JPH0462915A - Resist coating process - Google Patents

Resist coating process

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JPH0462915A
JPH0462915A JP17422190A JP17422190A JPH0462915A JP H0462915 A JPH0462915 A JP H0462915A JP 17422190 A JP17422190 A JP 17422190A JP 17422190 A JP17422190 A JP 17422190A JP H0462915 A JPH0462915 A JP H0462915A
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humidity
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Abstract

PURPOSE:To make the highly precise resist film thickness control feasible by a method wherein the formulas quantitatively interpreting the dependence of a resist film thickness (h) upon the relative humidity H are followed. CONSTITUTION:When the humidity dependence of film thickness in the coating process is represented by the formula [1], the relative humidity is highly set up within the range of 35-60% to perform the spin coating process with a resist solution. Furthermore, when the humidity dependence of the resist film thickness is represented by the formula [2], the relative humidity H is set up within the range of 35-60% to perform the spin coating process with the resist solution.

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方法に関し、特にレジスト膜厚の
変動を抑制する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a resist coating method, and particularly to a method for suppressing variations in resist film thickness.

〔発明の(既要〕[Invention (already required)]

本発明は、レジスト膜厚りの相対湿度Hへの依存性を古
典的統計力学もしくは経験的統計力学にもとづいて定量
的に解釈する弐を導出し、lnhとe n (100−
H)、もしくはj!n hと12 n ((100−H
)/H)とが直線関係にあるこよを利用して、高精度な
レジスト膜厚の制御を可能とするものである。
The present invention derives a method for quantitatively interpreting the dependence of resist film thickness on relative humidity H based on classical statistical mechanics or empirical statistical mechanics, and calculates lnh and e n (100-
H) or j! n h and 12 n ((100-H
)/H) is in a linear relationship, making it possible to control the resist film thickness with high precision.

[21 〔従来の技術〕 半導体ウェハ等の基板上にレジスト溶液を塗布する方法
としては、従来より回転塗布法が広く適用されている。
[21 [Prior Art] As a method for applying a resist solution onto a substrate such as a semiconductor wafer, a spin coating method has been widely applied.

このようにして得られる塗膜の膜厚(以下、レジスト膜
厚と称する。)は温度や湿度に依存して変動することが
現象的に知られている。温度依存性に関しては、本発明
者が先に特願平2−67276号明細書において、その
定量的な解釈を行い、この解釈にもとづいて温度の影響
を最小限に抑制できるレジスト塗布方法を開示したとお
りである。一方、湿度に関しては、1%の変化によりレ
ジスト膜厚が10〜20人はど変動することが経験的に
知られている。レジスト膜(特にフォトレジスト)の膜
厚がウェハ面内において不均一であると、露光光に対す
る感度ムラが生じて線幅制御性が劣化するため、一般に
レジスト塗布は、レジスト溶液、基板、雰囲気9回転手
段等の各温度、および雰囲気中の湿度が制御可能な、い
わゆる温調コーターと呼ばれるレジスト塗布装置内で行
われている。
It is phenomenologically known that the thickness of the coating film obtained in this manner (hereinafter referred to as resist film thickness) varies depending on temperature and humidity. Regarding temperature dependence, the present inventor previously provided a quantitative interpretation in Japanese Patent Application No. 2-67276, and based on this interpretation, disclosed a resist coating method that can minimize the influence of temperature. As I said. On the other hand, with regard to humidity, it is empirically known that a 1% change can cause a change in resist film thickness of 10 to 20 people. If the thickness of the resist film (especially photoresist) is non-uniform within the wafer surface, uneven sensitivity to exposure light will occur and line width controllability will deteriorate. This process is carried out in a resist coating device called a temperature control coater, which can control the temperature of the rotating means and the humidity of the atmosphere.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、半導体装置のデザイン・ルールは年々微細化
されてきており、サブミクロン・レベルから近年ではク
ォーターミクロン・レベルの加工までが議論されるよう
になっている。デザイン・ルールの微細化に伴ってレジ
スト膜に対する露光波長が短波長化されると、レジスト
膜厚の変動が線幅に与える影響はますます大きくなる。
By the way, the design rules for semiconductor devices are becoming finer year by year, and in recent years, processing from the submicron level to the quarter micron level has been discussed. As the exposure wavelength for resist films becomes shorter as design rules become finer, the influence of variations in resist film thickness on line width becomes more and more significant.

このため、従来にも増して高精度にレジスト膜厚を制御
する方法が要望されている。たとえば、 0.35μm
ルールにおけるレジスト膜厚の変動許容範囲はわずかに
±25人である。しかしながら、従来の温調コーターに
よる湿度制御の精度は±2%程度であり、かかる精度で
はレジスト膜厚を上述の変動許容範囲内に収めることは
困難である。したがって、今後のデザイン・ルールの微
細化に対応するためには、まずレジスト膜厚に対する湿
度の影響を定量的に解釈し、いかなる制御方法によれば
レジスト膜厚の変動が最小限に抑制されるかを理解する
ことが必要となる。
For this reason, there is a need for a method of controlling resist film thickness with higher precision than ever before. For example, 0.35μm
The permissible range of variation in resist film thickness according to the rules is only ±25 people. However, the accuracy of humidity control using a conventional temperature control coater is about ±2%, and with such accuracy it is difficult to keep the resist film thickness within the above-mentioned variation tolerance range. Therefore, in order to respond to future miniaturization of design rules, the influence of humidity on resist film thickness must first be interpreted quantitatively, and any control method can be used to minimize variations in resist film thickness. It is necessary to understand.

そこで本発明は、レジスト膜厚の湿度依存性を定量的に
解釈し、この解釈にもとづいて高精度にレジスト膜厚の
制御が可能なレジスト塗布方法を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to quantitatively interpret the humidity dependence of resist film thickness and provide a resist coating method that allows highly accurate control of resist film thickness based on this interpretation.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明者は、上述の目的を達成するために鋭意検討を行
ったところ、ある仮定にもとづいて塗布雰囲気中の水分
子とレジスト溶液中に含まれる溶剤分子とを同一分子と
して取扱い、水分子と溶剤分子との相互作用が比較的弱
い場合には溶剤の蒸発に伴うエントロピー変化を古典的
統計力学にしたがって解析し、上記相互作用が比較的強
い場合には経験的統計力学にしたがって解析すると、事
実を良く説明できる理論式が導出されることを見出した
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor conducted intensive studies, and based on a certain assumption, treats water molecules in the coating atmosphere and solvent molecules contained in the resist solution as the same molecule. In fact, when the interaction with solvent molecules is relatively weak, the entropy change due to solvent evaporation is analyzed according to classical statistical mechanics, and when the interaction is relatively strong, it is analyzed according to empirical statistical mechanics. We found that a theoretical formula that can explain well can be derived.

本発明はト述の知見にもとづいて完成されたものである
The present invention was completed based on the above-mentioned findings.

すなわち、本発明の第1の発明にかかるレジスト塗布方
法は、回転塗布におけるレジスト膜厚の湿度依存性が次
式[11 %式%) [1] 〔ただし、式中りはレジスト膜厚、Tは温度(K)、H
は相対湿度(%)、に33.に16.に1.は定数であ
る。]で表されるとき、相対湿度Hを35%未満もしく
は60%より高く設定してレジスト溶液の回転塗布を行
うことを特徴とするものである。
That is, in the resist coating method according to the first aspect of the present invention, the humidity dependence of the resist film thickness in spin coating is expressed by the following formula [11% formula %] [1] [However, in the formula, the resist film thickness, T is temperature (K), H
is relative humidity (%), to 33. 16. 1. is a constant. ], the resist solution is spin-coated with the relative humidity H set to less than 35% or higher than 60%.

さらに、本発明の第2の発明にかかるレジスト塗布方法
は、回転塗布におけるレジスト膜厚の湿度依存性が次式
[21 %式%)) [21 〔ただし、式中りはレジスト膜厚、Tは温度(K)、H
は相対湿度(%)、に、5.に18.に2゜は定数であ
る。〕 で表されるとき、相対湿度Hを35〜60%の範囲に設
定してレジスミ−溶液の回転塗布を行うことを特徴とす
るものである。
Furthermore, in the resist coating method according to the second aspect of the present invention, the humidity dependence of the resist film thickness in spin coating is expressed by the following formula [21% formula %)] [21 is temperature (K), H
is relative humidity (%), 5. 18. 2° is a constant. ] When expressed as follows, it is characterized in that the relative humidity H is set in the range of 35 to 60% and the resis-me solution is spin-coated.

〔作用〕[Effect]

レジスト膜厚りの相対湿度Hへの依存性を表す式[1]
 は、塗布雰囲気中の水分子とレジスト溶液中の溶剤分
子との相互作用が比較的小さい系について、溶剤分子の
蒸発によるエントロピー変化を古典的統計力学にしたが
って解析した結果導出されたものである。かかる系は、
相対湿度Hが35%未満もしくは60%より高い場合に
実現される。この弐[11から明らかなように、左辺の
in hと右辺第3項のln (100−H)とは直線
関係にある。
Formula [1] expressing the dependence of resist film thickness on relative humidity H
was derived from an analysis of entropy changes due to evaporation of solvent molecules using classical statistical mechanics for a system in which the interaction between water molecules in the coating atmosphere and solvent molecules in the resist solution is relatively small. Such a system is
This is achieved when the relative humidity H is less than 35% or higher than 60%. As is clear from this 2[11, there is a linear relationship between in h on the left side and ln (100-H) on the third term on the right side.

