(57)【要約】【課題】本発明は、従来プロセスを大幅に省略でき、微細な直描が可能な製膜装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、材料を貯留するための試料室と、前記材料又は前記材料を前駆体とする化学種を吐出する少なくとも１つのノズルと、前記化学種を発生させる化学種発生部と、を含む製膜装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を貯留するための試料室と、
前記材料又は前記材料を前駆体とする化学種を吐出する少なくとも１つのノズルと、
前記化学種を発生させる化学種発生部と、を含む製膜装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのノズルは複数のノズルである、請求項１記載の製膜装置。
【請求項３】
前記化学種発生部に加熱部が設けられている、請求項１又は２記載の製膜装置。
【請求項４】
前記化学種発生部に光が導入されているか又は光学窓が設けられている、請求項１〜３の何れかに記載の製膜装置。
【請求項５】
前記化学種発生部は、電磁波の照射が可能になされている、請求項１〜４の何れかに記載の製膜装置。
【請求項６】
前記化学種により形成される膜が配置される基体を設置するステージを含む、請求項１〜５の何れかに記載の製膜装置。
【請求項７】
前記ステージ又は前記基体とノズルとの相対的な位置を変更するための機構を含む、請求項１〜６の何れかに記載の製膜装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのノズルと前記ステージとの相対的な位置を複数設定し、前記複数設定された相対的な位置の各々の位置において、前記少なくとも１つのノズルが吐出できることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の製膜装置。
【請求項９】
前記基体上に複数の膜が形成されるようになされている、請求項８記載の製膜装置。
【請求項１０】
前記化学種発生部は、前記化学種として反応活性種を発生させる、請求項１〜９の何れかに記載の製膜装置。
【請求項１１】
前記化学種発生部は、前記化学種として重合活性種を発生させる、請求項１〜１０の何れかに記載の製膜装置。
【請求項１２】
前記材料は金属を含む化合物である、請求項１〜１１の何れかに記載の製膜装置。
【請求項１３】
さらにチャンバーを含み、
前記チャンバー内には、前記ノズルと前記化学種により形成される膜が配置される基体とが配置され、
前記チャンバー内の圧力が１．３３３２２×１０-1Ｐａ以下に設定可能である、請求項１〜１２の何れかに記載の製膜装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのノズルはガス状材料としてフリージェットを発生させる、請求項１〜１３の何れかに記載の製膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応活性種等の化学種を利用して、選択的な製膜やパターニングを行うために好適な製膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トランジスタ等の電子素子の製造方法としては、ＣＶＤ法やインクジェット法、マスクパターニングによる方法等により各構成要素を形成する装置が知られている。しかし、例えば、従来のＣＶＤ法を用いた装置では、ＣＶＤで成膜した後にパターニングする必要があった。また、インクジェット法を用いた装置では、ノズルにピエゾ素子を備える必要があり、ノズルピッチを大きくとらなければならず、これにより微細なパターニングが困難であった。また、通常のマスクパターニングによる装置では、マスクの撓みの問題があり、大面積基板に対しては適用できない場合があった。また、膜厚が蒸着源からの距離によって変化するので、膜厚の均一性という点にも問題があった。
【０００３】
なお、ＷＯ２００３／０２６３５９号公報には、所定の真空度に調整可能な真空チャンバーと、材料供給源に接続されかつ前記真空チャンバーに取り付けられて、該真空チャンバー内に前記材料供給源からの材料を供給するノズルと、前記真空チャンバー内に設けられて基体を保持固定する基体ステージと、前記ノズル及び基体ステージのうち少なくともいずれか一方を移動させる移動機構と、を備え、前記移動機構により前記ノズルと前記基体との相対的な位置を制御可能となっている膜形成装置が開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】ＷＯ２００３／０２６３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は主に上記の課題や問題点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る製膜装置は、材料を貯留するための試料室と、前記材料又は前記材料を前駆体とする化学種を吐出する少なくとも１つのノズルと、前記化学種を発生させる化学種発生部と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
上記の製膜装置において、前記化学種発生部により、前記化学種として、例えば、ラジカル、イオンラジカル、イオン、又は低原子価化学種（例えば、カルベン、シリレン及びゲルミレン等）等の反応活性種を挙げることができる。
【０００７】
上記の製膜装置において、前記少なくとも１つのノズルが複数のノズルであることが好ましい。
