JPH07283126A

JPH07283126A - 基板の回転式乾燥処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH07283126A
Application number: JP6093822A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sugimoto; 憲司杉本; Hiroaki Sugimoto; 洋昭杉本
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】基板表面上の感光性樹脂膜を現像・洗浄処理
した後基板を水平面内で鉛直軸回りに回転させて基板表
面を乾燥させる際に高アスペクト比のレジストパターン
に生じる倒壊現象を、薬液の選定や開発などといった方
法でなく装置的な改良により防止できる方法を提供し、
レジストパターンの微細化技術の進歩に寄与する。【構成】基板表面を乾燥させる過程で、基板が置かれ
た雰囲気を大気圧より低い圧力に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フォトリソグラフィ
ーを利用して半導体装置やフォトマスク、液晶表示装置
（ＬＣＤ）などを製造する場合において、半導体ウエ
ハ、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用ガラス基
板、ＬＣＤ用ガラス基板等の各種基板（以下、単に「基
板」という）の表面に被着形成された感光性樹脂（フォ
トレジスト）膜を現像処理し洗浄処理した後基板表面を
乾燥処理する方法、特に、基板を水平姿勢に保持し鉛直
軸回りに回転させて基板表面を乾燥させる回転式乾燥処
理方法、並びに、その方法を実施するために使用される
回転式乾燥処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置は益々高集積化対応す
る傾向があり、この半導体装置は、フォトリソグラフィ
ーを利用して製造されるのであるが、フォトレジスト液
や露光機などに関する技術の進歩により、上記高集積化
に対応したレジストパターンの微細化が可能になった。
レジストパターンが微細化すると、フォトレジスト膜の
厚さは、或る程度（１．０μｍ程度）以上には薄くする
ことができないため、レジストパターンのアスペクト比
（レジスト膜厚／レジストパターンの線幅）が高くなる
傾向がある。

【０００３】アスペクト比は、普通のレジストパターン
では１．５〜３程度であるが、アスペクト比が５〜１０
というように高くなると、基板を現像処理し純水等で洗
浄（リンス）処理した後に基板を乾燥処理する過程で、
レジストパターンの倒壊現象が起こることが知られてい
る。この様子を図６に模式的に示す。図中、１が基板、
２がレジストパターン、３が純水等のリンス液である
が、基板表面の乾燥が進行していくと、隣接するレジス
トパターン２が寄り添うようにして倒壊する。このレジ
ストパターンの倒壊の発生原因については、１９９３年
３月２９日発行（発行所：（社）応用物理学会）の「１
９９３年（平成５年）春季第４０回応用物理学関係連合
講演会講演予稿集第２分冊」の第５０９頁に「現像工程
で発生するレジストパターン倒れの検討」及び「高アス
ペクト比レジストパターンの倒壊機構」の各演題での報
告がある。それらによると、レジストパターン倒壊の原
因は、リンス液の表面張力である、と説明されている。
すなわち、現像・リンス処理直後の、基板表面が十分に
濡れた状態では、レジストパターンの倒壊は起きない
が、リンス液の液面がレジストパターンの上端面に達し
てからリンス液が完全に蒸発するまでの間に、レジスト
パターン間に残留したリンス液の表面張力により、隣接
するレジストパターン同士が互いに引き寄せ合うように
変形して、レジストパターンの倒壊現象が発生すると考
えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したような基板の
乾燥処理時におけるレジストパターンの倒壊現象を防止
するには、表面張力の低いリンス液を選定しまた新たに
開発したり、リンス液とフォトレジストとの組合せを選
定し、レジスト表面に対するリンス液の接触角を出来る
だけ１８０°に近付けて、リンス液の表面張力により隣
接レジストパターン間に作用する引き寄せ力を小さくし
たりする、といったことが考えられる。しかしながら、
そのような方法では、高アスペクト比のレジストパター
ンの倒壊現象を完全に防止することは難しい上に、使用
するフォトレジストやリンス液の種類に制約が生じ、感
光性や洗浄性等の特性について、所望の品種が使用でき
ない不都合が生じたりしていた。一方、装置的な改良に
よって上記レジストパターン倒壊現象を防止すること
は、従来全く考えられなかった。

