(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：
塗布される対象物を支持する回転可能なチャックを有する回転塗布室；
前記塗布室と接続し、ガスを室へ導入するように配置された分配器；
０から飽和濃度の範囲の溶剤蒸気に制御されたレベルの溶剤蒸気を有する搬送ガスを供給するための溶剤蒸気と搬送ガスの供給手段；
前記塗布室内の溶剤蒸気の濃度の関数である信号を発生するように塗布室に関し配置された溶剤蒸気濃度センサー；
前記溶剤蒸気濃度センサーおよび前記溶剤蒸気と搬送ガスの供給手段とに接続されていて、前記溶剤蒸気と搬送ガスの供給手段により供給された搬送ガス内の溶剤蒸気のレベルを制御するフィードバック制御手段；を含んでいることを特徴とする前記装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：塗布される表面に対応する、回転可能なチャックに隣接した塗布領域を有し、前記溶剤蒸気濃度センサーが前記分配器と塗布領域の間に配置されていることを特徴とする前記装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記溶剤蒸気と搬送ガスの供給手段が、
前記分配器と接続している溶剤蒸気供給導管；
前記分配器と接続している搬送ガス供給導管；
前記分配器へ送られた前記導管からのガスの割合を制御するために、前記溶剤蒸気供給導管と前記搬送ガス供給導管に関し配置された制御バルク手段；を含んでいることを特徴とする前記装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記分配器および溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管とに接続しているガス供給マニホールドを有し、前記制御バルブ手段が、分配器へ送られる前記導管からのガスの割合を制御するために、前記マニホールドおよび前記溶剤蒸気供給導管と前記搬送ガス供給導管とに関し配置されていることを特徴とする前記装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記マニホールドが流入口を有し、前記溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管が流出口を有し、制御バルブ手段が前記流出口のそれぞれからの流量を同時に制御するように配置されたバルブであることを特徴とする前記装置。
【請求項６】
請求項４に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管がそれぞれ、前記導管から分配器への流量を制御するように、それぞれ配置された制御バルブを有することを特徴とする前記装置。
【請求項７】
請求項１に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記溶剤蒸気と搬送ガスの供給手段が、分配器マニホールド、前記マニホールドと接続している搬送ガス供給導管、および前記マニホールドと接続している溶剤噴霧器ポンプを有し、制御手段が、前記噴霧器によりマニホールドへ噴霧される溶剤の量を制御するように、溶剤蒸気濃度センサーと前記溶剤噴霧器ポンプとに接続されていることを特徴とする前記装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記溶剤蒸気と搬送ガスの供給手段が、前記分配器と接続している搬送ガス供給導管と、この搬送ガス供給導管と接続している溶剤噴霧器ポンプを有する溶剤噴霧器とを有し、前記フィードバック制御手段が、前記噴霧器により搬送ガス供給導管へ噴霧される溶剤の量を制御するため、前記溶剤蒸気濃度センサーと前記溶剤噴霧器ポンプとに接続されていることを特徴とする前記装置。
【請求項９】
請求項１に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記溶剤蒸気濃度センサーが、溶剤蒸気へ露出されるように配置された構成要素を有し、前記構成要素が、構成要素が露出される溶剤蒸気濃度の関数として変化する特性を有することを特徴とする前記装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記センサーが薄膜を有し、その共振周波数が、薄膜が露出される溶剤蒸気濃度の関数として変化することを特徴とする前記装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記センサーが表面を有し、その電気的特性が、表面が露出される溶剤蒸気濃度の関数