複数のノズルを用いることにより、複数の膜を同時に形成することが可能となる。また、異なる複数の材料を同時に前記複数のノズルから吐出することが可能である。例えば、前記複数のノズルのうち少なくとも２つのノズルから異なる２つの材料を吐出する場合に、前記少なくとも２つのノズルを近接させるか、前記少なくとも２つのノズルから吐出されたガス状の材料が空間的あるいは膜が形成される基体上で交わるようにするように前記少なくとも２つのノズルの相対的な位置を調整するようにすれば、一種の共蒸着を行うことも可能である。
また、複数の膜の各々を前記複数のノズルの少なくとも２つのノズルから同一の化学種を吐出することにより形成することにより、開口径や吐出量等のノズル毎のバラツキを平均化して、膜厚や膜質が均一な複数の膜を形成することも可能である。
【０００８】
上記の製膜装置において、前記化学種発生部に加熱部が設けられていてもよい。前記化学種発生部において前記加熱部を用いて加熱することにより、膜形成に用いられる材料を
気化させ、あるいは前記材料の前駆体を反応させることも可能である。
【０００９】
上記の製膜装置において、前記化学種発生部に光が導入されているか又は光学窓が設けられていてもよい。前記化学種発生部において、前記光学窓等を介して光照射を行うことにより、前記材料を気化させ、あるいは前記材料の前駆体を反応させることも可能である。
【００１０】
上記の製膜装置において、前記化学種発生部が、電磁波の照射が可能になされていてもよい。前記化学種発生部において、前記電磁波を照射することにより、前記材料を気化させ、あるいは前記材料の前駆体を反応させることも可能である。
【００１１】
上記の製膜装置において、前記化学種により形成される膜が配置される基体を設置するステージを含んでいてもよい。
【００１２】
上記の製膜装置において、前記ステージ又は前記基体とノズルとの相対的な位置を変更するための機構を含んでいることが好ましい。
【００１３】
上記の製膜装置において、前記少なくとも１つのノズルと前記ステージとの相対的な位置を複数設定でき、その設定された各位置のノズルがそれぞれ吐出できるようになされていてもよい。これにより、膜が形成される領域とノズルとの距離を一定にできるので、一つの膜の部分による膜厚のバラツキの低減や、複数の膜の各々の膜の膜厚を所定値とすることが可能となる等の効果を奏する。
【００１４】
上記の製膜装置において、前記基体上に複数の膜が形成されるようになされている。
【００１５】
上記の製膜装置において、前記化学種発生部は、前記化学種として反応活性種を発生させてもよい。
【００１６】
上記の製膜装置において、前記化学種発生部は、前記化学種として重合活性種を発生させてもよい。
【００１７】
上記製膜装置において、前記材料は金属を含む化合物に対しても適用可能である。
【００１８】
本発明に係る製膜装置は、さらにチャンバーを含み、前記チャンバー内には、前記ノズルと前記化学種により形成される膜が配置される基体とが配置され、前記チャンバー内の圧力が１．３３３２２×１０-1Ｐａ以下に設定可能である。
真空度の高い状態に前記化学種を放出すると、前記化学種の分子あるいは原子は断熱膨張により冷却されるので、他の化学種と反応する際に副反応が抑制され、特定の反応を誘起することが可能となる。また、当該分子や原子が基体等に付着する際に最安定な状態となりやすので、形成された膜の分子構造を制御しやすい等の効果を奏する。
【００１９】
上記の製膜装置は、前記少なくとも１つのノズルがガス状材料としてフリージェットを発生させることが好ましい。
通常、フリージェット化された化学種の分子あるいは原子は冷却されているので、他の化学種と反応する際に副反応が抑制され、特定の反応を誘起することが可能となる。また、当該分子や原子が基体等に付着する際に最安定な状態となりやすので、形成された膜の分子構造を制御しやすい等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明に係る製膜装置について、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る製膜装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
図１に示すように、第１実施形態の製膜装置１０は、材料を貯留するための試料室１１と、試料室１１から流路を介して下流に位置し、吐出により膜を形成するための複数のノズル１２と、を備え、試料室１１と複数のノズル１２との間に、前記材料を前駆体として反応活性種等の化学種を発生させる化学種発生部としての加熱部１３を設けたものである。
【００２１】
また、製膜装置１０は、複数のノズル１２と、該ノズル１２から吐出される前記化学種により膜が形成される基体１５と、基体１５を設置する基体ステージ１７とを内部に配置するように構成したチャンバー１４を更に備えている。チャンバー１４は、配管１９を介して真空装置Ｐに接続されたもので、その内部空間に基体ステージ１７を配設し、また被パターニング体となる基体１５の出し入れを行うためのドア（図示せず）を気密に取り付けたものである。
【００２２】
ノズル１２は、ノズル孔１２ａを形成した先端側がチャンバー１４内に配置され、その後端側がチャンバー１４の外側にて加熱部１３を介して材料供給源となる試料室１１に接続されたもので、さらにこの試料室１１にはキャリアガス供給源１６が接続されている。ノズル１２からはガス状材料吐出を行うことができるものである。ノズル１２とチャンバー１４の圧力差が十分大きい場合は、ノズル１２から吐出されるガス状材料はいわゆるフリージェットまたは超音速分子噴流と呼ばれる状態、あるいはそれらの状態に近くなる。いわゆるフリージェット、超音速分子噴流という状態では、ノズル１２から吐出されたガス状材料に含まれる化学種または反応活性種の電子、振動、回転等のエネルギー準位が最低レベルになる、いわゆる「冷却状態」になるので、化学種または反応活性種が基体に着地した際に生ずる局所的な熱の発生を抑制することが可能である。このため膜が形成された周囲の影響が低減し、微細な膜またはパターンを形成しやすくなる。
