JP2003164797A - 高分子溶液膜の塗布・乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分子溶液膜の塗布・乾燥方法に関し、レジ
スト膜の端の部分にできる特異な凹凸が形成される機構
を解析して、レジスト膜の端付近の特異な形状の影響を
低減する。 【解決手段】 ラングミュアの蒸発速度の式と溶液の蒸
気圧降下の関係式とから得た関係式、溶液の拡散方程
式、及び、溶質の拡散方程式とを組み合わせることによ
って、乾燥後の高分子膜の膜厚をシミュレーションし、
シミュレーション結果と実験結果との差が小さくなるよ
うにフィッティングを行って、各パラメータの数値を特
定したデータベースを構築し、このデータベースを用い
て高分子溶液膜の乾燥条件を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子溶液膜の塗布
・乾燥方法に関するものであり、特に、平坦な基板上に
高分子溶液を塗布し、乾燥させて、平坦な高分子薄膜を
形成する際に、端部の隆起を低減するための手法に特徴
のある高分子溶液膜の塗布・乾燥方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス製造工程において、電極
パターンや半導体領域を微細加工するためにリソグラフ
ィー工程が用いられているが、この様なリソグラフィー
工程においては、半導体基板やフォトマスク基板等の被
処理基板上に高分子溶液を利用したレジスト塗布工程が
必須の工程となる。

【０００３】このレジスト塗布工程においては、パター
ン形成精度を高めるために高分子レジスト薄膜を基板上
に均一な厚さで形成させることが要求されるが、この高
分子レジスト薄膜の形成のため、高分子レジスト溶液を
被処理基板上に塗布し、溶剤のみを揮発させることが行
われる。

【０００４】近年、フォトマスク基板等の矩形の被処理
基板上にレジストを塗布する手法として、スキャン塗布
・減圧乾燥法が開発されたが（必要ならば、特開２００
１−１７０５４６号公報参照）、このスキャン塗布・減
圧乾燥法においては、被処理基板上にノズルからレジス
ト溶液を吐出しながらスキャンして塗布することにより
被処理基板上にほぼ一様な厚さのレジスト溶液の液膜を
形成させた後、減圧雰囲気中で溶剤の揮発を促進させ乾
燥を行うものである。

【０００５】この様な、スキャン塗布・減圧乾燥法は、
アクティブマトリクス型液晶表示装置を構成するＴＦＴ
基板の製造工程にも適用されるので、液晶パネルの大画
像化の流れのなかで期待されている塗布法になってい
る。

【０００６】しかし、このスキャン塗布・減圧乾燥法で
レジスト薄膜を形成した場合、膜の端付近の領域に特異
な凹凸の形状が現れることが知られているので、この事
情を図５を参照して説明する。

【０００７】図５参照 図５は、スキャン塗布・減圧乾燥法でレジスト膜を形成
した場合のレジスト膜の膜厚分布図であり、このレジス
ト膜の膜厚分布から明らかなように、レジスト膜の端の
部分が大きく隆起し、その内側にはやや窪みがあり、そ
こから膜の中央方向にいくに従い、次第に平均的膜厚に
回復していくという形状の特徴がみられる。なお、図に
おいては、隆起部の高さをａ、窪みの深さをｂ、平均膜
厚に回復するまでの距離をｃで表している。

【０００８】この様なレジスト膜の端付近の特異な形状
は、その後に続く描画・現像工程からみても好ましいも
のではなく、これを取り除く、あるいはこの特異な形状
の影響を低減すべく、精力的に研究が行われている。

【０００９】これまでは、この特異な形状ができあがる
機構が分かっていなかったため、様々な予想に基づいて
試行錯誤的に実験を繰り返すことで、特異な形状の影響
を少なくすることが試みられてきた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような経
験に基づいた実験の繰り返しから、いつも特異な形状の
影響を少なくする方法を見出していたのでは、時間的に
も、資源的にもコストがかかりすぎるという問題があ
る。

