気化器
【課題】固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する場合において、十分な気化量を継続して安定的に供給することができる気化器を提供する。
【解決手段】固体原料ＲＭを加熱して昇華させ、原料ガスＲを発生させる加熱部２と、加熱部２の上方に設けられ、加熱部２に固体原料ＲＭを供給する供給部１と、加熱部２で発生させた原料ガスＲを搬送するキャリアガスＣを導入するガス導入部３と、発生させた原料ガスＲをキャリアガスＣとともに導出するガス導出部４とを有する。ガス導入部３から導入されたキャリアガスＣが、加熱部２を通過する。
【解決手段】固体原料ＲＭを加熱して昇華させ、原料ガスＲを発生させる加熱部２と、加熱部２の上方に設けられ、加熱部２に固体原料ＲＭを供給する供給部１と、加熱部２で発生させた原料ガスＲを搬送するキャリアガスＣを導入するガス導入部３と、発生させた原料ガスＲをキャリアガスＣとともに導出するガス導出部４とを有する。ガス導入部３から導入されたキャリアガスＣが、加熱部２を通過する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置の成膜室に、キャリアガスとともに原料ガスを供給する気化器に関する。
【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（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。
【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。
【０００６】
ここで、ＰＭＤＡが固体原料であり、昇華する性質を有するため、ポリイミドの薄膜を成膜する成膜装置において、固体原料であるＰＭＤＡを昇華させ、気化させるための気化器を備えなければならない。
【０００７】
ＰＭＤＡを昇華させ、気化させて原料ガスを供給する気化器においては、原料タンク内に固体原料を充填し、固体原料を充填した原料タンク内を真空に保った状態で加熱することによって原料ガスを発生させている。特に、ＰＭＤＡのように昇華性を有する有機化合物を昇華させる方法として、ビーズ等の支持体の表面を有機化合物で被覆して昇華容器に充填する方法も開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５３５１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。しかし、単にＰＭＤＡを容器に入れて加熱することによりチャンバー内に供給する方法では、ＰＭＤＡが昇華して減少するため、容器から直接熱を受けるＰＭＤＡの表面積は減少し、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った。また、ＰＭＤＡは容器の内壁からしか熱を受けず、内壁と直接接していないＰＭＤＡは十分に加熱されないため、十分な気化量が得られないという問題もあった。
【００１０】
一方、特許文献１に記載された有機化合物材料を昇華させる方法では、支持体の表面に有機化合物が被覆され、キャリアガス等を熱媒体として加熱されることから、直接熱を受ける有機化合物の表面積は増え十分な気化量は得られるものの、有機化合物が昇華するにつれて直接熱を受ける有機化合物の表面積が減少してしまい、気化した有機化合物を一定量継続して安定的にチャンバーに供給することができない。
【００１１】
更に、特許文献１に記載の技術では、有機化合物を昇華容器に充填するときは運転を停止しなければならず、チャンバーに継続して気化した有機化合物を供給することが困難であった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、十分な気化量を継続して安定的に供給することができる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】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
第１の発明は、固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスを導入するガス導入部と、発生させた原料ガスをキャリアガスとともに導出するガス導出部とを有し、前記ガス導入部から導入されたキャリアガスが、前記加熱部を通過することを特徴とする。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明に係る気化器において、前記加熱部は、メッシュ部を有し、前記ガス導入部から導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部へ導入されるとともに、前記加熱部へ導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部から導出されることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明に係る気化器において、前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至第３のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記固体原料は、前記加熱部で加熱されていることを特徴とする。
【００１８】
第５の発明は、第１乃至第４のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、常温より高い温度であることを特徴とする。
【００１９】