また、化学種または反応活性種が上述の「冷却状態」となることにより、化学種または反応活性種からの副反応が抑制されるので、化学種または反応活性種により形成された膜の構造や性質を均一することも可能である。
【００２３】
ノズル１２には、その先端部に吐出機構が設けられている（図示せず）。この吐出機構は、特に限定されることなく種々のタイプのものが使用可能であり、例えば、一般的なメカニカルシャッターによる機構や、さらには帯電制御型、加圧振動型、電気機械変換式（いわゆるピエゾタイプ）、電気熱変換方式、静電吸引方式といった方式による機構等が採用可能である。
【００２４】
試料室１１は、製膜材料やパターニング材料となるための化学種の前駆体材料を収納保持するためのもので、例えば、トランジスタ等の半導体素子、発光ダイオード、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層や電子輸送層、正孔輸送層などの形成材料を、セルやルツボなどの保持具（図示せず）に保持した状態でこれを収納するものである。
【００２５】
そして、試料室１１と複数のノズル１２との間に設けられる加熱部１３は、例えば試料室１１内に保持された材料を前駆体として化学種を発生させる化学種発生部として機能するものである。即ち、キャリアガス供給源１６からのキャリアガスにのって流通する材料は、加熱部１３によって、化学種を発生させる。従って、加熱部１３の温度は、材料を前駆体として化学種を発生し得る温度範囲内にあればよく、使用する材料の種類に応じて適宜調整することができる。
【００２６】
ここで、加熱部１３としては、前駆体となる材料から化学種を発生させ得るものであれば特に制限されないが、例えば、ラジアントチューブヒーター、シース（パイプ）ヒーター、プラグヒーター、フランジヒーター、フィン付ヒーター、カートリッジヒーター、マイクロヒーター、鋳込みヒーター、ハンドヒーター、プレートヒーター、ブロックヒーター、石英管ヒーター、シリコンラバーヒーター、リボンヒーター、カーボンヒーター、Ｎｉ−Ｃｒ発熱体、Ｆｅ−Ｃｒ発熱体、ＳｉＣ発熱体等の加熱装置を採用することができる。なお、シース（パイプ）ヒーターとは、発熱線（ニクロム線、鉄−クロム線）をマグネシアを絶縁材として金属管（シース）の中に入れ、絞り加工で充填密度を上げて発熱線からの熱を金属管表面に伝達しやすくした構造のものをいう。
【００２７】
また、高周波あるいはマイクロ波等の電磁波発生器付きの加熱装置を用いることもできる。また、加熱部１３には、酸素、塩素、あるいはフッ素等の反応性ガスやアルゴン、ヘリウム、あるいは窒素等の不活性ガス等のガスを適宜導入してもよい。加熱部１３における加熱方法は、用いる材料の沸点や融点等の物理的な性質や反応様式等の化学的な性質や、発生させる化学種の種類等、発生させる化学種の必要量等を考慮して、適宜に選択される。
また、化学種の発生を促進、あるいは発生効率や反応温度の調整するために触媒等を加熱部１３内に備えていてもよい。
【００２８】
ここで、化学種発生部としての加熱部１３と複数のノズル１２との関係は、次の通りである。即ち、複数のノズル１２は、これらが設けられる物体としての放出ヘッド（図示せず）に設けられている。そして、放出ヘッドは加熱部１３に接続されており、加熱部１３で発生し、該加熱部１３から供給された化学種は、放出ヘッド内で分岐して各ノズル１２に送られるように構成されている。または、放出ヘッドは加熱部１３に接続されており、加熱部１３で発生し、該加熱部１３から供給された化学種は、放出ヘッドに入る前に分岐され、放出ヘッド内では分岐されることなくそのまま各ノズル１２に送られるように構成されていてもよい。この場合、ノズル内での分岐によるエネルギー損失の不均一をなくし、化学種の供給状態をより均一にできる。
【００２９】
また、化学種を放出する機構は、加熱部１３内に供給された材料を加熱することにより、その材料から化学種を発生させて加熱部１３から放出させる。この放出機構は、化学種発生部としての加熱部１３内の材料を加熱する加熱手段を有し、その加熱のタイミングを制御することにより、化学種放出のタイミングを制御するように構成されている。化学種放出用の加熱手段としては、例えば、電気ヒーターを用いたものや、窒素レーザー、ＹＡＧレーザー等のレーザーを用いたもの、又は高周波加熱装置を用いたもの等が挙げられる。なお、加熱手段としてはこれに限らず、公知の様々な加熱手段を適用可能である。また、加熱部１３から材料を加熱し化学種を発生させて放出する場合、加熱手段は、加熱部１３内の材料又は化学種のうち、基体１５に面する表面付近を加熱するように設けるのが好ましい。これにより、化学種を効果的に製膜させることができる。
【００３０】
キャリアガス供給源１６は、主にヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスをキャリアガスとして試料室１１に材料を移送するものである。なお、材料によっては、これと反応する、例えば酸素（Ｏ2）や塩素やフッ素と言った反応性ガスをキャリアガスとして試料室１１に移送するようにしてもよい。試料室１１に移送されたキャリアガスは、試料室１１から前駆体材料を加熱部１３へ同伴・移送し、さらに加熱部１３内にて材料から発生した化学種を複数のノズル１２に同伴・移送するものである。また、ノズル１２の吐出機構によっては、キャリアガス供給源１６からのキャリアガスを使用することなく、材料をチャンバー１４内に吐出するようにしてもよい。
