(57)【要約】      （修正有）【課題】固体の粒子を安定的に昇華させることが可能な気化器を提供する。【解決手段】常温において固体状態である固体の粒子３０を気化させる気化器２１において、前記固体の粒子３０を供給するための供給部３１と、前記供給部３１より供給された前記固体の粒子３０を気化するため、複数の孔部が設けられた加熱部を有する気化部３３とを有し、前記気化部３３は、重力の働く方向に上から順に設けられた分散網３４と加熱網３５と加熱傾斜部３６からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温において固体状態である固体の粒子を気化させる気化器において、
前記固体の粒子を供給するための供給部と、
前記供給部より供給された前記固体の粒子を気化するため、複数の孔部が設けられた加熱部を有する気化部と、
を有することを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記気化器は、チャンバー内に設置された基板に、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置に接続されており、
前記固体の粒子は前記第１の物質の粒子であって、
前記気化器は、気化した第１の物質を前記チャンバー内に供給するものであることを特徴とする請求項１に記載の気化器。
【請求項３】
前記気化部には、前記加熱部の温度以上に加熱されたキャリアガスが導入されており、前記キャリアガスが前記加熱部における前記複数の孔部を通過するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の気化器。
【請求項４】
前記気化部にはキャリアガスが導入されており、前記キャリアガスは前記加熱部の下方より供給されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項５】
前記気化器は前記固体の粒子が気化した気体が排出される排出口を有しており、
前記排出口は、前記加熱部よりも高い位置に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項６】
前記加熱部は、重力の働く方向に複数設けられており、
上方に配置された加熱部における孔部の平均面積は、前記下方に配置された加熱部における孔部の平均面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項７】
前記加熱部の下方には、前記固体の粒子を気化するため加熱された傾斜を有する傾斜加熱部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項８】
前記加熱部は、網状に構成されているものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項９】
前記加熱部の孔部の形状は、正方形又は長方形であって、前記固体の粒子の粒径は、前記正方形の一辺又は前記長方形の短辺よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の気化器。
【請求項１０】
前記第１の物質はＰＭＤＡであり、前記第２の物質はＯＤＡであり、前記第３の物質はポリイミドであることを特徴とする請求項２に記載の気化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは密着性が高く、リーク電流も低いことから絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ：pyromellitic dianhydride）と４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ：4,4'-oxydianiline）を用いた蒸着重合による成膜方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
この蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを昇華させてチャンバー内で重合させる方式であるが、良好なポリイミド膜を得るためには、気化させたＰＭＤＡ及びＯＤＡを継続的に一定量チャンバー内に供給する必要がある。しかしながら、ＰＭＤＡはＯＤＡよりも気化する温度が高く、継続して一定量をチャンバー内に供給することは困難であった。
【０００６】
一方、昇華性を有する有機化合物材料を昇華させて成膜する成膜方法として、フラッシュ蒸着法を有機化合物材料の成膜に適用することができるよう改良した成膜方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４１８２１号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、成膜されたポリイミド膜を半導体素子の一部として用いる場合、緻密で付着性の高い良好なポリイミド膜が要求される。このため、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを単に加熱することにより気化させてチャンバー内に供給する方法では、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡを一定量継続して安定的に供給することが困難であるため、半導体素子の一部として用いることが可能な良好なポリイミド膜を得ることは困難である。
