JPH08153669A - 薄膜形成方法及び形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】ホトレジスト１１等の薄膜形成成分の溶液を供
給するノズル１５とウェハ等の対象物１２との間に高電
圧を加えることによって薄膜材料を帯電した微小液滴に
霧化し、該高電圧によって発生した電場によってウェハ
等の対象物の表面に付着させる。上述した手段によれ
ば、導電性の液体と対象物の間に電場を印加することに
より、液体が帯電した微細な液滴として噴霧され、対象
物に付着する。 【効果】より均一でより膜厚の薄い薄膜を形成すること
ができ、任意の形状に薄膜を形成し、より大面積の薄膜
形成ができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の形成方法及び形
成装置に関し、特に半導体ウェハのホトレジスト塗布に
適用して有効な技術に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】薄膜の形成工程、例えば半導体の製造工
程の一つであるホトリソグラフィにおけるホトレジスト
工程では半導体ウェハへのホトレジストの塗布が行なわ
れている。この塗布方法としてはスピン塗布等の塗布方
法が用いられている。スピン塗布法については、例えば
ＳＰＩＥ Ａｄｖａｎｃｅｓ Ｒｅｓｉｓｔ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（１９９
０）に記載されている。このスピン塗布法では、スピン
ナに搭載したウェハに一定の粘度に調整したホトレジス
トを滴下し、スピンナを高速で回転させることによって
発生する遠心力によってホトレジストを均一化して一定
の膜厚を有する薄膜を形成する。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
たスピン塗布法では凹凸のあるウェハにおいては凹部と
凸部との膜厚に差が生じてしまうことが知られている。 【０００４】また、ウェハの中心部と周辺部とでは中心
からの距離に比例して周速度に差が生じ作用する遠心力
が異なり、膜厚が均一にならないという問題があり、こ
の問題はウェハの径が大きくなるに従い、より深刻なも
のとなることが考えられ、液晶パネルのホトレジスト塗
布の場合には、液晶基板の大型化によってスピン塗布法
によって塗布することが困難になってきている。 【０００５】また、スピン塗布法では滴下したホトレジ
ストの多くがウェハ外に飛散されるので、実際にウェハ
に付着するホトレジストは滴下したホトレジストと比較
してわずかであり、多くのホトレジストが有効に利用さ
れておらず経済的ではない。 【０００６】更に、半導体分野以外にも、技術の進歩に
連れて、例えばバイオテクノロジー、新素材の形成等他
の各種分野にても、より均一でより膜厚の薄い薄膜を形
成する技術が要求されている。 【０００７】本発明の目的は、このような要求に応え膜
厚の薄い薄膜を均一に形成する技術を提供することにあ
る。 【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。 【００１０】ホトレジスト等の薄膜形成成分の溶液を供
給するノズルとウェハ等の対象物との間に高電圧を加え
ることによって前記溶液を帯電した微小液滴に霧化し、
該高電圧によって発生した電場によってウェハ等の対象
物の表面に付着させる。 【００１１】 【作用】上述した手段によれば、薄膜形成成分の溶液と
対象物の間に電場を印加することにより、溶液が帯電し
た微細な液滴として噴霧され、対象物に付着する。この
現象はエレクトロスプレーと呼ばれており、その機構を
図２を用いて以下説明する。 【００１２】図中、１はノズル、２は対向電極、３はノ
ズル１と対向電極２間に高電圧を印加するための電源で
ある。対象物４は対向電極２上に載置される。ノズル１
先端は前記高電圧による強い電場のために液中のイオン
が液体表面付近に集まる。液中のイオンは電場の力によ
って液面が対向電極２上の対象物４に引き寄せられ、対
象物４に頂点を向けた円錐状に突出する。この円錐形状
はテイラーコーン（Taylor cone）５と呼ばれている。 【００１３】やがてこのテイラーコーン５の先端から微
細な液滴がイオン相互のクーロン反発力及び電場の力に
よって、テイラーコーン５から引きちぎられ噴霧され
る。噴霧された液滴は、電場の力によって対向電極２に
引き寄せられ対象物４に付着する。 【００１４】噴霧される液滴は、同一極性のイオンなの
でクーロン力によって斥力が生じ、互いに反発するので
液滴は拡散し均一に分布して対象物４の表面に到達し、
薄膜を形成する。 【００１５】以下、本発明の構成について、実施例とと
もに説明する。 【００１６】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。 【００１７】 【実施例】 （実施例１）図１に示すのは、本発明の一実施例である
薄膜形成装置を示す図である。 【００１８】図中、１１は薄膜形成成分を溶剤に溶かし
た溶液であり本実施例ではホトレジストを用いている。
１２は対象物であり本実施例では半導体ウェハである。
