デバイス製造方法
【課題】 ノズルから吐出された液滴に変質等が生じないように吐出空間の雰囲気を置換することが可能なデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 デバイスの製造方法は、基板をチャンバ内に搬入して載置台に載置する工程と、待機位置において封止部材により液滴吐出ノズルを隔離した状態で、チャンバの内部を減圧する減圧工程と、ガス供給機構からチャンバ内にパージガスを導入してチャンバ内部の雰囲気を置換するとともに大気圧状態に戻す雰囲気置換工程と、封止部材による液滴吐出ノズルの隔離を解除し、液滴吐出ノズルを吐出位置に移動させて被処理体へ向けて前記液滴を吐出する吐出工程とを含む。
【解決手段】 デバイスの製造方法は、基板をチャンバ内に搬入して載置台に載置する工程と、待機位置において封止部材により液滴吐出ノズルを隔離した状態で、チャンバの内部を減圧する減圧工程と、ガス供給機構からチャンバ内にパージガスを導入してチャンバ内部の雰囲気を置換するとともに大気圧状態に戻す雰囲気置換工程と、封止部材による液滴吐出ノズルの隔離を解除し、液滴吐出ノズルを吐出位置に移動させて被処理体へ向けて前記液滴を吐出する吐出工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハやＦＰＤ基板などにトランジスタや配線などを含む各種の半導体デバイスを製造する過程では、レジスト塗布、露光、現像の各工程を含むフォトリソグラフィー技術によるパターニングや、エッチング、アッシング、洗浄などの基本工程が繰り返される。現在、半導体デバイスの製造には、高い加工精度を得るために、高真空技術やプラズマ技術が利用されている。
【０００３】
半導体デバイスの製造に使用される半導体製造装置は、基板の大型化や技術ノードの進展に伴う材料の変化などに対応しなければならないため、大型化する傾向にあり、装置構成やプロセスの改良などが繰り返されている。さらに、低コスト化と省エネルギー化による環境負荷の低減が求められる中、デバイス製造に必要な消費電力を抑制できることも半導体製造装置を選定する際に重要な要素になっている。
【０００４】
このような状況の中で、新たな半導体製造装置の提案として、半導体デバイス材料を微細な液滴の形で基板などの被処理体表面に吐出することによって半導体デバイスを製造する技術（以下、「液滴吐出法」と記す）が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６６６６９号公報（特許請求の範囲など）
【特許文献２】特開２００３−３１１１９７号公報（特許請求の範囲など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、特許文献２に記載の液滴吐出法による半導体デバイスの製造では、フォトリソグラフィーやエッチングなどの工程を削減できるため、半導体デバイスの製造コストを大幅に低減できるというメリットがある。一方、液滴吐出法では、使用する全ての半導体デバイス材料を溶液、分散液などの形態に液体化して用いる必要がある。しかし、液滴吐出ノズルから吐出される液滴は非常に微小であるため、液滴飛翔空間における雰囲気中の水分や酸素、さらには基板表面からの揮発成分などの存在により、液滴中の溶質濃度に変化が生じたり、成分が酸化されたりするなどの変質が生じ、半導体デバイスの特性に影響を及ぼすおそれがあるという問題があった。
【０００７】
液滴吐出法では、微細なノズル孔に連通して設けられた圧力室の内容積を、例えば圧電セラミックスなどの伸縮を利用して急激に変化させることにより、半導体デバイス材料をノズル孔から液滴として吐出する。このため、メニスカスとよばれるノズル孔内部における液体材料の気液界面状態が吐出性能に大きな影響を与えることが知られている。メニスカスは、周囲の圧力により大きな変動を受け、ノズル孔の外部が圧力室よりも減圧雰囲気であれば液体材料がノズル孔を介して流出してしまい、逆に外部が高い圧力雰囲気であれば液体材料はノズル孔内の奥深くまで後退してしまい、いずれも正常な吐出が不可能になる。従って、ノズルから吐出された液滴が被処理体表面に到達するまでの吐出空間は大気圧条件であることが必要であり、それ故、例えば吐出空間を減圧状態にしてその雰囲気を置換し、飛翔する液滴への影響を最小限に抑えるというような手段を講ずることができなかった。
【０００８】
従って本発明は、ノズルから吐出された液滴に変質等が生じないように吐出空間の雰囲気を効率良く置換することが可能なデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理体を載置する載置台を備えた第１の容器と、前記第１の容器内にパージガスを供給するガス供給機構と、前記第１の容器内を減圧排気する排気機構と、前記載置台に対向配備された液滴吐出ノズルから被処理体に向けて半導体デバイス材料の液滴を吐出する液滴吐出機構と、被処理体に対して液滴を吐出する吐出位置と液滴を吐出しない待機位置との間で、前記液滴吐出ノズルを移動させる移動機構と、前記待機位置において前記液滴吐出ノズルを隔離して大気圧状態に保持する第２の容器と、を備え、被処理体表面に半導体デバイスを製造するデバイス製造装置を用い、
被処理体を前記第１の容器内に搬入して前記載置台に載置する工程と、
前記待機位置において前記第２の容器により前記液滴吐出ノズルを隔離した状態で、前記第１の容器の内部を減圧する減圧工程と、
前記ガス供給機構から前記第１の容器内にパージガスを導入して該第１の容器内部の雰囲気を置換するとともに大気圧状態に戻す雰囲気置換工程と、
前記第２の容器による前記液滴吐出ノズルの隔離を解除し、該液滴吐出ノズルを前記吐出位置に移動させて被処理体へ向けて前記液滴を吐出する吐出工程と、
を含むことを特徴とする、デバイス製造方法を提供する。
【００１０】
本発明において、前記雰囲気置換工程の前に、前記載置台および前記第１の容器を加熱する第1の加熱工程を有することが好ましい。
また、前記吐出工程の後で、形成されたデバイスを焼成する第２の加熱工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、待機位置において液滴吐出ノズルを隔離して大気圧状態に保持するので、液滴吐出ノズルと被処理体との間の吐出空間の雰囲気置換を効率良く、かつ容易に行なうことができる。従って、液滴吐出ノズルから液滴として吐出された半導体デバイス材料が変質することを防止できる。
また、液滴吐出ノズルを用いて半導体デバイスを製造することにより、フォトリソグラフィー工程を削減することが可能となり、装置構成の簡素化、省エネルギー化、低コスト化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のデバイス製造装置の内部の概略構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態のデバイス製造装置の概略断面図。
【図３】精密吐出ノズルの封止構造の例を示す要部断面図。
【図４】精密吐出ノズルの封止構造の別の例を示す要部断面図。
【図５】デバイス形成手順の一例を示すフロー図。
【図６】キャパシタ製造の手順の一例を示す工程図。
【図７】第２実施形態のデバイス製造装置の概略構成を示す部分切り欠き斜視図。
【図８】第２実施形態のデバイス製造装置の概略断面図。
【図９】隔壁プレートの説明に供する要部断面図。
【図１０】デバイス形成手順の別の例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第1実施形態にかかるデバイス製造装置の内部の構造を示す概略斜視図であり、図２は、デバイス製造装置の概略構成を示す断面図である。このデバイス製造装置１００は、例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用ガラス基板やプラスチック基板などの基板Ｓを収容する第１の耐圧容器としてのチャンバ１を備えている。このチャンバ１は、気密に構成され、排気装置４１により減圧可能であり、また、図示しない基板搬入出口から基板Ｓを搬入または搬出できるように構成されている。デバイス製造装置１００のチャンバ１内には、搬入された基板Ｓを水平に載置して保持するためのステージ３と、このステージ３に載置された基板Ｓの上面（正確にはデバイス形成面）に対してデバイス材料を微小な液滴として吐出する精密吐出ノズル５を有するキャリッジ７と、このキャリッジ７をＹ方向に水平移動させる走査機構９とを有している。
【００１４】
