CN1912179A - 制膜装置、制膜方法、图案化方法、光学装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够提高微细图案的形成精度的制膜装置。具备：在基体(160)上喷出第一化学种的第一喷嘴(102a)、在基体(160)上喷出第二化学种的第二喷嘴(102b)、储存第一化学种的材料储藏室(101a)和发生反应活性物种的反应活性物种发生部(103a)、储存第二化学种的材料储藏室(101b)和发生反应活性物种的反应活性物种发生部(103b)，其中，将第一喷嘴(102a)与第二喷嘴(102b)配置得使被喷出的第一化学种的流与第二化学种的流交叉。

Description

制膜装置、制膜方法、图案化方法、光学装置的制造方法
技术领域
本发明涉及制膜装置、制膜方法、图案化方法、光学装置的制造方法、以及电子装置的制造方法。
背景技术
在晶体管等电子装置的制造中，作为形成微细图案的方法，已知有喷墨法、用掩模的图案化法等。但是采用喷墨法的情况下，为了获得高的图案精度必须将被喷出的液滴微小化，但是液滴的微小化是迄今有限度的。而且掩模图案化法，当制成大面积掩模时由于掩模发生翘曲，所以大面积基板的图案化特别困难。
在专利文献1中公开了一种膜形成装置，其中具备可以调整到规定真空度的真空腔室，与材料供给源连接并且被安装在真空腔室中、对该真空腔室供给来自材料供给源之材料的喷嘴，被设置在真空腔室内保持固定基体的基体台架，以及能使喷嘴和基体台架至少二者之任一方移动的移动机构，利用移动机构可以控制喷嘴和基体的相对位置。由此，可以在基体的所希望的位置上选择性地形成膜。而且通过控制喷嘴和基体的距离，能够适当设定形成膜的区域的面积。
专利文献1：WO2003/026359号公报
非专利文献：李远哲“元素化学过程的分子束研究”，诺贝尔报告，1986年12月8日，320～354页。
发明内容
本发明的形态之一，在制膜装置、制膜方法、图案化方法、光学装置的制造方法、以及电子装置的制造方法中，具有形成更加微细图案的效果。
本发明的制膜装置，具备喷出第一化学种的第一喷嘴，和喷出第二化学种的第二喷嘴。
由此，通过从多个喷嘴喷出不同的化学种，能够形成由不同的化学种构成的膜。
而且当上述第一化学种与上述第二化学种引起化学反应的情况下，不必分离上述第一化学种与上述第二化学种就能形成该化学反应而产生的生成物的膜。而且，既能使上述第一化学种和上述第二化学种与第三化学种反应，也能使上述第一化学种和上述第二化学种分别与不同的化学种反应。也就是说，根据所需的膜将化学种适当组合，能够同时形成具有不同组成的膜。
此外，应当将所述第一喷嘴和第二喷嘴设置得：使从所述第一喷嘴喷出的所述第一化学种的流中的至少一部分与从所述第二喷嘴喷出的所述第二化学种的流中的至少一部分重叠。
由此，由于在第一化学种的流与第二化学种的流的重叠部分诱发反应，所以能形成比各化学种的流的断面积更加微小的膜。
此外，还包括使所述第一化学种发生的第一化学种发生部，所述第一化学种部以第一化学种形式发生反应活性物种。
这里所述“反应活性物种”，例如是通过聚合等在同种物质间反应的化学种，或者与其他化学种引起化学反应的化学种，具体讲例如有游离基、离子游离基、离子、或低原子价化学种等。
作为发生反应活性物种的办法，例如有进行电磁波照射的方法。作为所述电磁波，例如可以根据所述第一化学种或者所述第一化学种的前体的不同，适当采用例如毫米波、亚毫米波、微波、红外光、可见光、紫外光、真空紫外光、X射线等所谓的以电磁波、光波、X射线为代表的具有各种波长的电磁波。
例如作为电磁波，利用通过对所述第一化学种的前体照射微波或电磁波而发生的等离子体，也可以使所述第一化学种发生。