【０００５】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、薬液の選定や開発などといった方法
によらずに、高アスペクト比のレジストパターンの倒壊
現象を防止することができる方法、並びに、その方法を
実施するための装置を提供し、もって、レジストパター
ンの微細化技術の進歩に寄与することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明では、表面に感
光性樹脂膜が被着形成された基板を現像処理し洗浄処理
した後、基板を水平面内において鉛直軸回りに回転させ
て基板表面を乾燥させる場合に、少なくともその乾燥過
程で、基板が置かれた雰囲気を大気圧より低い圧力に調
整するようにした。

【０００７】また、上記方法を実施するための装置構成
として、密閉可能な処理室と、この処理室内に配設さ
れ、基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させる
基板保持手段とを備えた回転式乾燥処理装置に、前記処
理室内を減圧する減圧手段と、基板表面を乾燥させる過
程で前記処理室内が大気圧より低い圧力となるように前
記減圧手段を制御する制御手段とを設けるようにした。

【０００８】尚、この発明でいう「大気圧」とは、この
発明に係る方法を実施するための装置が設置される室内
の気圧を言う。

【０００９】

【作用】上記したような構成のこの発明に基板の回転式
乾燥処理方法を実施したときは、また、上記構成の装置
を使用して基板の乾燥処理を行なうようにしたときは、
少なくとも基板表面を乾燥（スピンドライ）させる過程
で、基板が置かれた雰囲気が大気圧より低い圧力に調整
される。ここで、雰囲気の圧力の如何により、図７に示
すように、固体面５上に置かれたリンス液、例えば純水
の形態が変化する。すなわち、雰囲気が減圧状態にある
ときは、図７（ａ）に示したように、純水の液滴4aはほ
ぼ球形となり、雰囲気が大気圧下にあるときは、図７
（ｂ）に示したように、純水の液滴4bは半球状となり、
また、雰囲気が陽圧状態にあるときは、図７（ｃ）に示
したように、現像液の液滴4cは皿状となる。このよう
に、雰囲気の圧力が変わることにより、純水と固体面と
の接触面積が変化し、固体面に対する純水の接触角が変
化することになる。従って、乾燥過程において、表面が
純水で濡らされた基板の置かれた雰囲気が大気圧より低
い圧力に調整されると、基板表面に被着形成された感光
性樹脂（フォトレジスト）膜に対する純水の接触角が大
きくなる。このため、純水の表面張力によって生じる、
隣接したレジストパターン同士を互いに引き寄せ合う力
が小さくなるので、高アスペクト比のレジストパターン
の倒壊現象が防止されることになる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１１】図１は、この発明に係る基板の回転式乾燥
処理方法を実施するために使用される装置の構成の１例
を示す概略縦断面図である。この装置は、現像、洗浄及
び乾燥の各処理を連続して行なうものであり、密閉可能
な箱形の処理室12を備え、その処理室12の内部の中央部
に、基板、例えば半導体ウエハ10を吸着し水平姿勢に保
持するスピンチャック14が配設されている。スピンチャ
ック14の底面中央部には回転軸16が連接されており、回
転軸16は、処理室12の底壁部に固設された軸受18に回転
自在に支持されている。そして、回転軸16の下端部は、
処理室12の底壁部を貫通して処理室12外に設けられたモ
ータ20に連結されており、モータ20を回転駆動させるこ
とにより、スピンチャック14に吸着保持されたウエハ10
を水平面内において鉛直軸回りに回転させるようになっ
ている。また、回転軸16の軸心部には通気路22が形設さ
れており、通気路22は、配管を介して真空ポンプ24に連
通接続されている。