第６の発明は、第１乃至第４のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、前記固体原料の昇華点よりも高い温度であることを特徴とする。
【００２０】
第７の発明は、第１乃至第６のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記貯蔵部を振動させる振動機構を有することを特徴とする。
【００２１】
第８の発明は、固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、前記加熱部の下方に設けられ、前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスが通流するガス通路とを有し、前記加熱部は、メッシュ部を有し、前記ガス通路を通流するキャリアガスは、前記メッシュ部を介して前記固体原料と接することを特徴とする。
【００２２】
第９の発明は、第８の発明に係る気化器において、前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、十分な気化量を継続して安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る気化器が、固体原料を昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る気化器が、固体原料を昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る気化器について説明する。
【００２６】
本実施の形態は、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気化したＰＭＤＡを供給するための気化器である。以下、固体状態のＰＭＤＡは「ＰＭＤＡ」、気体状態のＰＭＤＡは「ＰＭＤＡガス」とする。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る気化器の構成を示す縦断面図である。図２は、本実施の形態に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態に係る気化器１０は、供給部１、加熱部２、ガス導入部３、ガス導出部４とから構成される。
【００２９】
供給部１は、原料貯蔵部５と、断熱材６ａと、原料貯蔵部５の上側に配置された原料導入口７を有する。原料貯蔵部５を含む供給部１（以下、主として原料貯蔵部５を示す場合においても、断熱材６ａと原料導入口７も含め、供給部１（原料貯蔵部５）と表すことがある。）には、ＰＭＤＡの原料粉末（以下、「ＰＭＤＡ粉末」という。）ＲＭが貯蔵されている。供給部１は、加熱部２に、原料貯蔵部５に貯蔵されたＰＭＤＡ粉末ＲＭを供給する。加熱部２は、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを貯蔵するとともに、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱し、昇華させてＰＭＤＡの原料ガス（以下、「ＰＭＤＡガス」という。）Ｒを発生させる。加熱部２は、供給部１の下方に設けられる。加熱部２は、キャリアガスＣを導入でき、気化したＰＭＤＡガスＲを輸送する機構を有する。
【００３０】
供給部１は、図１に示すように、充分にＰＭＤＡ粉末ＲＭを充填できる容積を有し、簡単に追加原料の再充填が可能な原料導入口７を有する。供給部１は、原料貯蔵部５の下側が加熱部２と連通している。供給部１（原料貯蔵部５）は、原料導入口７から充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭが加熱部２に重力Ｇにより自重で落下して充填されるために、加熱部２の上方でＰＭＤＡ粉末ＲＭを保持するためのものである。
【００３１】
供給部１（原料貯蔵部５）の容積は、加熱部２の容積よりも大きくすることができる。供給部１（原料貯蔵部５）の容積を加熱部２の容積よりも大きくするため、例えば図１に示すように、供給部１（原料貯蔵部５）の高さを、加熱部２の高さよりも大きくすることができる。
【００３２】
加熱部２は、前述したように、上側が供給部１（原料貯蔵部５）と連通している。加熱部２は、側面にメッシュ部８を有する。メッシュ部８は、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱部２内に充填し、保持するとともに、加熱部２の外側と内側との間でガスが通過可能にするためのものである。メッシュ部８は、例えばステンレス等の金属のメッシュよりなる。供給部１（原料貯蔵部５）に充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭは、供給部１（原料貯蔵部５）から加熱部２へ重力Ｇにより落下し、メッシュ部８を含む側面で囲まれた加熱部２に充填された状態にある。すなわち、加熱部２でＰＭＤＡ粉末ＲＭが昇華し気化して消失し、使用されることにより生じた隙間へ、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭが新たに落下・充填され、補充される機構を有する。
【００３３】
また、供給部１の中央部及び上部と、下部とは、互いに熱交換がされないように、原料貯蔵部５の側壁の一部が置き換えられた断熱材６ａによって、熱の移動が遮断される構成になっている。このような配置により、加熱部で発生した熱が、供給部の中央部以上に伝播されないようになっている。
【００３４】