として変化することを特徴とする前記装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記センサーが溶剤蒸気濃度の関数である音響的特性を検出することを特徴とする前記装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記センサーが、溶剤蒸気へ光学的に露出される光学的検出器を有し、光学的検出器が、溶剤蒸気濃度の関数である溶剤の光学的特性を感知することを特徴とする前記装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記光学的検出器が、溶剤蒸気濃度の関数として変化する溶剤蒸気の分光特性を測定する分光光度計を有することを特徴とする前記装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の液体ポリマーで表面を回転塗布する装置において：前記光学的検出器が、溶剤蒸気濃度の関数である偏光変位特性を測定することを特徴とする前記装置。
【請求項１６】
表面を揮発性溶剤内のポリマーで回転塗布する方法であって、塗布が、揮発性溶剤の制御された濃度を有する搬送ガスの流れの中で行われる前記方法において：
塗布室において前記ポリマーを塗布される表面へ塗布し；
搬送ガスを塗布室に通過させ、搬送ガスが、或る濃度のポリマーの揮発性溶剤を有し；
室を通過する搬送ガス内に配置された溶剤蒸気濃度センサーで、搬送ガス内の揮発性溶剤の濃度の関数である信号を発生し；
室を通過する制御ガス内の揮発性溶剤の所望濃度を生成するように、信号に応答して一定量の揮発性溶剤を搬送ガスに付加される量を動的に変化すること；を含んでいることを特徴とする前記方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記揮発性溶剤が、溶剤の無い搬送ガスの第一ガス流と溶剤蒸気を含む第二ガス流とを制御された濃度に一緒に混合することにより、搬送ガスに付加され、第一と第二ガス流が、制御された濃度の溶剤蒸気を有する搬送ガスを生成するに必要な割合で混合されることを特徴とする前記方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：制御された量の溶剤が、制御された濃度の溶剤蒸気を有する搬送ガスを生成するように、搬送ガスに噴霧されることを特徴とする前記方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：室を通過する搬送ガス内に配置された溶剤蒸気濃度センサーが、溶剤蒸気に露出するために配置されたセンサー構成要素を有し、センサー構成要素が、前記センサー構成要素が露出される溶剤蒸気の濃度の関数として変化する特性を有することを特徴とする前記方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記センサーが薄膜を有し、その振動周波数が、前記薄膜が露出された溶剤蒸気の濃度の関数として変化することを特徴とする前記方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記センサーが表面を有し、その電気的特性が、前記表面が露出された溶剤蒸気の濃度の関数として変化することを特徴とする前記方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記センサーが、溶剤蒸気の濃度の関数である音響的特性を検出することを特徴とする前記方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記センサーが溶剤蒸気へ光学的に露出された光学的検出器を有し、この光学的検出器が、溶剤蒸気の濃度の関数である溶剤の光学的特性を感知することを特徴とする前記方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記光学的検出器が、溶剤蒸気の濃度の関数として変化する溶剤蒸気の分光特性を測定する分光光度計を有することを特徴とする前記方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の揮発性溶剤内のポリマーで表面を回転塗布する方法において：前記光学的検出器が、溶剤蒸気の濃度の関数である偏光変位特性を測定することを特徴とする前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、半導体基板に有機ホトレジストポリマーを塗布することに関する。詳細には、本発明は、被覆からの揮発性溶剤放出の改善された制御装置を有する、揮発性溶剤が存在する有機ポリマーの溶液で半導体基板を塗布する改善された装置と工程に関する。