しかも、温度Tが右辺第2項に含まれていることからも
わかるように、相対湿度I4と温度Tとを独立変数とし
て取り扱うことができる。
Moreover, as can be seen from the fact that the temperature T is included in the second term on the right side, the relative humidity I4 and the temperature T can be treated as independent variables.

また、式[21は、塗布雰囲気中の水分子とレジスト溶
液中の溶剤分子との相互作用が比較的大きい系について
、溶剤分子の蒸発によるエントロピー変化を経験的統計
力学にしたがって解析した結果導出されたものである。
Furthermore, equation [21] was derived as a result of analyzing the entropy change due to evaporation of solvent molecules using empirical statistical mechanics for a system in which the interaction between water molecules in the coating atmosphere and solvent molecules in the resist solution is relatively large. It is something that

かかる系は、相対湿度Hが35〜60%である場合に実
現される。この式[21から明らかなように、左辺の1
.n hと右辺第3項の42 n ((100−H)/
 Hlとは直線関係にある。また式[11の場合と同様
、相対湿度Hと温度Tとが独立変数となっている。
Such a system is realized when the relative humidity H is between 35 and 60%. As is clear from this equation [21, 1 on the left side
.. n h and the third term on the right side, 42 n ((100-H)/
There is a linear relationship with Hl. Also, as in the case of equation [11], relative humidity H and temperature T are independent variables.

いずれの式においても、レジスト膜厚りと相対湿度Hと
は比較的単純な関係により定量的に表されている。した
がって、塗布雰囲気中の相対湿度Hに応じて式11)も
しくは式121 にもとづく制御を行えば、レジスト膜
厚りの制御を精密に、しかも容易に行うことができる。
In either equation, the resist film thickness and relative humidity H are quantitatively expressed by a relatively simple relationship. Therefore, if control is performed based on equation 11) or equation 121 depending on the relative humidity H in the coating atmosphere, the resist film thickness can be precisely and easily controlled.

(実施例〕 レジスト膜厚りの湿度依存性を表す式[11および式[
21は、本発明者が先に明らかにしたレジスト膜厚りの
温度依存性を表す次の式[201%式% [20] 〔ただし、式中りはレジスト膜厚、Δehはレジスト溶
液の潜熱、Rは気体定数、Aは親和力を表す状態関数、
τは時点数、tは塗布時間、Evは流動活性化エネルギ
ー、Tは温度、に10.に、2.に13に3.は定数で
ある。〕 にさらなる検討を加えることにより導出されたものであ
る。
(Example) Equation [11 and equation [11] expressing the humidity dependence of resist film thickness
21 is the following formula [201% formula % [20] which expresses the temperature dependence of the resist film thickness that was previously clarified by the present inventor [wherein is the resist film thickness and Δeh is the latent heat of the resist solution] , R is a gas constant, A is a state function representing affinity,
τ is the number of time points, t is the application time, Ev is the flow activation energy, and T is the temperature. 2. to 13 to 3. is a constant. ] It was derived by adding further consideration to.

そこで、本明細書ではまず上式[201の導出について
述べ、さらにこれにもとづく式[11の導出、および式
[2] の導出について順、次説明する。
Therefore, in this specification, the derivation of the above formula [201] will be first described, and then the derivation of the formula [11] and the derivation of the formula [2] based on this will be explained in order.

A−1■刈達λ1訂 この誘導は、以下の手順にしたがって行う。A-1 ■ Karitatsu λ1 edition This induction is performed according to the following procedure.

(A−1)レジスト膜厚と粘度の関係式の導出(A−2
)温度と粘度の関係式の導出 (A−3)レジスト膜厚と温度の関係式の導出なお、式
[20]の導出の過程では、数式を簡略化するために考
察に直接関係しない定数項を随時に。
(A-1) Derivation of the relational expression between resist film thickness and viscosity (A-2
) Derivation of the relational expression between temperature and viscosity (A-3) Derivation of the relational expression between resist film thickness and temperature Note that in the process of deriving equation [20], constant terms that are not directly related to the discussion are used to simplify the mathematical expression. from time to time.

にh に2・・・ に14の記号を用いて整理した。I organized it using 14 symbols for , h, 2, and so on.

八−1)レジス ト   と   の     のレジ
スト溶液は高分子溶液であり、ニュートンの粘性法則に
従わない非ニユートン流体である。
8-1) Resist The resist solution of and is a polymer solution and is a non-Newtonian fluid that does not follow Newton's law of viscosity.

非ニユートン流体には、剪断応力τ、が増大すると粘度
ηが低下する擬塑性と呼ばれる性質があり、剪断応力τ
、とズレ速度(後述のθV/θ2)とが直線関係とはな
らない。さらに、レジスト溶液には応力下において粘度
が時間と共に変化するチキソトロピーと呼ばれる性質も
ある。このように、レジスト溶液の挙動は極めて複雑で
ある。
Non-Newtonian fluids have a property called pseudoplasticity, in which the viscosity η decreases as the shear stress τ increases, and the shear stress τ
, and the deviation speed (θV/θ2 described later) do not have a linear relationship. Furthermore, resist solutions also have a property called thixotropy, in which the viscosity changes over time under stress. As described above, the behavior of the resist solution is extremely complex.

しかし、剪断応力τ5が非常に大きいかあるいは非常に
小さい場合には、非ニユートン流体はニュートン流体に
近い挙動を示すようになる。特に、回転塗布によりレジ
スト溶液を塗布する場合には4000 r p m程度
の高速回転を行うので、剪断応力τ、は非常に大きいと
考えられる。また、レジスト溶液の粘度はもともと数十
cps程度であり、さらに回転塗布時間も通常は20秒
程度と長いので見掛は上の粘度も十分に低いと考えられ
る。したがって、レジスト溶液を遺恨的にニュートン流
体として取り扱っても大きな誤差は生しない。
However, when the shear stress τ5 is very large or very small, the non-Newtonian fluid begins to exhibit behavior similar to a Newtonian fluid. In particular, when applying the resist solution by spin coating, high speed rotation of about 4000 rpm is performed, so the shear stress τ is considered to be very large. Further, the viscosity of the resist solution is originally about several tens of cps, and the spin coating time is usually about 20 seconds, which is long, so the apparent viscosity is considered to be sufficiently low. Therefore, even if the resist solution is treated as a Newtonian fluid, a large error will not occur.

ニュートン流体とはニュートンの粘性法則に従う液体で
あり、剪断応力τ3と速度勾配またはズレ速度が比例す
る。いま基板上にレジスト?’8?mが膜厚りに塗布さ
れており、l軸を中心とする回転によりレジスト溶液が
速度■で外側へ引っ張られる状態を考えると、上述の関
係は次式で表される。
Newtonian fluid is a liquid that follows Newton's law of viscosity, and the shear stress τ3 and velocity gradient or shear velocity are proportional. Resist on the board now? '8? Considering the situation in which the resist solution is applied to a film thickness of m and the resist solution is pulled outward at a speed of {circle around (1)} by rotation around the l axis, the above relationship is expressed by the following equation.

τ3−η(θV/θZ)−η(θγ/θt)・・・[3
1ここで、γはズレ量、tは時間を表し、したがってθ
V/θ2 が膜厚方向の速度勾配、θγ/θLがズレ速
度である。比例定数ηは粘度と呼ばれる。
τ3-η(θV/θZ)-η(θγ/θt)...[3
1 Here, γ is the amount of deviation, t is time, and therefore θ
V/θ2 is the velocity gradient in the film thickness direction, and θγ/θL is the deviation velocity. The proportionality constant η is called viscosity.

また、中心(l軸)からの距離がr、基板からの高さが
hである地点の微小体積を考える。基板がl軸を中心と
して角速度ωにて回転された場合、回転に伴って微小体
積に加わる剪断応力τ、の膜厚方向の勾配は次式で表さ
れる。
Also, consider a minute volume at a point where the distance from the center (l axis) is r and the height from the substrate is h. When the substrate is rotated about the l-axis at an angular velocity ω, the gradient in the film thickness direction of the shear stress τ applied to the microvolume due to the rotation is expressed by the following equation.

θτS/θ2−−ρω2r     ・・・141式1
31 と式[4]より、 θrs/θZ=77(θ2v /θz2)=−pω2r
と書ける。この微分方程式を解くと、 v−−(ρω2rz”/2η)+Az十Bとなる。上記
AおよびBは積分定数である。
θτS/θ2−−ρω2r ・・・141 Formula 1
31 and equation [4], θrs/θZ=77(θ2v/θz2)=-pω2r
It can be written as Solving this differential equation results in v−-(ρω2rz”/2η)+Az×B. The above A and B are integral constants.