【００１１】したがって、本発明は、レジスト膜の端の
部分にできる特異な凹凸が形成される機構を解析して、
レジスト膜の端付近の特異な形状の影響を低減すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】ここで、本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）本発明は、高分子溶液膜の塗布・乾燥方法におい
て、ラングミュアの蒸発速度の式と溶液の蒸気圧降下の
関係式とから得た下記の関係式（１）、溶液の拡散方程
式（２）、及び、溶質の拡散方程式（３）とを組み合わ
せることによって、乾燥後の高分子膜の膜厚をシミュレ
ーションし、シミュレーション結果と実験結果との差が
小さくなるようにフィッティングを行って、各パラメー
タの数値を特定したデータベースを構築し、このデータ
ベースを用いて高分子溶液膜の乾燥条件を決定すること
を特徴とする。

【数３】

【００１３】この様に、シミュレーションを行うことに
よって、上記の図５に示した膜厚分布を良好に再現する
ことができ、その結果を乾燥工程にフィードバックする
ことによって、時間的にも、資源的にも低コストで隆起
部が低く、平均膜厚に回復するまでの距離が短い膜厚分
布を有する高分子膜を得ることが可能になる。なお、本
願明細書においては、溶液中における溶媒の拡散が溶質
を一緒に引きずって動くことを表すために「溶液の拡散
係数ｋ₂ 」という用語を用いている。

【００１４】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、データベースを用いて、高分子溶液膜における溶液
及び溶質の拡散係数の組合せを選択することを特徴とす
る。

【００１５】また、乾燥条件だけでは、充分良好な膜厚
分布が得られない場合には、膜厚分布の影響を与える溶
液及び溶質の拡散係数の組合せを選択することによっ
て、より所期の膜厚分布に近い分布を得ることが可能に
なる。

【００１６】（３）また、本発明は、高分子溶液膜の塗
布・乾燥方法において、ラングミュアの蒸発速度の式と
溶液の蒸気圧降下の関係式とから得た上記の関係式
（１）、溶液の拡散方程式（２）、及び、溶質の拡散方
程式（３）とを組み合わせることによって、乾燥後の高
分子膜の膜厚をシミュレーションし、シミュレーション
結果の最適値を実験における初期値として実験を繰り返
すことによって高分子溶液膜の乾燥条件を決定すること
を特徴とする。

【００１７】この様に、乾燥条件を決定する実験の前に
シミュレーションを行うことによって、大凡の目処を立
てることができ、それによって、実験に要する時間的及
び資源的コストを大幅に低減することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】ここで、図１乃至図４を参照し
て、本発明の実施の形態の高分子溶液膜の乾燥方法を説
明する。まず、高分子溶液が乾燥していく機構のモデル
を作るため、まず、下記の式（１）で表される蒸発モデ
ルを考案した。 Ｇ＝γ（１−βＣ） ・・・（１） 但し、Ｇは蒸発速度、Ｃは高分子溶液の濃度、γ及びβ
は定数である。

【００１９】この蒸発モデルは、Ｌａｎｇｍｕｉｒ（ラ
ングミュア）の蒸発速度の式と、溶液の蒸気圧降下の関
係式を根拠にして考案したものである。即ち、Ｌａｎｇ
ｍｕｉｒの蒸発速度の式は、下記の式（４）で表され
る。 Ｇ＝Ｋ・Ｐ×〔Ｍ／（２πＲＴ）〕^1/2 ・・・（４） 但し、Ｐは蒸気圧、Ｍは分子量、Ｒは気体定数、Ｔは温
度、Ｋは定数である。

【００２０】一方、溶液の蒸気圧降下の関係式は、下記
の式（５）で表される。 （Ｐ₀ −Ｐ）／Ｐ＝ｎ／ｎ₀ ・・・（５） 但し、Ｐ₀ は溶媒のみの時の蒸気圧、Ｐは溶液の蒸気
圧、ｎは溶質のモル数、ｎ₀ は溶媒のモル数である。