【０００９】
また、引用文献２に記載される方法を利用して有機化合物材料を昇華させる場合であっても、ＰＭＤＡを変質等させることなく厳密に気化したＰＭＤＡを一定量継続して安定的に供給することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＰＭＤＡを安定的に気化させてチャンバー内に供給することにより、半導体素子を形成する材料としても用いることが可能な良好なポリイミド膜を形成するための気化器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、常温において固体状態である固体の粒子を気化させる気化器において、前記固体の粒子を供給するための供給部と、前記供給部より供給された前記固体の粒子を気化するため、複数の孔部が設けられた加熱部を有する気化部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記気化器は、チャンバー内に設置された基板に、気化した第１の物質と気化した第２の物質とを供給し反応させることにより前記基板上に第３の物質の膜を形成する成膜装置に接続されており、前記固体の粒子は前記第１の物質の粒子であって、前記気化器は、気化した第１の物質を前記チャンバー内に供給するものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記気化部には、前記加熱部の温度以上に加熱されたキャリアガスが導入されており、前記キャリアガスが前記加熱部における前記複数の孔部を通過するものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記気化部にはキャリアガスが導入されており、前記キャリアガスは前記加熱部の下方より供給されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記気化器は前記固体の粒子が気化した気体が排出される排出口を有しており、前記排出口は、前記加熱部よりも高い位置に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記加熱部は、重力の働く方向に複数設けられており、上方に配置された加熱部における孔部の平均面積は、前記下方に配置された加熱部における孔部の平均面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記加熱部の下方には、前記固体の粒子を気化するため加熱された傾斜を有する傾斜加熱部を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記加熱部は、網状に構成されているものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記加熱部の孔部の形状は、正方形又は長方形であって、前記固体の粒子の粒径は、前記正方形の一辺又は前記長方形の短辺よりも大きいことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記第１の物質はＰＭＤＡであり、前記第２の物質はＯＤＡであり、前記第３の物質はポリイミドであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、原料モノマーとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いて良好なポリイミド膜を形成することが可能な気化器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態における成膜装置の構成図
【図２】第１の実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器の構成図
【図３】第１の実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器の説明図
【図４】第２の実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態は、原料モノマーとしてＰＭＤＡとＯＤＡを用いて蒸着重合によりポリイミド膜を成膜するための成膜装置に関するものである。
【００２５】
（成膜装置）
図１に基づき、本実施の形態における成膜装置について説明する。
【００２６】
