JP2008130685A - Microstructure processing method and apparatus, and the microstructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超臨界流体を用いた微細構造体の処理方法と処理装置、及び乾燥処理する前の工程で用いる微細構造体に関する。特に、超臨界二酸化炭素を用いた微細構造体の乾燥処理に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for processing a fine structure using a supercritical fluid, and a fine structure used in a process before drying. In particular, the present invention relates to a drying process of a microstructure using supercritical carbon dioxide.
半導体デバイス製造において、超微細加工工程の根幹となっているリソグラフィー技術とは、シリコンウェーハのレジストと呼ばれる感光性高分子を薄く塗布した後に、マスクを通してパターン形状を露光し、選択的に光化学反応が起こったレジストを現像液に浸すことで、露光部/未露光部の溶解速度差によってパターンを形成する技術である。 Lithography technology, which is the basis of ultra-fine processing in semiconductor device manufacturing, is to apply a thin film of photosensitive polymer called resist on a silicon wafer, and then expose the pattern shape through a mask to selectively cause photochemical reaction. This is a technique for forming a pattern based on a difference in dissolution rate between an exposed area and an unexposed area by immersing the resist that has occurred in a developer.
半導体デバイスの微細化に伴い、最先端の技術では、レジストのパターン幅は100nmを切るようになった。しかし、レジストの厚さは、微細加工時のドライ/ウェットエッチング耐性を確保するために、数100nm以上が必要であるために、アスペクト比(高さ/幅)が1を大きく超えたパターンが形成されるようになってきている。現像後のレジストはリンス液の処理を経て、リンス液の乾燥が行われるが、乾燥時には隣り合うパターン間に残ったリンス液のメニスカス(リンス液の表面が作る曲面)に起因する圧力による曲げ力(毛細管力)が発生する。レジストのアスペクト比が大きくなってくると、この毛細管力によって、隣接パターンが張り付き、その結果パターンが倒れる問題が顕在化してきた。
液体の表面張力をγ、液体メニスカスの曲率半径をrとすると、毛細管力Pは数1で示される。
Along with the miniaturization of semiconductor devices, the pattern width of the resist has become less than 100 nm with the latest technology. However, since the resist thickness needs to be several hundred nm or more in order to ensure dry / wet etching resistance during microfabrication, a pattern having an aspect ratio (height / width) greatly exceeding 1 is formed. It has come to be. The resist after development is treated with a rinsing solution, and then the rinsing solution is dried. At the time of drying, the bending force due to the pressure caused by the meniscus of the rinsing solution remaining between adjacent patterns (the curved surface created by the surface of the rinsing solution) (Capillary force) is generated. As the resist aspect ratio increases, this capillary force causes the adjacent pattern to stick, resulting in the problem of pattern collapse.
When the surface tension of the liquid is γ and the radius of curvature of the liquid meniscus is r, the capillary force P is expressed by
数1により、毛細管力Pは、曲率半径rが小さいほど大きくなることがわかる。従って、毛細管力に起因するパターン倒れを回避するためにはリンス液の表面張力を小さくすれば良い。例えば、水(表面張力=約72[mN/m])に比べて表面張力の小さいパーフロロカーボン(表面張力<20[mN/m])で置換してから乾燥させることで毛細管力はある程度低減する。しかしパターン幅が150nm以下で、かつアスペクト比が3以上になると、20[mN/m]以下の表面張力の値を持つ液体で置換・乾燥してもパターン倒れを完全に回避することはできない。
From
このような毛細管力に起因するパターン倒れを防止するために、表面張力の無い超臨界流体を用いて、微細パターンを乾燥する方法が提案されている。超臨界流体の表面張力はゼロであるために、パターン間の液体メニスカスの曲率半径がどんなに小さくなっても数式1より、毛細管力Pもゼロであるので、隣接パターンの張り付きや、パターン倒れは全く生じないことになる。超臨界流体を用いた乾燥工程の媒体として、低い臨界点(7.3MPa、31℃)であると共に、化学的に安定であり、毒性が無く、安価で、再利用も容易である二酸化炭素が最も良く使用されている。
In order to prevent pattern collapse due to such capillary force, a method of drying a fine pattern using a supercritical fluid having no surface tension has been proposed. Since the surface tension of the supercritical fluid is zero, no matter how small the radius of curvature of the liquid meniscus between patterns is, the capillary force P is also zero from
レジスト現像後のリンス液に最もよく用いられている水は、超臨界二酸化炭素に殆ど溶解しないために、水(リンス液)を超臨界二酸化炭素に対して溶解性の高い溶媒と置換して、その後に前記溶媒を超臨界二酸化炭素で置換して、最後に減圧して超臨界二酸化炭素を乾燥させる工程が提案されている。例えば、特許文献1においては、基板上に形成されたパターン上の水(リンス液)をアルコールや炭化水素で置換した後に、前記アルコールや炭化水素を液体二酸化炭素で置換し、液体二酸化炭素を加熱して超臨界二酸化炭素にした後で、減圧して超臨界二酸化炭素を完全に除去することによりパターン倒れを回避する乾燥プロセスが提案されている。
The water most commonly used in the rinsing liquid after resist development hardly dissolves in supercritical carbon dioxide, so water (rinsing liquid) is replaced with a solvent highly soluble in supercritical carbon dioxide, Thereafter, a process of replacing the solvent with supercritical carbon dioxide and finally drying the supercritical carbon dioxide by reducing the pressure has been proposed. For example, in
この特許文献1における提案では、装置は一つのチャンバーで湿式処理と超臨界乾燥の両方が実施されるようになっているが、超臨界装置は高圧装置であり、常圧で使用される通常の湿式処理装置と比較すると、強酸の使用ができないなど多くの制約条件がある。そこで、特許文献2においては、湿式処理装置と超臨界乾燥装置を併せ持ち、前記湿式処理装置で処理されたウェーハを自然乾燥させること無く微細構造部が濡れた状態で超臨界乾燥装置に搬送し、自然乾燥する以前に超臨界乾燥を行う方法が提案されている。この提案によれば、この超臨界乾燥装置を腐食してしまうために使用することができない強い酸性やアルカリ性の湿式処理を行った後でも、微細パターンを破壊することなくパターンの乾燥が可能になる。
In the proposal in
しかし、特許文献2に記載されているように、湿式処理装置で処理されたウェーハを微細構造部が濡れた状態で超臨界乾燥装置に搬送する際に、搬送に伴うウェーハの傾きや僅かな揺れや加減速によって、ウェーハ上の液体がこぼれ落ちてしまい、表面の液膜が失われたレジストパターン近傍に気液界面が形成されることで、毛細管力が発生して、その結果パターン倒れが発生してしまう。したがって、超臨界乾燥装置内にウェーハを導入する際には、ウェーハをまったく傾けることなく、同時に振動を与えないような慎重なハンドリングが要求され、その結果搬送時間が長くなり、スループットが低減する。
この課題を解決して、湿式処理装置から超臨界乾燥装置にウェーハを安定して搬送するために、特許文献3においては、ウェーハの微細構造部を高粘性率の液体で覆うことが提案されている。
In order to solve this problem and stably transport a wafer from a wet processing apparatus to a supercritical drying apparatus, it is proposed in
ところで、特許文献3に示されるように、ウェーハの微細構造体を覆う置換媒体を高粘性率の液体にすれば、ウェーハの搬送の際などに、液体のこぼれ落ちを防止することができるが、ウェーハ上の高粘性率の液体を液体二酸化炭素あるいは超臨界二酸化炭素で置換する工程において、液体二酸化炭素あるいは超臨界二酸化炭素の常温の圧力は30気圧以上あるために、高圧力の二酸化炭素導入に伴う激しい気流のせん断力によって、ウェーハのレジストパターン(微細構造体)が破壊される。また、ウェーハ上の高粘性液体がこぼれ落ちてウェーハ表面の微細構造体が乾燥してしまい、毛細管力によりレジストのパターン倒れが発生する。
By the way, as shown in
また、特許文献3にはレジストのリンス液の置換媒体の一つに、ハイドロフルオロエーテルに代表されるフッ素系溶剤が例示されているが、このようなフッ素系溶剤はレジストを膨潤させて、レジストの線幅を増大させてしまう。
さらに、特許文献3には、レジストのリンス液の置換媒体のひとつにポリビニルアルコールのような含水材料が例示されているが、このような含水材料を超臨界二酸化炭素で置換するためには、超臨界二酸化炭素に水を含有させる必要があり、含有水の作用でレジストの密着性が低下して、パターンが崩壊してしまう。
Further,
Further,
本発明は、上述の点に鑑み、ウェーハ上に形成された微細構造体のパターンを崩壊させることなく乾燥処理を行えるようにした、微細構造体の処理方法と処理装置、及び微細構造体を提供するものである。 In view of the above-described points, the present invention provides a fine structure processing method and processing apparatus, and a fine structure, which can perform a drying process without collapsing the fine structure pattern formed on the wafer. To do.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の微細構造体の処理方法は、湿式処理装置によって処理された微細構造体の表面の微細構造部を、超臨界二酸化炭素の臨界圧力以上の環境下における融点が31℃以上である置換媒体である固体物質による保護膜で被覆する工程と、微細構造体の表面の保護膜である固体物質を超臨界二酸化炭素で溶解除去して、微細構造体を乾燥する工程とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the microstructure processing method of the present invention is characterized in that the microstructure of the surface of the microstructure processed by the wet processing apparatus is converted to the criticality of supercritical carbon dioxide. The step of coating with a protective film made of a solid material that is a substitution medium having a melting point of 31 ° C. or higher under an environment of pressure or higher, and the solid material that is a protective film on the surface of the microstructure is dissolved and removed with supercritical carbon dioxide. And a step of drying the fine structure.