一方、気化器１０のうち、供給部１の下部、加熱部２、ガス導入部３、ガス導出部４は、図示しない断熱材で囲まれている。図示しない断熱材の一部であって、加熱部２の近傍には加熱機構９が設置されており、加熱部２に入った原料を加熱・気化できるようになっている。なお、加熱機構９としてヒータ９等を用いることができ、加熱部２を加熱することができればよく、加熱機構９の設置される場所は、加熱部２の近傍でなく、気化器１０の任意の場所に設けることもできる。
【００３５】
ガス導入部３は、ガス導入管１１、ガス導入口１２、ガス導入室１３を有する。ガス導入室１３は、気化器１０の内部に加熱部２と隣接して設けられている。ガス導入管１１は、ＰＭＤＡガスＲを搬送するキャリアガスＣを気化器１０の外部から気化器１０の内部へ導入するための配管であり、ガス導入口１２で気化器１０のガス導入室１３と接続されている。また、ＰＭＤＡガスＲを成膜装置の成膜室へ輸送する際に、常温より高温に加熱されたキャリアガスＣを導入できるような図示しない加熱機構も有している。
【００３６】
ガス導出部４は、ガス導出室１４、ガス導出口１５、ガス導出管１６を有する。ガス導出室１４は、気化器１０の内部に、加熱部２と隣接し、かつ、加熱部２を中心としてガス導入部３と反対側に設けられている。ガス導出管１６は、キャリアガスＣ及びＰＭＤＡガスＲを気化器１０の内部から気化器１０の外部へ導出するための配管であり、ガス導出口１５でガス導出室１４と接続されている。
【００３７】
なお、加熱部２は、ガス導入部３側において、第１のメッシュ部８ａを介してガス導入室１３と隣接し、ガス導出部４側において、第２のメッシュ部８ｂを介してガス導出室１４と隣接する。すなわち、加熱部２のガス導入部３側、ガス導出部４側の対向する一組の側面は、第１のメッシュ部８ａ、第２のメッシュ部８ｂよりなる一組のメッシュ部８である。このとき、キャリアガスＣの流路の上流から下流に沿って、ガス導入室１３、加熱部２、ガス導出室１４を連続して一体に形成してもよい。この場合、加熱部２とガス導入室１３とは第１のメッシュ部８ａにより仕切られ、加熱部２とガス導出室１４とは第２のメッシュ部８ｂにより仕切られる。また、加熱部２のガス導入部３側、ガス導出部４側の対向する一組の側面は、図１及び図２に示すように、ガス導入室１３とＰＭＤＡ粉末ＲＭとの境界を、全面にわたりメッシュ部８とすることもできる。また、メッシュ部８のメッシュのサイズは、ＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒径より小さくすることができる。
【００３８】
ＰＭＤＡ粉末の粒度分布は、例えば平均粒径が２００〜３００μｍ程度、１００μｍ以下の粒径を有する粒子の含有率が１％程度である。また、このような粒度分布を有するＰＭＤＡ粉末を使用する場合は、例えばメッシュ部８のメッシュのサイズを１００μｍ程度とすることができる。
【００３９】
ここで、図１及び図３を参照し、本実施の形態に係る気化器１０が、長期間に亘って気化量を安定化させることができ、長期間連続運転しながら原料を補充することができる作用効果について説明する。図３は、本実施の形態に係る気化器が、ＰＭＤＡを昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図であり、加熱部におけるＰＭＤＡ粉末の状態を模式的に拡大して示す図である。
【００４０】
始めに、図３を参照し、本実施の形態に係る気化器が、長期間に亘って気化量を安定化させることができる作用効果について説明する。
【００４１】
図３（ａ）は、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され始める時点を示す。メッシュ部８（第１のメッシュ部８ａ、第２のメッシュ部８ｂ）を介して、キャリアガスＣが加熱部２をガス導入室１３からガス導出室１４にかけて通過している。このようにＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が充填された状態でヒータをＯＮし、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１を加熱して昇華させ、気化させる。加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、ヒータで発生する熱量が、加熱部２の底面又はメッシュ部８を含む側面からの熱伝導等による熱量Ｈとして移動されることによって加熱される。また、ガス導入室１３から導入されるキャリアガスＣも、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の加熱及び昇華を補助するため、予め常温より高い温度にされており、好ましくはＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の昇華点よりも高い温度にされている。キャリアガスＣは、ガス導入室１３側の第１のメッシュ部８ａから加熱部２の内部に導入され、加熱部２の内部を通過し、ガス導出室１４側の第２のメッシュ部８ｂから加熱部２の外部に導出される。また、図２に示すように、メッシュ部８は、対向する側面のそれぞれ全面に形成されているため、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の略全ては、キャリアガスＣと接触する。
【００４２】