【０００２】
【発明の背景】
集積回路の製造には、マスク上の幾何学的形状を半導体ウェーハの表面に転写することが必要である。その後、幾何学的形状に対応するか、または幾何学的形状の間の領域に対応する半導体ウェーハが、エッチングで除去される。マスクから半導体ウェーハへの形状の転写は、一般に、リソグラフィ工程を伴う。これはプレポリマー溶液の溶液を半導体ウェーハへ塗布することから成っており、プレポリマーは、例えば、紫外線、電子ビーム、ｘ線、またはイオンビームへ露光されたとき、反応する放射線感知ポリマーを形成するように選択される。プレポリマー溶液内の溶剤は蒸発により除去され、次ぎに、生成されたポリマーフィルムは焼き付けられる。このフィルムは、所望の幾何学的パターンを保持しているホトマスクを通る放射線、例えば、紫外線に露光される。次ぎに、ウェーハを現像溶液に浸漬することにより、感光材の画像が現像される。露光されるか、または露光されない領域が、放射線感知材の性質に従って、現像工程において除去される。その後、ウェーハは、放射線感知材により保護されていない領域をエッチングするエッチング環境に置かれる。エッチング工程に対する抵抗性により、放射線感知材はホトレジストとしても知られており、用語ホトレジストは、以降、放射線感知ポリマーおよびそのプレポリマーを意味するために使用される。
【０００３】
ホトレジストのプレポリマー溶液は、コストが高く、基板に塗布するに必要なポリマー溶液の量を最小にするように、塗布工程の効率を改善する方法を考案することが望まれている。さらに、ホトレジスト層の厚さの均一性は、集積回路製造における重要な判断基準である。放射線がマスクを通して被膜に焦点が合わされると、被膜厚さのばらつきは、ウェーハ全面の正確な焦点合わせを妨げる。この正確な焦点合わせは、表面で０．２５ミクロン以下の線幅に近い線幅寸法を有する先端的回路用の半導体ウェーハに、幾何学的パターンを良好に複写することを確実にするに必要な鮮鋭度を得るに必要である。
【０００４】
ホトレジストないの溶剤は、塗布中に蒸発しがちであり、ポリマー溶液の粘度を高め、形成するフィルムの平滑性を妨げる。これは厚さの不均一性を生ずる。従って、塗布工程中にポリマー溶液からの溶剤の蒸発速度を制御出来るが望まれる。
【０００５】
【発明の目的と要約】
本発明の一つの目的は、各ウェーハの全面について、かつウェーハからウェーハへ順次、より高い被膜の均一性をもたらす改善された塗布工程を提供することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、塗布工程の塗布と溶剤除去の段階において、ウェーハ表面の溶剤蒸気濃度のより正確な制御を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、ウェーハ面上の蒸気濃度を絶えず監視するシステム、および工程の塗布と溶剤除去の段階において常に所定の溶剤蒸気濃度を維持するために、ウェーハ面上に生成する溶剤蒸気濃度を変化するフィードバック制御システムを提供することである。
【０００８】
液体ポリマーを表面に回転塗布する本発明の装置は、塗布される対象物を支持する回転可能なチャックを有する回転塗布室から構成している。分配器が塗布室と通じており、ガスをこの室へ誘導するように配置されている。溶剤蒸気／搬送ガスの供給制御手段が分配器と接続している。溶剤蒸気／搬送ガスの供給器は、溶剤蒸気が０から飽和濃度の範囲に制御されたレベルの溶剤蒸気を分配器へ送る。溶剤蒸気センサーが塗布室に配置されており、塗布室内の溶剤蒸気濃度の関数である信号を発生する。制御手段が、溶剤蒸気／搬送ガス供給手段により送られた搬送ガス内の溶剤蒸気のレベルを制御するため、溶剤蒸気濃度センサー、および溶剤蒸気／搬送ガスの供給手段へ接続されている。
【０００９】
この装置は、塗布面に対応する回転チャックに隣接した塗布ゾーンを有し、溶剤蒸気センサーは、分配器とこの塗布ゾーンとの間に配置されている。
【００１０】
溶剤蒸気／搬送ガス供給手段は、分配器へ送られる導管からのガスの割合を制御するため、分配器と接続している溶剤蒸気供給導管、分配器と接続している搬送ガス供給導管、および溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管とに関し配置された制御バルブ手段から成っている。あるいは、溶剤蒸気／搬送ガス供給手段は、分配器、および溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管とに接続しているガス供給マニホールドを有することが出来、この場合、制御バルブ手段が、分配器へ送られる導管からのガスの割合を制御するため、マニホールド、溶剤蒸気供給導管、および搬送ガス供給導管に関し配置されている。