走査機構９においては、Ｙ方向に延びる一対の平行なガイドレール１１，１１がステージ３の左右両側に配置されている。また、ステージ３上方を横断するようにＸ方向に延び、図示しない電気モータ等の駆動によりキャリッジ７をＸ方向に水平移動可能に支持する支持部材１３が設けられている。この支持部材１３は、ガイドレール１１，１１上を移動可能に立設された一対の脚部１５，１５と、ステージ３の基板Ｓ載置面と平行になるように該脚部１５，１５に掛け渡されたガイド板１７を備えている。支持部材１３は、たとえば電気モータを有する図示しない駆動機構により全体としてガイドレール１１，１１上をＹ方向に移動可能となっている。
【００１５】
ガイド板１７の下面には、図示しないガイド軸を介してキャリッジ７がＸ方向に移動可能に装着されている。キャリッジ７の下面（ステージ３および基板Ｓと対向する面）には前記精密吐出ノズル５が形成されている。そして、図示しない駆動機構による支持部材１３のＹ方向の移動と、支持部材１３におけるキャリッジ７のＸ方向の移動との組合せにより、ステージ３上方において精密吐出ノズル５をＸＹ面上に任意の軌道で移動させることができる。
【００１６】
精密吐出ノズル５は、例えばインクジェットプリンタ技術の分野において周知なインクジェットノズルと同様の液滴吐出機構により液滴吐出を行なうようになっている。精密吐出ノズル５における液滴吐出機構は、例えば多数の微細なノズル孔５ａと、該ノズル孔５ａに連通し、ピエゾ素子の収縮・伸長によって内部容積を増減可能に構成された圧力発生室（図示は省略）と、を有する液滴噴射ヘッドを備えている。そして、コントローラ５０（後述）からの電気的な駆動信号でピエゾ素子を駆動させて圧力発生室の容積を変化させ、その際に生じる内部圧力の上昇によって各ノズル孔５ａから液体デバイス材料を数ピコリットル〜数マイクロリットル程度の微小な液滴として基板Ｓへ向けて噴射できるように構成されている。また、精密吐出ノズル５の各ノズル孔５ａは、キャリッジ７に搭載された液体材料タンク１９ａ，１９ｂ，１９ｃに接続されており、そこから各種液体デバイス材料が供給される構成になっている。本実施形態では、液体材料タンク１９ａには例えばポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリ（３−メチルチオフェン）などの導電性ポリマーに代表される導電体材料、液体材料タンク１９ｂには例えばポリビニルフェノールなどの絶縁体材料、液体材料タンク１９ｃには例えばα，α’−ジデシルペンタチオフェン、α，α’−ジデシルヘプタチオフェン、α，α’−ジデシルヘキサチオフェン、α，α’−ジヘキシルヘキサチオフェン、α，α’−ジエチルヘキサチオフェン、ヘキサチオフェンなどの半導体材料がそれぞれ収納されている。なお、上記以外にも、例えばドデシルベンゼンスルホン酸、エチレングリコール等の界面活性剤を収容する液体材料タンクを配備して、界面活性剤を吐出することも可能である。
なお、精密吐出ノズル５の構成は、デバイス材料を微小な液滴として吐出できるものであれば上記構成に限るものではない。
【００１７】
支持部材１３がステージ３（および基板Ｓ）に対向しない領域である待機位置には、封止部材２１が配備されている。なお、精密吐出ノズル５を待機させる待機位置は、チャンバ１内のどの位置でもよく、チャンバ１の外に配置されていてもよい。この封止部材２１は、上面が開口した筐体であり、例えば金属等の材質の耐圧容器として構成され、図示しない昇降機構によって鉛直方向に昇降自在に設けられ、その開口した縁部２１ａは、例えばゴムなどのエラストマーにより構成されている。
【００１８】
図３および図４は、封止部材２１による隔離構造を示す拡大図である。まず、図３（ａ）は、支持部材１３のガイド板１７の下面（当接面１７ａ）に封止部材２１の開口の縁部２１ａを押し当てた状態を示している。このように支持部材１３のガイド板１７の下面は、チャンバ１内が減圧にされた状態で精密吐出ノズル５を隔離するため、第２の耐圧容器としての封止部材２１を気密に当接させて封止する当接面１７ａとして機能する。この場合、キャリッジ７は全体として封止部材２１の内部に収容され、外部雰囲気から隔離される。また、封止部材２１の縁部２１ａは、ガイド板１７の当接面１７ａに押し当てられた際に押圧力によって弾性変形し、気密性を確保できるようになっている。
【００１９】
図３（ｂ）は、封止部材２１による隔離構造の別の例に関するものであり、キャリッジ７のノズル形成面７ａに封止部材２１を当接した状態を示している。つまり、この場合には、キャリッジ７のノズル形成面７ａが当接面として機能する。ノズル形成面７ａには多数のノズル孔５ａが形成されているが、その周囲を囲むように封止部材２１の開口の縁部２１ａを押し当てる。ノズル形成面７ａに押し当てられた際に、縁部２１ａは押圧力によって弾性変形するため、気密性を確保できるようになっている。これにより、ノズル孔５ａを隔離して外部圧力の変化の影響を遮断できる。
【００２０】
また、封止部材のさらに別の例としては、例えば図４（ａ），図４（ｂ）に示すものを挙げることができる。図４（ａ）に示す例では、封止部材２１がフランジ２１ｂを備えており、このフランジ２１ｂをガイド板１７の当接面１７ａに対してＯリングなどのシール部材２２を介して押圧させることにより気密性を確保し、精密吐出ノズル５を隔離できる。また、図４（ｂ）に示す例では、封止部材２１の縁部がキャリッジ７のノズル形成面７ａに嵌合できるように構成されており、この嵌合部２５にＯリングなどのシール部材２４を配備することにより、精密吐出ノズル５を隔離することができる。なお、封止部材２１による精密吐出ノズル５の隔離構造は、図３、図４に例示したものに限らず、気密性を確保できる構造であればどのような構造でもよい。
【００２１】
図２に示すように、チャンバ１の天板１ａの中央部には、チャンバ１内にガスを導入するガス導入部２６が設けられており、このガス導入部２６はガス供給管２９を介して例えばＡｒ、Ｎ２等のパージガスを供給するパージガス供給源３１に接続されている。ガス供給管２９の途中には、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）３３およびその前後のバルブ３５，３７が設けられており、パージガスを所定の流量でガス導入部２６を介してチャンバ１内に導入できるようになっている。
なお、ガス導入部２６は、チャンバ１の上部に限らず、例えばチャンバ１の側壁１ｃや、底板１ｂに設けることもできる。
【００２２】
また、チャンバ１の底板１ｂには、複数の排気口３９が設けられており、この排気口３９は図示しない真空ポンプを備えた排気装置４１に接続されている。そして、排気装置４１を作動させることにより、排気口３９を介してチャンバ１内を所定の減圧状態にまで減圧できるように構成されている。なお、パージガスによるチャンバ１内の雰囲気置換を効率的に行なうためには、ガス導入部２６と排気口３９を並列的に配設するよりも、図２に示すように互いに対向して配設することが好ましい。
【００２３】
チャンバ１の天板１ａには、例えばタングステンランプなどからなる複数の加熱ランプ４３が設けられており、チャンバ１内を昇温できるようになっている。また、ステージ３には、抵抗加熱ヒータ４５が埋設されており、ヒータ電源４７から電力を供給することによりステージ３を加熱し、そこに載置された基板Ｓを加熱できるようになっている。なお、加熱ランプ４３や抵抗加熱ヒータ４５などの加熱手段（加熱機構）は、チャンバ１の上部（天板１ａ）または下部（ステージ３または底板１ｂ）のどちらか一方に配備されていればよいが、図２に例示のように上下部の両方に配備することにより加熱時間を短縮してデバイス形成のスループットを向上させることができる。
【００２４】
デバイス製造装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。コントローラ５０には、工程管理者がデバイス製造装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、デバイス製造装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
【００２５】
また、コントローラ５０には、デバイス製造装置１００で実行される各種処理をコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００２６】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等によって任意のレシピを記憶部５２から呼び出してコントローラ５０に実行させることで、コントローラ５０の制御下で、デバイス製造装置１００で所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００２７】
デバイス製造装置１００では、上記のような構成により、基板Ｓ上の予め設定された領域に対して液体デバイス材料を吐出し、例えばトランジスタなどの半導体デバイスを形成することができる。
