(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内で二つの蒸発用容器内に収容した異なる有機化合物モノマーを加熱してこれを蒸発させる有機化合物用蒸発源において、
前記二つの蒸発用容器の開口部から流出する有機化合物モノマーの蒸気を周囲に飛散させることなく混合して前記基体に導くための筒状部材を有する蒸発制御槽を設け、
前記筒状部材の一方の開口部が前記蒸発用容器の開口部を囲むとともに、当該蒸発用容器の開口部が前記筒状部材の内部に入り込むように構成したことを特徴とする有機化合物用蒸発源。
【請求項２】
二つの蒸発用容器の間に有機化合物モノマーを下方へ逃がさないようにするための遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項１記載の有機化合物用蒸発源。
【請求項３】
筒状部材内に膜厚分布補正用の発熱体を設けたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の記載の有機化合物用蒸発源。
【請求項４】
膜厚分布補正用の発熱体が、周囲からの熱伝導によって加熱される部材からなることを特徴とする請求項３記載の有機化合物用蒸発源。
【請求項５】
膜厚分布補正用の発熱体が、当該基体の中心部に対応する位置に、当該基体と平行となるように配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の有機化合物用蒸発源。
【請求項６】
真空処理室内に請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機化合物用蒸発源を備えたことを特徴とする蒸着重合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機化合物モノマーを蒸発させて重合を行う蒸着重合によってポリイミド、ポリ尿素等の高分子薄膜を形成する際に用いる有機化合物用蒸発源及びこれを用いた蒸着重合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、真空中で有機化合物の有機化合物モノマーを蒸発させてこれを基体上で重合させることによって高分子薄膜を形成する蒸着重合法が提案されている。
図５は、従来の蒸着重合装置の一例を示すものである。
図５に示すように、この蒸着重合装置１０１は、気密状態を保持可能な処理室１０２を有し、この処理室１０２は、図示しない外部の真空ポンプその他の真空排気系に接続されている。そして、処理室１０２内の上部には、高分子薄膜を形成すべき基板１０３が基板ホルダ１０４によって下向きに保持され、また、基板ホルダ１０４の背面側には、基板１０３を所望の温度に加熱するためのヒーター１０５が設けられている。
【０００３】
一方、処理室１０２の下方には、基板１０３に対抗するように、各有機化合物モノマーａ、ｂを蒸発させるための蒸発源が設けられる。すなわち、例えばガラスからなる蒸発用容器１０６、１０７が設けられるとともに、各蒸発用容器１０６、１０７の近傍に、加熱用のヒーター１０８、１０９と温度センサ１１０、１１１が設けられ、これらによって有機化合物モノマーａ、ｂの蒸発レートが常に一定に保たれるように構成される。
【０００４】
なお、蒸発用容器１０６、１０７の間には、各有機化合物モノマーａ、ｂの蒸気の混合を防止するための仕切板１１２が設けられ、また、加熱用のヒーター１０８、１０９の上方には、有機化合物モノマーａ、ｂの蒸気の混入を防止するためのシャッター１１３が設けられている。
【０００５】
図６に示すように、本出願人は、先に、この種の蒸発源１２０として、有機化合物のモノマーａを収容したガラス製容器１２１と、このガラス製容器１２１を輻射加熱するハロゲンランプ又は金属抵抗体の加熱装置１２２と、ガラス製容器１２１の壁面１２１ｂに接触させた温調用熱電対１２３と、このガラス製容器１２１内の有機化合物モノマーａ中に挿入したモニター用熱電対１２４とを備え、精度の高い有機化合物モノマーａの温度制御を行う蒸発源を提案した（特開平６−８１１２９号公報参照）。
【０００６】
また、本出願人は、有機化合物モノマーの使用効率を向上させるため、蒸発源から基板に至る間の真空処理室内の壁面を加熱する装置も提案した（特開平４−４５２５９号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の蒸発源においては、次のような問題があった。
すなわち、上述した第１の従来例の場合、有機化合物モノマーａを収容したガラス製容器１２１と基板１０３との間が離間しているため、有機化合物モノマーａ、ｂの蒸気のうち基板１０３に到達しないものがあり、その結果、基板１０３上に形成される高分子薄膜の厚みを均一にすることが困難であるという問題があった。
【０００８】