【００１１】
マニホールドは入口を有し、溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管は出口を有し、制御バルブ手段は、それぞれの出口からの流量を瞬間的に制御するために配置されたバルブである。あるいは、溶剤蒸気供給導管と搬送ガス供給導管は、それぞれ、導管から分配器への流量を制御するために配置された制御バルブを有することが出来る。
【００１２】
他の実施態様において、溶剤蒸気／搬送ガス供給手段は分配器マニホールドを有し、搬送ガス供給導管はそのマニホールドと接続し、溶剤噴霧ポンプを有する溶剤噴霧器がマニホールドと接続している。制御手段が、噴霧器によりマニホールドへ噴霧される溶剤の量を制御するため、溶剤蒸気濃度センサーと溶剤噴霧ポンプへ接続されている。
【００１３】
あるいは、溶剤蒸気／搬送ガス供給手段は、分配器と接続している搬送ガス供給導管、および搬送ガス導管と接続している溶剤噴霧ポンプを有する溶剤噴霧器を有する。この制御手段は、噴霧器により搬送ガス供給導管へ噴霧される溶剤の流量を制御するため、溶剤蒸気濃度センサーと溶剤噴霧ポンプとへ接続されている。
【００１４】
溶剤蒸気濃度センサーは、溶剤蒸気へ露出されるように配置された構成要素を有することが出来、この構成要素は、露出される溶剤蒸気濃度の関数として変化する性質を有する。センサーは薄膜を有し、その振動数は、それが露出される溶剤蒸気濃度の関数として変化する。すなわち、薄膜は、その電気的性質が露出される溶剤蒸気濃度の関数として変化する表面を有することが出来る。または、センサーは、溶剤蒸気濃度の関数である音響的性質を検出することが出来る。センサーは、溶剤蒸気に光学的に露出された光学的検出器を有することが出来、光学的検出器は、溶剤蒸気濃度の関数である溶剤の光学的性質を感知する。光学的検出器は、偏光変位性質などの溶剤蒸気の分光特性を測定する分光光度計を有することが出来、この特性は溶剤蒸気濃度の関数として変化する。
【００１５】
揮発性溶剤の環境の中でポリマーを表面に回転塗布するポンプ発明の方法は、塗布が揮発性溶剤の制御された濃度を有する搬送ガスの流れの中で行われ、塗布室内で塗布される表面へポリマーを塗布し、搬送ガスを塗布室を通過させ、この搬送ガスは液体のポリマーに対しある濃度の揮発性溶剤を有し、搬送ガスが室を通過している間に、ポリマーで塗布されている表面の近くに配置された溶剤蒸気濃度センサーにより、搬送ガス内の揮発性溶剤の濃度の関数である信号を発生し、さらに、信号に応答して揮発性溶剤の量を搬送ガスに加え、所望の濃度の揮発性溶剤を室を通過している制御ガスに生成することから構成している。
【００１６】
揮発性溶剤は、溶剤の無い搬送ガスの第一ガス流れと制御された濃度の溶剤蒸気を含んでいる第二搬送ガスとを一緒に混合することにより搬送ガスに加えられ、第一と第二ガスの流れは、制御された濃度の溶剤蒸気を有する搬送ガスを発生するに必要な割合で混合される。制御された量の溶剤は、搬送ガスに噴霧され、制御された濃度の溶剤蒸気を有する搬送ガスを生成する。
【００１７】
室を通過している搬送ガス内に配置された溶剤蒸気濃度センサーは、露出されている溶剤蒸気濃度の関数として変化する特性を有する、溶剤蒸気に露出するために配置されたセンサー構成要素を有する。センサーはこの機能を備えているどのようなセンサーであってよい。好適なセンサーは、溶剤濃度により共振周波数を変化、かつ、溶剤濃度に比例した信号を発生する音響センサーを有する。
【００１８】
センサーは薄膜を有することが出来、薄膜の振動数は、それが露出されている溶剤蒸気濃度の関数として変化する。薄膜は表面を有し、その電気的特性は、それが露出されている溶剤蒸気濃度の関数として変化するか、または、薄膜は溶剤蒸気濃度の関数である音響的特性を検出することが出来る。センサーは、溶剤蒸気へ光学的に露出された光学的検出器を有することが出来、この光学的検出器は、溶剤蒸気濃度の関数である溶剤の光学的特性を感知する。光学的検出器は、偏光変位特性などの溶剤蒸気の分光特性を測定する分光光度計を有することが出来、この特性は溶剤蒸気濃度の関数として変化する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