本実施の形態における成膜装置は、不図示の真空ポンプ等により排気が可能なチャンバー１１内にポリイミド膜が成膜されるウエハＷを複数設置することが可能なウエハボート１２を有している。また、チャンバー１１内には、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡを供給するためのインジェクター１３及び１４を有している。このインジェクター１３及び１４の側面には開口部が設けられており、インジェクター１３及び１４より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが図面において矢印で示すようにウエハＷに供給される。供給された気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、ウエハＷ上で反応し蒸着重合によりポリイミド膜が成膜される。尚、ポリイミド膜の成膜に寄与しない気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡ等は、そのまま流れ、排気口１５よりチャンバー１１の外に排出される。また、ウエハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるようにウエハボート１２は、回転部１６により回転するように構成されている。更に、チャンバー１１の外部には、チャンバー１１内のウエハＷを一定の温度に加熱するためのヒーター１７が設けられている。
【００２７】
また、インジェクター１３及び１４は、ＰＭＤＡ気化器２１及びＯＤＡ気化器２２とバルブ２３及び２４を介し導入部２５において、それぞれ接続されており、ＰＭＤＡ気化器２１及びＯＤＡ気化器２２より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される。
【００２８】
ＰＭＤＡ気化器２１には高温の窒素ガスをキャリアガスとして供給し、ＰＭＤＡ気化器２１においてＰＭＤＡを昇華させることにより気化した状態で供給する。このため、ＰＭＤＡ気化器２１は、２６０℃の温度に保たれている。また、ＯＤＡ気化器２２では、高温の窒素ガスをキャリアガスとして供給し、高温に加熱され液体状態となったＯＤＡを供給された窒素ガスによりバブリングすることにより、窒素ガスに含まれるＯＤＡの蒸気とし、気化した状態で供給する。このため、ＯＤＡ気化器２２は２２０℃の温度に保たれている。この後、バルブ２３及び２４、導入部２５を介し、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、インジェクター１３及び１４内に供給され、更に、インジェクター１３及び１４より気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとが、チャンバー１１内に供給されて、ウエハＷ上において反応しポリイミド膜が成膜される。
【００２９】
従って、本実施の形態における成膜装置では、インジェクター１３及び１４より横方向に、気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとが噴出し、ウエハＷ上において反応し蒸着重合によりポリイミド膜が成膜される。
【００３０】
（ＰＭＤＡ気化器）
次に、図２に基づき本実施の形態の成膜装置に用いられるＰＭＤＡ気化器２１について説明する。このＰＭＤＡ気化器２１は、ＰＭＤＡ供給部３１と、絞り３２、ＰＭＤＡ気化部３３により構成されている。ＰＭＤＡ気化部３３は、分散網３４、加熱部となる加熱網３５、加熱傾斜部３６、気化ＰＭＤＡ排出口３７及び加熱網制御部３８により構成されている。
【００３１】
ＰＭＤＡ供給部３１では、粒子状のＰＭＤＡ粒子３０が納められており、絞り３２を調節することにより、ＰＭＤＡ粒子３０の供給量が制御される。ＰＭＤＡ粒子３０の供給は連続的であっても断続的であってもよいが、好ましくは連続的である。
【００３２】
ＰＭＤＡ気化部３３は、全体がＰＭＤＡを気化するために設定された温度である２６０℃に加熱されており、分散網３４、加熱網３５及び加熱傾斜部３６が、重力の働く方向に、順に設置されている。尚、本実施の形態では、ＰＭＤＡを気化するための温度として２６０℃に設定しているが、ＰＭＤＡが気化する温度であって、再凝固しない温度であれば、より低い温度であってもよい。
【００３３】
分散網３４は、ＰＭＤＡ供給部３１より絞り３２を介し、矢印Ａに示す方向に供給されるＰＭＤＡ粒子３０を全体的に分散させる機能を有するものである。従って、供給されるＰＭＤＡ粒子３０の粒径よりも、分散網３４の網目の孔部の辺は長く形成されている。これにより、ＰＭＤＡ粒子３０は、分散網３４の網目において捕らえられることなく下に落下する。尚、ＰＭＤＡ粒子３０をできるだけ均一に分散することができる機能を有するものであれば、網構造以外の構造のものであってもよく、例えば、メッシュ構造ではなく、ＰＭＤＡ粒子３０の粒径よりも広い間隔で金属線等を一方向に配列した構成のものであってもよい。
【００３４】
加熱網３５は、分散網３４により分散され落下したＰＭＤＡ粒子３０を網目において捕らえ加熱し気化させる機能を有するものである。従って、ＰＭＤＡ粒子３０の粒径よりも、加熱網３５の網目である孔部の辺は短いものとなっている。これによりＰＭＤＡ粒子３０を加熱網３５の網目に捕らえることができる。ＰＭＤＡ粒子３０は、分散網３４により分散されるため、加熱網３５の全体に広がり、各々の網目において捕らえられる。
【００３５】
具体的に図３に加熱網３５とＰＭＤＡ粒子３０との関係について示す。図に示されるように、加熱網３５は、縦横に設けられた金属線３５ａにより網目が構成されている。網目の大きさは、金属線３５ａの配置される間隔Ｄにより定めることができる。この間隔Ｄは、ＰＭＤＡ粒子３０の平均粒径Ｒよりも小さな値である。これにより、ＰＭＤＡ粒子３０を加熱網３５の網目において捕らえることができる。前述のとおり、ＰＭＤＡ粒子３０は分散網３４により分散されているため、加熱網３５において広がり、各々の網目にＰＭＤＡ粒子３０が捕らえられる。このため、一部にＰＭＤＡ粒子３０が固まることはない。
