(57)【要約】【課題】  インクジェット塗布装置を利用した半導体集積回路の製造方法を提供する。【解決手段】  溶媒にシリカが混合された塗布材を、水平面上に敷設されたレール上を移動するテーブルによって任意の方向に移動可能であり、回転軸を中心に回転するテーブルによって回転移動可能であり、塗布材が塗布されるウエハ１５を保持するステージ６と、ステージ６上方に固定され、縦列に複数のノズル１３が配置されノズル１３毎に塗布材を吐出させるアクチュエータを備えるインクジェットヘッド部１２を有し、ウエハ１５に対して塗布材を塗布する塗布ヘッドユニット８と、塗布材の塗布、およびステージの移動を制御する制御装置とを備えるインクジェット塗布装置１を利用して、塗布材を、塗布ヘッドユニット８から表層にトレンチが設けられたウエハ１５にインクジェット塗布し、トレンチ内にシリカを充填することによって絶縁層を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面が設けられた台座であるベースと、溶媒に充填材が混合された塗布材を蓄え、供給管を通じて前記塗布材を供給するインク補給タンクと、前記ベース上に設けられ、前記水平面上に敷設されたレール上を移動するテーブルによって任意の方向に移動可能であり、回転軸を中心に回転するテーブルによって回転移動可能であり、前記塗布材が塗布されるウエハを保持するステージと、前記ステージ上方に固定され、縦列に複数のノズルが配置され当該ノズル毎に前記塗布材を吐出させるインク吐出装置を備えるインクジェットヘッド部を有し、前記ウエハに対して前記塗布材を塗布する塗布ヘッドユニットと、前記インク吐出装置を制御することによる前記塗布材の塗布、および前記ステージの移動を制御することによる前記塗布材の供給を制御する制御装置とを備えるインクジェット塗布装置を利用した半導体集積回路の製造方法であって、
前記塗布材を、前記塗布ヘッドユニットから表層にトレンチが設けられた前記ウエハにインクジェット塗布し、前記トレンチ内に当該充填材を充填することによって絶縁層を形成する塗布工程、
を有することを特徴とする半導体集積回路の製造方法。
【請求項２】
前記塗布工程においては、前記トレンチが前記ウエハに対して一方向に形成され、当該トレンチの間隔に対して、前記ノズルの間隔が広い場合は、前記塗布材の塗布する方向は、前記トレンチの延設方向と交わることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路の製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程においては、前記塗布方向に対して、直交する軸方向へ前記ステージを微小往復移動して前記塗布材を塗布することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の半導体集積回路の製造方法。
【請求項４】
前記ウエハの中心軸を基準に回転させ、前記塗布材を塗布することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体集積回路の製造方法。
【請求項５】
前記ウエハの中心軸を基準に回転させ前記塗布材を塗布する場合に、前記ウエハの内周側に位置する前記ノズルから外周側に位置する前記ノズルにかけて前記塗布材の塗布量を多くすることを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路の製造方法。
【請求項６】
各ノズルに対する個々の前記インク吐出装置の駆動電圧を調整することによって、前記ウエハの内周側に位置する前記ノズルから外周側に位置する前記ノズルにかけて前記塗布材の塗布量を多くすることを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路の製造方法。
【請求項７】
各ノズルに対する個々の前記インク吐出装置の駆動周期を調整することによって、前記ウエハの内周側に位置する前記ノズルから外周側に位置する前記ノズルにかけて前記塗布材の塗布量を多くすることを特徴とする請求項５乃至請求項６に記載の半導体集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット塗布装置を利用した半導体集積回路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の集積回路の製造プロセスには、集積回路中に絶縁層を形成する工程がある。この絶縁層は、内部抵抗による熱損失を低減するために深く設けられる。