而且也可以利用光作为所述电磁波。例如，既可以利用光学窗口或者光纤，将光线导入上述第一化学种发生部，也可以设置直接光源。
而且还可以在第一化学种发生部设置加热部，通过加热发生反应活性物种。
此外，其中具备腔室，所述第一和第二喷嘴被设置在所述腔室内，所述腔室内的压力最好设定在1.3×10-1Pa以下。由此，也能够容易喷出难于喷出的化学种。
而且最好使第一和第二化学种的流处于自由射流状态或者超音速分子射流状态下。通过发生自由射流，由于能使分子的振动或旋转等能级处于最低状态下，所以能够抑制化学种或反应活性物种的副反应。
本发明的制膜方法，通过使第一喷嘴喷出的第一化学种的流的至少一部分与第二喷嘴喷出的第二化学种的流的至少一部分重叠，诱发所述第一化学种与所述第二化学种的化学反应，在基体上形成由所述化学反应而产生的生成物的成膜。
由此，由于在第一化学种的流与第二化学种的流的重叠部分诱发反应，所以能够形成比各化学种的流的断面积更微小的膜。
而且，最好其中所述第一和第二化学种至少一种是反应活性物种。
这里所述反应活性物种，是通过聚合等在同种物种之间反应的化学种，或者与其他化学种化学反应的化学种，具体讲，例如是游离基、离子游离基、离子或低原子价化学种等。
作为使反应活性物种发生的办法，例如有进行电磁波照射的方法。作为所述电磁波，根据所述第一化学种或者所述第一化学种的前体的不同，可以适当采用，例如毫米波、亚毫米波、微波、红外光、可见光、紫外光、真空紫外光、X射线等所谓的以电波、光波、X射线为代表的具有各种波长的电磁波。作为所述电磁波，例如也可以利用通过对所述第一化学种的前体照射微波或无线电波等而发生的等离子体，发生所述第一化学种。
而且还可以利用光作为所述电磁波。例如既可以利用光学窗口或光纤将光线导入上述第一化学种发生部，也可以设置直接光源。
而且还可以通过加热使所述反应活性物种发生。
而且所述基体，优选在最表面上含有由与所述第一和第二化学种均不反应的材料组成的基底膜。
由此，能够抑制第一化学种的流和第二化学种的流重叠部分以外的区域内的化学反应。
另外，所述第一和第二化学种的流最好是自由射流。由此，由于能使分子的振动或旋转等的能级处于最低状态下，所以能够抑制化学种或反应活性物种的副反应。
从所述第一喷嘴的所述第一化学种的喷出和从所述第二喷嘴的所述第二化学种的喷出，最好是在压力被调整到1.3×10-1Pa以下的腔室内进行。由此，也能够容易喷出难于喷出的化学种。
本发明的制膜方法，可以用于LED阵列、TFT、传感器等，以及具备这些的光学装置和电子装置的制造之中，而且还可以用于组合工艺之中。这里所谓的光学装置，例如是指其中具备液晶元件、具有分散了电泳粒子的分散介质的电泳元件、EL元件等的装置。而且所谓的电子装置，例如包括：IC卡、移动电话机、摄像机、个人计算机、可视显示器、背置型或前置型投影仪、以及带有显示功能的传真装置、数码相机的取景器、便携式电视机、DSP装置、PDA、电子记事本、光电显示板、宣传广告用的显示板等。
本发明的图案化方法，其中通过使从第一喷嘴喷出的第一化学种的流的至少一部分与从第二喷嘴喷出的第二化学种的流的至少一部分重叠，诱发所述第一化学种与所述第二化学种间的化学反应，形成所述化学反应而产生的生成物膜的图案。
由此，由于在第一化学种的流与第二化学种的流的重叠部分可以诱发反应，所以能够形成比各化学种的流的断面积更加微小的膜。
而且所述第一和第二化学种的至少一种最好是反应活性物种。
这里所谓的反应活性物种，是通过聚合等在同种物种之间反应的化学种，或者与其他化学种化学反应的化学种，具体讲，例如是游离基、离子游离基、离子或低原子价化学种等。
附图说明
图1是表示本发明的制膜装置的构成的视图。
图2(A)～图2(D)是表示形成亚甲硅烷前体的硅化合物的实例。