また、本発明の微細構造体の処理装置は、表面に微細構造部を有する微細構造体を湿式処理する第1の処理手段と、湿式処理後に溶解した超臨界二酸化炭素の臨界圧力以上の環境下における融点が31℃以上である置換媒体である固体物質の溶解物を供給して微細構造部を固体物質による保護膜で被覆する第2の処理手段を有する湿式処理装置と、微細構造体の保護膜を超臨界二酸化炭素で溶解除去して、微細構造体を乾燥処理する乾燥処理装置とを備えていることを特徴とする。 The fine structure processing apparatus of the present invention includes a first processing means for performing wet processing on a fine structure having a fine structure portion on the surface, and an environment that is equal to or higher than a critical pressure of supercritical carbon dioxide dissolved after the wet processing. A wet processing apparatus having a second processing means for supplying a melt of a solid substance, which is a substitution medium having a melting point of 31 ° C. or more, to coat the fine structure with a protective film of the solid substance, and protecting the fine structure It is characterized by comprising a drying treatment apparatus for dissolving and removing the membrane with supercritical carbon dioxide and drying the fine structure.
また、本発明の微細構造体は、ウェーハ表面の微細構造体が、超臨界二酸化炭素の臨界圧力以上での環境下における融点が、31℃以上である置換媒体である固体物質による保護膜を有することを特徴とする。 In addition, the microstructure of the present invention has a protective film made of a solid material that is a substitution medium in which the microstructure on the wafer surface has a melting point of 31 ° C. or higher in an environment at or above the critical pressure of supercritical carbon dioxide. It is characterized by that.
本発明では、微細構造体が固体物質による保護膜に覆われるので、微細構造体の表面の微細構造部が崩壊することなく微細構造体を取り扱うことが出来る。また、固体物質の融点は、超臨界二酸化炭素の臨界温度以上であるから、超臨界二酸化炭素に接触させて、固体物質を溶解除去することができる。 In the present invention, since the fine structure is covered with the protective film made of the solid material, the fine structure can be handled without collapsing the fine structure portion on the surface of the fine structure. In addition, since the melting point of the solid substance is equal to or higher than the critical temperature of supercritical carbon dioxide, the solid substance can be dissolved and removed by contacting with the supercritical carbon dioxide.
本発明によれば、湿式処理後の微細構造部を有する微細構造体を固体物質の保護膜で覆うことによって、次の乾燥工程において、パターン倒れなどを防ぐことができ、また、微細構造体の取り扱いも容易になる。さらに、超臨界二酸化炭素に溶解されることによって、この保護膜は除去されるので、水の毛細管力などに起因する微細構造部のパターン倒れも防ぐことができる。 According to the present invention, a fine structure having a fine structure after wet processing is covered with a protective film made of a solid material, so that pattern collapse or the like can be prevented in the next drying step. Handling becomes easy. Furthermore, since this protective film is removed by being dissolved in supercritical carbon dioxide, it is possible to prevent the pattern collapse of the fine structure due to the capillary force of water.
本発明に係る超臨界流体を用いた乾燥方法を含む微細構造体の処理方法、及びこれに用いる装置は、超臨界流体を用いた微細構造体の乾燥工程の前工程において、超微細構造体の上面が固体物質で覆われて、微細構造部を保護するように構成される。つまり、本発明では、半導体デバイス等の微細構造を有するデバイスの製造工程において、湿式処理装置で処理されたウェーハを超臨界乾燥装置に搬送する際に、ウェーハ上の微細構造表面(レジストパターン)を保護するために、固体物質(固体媒体)を、湿式処理装置で用いられたリンス液との置換媒体として微細構造表面に用いることを特徴としている。超臨界流体としては、二酸化炭素が用いられる。
このとき、上述の固体物質(固体媒体)の融点は、超臨界二酸化炭素の超臨界圧力において、超臨界二酸化炭素の臨界温度である31℃以上である材料を用いる。また、固体物質の融点は、大気圧に於いてレジストのリンス液の沸点以下であるものを用いる。これは、固体物質である置換媒体を融解した状態で、ウェーハ表面のリンス液と置換する為であり、固体物質の融点がレジストのリンス液の沸点以上である場合、溶液の状態でリンス液と共存できず、リンス液と置換できないからである。特に、リンス液が純水の場合には、固体物質の融点は、大気圧に於いて純水の沸点である100℃以下であるものを用いなければならない。また、乾燥工程において、超臨界二酸化炭素に溶解されるために、超臨界二酸化炭素に対する溶解度が高い材料を用いる。
A method for processing a fine structure including a drying method using a supercritical fluid according to the present invention, and an apparatus used therefor are provided in a pre-process of a drying process of a fine structure using a supercritical fluid. The top surface is covered with a solid material and configured to protect the microstructure. In other words, in the present invention, when a wafer processed by a wet processing apparatus is transported to a supercritical drying apparatus in a manufacturing process of a device having a microstructure such as a semiconductor device, the microstructure surface (resist pattern) on the wafer is transferred. In order to protect, a solid substance (solid medium) is used on the surface of the microstructure as a replacement medium with the rinsing liquid used in the wet processing apparatus. Carbon dioxide is used as the supercritical fluid.