【００２１】ここで、高分子溶液の濃度をＣとすると、
この濃度Ｃは、単純な近似では、 Ｃ＝α〔ｎ／（ｎ＋ｎ₀ ）〕 ＝α〔１−ｎ₀ ／（ｎ＋ｎ₀ ）〕 ・・・（６） と仮定できる。但し、αは定数である。

【００２２】したがって、式（６）を式（５）に代入し
て、Ｐを求めると、 Ｐ＝Ｐ₀ （１−Ｃ／α） ・・・（７） となり、この式（７）を式（４）に代入すると、 Ｇ＝Ｋ・Ｐ×〔Ｍ／（２πＲＴ）〕^-1/2 ＝Ｋ・Ｐ₀ （１−Ｃ／α）×〔Ｍ／（２πＲＴ）〕^1/2 ・・・（８） となり、 Ｋ・Ｐ₀ ×〔Ｍ／（２πＲＴ）〕^1/2 ＝γ、 １／α＝β で置き換えたものが、本発明者の考案した上記の式
（１）の蒸発モデル式である。

【００２３】このモデルにおいては、高分子溶液膜表面
から溶剤が蒸発すると、蒸発が起きている液膜表面付近
は、単位空間当りの溶液の量が減少し、液膜全体として
単位空間当りの溶液の量が一定になろうとして、拡散方
程式にしたがって液膜表面付近への溶液全体の拡散が起
こり、その後、高分子溶液の濃度が一定になろうとし
て、溶質の高分子の拡散が起こるとする。

【００２４】以上の事項を前提として二次元シミュレー
ションを行うが、この場合には、平坦な基板上に薄く盛
られた高分子溶液の液膜について、高分子溶液膜の上部
の空間を減圧して高分子溶液膜中の溶剤のみを揮発さ
せ、最終的に高分子から成る薄膜を形成させるプロセス
を考えている。

【００２５】図１（ａ）参照 まず、一辺の長さが１５０ｍｍの基板１１上に厚さが１
００μｍの高分子溶液膜１２を表面が平坦になるように
塗布したと仮定する。

【００２６】図１（ｂ）参照 次いで、高分子溶液膜１２の表面のみから溶剤が蒸発す
ると仮定すると、蒸発が起きている高分子溶液膜１２の
表面付近は、単位空間当りの溶液の量が減少し、高分子
溶液膜１２全体として単位空間当りの溶液の量が一定に
なろうとして、高分子溶液膜１２の表面付近への溶質１
３と溶媒１４からなる溶液全体の拡散が起こり、その
後、高分子溶液の濃度が一定になろうとして、溶質１３
の高分子の拡散が起こるとする。

【００２７】図１（ｃ）参照 この高分子溶液膜１２の溶剤のみを揮発させた後は、実
験例通りに端部に隆起部１６とその内側の近傍に窪み１
７のある形状、即ち、膜の端の部分が大きく隆起し、そ
の内側にはやや窪みがあり、そこから膜の中央方向にい
くに従い、次第に平均的膜厚に回復していくという形状
の高分子薄膜１５が通常形成されると仮定する。

【００２８】この様な状態を想定して数値シミュレーシ
ョンを行うが、初期条件としては、高分子溶液膜内の溶
液の液体分子の数は一様分布とし、溶質である高分子の
数密度も表面からの厚さが、後述する正方格子の一辺の
長さに相当する０．０２５ｍｍ（＝２５μｍ）の上表面
を除いて一定であると仮定して計算を行う。なお、２５
μｍ厚の上表面における溶質の数密度Ｃ〔＝ｎ／（ｎ＋
ｎ₀ ）〕を１０％の一様乱数を振ってばらつかせた。

【００２９】次に、上記の蒸発モデル式（１）における
パラメータγとβ、単位空間当りの溶液の量が一定にな
ろうとして溶液が空間に拡散するときの溶液の拡散の強
さｋ ₂ 、及び、溶質の拡散係数ｋ₁ の値を色々与え、実
験結果が忠実に再現できるようにフィッテイングを繰り
返すものである。