ここで、 であるから、上記の積分定数はそれぞれA=ρω2r 
h/η、  B=0 となる。よって v= ((−pω”r z2/2)+pω2r h z
lハ・・・[5ル レジスト溶液の流量qは式[51の積分により求めるこ
とができる。
Here, since , the above integral constants are A=ρω2r, respectively.
h/η, B=0. Therefore, v= ((-pω”r z2/2)+pω2r h z
lc...[5l The flow rate q of the resist solution can be determined by integrating equation [51].

q−脣vdz=pω2rh3/3η ・・−[6]一方
、円柱座標における連続の式として、次のような式が知
られている。
q−脣vdz=pω2rh3/3η···−[6] On the other hand, the following formula is known as a continuity formula in cylindrical coordinates.

ocIDt +ty f(1/r)θ(rL)/θ、 
+(1/r)θ11./θψ十θU、/θzl=o  
      ’  −・−[7]ただし、σはレジスト
溶液の比重、ψは回転角を表し、Urは半径方向の速度
成分、Uψは回転方向の速度成分、Uzは膜厚方向の速
度成分をそれぞれ表す。またD/D t  は実質導関
数と呼ばれ、次のように表される。
ocIDt +ty f(1/r)θ(rL)/θ,
+(1/r)θ11. /θψ1θU, /θzl=o
' -・- [7] Where, σ represents the specific gravity of the resist solution, ψ represents the rotation angle, Ur represents the velocity component in the radial direction, Uψ represents the velocity component in the rotational direction, and Uz represents the velocity component in the film thickness direction, respectively. . Further, D/D t is called a real derivative and is expressed as follows.

D/Dt=  U、(θ/ ar)+U;(θ/θψ)
十U2(θ/θ2)+(θ/θt) ここで、レジスト材料である高分子化合物と溶剤の比重
とはほぼ等しいので、時間と共に溶剤が蒸発してもレジ
スト溶液全体としての比重σはほとんど変化しないもの
と考えられる。また、レジスト溶液は回転塗布開始後0
.1秒でほぼ剛体回転体となると考えられるので、回転
方向ψにおける速度勾配も無視できる。つまり、 Dσ/Dt=O D口ψ /Dψ −〇 と置ける。さらに、U、l−θh/θt、  U、−θ
q/θ2であるから、連続の式17] は次のように順
次変形される。
D/Dt=U, (θ/ar)+U; (θ/θψ)
10 U2 (θ/θ2) + (θ/θt) Here, since the specific gravity of the polymer compound that is the resist material and the solvent are almost equal, even if the solvent evaporates over time, the specific gravity σ of the resist solution as a whole is almost the same. It is assumed that it will not change. In addition, the resist solution is 0 after the start of spin coating.
.. Since it is considered that the body becomes a substantially rigid body of rotation in 1 second, the velocity gradient in the rotational direction ψ can also be ignored. In other words, it can be set as Dσ/Dt=OD ψ /Dψ −〇. Furthermore, U, l−θh/θt, U, −θ
Since q/θ2, continuity equation 17] is sequentially transformed as follows.

(1/r)θ(rU、)/θr十θU、/θz=0(θ
/θr)(r・θq/θz)+r(θ/θz)(θh/
θt)=0(θ/θz)(θrq10r)+r(θ/θ
zNθh/θt)−〇よって、 θrq/θr +r−θh/θ1=0 となる。これに式[6] を代入する。
(1/r)θ(rU,)/θr+θU,/θz=0(θ
/θr)(r・θq/θz)+r(θ/θz)(θh/
θt)=0(θ/θz)(θrq10r)+r(θ/θ
zNθh/θt)−〇 Therefore, θrq/θr +r−θh/θ1=0. Substitute equation [6] into this.

(θ/θr) (p ω”rb3/377 ) +r−
θh/θ1=0ここでに。−ρω2/3ηとおくと、 θh/θL−1’ o(1/r) (θ/θr) (r
”h3)−−2K。h3 となる。この微分方程式を解くと、 θL−−θh/2に。h3 L = 174 K oh2+C ただし、Cは積分定数である。ここで、t=0のときh
=ho(初期膜厚)とすると、 C=−1/4にaha” となるから、 t = 1/4にoh”−1/4にoho”したがって
、 h =ho/(]+4に 1.o21)I/2ここで、
実際の回転塗布系においてり。は数mmhは数μmであ
り、h、>hと置けるから、he/h−(1±4 Ko
ho’t) ”” = (4にoha”t)”2よって
、 h =ho/(4にh07t)172 −h0パ4ρω2ha”t/3η)+7= C+/2ω
)(3η/ρオ)1″      ・・・ [81つま
り、式[81よりレジスト膜厚りは粘度ηの172乗に
比例することがわかる。
(θ/θr) (p ω”rb3/377) +r-
θh/θ1=0 here. -ρω2/3η, θh/θL-1' o(1/r) (θ/θr) (r
"h3)--2K. h3. Solving this differential equation yields θL--θh/2. h3 L = 174 K oh2+C However, C is an integral constant. Here, when t=0, h
=ho (initial film thickness), C=-1/4 aha'', t=1/4 oh''-1/4 oho'' Therefore, h=ho/(]+4 1. o21) I/2 where,
In an actual rotary coating system. Since several mmh is several μm and we can set h,>h, he/h-(1±4 Ko
ho't) "" = (4 to oha"t)"2 Therefore, h = ho/(4 to h07t) 172 - h0pa4ρω2ha"t/3η)+7= C+/2ω
)(3η/ρo)1″... [81 In other words, from equation [81], it can be seen that the resist film thickness is proportional to the viscosity η to the 172nd power.

A−2)    と   の     の式[81のパ
ラメータ中、温度によって変化し得るものは粘度ηであ
る。そこで、以下、温度と粘度の関係について考察する
A-2) Among the parameters in the equation [81], the one that can change depending on the temperature is the viscosity η. Therefore, the relationship between temperature and viscosity will be considered below.

温度による粘度ηの変化としては、 ■液体分子の振動で運動量が輸送されるものと仮定して
導かれる本質的な粘度変化 ■溶剤の蒸発による粘度変化 の2種類が考えられる。
There are two possible types of changes in viscosity η due to temperature: (1) essential viscosity changes derived on the assumption that momentum is transported by vibrations of liquid molecules; and (2) viscosity changes due to solvent evaporation.

上記■はアンドレードの粘度式として有名な次式 %式%[9] で表されるものであり、一般に液体の温度が上昇すると
粘度が低下することを示している。ただし上記に1は定
数、Evは流動活性化エネルギーRは気体定数、Tは絶
対温度である。
The above (■) is expressed by the following formula % formula % [9], which is famous as Andrade's viscosity formula, and generally indicates that the viscosity decreases as the temperature of the liquid increases. However, in the above, 1 is a constant, Ev is the flow activation energy R is a gas constant, and T is the absolute temperature.

本発明では、上記■に関する考察を行う。In the present invention, consideration will be given to the above (2).

溶剤の蒸発による粘度変化を定量化するために、まず温
度変化による蒸発量変化を求めた。
In order to quantify the change in viscosity due to solvent evaporation, we first determined the change in evaporation amount due to temperature change.

実際のレジスト溶液の塗布は密閉系で行われるわけでは
ないので、レジスト溶液と周辺の空気とは溶剤濃度に関
して非平衡である。しかし、ウェハの表面のごく近傍の
空気中では溶剤濃度が高く、近似的に平衡状態が成り立
っているものと考えられる。
Since the actual application of the resist solution is not performed in a closed system, the resist solution and the surrounding air are non-equilibrium with respect to the solvent concentration. However, it is thought that the solvent concentration is high in the air very close to the wafer surface, and an approximately equilibrium state is established.

親和力を表す状態関数Aは、次の式で定義される。A state function A representing affinity is defined by the following equation.

a s = d Q/T−(A/T)・dξ   ・・
・ [10]ただし、上記Sはエントロピー、Qは系の
内部で発生する熱、ξは変化の進行度、Tは絶対温度を
それぞれ表す。状態関数A=0のとき平衡となる。
a s = d Q/T-(A/T)・dξ...
- [10] However, the above S represents entropy, Q represents the heat generated inside the system, ξ represents the degree of progress of change, and T represents the absolute temperature. Equilibrium occurs when the state function A=0.