At this time, a material having a melting point of the above-mentioned solid substance (solid medium) of 31 ° C. or higher which is the critical temperature of supercritical carbon dioxide at the supercritical pressure of supercritical carbon dioxide is used. Further, a solid material having a melting point equal to or lower than the boiling point of the resist rinsing solution at atmospheric pressure is used. This is to replace the rinsing liquid on the wafer surface in a state where the substitution medium, which is a solid substance, is melted. When the melting point of the solid substance is equal to or higher than the boiling point of the rinsing liquid of the resist, This is because they cannot coexist and cannot be replaced with a rinse solution. In particular, when the rinsing liquid is pure water, the solid material must have a melting point of 100 ° C. or lower, which is the boiling point of pure water at atmospheric pressure. In the drying process, a material having high solubility in supercritical carbon dioxide is used in order to be dissolved in supercritical carbon dioxide.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に本発明の一実施の形態に係る微細構造体の処理装置の概略構成図を示す。本実施の形態に係る処理装置1は、半導体ウェーハの処理を行う処理装置に適用した場合である。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a fine structure processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The
本実施の形態に係る処理装置1は、半導体デバイスの製造過程において、リソグラフィー工程でのレジスト膜の現像処理と、その後の乾燥処理を含めた処理装置であり、現像装置2と超臨界乾燥装置3から成る。現像装置2は湿式処理装置であり、現像処理槽4及び、現像処理槽4に現像液を供給するノズル26と、リンス液(例えば純水)を供給するノズル5と、置換流体を供給するノズル6とを有する。現像処理層4内部には、被処理物となるウェーハ8を支持する支持部9が配置されている。
超臨界乾燥装置3は、乾燥処理槽7と二酸化炭素供給手段27、及び気液分離手段28を有する。二酸化炭素供給手段27は、液体二酸化炭素が収容された液体二酸化炭素タンク13、インライン加温器14、高圧ポンプ15から構成される。これらの構成要素は供給配管11によって接続され、供給配管11は乾燥処理槽7へ接続される。また、供給配管11の液体二酸化炭素タンク13側と乾燥処理槽7側には、それぞれバルブ22、24が設置してある。
気液分離手段28は、気液分離器16、廃液タンク17、フィルター18、インライン冷却器19、液化ポンプ20から構成される。これらの構成要素は、乾燥処理槽7から伸びる排出配管12、及び廃液配管21により接続され、排出配管12は、液体二酸化炭素タンク13へ接続される。また、排出配管12の乾燥処理槽7側には、乾燥処理槽7内の圧力を調整できる排圧弁25が設置され、また、排出配管12の液体二酸化炭素タンク13側にはバルブ23が設置される。処理槽7内で用いられた処理済の超臨界二酸化炭素は排出配管12によって排出されるが、後述するように、気液分離器16によって固体物質成分と、二酸化炭素成分に分離される。
また、乾燥処理槽7内部には、ウェーハ8を支持する支持部10が配置されている。
The
The
The gas-
Further, a
次に、以上の構成有する処理装置1を用いて被処理ウェーハ表面の微細構造部の形成と、その後の微細構造部に対する処理とを行う、本発明に係る微細構造体の処理方法の実施の形態を説明する。本実施の形態の処理方法は、被処理ウェーハである例えば半導体ウェーハ表面のレジスト膜を現像処理して微細構造部であるレジストパターンの形成、微細構造部のリンス処理、その後の乾燥処理を行う処理方法であり、特に、レジストパターンによる微細構造部を有する半導体ウェーハ(いわゆる微細構造体)の乾燥方法に特徴を有する。図2(a)〜(g)を参照して説明する。
Next, an embodiment of a processing method of a fine structure according to the present invention, in which the fine structure portion on the surface of the wafer to be processed and the subsequent treatment on the fine structure portion are performed using the
まず、被処理ウェーハである例えば半導体ウェーハ(以下、ウェーハという)8の表面にレジスト膜30を成膜し、このレジスト膜30を所要のパターンで露光する。この所要パターンに露光されたレジスト膜30を表面に有するウェーハ8(図2(a)参照)を現像装置2に搬送して、現像処理槽4内の支持部9上に支持する。
First, a resist
次に、ノズル26から現像液32をウェーハ8表面に供給して露光後のレジスト膜30を現像処理して、微細構造を有する所要のレジストパターン、いわゆるレジストによる微細構造部33を形成する(図2(b)参照)。
Next, a developing
次に、ノズル5から、純水からなるリンス液34を供給して、微細構造部33をリンスする(図2(c)参照)。リンス処理は、支持部9を介してウェーハ8を回転させながら行われる。
Next, a rinsing
このリンス工程の後に、ノズル6から溶解した固体物質(以下置換媒体という)35をウェーハ8表面の微細構造部33上に供給し、リンス液34を置換媒体35と置換する(図2(d)参照)。
After this rinsing step, a solid substance (hereinafter referred to as a replacement medium) 35 dissolved from the
そして、その後、ウェーハ8を回転させ、遠心力でリンス液34と余分な置換媒体35を除去し、冷却して置換媒体35を固化させて保護膜となる固体皮膜36を形成する(図2(e)参照)。固体皮膜36は、ウェーハ8表面の微細構造部33の全体を薄く覆う状態になる。以上の工程により、本実施の形態に係る微細構造部33が、保護膜となる固体皮膜36で覆われる。
Thereafter, the
図2(a)〜(e)の工程は、現像処理装置2で行われる。
2A to 2E are performed by the
リンス液34を置換媒体35と置換する方法としては、リンス後のウェーハ8にリンス液34が乗った状態で、現像処理槽4内を置換媒体35の融点以上に加温し、液状の置換媒体35をウェーハ31表面に導入し、リンス液34と置換媒体35を置換する方法がある。この方法を適用できる置換媒体の材料としては、水よりも、比重の重いものが挙げられる。また、上述した通り、用いられる置換媒体に用いられる材料の融点は、超臨界二酸化炭素の超臨界圧力において、超臨界二酸化炭素の臨界温度31℃以上であり、水の沸点である100℃以下である。
As a method of replacing the rinsing
続いて、上述のようにして得られた、表面の微細構造部33が固体皮膜36で覆われたウェーハ8を超臨界乾燥装置3に搬送して乾燥処理を行う。
Subsequently, the
まず、図2(e)に示す、固体皮膜36で覆われたウェーハ8は、現像処理装置2から超臨界乾燥装置3に任意の手段で搬送され、乾燥処理槽7内の支持部10上に設置される。このとき、乾燥処理槽7内は大気圧である。次に、液体二酸化炭素タンク13側の供給配管11に設けられたバルブ22が開かれる。すると、配管11を流れる液体二酸化炭素は、インライン加温器14によって、臨界温度である31℃以上に加温される。そして、加圧ポンプ15によって超臨界圧力以上に加圧され、バルブ24が開かれることによって超臨界二酸化炭素が乾燥処理槽7内に供給される。その後、排出配管12に設けられた排出弁25によって、乾燥処理槽7内の圧力は臨界圧力以上に調整され、乾燥処理槽7内の二酸化炭素は超臨界二酸化炭素の状態で流量を調整されながら供給が行われる。
First, the
このとき、乾燥処理槽7内の超臨界二酸化炭素の温度はウェーハ8表面を覆う固体皮膜36の融点温度以上とされる。このため、図2(f)に示すように、乾燥処理槽7内のウェーハ31は、超臨界二酸化炭素37に浸漬した状態であるから、ウェーハ31表面の固体皮膜36が超臨界二酸化炭素37に対して溶解し始める。このとき、急に固体皮膜36が溶解するのではなく、超臨界二酸化炭素37との接触面から均一に少しずつ溶解される。このようにして、少しずつ固体皮膜36が溶解され、最終的に、完全にウェーハ8表面から除去される(図2(g)参照)。
At this time, the temperature of the supercritical carbon dioxide in the drying
図2(f)及び、図2(g)の工程は、超臨界乾燥処理装置3の乾燥処理槽7内で行われる。
2F and FIG. 2G are performed in the
溶解された固体皮膜36は、超臨界二酸化炭素37が排出されるのと同時に、排出配管12より乾燥処理槽7外へ排出される。このとき、気液分離器16で、二酸化炭素と溶解した固体物質とに分離され、溶解した固体物質は、気液分離器16から廃液配管21により、廃液タンク17へ送られる。また、分離された二酸化炭素は、再利用のため、フィルター18及びインライン冷却器19を介して冷却され、その後、液化ポンプ20により液化された状態で、液体二酸化炭素タンク13に再度送液される。
The dissolved
上述のように、ウェーハ表面のレジストによる微細構造部33の全体が薄い固体皮膜36で被覆されることによって、続く工程、すなわち超臨界乾燥処理において、ウェーハ8上の微細構造部33は固体物質の膜36で保護されるために、微細構造部33がせん断力によって崩壊することを防止できる。
また、固定物質(置換媒体)は、融点が超臨界二酸化炭素の超臨界圧力において、超臨界二酸化炭素の臨界温度である31℃以上である材料を用いることによって、高圧力の二酸化炭素導入に伴う激しい気流のせん断力でもウェーハ8上の固体皮膜36の急な剥離は起こらない。固形皮膜36は、超臨界乾燥処理において、超臨界二酸化炭素との接触面から均一的に除去されていく。よって置換媒体35が液体であるときのように、高圧力の二酸化炭素導入時にレジストパターンである微細構造部33が一気に露出することは無く、毛細管力によりパターン崩壊を防止できる。
As described above, the entire
In addition, the fixed substance (substitution medium) is accompanied by the introduction of high-pressure carbon dioxide by using a material having a melting point of 31 ° C. or higher, which is the critical temperature of supercritical carbon dioxide, at the supercritical pressure of supercritical carbon dioxide. Even if the shearing force of the violent airflow, the
超臨界乾燥時に、ウェーハ上に水分が共存すると、レジストパターンが崩壊するおそれがあるので、置換媒体である固体物質に対する水の溶解度は、1重量%以下、特に好ましくは0.1重量%以下であることが好ましい。これにより、固体皮膜で置換する際に皮膜内に混在する水分は極めて少量になるので、超臨界乾燥工程において、超臨界二酸化炭素に完全に吸収される。よって、含有水に起因するレジスト密着性低下とパターン破壊を回避することができる。
また、固体物質の材料は、ウェーハ上のレジストを溶解せず、さらにレジストを溶解する成分を含まないことが好ましい。
When moisture coexists on the wafer at the time of supercritical drying, the resist pattern may collapse. Therefore, the solubility of water in the solid material as the substitution medium is 1% by weight or less, particularly preferably 0.1% by weight or less. Preferably there is. As a result, the amount of water mixed in the film when replacing with the solid film becomes extremely small, and thus it is completely absorbed by supercritical carbon dioxide in the supercritical drying process. Therefore, it is possible to avoid resist adhesion deterioration and pattern destruction caused by the contained water.
