがないためパターン倒れ無く基板の乾燥ができる。
（６）乾燥室３５内を３５℃に保ったまま、バルブ２０を開放して排出タンク１９を介して圧力制御バルブ３３により降圧することで乾燥室３５内部の流体は超臨界状態から気体へ変化する。
（７）流体を排出させ乾燥室３５内部が大気圧になった時点で乾燥プロセスが終了する。駆動部３により乾燥室下部２を降下させて乾燥室３５の密閉を解き基板４を取り出し乾燥が終わる。
【００２６】
本実施例に示されるように、レジスト等の微細構造を有する基板を、乾燥溶媒となる液体又は超臨界状態の流体の導入・昇圧時間及び排出時間を短縮できるので、乾燥プロセスを短い時間で実現でき、且つパターン倒れ無く乾燥できる。
【００２７】
図５は本発明の微細構造乾燥処理装置１０１を複数台設置した微細構造乾燥処理システム構成図である。現像・洗浄装置１０４で洗浄が終了したレジスト等の微細構造を有する基板はウェット基板用搬送ロボット１０２で微細構造乾燥処理装置１０１に搬送され、上述した方法で乾燥が行われる。乾燥処理が終了すると微細構造乾燥処理装置１０１の乾燥室下部２が駆動部３により下降して乾燥室３５の気密を解き基板５を交換位置に移動させる。ドライ基板用搬送ロボットで基板５を微細構造乾燥処理装置１０１より搬出して次工程の装置まで移動させる。
【００２８】
現像・洗浄装置のタクトタイムに対して微細構造乾燥処理装置１０１の処理時間が長くなる場合は複数台を設置することにより、現像・洗浄装置のタクトタイムに合わせることができるようになり、単位時間あたりの処理件数を向上させることができ、タクトタイムを向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、露光、現像、リンス後のレジスト、金属の微細構造を有する直径１００ｍｍ以上の基板の乾燥処理が、２分程度の小さいタクトタイムで、パターン倒れ無く行うことができる。
【００３０】
特に、ＬＳＩ等を大規模に製作するためのレジスト等の微細構造を有する直径１００ｍｍ以上の基板の乾燥として、本発明の微細構造乾燥処理法とその処理装置及びその処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細構造乾燥処理装置の構成図である。
【図２】本発明の微細構造乾燥装置における乾燥室の断面構成図である。
【図３】本発明の微細構造乾燥装置における乾燥室の断面構成図である。
【図４】本発明の微細構造乾燥処理プロセスを示すフロー図である。
【図５】本発明の微細構造乾燥装置を用いたシステム構成図である。
【符号の説明】
１…乾燥室上部、２…乾燥室下部、３…駆動部、４…基板、５…基板ホルダ、６…導入タンク、７、１０、１６、２０…バルブ、８…圧力制御装置、９…温度調整器、１１…液体二酸化炭素タンク、１２…高圧ポンプ、１３…フィルタ、１４、２８…背圧制御バルブ、１５、１８、１９…排出タンク、１７、２１…逆止バルブ、２２…遮蔽版、２３、２７、２９、３０…温度調整器、２４…導入口、２５…乾燥室下部支持部、２６…シール部、３１、３３…圧力制御バルブ、３２…排出口、３４…排出口、３５…乾燥室、１０１…本発明の微細構造乾燥処理装置、１０２…ドライ基板用搬送ロボット、１０３…ウェット基板用搬送ロボット、１０４…現像・洗浄装置。

Claims (19)