粘性制御の力学は、回転塗布工程におけるホトレジスト層と周囲の雰囲気との間の揮発性変換により影響を受ける。すなわち、フィルム内の溶剤分子は、残留を続け、雰囲気内の溶剤分子は、フィルムにより連続的に吸収される。その上、幾つかの市販のホトレジストは、一種類以上の溶剤を含んでおり、それぞれがそれ自身異なる蒸気圧の様相を有する。
【００２０】
溶剤変換されたホトレジストフィルムの変化している粘性と表面張力のために、良好な平坦化には、ポリマーフィルムがウェーハ面上に広がるので、急速に調節可能で、正確かつ再生可能な、時間の側面から見た、溶剤を熟慮した環境組成の制御が必要とされる。ウェーハ面上とウェーハからウェーハへの塗膜厚さの制御は、オングストロームで測定される。この過程は動的であって、定常状態ではない。溶剤蒸気組成の調節と制御応答は、半導体素子の次の世代により要求される精密な被膜に必要とされる溶剤蒸気濃度／時間様相を設定し、かつ、複写するために、１秒の数分の１で必要とされる。この条件は、単純な溶剤飽和した雰囲気のシステム、または単純な一定の雰囲気溶剤濃度のシステムにより満足させることは出来ない。
【００２１】
蒸気または各蒸気の圧力における正確な溶剤濃度は、回転塗布工程中に、すべてが制御に寄与する種々の面の組み合わせを採用することにより、絶えず制御を受ける。同時係属出願、同一譲渡の米国出願Ｎｏ，０８／５６６，２２７、１９９５年１２月１日出願は、基板上の雰囲気の溶剤蒸気を調節を行うため、一つは溶剤を含んでいる流れとその他は溶剤の無い流れのガス流れの混合を導入する能力を有する装置を述べている。その出願は、必要な所望の溶剤蒸気レベルを予期している予想モデルに基づいた塗布動作の間、正確な溶剤蒸気様相を取り入れる装置を提供している。しかし、それは、ウェーハの真上で塗膜から溶剤蒸気混合体へ、溶剤の変動し易い蒸発の正確な寄与を考慮していない。
【００２２】
本発明は、センサー／フィードバックシステムにガス流の混合体を組み合わせて、ウェーハ面上の溶剤蒸気濃度を測定し、流入する溶剤蒸気濃度の調節を行って、所望の溶剤蒸気濃度を得るもので、フィードバック回路は、溶剤飽和のガスと無溶剤ガスとの比を制御し、予想モデルに必要な正確な溶剤蒸気濃度をウェーハ面へ送る。これは、高レベルの精度をウェーハ上の溶剤蒸気の制御に与える。
【００２３】
この制御はウェーハからウェーハへ再現され、本発明の前には達成されなかった非常に高度の再現可能な結果をもたらす。この方法より溶剤蒸気濃度を絶えず急速に変化する動的能力は、本発明の重要な面であり、記録に残された従来技術のプロセスには提示されていない。
【００２４】
図１は、回転塗布装置とこれに関連した溶剤蒸気フィードバック制御装置の説明図である。装置２は、回転塗布ハウジング６に取り付けられた、ウェーハ５を支持する回転可能な支持チャック４を有する。チャック４は、ハウジング６内の開口１０を貫通している軸８に取り付けられている。ハウジング６は、溶剤蒸気／搬送ガス供給マニホールドと調合器１２を有する。調合器１２は、ウェーハ５上方のハウジング６へ流れ込む、無溶剤ガスと一定濃度の溶剤との混合から成る制御ガスを導入する。
【００２５】
ガスは、溶剤蒸気／搬送ガス供給導管１４からそこと接続しているマニホールド１２へ送られる。空気または窒素ガスなどの乾燥している無溶剤ガスが、無溶剤ガス導管１６により送られる。
【００２６】
流量制御バルブ２０を有する半導体供給導管１８は、気泡室２４内の一定容積の溶剤２８に浸漬された気泡器２６と接続している。溶剤蒸気飽和のガス流は、ガスをガス供給導管１８からバルブ制御器２２を有する流入制御バルブ２０を通り、気泡器２６を有する気泡室２４へ流し、そこから、ガスは溶剤２８を通って上方へ進み、溶剤に対し設定された温度の溶剤飽和のガスとして現れる経路を経て調製される。この実施態様の気泡器２６は、多孔質ガラスフリットであり、そこから、ガスは液体の溶剤２８を通過する。流出導管３０は、溶剤飽和ガスを受けるため気泡室２４と接続している。溶剤蒸気で飽和したガスは、室２４から導管３０を通って取り出される。室２４は、蒸気内の溶剤濃度に対応している信号を発生する溶剤蒸気センサー３２を有する。気泡室２４は、溶剤２８の温度を設定温度に維持するか、または変化する、加熱／冷却コイルまたは小さい普通の手段を内蔵している温度制御ジャケット３４により囲まれている。ガス供給導管１８は、流入ガスの温度を設定温度に制御する、選択的ヒーターまたは熱交換器３７を有する。
【００２７】
導管１６からの無溶剤ガス流と導管３０からの溶剤飽和ガス流との流量は、無溶剤ガス流の制御バルブ３８と溶剤飽和ガス流の制御バルブ４０とにより制御される。バルブ３８と４０は、例えば、質量流量制御器などのどのような標準的普通の遠隔制御バルブであってよい。
【００２８】