一方、第２の従来例の場合によれば、蒸発源から蒸発した有機化合物モノマーａ、ｂのほとんどが基板１０３に到達するものの、それでも基板１０３の中心ほど膜厚が厚くなり、膜厚の均一な高分子薄膜を得ることが困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、有機化合物モノマーの使用効率が高く、しかも基体において均一な膜厚の高分子薄膜を形成しうる有機化合物用蒸発源及びこれを用いた蒸着重合装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、真空処理室内で二つの蒸発用容器内に収容した異なる有機化合物モノマーを加熱してこれを蒸発させる有機化合物用蒸発源において、前記二つの蒸発用容器の開口部から流出する有機化合物モノマーの蒸気を周囲に飛散させることなく混合して前記基体に導くための筒状部材を有する蒸発制御槽を設け、前記筒状部材の一方の開口部が前記蒸発用容器の開口部を囲むとともに、当該蒸発用容器の開口部が前記筒状部材の内部に入り込むように構成したことを特徴とする有機化合物用蒸発源である。
この場合、請求項２記載の発明のように、請求項１記載の発明において、二つの蒸発用容器の間に有機化合物モノマーを下方へ逃がさないようにするための遮蔽板を設けたることも効果的である。
また、請求項３記載の発明のように、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、筒状部材内に膜厚分布補正用の発熱体を設けることも効果的である。
さらに、請求項４記載の発明のように、請求項３記載の発明において、膜厚分布補正用の発熱体として、周囲からの熱伝導によって加熱される部材からなるものを用いることも効果的である。
さらにまた、請求項５記載の発明のように、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発明において、膜厚分布補正用の発熱体が、当該基体の中心部に対応する位置に、当該基体と平行となるように配置されることも効果的である。
一方、請求項６記載の発明は、真空処理室内に請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機化合物用蒸発源を備えたことを特徴とする蒸着重合装置である。
【００１１】
かかる構成を有する請求項１記載の発明の場合、二つの蒸発用容器の開口部から流出する有機化合物モノマーの蒸気が蒸発制御槽内の壁面によって反射され、その結果、これら有機化合物モノマーの蒸気の混合が促進される。そして、その状態で有機化合物モノマーの蒸気を基体に導びけば、均一な状態で有機化合物モノマーの蒸気が基体に到達し、基体上に堆積するようになる。
また、本発明においては、蒸発制御槽の筒状部材の一方の開口部が蒸発用容器の開口部を囲むとともに、当該蒸発用容器の開口部が筒状部材の内部に入り込むように構成し、二つの蒸発用容器の開口部から流出する有機化合物モノマーの蒸気が周囲に飛散することなく直接筒状部材内に導入するようにしたことから、混合有機化合物モノマーの使用効率を向上させることが可能になる。
この場合、請求項２記載の発明のように、二つの蒸発用容器の間に有機化合物モノマーを下方へ逃がさないようにするための遮蔽板を設ければ、さらに有機化合物モノマーの使用効率を高めることが可能になる。
さらに、請求項３記載の発明のように、筒状部材内に膜厚分布補正用の発熱体を設ければ、有機化合物モノマーの混合が一層促進される。
この場合、請求項４記載の発明のように、膜厚分布補正用の発熱体として、周囲からの熱伝導によって加熱されるものを用いれば、発熱体を加熱する手段を特に設ける必要がない。
さらにまた、請求項５記載の発明のように、膜厚分布補正用の発熱体が、当該基体の中心部に対応する位置に、当該基体と平行となるように配置すれば、より膜厚の均一性を高めることが可能になる。
一方、請求項６記載の発明のように、真空処理室内に請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機化合物用蒸発源を備えれば、有機化合物モノマーの使用効率が高く、しかも基体上における高分子薄膜の膜厚分布が均一にしうる蒸着重合装置が容易に得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る有機化合物用蒸発源及びこれを用いた真空処理装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明が適用される蒸着重合装置の好ましい一実施の形態を示すものである。
図１に示すように、この蒸着重合装置１は、気密状態を保持可能な処理室２を有し、この処理室２は、図示しない外部の真空ポンプその他の真空排気系に接続されている。そして、処理室２内の上部には、高分子薄膜を形成すべき基体としての基板３が基板ホルダ４によって下向きに保持され、また、基板ホルダ４の背面側には、基板３を所望の温度に加熱するためのヒーター５が設けられている。ここで、基板３としては、シリコンウエハ、ガラス基板、金属板、プラスチック基板等が用いられる。
【００１４】
一方、処理室２の下方には、各有機化合物モノマーＡ、Ｂを蒸発させるための蒸発源６が設けられる。本実施の形態においては、例えばガラスからなる蒸発用容器７、８が設けられるとともに、各蒸発用容器７、８の内部に、加熱用のヒーター９、１０が設けられる。なお、各蒸発用容器７、８の内部には、上述の第１の従来例と同様の熱電対が設けられ、これらによって有機化合物モノマーＡ、Ｂの温度ひいては蒸発レートが常に一定に保たれるように構成される。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態においては、各蒸発用容器７、８の上方に蒸発制御槽６Ａが設けられている。この蒸発制御槽６Ａは、筒状部材である円筒部材１１と、シャッター１３とから構成される。