【００３０】この場合、上記の蒸発モデル式（１）は３
次元空間での蒸発速度であるので、本発明の２次元のシ
ミュレーションにはそのまま用いることができない。ま
た、３次元空間での蒸発速度の単位は〔ｋｇ／ｍ² ／
ｓ〕であるが、質量を二次元に取り込むことは困難であ
るので、質量に対応するものを体積とし、それを二次元
で表す場合に面積を用い〔ｍ／ｓ〕をγの単位とした。

【００３１】この蒸発速度のパラメータとなるγは、実
験で乾燥するまでの時間を実測し、実測値に基づいて蒸
発速度を予想し、パラメータとしてシミュレーションに
投入する。

【００３２】また、単位空間当たりの溶液の量が一定に
なろうとして溶液が空間に拡散する時の溶液の拡散は、
下記の式（２）で記述されるものとする。

【数４】 ここでは、Ｖは、単位空間当たりの溶液の量であり、
〔ｍ^-2〕の次元を有するものであり、また、ｋ₂ は溶液
の拡散係数である。

【００３３】溶質である高分子の溶媒に対する拡散は、
下記の式（３）で記述されるものとする。

【数５】 ここでは、Ｃは高分子の数密度、即ち、溶液の濃度であ
り、上記の式（６）で表され、〔ｍ^-2〕の次元を有する
ものであり、また、ｋ₁ は溶質の拡散係数である。

【００３４】以上の式（１）乃至（３）を用い、高分子
溶液膜を格子状に分割し、例えば、一辺が２５μｍの正
方格子に分割し、各格子点（ｉ，ｊ）において、上記拡
散方程式を解いて単位空間当たりの液体の体積Ｖ_ijと、
単位空間当たりの高分子の数密度Ｃ_ijを求める。

【００３５】この場合、溶液の濃度Ｃと、溶質である高
分子の濃度Ｎと、溶液の体積Ｖとの間には、 Ｃ＝Ｎ／Ｖ ・・・（９） の関係があるので、単位空間当たりの液体の体積Ｖ_ijと
単位空間当たりの高分子の数密度Ｃ_ijとの積Ｖ_ij×Ｃ_ij
を、その場所ｉにおける高さ方向の数で足し合わせて高
分子の数Ｎ_i を求め、それを膜厚として評価する。この
場合、高分子溶液膜を正方格子で縦方向にｍ分割した場
合、場所ｉにおける高分子の数Ｎ_i は、下記の式（１
０）で表される。

【数６】

【００３６】以上を前提として、本発明の実施の形態に
おけるシミュレーションの具体的手法を説明するが、本
発明は方程式から解析的に解くのではなく、微小時間経
過後の濃度変化及び溶液量変化を用いて上記の拡散方程
式（２）及び（３）を差分化し、それを所定時間分順次
繰り返して行うものであり、高分子溶液膜中の溶媒の量
が一定値以下になった場合に充分に乾燥したとみなし、
それ以上の溶質の移動が起こらないものとして計算を終
了する。

【００３７】まず、時間ｔ_n から時間ｔ_n+1 だけ微小時
間Δｔ経過した場合に、格子点（ｉ，ｊ）における溶液
の量Ｖ及び濃度ＣもΔＶ及びΔＣだけ変化する。溶液量
については、蒸発速度Ｇにおいて微小時間Δｔだけ経過
した後の変化であるので、 Ｇ＝ΔＶ／Δｔ ・・・（１１） で表され、上記（１）を用いると、 ΔＶ＝γ（１−βＣ）Δｔ ・・・（１２） となる。