【００１２】処理室12の内部上方には、スピンチャック
14に対向するように、現像液供給ノズル26及び純水供給
ノズル28が配設されており、また、処理室12内へクリー
ンエアーを供給するエアー供給ノズル30が配設されてい
る。また、処理室12の内部には、スピンチャック14及び
回転軸16の周囲を囲むとともに処理室12の底壁部の回転
軸16貫通個所を覆うように、筒状をなし下端部が笠状に
広がった遮蔽筒32が配設されている。そして、処理室12
の底壁部の、遮蔽筒32で覆われた領域に、現像液供給ノ
ズル26や純水供給ノズル28からウエハ10上へ供給されウ
エハ10上から流れ落ちた現像液や洗浄液（純水）を回収
するための排出口34が形設されている。この排出口34
は、ドレンパイプ36を介してトラップ38に連通されてい
る。トラップ38は、前後２段の分室38ａ、38ｂに区分さ
れており、後段の分室38ｂに真空ポンプ40が連通接続さ
れている。そして、真空ポンプ40の吸引動作によりトラ
ップ38及びドレンパイプ36を介して処理室12内を減圧す
ることができるように構成されている。

【００１３】また、スピンチャック14を挾んで互いに対
向する処理室12の両側壁部には、密閉構造のウエハ搬入
路42及びウエハ搬出路44がそれぞれ形設されている。そ
して、このウエハ搬入路42と処理室12内とを連通させる
開口46、及びウエハ搬入路42が外界に通じる開口48は、
それぞれ密閉扉50、52により開閉自在に閉止されてい
る。また、ウエハ搬出路44と処理室12内とを連通させる
開口54、及びウエハ搬出路44が外界に通じる開口56は、
それぞれ密閉扉58、60により開閉自在に閉止されてい
る。尚、ウエハ搬入路42及びウエハ搬出路44は、バルブ
64が介挿されたパイプ62を介して図示しない窒素ガスの
供給源に接続されており、コンピュータなどからなる制
御装置66によってバルブ64を開閉制御することにより、
必要に応じてウエハ搬入路42及びウエハ搬出路44に窒素
ガスを供給できるように構成されている。さらに、制御
装置66は、スピンチャック14を回転させるモータ20の駆
動及び停止制御、真空ポンプ24の駆動制御、現像液供給
ノズル26へ現像液を供給するポンプ68の駆動制御、純水
供給ノズル28へ純水を供給するポンプ70の駆動制御、エ
アー供給ノズル30へエアー供給パイプ72を通してクリー
ンエアーを供給する風量可変型ファン74の駆動制御、及
びエアー供給パイプ72に介挿されたバルブ76の開閉制
御、真空ポンプ40の駆動制御、及びドレンパイプ36に介
挿されたバルブ78の開閉制御、並びに、各密閉扉50、5
2、58、60の開閉制御なども行なうように構成されてい
る。

【００１４】次に、上記した装置を使用して現像、洗浄
及び乾燥の各処理を連続して行なう方法の１例につい
て、図２に示したフローチャート並びに図３に処理室12
内の圧力変化を示したタイムチャートに基づいて説明す
る。

【００１５】まず、ウエハ搬入路42の各密閉扉50、52を
開放し、表面にフォトレジスト膜が被着形成され、露光
作業を済ませたウエハを図示しないウエハ搬入装置によ
り、ウエハ搬入路42を通して処理室12内へ搬入し、その
搬入されたウエハ１をスピンチャック14上に、主要面を
上向きにして水平姿勢で吸着保持させ、その後にウエハ
搬入路42の各密閉扉50、52を閉じて処理室12内を密閉状
態にする（ｔ₀時点）。次に、モータ20を駆動させてス
ピンチャック14を、例えば５０〜１００ｒｐｍ程度の速
度で低速回転させ、スピンチャック14に吸着保持された
ウエハ10を水平面内において鉛直軸回りに回転させる。
尚、このウエハ10の回転開始は、次に説明する現像液供
給後に行なうようにしてもよく、また、必要が無ければ
ウエハ10を停止させたままにしておいてもよい。次に、
ｔ₁時点において、ポンプ68を駆動させて現像液供給ノ
ズル26から現像液をウエハ10表面のフォトレジスト膜上
へ供給し、所要量の現像液がフォトレジスト膜上へ供給
されると、現像液の供給を停止する。そして、場合によ
ってウエハ10の回転を停止させ、引き続きｔ₂時点まで
の所要時間フォトレジスト膜の現像処理を行なう。