【００３１】
チャンバー１４の内部の圧力は、パターン精度、堆積速度、材料またはその前駆体等の種々の条件に応じて適宜設定できるが、本実施形態においては真空雰囲気としている。チャンバー１４の内部を高真空とすることにより上述のようにノズル１２から吐出されるガス状材料がフリージェットまたは超音速分子噴流、あるいはそれらに近い状態となるため、微細なパターンや膜を形成するのに有利となる。
【００３２】
このチャンバー１４を真空雰囲気下で使用する場合には、配管１９を介してポンプ等の真空装置Ｐに接続されて真空の雰囲気とすることができ、該チャンバー１４の内部空間に基体１５を配設し、また被パターニング体となる基体１５の出し入れを行うためのドア（図示せず）を気密に取り付けたものを用いることができる。真空装置Ｐは、分子ターボポンプやロータリーポンプなどが組み合わされたことによってチャンバー１４内を高真空度に調整可能となるよう構成されたものである。なお、この場合、真空装置Ｐとチャンバー１４とを繋ぐ配管１９は、その端部がチャンバー１４内に開口しており、これによって後述する真空装置Ｐの作動により、チャンバー１４内を排気して高真空雰囲気にし得るようになっている。
【００３３】
チャンバー１４内を真空雰囲気とする場合には、真空装置Ｐを用いて、チャンバー１４内の真空度を調整することができる。ここで、チャンバー１４内は、好ましくは１０-3ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０-1Ｐａ）以下、より好ましくは１０-5ｔｏｒｒ（１．３３３２２×１０-3Ｐａ）以下の高真空雰囲気に調整されるようになっている。真空雰囲気を１０-3ｔｏｒｒ以下にすれば、例えば吐出されにくい材料についてもこれを容易に吐出することができ、１０-5ｔｏｒｒ以下にすれば、さらに多くの種類の材料を吐出可能にできるとともに、吐出する材料を気化させてこれを分子線状にし易くすることができる。なお、前述の真空装置を用いる場合には、この装置を構成するポンプの振動がチャンバー１４内に伝播しないよう、これらポンプをチャンバー１４から十分に離しておくか、あるいはポンプ等に除振機能を付加させておくのが好ましい。
【００３４】
また、チャンバー１４内は、不活性ガス雰囲気とすることもできる。この場合には、キャリアガスとして使用する不活性ガスと同様のガス、即ちヘリウム、アルゴン、窒素等の雰囲気とすることが好ましい。
【００３５】
基体ステージ１７は、前記ノズル孔１２ａの直下に配置されたもので、例えば電気光学装置作製用の基体１５を保持固定するものである。この基体ステージ１７には、保持固定した基体１５を前記ノズル孔１２ａに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能にする移動機構１８が設けられている。すなわち、この移動機構１８は、ノズル孔１２ａに対して基体１５をその鉛直方向（Ｚ方向）に移動可能かつ位置決めし、基体１５とノズル孔１２ａとの間の距離を調整するＺ可動部（図示せず）と、基体ステージ１７をノズル孔１２ａに対して水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）にそれぞれ移動させかつ位置決めするＸ可動部（図示せず）及びＹ可動部（図示せず）とを備えてなるもので、これらの可動部の動作をそれぞれ制御部（図示せず）で設定したとおりに制御できるように構成されたものである。なお、これらＸ可動部、Ｙ可動部及びＺ可動部は、例えばリニアモータによって構成されたものとなっている。
【００３６】
また、この基体ステージ１７には、その載置面側に水冷式等の温度調整手段（図示せず）が設けられており、これによって基体ステージ１７上の基体１５を所望温度に調整できるようになっている。
【００３７】
本実施形態に係る製膜装置は、上述したような基体ステージ１７又は基体１５とノズル１２との相対的な位置を変更するための機構を含むため、基体１５（あるいは基体ステージ１７）とノズル１２との距離を制御でき、走査するための機構を提供できる。これにより、ノズル１２と基体ステージ１７との相対的な位置を複数設定でき、その設定された各位置のノズル１２からそれぞれ化学種を吐出できるようになり、複数の膜を形成できる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は、本発明に係る製膜装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
図２に示すように、第２実施形態の製膜装置２０は、所定の材料を貯留するための試料室２１と、試料室２１から流路を介して下流に位置し、吐出により膜を形成するための複数のノズル２２と、を備え、試料室２１と複数のノズル２２との間に、前記材料を前駆体として反応活性種等の化学種を発生させる化学種発生部としての光学窓２３を設けたものである。なお、この製膜装置２０においては、光学窓２３の代わりに、化学種発生部で化学種を発生し得る光が光ファイバー等で導入されたものであってもよい。
【００３９】
第２実施形態は、前述した第１実施形態における加熱部１３を、光学窓２３に変えた以外は実施形態１の製膜装置１０と同様の構造を有している。
【００４０】
製膜装置２０は、複数のノズル２２と該ノズル２２から吐出される前記化学種により膜が形成される基体２５と、基体２５を設置する基体ステージ２７とを内部に配置するように構成したチャンバー２４を更に備えている。チャンバー２４は、配管２９を介して真空装置Ｐに接続されたもので、その内部空間に基体ステージ２７を配設し、また被パターニング体となる基体２５の出し入れを行うためのドア（図示せず）を気密に取り付けたものである。