バルブ３８と４０の位置の各制御により、各通路１６と３０は、全閉位置（バルブ３８に示されているように）から完全解放位置（バルブ４０に示されているように）へ独立して変化することが出来る。この方法において、マニホールド１２へ送られたガス流は、開放されたバルブ３８を有する導管１６と閉じたバルブ４０から供給された溶剤が完全に無い流れから、閉じたバルブ３８を有する導管３０と開放されたバルブ４０から送られた溶剤蒸気で飽和された流れへ変化することが出来る。あるいは、バルブ３８と４０が、すべての位置の組み合わせに開放されて、搬送ガスの流れの中に、０％溶剤蒸気から完全飽和溶剤蒸気の溶剤蒸気濃度の全範囲を生成することが出来る。
【００２９】
気泡器２６により送られた溶剤含有ガスの温度は、溶剤の温度を制御する加熱／冷却コイル３６により設定点に維持または制御される。あるいは、または同時に、導管１８により送られた流入ガスの温度は、ヒーターまたは熱交換器３７により上昇されるか、または低下されるか、または制御される。熱は、蒸発による熱損失を補償するため、溶剤２８へ送らなければならない。
【００３０】
センサー３２、センサー信号処理／制御出力発生器４２、および温度制御器４４は、図２に関して後に説明するように、接続されている。センサー３２は信号をセンサー信号処理／制御出力発生器４２へ送り、順次、発生器は加熱／冷却コイル３６へ送られたエネルギーまたは液体を制御する温度制御器４４へ制御信号を送り、容器２４と液体の中味２８を設定温度に変化するか、または維持する。
【００３１】
本装置は、ホトレジストプレポリマーの溶液をウェーハ５の上面へ送る散布ヘッド４６を有する。従来タイプの散布ヘッド４６は、ホトレジスト溶液をウェーハ５の中心か、または表面に沿って中心から縁へ送ることが出来、チャック４とウェーハ５の回転は、ホトレジストをウェーハ全面に広がらせ、余分なホトレジスト溶液を外縁から振りとばす。
【００３２】
溶剤蒸気を含んでいるガス流４８は、下方へ、ウェーハ５の上面へ流れ、これにより、ホトレジスト被膜からの溶剤の蒸発速度を制御する。ガス流は、ウェーハの縁を越えて、環状チャネル５０へ、そして従来の排気バルブ５４を有する排気導管５２へ急速に引き込まれる。排気制御バルブ５４は、図２に関し説明されているように、センサー信号処理／制御出力発生器６４へ接続されたバルブ制御器へ接続されている。環状チャネル５０の底部は、ホトレジストドレーン導管６０へ通じている環状ドレーンチャネル５８を形成している。
【００３３】
一つ以上の溶剤濃度センサー６２が、塗布出力内の溶剤濃度を測定するために配置されている。好適なセンサーの位置は、示されているようにウェーハ５の表面の真上であるが、センサー６２は、ウェーハ面へ導かれているか、または離れているガス流に選択的に配置することが出来る。センサー６２は、図２に示されているように、制御器６４へ接続されている。制御器６４は、バルブ３８と４０へ接続しているバルブ質量流量制御器（ＭＦＣ）へ接続されており、この接続は図２にかなり詳細に示されている。
【００３４】
代表的工程では、半導体ガスウェーハ５は、チャック４とウェーハ５との間の真空などにより、チャック４へ固定される。その後、ハウジング６へのウェーハ送りドア（図示せず）が閉じられる。ハウジング６は、その室を清浄するため、導管１６からの乾燥無溶剤ガスにより浄化される。溶剤蒸気の所定濃度を有する制御ガスは、導管１６と３０からのガスの適切な比を設定するために、バルブ３８と４０の調節により形成される。完全な溶剤の飽和が望まれるならば、例えば、バルブ３８は閉じられ、バルブ４０は開かれて、導管３０からの溶剤飽和ガスの流れを導入する。
【００３５】
制御ガスの溶剤濃度はセンサー６２により測定され、調節は必要によりバルブ３８と４０に対し行われ、センサー信号処理／制御出力発生器６４と質量流量制御器６６とにより、連続的フィードバックシステムで流入するガス流４８の溶剤の設定レベルを変更するか、または維持する。
【００３６】
搬送ガス内の溶剤のレベルは、溶剤２８の温度を昇降することにより調節され、選択によっては、導入１８からの流入ガス流が、完全飽和の所望のパーセントの溶剤を生成する温度レベルへ調節される。溶剤濃度はセンサー３２により測定され、そこからの信号は、センサー信号処理／制御出力発生器４２、温度制御器４２、またはそれへ接続された搬送ガス供給バルブ制御器２２の動作により、溶剤２８の濃度、および／または導入１８からの流入ガスを調節するために使用される。
【００３７】