【００１６】
円筒部材１１は、例えばステンレス等の金属からなり、その一方の開口部が各蒸発用容器７、８の開口部７ａ、８ａを囲むとともに、他方の開口部が基板３に対向するように配置される。そして、円筒部材１１の基板３に対向する側の開口部がシャッター１３により必要に応じて開閉されるように構成される。
【００１７】
一方、図１に示すように、各蒸発用容器７、８の開口部７ａ、８ａから流出する有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気を周囲に飛散させることなく混合して基板３に導くため、各蒸発用容器７、８の開口部７ａ、８ａが円筒部材１１の内部に入り込むように構成される。また、円筒部材１１の周囲には、図示しない電源に接続された加熱用のヒーター１２が巻き付けられている。さらに、蒸発用容器７、８の間には、各有機化合物モノマーＡ、Ｂを下方へ逃がさないようにするための遮蔽板１５が設けられている。
【００１８】
このような構成において、基板３上に高分子薄膜を形成する場合には、処理室２内の真空度を調整し、シャッター１３を閉じた状態で各有機化合物モノマーＡ、Ｂを所定の温度に保つように加熱する。しかる後、各蒸発用容器７、８の蒸発口７ａ、８ａから蒸気が発生し、蒸発制御槽６Ａの内部に各有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気が導入される。一方、円筒部材１１に巻かれたヒーター１２によって円筒部材１１を加熱し、有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気を所定の温度に保持する。
【００１９】
次いで、各有機化合物モノマーＡ、Ｂが所定の温度に達して所要の蒸発量が得られた後に、シャッター１３を開き、所定の析出速度で基板３上に有機化合物の薄膜を蒸着し、堆積させた後にシャッター１３を閉じ、基板３上で重合反応を起こさせて高分子薄膜を形成する。
【００２０】
かかる構成を有する本実施の形態においては、各蒸発用容器７、８の開口部７ａ、８ａから流出する各有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気が、蒸発制御槽６Ａ内に一時的に収容される際に円筒部材１１の内壁面によって反射され、その結果、有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気の混合が促進される。そして、その状態で有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気を基板３に導びけば、均一な状態で有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気が基体に到達するため、基板３上において均一な高分子薄膜が形成される。
【００２１】
また、円筒部材１１の周囲には加熱用のヒーター１２が設けられていることから、蒸発用容器７、８から蒸発した各有機化合物モノマーＡ、Ｂの蒸気のほとんどが基板３に到達し、その結果、各有機化合物モノマーＡ、Ｂの使用効率を高いレベルに維持することができる。
【００２２】
このように、本実施の形態によれば、有機化合物モノマーＡ、Ｂの使用効率が高く、しかも基板３上における高分子薄膜の膜厚分布を均一にしうる真空処理装置が容易に得られる。
【００２３】
図２は、本発明が適用される蒸着重合装置の他の実施の形態を示すものである。以下、上記実施の形態と対応する部分について同一の符号を付して説明する。
図２に示すように、本実施の形態に係る蒸着重合装置１Ａにおいては、蒸発制御槽６Ａの内部であってシャッター１３の近傍に膜厚分布補正用の発熱体１４が設けられている。この発熱体１４は、例えばステンレス等の金属製の材料からなり、円盤形状を有している。この発熱体１４は、例えば、基板３の中心部に対応する位置に、基板３と平行となるように水平方向に配置される。
【００２４】
かかる構成を有する本実施の形態によれば、処理室２内の温度上昇に伴って発熱体１４の温度も上昇し、発熱体１４の近傍において蒸気の対流が生じるので、蒸発制御槽６Ａ内における各有機化合物モノマーＡ、Ｂの混合が一層促進される。その結果、基板３上においてより均一な高分子薄膜を形成することができる。
【００２５】
この場合、発熱体１４は周囲からの熱伝導によって加熱されるので、発熱体１４を加熱する手段を特に設ける必要がなく、簡素な構成の蒸着重合装置１Ａを得ることができる。その他の構成及び作用効果については、上述の実施の形態と同様であるのでその詳細な説明を省略する。
【００２６】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、筒状部材、発熱体の材料としては種々のものを用いることができる。ただし、熱伝導率の高いステンレス等の金属を用いるとより効果的である。
【００２７】
また、筒状部材の形状、大きさについては、基体に有機化合物モノマーの蒸気を導くことができる限り、種々のものを用いることができる。ただし、高分子薄膜を形成すべき基体の形状、大きさに対応するような例えば円筒形状のものを用いれば、より効果的である。
【００２８】