ホトレジスト１１はタンク１３から超微量定量ポンプ１
４によって、極微量づつノズル１５に移送される。ノズ
ル１５の先端は中空の細管となっており、細管にはノズ
ル電極１６を設けてある。もう一方の電極であり対向電
極となるステージ１７の上にウェハ１２は載置され、ウ
ェハ１２とステージ１７とは電気的に導通している。ノ
ズル電極１６とステージ１７とは電源装置１８に接続さ
れ，例えばステージ１７を接地電位としノズル電極１６
には高電位例えば３０００Ｖ程度の電圧が加えられ、両
電極間に電場を発生させる。 【００１９】１９は制御電極であり、ノズル電極１６と
ステージ１７との中間に位置し、環状に設けられてい
る。制御電極１９には中間電位例えば数百Ｖ程度の電圧
が加えられる。 【００２０】ホトレジスト１１は超微量定量ポンプ１４
によってタンク１３からノズル１５の細管に送られる。
ノズル電極１６とウェハ１２との間には電源により高電
圧が印加され、これにより細管の先端にテイラーコーン
５が形成されている。 【００２１】ホトレジスト１１がノズル１５の先端に形
成されたテイラーコーン５に達すると、強電界によって
微小帯電粒子となってテイラーコーン５から分離し、帯
電液滴となって噴霧される。噴霧された液滴は、電場の
力によって、ステージ１７上に載置され電気的に導通し
ているウェハ１２に向けて移動する。噴霧される液滴
は、同一極性に帯電しているので互いにクーロン力によ
って反発し、液滴は拡散し均一に分布してウェハ１２の
表面に到達する。到達した帯電液滴はステージ１７に電
荷を放出する。 【００２２】形成される液滴の径は、各液滴の電荷と電
源の電圧によって決まり、加える電圧が高ければ液滴の
径が小さく、かつ広く拡散することとなり、即ち薄い膜
が形成される。液滴の径は数ミクロン程度となるが、表
面張力が働いているので付着後に膜となった状態では液
滴の径よりも小さな膜厚の膜が形成される。また、供給
される薄膜形成剤の溶剤の比率が高ければ乾燥後に残留
する薄膜形成剤が少なくなるので、より薄膜が薄くな
る。 【００２３】また拡散の範囲は、制御電極１９の電位を
変化させることによって拡散径を変化させることが可能
である。すなわち制御電極１９の電位を高く設定すれば
拡散径が縮小し、制御電極１９の電位を低く設定すれば
拡散径が拡大する。本実施例では、図中破線で示すよう
に拡散して移動してきた液滴が、制御電極１９によって
一定の範囲内に納められている。 【００２４】また、液滴の移動は電場によって略支配さ
れるので、重力の作用方向にかかわらず、下方向或いは
横方向からも、略均一に薄膜形成剤を付着させることが
できる。 【００２５】図３に示すのは、本発明の一変更例である
薄膜形成装置を示す図である。本変更例には、ステージ
１７及びウェハ１２との所定距離の移動を行なう送り機
構２１を設け、制御電極２２は矩形枠状としている。 【００２６】前述した実施例ではウェハ１２の略全面に
薄膜を形成しているが、本変更例では、部分的に例えば
ウェハ１２の各パターン形成領域ごとに薄膜を形成して
いる。パターンに所定の薄膜を形成後に、ステージ１７
がウェハ１２とともに送り機構２１によって所定ピッチ
移動し、次のパターンの薄膜を形成する。 【００２７】本変更例によれば、スクライビング領域等
のパターンの形成されない領域或いは、それ以前の工程
で不良となった領域への薄膜の形成を行なわないのでホ
トレジスト等の薄膜材料の消費を更に低減することがで
きる。 【００２８】図４に示すのは、本発明の他の変更例であ
る薄膜形成装置を示す図である。本変更例には、複数の
ノズル１５を設け複数のパターンを同時に形成する構成
としている。このような構成において、制御電極を個別
に設けることもできるが、本変更例では単一の制御電極
２３として薄膜形成領域を拡大する構成としている。本
変更例は特に大面積の液晶装置製造のホトレジスト塗布
に適している。 【００２９】なお、本実施例では、制御電極１９，２
２，２３は環状或いは矩形枠状に設けたが、他の枠状形
状のものを用いてもよい。 【００３０】（実施例２）図５に示すのは、本発明の他
の実施例である薄膜形成装置を示す図である。 【００３１】本実施例では、制御電極２４が分割して設
けてある。制御電極２４は、ノズル１５とステージ１７
との中間に位置し、円弧状の電極を対向して４組合計８
個が全体として環状に設けられている。 【００３２】本実施例の制御電極２４では、各制御電極
２４を同電位とすれば、前述した実施例と同様に機能す
るが、各制御電極２４を異なる電位とすることによっ
て、帯電液滴の拡散の分布を変化させ、薄膜を形成する
位置，範囲，形状を任意に変化させることができる。 【００３３】例えば、対向する制御電極２４の電位が異
なる状態では薄膜は低電位側に偏移して形成され、対向
する電極２４間の任意の位置に薄膜を形成することがで
き、この電位の関係を時間とともに変化させれば線状に
薄膜が形成される。 【００３４】これに加えて、前記対向する電極２４の電
位変化に合わせて直交する別の組の制御電極２４の電位
を変化させることによって、例えば環状或いは８字状に
薄膜を形成することができる。 【００３５】また、例えば各電極２４を隣接する順に電
