JP2976510B2 - レジスト塗布装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レジスト塗布装置に関する。本発明は、レ
ジストを被塗布材料上に塗布する各種の分野で用いるこ
とができ、例えば電子材料（半導体装置等）をレジスト
を用いてフォトリトグラフィー加工する場合に用いるこ
とができる。

〔発明の概要〕

本発明のレジスト塗布装置は、レジストを塗布する塗
布室の雰囲気湿度によって該塗布室に送る雰囲気ガスの
少なくとも湿度を制御する第１の制御部と、該第１の制
御部に少なくとも湿度が制御されたガスを送る第２の制
御部との、少なくとも２つの制御部を有することによ
り、該第１の制御部によって塗布室の雰囲気の湿度変動
に基づいて湿度を制御して該塗布室に適正な湿度の雰囲
気ガスを送るようにするとともに、第２の制御部によっ
て該第１の制御部に送るガスの少なくとも湿度を制御す
ることにより、第１の制御部に安定した湿度のガスを送
って、第１の制御部による制御を良好に行えるようにし
たものである。

〔発明の背景〕 レジストの塗布技術は、例えば半導体装置の製造の分
野で半導体ウエハ上にレジストを塗布し、パターニング
して各種回路等を形成加工することに用いられている。

このような場合、レジストの膜厚は均一性が良好であ
ることが要請される。加工精度を上げて微細で精密かつ
信頼性の高い半導体装置を得ることが要せられるからで
ある。特に近年の集積半導体回路等の微細化・高集積化
に伴い、加工を微細化するために露光光は短波長化され
る傾向になっているので、レジスト膜厚の変動が加工線
幅に与える影響がますます大きくなって来た。例えばレ
ジスト膜厚は、±25Å以下の均一性が要求されるに至っ
ている。

一方、レジスト膜厚はレジストを塗布する際の雰囲気
湿度によって変化することが知られている。レジスト膜
厚の変化は、相対湿度１％の変動に対して概ね15Åであ
る。よって湿度を制御して湿度変化による膜厚の変化を
防止し、これにより膜厚の均一性を保つことが必要であ
る。

このため、最新のレジスト塗布装置には、図２に示す
ように、レジスト塗布雰囲気の湿度を制御する制御部４
が装備されている。図２中、３はレジスト２を塗布する
塗布室であり、この塗布室３の中に被塗布材料１である
半導体ウエハ等が配置されて、レジスト塗布が行われ
る。制御部４は、この塗布室３に適切に調湿した雰囲気
ガス（雰囲気ガスは通常は空気でよい）を送ることによ
り、塗布室３内を適切な一定の湿度に保つ。図中、符号
５で制御部４から塗布室に送られる雰囲気ガスの流れを
示す。なおレジスト膜厚は雰囲気温度にも依存するの
で、図示の制御部４は湿度制御とともに温度制御をも行
えるようにしてあって、温度・湿度コントローラーとし
てある（レジスト膜厚の温度依存性及びこれによる膜厚
変動の抑制技術については、本発明者による特願平２−
67276号に記載がある）。

図２中、符号71は被塗布材料１であるウエハを載置し
て支持するウエハチェック、72は該ウエハチャックを回
転させるための回転軸である。被塗布材料１は回転しな
がらこれにレジスト２が塗布されるものであって、この
装置はいわゆる回転塗布（スピンコーティング）装置で
ある。73は被塗布材料１及びウエハチャック71を囲うカ
ップである。21はレジスト２を送る管であって、先端は
ノズル状になっていてもよい。このレジスト２は、温度
調整されつつ、その塗布が行われる。また図３に示すよ
うに、被塗布材料１であるウエハは、温度調整手段８
（ヒータ内蔵の支持台等）により予め温調されていてよ
く、あるいはかかる温度調整手段８自体が被塗布材料１
をレジスト塗布室３内に支持するサセプタとなるのでも
よい。31は、送られた雰囲気ガス中の塵埃等を遮るフィ
ルターである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したようなレジスト塗布装置においては、塗布室
３内に湿度検知手段６である湿度センサーが配置されて
いる。制御部４から出るガスの湿度を検知するのでな
く、塗布室３内での湿度を検知するようにしたのは、塗
布雰囲気中の湿度を直接測定したいためである。よって
湿度検知手段６は、例えば図２に示す位置に配置され
る。これにより雰囲気湿度を検知し、検知した湿度変動
に基づいて制御部４により供給ガスの湿度制御を行うこ
とによって、塗布雰囲気の湿度を一定ならしめるように
するのである。