【００４１】
ノズル２２は、ノズル孔２２ａを形成した先端側がチャンバー２４内に配置され、その後端側がチャンバー２４の外側にて光学窓２３を介して材料供給源となる試料室２１に接続されたもので、さらにこの試料室２１にはキャリアガス供給源２６が接続されている。ノズル２２からは、ガス状材料吐出を行うことができるものである。ノズル２２とチャンバー２４の圧力差が十分大きい場合は、ノズル２２から吐出されるガス状材料はいわゆるフリージェットまたは超音速分子噴流と呼ばれる状態、あるいはそれらの状態に近くなる。いわゆるフリージェット、超音速分子噴流という状態では、ノズル２２から吐出されたガス状材料に含まれる化学種または反応活性種の電子、振動、回転等のエネルギー準位が最低レベルになる、いわゆる「冷却状態」になるので、化学種または反応活性種が基体に着地した際に生ずる局所的な熱の発生を抑制することが可能である。このため膜が形成された周囲の影響が低減し、微細な膜またはパターンを形成しやすくなる。
また、化学種または反応活性種が上述の「冷却状態」となることにより、化学種または反応活性種からの副反応が抑制されるので、化学種または反応活性種により形成された膜の構造や性質を均一することも可能である。
【００４２】
試料室２１は、製膜材料やパターニング材料となるための化学種の前駆体材料を収納保持するためのもので、例えば、トランジスタ等の半導体素子、発光ダイオード、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層や電子輸送層、正孔輸送層などの形成材料を、セルやルツボなどの保持具（図示せず）に保持した状態でこれを収納するものである。
【００４３】
そして、試料室２１と複数のノズル２２との間に設けられる光学窓２３は、化学種を発生させる化学種発生部として機能するもので、材料を前駆体として化学種を発生し得る所定の光を材料に付与することが可能なように構成されている。即ち、キャリアガス供給源２６からのキャリアガスにのって流通する材料は、光学窓２３から付与される光によって化学種を発生させる。従って、光学窓２３は、材料を前駆体として化学種を発生し得る程度の形状、大きさ等の範囲内にあればよく、使用する材料の種類に応じて適宜変更することができる。
【００４４】
また、化学種発生部で化学種を発生し得る光を導入する場合には、例えば、水銀ランプ、亜鉛ランプ、キセノンランプ、あるいは、ハロゲンランプ等の通常の光源はもちろんのこと、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ＣＯ2レーザー、チタンサファイアレーザー等のレーザーなどが採用可能である。
【００４５】
キャリアガス供給源２６は、主にヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスをキャリアガスとして試料室２１に材料を移送するものである。なお、材料によっては、これと反応する、例えば酸素（Ｏ2）や塩素やフッ素といった反応性ガスをキャリアガスとして試料室２１に移送するようにしてもよい。試料室２１に移送されたキャリアガスは、試料室２１から材料を光学窓２３のある部分へ同伴・移送し、さらに光学窓２３にて光の導入により前駆体材料から発生した化学種を複数のノズル２２に同伴・移送するものである。また、ノズル２２の吐出機構によっては、キャリアガス供給源２６からのキャリアガスを使用することなく、材料をチャンバー２４内に吐出するようにしてもよい。
【００４６】
本実施形態においては、チャンバー２４の内部の圧力は、パターン精度、堆積速度、材料またはその前駆体等の種々の条件に応じて適宜設定できる（真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気等）が、本実施形態においては真空雰囲気としている。チャンバー２４の内部を高真空とすることにより上述のようにノズル２２から吐出されるガス状材料がフリージェットまたは超音速分子噴流、あるいはそれらに近い状態となるため、微細なパターンや膜を形成するのに有利となる。チャンバー２４を真空雰囲気下で使用する場合や不活性ガス雰囲気にする場合についての詳細は、前述した第１実施形態の場合と同様である。
【００４７】
化学種発生部としての光学窓２３と複数のノズル２２との関係や、化学種を放出する機構については、第１実施形態における加熱部１３と複数のノズルとの関係等と同様である。
【００４８】
（第３実施形態）
図３は、本発明に係る製膜装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
図３に示すように、第３実施形態の製膜装置３０は、所定の材料を貯留するための試料室３１と、該試料室３１から流路を介して下流に位置し、前記材料を吐出するための複数のノズル３２と、複数のノズル３２からの吐出により被製膜体を形成するための基体３５と、を備え、複数のノズル３２から基体３５に向けて前記材料を吐出した際に、前記材料を前駆体として反応活性種等の化学種を発生させる化学種発生手段としての光学窓３３を設けたものである。なお、この製膜装置３０においては、光学窓３３の代わりに、化学種発生手段として化学種を発生し得るファイバー等の光を導入したものであってもよい。
【００４９】
第３実施形態は、前述した第２実施形態における化学種発生手段（部）としての光学窓の位置を複数のノズル３２よりも下流（材料の流れの下流）とした、即ち、複数のノズル３２と基体３５との間に変えた以外は、第２実施形態の製膜装置２０と同様の構造を有している。なお、本実施形態に関して特に詳述しない点については、前記実施形態に関する事項が適宜適用される。
【００５０】