圧を変えて、且つ時間とともに電位を変えることによっ
て、渦巻状に薄膜を形成することが可能である。 【００３６】なお、本実施例では、制御電極２４を全体
として環状に設けたが、対向して設けた１組の電極のみ
の構成等、他の構成として本発明を実施することも可能
である。 【００３７】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。 【００３８】また本発明によれば、導体と絶縁体とが混
在した状態で、導体のみを選択して薄膜を形成する、或
いは導通を取った導体と導通を取らない導体とを選択し
て薄膜を形成することが容易に可能である。 【００３９】更に前述した実施例ではウェハ１２とステ
ージ１７とが電気的に導通しているが、対象物が絶縁体
であり導通が取れない場合でも、電荷が通りぬけられる
程度のものであれば、薄膜の形成は可能である。また、
対象となる絶縁体によっては、分極作用によって一定の
効果も期待できる。 【００４０】加えて、前述したホトレジスト膜の形成以
外にも、例えば細胞を溶かした溶液を薄膜溶液として細
胞膜を形成し、種子の改良を行なう、バイオセンサーの
製造或いは人口臓器の表面被覆等に利用することも可能
である。 【００４１】他に、機能性材料の溶液を薄膜溶液とし
て、従来の塗布方法に替わる薄膜形成により新素材を形
成するのに利用することも可能である。 【００４２】その他、金属の絶縁被覆、各種材料の表面
改質、積層体の形成等、種々の薄膜形成に、コーティン
グ、塗布或いはメッキ等従来用いられていた方法に替え
て適用することが可能である。 【００４３】 【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 【００４４】（１）本発明によれば、膜厚の薄い薄膜を
対象物の表面に形成することができるという効果があ
る。 【００４５】（２）本発明によれば、薄膜を均一に分布
して対象物の表面に形成することができるという効果が
ある。 【００４６】（３）本発明によれば、対象物の任意の位
置に薄膜を形成するので薄膜形成成分を有効に利用する
ことができるという効果がある。 【００４７】（４）本発明によれば、大面積の対象物へ
均一な膜厚の薄膜を形成することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例である薄膜形成装置を示す図
である。 【図２】エレクトロスプレーの機構を説明する図であ
る。 【図３】本発明の一変更例である薄膜形成装置を示す図
である。 【図４】本発明の他の変更例である薄膜形成装置を示す
図である。 【図５】本発明の他の実施例である薄膜形成装置を示す
図である。 【符号の説明】 １，１５…ノズル、２…対向電極、３…電源、４…対象
物、５…テイラーコーン、１１…ホトレジスト（薄膜形
成成分）、１２…半導体ウェハ（対象物）、１３…タン
ク、１４…超微量定量ポンプ、１６…ノズル電極、１７
…ステージ（対向電極）、１８…電源装置、１９，２
２，２３，２４…制御電極、２１…送り機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 昭司 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 対象物の表面に薄膜を形成する薄膜形成
   方法であって、薄膜形成成分の溶液を供給するノズルと
   対向電極との間に電圧を印加し、前記溶液を帯電した微
   小液滴に霧化し、霧化した帯電液滴を前記電圧による電
   界の力によって対象物の表面に付着させることにより形
   成成分の薄膜を形成する薄膜形成方法。 【請求項２】 前記ノズルと対向電極との中間に電場を
   形成する制御電極を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の薄膜形成方法。 【請求３項】 前記制御電極が、複数に分割され、各電
   極ごとに個別の電位設定が可能であることを特徴とする
   請求項２に記載の薄膜形成方法。 【請求４項】 前記薄膜がホトレジスト膜であり、前記
   対象物が半導体ウェハであることを特徴とする請求項１
   乃至請求項３の何れか一項に記載の薄膜形成方法。 【請求項５】 対象物の表面に薄膜を形成する薄膜形成
   装置であって、薄膜形成成分の溶液を供給するノズル
   と、該ノズルと対向した対向電極と、ノズルと対向電極
   との間に電圧を印加する電源とを有し、薄膜形成成分を
   含有した溶液をノズルから帯電した微小液滴に霧化し、
   霧化した帯電液滴を前記電圧による電界の力によって対
   象物の表面に付着させることにより形成成分の薄膜を形
   成する薄膜形成装置。 【請求項６】 前記ノズルと対向電極との中間に電場を
   形成する制御電極を設けたことを特徴とする請求項５に
   記載の薄膜形成装置。 【請求項７】 前記制御電極が、複数に分割され、各電
   極ごとに個別の電位設定が可能であることを特徴とする
   請求項６に記載の薄膜形成装置。 【請求項８】 前記薄膜がホトレジスト膜であり、前記
   対象物が半導体ウェハであることを特徴とする請求項５
   乃至請求項７の何れか一項に記載の薄膜形成装置。