ところが、上記従来技術では、塗布室３や制御部４が
配置されているクリーンルーム等の室内の雰囲気湿度、
つまり制御部４に流入して与えられるガス（空気）の雰
囲気湿度の変動によって、塗布室３に送るガスの湿度も
変化してしまうという問題がある。

即ち上記のように湿度検知手段６は塗布室３に配置さ
れる結果、湿度検知手段６は、制御部４とは離れた位置
にあることになる。塗布室３と制御部４とは、上述のよ
うに一般にクリーンルーム等の室内に配置されるが、両
者の距離は例えば約１メートルほどである。

この距離によって、クリーンルーム等の配置室内の急
激な湿度変化には、対応できないという問題が生じる。

例えば、クリーンルーム等の室内湿度が10分で５％変
化したとき、塗布雰囲気の湿度、つまり制御部４から出
て来るガス（空気）の湿度は、相対湿度で約±１％程度
変化してしまう。この程度の変化があれば状況に応じ、
レジスト膜厚は10〜20Åほど変化してしまうことにな
る。

上述の如く、従来のレジスト塗布装置は、制御部に与
えられるガスに湿度の変動があった場合には、必ずしも
それに充分対応できず、これにより塗布雰囲気の湿度変
動をもたらしてしまうおそれがあった。

本発明はこのような問題点を解決せんとするものであ
り、クリーンルーム等レジスト塗布装置が配置される室
内の雰囲気湿度の変動等、制御部に与えられる雰囲気湿
度の変動に対しても、常に一定の安定した塗布雰囲気を
保つことができ、従ってレジスト塗布膜厚の変動を防止
してその均一性を高めることができるレジスト塗布装置
を提供することが目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のレジスト塗布装置は、被塗布材料上にレジス
トを塗布する塗布室と、該塗布室に少なくとも湿度を制
御した雰囲気ガスを供給する制御部とを備え、該制御部
は、塗布室の雰囲気湿度によって該塗布室に送る雰囲気
ガスの少なくとも湿度を制御する第１の制御部と、該第
１の制御部に少なくとも湿度が制御されたガスを送る第
２の制御部との、少なくとも２つの制御部を有するもの
である構成をとる。

この構成によって、上述した目的が達成される。

本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施
例を示す図１の例示に基づいて説明すると、次のとおり
である。

本発明のレジスト塗布装置は、図１に例示のように、
被塗布材料１上にレジスト２を塗布する塗布室３と、該
塗布室３に少なくとも湿度を制御した雰囲気ガスを供給
する制御部４とを備えるものであり、その制御部４は、
塗布室３の雰囲気湿度によって該塗布室３に送る雰囲気
ガスの少なくとも湿度を制御する第１の制御部41と、該
第１の制御部41に少なくとも湿度が制御されたガスを送
る第２の制御部42との、少なくとも２つの制御部41,42
を有するものであることを特徴としている。

本発明においてレジストとは、フォトレジストの如き
感光性組成物に代表される加工等に用いられる膜形成物
質である。

また雰囲気ガスとは、塗布室においてこのガス中でレ
ジスト塗布が行われるものを言い、一般には空気でよい
が、用途やレジストの種類等によってその他各種のガス
を使用するのであってもよい。