【００２８】
以上のように構成されるデバイス製造装置１００においては、例えば図５に示す手順でデバイスの製造が行なわれる。
まず、ステップＳ１では、図示しない基板搬入出口より基板Ｓをチャンバ１内に搬入し、ステージ３上に載置する。
次に、支持部材１３をガイドレール１１，１１に沿ってスライド移動させることにより、キャリッジ７を待機位置、すなわち精密吐出ノズル５が基板Ｓと対向する位置より外れ、封止部材２１に対向する位置まで移動させる。この状態で、ステップＳ２では、封止部材２１を上昇させて支持部材１３の当接面１７ａに封止部材２１の縁部２１ａを当接させ、精密吐出ノズル５を隔離する。
【００２９】
ステップＳ３では、精密吐出ノズル５を隔離した状態で、排気装置４１を作動させ、チャンバ１内を所定の圧力まで減圧排気する。これにより、チャンバ１内雰囲気中の水分や酸素、さらに基板Ｓ上に形成された膜などから揮発した溶剤や化学物質などの揮発成分が除去される。このような減圧状態でも、精密吐出ノズル５は封止部材２１によって隔離されていることから、精密吐出ノズル５のノズル孔５ａは大気圧状態に保たれ、メニスカスを良好な状態に維持できる。
【００３０】
次にステップＳ４では、チャンバ１の天井部に配設された加熱ランプ４３および／またはステージ３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ４５に電力を供給し、チャンバ１内雰囲気と基板Ｓを所定温度に加熱する。なお、この加熱工程は任意である。
【００３１】
次に、ステップＳ５では、精密吐出ノズル５を隔離した状態でガス導入部２６を介してパージガス供給源３１からパージガスをチャンバ１内に導入し、チャンバ１内雰囲気をパージガスで置換するとともに、チャンバ１内の圧力を大気圧に戻す。
【００３２】
パージガスの導入によりチャンバ１内が大気圧状態に回復した後、ステップＳ６では、封止部材２１を下降させて精密吐出ノズル５の隔離を解除し、支持部材１３を移動させることにより、待機位置にあったキャリッジ７の精密吐出ノズル５をステージ３に載置された基板Ｓに対向する吐出位置まで移動させる。そして、ステップＳ７では、キャリッジ７をＸ方向に往復移動させながら、基板Ｓ表面へ向けて液体デバイス材料の液滴を吐出する。精密吐出ノズル５からは、導電体、絶縁体および半導体の各液体材料が、数ピコリットル〜数マイクロリットルの微小な液滴として吐出されるため、基板Ｓ上に微細なデバイス構造を形成できる。また、微小な液滴が基板Ｓへ向けて飛翔する吐出空間は、減圧排気後とパージガスによる雰囲気置換がなされていることから、液体材料成分が変質することがなく、良質なデバイスが製造される。
【００３３】
デバイス製造装置１００を使用してデバイスを作製する場合、上記ステップＳ２〜ステップＳ７の各工程は１回でもよいが、作製するデバイスの種類に応じ、図５に示すようにステップＳ７の終了後ステップＳ２の処理に戻り、ステップＳ２〜ステップＳ７までの工程を繰り返し実施してもよい。
【００３４】
吐出終了後は、必要に応じてチャンバ１の天井部に配設された加熱ランプ４３および／またはステージ３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ４５に電力を供給し、例えば５０〜１００℃程度に加熱して基板Ｓ上に形成されたデバイスの加熱、焼成を行なう（ステップＳ８）。これにより、液体材料中に含まれる溶剤・溶媒などの成分を揮発させて除去することができる。なお、このステップＳ８の加熱／焼成工程は、任意工程である。
【００３５】
次に、ステップＳ９では、ステージ３上に載置された基板Ｓを図示しない基板搬入出口を介してチャンバ１外へ搬出する。以上のステップＳ１〜ステップＳ９までの一連の工程により、１枚の基板Ｓに対するデバイスの作製が終了する。
【００３６】
図６（ａ）〜（ｅ）は、デバイス製造装置１００を使用してデバイスの一例であるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等に利用可能なメモリセルを製造する場合の概略工程を示している。まず、図６（ａ）に示すように、キャリッジ７に搭載された液体材料タンク１９ａから例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の基板Ｓ表面に向けて導電体材料を精密吐出ノズル５を介して吐出し、ゲート電極２０１を形成する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、液体材料タンク１９ｂから絶縁材料を吐出し、ゲート電極２０１を覆うように積層膜２０２（ゲート絶縁膜と半導体膜が積層された構造のもの；絶縁膜のみ図示）を形成する。さらに、このように形成されたゲート構造に隣接する領域に、液体材料タンク１９ａから導電体材料を精密吐出ノズル５を介して吐出し、図６（ｃ）に示すように、ソース・ドレイン用電極２０３ａ，２０３ｂを形成する。次に、図６（ｄ）に示すように、液体材料タンク１９ｂから絶縁材料を吐出し、ソース・ドレイン用電極２０３ａ，２０３ｂを覆うように容量膜２０４と絶縁膜２０５を形成する。そして、最後に液体材料タンク１９ａから導電体材料を精密吐出ノズル５を介して吐出し、図６（ｅ）に示すように、容量膜２０４を覆うように容量電極２０６を形成する。
【００３８】
図６（ｆ）は、図６（ｄ）の段階（容量膜２０４が形成された状態）の平面図である。このように精密吐出ノズル５から吐出されたデバイス材料の液滴は、基板Ｓの表面において円形に拡がるので、異なる液体デバイス材料を順次吐出、重ね打ちして積層していくことにより、フォトリソグラフィー工程やエッチング工程およびそのための設備を必要とせずに、基板Ｓの表面に所望の構造で半導体デバイスを形成できる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図７および図８は、本発明の第２実施形態に係るデバイス製造装置２００の概略構成を示す図面である。本実施形態に係るデバイス製造装置２００は、チャンバを必要としない構成であるため、基板Ｓが大型でチャンバ内に収容しきれない場合に有利に使用できる。
このデバイス製造装置２００は、例えばＦＰＤ用ガラス基板やプラスチック基板などの基板Ｓを水平に載置して保持するためのステージ１０３と、このステージ１０３に載置された基板Ｓの上面（正確にはデバイス形成面）に対してデバイス材料を微小な液滴として吐出する精密吐出ノズル１０５を有するキャリッジ１０７と、このキャリッジ１０７をＹ方向に水平移動させる走査機構１０９とを有している。
【００４０】
走査機構１０９においては、Ｙ方向に延びる一対の平行なガイドレール１１１，１１１がステージ１０３の左右両側に配置されている。また、ステージ１０３の上方を横断するようにＸ方向に延び、図示しない電気モータ等の駆動によりキャリッジ１０７をＸ方向に水平移動可能に支持する支持部材１１３が設けられている。支持部材１１３は、ガイドレール１１１，１１１上を移動可能に立設された一対の脚部１１５，１１５と、ステージ１０３の基板Ｓ載置面と平行になるように該脚部１１５，１１５に掛け渡されたガイド板１１７を備えている。この支持部材１１３は、たとえば電気モータを有する図示しない駆動機構により全体としてガイドレール１１１，１１１上をＹ方向に移動可能となっている。
【００４１】
また、ガイド板１１７には図示しない昇降機構が設けられており、昇降軸１１８を介して脚部１１５，１１５に対して鉛直方向に昇降変位可能に装着されている。
【００４２】
ガイド板１１７の下面には、図示しないガイド軸を介してキャリッジ１０７がＸ方向に移動可能に装着されている。キャリッジ１０７の下面（ステージ１０３および基板Ｓと対向する面）には前記精密吐出ノズル１０５が形成されている。そして、図示しない駆動機構による支持部材１１３のＹ方向の移動と、支持部材１１３におけるキャリッジ１０７のＸ方向の移動との組合せにより、ステージ１０３上方において精密吐出ノズル１０５をＸＹ面上に任意の軌道で移動させることができる。
【００４３】
精密吐出ノズル１０５は、第１実施形態の精密吐出ノズル５と同様の構成であるため、説明を省略する。また、精密吐出ノズル１０５は、キャリッジ１０７に搭載された液体材料タンク１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃに接続されており、そこから各種液体材料が供給される構成になっている。液体材料タンク１１９ａには導電体材料、液体材料タンク１１９ｂには絶縁体材料、液体材料タンク１１９ｃには半導体材料がそれぞれ収納されている。
【００４４】