一方、発熱体の形状についても、円盤形状に限られず、種々のものとすることができるが、円盤状のものを用いれば、水平方向に対する膜厚の均一化に有利となるというメリットがある。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明に係る蒸発源及びこれを用いた蒸着重合装置の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
【００３０】
〔実施例１〕
図１に示す蒸発源及び蒸着重合装置を用い、基板３上にポリ尿素膜を形成した。
この場合、基板３としては、一辺が１２０ｍｍの正方形状のガラス板又は直径が５インチ（１２．７ｍｍ）のＳｉウェハを用いた。また、円筒部材１１としては、外径１００ｍｍ、高さ２２０ｍｍのステンレス製のものを用い、その周壁をヒーター１２によって１００℃に加熱した。そして、蒸発用容器７に有機化合物モノマーＡとして４、４'−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を５０ｃｍ3 注入して７８℃に加熱するとともに、蒸発用容器８に有機化合物モノマーＢとして４、４'−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）を５０ｃｍ3 注入して１０９℃に加熱した。
【００３１】
なお、各蒸発用容器７、８の開口部７ａ、８ａの内径は２０ｍｍとし、開口部７ａ、８ａ同士の間隔は２０ｍｍとした。また、各蒸発用容器７、８の開口部７ａ、８ａと基板３との間隔を３００ｍｍとし、シャッター１３と基板３との間隔を８０ｍｍとした。この装置により得られたポリ尿素膜の膜厚分布を図３に示す。
【００３２】
〔比較例〕
比較例として、従来例と同様の構成の装置、すなわち、円筒部材１１を有しない点以外、実施例１と同様の装置を用い、基板３上にポリ尿素膜を形成した。この装置により得られたポリ尿素膜の膜厚分布を図３に示す。
【００３３】
図３から理解されるように、本発明の蒸発源を用いた蒸着重合装置の場合は、従来の蒸発源を用いた蒸着重合装置に比べて膜厚分布が向上した。例えば、基板３の中心部から５０ｍｍ離れた位置において、比較例１の場合は中心部の５０％以下の膜厚しか得られなかったのに対し、実施例１の場合は中心部に比べて７３％程度の膜厚が得られ、均一な膜厚分布となった。
また、ポリ尿素膜の成膜速度についても、比較例１の場合に比べて約５倍の速度で薄膜を形成することができた。
【００３４】
〔実施例２〕
本実施例においては、図２に示す蒸着重合装置１Ａを用い、実施例１と同様の方法によって基板３上にポリ尿素膜を形成した。この場合、発熱体１４としては、直径３０ｍｍのステンレス製の円盤状の部材を用い、基板３の中央部分に対応する位置に基板３と平行になるように配置した。この蒸着重合装置１Ａにおいて有機化合物モノマーＡ、Ｂを蒸発させたところ、発熱体１４は、周囲からの熱伝導により９２℃まで上昇した。
【００３５】
図４は、実施例２の装置により得られたポリ尿素膜の膜厚分布を示すものである。図４の●を結んだプロットで示すように、本実施例の場合は、基板３の中心部から５０ｍｍ離れた位置において、中心部との膜厚の差が±４％程度となり、実施例１の装置よりも一層均一なポリ尿素膜が得られた。
【００３６】
一方、モンテカルロ法を用いたシミュレーションにより実施例２の装置における膜厚分布を算出した。すなわち、図２に示す蒸発制御槽６Ａと同じ形状の容器に一定量のモノマーのガスを導入し、ＣＯＳ則（余弦法則）によって反射し基板に入射するガスのある割合（例えば５０％）がそのまま堆積したとして、基板の所定の範囲に入射するガスの量（分布）を求めた。この場合、モノマーのガスの飛散する方向を乱数を用いて決定した。その結果を図４の○を結んだプロットで示す。
【００３７】
図４から理解されるように、計算の結果は実験値とほぼ一致し、蒸発源の形状が変わっても容易に最適な膜厚分布に制御可能な蒸発源を得ることがわかった。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る有機化合物用蒸発源及び蒸着重合装置によれば、有機化合物モノマーの使用効率を向上させることができ、しかも基体上において均一な膜厚の高分子薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される蒸着重合装置の一実施の形態を示す概略構成図
【図２】本発明が適用される蒸着重合装置の他の実施の形態を示す概略構成図
【図３】本発明の蒸発源と従来の蒸発源を用いた場合のポリ尿素膜の膜厚分布をそれぞれ示すグラフ
【図４】実施例２の装置により得られるポリ尿素膜の膜厚分布を示すグラフ
【図５】従来の蒸着重合装置の一例を示す概略構成図
【図６】従来の蒸発源の一例を示す概略構成図
【符号の説明】
１、１Ａ…蒸着重合装置、２…処理室、３…基板、５…ヒーター、６…蒸発源、６Ａ…蒸発制御槽、７、８…蒸発用容器、７ａ、８ａ…開口部、９、１０…ヒーター、１１…円筒部材、１２…ヒーター、１３…シャッター、１４…発熱体、１５…遮蔽板
【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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