JP2007027536A - パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の微細パターンを高い精度で効率よく形成するパターン形成装置を得る。
【解決手段】 液体材料から複数の液滴を生成するミスト生成部１０３と、生成された複数の液滴を荷電する荷電部１１４と、複数の液滴から、第１の粒径の液滴を抽出し、第１の粒径と大きさの異なる第２の粒径の液滴を除去するミスト分級部１０４と、第１の粒径の液滴を散布するミスト散布部１０６と、第１の粒径の液滴の散布方向に設置された基板設置部１０７を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターン形成装置に関するものである。

半導体デバイスや光学薄膜デバイスの製造において、基板上に微細なパターンを形成するための技術が提案されている。
例えば特許文献１には、任意の平面形状パターンを有する圧電体薄膜を低コストかつ短いタクトタイムで形成するための技術が開示されており、圧電体材料に対して高い親和性を有する第１の領域と、第１の領域に比して材料に対する親和性が低い第２の領域とを基体上に形成し、第１の領域及び第２の領域が形成された基体上に材料のミストを供給することにより、第１の領域に材料のパターンを形成するという方法が示されている。
ここで、溶液をミストで供給する方法としては、例えば、液体を噴射して壁に衝突させ、飛散したミストをキャリアガスで搬送するインジェクション法や、超音波より飛散させたミストを搬送する方法が適用される。
特開２００５−７２４７３号公報

しかし、供給されるミストのサイズは一様ではなく分布がある。上記の第２の領域の幅よりも大きいサイズのミストが第２の領域に供給されると、第２の領域をまたいで両側の第１の領域とつながってしまい、ミストの移動が困難になる。一方、第２の領域の幅に対してミストサイズが小さすぎると、第２の領域上にミストが残りやすい。

本発明の目的は、所望の微細パターンを高い精度で効率よく形成するパターン形成装置を得ることである。

本発明によるパターン形成装置は、液体材料から複数の液滴を生成するミスト生成部と、複数の液滴から、第１の粒径の液滴を抽出し、上記第１の粒径と大きさの異なる第２の粒径の液滴を除去するミスト分級部と、上記第１の粒径の液滴を散布するミスト散布部と、上記第１の粒径の液滴の散布方向に設置された基板設置部とを備える。
これにより、形成するパターンに合わせたサイズの液滴を供給することができるので、所望の微細パターンを高い精度で効率よく形成することができる。

また、上記のパターン形成装置において、上記基板設置部に電気的極性を与える電圧印加部を備えることにより、帯電した液滴を基板上に引き寄せることができるので、パターン形成の速度が向上する。

また、上記のパターン形成装置において、上記ミスト生成部と上記ミスト分級部との間に、上記複数の液滴を荷電するための荷電部を備えることにより、液滴の帯電効率を高めることができるので、パターン形成の速度が向上する。

また、上記パターン形成装置において、上記ミスト分級部と上記ミスト散布部とをつなぐ配管の表面は撥液層を有し、上記撥液層の上記第１の粒径の液滴に対する親和性が、上記配管の上記第１の粒径の液滴に対する親和性より小さいようにすることにより、配管内に液滴が付着しにくくなり、パターン形成の効率が向上する。

また、上記基板設置部が回転する機構を含むようにすることにより、基板上の液滴に遠心力を加えて移動させることができる。
また、上記基板設置部が振動する機構を含むようにすることにより、基板上の液滴に振動を伝達して移動させることができる。
また、上記基板設置部が発熱する機構を含むようにすることにより、基板上の液滴に熱を伝達して移動しやすくすることができる。

また、上記ミスト散布部と上記基板設置部は、減圧チャンバー内に設置してもよい。これにより、ミスト散布部から基板上へ散布される液滴の速度を大きくすることができるので、基板上に液滴を配置するまでの時間を短縮することができる。

また、上記ミスト生成部と上記ミスト分級部との間に少なくとも上記第２の粒径の液滴を回収する液体材料回収機構を備えるようにすれば、材料の利用効率を高めることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
実施例１．
図１は、本発明によるパターン形成装置１００の構成を示すブロック図である。パターン形成装置１００は、例えば光学薄膜デバイスや半導体デバイス等の成膜を行う装置である。
図に示すように、パターン形成装置１００は、キャリアガス供給部１０１、原料液供給部１０２、ミスト生成部１０３、荷電部１１４、ミスト分級部１０４、チャンバー１０５、ミスト散布部１０６、基板２００を設置するための基板設置部１０７、電極１０８、直流電源１０９を備えている。
ミスト散布部１０６、基板設置部１０７、電極１０８、直流電源１０９はチャンバー１０５内に設置されており、チャンバー１０５には排気口１１０が設けられている。基板設置部１０７と電極１０８は直流電源１０９に接続されている。
キャリアガス供給部１０１、原料液供給部１０２、ミスト生成部１０３、荷電部１１４、ミスト分級部１０４、およびミスト散布部１０６は、配管１５０を介して接続されている。