図３（ｂ）は、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され昇華して消失する時点を示す。加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、充分加熱され、昇華点よりも高い温度に保持される。従って、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は昇華して気化し、消失する。その結果、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、減少する。図３（ａ）の説明で前述したように、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の略全てがキャリアガスＣと接触しているため、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が昇華する昇華速度が大きく、ＰＭＤＡガスＲの発生効率が高い。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化して発生したＰＭＤＡガスＲは、図３（ｂ）に示すように、ガス導出室１４側の第２のメッシュ部８ｂを介してキャリアガスＣとともにガス導出室１４へ導出され、成膜装置の成膜室へ輸送される。
【００４３】
一方、加熱部２の上側と連通している供給部１（原料貯蔵部５）においては、充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が、原料の昇華点よりも低い温度に保持されているため、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華してＰＭＤＡガスＲが発生することはほとんどない。なお、供給部１（原料貯蔵部５）の下部においては、加熱部２からの熱量Ｈの熱伝導等により、一部において昇華点よりも高い温度となり、一部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華される場合もある。
【００４４】
図３（ｃ）は、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が消失して減少した減少分を、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が重力Ｇにより自重で落下して補充する時点を示す。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化したことにより生じた加熱部２の内部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の隙間は、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより落下することにより埋められ、加熱部２のＰＭＤＡ粉末の充填状態は初期状態に戻る。それによりＰＭＤＡガスＲの発生量も初期状態に戻るため、気化器１０は長期間に亘り一定量でＰＭＤＡガスＲを発生させることができる。また、供給部１（原料貯蔵部５）の下部には、供給部１（原料貯蔵部５）の中央部又は上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ３が重力Ｇにより自重で落下してくる。このようにして、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末が重力Ｇにより自重で落下して加熱部２に補充されるため、加熱部２においてＰＭＤＡガスＲの発生が自動的に継続される。
【００４５】
ここで、図３においては、作用効果の説明を理解しやすくするために、加熱部２においてＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が昇華して消失する時点と、消失したＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の上に供給部１（原料貯蔵部５）から新たなＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が重力Ｇにより自重で落下する時点を明確に分けて示している。しかしながら、実際にＰＭＤＡガスＲを発生させる場合においては、加熱部２においてＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が微量ずつ消失する毎に供給部１（原料貯蔵部５）から微量のＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより落下してくる場合もあり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の状態は、実際には明確に分かれていない場合もある。その場合は、原料貯蔵部５から加熱部２にＰＭＤＡ粉末が徐々に重力Ｇにより自重で落下するとともに、加熱部２でＰＭＤＡ粉末が連続して昇華して、ＰＭＤＡガスＲを発生させる。このようにして、ＰＭＤＡガスの量を一定に保つことができ、気化量を長期間にわたって安定化することができる。
【００４６】
次に、図１を参照し、本実施の形態に係る気化器が長期間連続運転しながら原料を補充することができる作用効果について説明する。
【００４７】
供給部１（原料貯蔵部５）の容積は加熱部２の容積よりも大きく構成されているため、供給部１（原料貯蔵部５）にＰＭＤＡを十分に貯蔵すれば、所定の時間ＰＭＤＡを補充する必要がなく、長時間継続してＰＭＤＡガスをチャンバーに送ることができる。
【００４８】
また、所定の時間が経過し、ＰＭＤＡが少なくなったときであっても、原料導入口７は加熱部２から離れており、原料導入口７を開いても加熱部２での気化に影響を与えることがないため、気化器１０の運転を停止させることなく原料導入口７よりＰＭＤＡを補充することができる。運転を停止することなくＰＭＤＡを補充することができるため、更に長時間継続してＰＭＤＡガスをチャンバーに送ることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、気化器を静置させているが、供給部（原料貯蔵部）若しくは加熱部又は気化器の他の部分を振動させる振動機構を設けてもよい。振動機構を設けることにより、供給部（原料貯蔵部）から加熱部へ自重で落下するＰＭＤＡ粉末の落下を促進することができる。従って、加熱部に補充されるＰＭＤＡ粉末の量を更に安定化させることができ、気化器で発生するＰＭＤＡガスの気化量を更に安定化させることができる。