1. リンス後の微細構造を有する基板をリンス液に接触させ乾燥室に設置する設置工程と、前記乾燥室に高圧下で液体となる流体を所定の圧力に達するまで導入する流体導入工程と、前記リンス液を前記流体に溶解させる保持工程と、前記所定の圧力に達した前記乾燥室内の前記流体の殆どを該流体の相を変化させることなく排出する排出工程と、前記乾燥室の温度を高めて前記流体を超臨界状態にし前記基板を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥室の圧力を低下させて前記流体を気体に変化させる気化工程とを順次有することを特徴とする微細構造乾燥法。
2. リンス後の微細構造を有する基板をリンス液に接触させ乾燥室に設置する設置工程と、前記乾燥室に高圧下で液体となる流体を所定の圧力に達するまで導入する流体導入工程と、前記リンス液を前記流体に溶解させる保持工程と、前記所定の圧力に達した前記乾燥室内の前記流体を前記乾燥室の容積を減少させながら又は前記所定の圧力に達した前記乾燥室内の前記流体を前記乾燥室の圧力を所定の圧力に保ちながら排出する排出工程と、前記乾燥室の温度を高めて前記流体を超臨界状態にし前記基板を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥室の圧力を低下させて前記流体を気体に変化させる気化工程とを順次有することを特徴とする微細構造乾燥法。
3. 請求項１又は２において、前記基板を前記乾燥室に設置後で、前記流体導入工程前に、前記乾燥室を所定の容積に設定する容積設定工程を有することを特徴とする微細構造乾燥法。
4. 請求項１又は２において、前記乾燥室への前記流体の導入時に前記乾燥室の容積を前記設置工程時より小さくすることを特徴とする微細構造乾燥法。
5. 請求高１又は２において、前記保持工程後で、前記排出工程前に、前記リンス液の前記流体への溶解量に応じて前記流体の導入量を前記乾燥室の容積を変動させることによって設定する流体容積設定工程を有することを特徴とする微細構造乾燥法。
6. 請求項１又は２において、前記排出工程を、前記乾燥室下部の上方への移動によって行うことを特徴とする微細構造乾燥法。
7. 請求項１又は２において、前記流体導入工程における前記乾燥室への前記流体の導入時に、前記乾燥室内の導入口に設けられた遮蔽物によって前記流体の前記基板への衝撃を防ぐことを特徴とする微細構造乾燥法。
8. 請求項１又は２において、前記排出工程における前記乾燥室の前記流体は、液体状態、超臨界状態及び高圧気体状態のいずれかであることを特徴とする微細構造乾燥法。
9. 請求項１又は２において、前記流体導入工程を、前記流体の臨界圧力以上の圧力で、かつ臨界温度未満の温度に調整し、前記流体の自然落下によって導入することを特徴とする微細構造乾燥法。
10. 請求項１又は２において、前記乾燥室を複数有し、前記乾燥工程を並列して行うことを特徴とする微細構造乾燥処理法。
11. リンス後の微細構造を有する基板をリンス液に接触させて設置する容積可変可能な乾燥室と、該乾燥室に導入される高圧下で液体となる流体を貯蔵する流体貯蔵タンクと、前記導入によって所定の圧力に達した前記乾燥室内の前記流体を前記乾燥室外に排出し該排出された前記流体を貯蔵する排出タンクと、前記乾燥室の前記流体の温度を高めて超臨界状態にし前記基板を乾燥させる温度調整器と、前記乾燥後前記乾燥室の圧力を低下させて前記流体を気体に変化させる圧力調整手段とを有することを特徴とする微細構造乾燥装置。
12. 請求項１１において、前記乾燥室は、容器となる乾燥室上部と、該乾燥室上部の内周面にシール部を介して上下方向に可動可能に設置され前記基板を搭載する乾燥室下部とを有し、該乾燥室下部を前記上下方向に駆動する駆動部を有することを特徴とする微細構造乾燥装置。
13. 請求項１１において、前記流体貯蔵タンクはその内部の前記流体の底面が前記乾燥室の前記流体の導入口より高い位置になるように設置されていることを特徴とする微細構造乾燥装置。
14. 請求項１１において、前記乾燥室は、該乾燥室内への前記流体の流れを遮る遮蔽物を有し、該遮蔽物によって前記流体の前記基板への衝撃を防ぐことを特徴とする微細構造乾燥装置。
15. 請求項１１において、前記温度調整器は、前記乾燥室内及び前記基板への搭載部に設置されていることを特徴とする微細構造乾燥装置。
16. 請求項１１において、前記流体貯蔵タンク及び前記排出タンクは、温度調整器を有することを特徴とする微細構造乾燥装置。
17. 請求項１５又は１６において、前記温度調整器は、熱媒体を流通させる配管を有することを特徴とする微細構造乾燥装置。
18. 請求項１１において、前記流体貯蔵タンクが２つ以上有することを特徴とする微細構造乾燥装置。
19. 複数の乾燥室を備えた微細構造乾燥装置と、現像・洗浄装置で得られたリンス後のレジスト微細構造を有する基板を搬送するウェット搬送手段と、前記微細構造乾燥装置によって乾燥された前記基板を搬送するドライ搬送手段とを有し、前記微細構造乾燥装置が請求項１１よりなることを特徴とする微細構造乾燥システム。

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