いま、状態関数Aを(T、p、  ξ)の関数と考える
と、A/Tの全微分は次のように表すことができる。
Now, if we consider the state function A as a function of (T, p, ξ), the total differential of A/T can be expressed as follows.

d(A/T)−θ/θT (A /T) 、、、、 d
T十θ/θ11(A/T)?、ゎdp十θ/θξ(A/
T)T、、dξ = (1/T2) (θH/θξ)t、 pdT  (
1/T) (θV#ξ)。
d(A/T)-θ/θT (A/T) ,,,, d
T ten θ/θ11 (A/T)? , ゎdp ten θ/θξ(A/
T) T,, dξ = (1/T2) (θH/θξ)t, pdT (
1/T) (θV#ξ).

dp + (1/T) (θA/θξ)t、 、dξただし、
上記pは圧力、Hはエンタルピー、■は体積をそれぞれ
表す。ここでは溶剤の蒸発を考えているので、θ11/
θξは潜熱Δehに等しい。さらに、 (θV/θξ)T+ p  ””T+ D(θA/θξ
)T、t+  =aT、pとおくと、上式は次のように
書き換えることができる。
dp + (1/T) (θA/θξ)t, , dξHowever,
The above p represents pressure, H represents enthalpy, and ■ represents volume, respectively. Since we are considering evaporation of the solvent here, θ11/
θξ is equal to the latent heat Δeh. Furthermore, (θV/θξ)T+ p ””T+ D(θA/θξ
)T, t+ = aT, p, the above equation can be rewritten as follows.

dA−(Δeh/T)dT  VT、 pdll + 
at、 pdξ 、、、 [111次に、式[111の
時間変化を調べる。
dA-(Δeh/T)dT VT, pdll +
at, pdξ , , [111 Next, the time change of equation [111] is investigated.

dA/dt−(Δeh/T) (dT/dt)  VT
、 p(dp/dt)+a、、p(dξ/d t) ここで、dξ/dt  は変化の速度であるからdξ/
dL=Vと置ける。また、レジスト溶液の塗布系を近似
的に平衡状態と考えるときには、V=kA(kは定数)
、dT/at=0、dp/dt=0と置ける。よって、 dA/dt=a7. 、kA この微分方程式を解くと、 aT+pkdt  −dA/A A=exp(at、pkt+D)   (Dは積分定数
)ここで、1=0のときのAを八〇と定義すると、An
−exp(D)であるから、 A −Aoexp(at、 pkt) さらに、時定数τ−17at、Jであるから、A = 
A oeXp(t/ r ) と書ける。よって弐[111は次のように変形できる。
dA/dt-(Δeh/T) (dT/dt) VT
, p(dp/dt)+a,, p(dξ/d t) Here, dξ/dt is the rate of change, so dξ/
It can be set as dL=V. Furthermore, when considering the resist solution coating system to be approximately in equilibrium, V=kA (k is a constant)
, dT/at=0, and dp/dt=0. Therefore, dA/dt=a7. , kA Solving this differential equation, aT + pkdt - dA/A A = exp (at, pkt + D) (D is the constant of integration) Here, if A is defined as 80 when 1 = 0, then An
-exp(D), so A -Aoexp(at, pkt) Furthermore, since the time constant τ-17at, J, A =
It can be written as A oeXp(t/r). Therefore, 2[111 can be transformed as follows.

dA/dt十A/r=(Δeh/T) (dT/dt)
  VT、p(dp/dt)・・・ [121 次に、式[121における温度変化を調べる。
dA/dt A/r=(Δeh/T) (dT/dt)
VT, p (dp/dt)... [121 Next, the temperature change in equation [121] will be investigated.

dA/dT+(A/r)(dt/dT)  −(Δeh
/T)  VT、 p(dp/dT)・・・[13] ここで、d A/d T は式[13]の左辺の第2項
に比べて無視できるほど小さいので0と置く。さらに、
レジスト溶液の温度Tは、コーティング中に以下の式に
したがって変化することが実験的に確かめられた。
dA/dT+(A/r)(dt/dT) −(Δeh
/T) VT, p(dp/dT)...[13] Here, d A/d T is negligibly small compared to the second term on the left side of equation [13], so it is set to 0. moreover,
It has been experimentally confirmed that the temperature T of the resist solution changes during coating according to the following equation.

T−に 2 −ト に 3 eXp ((t+ に m
)に slここで、 dt/dT=−1/に、T であるから、式[131は次のように書ける。
T- to 2-t to 3 eXp ((t+ to m
) to sl where dt/dT=-1/ and T, so equation [131 can be written as follows.

(A/ p: 5 T T)−Δeh/T−V7+p(
dp/dT)・・・ [141 ここで、蒸気の体積をVv、液体の体積をVL(ただし
、vv>v、)  とすると、 VT、 p = VV  VL ’i Vvである。ま
た、近僚的な平衡状態を考える場合には、 Vv=RT/p      (Rは気体定数)であるか
ら、式[141は次のように書ける。
(A/p: 5 T T)-Δeh/T-V7+p(
dp/dT)... [141 Here, when the volume of vapor is Vv and the volume of liquid is VL (where vv>v), VT, p = VV VL 'i Vv. Furthermore, when considering the neighborly equilibrium state, since Vv=RT/p (R is a gas constant), equation [141] can be written as follows.

dp/dT −(Δeh/T 十A/ K s r T
) (p/RT)この微分方程式を解くと、 Inn p −(Δeh/R十A/ x s r R)
 (−1/T)となる。よって、温度Tと溶剤の蒸発量
Δ■の関係は、蒸発速度をVとすると次のように表され
る。
dp/dT −(Δeh/T 10A/ K s r T
) (p/RT) Solving this differential equation, Inn p − (Δeh/R0A/ x s r R)
(-1/T). Therefore, the relationship between the temperature T and the evaporation amount Δ■ of the solvent is expressed as follows, where V is the evaporation rate.

ΔV =vt−に6pt −に6texp((Δeh/R+ A/ x s r 
R) (1/T) ][151 以上のようにして温度Tと溶剤の蒸発量へVの関係式[
151が求められたので、次にこれを濃度粘度と関連づ
けて表わすことを考える。
ΔV = 6pt to vt-6texp((Δeh/R+ A/ x s r
R) (1/T) ] [151 As above, the relational expression of V to temperature T and the amount of evaporation of solvent [
Now that 151 has been found, let's consider expressing it in relation to concentration viscosity.

まず、粘度ηはレジスト溶液の濃度Cに比例するので、
次式が成り立つ。
First, since the viscosity η is proportional to the concentration C of the resist solution,
The following formula holds.

η−に7C(に7は比例定数) また、単位体積あたりN個のレジスト分子を含む初期体
積■。のレジスト溶液からΔ■だけ溶剤が蒸発したとき
の濃度Cは次のように表される。
η-7C (where 7 is a proportionality constant) Also, the initial volume ■ containing N resist molecules per unit volume. The concentration C when the solvent evaporates by Δ■ from the resist solution is expressed as follows.

c = N/(Vo−ΔV) これらの関係と式[151から、次式が導出される。c = N/(Vo-ΔV) The following equation is derived from these relationships and equation [151].

に7N η 0 (Vo  <、、t eXIl+ ((Δeh/R+A
/に5rR)(−1/T)1・・・ [161 これが、溶剤の蒸発による粘度変化を表す式である。
7N η 0 (Vo <,, t eXIl+ ((Δeh/R+A
/5rR)(-1/T)1... [161 This is the formula representing the change in viscosity due to evaporation of the solvent.

(八−3)レジス ト   と   の     のレ
ジストの塗布を行う過程では、アントレードの粘度式(
弐[91)で表される木質的な粘度変化と、弐[161
で表されるような溶剤の蒸発による粘度変化が同時に進
行していると考えられる。
(8-3) In the process of coating resist and resist, the untraded viscosity equation (
The woody viscosity change represented by 2 [91] and the 2 [161
It is thought that the viscosity change due to the evaporation of the solvent is occurring at the same time.

まず、式[16]の両辺の自然対数をとる。First, take the natural logarithm of both sides of equation [16].

En 1=lnx7N−j2n[Vo−に6t exp
 ((Δeh/R十A/に、rR)(−1/T)l ] ここで、右辺第2項において自然対数の真数部、すなわ
ち[1内をみると、該真数部は(−1/T)と直線関係
にあることがわかるので、次のような変形を行うことが
できる。
En 1=lnx7N-j2n[Vo-to 6t exp
((Δeh/R0A/, rR) (-1/T)l] Here, in the second term on the right side, if we look at the antilog part of the natural logarithm, that is, within [1, the antilog part is (- Since it can be seen that there is a linear relationship with 1/T), the following transformation can be performed.

In η=finにJ−I!、nに8.V。In η=fin to J-I! , n to 8. V.

+(lnに6t) ((Δeh/R十A/に5rR)(
−1/T)1−42 n(にJ/Vo) + ±((Δeh/R+A/に5rR)(1/T)l (n
nにbt)・・・ [17] また、前述の式[91の両辺の自然対数をとると、j2
n η−KIEv/I?T           、−
[1B]となる。式[17]と式[18]の両辺をそれ
ぞれ加えると、 2j!n y7−EncgqN/Vo)」−((Δeh
/R+A/に、rR)ffinに6t  <+Ev/R
1(1/T)・・・ [191 一方、レジスト膜厚りと粘度ηの関係式(式[81)に
おいて、両辺の自然対数をとると I2.n h −(1/2)ffin 77 +x+。
+ (6t to ln) (5rR to (Δeh/R0A/) (
-1/T)1-42 n(J/Vo) + ±((Δeh/R+A/5rR)(1/T)l (n
bt to n)... [17] Also, if we take the natural logarithm of both sides of the above equation [91, j2
n η−KIEv/I? T, -
[1B]. Adding both sides of equation [17] and equation [18], we get 2j! n y7-EncgqN/Vo)"-((Δeh
/R+A/, rR) ffin 6t <+Ev/R
1(1/T)... [191 On the other hand, in the relational expression (formula [81)] between resist film thickness and viscosity η, if the natural logarithm of both sides is taken, I2. n h −(1/2)ffin 77 +x+.