Further, the material of the solid substance preferably does not dissolve the resist on the wafer and further does not contain a component that dissolves the resist.
また、以上のような、リンス液と置換媒体とを置換する工程において、液状で塗布した置換媒体が、凝固する際に体積収縮し、その応力によってレジストパターンを崩壊する可能性がある。これを回避するために、置換媒体の弾性率(ヤング率)を下げることで、置換媒体が凝固する際の収縮による応力を緩和させれば良い。
ヤング率を低下させるためには、置換媒体となる固体物質の組成を多成分にして、結晶性を下げることが好ましい。
Further, in the process of replacing the rinsing liquid and the replacement medium as described above, there is a possibility that the replacement medium applied in a liquid state shrinks in volume when solidified, and the resist pattern is destroyed by the stress. In order to avoid this, by reducing the elastic modulus (Young's modulus) of the replacement medium, the stress due to shrinkage when the replacement medium solidifies may be alleviated.
In order to reduce the Young's modulus, it is preferable to reduce the crystallinity by using a multi-component composition of the solid substance as a substitution medium.
さらに、ウェーハ上のリンス液が自発的に融解した置換媒体と置換されるためには、融解した固体物質(置換媒体)のウェーハに対する接触角が小さい、すなわち濡れやすい材料が好ましい。例えばその固体物質の材料としては、ウェーハに対して水(シリコン水素終端面との室温での接触角=81°、二酸化シリコン面との室温での接触角=10°)より接触角が小さい、すなわち濡れやすい材料が挙げられる。具体的には、シリコン水素終端面への接触角が30°以下、あるいはシリコン酸化膜との接触角が5°以下の材料からなる固体物質は、水と比べて圧倒的にシリコン基板への親和性が高いために、極めて短時間にリンス水を置換して完全に基板を覆うことができる。 Furthermore, in order for the rinsing liquid on the wafer to be replaced with the replacement medium that is spontaneously melted, a material having a small contact angle with respect to the wafer of the melted solid substance (substitution medium), that is, a material that is easily wetted is preferable. For example, as the material of the solid substance, the contact angle is smaller than water (contact angle at room temperature with silicon hydrogen termination surface = 81 °, contact angle at room temperature with silicon dioxide surface = 10 °) with respect to the wafer. That is, a material that easily wets is mentioned. Specifically, a solid substance made of a material having a contact angle with a silicon hydrogen termination surface of 30 ° or less or a contact angle with a silicon oxide film of 5 ° or less has an overwhelming affinity for a silicon substrate compared to water. Because of the high performance, the substrate can be completely covered by replacing the rinse water in a very short time.
このように、融点が31℃以上で、超臨界二酸化炭素に対する溶解度が高く、水分の溶解度が小さく、レジスト材料に対して膨潤等のダメージを与えず、ヤング率が小さく、ウェーハ表面との接触角が小さい固体物質(置換媒体)としては、たとえば、炭素数が20以上の鎖状、あるいは環状の飽和炭化水素、およびその混合物、ナフタレン、アントラセンなどの芳香族炭化水素が好ましい。特に純水をリンス液として用いる場合、融点が100℃以下であるようにするために、上記物質の炭素数が60以下であることが好ましい。 Thus, the melting point is 31 ° C. or higher, the solubility in supercritical carbon dioxide is high, the solubility of moisture is small, the resist material is not damaged such as swelling, the Young's modulus is small, and the contact angle with the wafer surface As the solid substance (substitution medium) having a small value, for example, a chain-like or cyclic saturated hydrocarbon having 20 or more carbon atoms and a mixture thereof, aromatic hydrocarbons such as naphthalene and anthracene are preferable. In particular, when pure water is used as the rinsing liquid, it is preferable that the carbon number of the substance is 60 or less so that the melting point is 100 ° C. or less.
また、鎖状炭化水素、芳香族炭化水素の水素原子の一部または全部がフッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子で置換された物質は、比重が水より大きくなるので、水に浸したウェーハ上に滴下することで重力により水の置換が促進されることも利点である。ハロゲン化合物の一部には毒性を示す物質があるが、本乾燥法に於いて用いられる固体成分は全て回収して再利用されるので、ハロゲン化合物の僅かな毒性が問題になることはない。特に鎖状炭化水素、または芳香族炭化水素の水素を全てフッ素で置き換えたパーフルオロ炭化水素は、超臨界二酸化炭素への親和性が高く、超臨界二酸化炭素に溶解しやすいために好ましい材料である。
これらの物質は単独でも用いることができるが、好ましくは混合して結晶性を低下させ、硬化収縮時の応力を低くしたほうが、パターンの破壊防止に好ましい。
In addition, substances in which some or all of the hydrogen atoms of chain hydrocarbons and aromatic hydrocarbons are substituted with halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine have a higher specific gravity than water, so they are immersed in water. It is also advantageous that water replacement is promoted by gravity by dropping on the wafer. Although some of the halogen compounds are toxic substances, all the solid components used in the drying method are recovered and reused, so that slight toxicity of the halogen compounds does not become a problem. In particular, perfluorohydrocarbons in which chain hydrocarbons or aromatic hydrocarbon hydrogens are all replaced with fluorine are preferred materials because of their high affinity for supercritical carbon dioxide and their ease of dissolution in supercritical carbon dioxide. .
These substances can be used alone, but are preferably mixed to lower the crystallinity and lower the stress at the time of curing shrinkage to prevent pattern destruction.
ウェーハ上のリンス液を固体物質に置換するためには、上述のような、融解した固体物質(置換媒体)をウェーハに注ぐ他に、固体物質をその融点以上の水に分散させた液体をリンス水と置換する方法がある。分散して融解した固体物質の微粒子が、ウェーハ表面に自発的に吸着して薄い膜を形成する。ただし、固体物質の分散を促進するために、界面活性剤を用いると、固体物質内に水分を取り込みやすく、その水分が超臨界乾燥時に析出してパターン倒れの原因となる可能性が高い。 In order to replace the rinsing liquid on the wafer with the solid substance, in addition to pouring the molten solid substance (substitution medium) onto the wafer as described above, a liquid in which the solid substance is dispersed in water having a melting point or higher is rinsed. There is a way to replace water. The fine particles of the solid substance dispersed and melted spontaneously adsorb on the wafer surface to form a thin film. However, if a surfactant is used to promote the dispersion of the solid substance, it is easy to incorporate moisture into the solid substance, and the moisture is likely to precipitate during supercritical drying and cause pattern collapse.