製膜装置３０は、複数のノズル３２と該ノズル３２から吐出される前記材料により発生した化学種により膜が形成される基体３５と、基体３５を設置する基体ステージ３７とを内部に配置するように構成したチャンバー３４を更に備えている。そして、図３に示すように、このチャンパー３４は、複数のノズル３２と基体３５との間の位置に水平方向の光を導入して化学種を発生させるための光学窓３３が所定の位置に設けられている。また、チャンバー３４における光学窓３３以外の部分は光が遮断される構造となっている。また、チャンバー３４は、配管３９を介して真空装置Ｐに接続されたもので、その内部空間に基体ステージ３７を配設し、また被パターニング体となる基体３５の出し入れを行うためのドア（図示せず）を気密に取り付けたものである。
【００５１】
ノズル３２は、ノズル孔３２ａを形成した先端側がチャンバー３４内に配置され、その後端側がチャンバー３４の外側にて材料供給源となる試料室３１に接続されたもので、さらにこの試料室３１にはキャリアガス供給源３６が接続されている。ノズル３２からはガス状材料吐出を行うことができるものである。ノズル３２とチャンバー３４の圧力差が十分大きい場合は、ノズル３２から吐出されるガス状材料はいわゆるフリージェットまたは超音速分子噴流と呼ばれる状態、あるいはそれらの状態に近くなる。いわゆるフリージェット、超音速分子噴流という状態では、ノズル３２から吐出されたガス状材料に含まれる化学種または反応活性種の電子、振動、回転等のエネルギー準位が最低レベルになる、いわゆる「冷却状態」になるので、化学種または反応活性種が基体に着地した際に生ずる局所的な熱の発生を抑制することが可能である。このため膜が形成された周囲の影響が低減し、微細な膜またはパターンを形成しやすくなる。
また、化学種または反応活性種が上述の「冷却状態」となることにより、化学種または反応活性種からの副反応が抑制されるので、化学種または反応活性種により形成された膜の構造や性質を均一することも可能である。
【００５２】
試料室３１は、製膜材料やパターニング材料となるための化学種の前駆体材料を収納保持するためのもので、例えば、トランジスタ等の半導体素子、発光ダイオード、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層や電子輸送層、正孔輸送層などの形成材料を、セルやルツボなどの保持具（図示せず）に保持した状態でこれを収納するものである。
【００５３】
光学窓３３は、化学種を発生させる化学種発生手段として機能するもので、材料を前駆体として化学種を発生し得る所定の光を材料に付与することが可能なように構成されている。即ち、キャリアガス供給源３６からのキャリアガスにのって流通する材料は、複数のノズル３２から吐出された際に、基体３５に付着する前に、光学窓３３から付与される光によって化学種を発生させる。従って、光学窓３３は、材料を前駆体として化学種を発生し得る程度の形状、大きさ等の範囲内にあればよく、使用する材料の種類に応じて適宜変更することができる。
【００５４】
また、化学種発生手段として化学種を発生し得る光を導入する場合には、例えば、水銀ランプ、亜鉛ランプ、キセノンランプ、あるいは、ハロゲンランプ等の通常の光源はもちろんのこと、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ＣＯ2レーザー、チタンサファイアレーザー等のレーザーなどが採用可能である。
【００５５】
キャリアガス供給源３６は、主にヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスをキャリアガスとして試料室３１に材料を移送するものである。なお、材料によっては、これと反応する例えば酸素（Ｏ2）や塩素やフッ素といった反応性ガスをキャリアガスとして試料室３１に圧送するようにしてもよい。試料室３１に圧送されたキャリアガスは、試料室３１から前駆体材料を複数のノズル３２へ同伴・移送するものである。また、ノズル３２の吐出機構によっては、キャリアガス供給源３６からのキャリアガスを使用することなく、材料をチャンバー３４内に吐出するようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態においては、チャンバー３４の内部の圧力は、パターン精度、堆積速度、材料またはその前駆体等の種々の条件に応じて適宜設定できる（真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気等）が、本実施形態においては真空雰囲気としている。チャンバー３４の内部を高真空とすることにより上述のようにノズル３２から吐出されるガス状材料がフリージェットまたは超音速分子噴流、あるいはそれらに近い状態となるため、微細なパターンや膜を形成するのに有利となる。チャンバー３４を真空雰囲気下で使用する場合や不活性ガス雰囲気にする場合についての詳細は、前述した第１実施形態の場合と同様である。
【００５７】
また、第３実施形態においては、化学種発生手段としての光を導入する手段又は光学窓を設ける手段に変えて又はこれと共に、第１実施形態におけるような加熱する手段を設けることも可能である。
【００５８】
製膜装置により微細なパターンを得ようとする場合には、ノズルと基体とを接近させる必要がある。このため、第３実施形態のように、ノズル３２と基体３５との間に光を通す場合では、精密な光学アラインメントを行うことが好ましい。
【００５９】
化学種発生部としての光学窓３３と複数のノズル３２との関係や、化学種を放出する機構については、第１実施形態における加熱部１３と複数のノズルとの関係等と同様である。
【００６０】