と書くことができる。この式に式[191を代入すると
、 nn h−x z +[f(Δeh/R) 十(A/に
+zRr)l j2nに+3t(に14Ev)/R1(
−1/T)       ・・・ [201が得られる
。これが、レジスト膜厚りと温度Tの関係式である。こ
の式から、レジスト膜厚りの自然対数と温度Tの逆数と
が比例関係にあることが明らかである。なお、上式[2
01において、時間の項(−1/T)の係数部は時間の
関数である。また、上記定数に、1は初期濃度■。を含
む定数である。
It can be written as Substituting the formula [191 into this equation, we get nn h−x z + [f(Δeh/R) 10(+zRr to A/)l +3t(to 14Ev)/R1(
-1/T) ... [201 is obtained. This is the relational expression between the resist film thickness and the temperature T. From this equation, it is clear that the natural logarithm of the resist film thickness and the reciprocal of the temperature T are in a proportional relationship. In addition, the above formula [2
01, the coefficient part of the time term (-1/T) is a function of time. In addition, in the above constant, 1 is the initial concentration ■. is a constant containing

B、  x’  l  f7)’1導 出に、本発明の本題であるレジスト膜厚りと相対湿度H
との関係について検討を行う。そのためには、ます式[
20]において湿度の状態関数となる項を特定しなけれ
ばならない。
B, x'l f7)'1 In the derivation, the resist film thickness and relative humidity H
We will consider the relationship with To do so, the square formula [
20], the term that is the humidity state function must be specified.

相対湿度の変化により影響を受けるのは、レジスト溶液
中の溶剤の蒸発量、水分子もしくは溶剤分子の位相空間
内における存在パターンの数に相当する状態の数、およ
びこれらによって決まるエントロピーである。
What is affected by changes in relative humidity are the amount of evaporation of the solvent in the resist solution, the number of states corresponding to the number of existing patterns in the phase space of water molecules or solvent molecules, and the entropy determined by these.

エントロピー変化は、前述の式[101で表されるごと
く、 d 5−(A/T)、d ξ−・−[101である。ξ
は変化の進行度であるが、ここでは溶剤分子の蒸発に伴
う溶剤分子の数の変化と考えることができる。
The entropy change is d5-(A/T), dξ-.-[101, as expressed by the above equation [101]. ξ
is the degree of progress of change, which can be thought of as a change in the number of solvent molecules as they evaporate.

方、エントロピーSはボルツマンの関係式により、 S −kBln W           ・・・[2
1]とも表される。ただし、kmはボルツマン定数、W
は状態数である。
On the other hand, the entropy S is determined by Boltzmann's relational expression as follows: S −kBln W ...[2
1]. However, km is Boltzmann's constant, W
is the number of states.

状態数Wは、相対湿度が高いほど、すなわち系内に存在
する水分子の数が多いほど大きくなる。
The number of states W increases as the relative humidity increases, that is, as the number of water molecules present in the system increases.

しかし、状態数Wが大きくなるほどエントロと−Sは増
大しにくくなる。このことは、エントロピーSが状態数
Wの自然対数に比例していることを表す式[211から
明らかである。一方、エントロピー変化は式[10]か
らA/Tに比例している。したがって、A/Tが湿度に
関する状態関数であることがわかる。
However, as the number of states W increases, the entro and -S become more difficult to increase. This is clear from equation [211] which shows that the entropy S is proportional to the natural logarithm of the number of states W. On the other hand, the entropy change is proportional to A/T from equation [10]. Therefore, it can be seen that A/T is a state function related to humidity.

あるいは、Aが非平衡状態を記述する関数であることを
考えても、A/Tが湿度に関する状態関数であることは
直観的に予想できる。つまり、相対湿度が100%以外
の時は、すべて非平衡状態であるからである。
Alternatively, considering that A is a function describing a non-equilibrium state, it can be intuitively predicted that A/T is a state function related to humidity. In other words, when the relative humidity is other than 100%, everything is in a non-equilibrium state.

このA/Tは、式[201を次のように変形すれば容易
に独立の項として分離することができる。
This A/T can be easily separated as an independent term by transforming equation [201 as follows.

ff1nh=にz+(Δehffinに13t/R−に
zEv/R)(1/T)+(ffin に13t/に+
zRr)(A/T)−に11+に+s(1/T)十に1
6(A/T)・・・ [211 ここで、相対湿度を統計力学的に表現する方法を考える
ff1nh=z+(Δehffin 13t/R-zEv/R) (1/T)+(ffin 13t/+
zRr) (A/T) - to 11+ +s (1/T) 1 to 10
6 (A/T)... [211 Here, we will consider a method of expressing relative humidity statistically mechanically.

一次元空間内を運動する1個の分子の運動状態は、与え
られた時刻における位置(x、y、z)と運動M Cp
x、py、pz)によって決まり、この運動を記述する
ためには6次元の位相空間が必要である。同様に劣える
と、N個の分子を含む気体は6N次元の位相空間を持っ
ていることになる。
The state of motion of one molecule moving in one-dimensional space is determined by the position (x, y, z) and motion M Cp at a given time.
x, py, pz), and a six-dimensional phase space is required to describe this motion. Similarly, a gas containing N molecules has a phase space of 6N dimensions.

いま、一定の体積を有する空間が飽和状態、すなわち相
対湿度100%の状態にあるとき、ある瞬間に位相空間
内に存在し得る水分子の個数をNとする。この個数Nは
、水分子が存在可能な座席の最大数と考えられ、このう
ち水分子に占有されている座席数の割合を表す数値が相
対湿度Hである。
Now, when a space having a certain volume is saturated, that is, the relative humidity is 100%, let N be the number of water molecules that can exist in the phase space at a certain moment. This number N is considered to be the maximum number of seats in which water molecules can exist, and the relative humidity H is a numerical value representing the proportion of seats occupied by water molecules.

ここで、古典的統計力学の考え方を適用すれば、実際に
存在する水分子の個数がnであるとき、ある瞬間におけ
る状態数WはN個の座席からn個の分子の占める座席を
選びだす順列で表される。すなわち、 w= Npl1 =N!/(N−n)!である。
Here, if we apply the idea of classical statistical mechanics, when the number of actually existing water molecules is n, the number of states W at a certain moment is the seat occupied by n molecules from N seats. Represented in permutations. That is, w= Npl1 =N! /(N-n)! It is.

さらに、一定の時間が経過した場合のN個の座席の配置
がU通りに変化すると、状態の数Wは次式[221のよ
うに表される。
Furthermore, if the arrangement of N seats changes in U ways after a certain period of time has passed, the number of states W is expressed as the following equation [221].

W=uw−uN!/(N−n)!      −−−[
22]次に溶剤の蒸発によるエントロピー変化を考える
わけであるが、ここでひとつの重要な仮定を行う。すな
わち、[水分子と溶剤分子とを同一分子として取り扱う
Jという仮定である。これは、水もレジスト溶液の溶剤
も共に室温において液体であり蒸気圧が低いこと、極性
が強いこと、したがって互いに良く混合すること等の事
実を根拠としている。
W=uw-uN! /(N-n)! ---[
22] Next, we will consider the entropy change due to solvent evaporation, and here we will make one important assumption. That is, it is an assumption that water molecules and solvent molecules are treated as the same molecule. This is based on the fact that both water and the solvent of the resist solution are liquids at room temperature, have low vapor pressures, have strong polarity, and therefore mix well with each other.

かかる仮定にもとづき、n個の水分子が存在する空間内
に蒸発によりξ個の溶剤分子が加わった場合を考えると
、状態数Wζは式1221におけるnを(n+ξ)に置
き換えて、次のように表される。
Based on this assumption, if we consider the case where ξ solvent molecules are added by evaporation into a space where n water molecules exist, the number of states Wζ can be calculated as follows by replacing n in equation 1221 with (n+ξ). is expressed in

J −uw=uN!/(N−(n十ξ))よって、エン
トロピーSζは次式[231で表される。
J-uw=uN! /(N-(n0ξ)) Therefore, the entropy Sζ is expressed by the following equation [231].

Sξ=kIIIV、nWξ = kJn[u N!/ (N−(n十ξ))!]・・
・ 123) 式[23]をξで微分すれば、弐[101の定義よりA
/Tが求められる。
Sξ=kIIIV, nWξ=kJn[u N! / (N-(n0ξ))! ]...
・123) If we differentiate Equation [23] by ξ, then from the definition of 2[101, A
/T is required.

ここで、Nは十分に大きい数であるため、微分に先立ち
式[23]の右辺をスターリング近似〔N!=(N/e
)N)を適用して次のように変形する。
Here, since N is a sufficiently large number, prior to differentiation, the right side of equation [23] is subjected to Starling approximation [N! =(N/e
)N) and transform it as follows.

S  =に++fn[uN!/ (N−(n+ξ))!
1−kBNin (N/e) +に++ln uk++
(N(n十ξ)l in、 [(N −(n+ξ)l/
el・・・ [241 式[24]をξで微分すると、A/Tが求められる。
S=to++fn[uN! / (N-(n+ξ))!
1-kBNin (N/e) +++ln uk++
(N(n0ξ)l in, [(N −(n+ξ)l/
el... [241 A/T is obtained by differentiating equation [24] with respect to ξ.

dS/dξ=  k++ [j!n[(N−(n+ξ)
)/el(N−(n十ξ))・e/ (N−(n+ξ)
)】= k B(e−1) 十k B ff1n(N 
−(n+ξ))−A/T          ・・・[
25jこの関係を前述の式[211に代入し、定数項を
適当に整理すると、 /、n h = x 1+ + に+5(1/T)+に
+6[kn(e−1)+knjl!n (N−(n十ξ
))]−に17+に+s(1/T) + x Hj2n
 (N  (n十ξ))・・・ [26] となる。
dS/dξ= k++ [j! n[(N-(n+ξ)
)/el(N-(n0ξ))・e/(N-(n+ξ)
)] = k B (e-1) 10k B ff1n (N
-(n+ξ))-A/T...[
25j Substituting this relationship into the above equation [211 and rearranging the constant terms appropriately, we get /, n h = x 1+ + +5 (1/T) + +6 [kn (e-1) + knjl! n (N-(n0ξ
))] - to 17+ +s(1/T) + x Hj2n
(N (n0ξ))... [26].