【００３８】次いで、上記（２）の拡散方程式を差分化
すると、夫々の項を下記の式（１３）乃至（１５）で表
される。

【数７】

【００３９】なお、上記の式（１４）は、正方格子を構
成する格子点（ｉ，ｊ）のｘ方向に隣接する格子点（ｉ
＋１，ｊ）と格子点（ｉ−１，ｊ）からの流入分の寄与
と、格子点（ｉ，ｊ）から格子点（ｉ＋１，ｊ）と格子
点（ｉ−１，ｊ）への流出分の寄与を考慮した式となっ
ている。また、上記の式（１５）は、正方格子を構成す
る格子点（ｉ，ｊ）のｙ方向に隣接する格子点（ｉ，ｊ
＋１）と格子点（ｉ，ｊ−１）からの流入分の寄与と、
格子点（ｉ，ｊ）から格子点（ｉ，ｊ＋１）と格子点
（ｉ，ｊ−１）への流出の寄与を考慮した式となってい
る。

【００４０】次いで、式（２）から、式（１３）と、式
（１４）と式（１５）の和は等しく、また、本発明の実
施の形態においては正方格子で考えているので、Δｘ＝
Δｙとなり、したがって、下記の式（１６）が導かれ
る。

【数８】

【００４１】一方、高分子の濃度Ｃについては、変化後
の濃度をＣ′とすると、式（９）から、 Ｃ′＝Ｎ／（Ｖ−ΔＶ） ・・・（１７） で表され、式（１７）は、式（１２）及び式（１１）を
用いることによって、 Ｃ′＝Ｎ／〔Ｖ−γ（１−βＣ）Δｔ〕 ＝ＣＶ／〔Ｖ−γ（１−βＣ）Δｔ〕 ・・・（１８） となる。但し、式（１７），（１８）におけるＣ，Ｖは
微小時間Δｔだけ前の濃度及び溶液量を用いる。

【００４２】次いで、上記（３）の拡散方程式を差分化
すると、夫々の項を下記の式（１９）乃至（２１）で表
される。

【数９】 この場合も、隣接する格子点からの寄与は溶液量Ｖと全
く同じに考える。

【００４３】次いで、式（３）から、式（１９）と、式
（２０）と式（２１）の和は等しく、且つ、上述のよう
にΔｘ＝Δｙであるので、下記の式（２２）が導かれ
る。

【数１０】

【００４４】そこで、実際の数値計算を行う際には、ま
ず、第１に、高分子溶液膜の表面におけるγに依存する
蒸発による高分子濃度の変化Ｃ′を式（１８）を用いて
評価し、第２に、表面の高分子濃度の変化に伴う高分子
溶液膜全体における高分子の拡散を式（２２）で評価
し、第３に、蒸発による表面の溶液量の変化に伴う溶液
の拡散による溶液量Ｖの変化を式（１６）で評価する。
この手順を乾燥が終了したと見なされる時間だけ繰り返
して行うものである。なお、この第１乃至第３の手順は
互いに入れ換えてもシミュレーション結果に影響を与え
るものではない。

【００４５】この様な式（１６）乃至式（２２）につい
ての数値計算をγ，ｋ₁ ，ｋ₂ の各パラメータを変動さ
せて計算した結果が図２乃至図４である。なお、数値計
算においては、ΔｘとΔｙは正方格子の一辺となるので
２５μｍの数値を代入し、Δｔとしては、例えば、１ｍ
秒を用いる。

【００４６】また、γとしては、実測値に基づいて予想
した蒸発速度を用い、また、βは適当な値を定数として
代入し、さらに、濃度Ｃは、そのままでは非常に大きな
数値になるので、モル（ｍｏｌ）値等に換算して数値計
算を行う。

【００４７】次に、図２乃至図４を参照して、乾燥モデ
ルの数値シミュレーション結果を示す。 図２参照 図２は、高分子膜厚分布の蒸発速度依存性のシミュレー
ション結果を示す図であり、ここで蒸発速度の指標とな
るパラメータとしては上述のγを用いている。一方、縦
軸には、正方格子の一辺に相当する高分子膜の長さ０．
０２５ｍｍ（＝２５μｍ）当りの高分子の個数をとって
あり、この個数により、高分子膜の膜厚を表現してい
る。