图3(A)、图3(B)是表示喷嘴的配置和从喷嘴对基体喷出的自由射流状态的示意图。
图4是说明亚甲硅烷和甲硅烷的聚合反应的图。
图5(A)～图5(C)是表示制造TFT的工序的图。
图6(A)、图6(B)是表示本发明的制膜装置的化学种发生部分与将喷嘴一体化的构成例的图。
图中：100-制膜装置，101a、b-材料储藏室，102a、b-喷嘴，103a、b-反应活性物种发生部，104-腔室，105-载气供给源，106-基体台架，108-配管，150-真空装置，160-基体
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的制膜装置100的构成的图。
如图所示，制膜装置100备有：材料储藏室101a、101b，喷嘴102a、102b，加热部(第一和第二化学种发生部)103a、103b，腔室104，载气供给源105和基体台架106。
喷嘴102a、102b和基体台架106被设置在腔室104内。腔室104通过配管108与真空装置150相连，能够调整腔室104内的真空度。
在材料储藏室101a、101b内，储存有从喷嘴102a、102b喷出的化学种，或者从喷嘴102a、102b喷出的化学种的前体。
加热部103a、103b，分别被设置在材料储藏室101a、101b与喷嘴102a、102b之间，备有加热机构。加热部103通过以前体形式对从材料储藏室101供给的材料加热，使其发生反应活性物种。
所谓反应活性物种，是通过聚合等在同化学种之间反应的化学种，或者与其他化学种化学反应的化学种，具体讲，例如是游离基、离子游离基、离子或低原子价化学种等。
加热部103的加热机构，可以根据所用材料的沸点或熔点等物理性质以及反应方式等化学性质，或所发生的化学种的种类等，所发生的化学种的必要量等适当选择，例如也可以使用热盘加热器、辐射管式加热器、外壳(管式)加热器、塞式加热器、法兰式加热器、带筋加热器、套筒式加热器、微波加热器、铸造加热器、手动加热器、板式加热器、块式加热器、石英管加热器、硅橡胶加热器、带式加热器、碳棒加热器、Ni-Cr发热元件、Fe-Cr发热元件、SiC发热元件等的加热装置，以及带有高频或者微波等电磁波发生器的加热装置。而且，还可以向加热部103适当导入氧、氯或氟等反应性气体或氩气、氦气或氮气等惰性气体。此外，为了促进化学种的发生，或者调整发生效率或反应温度，还可以使加热部103内具备催化剂等。
其中，也可以利用电磁波代替加热部103a、103b来发生反应活性物种。作为电磁波采用光的情况下，还可以在连接材料储藏室101a、101b与喷嘴102a、102b的通路上设置光学窗，利用光线使反应活性物种发生。而且也可以利用光纤等光源代替光学窗导入光线。
或者也可以设置微波、无线电波等电磁波的照射机构，利用通过照射微波、无线电波等而形成的等离子体的状态使反应活性物种发生。
喷嘴102a、102b喷出由加热部103供给的反应活性物种，发生自由射流。喷嘴102a与喷嘴102b，被配置得各自喷出的自由射流中的至少一部分重叠。
喷嘴102a、102b的喷出机构，例如可以采用机械快门机构、或带电控制型、加压振动型等连续方式的机构，电机械转换方式、静电吸引方式等按需方式的机构等。
通过适当调整温度或真空度、喷出量、喷出时间间隔等各种条件，能够设定喷嘴102a、102b喷出的反应活性物种在腔室104内的状态。
当需要抑制反应活性物种的副反应时，通过使反应活性物种的内部振动或旋转能级处于最低状态，以便使在腔室104内被喷出的反应活性物种形成所谓的超音速分子射流或者自由射流，这样能够抑制反应活性物种的副反应。
当反应活性物种的化学反应需要活化能量的情况下，若反应活性物种的内部振动或旋转等的能级变得处于与该化学反应的活化能量对应的水平以上时，可以使该化学反应发生。