制御部とは、ガスの少なくとも湿度を制御できるもの
であればよく、その制御手段は問わない。湿度と同時に
温度を制御するものであることは好ましい態様であっ
て、温度・湿度コントロールとすることは好ましい。そ
の他の条件をも併せてコントロールできるようにしても
よい。制御部は、少なくとも第1,第２の制御部の２つか
ら成るが、２を超えてもよく、必要に応じて設置するこ
とができる。

〔作用〕

本発明のレジスト塗布装置によれば、第１の湿度制御
部41により、一定湿度に制御された雰囲気ガス（流路を
符号51で示す）が塗布室３に与えられる。例えば塗布室
３内の湿度検知手段61の検知湿度によって、該第１の制
御部41による湿度制御を行わせることができる。かつ本
発明においては、該第１の制御部41に送るガス（流路を
符号52で示す）は、第２の制御部42で湿度制御されてい
るので、すでに調湿された安定なガスが第１の制御部41
に与えられることになる。この第２の制御部42は、送り
出すガスを安定な湿度にしておくものであるから、例え
ば図１に示す位置の湿度検知手段62によりその出口付近
のガスの湿度を測定して、この検出値に基づいて一定に
制御されたガスを流出させるようにすることができる。

このように、第１の制御部41に与えられるガスは、第
２の制御部42により制御されてその湿度が安定になって
いるものであるため、仮にクリーンルーム等の室内から
制御部４に与えられるガス（空気等）の湿度が変動する
ことがあっても、これはまず第２の制御部42で湿度制御
されてから第１の制御部41に送られるので、塗布室３の
雰囲気湿度は一定に保たれる。よって、湿度変動が防が
れ、湿度変動によるレジスト膜厚の変動は防止される。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について、説明する。但し当然の
ことではあるが、本発明は以下に示す実施例により限定
されるものではない。

実施例−１ この実施例は本発明を、半導体ウエハを被塗布材料１
とし、この上にフォトレジストを回転塗布するレジスト
塗布装置に適用したものである。

図１を参照する。

本実施例のレジスト塗布装置は、塗布室３と、第1,第
２の制御部41,42から成る制御部４を備えている。

本発明は湿度制御用の制御部を少なくとも２つ有する
構成をとるものであるが、この実施例では制御部を２段
直列に接続して構成した。

第1,第２の制御部41,42は、それぞれ湿度コントロー
ラーから構成されている。それぞれ図に湿度コントロー
ラーA,Bと示した。各制御部41,42は、同時に温度を制御
するものである構成にすることができ、あるいは更にそ
の他の条件のコントローラーを兼ねていてもよい。

本実施例にあっては、塗布室３及び制御部４から成る
レジスト塗布装置は、クリーンルーム内に配置されてい
る。よってクリーンルーム内の空気を調湿して、塗布室
３に供給し、これを雰囲気ガスとするものである。

本実施例において、第２の制御部42は、第１の制御部
41に、湿度の安定した空気を送る役割を果たす。よっ
て、第２の制御部42における湿度調整の基となるデータ
を与える湿度検知手段62は、該第２の制御部42の空気の
出口付近に設置した方がよい。よって本実施例では、図
に示すように空気の流出する出口付近に湿度センサーｂ
を配置して、これを第２の制御部42用の湿度検知手段62
とした。

一方、制御部41における湿度調整の基となるデータを
与える湿度検知手段61は、塗布雰囲気中に設置した。即
ち図１に示す如く湿度センサーａを塗布室３内の図示の
位置に設けてこれを第１の制御部41用の湿度検知手段と
し、これにより、塗布雰囲気の湿度を直接検出するよう
にした。これにより、塗布雰囲気の湿度変動を検知し
て、これに基づき湿度制御を行い、常に塗布雰囲気を一
定湿度に保つようにすることができる。

本実施例では上記のように、第２の制御部42用の湿度
検知手段62が該制御部42の近くにあるため、これに供給
されるガス、この例ではクリーンルーム内の空気の急激
な湿度変化にも充分対応して、安定した空気を第１の制
御部41に送ることができる。