また、支持部材１１３のガイド板１１７の下面には、キャリッジ１０７の周囲を囲むように被処理体表面に当接・離間可能に設けられた耐圧容器としての枠体１１６が設けられている。なお、図７では枠体１１６を部分的に切り欠いて現している。この枠体１１６の上端はガイド板１１７の下面に略垂直に接続され、下方が開口した形状になっており、開口の縁部１１６ａは例えばシール部材としてゴムなどのエラストマーにより構成されている。枠体１１６は、ガイド板１１７を上下に昇降させることにより、縁部１１６ａにおいて基板Ｓの表面に当接した状態と、離間した状態の二つの状態をとることができる。
【００４５】
枠体１１６に囲まれるように、その内側に配置されたキャリッジ１０７の下部には、水平方向にスライド可能な隔壁プレート１０８が設けられている。この隔壁プレート１０８は、図９に示すように、図示しない電気モータなどの駆動機構により、ノズル形成面１０７ａに対して平行にスライド移動する。この隔壁プレート１０８により、ノズル孔１０５ａが外部雰囲気から遮断された閉状態と、外部雰囲気に開放された開状態とを形成できる。従って、枠体１１６内を減圧状態にした際には、ノズル孔１０５ａが吐出空間に露出しないよう封止できる。
【００４６】
枠体１１６の側部には、内部へガスを導入するガス導入部１２６が設けられており、このガス導入部１２６はガス供給管１２９を介して例えばＡｒ、Ｎ２等のパージガスを供給するパージガス供給源１３１に接続されている。ガス供給管１２９の途中には、マスフローコントローラー１３３およびその前後のバルブ１３５，１３７が設けられており、パージガスを所定の流量でガス導入部１２６を介して枠体１１６内に導入できるようになっている。
【００４７】
また、前記ガス導入部１２６と対向する側の枠体１１６の側部には、排気口１３９が設けられており、この排気口１３９は図示しない真空ポンプを備えた排気装置１４１に接続されている。そして、枠体１１６を基板Ｓに当接させた状態で、排気装置１４１を作動させることにより、排気口１３９を介して枠体１１６内を所定の減圧状態にまで減圧できるように構成されている。
【００４８】
ステージ１０３には、抵抗加熱ヒータ１４５が埋設されており、ヒータ電源１４７から電力を供給することによりステージ１０３を加熱し、そこに載置された基板Ｓを加熱できるようになっている。
【００４９】
デバイス製造装置２００では、上記のような構成により、基板Ｓ上の予め設定された領域に対して液体デバイス材料を吐出し、例えばトランジスタなどの半導体デバイスを形成することができる。
なお、デバイス製造装置２００における他の構成は、第１実施形態のデバイス製造装置１００と同様であるため、同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
以上のように構成されるデバイス製造装置２００においては、例えば図１０に示す手順でデバイスの製造が行なわれる。
まず、ステップＳ１１では、基板Ｓをステージ１０３に載置し、枠体１１６が基板Ｓの上方に位置するまで支持部材１１３をガイドレール１１１，１１１に沿ってスライド移動させる。この状態では、隔壁プレート１０８が閉状態であり、精密吐出ノズル１０５のノズル孔１０５ａを外部雰囲気から遮断している。
【００５１】
次に、ステップＳ１２では、枠体１１６を下降させ、基板Ｓの上面（デバイス形成面）に枠体１１６の縁部１１６ａを当接させる。そして、ステップＳ１３では、排気装置１４１を作動させ、枠体１１６内を減圧排気する。これにより、枠体１１６内の吐出空間中の水分や酸素、さらに基板Ｓ上に形成された膜などから揮発した溶剤や化学物質などの揮発成分が除去される。このような減圧状態でも、精密吐出ノズル１０５は隔壁プレート１０８により隔離されていることから、精密吐出ノズル１０５のノズル孔１０５ａは大気圧状態に保たれ、メニスカスを良好な状態に維持できる。
【００５２】
次にステップＳ１４では、ステージ１０３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ１４５に電力を供給し、基板Ｓを所定温度に加熱する。なお、この加熱工程は任意である。
【００５３】
次に、ステップＳ１５では、精密吐出ノズル１１５を隔離した状態でガス導入部１２６を介してパージガス供給源１３１からパージガスを枠体１１６内に導入し、枠体１１６内の雰囲気をパージガスで置換するとともに、枠体１１６内の圧力を大気圧に戻す。
【００５４】
パージガスの導入により枠体１１６内が大気圧状態に回復した後、ステップＳ１６では、隔壁プレート１０８を開状態までスライドさせて精密吐出ノズル５の隔離を解除する。そして、ステップＳ１７では、キャリッジ７をＸ方向に往復移動させながら、基板Ｓ表面へむけて半導体デバイス材料の液滴を吐出する。精密吐出ノズル１０５からは、導電体、絶縁体および半導体の各液体材料が、数ピコリットル〜数マイクロリットルの微小な液滴として吐出されるため、基板Ｓ上に微細なデバイス構造を形成できる。また、微小な液滴が基板Ｓへ向けて飛翔する吐出空間は、減圧排気後に、パージガスによる雰囲気置換がなされていることから、液体材料成分が変質することはなく、デバイスへの悪影響を回避できる。
【００５５】
デバイス製造装置２００を使用してデバイスを作製する場合、上記ステップＳ１２〜ステップＳ１７の各工程は１回でもよいが、作製するデバイスの種類に応じて、図１０に示すようにステップＳ１２〜ステップＳ１７までの各工程を繰り返し実施してもよい。
【００５６】
吐出終了後は、必要に応じてステージ１０３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ１４５に電力を供給し、例えば５０〜１００℃程度に加熱して基板Ｓ上に形成されたデバイスの加熱、焼成を行なう（ステップＳ１８）。これにより、液体材料中に含まれる溶剤・溶媒などの成分を揮発させて除去することができる。このステップＳ１８の加熱／焼成工程は、任意工程である。
【００５７】
次に、ステップＳ１９では、ステージ１０３上に載置された基板Ｓを図示しない搬送機構により移動させる。以上のステップＳ１１〜ステップＳ１９までの一連の工程により、１枚の基板Ｓに対するデバイスの作製が終了し、フォトリソグラフィー工程やエッチング工程およびそのための設備を必要とせずに、基板Ｓの表面にトランジスタやキャパシタなどの半導体デバイスを製造できる。
【００５８】
以上、いくつかの実施形態を挙げ、本発明を詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記説明においては、基板ＳとしてＦＰＤ用ガラス基板などの矩形の大型基板を用いる場合を例に取り挙げたが、シリコンウエハなどの半導体基板を被処理体とする場合にも本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、例えばトランジスタ、キャパシタ、ＴＦＴ素子などの各種半導体デバイスの製造において好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ チャンバ
３ ステージ
５ 精密吐出ノズル
７ キャリッジ
１１ ガイドレール
１３ 支持部材
１５ 脚部
１７ ガイド板
１９ 液体材料タンク
３１ パージガス供給源
５０ コントローラ
５１ ユーザーインターフェース
５２ 記憶部
１００，２００ デバイス製造装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハやＦＰＤ基板などにトランジスタや配線などを含む各種の半導体デバイスを製造する過程では、レジスト塗布、露光、現像の各工程を含むフォトリソグラフィー技術によるパターニングや、エッチング、アッシング、洗浄などの基本工程が繰り返される。現在、半導体デバイスの製造には、高い加工精度を得るために、高真空技術やプラズマ技術が利用されている。
【０００３】
半導体デバイスの製造に使用される半導体製造装置は、基板の大型化や技術ノードの進展に伴う材料の変化などに対応しなければならないため、大型化する傾向にあり、装置構成やプロセスの改良などが繰り返されている。さらに、低コスト化と省エネルギー化による環境負荷の低減が求められる中、デバイス製造に必要な消費電力を抑制できることも半導体製造装置を選定する際に重要な要素になっている。
【０００４】
このような状況の中で、新たな半導体製造装置の提案として、半導体デバイス材料を微細な液滴の形で基板などの被処理体表面に吐出することによって半導体デバイスを製造する技術（以下、「液滴吐出法」と記す）が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６６６６９号公報（特許請求の範囲など）