载气供给源105，虽然主要是以载气形式供给氦气、氩气、氮气等惰性气体，但是也可以适当作为氧气或卤素气体等反应性气体的供给源使用。
其中当材料储藏室101a或材料储藏室101b储存从喷嘴102a或102b喷出的化学种本身的情况下，材料储藏室101a或材料储藏室101b本身也可以作为化学种发生部来使用。
此外，通过设置加热部103a、103b等部件，高沸点化学种的气化将变得容易。
以下说明制膜装置100的动作。
这里以TFT(薄膜晶体管)制造中的、向玻璃基板上的硅半导体膜的制膜为例加以说明。在材料储藏室101a中储藏有作为元素的低原子价化学种的亚甲硅烷(SiH2)的前体。作为亚甲硅烷的前体，例如可以举出图2(A)～图2(B)所示的硅化合物。而且在材料储藏室101a中储藏有甲硅烷(SiH4)。
另外，当采用图2(C)或图2(D)所示的硅化合物的情况下，优选利用波长200nm左右的光线使反应活性物种等化学种发生。
材料储藏室101a、b内的前体，在从载气供给源105供给载气的载带下，被分别供给加热部103a、b。
在加热部103a、b，由加热机构对前体供热，使前体发生反应活性物种。这里作为反应活性物种，在加热部103a中发生亚甲硅烷(SiH2)。另一方面，被储藏在材料储藏室101b内的甲硅烷(SiH4)，由于可以直接利用，所以无序对加热部103b加热。
由加热部103a、b供给的亚甲硅烷和甲硅烷被载气输送，并以自由射流状态分别从喷嘴102a、喷嘴102b被喷出。
在此，腔室104内的压力优选调整得处于10-3乇(1.33322×10-1Pa)以下，更优选处于10-5乇(1.33322×10-3Pa)以下的高真空气氛下。若使真空气氛处于10-3乇以下，则也能使难于喷出材料的喷出变得容易。而且若能使之处于10-5乇以下，则能够喷出分多种类的材料，同时容易使被喷出的材料气化成分子链状。因此，若使腔室104内处于高真空下，则自由射流的发生将变得容易。
喷出的自由射流，配置在固定在基体台架106上的基体160上。
基体160虽然是玻璃基板，但是事先在喷出亚甲硅烷和甲硅烷的表面上形成氮化硅(SiN)膜。这是因为：通常的玻璃基板中，由于最表面上剥出OH基，所以亚甲硅烷与OH反应，并抑制在亚甲硅烷和甲硅烷重合部分以外的区域内发生化学反应的缘故。
氮化硅膜可以用CVD法形成。具体讲，以适当比例将甲硅烷(SiH4)与氨(NH3)混合导入氢气载气中，通过使加热催化剂引起的催化剂反应或热分解反应而发生的游离基、离子等沉积物种沉积在玻璃基板上的方式制膜。
其中作为与亚甲硅烷没有反应性的物质，既可以利用聚乙烯、聚苯乙烯等有机材料，也可以作为基底层将其设置在玻璃基板上。
图3(A)是表示从喷嘴102a、b向基体160上喷出的自由射流状态的示意图。如图所示，从喷嘴102a、b向基体160上喷射的自由射流的断面，分别占有一定区域。喷嘴102a、b被配置得互相喷出的自由射流在基体160上重叠。
而且也可以将喷嘴102a、b设置得具有图3(B)所示的配置方式。
在基体160上，在此重叠区域内可以诱发图4所示的亚甲硅烷和甲硅烷的聚合反应。其结果，在基体160上的重叠区域及其附近可以形成硅半导体膜。重叠区域由于能够在比各自由射流断面小的区域内实现，所以能够形成比自由射流的断面积更加微小的膜。
图5表示制造TFT的工序的图。如图5(A)所示，利用上述方法在玻璃基板51上形成硅半导体膜52。而且如图5(B)所示，采用规定硅化合物的CVD法、在硅半导体膜52上沉积SiO2，形成栅极绝缘膜53。此外如图5(C)所示，在栅极绝缘膜53上形成栅电极54。然后按照公知的晶体管制作工序，可以得到TFT。