【０００３】
この絶縁層を形成するためには、例えば、図１１に、スーパージャンクション型ＭＯＳ−ＦＥＴの例を示す。このＭＯＳ−ＦＥＴは中心のｐ型半導体からなるｐピラー部とこれを挟むように配置されるｎ型半導体から構成される一対のｎピラーとの組みが、絶縁体で埋められるトレンチによって接続されることにより構成される半導体素子である。この半導体素子の形成プロセスとして、ウエハ上に高さ３００μｍ×幅５μｍ程度のトレンチ（溝）を形成した後に、液体状の溶媒と固形物を混合した溶液を塗布し、溶液に混合した固形物がトレンチ内で乾燥、固化することによって絶縁層を形成する手法が挙げられるが、そのための簡素な塗布方法としては、部材を高速回転させて固形物を塗布するスピンコート方式や、部材の中心に垂らした溶液を遠心力で一面に分散塗布する方式、ディスペンサのような一面に大量な溶液を塗布する方式等がある。
【０００４】
例えば、スピンコート方式のような部材を高速回転させて塗布する方式では、塗布しない領域を指定することは難しく、溶液が部材の外周側に分散しやすいため、固形物の埋め込みが均一にならない。また、周囲に溶液が飛散するため、廃棄する溶液量が多く、飛散した溶液はダストになり、製品の歩留りを悪くすることもある。
【０００５】
一方、ディスペンサのような塗布領域にパターン塗布する方式では、塗布量の調整が難しく、適量な塗布ができないため、必然的に溶液の使用量が多くなる。また、部材を次工程に移すため、塗布した溶液を乾燥させて液垂れを防ぐ必要があるが、塗布量が多いため乾燥時間を長くなり、製造時間の短縮を図ることが難しい。
【０００６】
ところで、有機ＥＬディスプレイのディスプレイパネルを製造する際には、基板上にインクを塗布することによって薄膜を形成するインクジェット方式が採用されている（例えば、特許文献１）。この方式であれば、所望の位置に適正量のインクを塗布することができ、インクを無駄に消費することが無くなる。
【特許文献１】特開平９−７５８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、インクジェット塗布装置を利用した半導体集積回路の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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の半導体集積回路の製造方法は、水平面が設けられた台座であるベースと、溶媒に充填材が混合された塗布材を蓄え、供給管を通じて前記塗布材を供給するインク補給タンクと、前記ベース上に設けられ、前記水平面上に敷設されたレール上を移動するテーブルによって任意の方向に移動可能であり、回転軸を中心に回転するテーブルによって回転移動可能であり、前記塗布材が塗布されるウエハを保持するステージと、前記ステージ上方に固定され、縦列に複数のノズルが配置され当該ノズル毎に前記塗布材を吐出させるインク吐出装置を備えるインクジェットヘッド部を有し、前記ウエハに対して前記塗布材を塗布する塗布ヘッドユニットと、前記インク吐出装置を制御することによる前記塗布材の塗布、および前記ステージの移動を制御することによる前記塗布材の供給を制御する制御装置とを備えるインクジェット塗布装置を利用した半導体集積回路の製造方法であって、前記塗布材を、前記塗布ヘッドユニットから表層にトレンチが設けられた前記ウエハにインクジェット塗布し、前記トレンチ内に当該充填材を充填することによって絶縁層を形成する塗布工程を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の半導体集積回路の製造方法は、請求項１に記載の半導体集積回路の製造方法であって、前記塗布工程においては、前記トレンチが前記ウエハに対して一方向に形成され、当該トレンチの間隔に対して、前記ノズルの間隔が広い場合は、前記塗布材の塗布する方向は、前記トレンチの延設方向と交わることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の半導体集積回路の製造方法は、請求項１乃至請求項２に記載の半導体集積回路の製造方法であって、前記塗布工程においては、前記塗布方向に対して、直交する軸方向へ前記ステージを微小往復移動して前記塗布材を塗布することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の半導体集積回路の製造方法は、請求項１乃至請求項３に記載の半導体集積回路の製造方