【００１６】現像処理が終了すると、ｔ₂時点におい
て、ポンプ70を駆動させて純水供給ノズル28から純水を
ウエハ10上へ供給しつつ、モータ20を駆動させて、ウエ
ハ10を例えば約１，０００ｒｐｍで回転させることによ
りウエハ10を洗浄処理（リンス処理）する。そして、ｔ
₃時点において、ドレンパイプ36に介挿されたバルブ78
を開き、トラップ38の後段の分室38ｂに連通接続された
真空ポンプ40を作動させ、処理室12内を減圧状態にす
る。洗浄処理が終了すると純水供給を停止し、ｔ₄時点
で、モータ20を駆動させてウエハ10を、例えば約３，０
００〜５，０００ｒｐｍの速度で高速回転させ、ウエハ
10を乾燥処理（スピンドライ）する。そして、ｔ₅時点
でモータ20を停止させて乾燥処理を終了し、それと同時
に、真空ポンプ40を停止させ、バルブ76を開いてファン
74を駆動させ、エアー供給パイプ72を通してエアー供給
ノズル30へクリーンエアーを供給し、エアー供給ノズル
30から処理室12内へクリーンエアー（或いは窒素ガス等
の不活性ガス）を流入させ、処理室12内を大気圧に戻
す。そして、ウエハ搬出路44の各密閉扉58、60を開放
し、表面に現像済みのフォトレジスト膜が被着形成され
たウエハ10を図示しないウエハ搬出装置により、ウエハ
搬出路44を通して処理室12外へ搬出し（ｔ₆時点）、そ
の後にウエハ搬出路44の各密閉扉58、60を閉じる。この
ようにして現像、洗浄及び乾燥の各処理が終了したウエ
ハが処理室12から搬出されると、次に現像処理すべきウ
エハを上記したように処理室12内へ搬入し、上記した動
作を再び繰り返す。以上の一連の動作は、プログラムシ
ーケンスにより自動的に行なわれる。

【００１７】以上のように、ウエハ10を乾燥処理する過
程で処理室12内が減圧状態とされることにより、ウエハ
10表面に被着形成されたフォトレジスト膜に対する純水
の接触角が大きくなリ、このため、フォトレジスト膜上
の純水の表面張力により隣接したレジストパターン同士
を互いに引き寄せ合う力が小さくなる結果、高アスペク
ト比のレジストパターンの倒壊現象が防止されることに
なる。尚、処理室12内を減圧する過程において、バルブ
64を開き、パイプ62を通してウエハ搬入路42及びウエハ
搬出路44へ窒素ガス（或いはその他の不活性ガス）を供
給し、ウエハ搬入路42及びウエハ搬出路44に不活性ガス
を充満させるようにしてもよい。このようにすることに
より、ウエハ搬入路42及びウエハ搬出路44を通して外気
が流入することを完全に防止することができる。尚、不
活性ガスを充填する代わりに、ウエハ搬入路42及びウエ
ハ搬出路44も同時に減圧させるようにしてもよい。