ここで、レジスト溶液を塗布する際には一般に排気が行
われて溶剤分子は常に除去されるため、近似的にξ−0
と考えることができる。また、相対湿度H(%)はH=
100n/Nと定義されることから、n = N H/
100である。これらの関係を式[261に代入すると
、レジスト膜厚りと相対湿度Hとの関係を表ず式[11
が得られる。
Here, when applying the resist solution, exhaust is generally performed and solvent molecules are always removed, so approximately ξ−0
You can think about it. Also, the relative humidity H (%) is H=
Since it is defined as 100n/N, n = N H/
It is 100. By substituting these relationships into equation [261, the relationship between resist film thickness and relative humidity H is expressed as equation [11
is obtained.

ln h−に+7+に+s(1/T) 十に+effi
n (N  (Nll/100))−に+q+−に+s
(1/T) +に+512n (100H)・・・[1
1 以上の検討から、En hとff1n (100−H)
とは直線関係にあることが予想される。また、この直線
関係を表すグラフの傾きは、温度の影響を受けないもの
と予想される。
ln h- to +7+ to +s (1/T) ten to +effi
n (N (Nll/100))- to +q+- to +s
(1/T) +512n (100H)...[1
1 From the above considerations, En h and ff1n (100-H)
It is expected that there is a linear relationship between Furthermore, the slope of the graph representing this linear relationship is expected to be unaffected by temperature.

ニーj(佃Jす1出 前項B、では、古典的統計力学を適用した場合のレジス
ト膜厚りと相対湿度Hとの関係について検討した。それ
は、相対湿度Hを考える際に、ある瞬間における状態数
Wを位相空間内に水分子が存在し得るN個の場所からn
個の分子の占める場所を選びだす順列として表現するも
のであった。
In the previous section B, we investigated the relationship between resist film thickness and relative humidity H when classical statistical mechanics was applied. Let the number of states W be n from the N locations where a water molecule can exist in the phase space.
It was expressed as a permutation that selected the locations occupied by each molecule.

つまり、たとえば2個の同等な分子を交換して得られる
状態を、異なる2種類の状態として考えるものである。
In other words, the states obtained by exchanging two equivalent molecules are considered to be two different states.

しかし、ある程度の分子間相互作用が見込まれる系では
、これらを同じ状態と解釈する方が実験結果によく合致
することが経験的に知られている。
However, in systems where some degree of intermolecular interaction is expected, it is empirically known that interpreting these states as the same state better matches experimental results.

すなわち、位相空間内で2個の同等な分子を交換しても
、巨視的には何ら状態変化が起きていないと見なすので
ある。このような考え方を、ここでは経験的統計力学と
称することにする。
In other words, even if two equivalent molecules are exchanged in the phase space, it is considered that no change in state occurs macroscopically. This way of thinking will be referred to here as empirical statistical mechanics.

経験的統計力学の取り扱いによれば、相対湿度Hは、飽
和状態における分子のN個の座席から実際に存在するn
個の分子の占有する座席を選び出す組合せで表される。
According to the treatment of empirical statistical mechanics, the relative humidity H can be calculated from the actually existing n seats of the molecule in the saturated state.
It is expressed as a combination that selects seats occupied by molecules.

すなわち、 w−NC1l−N!/n!(N−n) である。That is, w-NC1l-N! /n! (N-n) It is.

さらに、一定の時間が経過した場合のN個の座席の配置
がU通りに変化すると、状態の数Wは次式[271のよ
うに表される。
Furthermore, if the arrangement of the N seats changes in U ways after a certain period of time has passed, the number of states W is expressed as the following equation [271].

W=uw=uN!/n!(N−n)!   ・・−[2
7]ここで、溶剤の蒸発によりn個の水分子が存在する
空間内に蒸発によりξ個の溶剤分子が加わった場合を考
えると、状態数Wξは式[271におけるnを(n+ξ
)に置き換えて、次のように表される。
W=uw=uN! /n! (N-n)! ...-[2
7] Here, considering the case where ξ solvent molecules are added due to evaporation into a space where n water molecules exist due to evaporation of the solvent, the number of states Wξ is calculated by subtracting n in equation [271 from (n+ξ
) is expressed as follows.

W4=uw=uN!/[(n+ξ)!(N−(n+ξ)
)!)よって、エントロピーS は次式[28]で表さ
れる。
W4=uw=uN! /[(n+ξ)! (N-(n+ξ)
)! ) Therefore, the entropy S is expressed by the following equation [28].

S@ =kBln J = k n l n [uN!/ [(n+ξ)!(N
−(n+ξ)l!]]・・・ [28] ここで、前述と同様に、式[28]の右辺にスターリン
グ近似を適用する。
S@ = kBln J = k n l n [uN! / [(n+ξ)! (N
−(n+ξ)l! ]]... [28] Here, similarly to the above, Starling approximation is applied to the right side of equation [28].

S  =に++nn[uN!/ [N  (n+ξ))
!1((N+ξ)/e) ”ξ[(N−(n−+−ξ)
] ]/el’−幅゛P−keNj2n(N/e) +
kml!、n ukB(n十ξ)ffn((n+ξ)/
e)に8(N(n+ξN  j!n  [(N−(n+
ξ))/el・・・ [29] 式[29]をξで微分すると、A/Tが求められる。
S=to++nn[uN! / [N (n+ξ))
! 1((N+ξ)/e) ”ξ[(N-(n-+-ξ)
] /el'-width゛P-keNj2n(N/e) +
kml! , n ukB (n + ξ) ffn ((n + ξ)/
e) to 8(N(n+ξN j!n [(N-(n+
ξ))/el... [29] When formula [29] is differentiated by ξ, A/T is obtained.

d S/dξ−k++[Nn((n+ξ)/e)+(n
十ξ)・e/(n+ξ)] ke [−I!、n[(N−(n+ξ)] /el(N
−(n十ξ))・e/ (N=(n+ξ))】=kBj
!n(N  (n+ξ)) −kBI!、n(n+ξ)
=kgfn[(N−(n十ξ))/(n+ξ)−A/T
          ・・・ [301この関係を前述
の式[211に代入し、定数項を適当に整理すると、 En h=に++ 十に+s(1/T)−+−x+b 
[kBj2n[(N−(n十ξ))/(n十ξ)】−に
go + K +s(1/T) 十に+e [ff1n[(N−(n+ξ)l/(n+ξ
)】・・・ [311 となる。
d S/dξ−k++[Nn((n+ξ)/e)+(n
1ξ)・e/(n+ξ)] ke [-I! , n[(N-(n+ξ)]/el(N
-(n0ξ))・e/ (N=(n+ξ))]=kBj
! n(N (n+ξ)) −kBI! , n(n+ξ)
=kgfn[(N-(n0ξ))/(n+ξ)-A/T
... [301 Substituting this relationship into the above equation [211 and rearranging the constant terms appropriately, we get En h=++ 10+s(1/T)−+−x+b
[kBj2n[(N-(n0ξ))/(n0ξ)]-go + K +s(1/T) +e to 10[ff1n[(N-(n+ξ)l/(n+ξ)
)】... [311.

ここで、ξ′:0およびn = N H/100の関係
を式[311に代入すると、レジスト膜厚りと相対湿度
Hとの関係を表す式[2] が得られる。
Here, by substituting the relationship ξ′:0 and n=NH/100 into equation [311], equation [2] expressing the relationship between resist film thickness and relative humidity H is obtained.

ff1n  h = K zo十K +、(1/T)+
に+l1fn [(N  (NH/100)) /(N
il/100)]−に2o+に+s(1/T)十K +
aj2n ((100H)/lll・・・[21 以上の検討から、ln hとln ((100−H)/
H)とは直線関係にあることが予想される。また、この
直線関係を表すグラフの傾きは、温度の影響を受けない
ものと予想される。
ff1n h = K zo 1K +, (1/T) +
+l1fn [(N (NH/100)) /(N
il/100)] - to 2o+ to +s(1/T) 10K +
aj2n ((100H)/llll... [21 From the above consideration, ln h and ln ((100-H)/
It is expected that there is a linear relationship with H). Furthermore, the slope of the graph representing this linear relationship is expected to be unaffected by temperature.

以上のようにしてレジスト膜厚りの湿度依存性を記述す
る式[11および式[21が理論的に導出されたので、
次にこれらの式が実験事実をどの程度うまく説明するか
否かについて検討した。
Since the equations [11 and 21] describing the humidity dependence of resist film thickness were theoretically derived as described above,
Next, we examined how well these formulas explained the experimental facts.