【００４８】図から、明らかなように、γを小さくして
いくにしたがって、即ち、蒸発速度を小さくしていくに
したがって、高分子膜の端の部分の隆起の高さａ及び高
分子膜の端の部分の隆起のすぐ内側の窪みの深さｂを小
さくすることができるが、高分子膜の端の部分の凹凸部
分の幅、即ち、端から凸凹部分を経て平均的膜厚に回復
する部分までの長さｃが増大するという結果が得られ、
また、局所的に見れば高分子膜の平坦性が増す結果が得
られた。

【００４９】これは、自然乾燥を減圧乾燥と比較した場
合の実験結果を定性的に反映しており、蒸発速度が小さ
いと乾燥するまでの時間が長くなるため、溶液の拡散の
影響がより内部まで及ぶためであると考えられる。

【００５０】一方、本発明の蒸発モデルにおいては、蒸
発により濃度分布が非一様になる効果により、拡散によ
り濃度が一様になる効果の方が大きいため、局所的に見
れば高分子膜の平坦性が増す結果が得られたものと考え
られる。これは、自然乾燥の結果とも定性的に一致する
ものである。

【００５１】図３参照 図３は、溶液の拡散係数ｋ₂ を一定とした場合の高分子
膜の膜厚分布の溶質の拡散係数ｋ₁ 依存性をシミュレー
ション結果を示した図であり、ここでは、ｋ₂＝５．３
１２５×１０^-8ｍ² ／ｓとしている。

【００５２】図から明らかなように、溶質の拡散係数ｋ
₁ が大きくなるほど、即ち、ｋ₂ −ｋ₁ が小さくなるほ
ど、高分子膜の端の部分の隆起の高さａ及び高分子膜の
端の部分の隆起のすぐ内側の窪みの深さｂが小さくなる
傾向が見られる。

【００５３】図４参照 図４は、溶質の拡散係数ｋ₁ を一定とした場合の高分子
膜の膜厚分布の溶液の拡散係数ｋ₂ 依存性をシミュレー
ション結果を示した図であり、ここでは、ｋ₁＝１．８
７５×１０^-8ｍ² ／ｓとしている。

【００５４】図から明らかなように、溶液の拡散係数ｋ
₂ が小さくなるほど、即ち、ｋ₂ −ｋ₁ が小さくなるほ
ど、高分子膜の端の部分の隆起の高さａ及び高分子膜の
端の部分の隆起のすぐ内側の窪みの深さｂが小さくなる
とともに、端の部分の凹凸部分の幅ｃが小さくなる傾向
が見られる。

【００５５】以上のように高分子溶液が乾燥していく機
構のモデルについて、数値シミュレーションを行ったと
ころ、図２乃至図４から明らかなように、実際の塗布・
乾燥工程において見られる高分子膜の端の部分の膜厚分
布の特異な形状、即ち、膜厚分布は、膜の端の部分の大
きな隆起、その内側にの小さな窪み、そこから膜の中央
方向にいくに従い次第に平均的膜厚に回復していく平坦
部からなる形状が再現された。

【００５６】即ち、レジスト膜の端の部分の隆起の高さ
ａ、レジスト膜の端の部分の隆起のすぐ内側の窪みの深
さｂ、レジスト膜の端の部分の凹凸部分の幅、即ち、端
から凸凹部分を経て平均的膜厚に回復する部分までの長
さｃは、蒸発速度Ｇ、単位空間当りの溶液の量が一定に
なろうとして溶液が空間に拡散するときの溶液の拡散の
強さｋ₂ 、及び、溶質である高分子の拡散係数ｋ₁ の各
パラメータの大きさで表されることが判明した。

【００５７】即ち、蒸発速度の制御では、高分子膜の端
の部分の隆起の高さａ及び高分子膜の端の部分の隆起の
すぐ内側の窪みの深さｂと、高分子膜の端の部分の凹凸
部分の幅ｃとはトレードオフの関係にあるが、溶液の拡
散係数ｋ₂ と溶質の拡散係数ｋ₁ との差は高分子膜の端
の部分の隆起の高さａ及び高分子膜の端の部分の隆起の
すぐ内側の窪みの深さｂと、高分子膜の端の部分の凹凸
部分の幅ｃとの関係が両立する傾向がある。