【特許文献２】特開２００３−３１１１９７号公報（特許請求の範囲など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、特許文献２に記載の液滴吐出法による半導体デバイスの製造では、フォトリソグラフィーやエッチングなどの工程を削減できるため、半導体デバイスの製造コストを大幅に低減できるというメリットがある。一方、液滴吐出法では、使用する全ての半導体デバイス材料を溶液、分散液などの形態に液体化して用いる必要がある。しかし、液滴吐出ノズルから吐出される液滴は非常に微小であるため、液滴飛翔空間における雰囲気中の水分や酸素、さらには基板表面からの揮発成分などの存在により、液滴中の溶質濃度に変化が生じたり、成分が酸化されたりするなどの変質が生じ、半導体デバイスの特性に影響を及ぼすおそれがあるという問題があった。
【０００７】
液滴吐出法では、微細なノズル孔に連通して設けられた圧力室の内容積を、例えば圧電セラミックスなどの伸縮を利用して急激に変化させることにより、半導体デバイス材料をノズル孔から液滴として吐出する。このため、メニスカスとよばれるノズル孔内部における液体材料の気液界面状態が吐出性能に大きな影響を与えることが知られている。メニスカスは、周囲の圧力により大きな変動を受け、ノズル孔の外部が圧力室よりも減圧雰囲気であれば液体材料がノズル孔を介して流出してしまい、逆に外部が高い圧力雰囲気であれば液体材料はノズル孔内の奥深くまで後退してしまい、いずれも正常な吐出が不可能になる。従って、ノズルから吐出された液滴が被処理体表面に到達するまでの吐出空間は大気圧条件であることが必要であり、それ故、例えば吐出空間を減圧状態にしてその雰囲気を置換し、飛翔する液滴への影響を最小限に抑えるというような手段を講ずることができなかった。
【０００８】
従って本発明は、ノズルから吐出された液滴に変質等が生じないように吐出空間の雰囲気を効率良く置換することが可能なデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理体を載置する載置台を備えた第１の容器と、前記第１の容器内にパージガスを供給するガス供給機構と、前記第１の容器内を減圧排気する排気機構と、前記載置台に対向配備された液滴吐出ノズルから被処理体に向けて半導体デバイス材料の液滴を吐出する液滴吐出機構と、被処理体に対して液滴を吐出する吐出位置と液滴を吐出しない待機位置との間で、前記液滴吐出ノズルを移動させる移動機構と、前記待機位置において前記液滴吐出ノズルを隔離して大気圧状態に保持する第２の容器と、を備え、被処理体表面に半導体デバイスを製造するデバイス製造装置を用い、
被処理体を前記第１の容器内に搬入して前記載置台に載置する工程と、
前記待機位置において前記第２の容器により前記液滴吐出ノズルを隔離した状態で、前記第１の容器の内部を減圧する減圧工程と、
前記ガス供給機構から前記第１の容器内にパージガスを導入して該第１の容器内部の雰囲気を置換するとともに大気圧状態に戻す雰囲気置換工程と、
前記第２の容器による前記液滴吐出ノズルの隔離を解除し、該液滴吐出ノズルを前記吐出位置に移動させて被処理体へ向けて前記液滴を吐出する吐出工程と、
を含むことを特徴とする、デバイス製造方法を提供する。
【００１０】
本発明において、前記雰囲気置換工程の前に、前記載置台および前記第１の容器を加熱する第1の加熱工程を有することが好ましい。
また、前記吐出工程の後で、形成されたデバイスを焼成する第２の加熱工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、待機位置において液滴吐出ノズルを隔離して大気圧状態に保持するので、液滴吐出ノズルと被処理体との間の吐出空間の雰囲気置換を効率良く、かつ容易に行なうことができる。従って、液滴吐出ノズルから液滴として吐出された半導体デバイス材料が変質することを防止できる。
また、液滴吐出ノズルを用いて半導体デバイスを製造することにより、フォトリソグラフィー工程を削減することが可能となり、装置構成の簡素化、省エネルギー化、低コスト化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のデバイス製造装置の内部の概略構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態のデバイス製造装置の概略断面図。
【図３】精密吐出ノズルの封止構造の例を示す要部断面図。
【図４】精密吐出ノズルの封止構造の別の例を示す要部断面図。
【図５】デバイス形成手順の一例を示すフロー図。
【図６】キャパシタ製造の手順の一例を示す工程図。
【図７】第２実施形態のデバイス製造装置の概略構成を示す部分切り欠き斜視図。
【図８】第２実施形態のデバイス製造装置の概略断面図。
【図９】隔壁プレートの説明に供する要部断面図。
【図１０】デバイス形成手順の別の例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第1実施形態にかかるデバイス製造装置の内部の構造を示す概略斜視図であり、図２は、デバイス製造装置の概略構成を示す断面図である。このデバイス製造装置１００は、例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用ガラス基板やプラスチック基板などの基板Ｓを収容する第１の耐圧容器としてのチャンバ１を備えている。このチャンバ１は、気密に構成され、排気装置４１により減圧可能であり、また、図示しない基板搬入出口から基板Ｓを搬入または搬出できるように構成されている。デバイス製造装置１００のチャンバ１内には、搬入された基板Ｓを水平に載置して保持するためのステージ３と、このステージ３に載置された基板Ｓの上面（正確にはデバイス形成面）に対してデバイス材料を微小な液滴として吐出する精密吐出ノズル５を有するキャリッジ７と、このキャリッジ７をＹ方向に水平移動させる走査機構９とを有している。
【００１４】
走査機構９においては、Ｙ方向に延びる一対の平行なガイドレール１１，１１がステージ３の左右両側に配置されている。また、ステージ３上方を横断するようにＸ方向に延び、図示しない電気モータ等の駆動によりキャリッジ７をＸ方向に水平移動可能に支持する支持部材１３が設けられている。この支持部材１３は、ガイドレール１１，１１上を移動可能に立設された一対の脚部１５，１５と、ステージ３の基板Ｓ載置面と平行になるように該脚部１５，１５に掛け渡されたガイド板１７を備えている。支持部材１３は、たとえば電気モータを有する図示しない駆動機構により全体としてガイドレール１１，１１上をＹ方向に移動可能となっている。
【００１５】
ガイド板１７の下面には、図示しないガイド軸を介してキャリッジ７がＸ方向に移動可能に装着されている。キャリッジ７の下面（ステージ３および基板Ｓと対向する面）には前記精密吐出ノズル５が形成されている。そして、図示しない駆動機構による支持部材１３のＹ方向の移動と、支持部材１３におけるキャリッジ７のＸ方向の移動との組合せにより、ステージ３上方において精密吐出ノズル５をＸＹ面上に任意の軌道で移動させることができる。
【００１６】
精密吐出ノズル５は、例えばインクジェットプリンタ技術の分野において周知なインクジェットノズルと同様の液滴吐出機構により液滴吐出を行なうようになっている。精密吐出ノズル５における液滴吐出機構は、例えば多数の微細なノズル孔５ａと、該ノズル孔５ａに連通し、ピエゾ素子の収縮・伸長によって内部容積を増減可能に構成された圧力発生室（図示は省略）と、を有する液滴噴射ヘッドを備えている。そして、コントローラ５０（後述）からの電気的な駆動信号でピエゾ素子を駆動させて圧力発生室の容積を変化させ、その際に生じる内部圧力の上昇によって各ノズル孔５ａから液体デバイス材料を数ピコリットル〜数マイクロリットル程度の微小な液滴として基板Ｓへ向けて噴射できるように構成されている。また、精密吐出ノズル５の各ノズル孔５ａは、キャリッジ７に搭載された液体材料タンク１９ａ，１９ｂ，１９ｃに接続されており、そこから各種液体デバイス材料が供給される構成になっている。本実施形態では、液体材料タンク１９ａには例えばポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリ（３−メチルチオフェン）などの導電性ポリマーに代表される導電体材料、液体材料タンク１９ｂには例えばポリビニルフェノールなどの絶縁体材料、液体材料タンク１９ｃには例えばα，α’−ジデシルペンタチオフェン、α，α’−ジデシルヘプタチオフェン、α，α’−ジデシルヘキサチオフェン、α，α’−ジヘキシルヘキサチオフェン、α，α’−ジエチルヘキサチオフェン、ヘキサチオフェンなどの半導体材料がそれぞれ収納されている。なお、上記以外にも、例えばドデシルベンゼンスルホン酸、エチレングリコール等の界面活性剤を収容する液体材料タンクを配備して、界面活性剤を吐出することも可能である。