法であって、前記ウエハの中心軸を基準に回転させ、前記塗布材を塗布することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の半導体集積回路の製造方法は、請求項４に記載の半導体集積回路の製造方法であって、前記ウエハの中心軸を基準に回転させ前記塗布材を塗布する場合に、前記ウエハの内周側に位置する前記ノズルから外周側に位置する前記ノズルにかけて前記塗布材の塗布量を多くすることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の半導体集積回路の製造方法は、請求項５に記載の半導体集積回路の製造方法であって、各ノズルに対する個々の前記インク吐出装置の駆動電圧を調整することによって、前記ウエハの内周側に位置する前記ノズルから外周側に位置する前記ノズルにかけて前記塗布材の塗布量を多くすることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の半導体集積回路の製造方法は、請求項５乃至請求項６に記載の半導体集積回路の製造方法であって、各ノズルに対する個々の前記インク吐出装置の駆動周期を調整することによって、前記ウエハの内周側に位置する前記ノズルから外周側に位置する前記ノズルにかけて前記塗布材の塗布量を多くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複雑なプロセスを用いることなく、トレンチ内に固形物の埋め込みを図ることができ、トレンチや塗布条件に応じて、塗布方法や塗布量をコントロールすることができるので、塗布材を無駄に消費することが無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図１〜図１０を用いて説明する。本実施形態では、図１１に示すようなスーパージャンクション型ＭＯＳ−ＦＥＴの絶縁層の形成プロセスについて説明する。このＭＯＳ−ＦＥＴは中心のｐ型半導体からなるｐピラー部とこれを挟むように配置されるｎ型半導体から構成される一対のｎピラーとの組みが、絶縁体で埋められるトレンチによって接続されることにより構成される半導体素子である。
【００１７】
まず、インクジェット塗布装置１の全体構成について説明する。インクジェット塗布装置１は、図１に示すように、インク供給ボックス２とインク塗布ボックス３に大別される。
【００１８】
インク供給ボックス２は、イソプロピルアルコールやエチレングルコール、その他に親和性、揮発性、硬化性または接着性がある溶媒に、粒子径３００ｎｍ程度の球形の二酸化ケイ素粒子（ＳｉＯ２：以下、シリカと称す）が混合されたコロイド状の塗布材が充填されたインク補給タンク４を備え、インク補給タンク４は、供給管を通じて後述するインク供給タンク１０に塗布材を供給し、所定の高さになるよう上下に移動する昇降装置を備える。
【００１９】
また、インク塗布ボックス３は、装置の台座であるベース５、ステージ６、支持体７、塗布ヘッドユニット８、制御装置９、およびインク供給タンク１０を備える。
【００２０】
ステージ６は、ウエハ１５を保持し、後述する制御装置９からの制御信号に基づいて、図示しない駆動装置によってＸ方向に敷設されたレール上を移動するテーブルと、図示しない駆動装置によってＹ方向に敷設されたレール上を移動するテーブルと、Ｚ方向の回転軸を中心にθ方向に回転するテーブルとによって、Ｘ−Ｙ方向に自在に移動し、θ方向に回転する。
【００２１】
塗布ヘッドユニット８は、支持体７に固定され、図２に示すように、縦列に複数のノズル１３（１〜ｎ）が配置され、アクチュエータを内蔵し任意の角度φに回転可能なインクジェットヘッド部１２を備え、後述する制御装置９からの制御信号に基づいて、選択された任意のノズル１３から塗布材を塗布する。図１では、シリカの粒子径や溶媒の種類を変えた３種類の塗布材を塗布できるよう、インクジェット塗布装置１は３つの塗布ヘッドユニット８を備えている。なお、ノズル１３は１つでも良いし、このノズル１３を駆動するアクチュエータは、ピエゾ素子方式のインクジェット塗布装置１であればピエゾ素子であり、バブルジェット（登録商標）方式、サーマルインクジェット方式のノズル１３であれば、ヒーターである。
【００２２】
制御装置９は、塗布材の塗布、ステージ６の移動、供給管路に設けられた開閉弁を制御する制御信号を出力することによって塗布材の供給と塗布を制御する。
【００２３】
インク供給タンク１０は、インク供給ボックス２から供給される塗布材を一時的に蓄え、供給管を通じて塗布ヘッドユニット８に塗布材を供給する。