【００５８】このことを用いて、高分子膜の端の部分の
凹凸の形状に関して、望む形状を想定してある程度あら
かじめ蒸発速度Ｇ（或いはγ）、溶質である高分子の拡
散係数ｋ₁ 、溶液の拡散の強さｋ₂ をパラメータとして
指定することが可能になり、望む膜の端の部分の凹凸の
形状を実現させる場合に、時間的、資源的なコストの削
減につながる。

【００５９】但し、このモデルによれば、高分子膜の端
の部分の凹凸に関しては、何らかの特別な装置の工夫で
もしない限り、上述のパラメータを適当に選ぶだけで
は、完全になくすことは難しいので、例えば、半導体リ
ソグラフィー工程においては、レジスト膜の端の部分の
凹凸の形状がなるべくその後の工程に悪い影響を及ぼさ
ないようなものになるように一連の製造工程を工夫しな
ければならない。

【００６０】例えば、端の凹凸の部分はその後の工程で
は使わないようにし、それ以外の平坦な部分だけ使用す
るようにすることが考えられるが、その場合には、でき
るだけ端の凹凸の部分の幅ｃを小さくし、それ以外の平
坦な部分の面積をなるべく大きく取れるような膜を形成
するようにすれば良いことになり、端の凹凸の部分の幅
ｃが少しでも小さくなれば、次の工程で描画が行える領
域が大きくなり、コスト削減につながる。

【００６１】具体的には、端の部分の凹凸部分の幅ｃを
小さくするには、蒸発速度Ｇを大きくし、溶液の拡散係
数ｋ₂ と高分子の拡散係数ｋ₁ の差を小さくすれば良い
ことが、このモデルから明らかになった。

【００６２】次に、このシミュレーション法を実際のレ
ジストの塗布工程に反映する方法を説明する。まず、実
際のレジスト塗布後の乾燥条件を実験的に設定する前
に、本発明のシミュレーションを行い、ある程度の目処
を立ててから実験を行うことによって、実験に要する時
間或いは人間を少なくすることができ、それによって、
生産ラインの立ち上げをより早くすることが可能にな
る。

【００６３】また、蒸発速度γ、溶質の拡散係数ｋ₁ 、
及び、溶液の拡散係数ｋ₂ を色々変えたシミュレーショ
ンと実験とを併せて行い、シミュレーション結果と実験
結果との差が最小になるようにフィッティングを行っ
て、各条件によりα，Ｋ等の付属係数含めた各パラメー
タを決定したデータベースを構築し、実際に実験しなか
った各種条件に対しては、このデータベースを利用して
補間法によって各パラメータ各付属係数を取得して、乾
燥後のレジスト膜の膜厚分布を事前に高精度に評価する
ことが可能になる。

【００６４】また、上述のように突起部の高さａと凹凸
から平坦性が回復するまでの距離ｃは、トレードオフの
傾向にあるが、この様な評価を利用して、所期の膜厚分
布が得られる乾燥条件、或いは、溶媒の選択等を行うこ
とが可能になる。

【００６５】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載された構成・条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、
上記の実施の形態においては、半導体装置の製造工程に
おけるレジスト膜の塗布・乾燥工程として示している
が、本発明は半導体装置の製造工程に限られるものでは
なく、各種の微細加工工程に用いるフォトマスクの形成
工程にも適用されるものである。

【００６６】さらに、本発明が前提としているスキャン
塗布法は、矩形の被処理基板に対して特に好適であり、
大面積に亘るレジスト膜の平坦性が必要なアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の製造工程にも適用されるもの
である。