すなわち、種々の相対湿度下で実際にレジスト溶液を温
調コーターを使用して一定の条件で回転塗布し、得られ
たレジスト膜の膜厚を測定する実験を行い、このレジス
ト膜厚りの測定値をln hに、また相対湿度■]をf
fn (100−H)またはin((100−H)/ 
H]にそれぞれ変換してグラフにプ0・ントした。
That is, we conducted an experiment in which a resist solution was actually spin-coated under certain conditions using a temperature-controlled coater under various relative humidity conditions, and the thickness of the resulting resist film was measured. value to ln h, and relative humidity ■] to f
fn (100-H) or in((100-H)/
H] and printed on the graph.

本実験では、温調コーターとして東京エレクトロン社製
、クリーントラックMark If −V型を、基板と
しては5インチ・ウェハを、またレジストとしては、ノ
ボラック系ポジ型フォトレジスト(東京応化工業社製:
商品名TSMR−V3.粘度20cps)、溶剤として
はエチルセロソルブアセテート(ECA)をそれぞれ使
用した。
In this experiment, the temperature control coater was a Clean Track Mark If-V type manufactured by Tokyo Electron, the substrate was a 5-inch wafer, and the resist was a novolak-based positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).
Product name TSMR-V3. (viscosity: 20 cps), and ethyl cellosolve acetate (ECA) was used as the solvent.

ここで、定速回転時の回転速度を4ooorpm、定速
回転時間を20秒として、相対湿度を変化させた場合の
レジスト膜厚りの変化を調べた。
Here, the rotation speed during constant speed rotation was set to 4ooorpm, the constant speed rotation time was set to 20 seconds, and changes in the resist film thickness were investigated when the relative humidity was changed.

第1図には式[11にもとづいてNn hとp、n(1
0(1−H)の関係をプロットしたグラフを、第2図に
は式[21にもとづいてin hと4211[(100
H)/H1の関係をプロットしたグラフをそれぞれ示す
。なお、各図の横軸はj2n (100−H)およびE
 n I (100−H)/Hlとしたが、説明ノ便宜
ヲ図るために相対湿度(%)の目盛りも併記した。
Figure 1 shows Nn h, p, n(1
Figure 2 shows a graph plotting the relationship between in h and 4211 [(100
Graphs plotting the relationship of H)/H1 are shown. In addition, the horizontal axis of each figure is j2n (100-H) and E
n I (100-H)/Hl, but a scale of relative humidity (%) is also shown for convenience of explanation.

まず第1図をみると、概ね良い直線関係が得られている
が、相対湿度50%イ」近を境としてグラフが若干屈曲
している。このことは、式[11において、係数に18
が相対湿度50%付近を境として変化することを意味し
ている。相対湿度が50%より高い領域および低い領域
では、それぞれ極めて良好な直線関係が示された。
First, looking at Figure 1, a generally good linear relationship is obtained, but the graph is slightly curved when the relative humidity approaches 50%. This means that in equation [11] the coefficient is 18
This means that the relative humidity changes around 50% relative humidity. A very good linear relationship was shown in the regions where the relative humidity was higher and lower than 50%, respectively.

また第2図をみると、概ね良い直線関係が得られている
が、相対湿度が35%未満の領域、および60%より高
い領域ではいずれもグラフが若干曲線化した。相対湿度
35〜60%の領域では極めて良い直線関係が示された
Further, when looking at FIG. 2, a generally good linear relationship is obtained, but the graph becomes slightly curved in both the region where the relative humidity is less than 35% and the region where it is higher than 60%. A very good linear relationship was shown in the relative humidity range of 35-60%.

以上の2種類のプロットの結果を総合して考えると、相
対湿度が35%未満の領域、および60%より高い領域
では古典的統計力学にもとづいて導出された式[1] 
が、また相対湿度35〜60%の領域では経験的統計力
学にもとづいて導出された式[21が実験事実を良く説
明していることがわかる。
Considering the results of the above two types of plots together, in the region where the relative humidity is less than 35% and the region higher than 60%, the formula derived based on classical statistical mechanics [1]
However, in the region of relative humidity of 35 to 60%, it can be seen that Equation [21] derived based on empirical statistical mechanics explains the experimental facts well.

このように、式の適用範囲が異なる理由は次のように考
えられる。
The reason why the applicable ranges of the formulas differ in this way is considered to be as follows.

古典的統計力学は、本来、分子間相互作用の少ない系に
適用されるものである。相対湿度が高い場合には、溶剤
の蒸発速度が低く塗布雰囲気中に存在する溶剤分子の数
も少ないため、水分子と溶剤分子との相互作用が少なく
なっているものと考えられる。一方、相対湿度が低い場
合には、溶剤の蒸発速度が高く塗布雰囲気中に存在する
溶剤分子の数が増え、逆に水分子の数は減少するので、
やはり水分子と溶剤分子との相互作用は少ないと考えら
れる。上述の実験結果によれば、相対湿度が高い場合と
は60%より高い場合を、また相対湿度が低い場合とは
35%未満の場合に実質的に相当すると言える。したが
って、これらの領域では式[11が実験事実を良く説明
するものと考えられる。
Classical statistical mechanics is originally applied to systems with few intermolecular interactions. When the relative humidity is high, the evaporation rate of the solvent is low and the number of solvent molecules present in the coating atmosphere is also small, so it is thought that the interaction between water molecules and solvent molecules is reduced. On the other hand, when the relative humidity is low, the evaporation rate of the solvent is high and the number of solvent molecules present in the coating atmosphere increases, while the number of water molecules decreases.
It is considered that there is little interaction between water molecules and solvent molecules. According to the above experimental results, it can be said that high relative humidity substantially corresponds to higher than 60%, and low relative humidity substantially corresponds to lower than 35%. Therefore, in these regions, equation [11 is considered to explain the experimental facts well.

これに対し、相対湿度が中間的な値である場合、すなわ
ち35〜60%である場合には、水分子と溶剤分子の比
較的強い分子間相互作用が考えられる。
On the other hand, when the relative humidity is an intermediate value, ie, 35 to 60%, relatively strong intermolecular interactions between water molecules and solvent molecules are considered.

一般に相互作用の存在する系では経験的統計力学の有効
性が知られており、この領域では式[21が実験事実を
良く説明するものと考えられる。
In general, the effectiveness of empirical statistical mechanics is known in systems where interactions exist, and in this area, equation [21] is considered to explain the experimental facts well.

以上の考察により、式[11および式[2] の有効性
が実証された。
From the above considerations, the effectiveness of formula [11] and formula [2] was demonstrated.

これらの式により表される関係にもとづいて実際にレジ
スト膜厚の制御を高精度に行うには、次のような装置を
使用すれば良い。
In order to actually control the resist film thickness with high precision based on the relationships expressed by these equations, the following device may be used.

すなわち、レジスト塗布チャンバー内に湿度センサを設
置し、該湿度センサによる測定結果を式[11もしくは
式[21の関係にもとづいてレジスト膜厚りに変換する
演算手段を設け、さらにこの演算手段の演算結果にもと
づいてウェハの回転数もしくは回転時間を制御する手段
を設ければ良いのである。
That is, a humidity sensor is installed in the resist coating chamber, a calculation means is provided for converting the measurement result by the humidity sensor into a resist film thickness based on the relationship of formula [11] or formula [21], and furthermore, the calculation of this calculation means is It is sufficient to provide means for controlling the rotation speed or rotation time of the wafer based on the results.

かかる装置の一構成例を第3図に示す。この装置は、レ
ジスト塗布環境を外部環境から遮断するための囲繞手段
、該囲繞手段内に収容される回転塗布手段、吸排気手段
、温湿度制御手段、レジスト溶液供給手段等の通常の温
調コーターの構成要素の他に、湿度の計測結果にもとづ
いてレジスト膜厚を算出する演算手段、および算出され
たレジスト膜厚にもとづいて回転塗布手段の回転制御を
行う回転制御手段が設けられてなるものである。
An example of the configuration of such a device is shown in FIG. This apparatus includes an ordinary temperature control coater including an enclosing means for isolating the resist coating environment from the external environment, a rotary coating means housed within the enclosing means, an air suction/exhaust means, a temperature/humidity control means, a resist solution supply means, etc. In addition to the above components, a calculation means for calculating the resist film thickness based on the humidity measurement result, and a rotation control means for controlling the rotation of the spin coating means based on the calculated resist film thickness are provided. It is.