かつ、第１の制御部41は、湿度検知手段61により塗布
雰囲気中の湿度を直接監視しながら湿度を制御すること
ができる。このとき、第１の制御部41に送られているガ
ス（空気）は第２の制御部42によって予め安定な一定の
湿度に制御されているので、第１の制御部41における湿
度制御は良好に達成される。

従って、極めて安定した湿度制御により、塗布雰囲気
の湿度を一定に保っておくことができ、これによってレ
ジスト膜厚を均一性良好にして塗布を実現できる。同一
塗布材料中での膜厚の不均一もなく、複数の被塗布材料
同士での膜厚の不均一（ばらつき）も防止でき、良好な
レジスト塗布により制御性良く加工ができ、よって線幅
等が所望の寸法で作成でき、信頼性の高い半導体装置を
得ることができる。

なお、どのような雰囲気湿度に保つことが良いかは、
状況に応じて定まるものであり、一概には言えない。し
かし本発明者の検討によると、回転塗布におけるレジス
ト膜厚の湿度依存性は、レジスト膜厚をｈとし、相対湿
度をＨ（％）とし、温度をＴ（Ｋ）とすると lnh＝Ａ＋Ｂ（−1/T）＋Cln（100−Ｈ） ……（１） で表される場合と、 lnh＝Ａ′＋Ｂ（−1/T）＋Cln｛（100−Ｈ）/H｝ ……（２） で表される場合とがあり、（１）の場合には相対湿度Ｈ
を35％未満もしくは60％より高くし、（２）の場合には
相対湿度Ｈを35〜60％の範囲に設定すると、膜厚制御が
容易で（例えば湿度変化に応じ、回転数を制御して、膜
厚を制御できる）、かつ膜厚の温度依存性も小さいレジ
スト塗布を達成できる。この技術については、本発明者
により、特開平２−174221号にて提案済である。なお、
式（１），（２）中、A,A′,B,Cは定数である。

上記詳述したように、この実施例によれば、制御部を
２段（またはそれ以上）接続し、前段の第２の制御部42
用の湿度検知手段62（センサー）は、該制御部42近くに
設置し、最終段の第１の制御部41用の湿度検知手段61
は、塗布雰囲気中に設置するようにしたので、クリーン
ルームの急激な湿度変化等与えられるガス（空気）の湿
度変動に対しても充分に対応でき、かつ、塗布雰囲気中
の湿度を検出しながら湿度制御できるので、雰囲気湿度
を極めて安定に一定に保つことができる。よってこれに
より、レジスト塗布膜厚を均一にできて、信頼性の高い
良好な半導体装置を得るようにすることができる。

〔発明の効果〕

本発明のレジスト塗布装置は、クリーンルーム等のレ
ジスト塗布装置が配置される室内の雰囲気湿度の変動
等、制御部に与えられる雰囲気湿度の変動に対しても、
常に一定の安定した塗布雰囲気を保つことができ、従っ
てレジスト塗布膜厚の変動を防止してその均一性を高め
ることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

〔図１〕実施例−１のレジスト塗布装置の構成図であ
る。 〔図２〕従来のレジスト塗布装置の構成図である。 〔図３〕被塗布材料の温度調整の説明図である。 〔符号の説明〕 １……被塗布材料（ウエハ）、２……レジスト、３……
塗布室、４……制御部、41,42……第1,第２の制御部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被塗布材料上にレジストを塗布する塗布室
   と、該塗布室に少なくとも湿度を制御した雰囲気ガスを
   供給する制御部とを備え、 該制御部は、塗布室の雰囲気湿度によって該塗布室に送
   る雰囲気ガスの少なくとも湿度を制御する第１の制御部
   と、該第１の制御部に少なくとも湿度が制御されたガス
   を送る第２の制御部との、少なくとも２つの制御部を有
   するものであることを特徴とするレジスト塗布装置。