【００３６】
この加熱網３５、即ち、加熱網３５の網目を構成する金属線３５ａは、ＰＭＤＡが気化する温度に加熱されており、この金属線３５ａよりＰＭＤＡ粒子３０は加熱されて気化する。ＰＭＤＡ粒子３０は気化することにより、次第に粒径が小さくなり、その粒径が長さＤよりも小さくなると、加熱網３５の網目より落下する。
【００３７】
加熱網３５の網目より落下したＰＭＤＡ粒子３０は、ＰＭＤＡが気化する温度に加熱されている加熱傾斜部３６において気化される。具体的には、加熱傾斜部３６においては、ＰＭＤＡ粒子３０は加熱傾斜部３６に設けられた傾斜を転がりながら気化し蒸発する。加熱網３５の網目より落下したＰＭＤＡ粒子３０の粒径は小さく、その体積も小さいため短時間で蒸発させることができる。
【００３８】
尚、加熱網３５は加熱網制御部３８により温度制御された状態で加熱されている。具体的には、加熱網制御部３８は加熱網３５に接続されており、加熱網３５に電流を流すことにより加熱するものである。加熱網制御部３８は加熱網３５の温度を計測するための不図示の温度計及び、温度計の温度に基づき加熱網３５に流す電流量を制御する温度制御機能を有している。また、本実施の形態では、加熱網３５を加熱する形態であるが、分散網３４においても加熱網制御部３８により電流を流し加熱することが可能である。
【００３９】
本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器２１では、キャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスが、窒素ガス供給部４１よりＰＭＤＡ供給部３１に供給されており、また、窒素ガス供給部４２より絞り３２とＰＭＤＡ気化部３３との間に供給されており、更に、窒素ガス供給部４３より、加熱傾斜部３６の下側より供給されている。ここで、窒素ガス供給部４３より供給されたキャリアガスは、加熱網３５の網目内、また、加熱網３５に沿って流れ、気化したＰＭＤＡは加熱網３５の近傍を滞留することなく流れるため、ＰＭＤＡ粒子３０を効率よく気化させることができる。
【００４０】
このように、窒素ガス供給部４１、４２及び４３より供給されたキャリアガスにより、気化したＰＭＤＡは矢印Ｂに示す方向に上昇し、気化したＰＭＤＡの排出口である気化ＰＭＤＡ排出口３７より矢印Ｃに示す方向に流れ、バルブ２３を介し、インジェクター１３に供給される。尚、完全に気化されることなく粉末状となったＰＭＤＡ微粒子が、気化ＰＭＤＡ排出口３７より、気化したＰＭＤＡとともに、インジェクター１３に供給されることを防ぐため、気化ＰＭＤＡ排出口３７は、ＰＭＤＡ気化部３３の上部、即ち、加熱部となる加熱網３５よりも高い位置に設けられている。
【００４１】
本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器２１は、前述のとおり、ＰＭＤＡ気化部３３の全体がＰＭＤＡを気化するために設定された温度である２６０℃、または、これ以上の温度に設定されているため、ＰＭＤＡ気化部３３内の壁面に凝固し付着することはない。
【００４２】
本実施の形態の説明においてはキャリアガスとして窒素ガスを用いた場合について説明したが、キャリアガスはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスであってもよい。
【００４３】
本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器２１において、供給されるＰＭＤＡ粒子３０の粒径は２５０μｍであり、比重は１．６８×１０３ｋｇ／ｍ３である。
【００４４】
本実施の形態におけるＰＭＤＡ気化器２１では、加熱網３５において、ＰＭＤＡ粒子３０を分散させた状態で加熱することができるため、ＰＭＤＡ粒子３０が一定の場所に長時間滞留し、長時間加熱され、ＰＭＤＡが熱により変質してしまうおそれがない。
【００４５】
即ち、長時間加熱され、ＰＭＤＡが熱により変質してしまうと、気化したＰＭＤＡは安定的に供給されないのみならず、変質したＰＭＤＡが異物として気化したＰＭＤＡに混入し供給される場合がある。この場合、ウエハＷ上に成膜されるポリイミド膜の膜質に悪影響を与えてしまう。しかしながら、本実施の形態におけるＰＭＤＡ供給器２１では、加熱により変質したＰＭＤＡが気化したＰＭＤＡに混入することがないため、純度の高い気化したＰＭＤＡのみを供給することができる。
【００４６】
尚、本実施の形態においては加熱網３５について説明したが、加熱網３５に代えて別途孔部を有する部材により構成しても同様の効果を得ることができる。例えば、このような部材としては、シャワープレート、ナノクリスタルシリコン、金属ファイバー、多孔質セラミックス等が挙げられ、構造としては、長方形、多角形、円形や楕円形のメッシュ、軽石状のもの、金属たわし状、スポンジ状等のものが挙げられる。
【００４７】