本発明の製膜装置においては、化学種を発生あるいはガス状にするために通常の光以外の電磁波も利用することができる。例えば、マイクロ波、ラジオ波等によってプラズマ等の化学種を発生するようにしてもよい。
【００６１】
本発明によれば、化学種発生部で発生させた化学種を少なくとも１つのノズルから、例えばガス状材料として吐出することができる。特に、熱あるいは光等で発生させた化学種をフリージェットにして、直描パターニングを行うことが好ましく、この場合にはプロセスが大幅に省略できる。また、本発明の好ましい実施形態によれば、ノズルにピエゾ素子を備える必要がなく、ノズルピッチを小さくすることができる場合があるため、インクジェット法等に比べ、微細な直描が可能である。また、通常のマスクパターニングとは異なり、本発明の好ましい実施形態のように材料を吐出するノズルを移動させながら、パターニングすれば、当該材料が配置される基板との距離の均一性が保たれるため、膜厚等のバラツキも低減することができる。また、マスクの撓みの問題もないので、大面積基板にも適用可能である。
なお、本発明の好ましい実施形態のように材料を吐出するノズルを移動させながらパターニングを行う際、マスクを用いてパターニングするようにしてもよい。その場合は、マスクを使用しない場合に比べ、四角形、円形等の所望の形状を有するパターンを有するマスクを利用することにより、所望の形状を有する膜を形成するという利点がある。
【００６２】
本発明の製膜装置は、熱や光等あるいは電磁波により化学種を発生させ、その化学種を複数のノズルから吐出することにより、複数の膜の製膜を一括して行う。ここでいう一括というのは、時間的に同時に吐出する場合でもよいし、時間的にノズル毎に吐出をずらしても良い。
【００６３】
本発明の製膜装置によれば、配線回路等の作成に好適である微細なパターニングを行うことができる。
本発明の製膜装置は、絶縁体、半導体、良導体、あるいは超電導体等の種々の膜の形成に対して適用可能である。
また、本発明の製膜装置は、コンビナトリアルプロセスにも有効である。即ち、基体上の複数の領域に異なる製膜条件により形成した複数の膜を形成することができる。例えば、キャリアガスや反応性ガスの圧力やチャンバーの減圧度等の条件を調整することによって、複数の膜形成を達成できる。このように、１回の条件の調整で製膜条件の変更が可能となる。
【００６４】
本発明に係る製膜装置に用いられる化学種の前駆体としての材料としては、例えば、ジアルキル亜鉛（ＺｎＲ2）、トリメチルガリウム（Ｍｅ3Ｇａ）、テトラメチルシラン（Ｍｅ4Ｓｉ）、トリメチルアルシン（Ｍｅ3Ａｓ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム等の有機基を有する化合物や、五塩化タンタル、タングステンヘキサカルボニル〔Ｗ（ＣＯ）6〕等の金属を含む化合物、ホスフィン等の有機基以外の置換基あるいは配位子を有する化合物、あるいは赤リンや黄リンなどの単体であってもよい。常温常圧（２５℃、１気圧）で液体のケイ素化合物（例えば、図５に示すケイ素化合物１〜４）等が挙げられる。中でも、ケイ素化合物１〜４は、比較的、発火や爆発等の危険性が低いので、取り扱いが容易である点で好ましい。なお、ケイ素化合物３または４を用いる場合には、波長２００ｎｍ程度の光により反応活性種等の化学種を発生させることが好ましい。また、ジアルキル亜鉛（ＺｎＲ2）は、ＺｎＯの前駆体として利用できるが、気化し易く、適度な分解性を有している点で好ましい。
【００６５】
また、材料は、その化学結合が少なくとも１つ切断されるか、又は転移反応により化学種が生じるものが好ましい。その発生する化学種として、ラジカル、イオンラジカル、イオン、又は低原子価化学種（例えば、カルベンやシリレン等）のような反応活性種等を発生できる前駆体、さらには、重合性を有するものを発生できる前駆体が材料として好ましい。
例えば、ケイ素の２価化学種であるシリレンの前駆体を加熱することにより発生したシリレンを複数のノズルまで輸送し、吐出することにより、シリコン膜を形成することができる。従来の液相や気相プロセスに用いるケイ素化合物は水素が多いため、発火や爆発等の危険性を伴ったが、特にシリレンの前駆体として図５に示す化合物１、３を用いる場合はそれらのケイ素化合物に比較すると取り扱いが容易であるという利点もある。
【００６６】
そして、化学種発生部において前駆体の材料から発生する化学種としての反応活性種の例としては、例えば、ラジカル、イオン、ラジカルイオン、シラエテン、シリリン、ジシレン、ジゲルメン等の不安定化学種、カルベンやシリレン等の低原子価化学種等が挙げられる。ここで、不安定化学種とは、例えば、熱力学的不安定あるいは速度論的に不安定の場合を指す。つまり、容易に活性化ポテンシャルを超えて他の化合物に変換されるものも含む。あるいは、他の反応試剤と容易に反応するもの等も挙げられる。
【００６７】
化学種として特に重合活性を有する物質であれば、重合を基体上で行うことができるので、高分子により膜を形成することやマクロ構造を基体上に形成することが容易となる。重合活性を有する化学種としては、例えば、シラエテン、シリリン、ジシレン、ジゲルメン等の不安定化学種、カルベンやシリレン等の低原子価化学種等が挙げられる。
【００６８】
図４は、材料としてジエチル亜鉛（ＺｎＥｔ2）を用いて第１実施形態の製膜装置１０を実施した場合の例を示す概念図である。キャリアガスとして酸素（Ｏ2）を用いた場合である。予め試料室１１に収納保持されていたＺｎＥｔ2は、キャリアガス供給源１６からのキャリアガスにより加熱部１３へ同伴・移送される。そして、加熱部１３における加熱により、ＺｎＥｔ2はＯ2と反応し、ＺｎＯとして化学種となる。その後、ノズル４２のノズル孔４２ａから、ＺｎＯが吐出され、例えば、アレイ状にＬＥＤアレイ４０における発光層４１等を形成することができる。