另外，这里虽然列举了以TFT制造中的硅半导体膜的制膜为例，但是本发明的制膜装置，还可以用于绝缘体、半导体、或超导体等各种膜的形成之中。
此外，本发明的制膜装置对于组合工艺也是有效的。也就是说，能够利用基体上多个区域不同的制膜条件形成多种膜。例如，通过调整载气和反应性气体的压力或腔室的减压程度等条件，能够一次形成制膜条件不同的多种膜。
不仅如此，作为在本发明的制膜装置中采用的化学种或化学种的前体间组合的适当实例，此外例如还有二烷基锌(ZnR2)与氧气(O2)的组合。通过使二烷基锌(ZnR2)与氧气(O2)化合，能够在重叠区域形成ZnO，例如形成LED阵列中的发光层。
而且一旦采用三甲基镓(Me3Ga)和氨(NH3)，就可以在重叠区域形成氮化镓(GaN)。
此外，材料储藏室101a、b(或加热部103a、b)与喷嘴102a、b，也可以一体化后作成图6所示的装置。图6(A)是装置的立体图，图6(B)是表示喷嘴的配置和从喷嘴对基体喷出的自由射流状态的图。

Claims (18)

1.一种制膜装置，其中具备：
喷出第一化学种的第一喷嘴，和
喷出第二化学种的第二喷嘴。
2.根据权利要求1所述的制膜装置，其中：
将所述第一喷嘴和第二喷嘴设置得：使从所述第一喷嘴喷出的所述第一化学种的流中的至少一部分与从所述第二喷嘴喷出的所述第二化学种的流中的至少一部分重叠。
3.根据权利要求1或2所述的制膜装置，其中：
还包括发生所述第一化学种的第一化学种发生部，
所述第一化学种发生部，作为所述第一化学种而发生反应活性物种。
4.根据权利要求1～3的任一项中所述的制膜装置，其中：
在所述第一化学种发生部中可照射电磁波。
5.根据权利要求1～3的任一项中所述的制膜装置，其中：
将加热部设置在所述第一化学种发生部。
6.根据权利要求1～5的任一项中所述的制膜装置，其中：
备有腔室，
所述第一和第二喷嘴被设置在所述腔室内，
所述腔室内的压力可设定在1.3×10-1Pa以下。
7.根据权利要求1～6的任一项中所述制膜装置，其中：
所述第一和第二化学种的流是自由射流。
8.一种制膜方法，其中：
通过使从第一喷嘴喷出的第一化学种的流的至少一部分与从第二喷嘴喷出的第二化学种的流的至少一部分重叠，诱发所述第一化学种与所述第二化学种间的化学反应，在基体上形成由所述化学反应而产生的生成物的膜。
9.根据权利要求8所述的制膜方法，其中：
所述第一和第二化学种的至少一种是反应活性物种。
10.根据权利要求9所述的制膜方法，其中：
通过照射电磁波使所述反应活性物种发生。
11.根据权利要求9所述的制膜方法，其中：
通过赋予热量使所述反应活性物种发生。
12.根据权利要求8～11的任一项中所述的制膜方法，其中：
所述基体在最表面含有由与所述第一和第二化学种均不反应的材料构成的基底膜。
13.根据权利要求8～12的任一项中所述的制膜方法，其中：
所述第一和第二化学种的流是自由射流。
14.根据权利要求8～13的任一项中所述的制膜方法，其中：
所述第一化学种从所述第一喷嘴的喷出和所述第二化学种从所述第二喷嘴的喷出，是在压力被调整到1.3×10-1Pa以下的腔室内进行。
15.一种图案化的方法，其中：
通过使从第一喷嘴喷出的第一化学种的流的至少一部分与从第二喷嘴喷出的第二化学种的流的至少一部分重叠，诱发所述第一化学种与所述第二化学种间的化学反应，形成由所述化学反应而产生的生成物的膜的图案。
16.根据权利要求15所述的图案化方法，其中：
所述第一和第二化学种的至少一种是反应活性物种。
17.一种光学装置的制造方法，其中：
采用权利要求8～14的任一项中所述的制膜方法。
18.一种电子装置的制造方法，其中：
采用权利要求8～14的任一项中所述的制膜方法。
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