また、ＰＭＤＡ気化器２１は、絞り３２によりＰＭＤＡ粒子３０の供給量を制御されるが、不図示のコンピュータで動作する制御プログラムにより制御することも可能である。また、この制御プログラムは、コンピュータにより読み取ることが可能な記憶媒体に記憶させておくことも可能である。
【００４８】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、加熱網を複数設けた構成の気化器である。即ち、第１の実施の形態における加熱網３５は一層であるのに対し、三層の加熱網を設けた構成である。この他の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
図４に基づき、本実施の形態における気化器について説明する。本実施の形態における気化器は、第１の加熱網５１、第２の加熱網５２、第３の加熱網５３が設けられている。第１の加熱網５１の網目は、ＰＭＤＡ粒子３０の粒径よりも狭いが、第１の加熱網５１、第２の加熱網５２、第３の加熱網５３の中では、最も網目が広いものである。第２の加熱網５２は次に網目が広く、第３の加熱網５３は最も網目が狭い。第１の加熱網５１、第２の加熱網５２、第３の加熱網５３は、重力の働く方向に沿って配置されている。即ち、上から第１の加熱網５１、第２の加熱網５２、第３の加熱網５３の順に配置されている。
【００５０】
ＰＭＤＡ粒子は、第１の実施の形態と同様ＰＭＤＡ供給部より絞りを介し供給されるが、最初に、第１の加熱網５１上に落下し、第１の加熱網５１に捕らえられる。第１の加熱網５１では、縦横に設けられた金属線がＰＭＤＡを気化する温度に加熱されている。よって、第１の加熱網５１に落下したＰＭＤＡ粒子３０ａは加熱され気化することにより粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｂとなり、第１の加熱網５１の網目の幅より小さくなり、第１の加熱網５１の網目より落下する。
【００５１】
第１の加熱網５１より落下した粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｂは、次に、第２の加熱網５２に捕らえられる。即ち、第２の加熱網５２の網目は、第１の加熱網５１の網目よりも狭いため、粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｂであっても、第２の加熱網５２に捕らえられる。第２の加熱網５２では、縦横に設けられた金属線がＰＭＤＡを気化する温度に加熱されている。よって、第２の加熱網５２に落下した粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｂは加熱され気化することにより、更に粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｃとなり、第２の加熱網５２の網目の幅より小さくなって、第２の加熱網５２の網目より落下する。
【００５２】
第２の加熱網５２より落下した更に粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｃは、次に、第３の加熱網５３に捕らえられる。即ち、第３の加熱網５３の網目は、第２の加熱網５２の網目よりも狭いため、更に粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｃであっても、第３の加熱網５３に捕らえられる。第３の加熱網５３では、縦横に設けられた金属線がＰＭＤＡを気化する温度に加熱されている。よって、第３の加熱網５３に落下した更に粒径の小さなＰＭＤＡ粒子３０ｃは加熱され気化することにより、極めて粒径の小さなＰＭＤＡ粒子となり、第３の加熱網５３の網目の幅より小さくなって、第３の加熱網５３の網目より落下する。
【００５３】
第３の加熱網５３より落下した極めて粒径の小さなＰＭＤＡ粒子は、第３の加熱網５３の下側に設けられた加熱傾斜部において、転がりながら加熱されて気化される。
【００５４】
このように、重力の働く方向に沿って複数の加熱網を設けることにより、ＰＭＤＡ粒子を一定の場所に滞留させることなく効率よく加熱し気化させることができる。よって、純度の高いＰＭＤＡを効率よく気化させることが可能である。
【００５５】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５７】
１１    チャンバー
１２    ウエハボート
１３    インジェクター
１４    インジェクター
１５    排気口
１６    回転部
１７    ヒーター
２１    ＰＭＤＡ気化器
２２    ＯＤＡ気化器
２３    バルブ
２４    バルブ
２５    導入部
３０    ＰＭＤＡ粒子
３１    ＰＭＤＡ供給部
３２    絞り
３３    ＰＭＤＡ気化部
３４    分散網
３５    加熱網
３５ａ  金属線
３６    加熱傾斜部
３７    気化ＰＭＤＡ排出口
３８    加熱網制御部
４１    窒素ガス供給部
４２    窒素ガス供給部
４３    窒素ガス供給部
Ｗ      ウエハ
【図１】
2011009440.tif 000003
【図２】
2011009440.tif 000004
【図３】
2011009440.tif 000005
【図４】
2011009440.tif 000006