ホトレジスト層をウェーハ５へ付着するために、ポリマー溶液は、散布ヘッド４６によりウェーハ５の面に塗布される。これは、ウェーハ５が比較的に低速で回転している間に、ノズルまたは同様な散布器（示されていない）からの連続した流れのポリマー溶液をウェーハ面へ散布することにより達成される。好適な実施態様において、ノズルはウェーハ５の面をほぼ半径方向に移動される。あるいは、溶剤は基板の中心に散布されるか、または多数のノズルが使用される。ウェーハ５の回転速度、ノズルの移動、およびポリマー溶液が散布される速度を調節することにより、溶液の適切な分布が達成される。あるいは、ポリマー溶液が、フィルム押し出し器によりウェーハに付着される。
【００３８】
溶剤蒸気センサー３２と６２は、搬送ガス内の溶剤のパーセントに関する関数関係を有する伸長を発生することが出来るどのようなセンサーでもよい。適切な化学的蒸気センサーの一つのタイプは、溶剤吸収薄膜またはプレートを有する溶剤感知のマイクロ電気化学装置であり、薄膜の共振周波数は、蒸気内の溶剤蒸気濃度の関数である。このタイプのセンサーの例は、バークレー・マイクロインストルーメント社（リッチモンド、カリフォルニア）のモデルＢＭＣ２００である。この電子装置はセンサーを作動して、センサーデータを中央制御器へ送る。本発明の使用に適切なセンサーのもう一つの例は、米国特許Ｎｏ．５，４８５，７５０に記載された薄膜装置であり、その全内容が、参考に本明細書に取り入れられている。
【００３９】
他の蒸気濃度センサーは、各種測定用の従来既知の装置を使用して、用蒸気を含んでいるガスの電気的（例えば、電気伝導度、インピーダンス（抵抗、キャパシタンス）、電気化学、光伝導度）、光学的（例えば、吸収、偏光）、音（音響学的）および超音波の性質を感知または測定することにより、溶剤濃度を測定する。溶剤蒸気への材料の露出に応答して電気的性質の変化を使用するセンサーは、例えば、米国特許Ｎｏ．３，５７９，０９７；３，９９９，１２２；４，４９５，７９３；４，５７２，９００；４，５８４，８６７；４，６３６，７６７；４，６３８，２８６；４，８１２，２２１；４，８６４，４６２；４，８７４，５００；４，８８７，４５５；４，９００，４０５；４，９２６，１５６；５，２００，６３３；５，２９８，７３８；５，３７２，７８５；５，３９４，７３５；５，４１７，１００；および５，４４８，９０６である。溶剤蒸気濃度に応答する光学的測定装置は、例えば、米国特許Ｎｏ．３，７９６，８８７；３，９９５８，９６０；４，６６１，３２０；４，８３６，０１２；４，８７５，３５７；４，９３４，８１６；５，０３０，００９；５，０５５，６８８；５，１３７，７４９；５，３８１，０１０；および５，４３６，１６７である。溶剤蒸気濃度に応答する音響波と超音波の装置は、例えば、米国特許Ｎｏ．４，３１２，２２８；４，８９５，０１７；４，９３２，２５５；５，１８９，９１４；５，２２１，８７１；５，２３５，２３５；５，３４３，７６０；５，５５７１，９４４；および５，６２７，３２３である。上記列記された特許の全内容は、参考に本明細書に取り入れられている。
【００４０】
図２は、本発明の溶剤蒸気濃度制御装置の説明図である。センサー信号処理／制御出力発生器６４は、溶剤送り制御装置の中枢部である。発生器６４は、塗布室内の溶剤蒸気濃度についての情報を受けるセンサー６２へ接続された入力、および溶剤飽和器２４への搬送ガスの流量を制御する（制御器２２）、バルブ２０を制御するバルブ制御器２２，６６へ接続された出力を有する。バルブ３８と４０の制御は、無溶剤搬送ガスと搬送ガスの流れの混合を発生し（制御器６６）；及び排気バルブ５４の制御（制御器５６）は塗布組立体から排気されたガスの流量を制御する。
【００４１】
溶剤飽和器制御の中枢部は、センサー信号処理／制御出力発生器４２であって、タンク内液体の上方の蒸気内の溶剤濃度を意味する信号を受けるセンサー４２へ接続された入力、および溶剤容器２４と熱交換器３７の温度を制御する、加熱／冷却コイルの温度制御器への出力を有する。
【００４２】
図３は、他のガス流量制御バルブ組立体の説明図である。この別の構成において、無溶剤の搬送ガス供給導管６８と溶剤蒸気飽和のガス導管７０が一体になっており、図１に示されたマニホールドと調合器などの、マニホールド塗調合器と接続している単一の溶剤蒸気含有のガス供給導管７２を形成している。軸回転バルブ７４が、導管６８と７０の結合部に位置しているヒンジ７６において軸回転して、そのヒンジ７６の回りを、導管６８を閉じる位置から導管７０を閉じる位置（点線で示されている）へ、あるいは、ガス供給導管６８と７０の一つ、またはそのほかの導管を部分的に閉じるためにその間の中間位置へ回転する。バルブ７４の位置は、ガス分配器へ供給される溶剤含有ガスの割合を決定する。バルブ制御器７８は、バルブ７４を位置決めするステップモーター、または他の従来の制御器へ接続している。バルブ７８は、回線７９により、図１に示された発生器６４などの中央先信号処理／制御出力発生器へ接続されている。