また、他の方法として、2流体ノズルを用いて、融解した固体物質を加圧した空気あるいは不活性気体によって微粒子化してウェーハ表面に噴霧することで、ウェーハ表面に吸着して薄い膜を形成する方法もある。2流体ノズルを用いた処理装置の概略構成図を図3に示す。溶解した固体物質を供給するノズル40に、加圧した空気あるいは不活性気体を供給するためのノズル41が併設されて、2流体ノズル42が構成される。溶解した固体物質を供給する際に、加圧した空気、あるいは不活性気体によって固体物質成分が微粒子化されて、ウェーハ8表面のリンス液と置換される。この方法は、固体物質成分の比重が、水よりも軽い場合に有用である。図3において、図1と同一部分には同一符号を付し、重畳説明を省略する。
As another method, a two-fluid nozzle is used to atomize a melted solid substance with pressurized air or inert gas and spray it onto the wafer surface, thereby adsorbing on the wafer surface to form a thin film. There is also a method. A schematic configuration diagram of a processing apparatus using a two-fluid nozzle is shown in FIG. A
上述の、どのような方法で融解した固体物質をウェーハ表面に積層した場合であったとしても、ウェーハを回転して、その遠心力でリンス水と余分な融解した固体物質を除去することで、固体物質による保護膜となる固体皮膜の厚さは100nm〜100μmの範囲で調整でき、その面内均一性も正確に制御することができる。保護膜の厚さが100nm以下では未被覆部が出来てその部位にパターン倒れが発生し、保護膜の厚さが100μm以上では超臨界二酸化炭素で保護膜を除去するのに多大な時間を要する。 Even if the solid material melted by any method described above is laminated on the wafer surface, by rotating the wafer and removing the rinse water and excess melted solid material by the centrifugal force, The thickness of the solid film serving as a protective film made of a solid substance can be adjusted in the range of 100 nm to 100 μm, and the in-plane uniformity can also be accurately controlled. When the thickness of the protective film is 100 nm or less, an uncovered portion is formed and pattern collapse occurs at that portion, and when the thickness of the protective film is 100 μm or more, it takes a lot of time to remove the protective film with supercritical carbon dioxide. .
置換媒体である微細構造表面の保護膜を、固体物質にすることによって、湿式処理装置で処理されたウェーハを、ロボットアーム等により超臨界乾燥装置に搬送する際に、ウェーハを傾けたり振動させても置換媒体のこぼれ落ちを防止することができる。また、固体物質の材料を超臨界二酸化炭素に対する溶解度が高い材料とすることによって、ウェーハ上の微細構造体に負荷をかけることなく、さらに、短時間で乾燥を行うことが出来る。 By making the protective film on the microstructure surface, which is the replacement medium, a solid substance, when the wafer processed by the wet processing equipment is transported to the supercritical drying equipment by a robot arm etc., the wafer is tilted or vibrated. Also, it is possible to prevent spillage of the replacement medium. In addition, by using a solid material having high solubility in supercritical carbon dioxide, drying can be performed in a shorter time without imposing a load on the microstructure on the wafer.
さらに、図4に示すように、効率のよいバッチ式超臨界乾燥処理装置44によって超臨界乾燥を行うことも可能となる。固体物質による固体皮膜は、常温・大気圧下でも安定で揮発速度も遅く、長期に亘ってパターンを保護することができるため、湿式処理後のウェーハ8をまとめて超臨界乾燥処理槽48内に入れて1回で乾燥工程を済ませることが出来る。
Furthermore, as shown in FIG. 4, supercritical drying can be performed by an efficient batch supercritical
また、本実施の形態においては、二酸化炭素は、供給配管上で加温、加圧されていたが、液体の状態で乾燥処理槽内に供給し、そこで、加温、加圧を施して、超臨界二酸化炭素の状態に持っていくことも可能である。本実施の形態における微細構造体は、固体物質に覆われているので、液体が供給された勢いでレジストパターンが倒れることが無く、このように様々な仕様に耐え得る。 In the present embodiment, carbon dioxide is heated and pressurized on the supply pipe, but is supplied into the drying treatment tank in a liquid state, where it is heated and pressurized, It is also possible to bring it into a supercritical carbon dioxide state. Since the fine structure in this embodiment is covered with a solid substance, the resist pattern does not fall down with the momentum supplied with the liquid, and thus can withstand various specifications.
また、超臨界二酸化炭素による、固体物質から成る保護膜を除去する工程に於いて、超臨界二酸化炭素に対して固体物質と相溶性の高い物質を添加しておくことで、効率よく固体物質の保護膜を除去することができる。この場合に、最終的に純粋な超臨界二酸化炭素でリンスすることで、固体物質と相溶性の高い添加物は除去できる。 In addition, in the process of removing the protective film made of a solid material by supercritical carbon dioxide, a material having high compatibility with the solid material is added to the supercritical carbon dioxide, so that the solid material can be efficiently removed. The protective film can be removed. In this case, the additive having high compatibility with the solid substance can be removed by finally rinsing with pure supercritical carbon dioxide.
本発明の保護膜を積層した微細構造体において、保護膜が積層される前の微細構造体としては、現像後のレジストパターンのような微細な凹凸構造体が例示されるが、それ以外にMEMS(マイクロ電気機械素子)のようにアスペクト比の高い凹凸構造体や中空構造体であってもよく、その表面の凹凸を崩壊させることなく乾燥することができる。 In the microstructure having the protective film of the present invention laminated, examples of the fine structure before the protective film is laminated include a fine concavo-convex structure such as a resist pattern after development. A concavo-convex structure or a hollow structure having a high aspect ratio such as (micro electromechanical element) may be used, and the surface can be dried without collapsing the concavo-convex of the surface.
以上のように、固体置換方法や、乾燥処理槽などは適宜自由に組み合わせが可能であるので、そのときの条件から好適に選択される。 As described above, since the solid replacement method, the drying treatment tank, and the like can be freely combined as appropriate, they are preferably selected from the conditions at that time.
以下に具体的な実施例を図1〜図4を用いて説明する。 Specific examples will be described below with reference to FIGS.