【００２４】
また、塗布材が塗布される円板状のウエハ１５は、図３に示すように、半導体に内蔵する複数の角型チップ（集積回路）が形成され、チップの表層にはトレンチが複数設けられている。図３（ａ）はチップ表面を上から見た図であり、図３（ｂ）はチップの断面の図である。
【００２５】
図４に、図３（ｂ）に示すウエハ１５断面の拡大図を示す。このトレンチの深さは６０μｍ、開口幅は５μｍであり、トレンチの間隔は２０μｍ程度である。
【００２６】
塗布材が塗布ヘッドユニット８から吐出されると、あるものは直接トレンチに着弾し、また、あるものはトレンチの間に着弾した後、トレンチに流れ込む。シリカは溶媒より比重が大きいため、トレンチ内に入り易い。
【００２７】
トレンチの表層（図４中（α））は、塗布材の溶媒と親和性があることが望ましく、また、シリカとは固着性があることが望ましく、塗布前にコーティング処理を施しても良い。溶媒と親和性があることによって、トレンチの奥深くまで塗布材が浸透し、シリカと固着性があることでより強固な絶縁層を形成することができる。
【００２８】
塗布材がトレンチに流れ込んだ後、溶媒は、時間経過や加熱乾燥することによって揮発してなくなり、トレンチ内にはシリカが残留する。その後、シリカをより強固に固着させるために、シリカに固着性が増す表面処理加工を施しても良い。
【００２９】
また、溶媒が揮発してなくなることにより若干トレンチ内に隙間が生じる。シリカを強固に固着させるため、溶媒に接着材を混入した塗布材を更に塗布することで、シリカがより強固に固着し、図６に示すような絶縁層が形成される。
【００３０】
以下に、塗布材を塗布して絶縁層を形成する際のインクジェット塗布装置１の制御方法について説明する。
【００３１】
＜トレンチの形成方向が１方向に揃っている場合＞
ノズル１３の間隔がトレンチの間隔に対して十分に狭い場合、塗布方向とトレンチの形成方向が同一であっても、特に塗布材の広がりについては問題ない。ところが、図５に示すように、ノズル１３の間隔がトレンチの間隔に対して広い場合、トレンチが塗布材の広がりを妨げたり、ノズル１３の間隔とトレンチの間隔が一致せず、シリカが流れ込まなかったりすることがある（図５中（β））。そのためトレンチの間隔より塗布間隔を密にして塗布する必要がある。
【００３２】
そこで、例えば、図７に示すように、トレンチがＹ方向に形成されている場合、ステージ６に対するインクジェットヘッド部１２の相対的な移動方向（塗布方向）をトレンチの形成方向と直交するＸ方向にすることで、塗布材が広がる際のトレンチの干渉が少なくなり、塗布材が均一に広がり易くなる。そこで、トレンチの形成方向が１方向に揃っている場合は、まず、制御装置９は、インクジェットヘッド部１２の相対的な移動方向に対してトレンチの形成方向が直行するようにステージ６を回転させる制御信号を出力する。
【００３３】
また、図８に示すように、インクジェットヘッド部１２をＹ方向に対して角度φだけ傾けることによって塗布間隔を狭くできる。そこで、塗布材の塗布間隔を調整する場合は、制御装置９は、インクジェットヘッド部１２を角度φだけ回転させる制御信号を出力する。ウエハ１５とインクジェットヘッド部１２の角度を設定した後、制御装置９は、塗布開始の制御信号を出力する。
【００３４】
また、塗布材を塗布する際に、ウエハ１５を水平方向に微小振動させることによって塗布材の広がりが良くなり、均一にトレンチ内へ入り易くなる。そこで、塗布材の広がりを更に良くする場合は、制御装置９は、ウエハ１５が小刻み振動するようにステージ６をＸ方向に移動させつつ、Ｙ方向と−Ｙ方向に微小移動を繰り返させる制御信号を出力する。
【００３５】
このように塗布することによって、トレンチの奥深くまで塗布材が浸透し、強固な絶縁層を形成することができる。
【００３６】
なお、ノズル１３の間隔がトレンチの間隔に対して十分に狭い場合、適切な場所に塗布材を塗布することが可能であり、必然的に、トレンチ以外の場所に塗布材を滴下するという無駄の発生が少なくなる。また、このような状況においては、無駄な塗布を避けるためのインターバル時間が必要無く、効率良くステージ６を移動させつつ塗布することが可能であるため、結果的に塗布時間に変動が生じる。
【００３７】
従って、ノズル１３の間隔がトレンチの間隔に対して十分に狭い場合において、適切な場所に塗布材を塗布することでトレンチに対する塗布材の浸入具合に問題が無いとされる場合、または適切な場所に塗布材を塗布することで塗布時間が変動する場合には、塗布方向（ステージ６の移動方向）はどのような方向であってもかまわない。