なお、精密吐出ノズル５の構成は、デバイス材料を微小な液滴として吐出できるものであれば上記構成に限るものではない。
【００１７】
支持部材１３がステージ３（および基板Ｓ）に対向しない領域である待機位置には、封止部材２１が配備されている。なお、精密吐出ノズル５を待機させる待機位置は、チャンバ１内のどの位置でもよく、チャンバ１の外に配置されていてもよい。この封止部材２１は、上面が開口した筐体であり、例えば金属等の材質の耐圧容器として構成され、図示しない昇降機構によって鉛直方向に昇降自在に設けられ、その開口した縁部２１ａは、例えばゴムなどのエラストマーにより構成されている。
【００１８】
図３および図４は、封止部材２１による隔離構造を示す拡大図である。まず、図３（ａ）は、支持部材１３のガイド板１７の下面（当接面１７ａ）に封止部材２１の開口の縁部２１ａを押し当てた状態を示している。このように支持部材１３のガイド板１７の下面は、チャンバ１内が減圧にされた状態で精密吐出ノズル５を隔離するため、第２の耐圧容器としての封止部材２１を気密に当接させて封止する当接面１７ａとして機能する。この場合、キャリッジ７は全体として封止部材２１の内部に収容され、外部雰囲気から隔離される。また、封止部材２１の縁部２１ａは、ガイド板１７の当接面１７ａに押し当てられた際に押圧力によって弾性変形し、気密性を確保できるようになっている。
【００１９】
図３（ｂ）は、封止部材２１による隔離構造の別の例に関するものであり、キャリッジ７のノズル形成面７ａに封止部材２１を当接した状態を示している。つまり、この場合には、キャリッジ７のノズル形成面７ａが当接面として機能する。ノズル形成面７ａには多数のノズル孔５ａが形成されているが、その周囲を囲むように封止部材２１の開口の縁部２１ａを押し当てる。ノズル形成面７ａに押し当てられた際に、縁部２１ａは押圧力によって弾性変形するため、気密性を確保できるようになっている。これにより、ノズル孔５ａを隔離して外部圧力の変化の影響を遮断できる。
【００２０】
また、封止部材のさらに別の例としては、例えば図４（ａ），図４（ｂ）に示すものを挙げることができる。図４（ａ）に示す例では、封止部材２１がフランジ２１ｂを備えており、このフランジ２１ｂをガイド板１７の当接面１７ａに対してＯリングなどのシール部材２２を介して押圧させることにより気密性を確保し、精密吐出ノズル５を隔離できる。また、図４（ｂ）に示す例では、封止部材２１の縁部がキャリッジ７のノズル形成面７ａに嵌合できるように構成されており、この嵌合部２５にＯリングなどのシール部材２４を配備することにより、精密吐出ノズル５を隔離することができる。なお、封止部材２１による精密吐出ノズル５の隔離構造は、図３、図４に例示したものに限らず、気密性を確保できる構造であればどのような構造でもよい。
【００２１】
図２に示すように、チャンバ１の天板１ａの中央部には、チャンバ１内にガスを導入するガス導入部２６が設けられており、このガス導入部２６はガス供給管２９を介して例えばＡｒ、Ｎ２等のパージガスを供給するパージガス供給源３１に接続されている。ガス供給管２９の途中には、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）３３およびその前後のバルブ３５，３７が設けられており、パージガスを所定の流量でガス導入部２６を介してチャンバ１内に導入できるようになっている。
なお、ガス導入部２６は、チャンバ１の上部に限らず、例えばチャンバ１の側壁１ｃや、底板１ｂに設けることもできる。
【００２２】
また、チャンバ１の底板１ｂには、複数の排気口３９が設けられており、この排気口３９は図示しない真空ポンプを備えた排気装置４１に接続されている。そして、排気装置４１を作動させることにより、排気口３９を介してチャンバ１内を所定の減圧状態にまで減圧できるように構成されている。なお、パージガスによるチャンバ１内の雰囲気置換を効率的に行なうためには、ガス導入部２６と排気口３９を並列的に配設するよりも、図２に示すように互いに対向して配設することが好ましい。
【００２３】
チャンバ１の天板１ａには、例えばタングステンランプなどからなる複数の加熱ランプ４３が設けられており、チャンバ１内を昇温できるようになっている。また、ステージ３には、抵抗加熱ヒータ４５が埋設されており、ヒータ電源４７から電力を供給することによりステージ３を加熱し、そこに載置された基板Ｓを加熱できるようになっている。なお、加熱ランプ４３や抵抗加熱ヒータ４５などの加熱手段（加熱機構）は、チャンバ１の上部（天板１ａ）または下部（ステージ３または底板１ｂ）のどちらか一方に配備されていればよいが、図２に例示のように上下部の両方に配備することにより加熱時間を短縮してデバイス形成のスループットを向上させることができる。
【００２４】
デバイス製造装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。コントローラ５０には、工程管理者がデバイス製造装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、デバイス製造装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
【００２５】
また、コントローラ５０には、デバイス製造装置１００で実行される各種処理をコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００２６】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等によって任意のレシピを記憶部５２から呼び出してコントローラ５０に実行させることで、コントローラ５０の制御下で、デバイス製造装置１００で所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００２７】
デバイス製造装置１００では、上記のような構成により、基板Ｓ上の予め設定された領域に対して液体デバイス材料を吐出し、例えばトランジスタなどの半導体デバイスを形成することができる。
【００２８】
以上のように構成されるデバイス製造装置１００においては、例えば図５に示す手順でデバイスの製造が行なわれる。
まず、ステップＳ１では、図示しない基板搬入出口より基板Ｓをチャンバ１内に搬入し、ステージ３上に載置する。
次に、支持部材１３をガイドレール１１，１１に沿ってスライド移動させることにより、キャリッジ７を待機位置、すなわち精密吐出ノズル５が基板Ｓと対向する位置より外れ、封止部材２１に対向する位置まで移動させる。この状態で、ステップＳ２では、封止部材２１を上昇させて支持部材１３の当接面１７ａに封止部材２１の縁部２１ａを当接させ、精密吐出ノズル５を隔離する。
【００２９】
ステップＳ３では、精密吐出ノズル５を隔離した状態で、排気装置４１を作動させ、チャンバ１内を所定の圧力まで減圧排気する。これにより、チャンバ１内雰囲気中の水分や酸素、さらに基板Ｓ上に形成された膜などから揮発した溶剤や化学物質などの揮発成分が除去される。このような減圧状態でも、精密吐出ノズル５は封止部材２１によって隔離されていることから、精密吐出ノズル５のノズル孔５ａは大気圧状態に保たれ、メニスカスを良好な状態に維持できる。
【００３０】
次にステップＳ４では、チャンバ１の天井部に配設された加熱ランプ４３および／またはステージ３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ４５に電力を供給し、チャンバ１内雰囲気と基板Ｓを所定温度に加熱する。なお、この加熱工程は任意である。
【００３１】
次に、ステップＳ５では、精密吐出ノズル５を隔離した状態でガス導入部２６を介してパージガス供給源３１からパージガスをチャンバ１内に導入し、チャンバ１内雰囲気をパージガスで置換するとともに、チャンバ１内の圧力を大気圧に戻す。
【００３２】
パージガスの導入によりチャンバ１内が大気圧状態に回復した後、ステップＳ６では、封止部材２１を下降させて精密吐出ノズル５の隔離を解除し、支持部材１３を移動させることにより、待機位置にあったキャリッジ７の精密吐出ノズル５をステージ３に載置された基板Ｓに対向する吐出位置まで移動させる。そして、ステップＳ７では、キャリッジ７をＸ方向に往復移動させながら、基板Ｓ表面へ向けて液体デバイス材料の液滴を吐出する。精密吐出ノズル５からは、導電体、絶縁体および半導体の各液体材料が、数ピコリットル〜数マイクロリットルの微小な液滴として吐出されるため、基板Ｓ上に微細なデバイス構造を形成できる。また、微小な液滴が基板Ｓへ向けて飛翔する吐出空間は、減圧排気後とパージガスによる雰囲気置換がなされていることから、液体材料成分が変質することがなく、良質なデバイスが製造される。
