JPH1187306A

JPH1187306A - 超臨界乾燥装置

Info

Publication number: JPH1187306A
Application number: JP24867297A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ikutsu; 英夫生津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】洗浄、エッチング、および現像が可能で、パ
ターン倒れ現象を起すことのない超臨界乾燥装置。【解決手段】撹拌機能を有する回転機構１０ａ、１０
ｂにより、洗浄、エッチング、現像の各工程と、超臨界
液体供給装置２からの超臨界液体導入による乾燥処理工
程とを同一反応槽１内で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の洗
浄、エッチング、若しくは微細パターンを形成するため
の現像工程における乾燥に使用する乾燥装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年ＭＯＳＬＳＩの大規模化に伴い、Ｌ
ＳＩ製造におけるパターンの微細化が顕著に推進される
ようになり、最近は幅が１００ｎｍを切るような微細パ
ターンの形成が可能となるに至っている。このため、パ
ターンのアスペクト比、すなわち高さ対幅の寸法比の大
きいパターンが形成されるようになりつつある。

【０００３】このようなパターン形成は、エッチングの
施工後、洗浄→リンス洗浄（水洗）→乾燥の各工程を経
てなされ、一方、基板のマスキング加工によるるレジス
トパターンも、必然的にアスペクト比が高くなってい
る。レジストとは、露光により分子量、分子構造が変化
し、その結果として、現像液に浸漬することによる露光
部と未露光部との溶解速度差によって、パターン化され
る高分子薄膜のことである。この場合も現像後リンス液
による処理を経て乾燥が行われる。

【０００４】この微細パターン形成における乾燥時の大
きな問題点として、パターン倒れという現象がみられ
る。これは図４に示すように、リンス液の乾燥に伴って
生じ、特に、高いアスペクト比をもつパターン１３では
一層顕著に現れる現象であって、原理的には、図５に示
すように、基板の乾燥時にパターン１３とパターン１３
の間に残留したリンス液１４と、外部の空気１５との圧
力差により、パターン１３に作用する曲げ力１６による
ものである。

【０００５】この曲げ力１６の大きさは、リンス液１４
の表面張力に依存することが報告されている（アプライ
ド・フィジックス・レター、６６巻、２６５５頁〜２６
５７頁）。そして、この曲げ力１６は単にレジストパタ
ーン１３を倒すだけでなく、シリコン等のパターン１３
自体にも歪みを与えるほどの力を有するため、このリン
ス液１３の表面張力の問題は重要となっている。

【０００６】この問題の解決は、表面張力の小さいリン
ス液を用いて乾燥すればよい。例えば、水の表面張力は
約７２ｄｙｎ／ｃｍであるが、メタノールでは約２３ｄ
ｙｎ／ｃｍとなり、水からの乾燥よりも水をメタノール
置換した後に乾燥する方が、倒れの程度を小さく抑える
ことができる。さらには、２０ｄｙｎ／ｃｍ以下の表面
張力を持つパーフロロカーボンを使用することは効果的
であるが、たとえ僅かにしても表面張力が存在するか
ら、倒れの低減に若干の効果があるとはいえ問題の解決
策とはならず、表面張力問題を根本的に解決するには、
表面張力がゼロのリンス液の使用、すなわち、超臨界液
体を使用することによって可能となるものである。

【０００７】超臨界液体は液体に匹敵する溶解力を有す
るが、表面張力、粘度は気体に近い性質を示す。従っ
て、超臨界状態で乾燥すれば、表面張力の影響を無視す
ることができ、パ夕ーンの倒れ現象は全く生じないこと
になる。一般に、二酸化炭素は低い臨界点（７．３ＭＰ
ａ、３０４Ｋ）を有すると共に、化学的に安定であるた
め、超臨界液体として生物試料観察用試料の乾燥に用い
ることが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような超臨界液体
を半導体基板の洗浄やエッチング、レジストパターンの
現像工程に用いる場合、少なくとも、洗浄やエッチン
グ、現像、さらに、リンスから超臨界液体による乾燥ま
でを同一薬液槽内で、前工程で使用した液を置換しなが
ら行った方がより効果的である。その理由は、別々の薬
液槽で処理を行った場合の各薬液槽への移動時に乾燥す
るのを防止することができるからである。