[実施例1]
図1に示した処理装置1、及び、図2に示したフローを用いて、実施例1を説明する。
まず、直径が300mmのシリコンウェーハ8上に、JSR社製フォトレジスト「KRF−M78Y」をスピン塗布して、図2aに示す膜厚720nmのレジスト膜30を形成した。
プリベーク後にKRFステッパーで露光してから現像処理槽4にウェーハ8を移して、ポスト露光ベーク後に、ノズル26を介して2.38%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)水溶液(現像液32)を供給して1分間現像することで、図2(b)に示すような幅120nm、ピッチ240nmの1:1ラインとスペース構造を形成した。このレジストパターン(微細構造部)33のアスペクト比は6になる。
その後60℃に加熱した超純水からなるリンス液34を、ノズル5を介してウェーハ上部から供給することによって、現像液32を洗い流してリンス液34の液膜(図2(c))を形成すると同時にウェーハ8を加温した。
[Example 1]
First, a JSR photoresist “KRF-M78Y” was spin-coated on a
After pre-baking, the
Thereafter, a rinsing
続いて、ウェーハ8表面が乾燥しないうちにウェーハ8を回転させながら、置換媒体35となるジクロロベンゼン混合物(パラジクロロベンゼン92%、オルトジクロロベンゼン4%、メタジクロロベンゼン4%、大気圧での融点=36℃、8.5MPaでの融点=39℃)を50℃に加熱して液化させ、ノズル6からウェーハ8表面に吐出した。ジクロロベンゼン混合物の酸化膜面との室温の接触角は3°であり、リンス液34である水(酸化膜面との室温の接触角=10°)に比べるとウェーハ8との親和性が高い。更にクロロベンゼン混合物の密度は1.2[g/ml]であり水よりも重いために容易にリンス液34の下に潜り込み、図2(d)に示すようにウェーハ8表面の水は液化したジクロロベンゼンで完全に置換された。
Subsequently, while rotating the
融解したジクロロベンゼンの供給を止めてからウェーハ8を3000rpmで回転させることで、溶解した置換媒体35である面内のジクロロベンゼンの膜厚を1.6μmに調整した。最後の回転中にウェーハ8は40℃以下に自然冷却されて、図2(e)に示すようにウェーハ8上のジクロロベンゼンは固化して固体皮膜36を形成した。このジクロロベンゼン混合物は昇華精製をすることで金属などの不純物はppbレベル以下まで低減されている。
After the supply of the melted dichlorobenzene was stopped, the
次にウェーハ8を、図示しないロボットアームによって温度を33℃に保持した乾燥処理槽7に装入して密封した後に、インライン加温器14で予め33℃に加熱した液体二酸化炭素を加圧して、加圧ポンプ15により加圧して超臨界乾燥装置内へ導入すると共に、圧力調整バルブ7によって処理槽7内の二酸化炭素の圧力を8.5MPaに調整し、超臨界状態として、500ml/minの流量で供給した(図2(f))。このようにして、処理槽7内のウェーハ8は、超臨界二酸化炭素37に浸漬された状態となる。液体二酸化炭素の導入時に大きな衝撃があるが、レジストはジクロロベンゼン混合物の固体皮膜36で十分に保護されているためにレジストパターン33の倒壊は無い。超臨界二酸化炭素37の3分間の流通によってウェーハ8上の固化したジクロロベンゼンの固体皮膜36は目視では除去されたが、更に2分間(計5分間)超臨界二酸化炭素37を流通して、ウェーハ8表面のジクロロベンゼンを完全に除去した(図2(g))。
Next, after the
この後、35℃に保持したまま超臨界乾燥槽7の圧力を大気圧まで減圧し、レジストパターン33を有するウェーハ8を乾燥させた。レジストパターン33を電子顕微鏡で観察した結果、パターン倒壊は全く認められなかった。
Thereafter, while maintaining the temperature at 35 ° C., the pressure in the
[実施例2]
実施例2は、図3及び図4の装置の組み合わせによって行われる。つまり、実施例2における処理装置は、図3に示す2流体ノズル42を有する現像装置43と図4にしめすバッチ式超臨界乾燥処理装置44の組み合わせによって実施される。
直径が300mmのシリコンウェーハ8上に、東京応化社製フォトレジスト「TMGR−EN007」をスピン塗布して、膜厚400nmのレジスト膜30を形成した。プリベーク後に電子ビーム露光によりパターンニングを行った。次に現像装置2にウェーハ8を移して、ポスト露光ベーク後に2.38%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)水溶液(現像液32)で1分間現像することで、幅80nm、ピッチ160nmの1:1ラインとスペース構造を形成した。このレジストパターン33のアスペクト比は5になる。その後60℃に加熱した超純水であるリンス液34を、ノズル5を介してウェーハ8上部から供給することによって、現像液32を洗い流すと同時にウェーハ8を加温した。
[Example 2]
The second embodiment is performed by a combination of the apparatuses shown in FIGS. That is, the processing apparatus in the second embodiment is implemented by a combination of the developing
A photoresist “TMGR-EN007” manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was spin-coated on a
続いて、ウェーハ8表面が乾燥しないうちにウェーハ8を回転させながら、炭素数が30〜45までの鎖状飽和炭化水素の混合物(パラフィンワックス、大気圧での融点=45℃、8.5MPaでの融点=50℃、酸化膜面との室温の接触角=5°)を60℃に加熱して液化させて、加温手段を有する2流体ノズル42に導入して3気圧に加圧した窒素ガスで霧化して平均速度80m/sでウェーハ8に噴霧することで、表面のリンス液34を液化した置換媒体35であるパラフィンワックスで完全に置換した。パラフィンワックスの供給を止めてからウェーハ8を3000rpmで回転させることで、面内のパラフィンワックスの膜厚を1.8μmに調整した。最後の回転中にウェーハ8は40℃以下に冷却されて、ウェーハ8上のパラフィンワックスは固化して皮膜を形成した。このパラフィンワックスは昇華精製をすることで金属などの不純物はppbレベル以下まで低減されている。
Subsequently, while rotating the
次にウェーハ8をロボットアームによって温度を35℃に保持した超臨界乾燥装置44に装入した。このとき、乾燥処理装置3は、図4に示すバッチ式のものである。超臨界乾燥処理槽48内にはウェーハ8は50枚装着することが可能である。50枚のウェーハ8を挿入、密封した後に、インライン加温器14により予め35℃に加熱した液体二酸化炭素を加圧して、加圧ポンプ15により加圧されて超臨界乾燥槽48内へ導入すると共に、排圧弁25によって処理槽48内の二酸化炭素の圧力を8.5MPaに調整し、超臨界状態として、500ml/minの流量で供給した(図2(f))。超臨界二酸化炭素の3分間の流通によってウェーハ上の固化したパラフィンワックスの皮膜は目視では除去されたが、更に2分間(計5分間)超臨界二酸化炭素を流通して、ウェーハ表面のパラフィンワックスを完全に除去した(図2(g))。
Next, the
この後、35℃に保持したまま超臨界乾燥槽48の圧力を大気圧まで減圧し、レジストパターンを有するウェーハ8を乾燥させた。レジストパターンを電子顕微鏡で観察した結果、パターン倒壊は全く認められなかった。
Thereafter, while maintaining the temperature at 35 ° C., the pressure in the
[実施例3]
実施例3は、図1に示した処理装置1における超臨界乾燥装置3と、図3に示す現像装置43の組み合わせによって行われる。
現像処理槽4内における超純水によるリンス工程までは実施例2と同様にして、リンスされたウェーハ表面が乾燥しないうちに、置換媒体35として、パーフルオロアルカン(炭素数が12〜16の混合物:(大気圧での融点=48℃、8.5MPaでの融点=51℃、酸化膜面との室温の接触角=1°)を60℃に加熱して液化させて、2流体ノズル42に導入して3気圧に加圧した窒素ガスで霧化して平均速度80m/sでウェーハ8に噴霧する。これにより、表面のリンス液34である水を液化したパーフルオロアルカンで完全に置換した(図2(d))。パーフルオロアルカンの供給を止めてからウェーハ8を3000rpmで回転させることで、面内のパーフルオロアルカンの膜厚を2.0μmに調整した。最後の回転中にウェーハは40℃以下に自然冷却されて、ウェーハ上のパーフルオロアルカンは固化して固体皮膜33を形成した。
[Example 3]
The third embodiment is performed by a combination of the
In the same manner as in Example 2 until the rinsing step with ultrapure water in the
次にウェーハをロボットアームによって温度を35℃に保持した超臨界乾燥装置3の乾燥処理槽7内に装入し、密封した後に、予め35℃に加熱した液体二酸化炭素を加圧して、液送ポンプ16により超臨界乾燥処理槽7内へ導入すると共に、圧力調整バルブ17によって処理槽7内の二酸化炭素の圧力を8.5MPaに調整し、超臨界状態として、500ml/minの流量で供給した。超臨界二酸化炭素の1分間の流通によってウェーハ上の固化したパーフルオロアルカンの固体皮膜36は目視では除去されたが、更に1分間(計2分間)超臨界二酸化炭素を流通して、ウェーハ表面のパーフルオロアルカンを完全に除去した(図2f)。
Next, the wafer is placed in the drying
この後、35℃に保持したまま超臨界乾燥装置の圧力を大気圧まで減圧し、レジストパターンを有するウェーハを乾燥させた。レジストパターンを電子顕微鏡で観察した結果、パターン倒壊は全く認められなかった。 Thereafter, while maintaining the temperature at 35 ° C., the pressure of the supercritical drying apparatus was reduced to atmospheric pressure, and the wafer having the resist pattern was dried. As a result of observing the resist pattern with an electron microscope, no pattern collapse was observed.
次に、比較例として、従来の処理装置を用いた微細構造を有するウェーハの乾燥を説明する。 Next, drying of a wafer having a fine structure using a conventional processing apparatus will be described as a comparative example.
[比較例1]
上記実施例1において、超純水によるリンス工程の後、そのまま従来のスピン乾燥法によって乾燥した。レジストパターンを電子顕微鏡で観察したところ、80%のパターンに関して、隣接するパターン同士が張り付いてしまった。
[Comparative Example 1]
In Example 1 described above, after the rinsing step with ultrapure water, it was directly dried by a conventional spin drying method. When the resist pattern was observed with an electron microscope, adjacent patterns adhered to each other with respect to the 80% pattern.