ミスト分級部１０４には、ここでは静電分級器を用いる。
図２は、帯電微粒子の電気移動度の粒子径依存性を利用した静電分級器の原理を説明する図である。この静電分級器は、内筒と外筒からなる二重円筒構造を有しており、上方からシースガスを供給し、外筒の側面のスリットからミスト状の粒子を含むサンプルガスを供給する。外筒と内筒の間には１０Ｖ〜１０ｋＶ程度の直流電圧が印加され、サンプルガス中のミスト状粒子は、二重円筒部内でシースガスによって下向きに流されながら、静電気力によって内筒に引きつけられる。このとき、小さい粒子は内筒に引きつけられやすいので内筒の上流側に、大きい粒子はシースガスに流されやすいので、内筒の下流側に到達する。一定の電圧条件のもとでは、ある粒径の粒子だけが内筒に設けられた出口から取り出される。

次に、パターン形成装置１００の動作について説明する。
原料液供給部１０２からミスト生成部１０３へ液体状の材料が供給されると、ミスト生成部１０３において材料のミスト（複数の液滴）が形成される。形成されたミストはキャリアガス供給部１０１から供給されるキャリアガスに流されて配管１５０内を通り、荷電部１１４に供給されて荷電された後、ミスト分級部１０４に供給される。

ミスト分級部１０４では、上述した原理により、一定の電圧条件のもと、ある粒径のミストだけが抽出される。ミスト分級部１０４において分級されたミストは、配管１５０を通ってミスト散布部１０６に供給される。ここで、ミスト分級部１０４とミスト散布部１０６をつなぐ配管１５０の内壁表面には撥液層が形成されている。このため、ミストが配管内に付着しにくく、ミストの利用効率を高めることができる。
なお、ミスト生成部１０３からミスト散布部１０６までの間の全ての配管１５０の内壁に撥液層を形成すれば、さらに高い効果が得られる。

ミストはチャンバー１０５内のミスト散布部１０６から散布され、基板設置部１０７上に設置された基板２００上に供給される。
ミストは電気的な極性を有しており、プラスかマイナスに帯電している。図に示すように、直流電源１０９によって電極１０８側はプラス、基板設置部１０７はマイナスに帯電しているので、プラスに帯電したミストが基板２００上に引き寄せられる。
ここで、基板２００の表面には、例えば微細パターンを形成する材料物質に対して親和性を有する第１の領域と、第１の領域よりも前記材料物質に対して親和性の低い第２の領域が形成されている。基板２００上に供給されたミスト３００のうち、第２の領域上に堆積したものは、撥液されて第１の領域上に移動する。

ミスト散布部１０６から散布されるミストの粒径は、第２の領域の最短の幅よりも小さい値であることが好ましい。
例えば、図３に示すように、基板上に０．２μｍ間隔で材料を配置する場合、第２の領域の最短の幅は０．２μｍである。しかし、０．２μｍの粒径のミストが供給されると、ミストは基板２００上では若干広がって径が大きくなるため、第２の領域（撥液部）をまたいで隣接する第１の領域（親液部）同士がつながってしまう。
この状態では、第２の領域から第１の領域への材料の移動が困難なため、供給するミストの粒径は第２の領域の最短の幅よりも小さい値に設定するのが望ましい。なお、ミストの粒径が小さすぎても第２の領域上にミストが残り移動しにくくなる。

ここで、第２の領域上に堆積したミストが第１の領域上へ移動せずに残ってしまうことを避けるため、基板２００上でミストが動きやすいようにする必要がある。例えば、排気口１０９からの排気速度をあげることにより、基板２００上での第２の領域から第１の領域へのミストの移動度を高めることができる。また、キャリアガス供給部１０１から供給されるキャリアガスの流量を大きくすることによっても同様の効果が得られる。

また、チャンバー１０５を減圧チャンバーとしてもよい。これにより、ミスト散布部１０６から基板２００上へ散布されるミストの速度を大きくすることができるので、基板２００上へのミストの堆積時間を短縮することができる。また、ミストの運動エネルギーが大きいことから、基板２００上でのミストの移動度も高められる。

実施例２．
図４は、本発明の実施例２によるパターン形成装置１００の構成を示すブロック図である。実施例１との違いは、ミスト生成部１０３、ミスト分級部１０４、およびミスト散布部１０６の位置関係である。
図に示すように、ミスト生成部１０３の下方にミスト分級部１０４が、ミスト分級部１０４の下方にミスト散布部１０６が配置されるように構成されている。

これにより、ミスト生成部１０３からミスト散布部１０６までのミストが流れる経路が直線状になり、配管１５０に折れ曲がった部分を設ける必要が無くなる。配管１５０の折れ曲がり部分ではミストの衝突が発生しやすく、ミストが配管１５０に付着してしまったり、衝突により粒径が変化したりすることが発生する。実施例２のような構成にすればこのような問題を回避し、ミストの供給効率を高めることができる。