【００３３】
デバイス製造装置１００を使用してデバイスを作製する場合、上記ステップＳ２〜ステップＳ７の各工程は１回でもよいが、作製するデバイスの種類に応じ、図５に示すようにステップＳ７の終了後ステップＳ２の処理に戻り、ステップＳ２〜ステップＳ７までの工程を繰り返し実施してもよい。
【００３４】
吐出終了後は、必要に応じてチャンバ１の天井部に配設された加熱ランプ４３および／またはステージ３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ４５に電力を供給し、例えば５０〜１００℃程度に加熱して基板Ｓ上に形成されたデバイスの加熱、焼成を行なう（ステップＳ８）。これにより、液体材料中に含まれる溶剤・溶媒などの成分を揮発させて除去することができる。なお、このステップＳ８の加熱／焼成工程は、任意工程である。
【００３５】
次に、ステップＳ９では、ステージ３上に載置された基板Ｓを図示しない基板搬入出口を介してチャンバ１外へ搬出する。以上のステップＳ１〜ステップＳ９までの一連の工程により、１枚の基板Ｓに対するデバイスの作製が終了する。
【００３６】
図６（ａ）〜（ｅ）は、デバイス製造装置１００を使用してデバイスの一例であるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等に利用可能なメモリセルを製造する場合の概略工程を示している。まず、図６（ａ）に示すように、キャリッジ７に搭載された液体材料タンク１９ａから例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の基板Ｓ表面に向けて導電体材料を精密吐出ノズル５を介して吐出し、ゲート電極２０１を形成する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、液体材料タンク１９ｂから絶縁材料を吐出し、ゲート電極２０１を覆うように積層膜２０２（ゲート絶縁膜と半導体膜が積層された構造のもの；絶縁膜のみ図示）を形成する。さらに、このように形成されたゲート構造に隣接する領域に、液体材料タンク１９ａから導電体材料を精密吐出ノズル５を介して吐出し、図６（ｃ）に示すように、ソース・ドレイン用電極２０３ａ，２０３ｂを形成する。次に、図６（ｄ）に示すように、液体材料タンク１９ｂから絶縁材料を吐出し、ソース・ドレイン用電極２０３ａ，２０３ｂを覆うように容量膜２０４と絶縁膜２０５を形成する。そして、最後に液体材料タンク１９ａから導電体材料を精密吐出ノズル５を介して吐出し、図６（ｅ）に示すように、容量膜２０４を覆うように容量電極２０６を形成する。
【００３８】
図６（ｆ）は、図６（ｄ）の段階（容量膜２０４が形成された状態）の平面図である。このように精密吐出ノズル５から吐出されたデバイス材料の液滴は、基板Ｓの表面において円形に拡がるので、異なる液体デバイス材料を順次吐出、重ね打ちして積層していくことにより、フォトリソグラフィー工程やエッチング工程およびそのための設備を必要とせずに、基板Ｓの表面に所望の構造で半導体デバイスを形成できる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図７および図８は、本発明の第２実施形態に係るデバイス製造装置２００の概略構成を示す図面である。本実施形態に係るデバイス製造装置２００は、チャンバを必要としない構成であるため、基板Ｓが大型でチャンバ内に収容しきれない場合に有利に使用できる。
このデバイス製造装置２００は、例えばＦＰＤ用ガラス基板やプラスチック基板などの基板Ｓを水平に載置して保持するためのステージ１０３と、このステージ１０３に載置された基板Ｓの上面（正確にはデバイス形成面）に対してデバイス材料を微小な液滴として吐出する精密吐出ノズル１０５を有するキャリッジ１０７と、このキャリッジ１０７をＹ方向に水平移動させる走査機構１０９とを有している。
【００４０】
走査機構１０９においては、Ｙ方向に延びる一対の平行なガイドレール１１１，１１１がステージ１０３の左右両側に配置されている。また、ステージ１０３の上方を横断するようにＸ方向に延び、図示しない電気モータ等の駆動によりキャリッジ１０７をＸ方向に水平移動可能に支持する支持部材１１３が設けられている。支持部材１１３は、ガイドレール１１１，１１１上を移動可能に立設された一対の脚部１１５，１１５と、ステージ１０３の基板Ｓ載置面と平行になるように該脚部１１５，１１５に掛け渡されたガイド板１１７を備えている。この支持部材１１３は、たとえば電気モータを有する図示しない駆動機構により全体としてガイドレール１１１，１１１上をＹ方向に移動可能となっている。
【００４１】
また、ガイド板１１７には図示しない昇降機構が設けられており、昇降軸１１８を介して脚部１１５，１１５に対して鉛直方向に昇降変位可能に装着されている。
【００４２】
ガイド板１１７の下面には、図示しないガイド軸を介してキャリッジ１０７がＸ方向に移動可能に装着されている。キャリッジ１０７の下面（ステージ１０３および基板Ｓと対向する面）には前記精密吐出ノズル１０５が形成されている。そして、図示しない駆動機構による支持部材１１３のＹ方向の移動と、支持部材１１３におけるキャリッジ１０７のＸ方向の移動との組合せにより、ステージ１０３上方において精密吐出ノズル１０５をＸＹ面上に任意の軌道で移動させることができる。
【００４３】
精密吐出ノズル１０５は、第１実施形態の精密吐出ノズル５と同様の構成であるため、説明を省略する。また、精密吐出ノズル１０５は、キャリッジ１０７に搭載された液体材料タンク１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃに接続されており、そこから各種液体材料が供給される構成になっている。液体材料タンク１１９ａには導電体材料、液体材料タンク１１９ｂには絶縁体材料、液体材料タンク１１９ｃには半導体材料がそれぞれ収納されている。
【００４４】
また、支持部材１１３のガイド板１１７の下面には、キャリッジ１０７の周囲を囲むように被処理体表面に当接・離間可能に設けられた耐圧容器としての枠体１１６が設けられている。なお、図７では枠体１１６を部分的に切り欠いて現している。この枠体１１６の上端はガイド板１１７の下面に略垂直に接続され、下方が開口した形状になっており、開口の縁部１１６ａは例えばシール部材としてゴムなどのエラストマーにより構成されている。枠体１１６は、ガイド板１１７を上下に昇降させることにより、縁部１１６ａにおいて基板Ｓの表面に当接した状態と、離間した状態の二つの状態をとることができる。
【００４５】
枠体１１６に囲まれるように、その内側に配置されたキャリッジ１０７の下部には、水平方向にスライド可能な隔壁プレート１０８が設けられている。この隔壁プレート１０８は、図９に示すように、図示しない電気モータなどの駆動機構により、ノズル形成面１０７ａに対して平行にスライド移動する。この隔壁プレート１０８により、ノズル孔１０５ａが外部雰囲気から遮断された閉状態と、外部雰囲気に開放された開状態とを形成できる。従って、枠体１１６内を減圧状態にした際には、ノズル孔１０５ａが吐出空間に露出しないよう封止できる。
【００４６】
枠体１１６の側部には、内部へガスを導入するガス導入部１２６が設けられており、このガス導入部１２６はガス供給管１２９を介して例えばＡｒ、Ｎ２等のパージガスを供給するパージガス供給源１３１に接続されている。ガス供給管１２９の途中には、マスフローコントローラー１３３およびその前後のバルブ１３５，１３７が設けられており、パージガスを所定の流量でガス導入部１２６を介して枠体１１６内に導入できるようになっている。
【００４７】
また、前記ガス導入部１２６と対向する側の枠体１１６の側部には、排気口１３９が設けられており、この排気口１３９は図示しない真空ポンプを備えた排気装置１４１に接続されている。そして、枠体１１６を基板Ｓに当接させた状態で、排気装置１４１を作動させることにより、排気口１３９を介して枠体１１６内を所定の減圧状態にまで減圧できるように構成されている。
【００４８】
ステージ１０３には、抵抗加熱ヒータ１４５が埋設されており、ヒータ電源１４７から電力を供給することによりステージ１０３を加熱し、そこに載置された基板Ｓを加熱できるようになっている。
【００４９】
デバイス製造装置２００では、上記のような構成により、基板Ｓ上の予め設定された領域に対して液体デバイス材料を吐出し、例えばトランジスタなどの半導体デバイスを形成することができる。
なお、デバイス製造装置２００における他の構成は、第１実施形態のデバイス製造装置１００と同様であるため、同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