【０００９】しかしながら、効率よく洗浄や現像処理を
行うには、薬液を撹件することが必要であるが、本来、
できるだけ生物試料にダメージを与えずに乾燥を行なう
ことを目的とする超臨界乾燥装置には、撹拌機能は全く
付設されていなかった。従って、従来の超臨界乾燥装置
を半導体の処理に転用する場合には、超臨界乾燥はでき
るけれども、洗浄や現像という処理は均一に行うことが
できないという問題点を有していた。本発明では、均一
な洗浄、エッチング、現像の各工程と、超臨界液体によ
る乾燥処理工程とを、同一反応槽で行うための装置を提
供するもので、さらに端的にいえば、撹拌機能を有する
半導体基板の超臨界乾燥装置を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、撹拌機能を有する半導体基板の高圧処理
装置を提供しようとするものである。すなわち、撹拌を
行う手段としては、（１）液体（洗浄液、エッチング液、現像液またはリン
ス液）若しくは基板を直接的に撹拌する。

【００１１】（２）反応槽自体を回転若しくは揺動する
ことにより間接的に液体を撹拌する。

【００１２】（３）超音波振動を利用して液体を撹拌す
る。

【００１３】上記の撹拌手段により、均一でスムーズな
洗浄、エッチング、現像およびリンス処理を行うことが
できるので、良好なパターンを提供することができる。
さらには、同一槽内で超臨界乾燥を行うことにより、倒
れのない微細なパターンの形成が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。〈実施の形態１〉図１は、本発明の超臨界乾燥装置の実
施の形態１を示す図である。本実施の形態は上記（１）
に基づく装置である。反応槽１内には、処理対象の基板
７が収容されており、洗浄液、エッチング液、現像液若
しくはリンス液などを供給する液体タンク６と、超臨界
液体供給装置２が反応槽１の上部に配設されている。超
臨界液体供給装置２は、超臨界液体を貯留するガスボン
ベ３、コンプレッサ４、ヒータ５を備える。反応槽１内
には、液体を撹拌するための撹拌翼を有する回転機構１
０ａと、基板７を回転させる回転機構１０ｂを備えてい
るが、何れか一方の回転機構を有するものであってもよ
い。また、反応槽１の下方には廃液タンク８を有する。

【００１５】請求項１記載の薬液導入手段とは、例え
ば、図１の液体タンク６からの導入管と弁がこれに相当
し、洗浄液、エッチング液、現像液若しくはリンス液の
少なくとも１つを導入可能な数量を要する。反応槽に設
けられた薬液の排出手段は同様に導入管と弁を含むもの
である。

【００１６】液体タンク６から基板７がセットされた反
応槽１内に洗浄液、エッチング液、現像液を導入する
と、回転機構１０ａ、１０ｂにより、内部液体は一定部
分に滞留することなく、スムーズで均一な洗浄、現像を
行うことができる。反応槽１の大きさは、基板７のサイ
ズによって決定されるが、１００ｍｍ基板に適用する場
合は、概ね内径２００ｍｍ、高さ４０ｍｍ〜５０ｍｍを
有し、回転機構１０ａ、１０ｂの軸回転数は５００ｒｐ
ｍ〜１０００ｒｐｍである。

【００１７】液体タンク６からリンス液１４を導入して
リンス処理を行ったのち、リンス液１４を排出しながら
ガスボンベ３から超臨界液体を導入して、リンス液１４
を超臨界液体によって置換する。超臨界液体は、例え
ば、ガスボンベ３に充填された液体二炭酸炭素をコンプ
レッサ４で圧縮、ヒータ５で加熱することにより調整す
ることができる。一方、この場合予め超臨界状態に保持
された液体を導入しなくても、装置内において臨界状態
にしてもよい。すなわち、例えば、液体二酸化炭素を導
入してリンス液１４を十分置換した後、反応槽１内を３
１．４℃以上に加温し内部圧力を７０気圧にすることに
より、二酸化炭素は超臨界状態になる。この後、緩やか
にガス体を排出すれば超臨界乾燥が可能となる。