実施例３．
実施例３では、基板設置部１０７は、基板設置部１０７の下方に設けられた回転軸（図示せず）を中心として回転するように構成されている。これにより、ミストが移動しやすくなり、パターン形成の速度と精度をより向上させることができる。

また、基板設置部１０７に振動機構を設けてもよい。振動機構としては、例えば超音波振動発生器やパーツフィーダーを用いることができる。
振動機構を用いて基板設置部１０７を振動させることにより、基板設置部１０７上に載置してある基板２００上のミスト３００を移動しやすくする。これにより、パターン形成の速度と精度がより向上する。

また、振動機構の代わりに、基板設置部１０７に発熱する発熱機構を設けてもよい。
基板設置部１０７が発熱することにより、基板設置部１０７上に設置された基板２００が加熱され、基板２００上のミスト３００に熱が伝えられてミストのエネルギーが増加する。
上述の振動機構と発熱機構とは同時に設けられていても良い。

実施例４．
実施例４では、直流電源１０９の代わりに、高周波電圧源（図示せず）を備える。

直流電源１０９の場合には、基板設置部１０７はプラスかマイナスのどちらか一方に帯電するため、それに対応してマイナスかプラスどちらかに帯電したミストしか基板２００上に引き寄せる効果がない。よって、基板設置部１０７と同じ極性のミストは、基板２００まで到達せずに排気口１１０から排気されてしまい、パターン形成には利用されない。

この実施例では高周波電圧源１１２によって基板設置部１０７に電圧を印加するようにしたので、マイナス、プラスどちらに帯電したミストでも、基板２００に引き寄せることができる。よってミストの利用効率が高くなり、パターン形成の速度が向上する。

実施例５．
図５は、本発明の実施例５による微細パターン形成装置１００の構成を示すブロック図である。この実施例では、チャンバー１０５内で、基板２００上に堆積しなかったミストを回収するミスト回収部１１３が設けられている。
回収されたミストは配管１５０を通って原料液供給部１０２内に回収され再利用される。
これにより、材料の利用効率を高めることができる。また、基板２００上に堆積されなかったミストがミスト散布部１０６付近に堆積するのを防ぐことができるので、基板２００上への液だれを防止する効果もある。
また、ミスト生成部１０３およびミスト分級部１０４にミスト回収機構を設けても良い。

本発明の実施例１による微細パターン形成装置の構成を示すブロック図である。 静電分級器の原理を説明する図である。 第２の領域の幅とミストの粒径の関係を説明する図である。 本発明の実施例２によるパターン形成装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例５によるパターン形成装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ パターン形成装置、１０１ キャリアガス供給部、１０２ 原料液供給部、１０３ ミスト生成部、１０４ ミスト分級部、１０５ チャンバー、１０６ ミスト散布部、１０７ 基板設置部、１０８ 電極、１０９ 直流電源、１１０ 排気口、１１３ ミスト回収装置、１１４ 荷電部、１５０ 配管、２００ 基板、３００ ミスト

Claims (9)

1. 液体材料から複数の液滴を生成するミスト生成部と、
   前記複数の液滴から、第１の粒径の液滴を抽出し、前記第１の粒径と大きさの異なる第２の粒径の液滴を除去するミスト分級部と、
   前記第１の粒径の液滴を散布するミスト散布部と、
   前記第１の粒径の液滴の散布方向に設置された基板設置部と、を備えることを特徴とするパターン形成装置。
2. 請求項１に記載のパターン形成装置において、前記基板設置部に電気的極性を与える電圧印加部を備えることを特徴とするパターン形成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のパターン形成装置において、前記ミスト生成部と前記ミスト分級部との間に、前記複数の液滴を荷電するための荷電部を備えたことを特徴とするパターン形成装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン形成装置において、前記ミスト分級部と前記ミスト散布部とをつなぐ配管の表面は撥液層を有し、前記撥液層の前記第１の粒径の液滴に対する親和性が、前記配管の前記第１の粒径の液滴に対する親和性より小さいことを特徴とするパターン形成装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパターン形成装置において、前記基板設置部は、回転する機構を含むことを特徴とするパターン形成装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のパターン形成装置において、前記基板設置部は、振動する機構を含むことを特徴とするパターン形成装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のパターン形成装置において、前記基板設置部は、発熱する機構を含むことを特徴とするパターン形成装置。
8. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のパターン形成装置において、前記ミスト散布部と前記基板設置部は、減圧チャンバー内に設置されることを特徴とするパターン形成装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のパターン形成装置において、前記ミスト生成部と前記ミスト分級部との間に少なくとも前記第２の粒径の液滴を回収する液体材料回収機構を備えることを特徴とするパターン形成装置。