以上のように構成されるデバイス製造装置２００においては、例えば図１０に示す手順でデバイスの製造が行なわれる。
まず、ステップＳ１１では、基板Ｓをステージ１０３に載置し、枠体１１６が基板Ｓの上方に位置するまで支持部材１１３をガイドレール１１１，１１１に沿ってスライド移動させる。この状態では、隔壁プレート１０８が閉状態であり、精密吐出ノズル１０５のノズル孔１０５ａを外部雰囲気から遮断している。
【００５１】
次に、ステップＳ１２では、枠体１１６を下降させ、基板Ｓの上面（デバイス形成面）に枠体１１６の縁部１１６ａを当接させる。そして、ステップＳ１３では、排気装置１４１を作動させ、枠体１１６内を減圧排気する。これにより、枠体１１６内の吐出空間中の水分や酸素、さらに基板Ｓ上に形成された膜などから揮発した溶剤や化学物質などの揮発成分が除去される。このような減圧状態でも、精密吐出ノズル１０５は隔壁プレート１０８により隔離されていることから、精密吐出ノズル１０５のノズル孔１０５ａは大気圧状態に保たれ、メニスカスを良好な状態に維持できる。
【００５２】
次にステップＳ１４では、ステージ１０３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ１４５に電力を供給し、基板Ｓを所定温度に加熱する。なお、この加熱工程は任意である。
【００５３】
次に、ステップＳ１５では、精密吐出ノズル１１５を隔離した状態でガス導入部１２６を介してパージガス供給源１３１からパージガスを枠体１１６内に導入し、枠体１１６内の雰囲気をパージガスで置換するとともに、枠体１１６内の圧力を大気圧に戻す。
【００５４】
パージガスの導入により枠体１１６内が大気圧状態に回復した後、ステップＳ１６では、隔壁プレート１０８を開状態までスライドさせて精密吐出ノズル５の隔離を解除する。そして、ステップＳ１７では、キャリッジ７をＸ方向に往復移動させながら、基板Ｓ表面へむけて半導体デバイス材料の液滴を吐出する。精密吐出ノズル１０５からは、導電体、絶縁体および半導体の各液体材料が、数ピコリットル〜数マイクロリットルの微小な液滴として吐出されるため、基板Ｓ上に微細なデバイス構造を形成できる。また、微小な液滴が基板Ｓへ向けて飛翔する吐出空間は、減圧排気後に、パージガスによる雰囲気置換がなされていることから、液体材料成分が変質することはなく、デバイスへの悪影響を回避できる。
【００５５】
デバイス製造装置２００を使用してデバイスを作製する場合、上記ステップＳ１２〜ステップＳ１７の各工程は１回でもよいが、作製するデバイスの種類に応じて、図１０に示すようにステップＳ１２〜ステップＳ１７までの各工程を繰り返し実施してもよい。
【００５６】
吐出終了後は、必要に応じてステージ１０３に埋設配備された抵抗加熱ヒータ１４５に電力を供給し、例えば５０〜１００℃程度に加熱して基板Ｓ上に形成されたデバイスの加熱、焼成を行なう（ステップＳ１８）。これにより、液体材料中に含まれる溶剤・溶媒などの成分を揮発させて除去することができる。このステップＳ１８の加熱／焼成工程は、任意工程である。
【００５７】
次に、ステップＳ１９では、ステージ１０３上に載置された基板Ｓを図示しない搬送機構により移動させる。以上のステップＳ１１〜ステップＳ１９までの一連の工程により、１枚の基板Ｓに対するデバイスの作製が終了し、フォトリソグラフィー工程やエッチング工程およびそのための設備を必要とせずに、基板Ｓの表面にトランジスタやキャパシタなどの半導体デバイスを製造できる。
【００５８】
以上、いくつかの実施形態を挙げ、本発明を詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記説明においては、基板ＳとしてＦＰＤ用ガラス基板などの矩形の大型基板を用いる場合を例に取り挙げたが、シリコンウエハなどの半導体基板を被処理体とする場合にも本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、例えばトランジスタ、キャパシタ、ＴＦＴ素子などの各種半導体デバイスの製造において好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ チャンバ
３ ステージ
５ 精密吐出ノズル
７ キャリッジ
１１ ガイドレール
１３ 支持部材
１５ 脚部
１７ ガイド板
１９ 液体材料タンク
３１ パージガス供給源
５０ コントローラ
５１ ユーザーインターフェース
５２ 記憶部
１００，２００ デバイス製造装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を載置する載置台を備えた第１の容器と、前記第１の容器内にパージガスを供給するガス供給機構と、前記第１の容器内を減圧排気する排気機構と、前記載置台に対向配備された液滴吐出ノズルから被処理体に向けて半導体デバイス材料の液滴を吐出する液滴吐出機構と、被処理体に対して液滴を吐出する吐出位置と液滴を吐出しない待機位置との間で、前記液滴吐出ノズルを移動させる移動機構と、前記待機位置において前記液滴吐出ノズルを隔離して大気圧状態に保持する第２の容器と、を備え、被処理体表面に半導体デバイスを製造するデバイス製造装置を用い、
被処理体を前記第１の容器内に搬入して前記載置台に載置する工程と、
前記待機位置において前記第２の容器により前記液滴吐出ノズルを隔離した状態で、前記第１の容器の内部を減圧する減圧工程と、
前記ガス供給機構から前記第１の容器内にパージガスを導入して該第１の容器内部の雰囲気を置換するとともに大気圧状態に戻す雰囲気置換工程と、
前記第２の容器による前記液滴吐出ノズルの隔離を解除し、該液滴吐出ノズルを前記吐出位置に移動させて被処理体へ向けて前記液滴を吐出する吐出工程と、
を含むことを特徴とする、デバイス製造方法。
【請求項２】
前記雰囲気置換工程の前に、前記載置台および前記第１の容器を加熱する第1の加熱工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス製造方法。
【請求項３】
前記吐出工程の後で、形成されたデバイスを焼成する第２の加熱工程を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のデバイス製造方法。
【請求項１】
被処理体を載置する載置台を備えた第１の容器と、前記第１の容器内にパージガスを供給するガス供給機構と、前記第１の容器内を減圧排気する排気機構と、前記載置台に対向配備された液滴吐出ノズルから被処理体に向けて半導体デバイス材料の液滴を吐出する液滴吐出機構と、被処理体に対して液滴を吐出する吐出位置と液滴を吐出しない待機位置との間で、前記液滴吐出ノズルを移動させる移動機構と、前記待機位置において前記液滴吐出ノズルを隔離して大気圧状態に保持する第２の容器と、を備え、被処理体表面に半導体デバイスを製造するデバイス製造装置を用い、
被処理体を前記第１の容器内に搬入して前記載置台に載置する工程と、
前記待機位置において前記第２の容器により前記液滴吐出ノズルを隔離した状態で、前記第１の容器の内部を減圧する減圧工程と、
前記ガス供給機構から前記第１の容器内にパージガスを導入して該第１の容器内部の雰囲気を置換するとともに大気圧状態に戻す雰囲気置換工程と、
前記第２の容器による前記液滴吐出ノズルの隔離を解除し、該液滴吐出ノズルを前記吐出位置に移動させて被処理体へ向けて前記液滴を吐出する吐出工程と、
を含むことを特徴とする、デバイス製造方法。
【請求項２】
前記雰囲気置換工程の前に、前記載置台および前記第１の容器を加熱する第1の加熱工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス製造方法。
【請求項３】
前記吐出工程の後で、形成されたデバイスを焼成する第２の加熱工程を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４８２３８（Ｐ２０１３−４８２３８Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８０５５６（Ｐ２０１２−１８０５５６）
【出願日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【分割の表示】特願２００６−３２２９９５（Ｐ２００６−３２２９９５）の分割
【原出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【分割の表示】特願２００６−３２２９９５（Ｐ２００６−３２２９９５）の分割
【原出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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