【００１８】〈実施の形態２〉図２は、本発明の超臨界
乾燥装置の実施の形態２を示す図である。本実施の形態
は上記（２）に基づく装置である。本実施の形態は、反
応槽１の内部、および揺動機構１１以外の各部構成は、
実施の形態１に準じており、反応槽１の下部に揺動機構
１１を備え、反応槽１自体に対し、矢印Ａ−Ａ方向に概
ね５０〜６０回／分程度の揺動運動を付与している。本
実施の形態は、回転部分のシール材が洗浄液や現像液で
腐食されるおそれのある場合に好適な構造である。

【００１９】〈実施の形態３〉図３は、本発明の超臨界
乾燥装置の実施の形態３を示す図である。本実施の形態
は上記（３）に基づく装置である。本実施の形態は、図
１に示す回転機構１０ａ、１０ｂの接続が困難な場合に
有効な構造であって、超音波振動子１２を反応槽１に装
着しており、概ね５００Ｈｚ〜１ＭＨｚの超音波振動に
よって基板７の表面に滞留している液体を移動させ撹拌
を行う。

【００２０】上記実施の形態１〜実施の形態３を用いた
具体的な実施例を以下に示す。〈実施例１〉酸化膜パターンが形成されたシリコン基板
７を反応槽１内にセットし、ＫＯＨ水溶液を導入してシ
リコンにエッチングを施工し、水洗してシリコンパター
ンを形成する。さらに反応槽１内にエタノールを導入し
て水を置換してから、超臨界二酸化炭素を導入してエタ
ノールを完全に超臨界二炭酸炭素で置換した後、緩やか
に超臨界二酸化炭素を排出させ基板７の乾燥を行う。こ
の結果、倒れのない良好な２０ｎｍ幅のシリコンのパタ
ーンを得ることができる。

【００２１】〈実施例２〉シリコン基板７上に形成した
ポジ形レジストＺＥＰ−５２０（市販）薄膜に対して電
子線露光を用いてパターンを描画する。こののち、基板
７を反応槽１内に導入し、撹拌しながら現像液酢酸イソ
アミル、および、２−プロパノールによるリンス処理を
行う。超臨界二酸化炭素を導入し、２−プロパノールを
完全に超臨界二酸化炭素によって置換した後、緩やかに
超臨界二酸化炭素を排出させ基板７を乾燥する。この結
果、倒れのない３０ｎｍ幅のレジストパターンを形成す
ることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の実施により、超臨界液体供給装
置と撹拌反応槽を接続させた超臨界乾燥装置を用いるこ
とにより良好な洗浄、エッチング、および現像が可能と
なるとともに、パターン倒れのない乾燥を行うことがで
きる。その結果良好な微細パターンが形成でき、ひいて
は微細、高集積デバイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の超臨界乾燥装置を示す
図である。

【図２】本発明の実施の形態２の超臨界乾燥装置を示す
図である。

【図３】本発明の実施の形態３の超臨界乾燥装置を示す
図である。

【図４】半導体パターンの倒れ現象を示す模式図であ
る。

【図５】図４の原理を示す模式図である。

【符号の説明】１…反応槽２…超臨界液体供給装置３…ガスボンベ４…コンプレッサ５…ヒータ６…液体タンク７…基板８…廃液タンク９…超臨界液体排出口１０ａ、１０ｂ…回転機構１１…揺動機構１２…振動子１３…パターン１４…リンス液１５…空気１６…曲げ力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を収容する反応槽と、薬液を貯留する液体タンクと、超臨界液体を前記反応槽に供給する超臨界液体供給装置
と、前記反応槽に設けられ前記液体タンクからの薬液を導入
する少なくとも１つの薬液導入手段と、前記反応槽に設けられた薬液の排出手段と、前記超臨界液体の排出口と、前記反応槽の液体を撹拌する撹拌手段を備えることを特
徴とする超臨界乾燥装置。
【請求項２】前記撹拌手段は、前記反応槽内で撹拌翼を
回転させる回転手段、若しくは前記半導体基板を回転さ
せる回転手段の少なくとも何れか一方を有することを特
徴とする請求項１記載の超臨界乾燥装置。
【請求項３】前記撹拌手段は、少なくとも前記反応槽自
体を揺動させる揺動機構を有することを特徴とする請求
項１記載の超臨界乾燥装置。
【請求項４】前記撹拌手段は、超音波振動子による超音
波洗浄機構を有することを特徴とする請求項１記載の超
臨界乾燥装置。