【００６９】
本発明に係る製膜装置において、基体ステージ又は基体とノズルとの相対的な位置を変更するための機構を含んでいることが好ましい。また、本発明に係る製膜装置は、ノズルと基体ステージとの相対的な位置を複数設定できる。また、その設定された各位置のノズルがそれぞれ独立して材料又は化学種を吐出できるようになされていることが好ましい。
【００７０】
本発明に係る製膜装置において、その構成上、基体上に複数の膜が形成されるようになされており、これにより基体上に複数の膜を形成することができる。本発明の製膜装置による製膜の態様としては、島状に膜を配置する、基体上に複数の所定領域があって、その各々に膜を形成する等である。
【００７１】
次に、前述したような構成の製膜装置を用いた製膜、パターニングのプロセスについて、ＴＦＴの製造におけるシリコンの直描パターニングを例に挙げて説明する。
【００７２】
図６は、本発明に係る製膜装置を用いて、シリコンの直描パターニングにおけるシリレンの挿入を行うプロセスを示す概略工程図である。また、図７は、本発明に係る製膜装置による製膜後におけるＴＦＴの製造工程を示す概略工程図である。
【００７３】
予めガラス基板６０上にＳｉ−Ｏからなる下地層６１を設けた基板を用い（図６（ａ））、この下地層６１に対して水酸化ナトリウム水溶液、硝酸水溶液及びアセトンを作用させて、下地層６１の表面に水酸基を設けておく（図６（ａ））。
【００７４】
次に、図６（ｂ）の状態の基板上の下地層表面に対して、シリレンの導入を行う（図６（ｃ））。この際、本発明に係る製膜装置により、例えば、前記ケイ素化合物１〜４の何れかを材料として試料室に保持させておき、該材料をキャリアガスとともに流路を介して下流（ノズル方向）へ同伴・移送する。次いで、複数のノズル６２の上流部に備えられた化学種発生部において、熱や光等により前記材料から化学種であるシリレン（：ＳｉＨ2）を発生させる。このシリレンを複数のノズル６２から吐出することにより、水酸基を表面に有する下地層上に製膜する。そして、シリレンは水酸基と反応して、シリレンの挿入反応を起こし、ＳｉＨ3−Ｏなる結合を表面に形成する（図６（ｃ））。
【００７５】
このように、シリレンの挿入反応を起こす場合には、成膜の下地層として、シリレンが挿入反応を起こす結合を有する化合物を含むものを用いることが好ましい。シリレンが挿入反応を起こす結合としては、例えば、前記例に示されるＯ−Ｈ基等のＺ−Ｈ基（Ｚはカルコゲンを示す）や、Ｙ−Ｈ基（Ｙは１４族元素を示す）等が挙げられる。
【００７６】
ＳｉＨ3−Ｏを表面に形成した後、更にシリレンにより重合させて、図６（ｄ）に示す表面を形成する。その後、必要に応じてさらに熱アニール等によって結晶化を行なっても良い。
【００７７】
上記の製膜によって、ガラス基板６０に設けた下地層６１上に、複数のシリコン半導膜６３が形成される（図７（ａ））。次に、このシリコン半導膜６３上に、所定のケイ素化合物によるＣＶＤによって、ＳｉＯ2を堆積し、ゲート絶縁膜６４を形成する（図７（ｂ））。さらに、それぞれのゲート絶縁膜６４上に、ゲート電極６５を形成する（図７（ｃ））。その後は、通常公知のトランジスタの作製工程を施すことにより、ＴＦＴを得る。
【００７８】
ゲート電極６５の形成には、比較的熱で分解するようなＡｌＭｅ3をＣＶＤ原料として使用してもよい。なお、ＴＦＴ作製工程において、特開２００３−１９７５３１号公報（特許文献２）に記載のように、アルミニウム金属をレーザー照射することにより発生させたＡｌを堆積してもよい。膜形成に際しては、ノズルと基体との距離を適宜設定することにより、膜のサイズを設定することができる。
【００７９】
以上、本発明を好適な実施形態により詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態により何等制限されないことはいうまでもない。
例えば、基体は、前述した実施形態に記載されているガラス基板のような基板を含み、さらにアクティブマトリクス基板等をも含む。
【００８０】
本発明においては、化学種発生部における化学種を発生させる手段として、前記電磁波として、ミリ波、サブミリ波マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、真空紫外、又はＸ線で発生させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、従来プロセスを大幅に省略でき、微細な直描が可能な製膜装置として、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る製膜装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る製膜装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る製膜装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
【図４】第１実施形態の製膜装置を用いて製膜を実施した例（材料：ＺｎＥｔ2）を示す概念図である。
【図５】本発明に係る製膜装置に使用される材料（化学種前駆体）の一例を示す構造式である。
【図６】本発明に係る製膜装置を用いて、シリコンの直描パターニングにおけるシリレンの挿入を行うプロセスを示す概略工程図である。
【図７】本発明に係る製膜後におけるＴＦＴの製造工程を示す概略工程図である。
【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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