[比較例2]
比較例2として、特許文献3に記載の発明を用いた乾燥処理を施す。
超純水によるリンス工程までは実施例1と同様にして、リンスされたウェーハ表面が乾燥しないうちに、H(CF2 CF2)n CH2 OH(C4 F9 OC2 H5;住友スリーエム社製;「HFE−7200」;沸点76℃;以下「HFE」と省略する)を、ウェーハを回転させながらその上部からウェーハ表面に供給することによって表面のリンス液である水を完全に除去した。ウェーハ表面が乾燥しないうちに、フッ素化オイル(三井デュポン社製;「Krytox」)を10%含むHFE溶液を、雰囲気温度23℃でウェーハを回転させながらその表面に供給した。供給停止後も引き続きウェーハを回転させていると、蒸気圧の低いHFEが速やかに蒸発し、フッ素化オイルのみの薄い保護膜が形成された。
[Comparative Example 2]
As Comparative Example 2, a drying process using the invention described in
In the same manner as in Example 1 until the rinsing step with ultrapure water, H (CF2CF2) nCH2OH (C4F9OC2H5; manufactured by Sumitomo 3M; ”; Boiling point of 76 ° C .; hereinafter abbreviated as“ HFE ”), the surface rinse water was completely removed by supplying the wafer to the wafer surface from the top while rotating the wafer. Before the wafer surface was dried, an HFE solution containing 10% of fluorinated oil (Mitsui DuPont, “Krytox”) was supplied to the surface of the wafer while rotating the wafer at an ambient temperature of 23 ° C. When the wafer was continuously rotated after the supply was stopped, HFE having a low vapor pressure was quickly evaporated, and a thin protective film only of fluorinated oil was formed.
このウェーハを、超臨界乾燥装置に装入し、予め50℃に加熱した液体二酸化炭素を加圧して液送ポンプにより50℃に保持した超臨界乾燥装置内へ導入したところ、約4MPaの液体二酸化炭素が急激に入ってきたためにウェーハ表面のフッ素化オイルの薄い保護膜の一部が完全に吹き飛ばされて、レジストパターンが気相と接して、強い毛細管力が作用してしまった。さらにレジストは液体二酸化炭素の導入時の衝撃を直接受けていた。 When this wafer was placed in a supercritical drying apparatus and liquid carbon dioxide previously heated to 50 ° C. was pressurized and introduced into the supercritical drying apparatus maintained at 50 ° C. by a liquid feed pump, about 4 MPa of liquid dioxide was obtained. Since carbon suddenly entered, a part of the thin protective film of fluorinated oil on the wafer surface was completely blown off, and the resist pattern was in contact with the gas phase, and a strong capillary force acted. In addition, the resist was directly impacted by the introduction of liquid carbon dioxide.
その後、圧力調整バルブによって超臨界乾燥装置内の二酸化炭素の圧力を8.0MPaに調整し、超臨界状態として、最初は、フッ素化オイルの抽出効率を高めるため、二酸化炭素に前記HFEを1%添加した混合流体を高圧容器内に供給し、フッ素化オイルを容器外へ排出した。フッ素化オイルが完全に排出されたことを確認した後、HFEの供給を停止し、二酸化炭素のみを供給し続け、HFEの排出を行った。超臨界二酸化炭素の流通によって、HFEはすべて排出され、高圧容器内は超臨界二酸化炭素のみに置換された。この後、50℃に保持したまま超臨界乾燥装置の圧力を大気圧まで減圧し、レジスト膜を有するウェーハを乾燥させた。 Thereafter, the pressure of the carbon dioxide in the supercritical drying apparatus is adjusted to 8.0 MPa by a pressure adjusting valve, and in the supercritical state, first, the HFE is added to carbon dioxide at 1% in order to increase the extraction efficiency of the fluorinated oil. The added mixed fluid was supplied into the high-pressure vessel, and the fluorinated oil was discharged out of the vessel. After confirming that the fluorinated oil was completely discharged, the supply of HFE was stopped, only the carbon dioxide was continuously supplied, and the HFE was discharged. Through the flow of supercritical carbon dioxide, all the HFE was discharged, and the inside of the high-pressure vessel was replaced with only supercritical carbon dioxide. Thereafter, the pressure of the supercritical drying apparatus was reduced to atmospheric pressure while maintaining the temperature at 50 ° C., and the wafer having the resist film was dried.
レジストパターンを電子顕微鏡で観察した結果、二酸化炭素の導入時にフッ素化オイルが吹き飛んだ部分にパターン倒壊が生じていた。また、HFEの効果でレジストパターンは膨潤して、線幅が10%増大してしまった。 As a result of observing the resist pattern with an electron microscope, pattern collapse occurred in the portion where the fluorinated oil was blown off when carbon dioxide was introduced. Further, the resist pattern swelled due to the effect of HFE, and the line width increased by 10%.
[比較例3]
比較例3として、比較例2と同様に特許文献3に記載の発明を利用した乾燥処理を施す。
超純水によるリンス工程までは実施例1と同様にして、リンスされたウェーハ表面が乾燥しないうちに、ポリビニルアルコール(和光純薬社製 PVA500)1%水溶液を、ウェーハを回転させながらその表面に供給した。23℃の雰囲気下で、供給停止後も引き続きウェーハを回転させていると、水が蒸発し、ウェーハ表面に粘性の高い含水PVAの膜が形成された。
[Comparative Example 3]
As Comparative Example 3, similarly to Comparative Example 2, a drying process using the invention described in
In the same manner as in Example 1 until the rinsing step with ultrapure water, a 1% aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA500 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is applied to the surface of the wafer while rotating the wafer surface before the rinsed wafer surface is dried. Supplied. When the wafer was continuously rotated even after the supply was stopped in an atmosphere at 23 ° C., water evaporated and a highly viscous water-containing PVA film was formed on the wafer surface.
この高粘度PVA膜による保護層付きウェーハを超臨界乾燥装置内に装入し、予め50℃に加熱した二酸化炭素を加圧して液送ポンプにより50℃に保持した高圧容器内へ導入すると共に、圧力調整バルブによって処理容器内の二酸化炭素の圧力を8MPaに調整し、超臨界状態とした。最初はPVAの抽出効率を高めるため、二酸化炭素に水を0.2%添加した混合流体を高圧容器内に供給し、PVA容器外へ排出した。PVAが完全に排出されたことを確認した後、水の供給を停止し、二酸化炭素のみを供給し続け、水の排出を行った。超臨界二酸化炭素の流通によって水はすべて排出され、高圧容器内は超臨界二酸化炭素のみに置換された。
この後、50℃に保持したまま高圧容器内圧力を大気圧まで減圧し、レジスト膜を有するウェーハを乾燥させた。
A wafer with a protective layer made of this high-viscosity PVA film is loaded into a supercritical drying apparatus, introduced into a high-pressure vessel that has been preliminarily heated to 50 ° C. and maintained at 50 ° C. by a liquid feed pump, The pressure of the carbon dioxide in the processing vessel was adjusted to 8 MPa by a pressure adjusting valve to obtain a supercritical state. Initially, in order to increase the extraction efficiency of PVA, a mixed fluid obtained by adding 0.2% of water to carbon dioxide was supplied into the high-pressure vessel and discharged out of the PVA vessel. After confirming that the PVA was completely discharged, the water supply was stopped, and only carbon dioxide was continuously supplied to discharge the water. All the water was discharged by the supercritical carbon dioxide circulation, and only the supercritical carbon dioxide was replaced in the high-pressure vessel.
Thereafter, the pressure in the high-pressure vessel was reduced to atmospheric pressure while maintaining the temperature at 50 ° C., and the wafer having the resist film was dried.