上記囲繞手段は、上方から下方に向けて温湿度制御され
た空気が流れるようになされたダウンフロー型のチャン
バ(1)から構成され、その上部には外部の温湿度コン
トローラ(2)から供給される空気を該チャンバ(1)
内へ導入するための給気ダクト(3)が開口されている
。上記給気ダクト(3)から送られる温湿度制御された
空気は、エアフィルタ(4)によりさらに脱塵されてチ
ャンバ(1)内へ供給される。上記回転塗布手段は、モ
ーター等の回転手段(図示せず。)の回転軸(7)に同
軸的に取り付けられ、半導体ウェハ等の基板(5)を固
定することによりこれを回転可能に保持するチャック(
8)と、該チャック(8)の外周部を包囲するように配
設され、基板(5)の回転に伴うレジスト溶液(11)
の飛散を防止するためのカップ(6)等から構成される
。上記カップ(6)の底部には、レジスト溶液(11)
の飛沫や溶剤蒸気等をチャンバ(1)内の空気と共に吸
引除去するための排気ダクト(9)が設けられている。
The enclosing means is composed of a downflow type chamber (1) in which air whose temperature and humidity are controlled flows from above to below, and the upper part of which is supplied with temperature and humidity controlled air (2). air into the chamber (1)
An air supply duct (3) is opened for introducing the air into the interior. The temperature and humidity controlled air sent from the air supply duct (3) is further removed from dust by an air filter (4) and then supplied into the chamber (1). The rotary coating means is coaxially attached to a rotating shaft (7) of a rotating means (not shown) such as a motor, and rotatably holds a substrate (5) such as a semiconductor wafer by fixing it. Chuck(
8), and a resist solution (11) disposed so as to surround the outer periphery of the chuck (8) as the substrate (5) rotates.
It consists of a cup (6) etc. to prevent the scattering of the water. At the bottom of the cup (6) is a resist solution (11).
An exhaust duct (9) is provided for suctioning and removing droplets, solvent vapor, etc. together with the air in the chamber (1).

基板(5)の中央部上方には、温度調節されたレジスト
溶液(11)を吐出するためのレジスト溶液供給管(1
0)が開口している。
Above the center of the substrate (5) is a resist solution supply pipe (1) for discharging a temperature-controlled resist solution (11).
0) is open.

さらにチャンバ(1)内には、塗布雰囲気中の湿度を計
測するための湿度センサ(13)が、また外部には湿度
/膜厚変換回路(14)と回転制御回路(15)が設け
られている。上記湿度/膜厚変換回路(14)は、上記
湿度センサ(13)により計測された湿度を湿度情報信
号して取り込み、式[11もしくは式[21が理論的に
予想する関係にもとづいて該湿度情報信号から膜厚情報
信号を生成し、さらにこれを予め設定された目的の膜厚
と比較して両者の差を示す膜厚差信号を生成する。ここ
で、式[1] と式[2]のいずれを選択するかは、湿
度情報信号の内容に応じて自動的に判断される。上記回
転制御回路(15)は、上記膜厚差信号を取り込み、予
め記憶されているレジスト膜厚と回転数との関係、もし
くはレジスト膜厚と回転時間との関係のいずれかにもと
づいてモーター(12)の回転数もしくは回転時間を増
減させる回転制御信号を生成し、これをモーター(12
)に供給する。
Furthermore, a humidity sensor (13) for measuring the humidity in the coating atmosphere is provided inside the chamber (1), and a humidity/film thickness conversion circuit (14) and a rotation control circuit (15) are provided outside. There is. The humidity/film thickness conversion circuit (14) takes in the humidity measured by the humidity sensor (13) as a humidity information signal, and calculates the humidity based on the relationship theoretically predicted by equation [11 or equation [21]. A film thickness information signal is generated from the information signal, and this is further compared with a preset target film thickness to generate a film thickness difference signal indicating the difference between the two. Here, which of equation [1] and equation [2] to select is automatically determined according to the content of the humidity information signal. The rotation control circuit (15) takes in the film thickness difference signal and controls the motor ( A rotation control signal that increases or decreases the rotation speed or rotation time of the motor (12) is generated, and this signal is sent to the motor (12).
).

かかる構成において、上記湿度センサ(13)によりチ
ャンバ(1)内の相対湿度を連続的にモニターすれば、
回転塗布中に仮に相対湿度が変動したとしても、その変
動に追従した回転制御が可能となる。この場合、モータ
ー(12)の回転の変化はただちにレジスト膜厚の変化
に反映されるので、鋭敏な膜厚制御が可能となる。
In such a configuration, if the relative humidity in the chamber (1) is continuously monitored by the humidity sensor (13),
Even if the relative humidity fluctuates during spin coating, rotation control that follows the fluctuations becomes possible. In this case, since changes in the rotation of the motor (12) are immediately reflected in changes in the resist film thickness, sensitive film thickness control is possible.

本発明によるレジスト膜厚の制御は、温度に影響されな
いという利点を有している。式[11および式[21か
ら理解されるように、相対湿度Hと温度Tとは独立変数
として取り扱われており、直線の傾きが温度Tにより変
化することばない。したがって、ある一定温度において
相対湿度Hとレジスト膜厚りとの関係を1回求めておけ
ば、温度Tが変化してもこの関係をそのまま適用するこ
とができる。また、この関係はレジスト溶液の種類によ
らず成立するものである。
Control of resist film thickness according to the present invention has the advantage of not being affected by temperature. As understood from Equation [11] and Equation [21], relative humidity H and temperature T are treated as independent variables, and the slope of the straight line does not change depending on temperature T. Therefore, if the relationship between the relative humidity H and the resist film thickness is determined once at a certain constant temperature, this relationship can be applied as is even if the temperature T changes. Furthermore, this relationship holds true regardless of the type of resist solution.

釈することが可能となる。かかる解釈にもとづけば、レ
ジスト膜厚の制御は極めて精密かつ迅速に行われるよう
になる。したがって、本発明をたとえば半導体装置の製
造に適用すれば、優れた線幅制御性1歩留り、信転性、
再現性等をもって高集積度を有する半導体装置が容易に
製造される。
It becomes possible to interpret it. Based on this interpretation, the resist film thickness can be controlled extremely accurately and quickly. Therefore, if the present invention is applied to, for example, the manufacturing of semiconductor devices, it will be possible to achieve excellent line width controllability, excellent yield, reliability,
A semiconductor device having a high degree of integration can be easily manufactured with high reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は式[1] にもとづき!nhとin (100
H)の関係を示すグラフである。第2図は式[21にも
とづきin hとffn ((100−H)/1月の関
係を示すグラフである。第3図は式[1]  もしくは
式[2] の関係にもとづいてレジスト膜厚りが制御さ
れるようになされたレジスト塗布装置の一構成例を概略
的に示すブロック図である。 〔発明の効果〕 以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、従来定性的にしか捉えられていなかった相対湿度とレ
ジスト膜厚との関係を定量的に解1 ・・・ チャンバ 5 ・・・ 基板 11 ・・・  レジストン容液 12  ・・・ モーター 13  ・・・ 湿度センサ 14  ・・・ 湿度/膜厚変換回路 15  ・・・ 回転制御回路
Figure 1 is based on formula [1]! nh and in (100
It is a graph showing the relationship of H). Figure 2 is a graph showing the relationship between in h and ffn ((100-H)/1 month based on formula [21]. Figure 3 is a graph showing the relationship between in h and ffn ((100-H)/1 month) based on formula [1] or formula [2]. 1 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of a resist coating device in which the thickness is controlled. [Effects of the Invention] As is clear from the above description, if the present invention is applied, Quantitatively solved the relationship between relative humidity and resist film thickness, which had only been understood qualitatively 1... Chamber 5... Substrate 11... Resistant liquid 12... Motor 13... Humidity Sensor 14 ... Humidity/film thickness conversion circuit 15 ... Rotation control circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)回転塗布におけるレジスト膜厚の湿度依存性が次
式[1] lnh=κ_1_9+κ_1_5(−1/T)+κ_1
_8ln(100−H)・・・[1] 〔ただし、式中hはレジスト膜厚、Tは温度(K)、H
は相対湿度(%)、κ_1_5、κ_1_8、κ_1_
9は定数である。〕 で表されるとき、相対湿度Hを35%未満もしくは60
%より高く設定してレジスト溶液の回転塗布を行うこと
を特徴とするレジスト塗布方法。
(1) The humidity dependence of resist film thickness in spin coating is expressed by the following formula [1] lnh=κ_1_9+κ_1_5(-1/T)+κ_1
_8ln(100-H)...[1] [In the formula, h is the resist film thickness, T is the temperature (K), and H
is relative humidity (%), κ_1_5, κ_1_8, κ_1_
9 is a constant. ] When the relative humidity H is less than 35% or 60%
A resist coating method characterized by performing spin coating of a resist solution at a setting higher than %.
(2)回転塗布におけるレジスト膜厚の湿度依存性が次
式[2] lnh=κ_2_0+κ_1_5(−1/T)+κ_1
_8ln{(100−H)/H}・・・[2] 〔ただし、式中hはレジスト膜厚、Tは温度(K)、H
は相対湿度(%)、κ_1_5、κ_1_8、κ_2_
0は定数である。〕 で表されるとき、相対湿度Hを35〜60%の範囲に設
定してレジスト溶液の回転塗布を行うことを特徴とする
レジスト塗布方法。
(2) The humidity dependence of resist film thickness in spin coating is expressed by the following formula [2] lnh=κ_2_0+κ_1_5(-1/T)+κ_1
_8ln{(100-H)/H}...[2] [In the formula, h is the resist film thickness, T is the temperature (K), and H
is relative humidity (%), κ_1_5, κ_1_8, κ_2_
0 is a constant. ] A resist coating method characterized by performing spin coating of a resist solution with relative humidity H set in a range of 35 to 60%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5670210A (en) * 1994-10-27 1997-09-23 Silicon Valley Group, Inc. Method of uniformly coating a substrate
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