【００１８】尚、図４及び図５にそれぞれ示すように、
現像処理の過程で処理室12内を大気圧より高い圧力に調
整し、乾燥処理の過程では上記したように処理室12内を
減圧状態とするようにしてもよい。すなわち、処理室12
内へウエハ１が搬入されてスピンチャック14上に吸着保
持され、ウエハ搬入路42の各密閉扉50、52が閉じられて
処理室12内が密閉状態にされると（ｔ₀時点）、バルブ7
6を開いた状態でファン74を駆動させることにより、エ
アー供給パイプ72を通してエアー供給ノズル30へクリー
ンエアーを送給し、エアー供給ノズル30から処理室12内
へクリーンエアーを送り込む。このとき、ドレンパイプ
76に介挿されたバルブ78を閉じておくようにする。この
ようにして完全に密閉された状態の処理室12内へクリー
ンエアーが供給されることにより、処理室12内は大気圧
より高い圧力、例えば０．５kg／cm²程度高い圧力（陽
圧）となる。この状態で、ｔ₁時点において上記と同様
の操作を行なってｔ₂時点までフォトレジスト膜の現像
処理を行なう。そして、現像処理が終了すると、ｔ₂時
点においてファン74を停止させて処理室12内へのクリー
ンエアーの供給を止めるとともに、ドレンパイプ36に介
挿されたバルブ78を開き、処理室12内を大気圧状態に復
帰させる。以後は上記と同様の操作を行なって、ウエハ
１を洗浄及び乾燥処理する。このように、現像処理時に
処理室12内を陽圧状態とすることにより、現像液に対す
るフォトレジスト膜面の濡れ性が良好になり、フォトレ
ジスト膜上へ供給された現像液がフォトレジスト膜面と
馴染み易くなってフォトレジスト膜での液弾きが無くな
る。この結果、フォトレジスト膜面の全体にわたり現像
液が広がり易くなって、フォトレジスト膜上へ供給され
る現像液の量が比較的少なくても、フォトレジスト膜の
全面を覆うように現像液が液盛りされることになる。

【００１９】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、基板表面に被着形成された感光性樹
脂膜を現像処理し洗浄処理した後に、この発明に係る方
法により基板表面を乾燥処理するようにしたときは、薬
液の選定や開発などといった方法ではなくて装置的な改
良により、高アスペクト比のレジストパターンの倒壊現
象を防止することができ、また、請求項２に記載の回転
式乾燥処理装置を使用すれば、上記方法を好適に実施し
て、上記効果を達成することができる。そして、この発
明は、レジストパターンの微細化技術の進歩に大いに寄
与し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板の回転式乾燥処理方法を実
施するために使用される装置の構成の１例を示す概略縦
断面図である。

【図２】この発明に係る乾燥処理方法における一連の処
理操作の１例を示すフローチャートである。

【図３】図２に示した一連の乾燥処理操作における処理
室内の圧力変化を示すタイムチャートである。

【図４】図２とは異なった一連の乾燥処理操作における
処理室内の圧力変化を示すタイムチャートである。

【図５】図２とは異なったさらに別の一連の乾燥処理操
作における処理室内の圧力変化を示すタイムチャートで
ある。

【図６】高アスペクト比のレジストパターンの倒壊現象
について説明するための模式図である。

【図７】雰囲気の圧力の如何によって固体面上に置かれ
たリンス液（純水）の形態が変化することを説明するた
めの模式図である。

【符号の説明】

10 半導体ウエハ 12 処理室 14 スピンチャック 16 回転軸 20 モータ 26 現像液供給ノズル 28 純水供給ノズル 36 ドレンパイプ 38 トラップ 40 真空ポンプ 66 制御装置 78 ドレンパイプに介挿されたバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に感光性樹脂膜が被着形成された基
板を現像処理し洗浄処理した後、基板を水平面内におい
て鉛直軸回りに回転させて基板表面を乾燥させる基板の
回転式乾燥処理方法において、少なくとも基板表面を乾燥させる過程で、基板が置かれ
た雰囲気を大気圧より低い圧力に調整することを特徴と
する基板の回転式乾燥処理方法。
【請求項２】密閉可能な処理室と、この処理室内に配設され、基板を水平姿勢に保持して鉛
直軸回りに回転させる基板保持手段とを備えた基板の回
転式乾燥処理装置において、前記処理室内を減圧する減圧手段を設け、前記基板保持手段によって基板を水平面内において鉛直
軸回りに回転させて基板表面を乾燥させる過程で前記処
理室内が大気圧より低い圧力となるように前記減圧手段
を制御する制御手段を備えたことを特徴とする基板の回
転式乾燥処理装置。