レジストパターンを電子顕微鏡で観察した結果、1%のパターンが倒壊していた。パターンが倒壊したウェーハを昇温脱離法(TDS)で表面の吸着種を調べた結果、多量の水分が観察された。超臨界二酸化炭素に含まれる水分がパターンに吸着するとパターン崩壊を加速することが知られているので(参考文献:Journal of Vacuum Science and Technology, B18 (6) 780, (2002))、本比較例のように水分を含有する超臨界二酸化炭素を用いなければ除去できない保護膜は、置換媒体として不適当である事は明らかである。 As a result of observing the resist pattern with an electron microscope, 1% of the pattern collapsed. As a result of examining the adsorbed species on the surface of the wafer in which the pattern collapsed by the temperature programmed desorption method (TDS), a large amount of water was observed. Since it is known that the moisture contained in supercritical carbon dioxide adsorbs to the pattern, the pattern collapse is accelerated (reference: Journal of Vacuum Science and Technology, B18 (6) 780, (2002)). It is obvious that a protective film that cannot be removed without using water-containing supercritical carbon dioxide is not suitable as a replacement medium.
以上に示すように、比較例1〜3と比較しても、本発明に係る実施例1〜3は優れた乾燥処理を施すことが出来る。
本発明によれば、水でリンスした後の微細構造体を有するウェーハにおいて、リンス液と、超臨界二酸化炭素の臨界温度以上の融点を持つ材料とを置換し、固化させて、保護膜となる固体皮膜を形成することによって、常圧・大気圧下で保護膜が揮発せず、安定してレジストパターン等の微細構造を保護することができるようになった。固体皮膜は、液体二酸化炭素や、超臨界二酸化炭素を導入するときの大きな圧力差に起因する衝撃から微細構造体を保護する効果もあり、パターン倒れ等のトラブルもなく、微細構造体を乾燥することが出来る。また、本発明によれば、水を全く使用しないので、超臨界二酸化炭素に含まれる水分に起因するパターン倒れを防ぐことができる。
As shown above, even when compared with Comparative Examples 1 to 3, Examples 1 to 3 according to the present invention can be excellently dried.
According to the present invention, in a wafer having a microstructure after rinsing with water, the rinsing liquid and a material having a melting point equal to or higher than the critical temperature of supercritical carbon dioxide are replaced and solidified to form a protective film. By forming a solid film, the protective film does not volatilize under normal pressure and atmospheric pressure, and the fine structure such as a resist pattern can be stably protected. The solid coating also has the effect of protecting the microstructure from the impact caused by the large pressure difference when introducing liquid carbon dioxide or supercritical carbon dioxide, and it dries the microstructure without any trouble such as pattern collapse. I can do it. Furthermore, according to the present invention, since no water is used, pattern collapse caused by moisture contained in supercritical carbon dioxide can be prevented.
1・・処理装置、2・・現像装置、3・・超臨界乾燥装置、4・・現像処理槽、5、6、26・・ノズル、7・・乾燥処理槽、8・・ウェーハ、9、10・・支持部、11・・供給配管、12・・排出配管、13・・液体二酸化炭素タンク、14・・インライン加温器、15・・高圧ポンプ、16・・気液分離器、17・・廃液タンク、18・・フィルター、19・・インライン冷却器、20・・液化ポンプ、21・・廃液配管、22、23、24・・バルブ、25・・排圧弁、30・・レジスト膜、32・・現像液、33・・微細構造部、34・・リンス液、35・・置換媒体、36・・固体皮膜、37・・超臨界二酸化炭素、40・・置換媒体ノズル、41・・加圧ガスノズル、42・・2流体ノズル、43・・2流体ノズルを有する現像装置、44・・バッチ式超臨界乾燥装置 1 .... Processing equipment, 2 .... Developing equipment, 3 .... Supercritical drying equipment, 4 .... Development processing tank, 5, 6, 26 .... Nozzle, 7 .... Dry processing tank, 8 .... Wafer, 9. 10 .... Supporting part, 11 .... Supply piping, 12 .... Drain piping, 13 .... Liquid carbon dioxide tank, 14 .... Inline warmer, 15 .... High pressure pump, 16 .... Gas-liquid separator, 17 .... -Waste liquid tank, 18-Filter, 19-In-line cooler, 20-Liquid pump, 21-Waste pipe, 22, 23, 24-Valve, 25-Pressure relief valve, 30-Resist film, 32 ..Developer, 33..Microstructure part, 34..Rinse solution, 35..Substitution medium, 36..Solid film, 37..Supercritical carbon dioxide, 40..Substitution medium nozzle, 41..Pressurization Gas nozzle, 42 ·· 2 fluid nozzle, 43 ·· 2 fluid nozzle Device, 44 ... batch supercritical drying apparatus
Claims (11)
前記微細構造体の表面の前記保護膜である固体物質を超臨界二酸化炭素で溶解除去して、前記微細構造体を乾燥する工程とを有する
ことを特徴とする微細構造体の処理方法。 The fine structure portion on the surface of the fine structure processed by the wet processing apparatus is covered with a protective film made of a solid material as a replacement medium having a melting point of 31 ° C. or higher in an environment at or above the critical pressure of supercritical carbon dioxide. Process,
And a step of dissolving and removing the solid material as the protective film on the surface of the fine structure with supercritical carbon dioxide and drying the fine structure.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細構造体の処理方法。 2. The processing of a microstructure according to claim 1, wherein the protective film is formed by covering the microstructure in a liquid state in an environment having a melting point of the solid substance or higher and then solidifying. Method.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細構造体の処理方法。 The method for treating a microstructure according to claim 1, wherein the substitution medium has a saturated moisture content of 1% or less at normal pressure and 25 ° C.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細構造体の処理方法。 The method for treating a microstructure according to claim 1, wherein the substitution medium is composed of a chain-like or cyclic hydrocarbon having a carbon number of 20 or more, or a mixture thereof.
ことを特徴とする請求項1に記載の微細構造体の処理方法。 The method for treating a microstructure according to claim 1, wherein the protective film is formed by spraying a liquid replacement medium onto the microstructure using a two-fluid nozzle.
湿式処理後に溶解した超臨界二酸化炭素の臨界圧力以上の環境下における融点が31℃以上である、置換媒体である固体物質の溶解物を供給して前記微細構造部を前記固体物質による保護膜で被覆する第2の処理手段を有する湿式処理装置と、
前記微細構造体の保護膜を超臨界二酸化炭素で溶解除去して、前記微細構造体を乾燥処理する乾燥処理装置とを備えている
ことを特徴とする微細構造体の処理装置。 A first processing means for wet-processing a microstructure having a microstructure on the surface;
A supercritical carbon dioxide dissolved after wet processing has a melting point of 31 ° C. or higher in an environment of a critical pressure or higher, and supplies a solid substance dissolved as a substitution medium, and the microstructure is formed by a protective film made of the solid substance. A wet processing apparatus having a second processing means for coating;
A processing apparatus for a fine structure, comprising: a drying processing device for dissolving and removing the protective film of the fine structure with supercritical carbon dioxide and drying the fine structure.
ことを特徴とする請求項8に記載の微細構造体の処理装置。 The fine structure processing apparatus according to claim 8, wherein the second processing unit includes a one-fluid nozzle or a two-fluid nozzle for supplying the dissolved substance of the solid substance.
前記微細構造体の表面の微細構造部が超臨界二酸化炭素の臨界圧力以上の環境下における融点が31℃以上である置換媒体である固体物質による保護膜で被覆されている
ことを特徴とする微細構造体。 A microstructure used in a process prior to drying the microstructure using supercritical carbon dioxide,
The fine structure portion on the surface of the fine structure is covered with a protective film made of a solid material which is a substitution medium having a melting point of 31 ° C. or higher in an environment at or above the critical pressure of supercritical carbon dioxide. Structure.
ことを特徴とする請求項10に記載の微細構造体。 The microstructure according to claim 10, wherein the protective film is formed in a liquid state in an environment equal to or higher than the melting point of the replacement medium and then solidified.
ことを特徴とする請求項10に記載の微細構造体。 The microstructure according to claim 10, wherein the substitution medium has a saturated water content of 1% or less at normal pressure and 25 ° C.
ことを特徴とする請求項10に記載の微細構造体。 The microstructure according to claim 10, wherein the substitution medium is made of a single substance or a mixture of chain or cyclic hydrocarbons having 20 or more carbon atoms.
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