【００４３】
図４は、塗布室へ流れいる搬送ガスに、制御された溶剤蒸気濃度を調製する溶剤噴霧器の説明図である。この実施態様において、図１に示された調合器などの調合器と接続しているただ一つの搬送ガス供給導管８０が、必要である。導管８０の壁に取り付けられている噴霧射出器８２は、導管８０の内部と接続している出口を有し、制御された量または容積の溶剤８４の噴霧を、導管８０内を流れている搬送ガスへ導入する。噴霧器８２は、加圧されたガス供給導管８６により加圧ガス供給源と接続されており、このガスは吸引器の動作をする搬送ガスである。射出器８２は、溶剤ポンプ８８により液体溶剤を供給され、調節可能なニードルバルブ９０を経てポンプ８８へ接続しており、ポンプ８８は溶剤供給導管９２を経て溶剤タンクと接続している。ポンプと射出器は、どのような普通の噴霧器、および制御された正確な溶剤流量を搬送ガス流へ有効に送ることが出来る非常に正確に流量制御されたポンプであればよい。ポンプ制御器９４は、ポンプ８８へ接続されており、かつ、回線９６により、図１に示された発生器６４などのセンサー信号処理／制御出力発生器と接続している。上述のように、噴霧器８２は出力発生器により制御され、導管室内で感知された溶剤蒸気濃度に応答して、制御された量の溶剤を搬送ガス流へ送る。上記実施態様との基本的違いは、溶剤と搬送ガスとの混合を生成するに使用される装置にある。導管８０内の選択的乱流混合器９８は、溶剤蒸気をそこに流れている搬送ガスに散乱する。
【００４４】
本発明は、ホトリソグラフィの領域のホトレジストなどのポリマーを回転塗布するのに使用される塗布処理室により、溶剤濃度の適応性のある制御を提供する。本発明は、小さいサイズの先端的素子の製造に使用されるポリマーフィルム工程に、改善された平均厚さ塗均一性の制御を提供する。
【００４５】
大抵の有機溶剤の蒸気圧は、溶剤のタイプと温度に大きく依存している。エチルラクテート、プロピレン・グリコール・モノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、およびアセトンの蒸気圧に対する温度感度は、それぞれ0.17Torr/℃、0.16Torr/℃、および9.4Torr/℃゜である。結果として、処理室へ導入された溶剤の濃度を制御するために、溶剤の温度を正確に制御することが必要である。さらに、室へ送られた溶剤濃度は、溶剤キャニスターの液面上の空間の量に依存する。これらの要因は、処理室内の溶剤濃度の制御を制約し、回転塗布中の繰り返し可能なフィルム厚さの生成に伴う重大な問題の原因となっている。
【００４６】
本発明は一つ以上の溶剤蒸気センサーを使用して、溶剤濃度を測定する。センサーの出力は、アルゴリズムによりリアルタイムで質量流量制御器を制御するために使用される。センサーは、処理室、溶剤キャニスター、及びまたはそれらの間の経路に置かれている。処理室内部の溶剤濃度のばらつきを起こす溶剤温度または上部空間のすべての変動は、閉じたループの形で質量流量制御器により補償され、処理される各ウェーハに対し一定で反復可能な溶剤の雰囲気を確実にする。デシジョンメーキングは、処理条件と数値モデルに必要な既知の溶剤の特性を使用するプロセス制御アルゴリズムにより行われる。
【００４７】
本発明は、塗布室内の所望の溶剤濃度を達成するために、溶剤に対する正確な温度制御の依存性を低減している。本発明は、開示された気泡器または噴霧器と組み合わせられた液体質量流量制御器などの、溶剤蒸気を導入する各種の装置に適用されており、これらの装置は、また、本発明の範囲内にあると見なされる。この発明により、処理室内での溶剤濃度制御が、使用者にとって極めて明白になる。
【００４８】
本発明は上記実施態様に限定されないことは、本技術の習熟者には容易に明らかであろう。各種の構成と実施態様は、本発明の範囲から逸脱することなく展開され、かつ、請求の範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  回転塗布装置と関連した溶剤蒸気フィードバック制御装置の説明図である。
【図２】  本発明の溶剤蒸気濃度制御装置の説明図である。
【図３】  他のガス流量制御バルブ組立体の説明である。
【図４】  制御された溶剤蒸気濃度を塗布室へ流れている搬送ガスに生成する溶剤噴霧スプレー装置の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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