【００３８】
＜トレンチの形成方向が１方向に揃っていない場合＞
ウエハ１５に形成されているトレンチが、曲線状や様々な方向に形成され、１方向に揃わずに混在している場合、Ｘ−Ｙ方向への塗布より、ステージ６を回転しつつ塗布する方が、トレンチによる溶媒の広がりが影響され難い。
【００３９】
ウエハ１５の内周側と外周側とでは角速度が異なるため、外周側にあるノズル１３からの吐出量を多くして塗布量を均一にする必要がある。そこで、アクチュエータの駆動条件を変えて塗布量を調整する。
【００４０】
インクジェット塗布装置１が塗布材の塗布を開始すると、制御装置９は、テーブルに対してθ方向への回転、Ｙ方向への移動、および塗布開始を指示する制御信号を出力する。そうすることによって、図９に示すように、ステージ６はθ方向に回転しつつＹ方向に移動するので、ステージ６上のウエハ１５に対して螺旋状に塗布材を塗布することができる。
【００４１】
また塗布開始に先立って、制御装置９は、各ノズル１３の直下に位置するウエハ１５の角速度に応じて、塗布ヘッドユニット８に対して各ノズル１３からの塗布材の量を調整する制御信号をステージ６の移動にあわせて出力する。外周側の方が角速度は大きくなるため、内周側と外周側とで均等に塗布材を塗布するためには、ノズル１３から吐出される塗布材の量を、内周側から外周側へむけて徐々に多くしなければならない。
【００４２】
そのために制御装置９は、内周側から外周側へむけて各アクチュエータの動作電圧の設定値を徐々に高い値に設定するように制御信号を出力する。また、アクチュエータの動作周期（塗布する時間間隔）を内周側から外周側へむけて徐々に早くするよう制御信号を出力し、塗布量を調整しても良い。
【００４３】
回転速度が一定ならば、塗布ヘッドユニット８が外周側に相対的に移動するにつれて角速度は速くなるが、塗布ヘッドユニット８が外周側に相対的に内周側から外周側へ移動するにつれて角速度が一定になるように、回転速度を調整するようにしても良い。そうすることにより、各ノズル１３からの塗布量をステージ６の移動にあわせて調整する必要が無くなる。
【００４４】
このように塗布することによって、トレンチの奥深くまで塗布材が浸透し、強固な絶縁層を形成することができる。
【００４５】
なお、上記の実施形態では、集積回路の絶縁層を形成する例を示したが、これに限定されるものではない。
【００４６】
＜その他の物への応用＞
次に、集積回路以外の物への応用例を示す。
【００４７】
例えば、熱硬化性の接着剤等を含む溶媒にフェライトや希土類等の磁性粉材料を混合した塗布材を、図１０に示すように、塗布し、加熱乾燥することによって固着させる。その後、外部から強磁界を与えて、磁性粉材料に磁化方向を付加することで、微小なモータや磁気センサなど電動アクチュエータの磁石部品として構成する。
【００４８】
このように、インクジェット塗布装置１を利用することによって、製造工程の簡素化や形状の自由度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態におけるインクジェット塗布装置の全体構成を示す図である。
【図２】塗布ヘッドユニットの構成を示す図である。
【図３】ウエハに形成される角型チップとトレンチを示す図である。
【図４】ウエハ断面の拡大図である。
【図５】ウエハ断面の拡大図である。
【図６】ウエハ断面の拡大図である。
【図７】トレンチの形成方向に対する塗布方向を示す図である。
【図８】トレンチの形成方向に対する塗布方向を示す図である。
【図９】ウエハを回転させつつ塗布する場合の、ステージの回転方向と移動方向を示す図である。
【図１０】その他の物への応用例を示す図である。
【図１１】集積回路の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…インクジェット塗布装置、２…インク供給ボックス、３…インク塗布ボックス、４…インク補給タンク、５…ベース、６…ステージ、７…支持体、８…塗布ヘッドユニット、９…制御装置、１０…インク供給タンク、１２…インクジェットヘッド部、１３…ノズル、１５…ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005317715.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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