【００６７】また、上記の実施の形態においては、溶質
の拡散係数ｋ₁ 及び溶液の拡散係数ｋ₂ が一定であると
仮定してシミュレーションを行っており、それでも比較
的良い結果を得ているが、より精度の高いシミュレーシ
ョンを行うためには、溶質の拡散係数ｋ₁ 及び溶液の拡
散係数ｋ₂ の変化を取り入れたシミュレーションを行え
ば良い。

【００６８】即ち、一般に、溶液の濃度が変化すれば、
当然粘度も変化し、アインシュタインの関係により、拡
散係数も変化すると考えられるので、溶液の濃度に依存
して変化する拡散係数をモデルに導入すれば良い。

【００６９】また、より精密なシミュレーションを行う
ためには、高分子溶液膜中の溶質である高分子の形状或
いは大きさをパラメータとして導入すれば良い。

【００７０】また、上記の実施の形態においては、シミ
ュレーションに際して一辺が２５μｍの正方格子を用い
ているが、一辺の長さは任意であり、２５μｍに限られ
るものではなく、さらに、正方格子である必要はなく、
Δｘ≠Δｙの長方格子を用いても良いものである。その
場合には、上記式（１６）及び式（２２）は、夫々（Δ
ｘ）² の項と（Δｙ）² の項に分かれた形となる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、レジスト膜等の高分子
溶液膜の乾燥過程をシミュレーションによって解析して
乾燥後の高分子膜の膜厚分布を評価しているので、半導
体装置等の製造工程における各パラメータを決定する際
に、予め目処を立ててから塗布・乾燥試験を行えば良い
ので、時間的、資源的なコストの削減につながり、ひい
ては、半導体フォトリソグラフィー工程におけるスルー
プットの向上、或いは、半導体集積回路装置等の低コス
ト化に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシミュレーションにおいて想定してい
るプロセスの説明図である。

【図２】本発明の実施の形態における高分子膜の膜厚の
蒸発速度γ依存性の説明図である。

【図３】本発明の実施の形態における高分子膜の膜厚の
溶質の拡散係数ｋ₁ 依存性の説明図である。

【図４】本発明の実施の形態における高分子膜の膜厚の
溶液の拡散係数ｋ₂ 依存性の説明図である。

【図５】従来のレジスト膜の乾燥後の膜厚分布を示す図
である。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 高分子溶液膜 １３ 溶質 １４ 溶媒 １５ 高分子薄膜 １６ 隆起部 １７ 窪み

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 高広 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H025 AA18 AB16 EA04 EA10 4D075 AC64 BB24Z CA48 DA06 DB13 DB14 DC21 DC24 EA07 EA21 EA45 EB11 5F046 JA21 JA27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラングミュアの蒸発速度の式と溶液の蒸
   気圧降下の関係式とから得た下記の関係式（１）、溶液
   の拡散方程式（２）、及び、溶質の拡散方程式（３）と
   を組み合わせることによって、乾燥後の高分子膜の膜厚
   をシミュレーションし、シミュレーション結果と実験結
   果との差が小さくなるようにフィッティングを行って、
   各パラメータの数値を特定したデータベースを構築し、
   このデータベースを用いて高分子溶液膜の乾燥条件を決
   定することを特徴とする高分子溶液膜の塗布・乾燥方
   法。 【数１】
2. 【請求項２】 上記データベースを用いて、上記高分子
   溶液膜における溶液及び溶質の拡散係数の組合せを選択
   することを特徴とする請求項１記載の高分子溶液膜の塗
   布・乾燥方法。
3. 【請求項３】 ラングミュアの蒸発速度の式と溶液の蒸
   気圧降下の関係式とから得た下記の関係式（１）、溶液
   の拡散方程式（２）、及び、溶質の拡散方程式（３）と
   を組み合わせることによって、乾燥後の高分子膜の膜厚
   をシミュレーションし、シミュレーション結果の最適値
   を実験における初期値として実験を繰り返すことによっ
   て高分子溶液膜の乾燥条件を決定することを特徴とする
   高分子溶液膜の塗布・乾燥方法。 【数２】