【００５０】
また、本実施の形態において、供給部（原料貯蔵部）の上端に、前述した原料導入口から、又は原料導入口とは別にガス導入口を設け、ガス導入口から少量の例えばＮ２ガスよりなる不活性ガス等のガスを供給部（原料貯蔵部）に導入してもよい。供給部（原料貯蔵部）に少量のガスを導入することにより、加熱部で発生したＰＭＤＡガスがＰＭＤＡ内を加熱部から供給部（原料貯蔵部）に向けて拡散することを防止することができ、加熱部で発生するＰＭＤＡガスを安定してガス導出部から成膜装置に供給することができる。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図４及び図５を参照し、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例について説明する。
【００５１】
図４は、本変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。図５は、本変形例に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。また、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００５２】
本変形例に係る気化器は、供給部の原料貯蔵部の下部が下側ほど細くなり、加熱部の断面積が原料貯蔵部の上部及び中央部の断面積よりも小さい点で、第１の実施の形態に係る気化器と相違する。すなわち、第１の実施の形態に係る気化器において、供給部の原料貯蔵部は、上部から下部まで略同一の断面形状を有するとともに、加熱部の断面積も原料貯蔵部の断面積と略等しいのと相違し、本変形例に係る気化器では、原料貯蔵部の下部が下側ほど細くなるような形状を有する。
【００５３】
図４に示すように、本発明の実施に係る気化器１０ａは、供給部１ａと、加熱部２ａと、ガス導入部３ａと、ガス導出部４ａとから構成される。
【００５４】
供給部１ａは、原料貯蔵部５ａと、断熱材６ｂと、原料貯蔵部５ａの上側に配置された原料導入口７ａを有する。原料貯蔵部５ａを含む供給部１ａにＰＭＤＡ粉末ＲＭが貯蔵されているのは、第１の実施の形態と同様である。供給部１ａが、加熱部２ａに、原料貯蔵部５ａに貯蔵されたＰＭＤＡ粉末ＲＭを供給するのも、第１の実施の形態と同様である。加熱部２ａが、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを貯蔵するとともに、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱し、昇華させてＰＭＤＡガスを発生させるのも、第１の実施の形態と同様である。加熱部２ａは、供給部１ａの下方に設けられる。加熱部２ａが、キャリアガスＣを導入でき、気化したＰＭＤＡガスＲを輸送する機構を有するのも、第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
ただし、第１の実施の形態において、原料貯蔵部５の側壁の一部が断熱材６ａによって置き換えられた構成になっているのと相違し、本変形例では、断熱材６ｂは、原料貯蔵部５ａを囲むように設けられる。また、加熱部２ａ、ガス導入部３ａ、ガス導出部４ａも、図示しない断熱材で囲まれている。
【００５６】
また、供給部１ａが、図４に示すように、上側にＰＭＤＡ粉末ＲＭを充填、又は追加充填するための原料導入口７ａを有するのは、第１の実施の形態と同様である。また、供給部１ａが、原料貯蔵部５ａの下側で加熱部２ａと連通しており、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）から加熱部２ａにＰＭＤＡ粉末ＲＭを自重で落下・充填させるような構造になっているのも、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
一方、本変形例では、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の容積を、加熱部２ａの容積よりも大きくするために、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の高さを加熱部２ａの高さより大きくするとともに、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の断面積を加熱部２ａの断面積より大きくすることができる。例えば、図４に示すように、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）は、上部の断面積が加熱部２ａの断面積よりも大きく、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の中央部よりも下側の部分において、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の側面が傾斜し、上側から下側に向けて断面積が減少するような、下方に向けて絞り込まれた形状を有している。
【００５８】
加熱部２ａは、前述したように、上側が供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）と連通している。加熱部２ａは、側面にメッシュ部８を有する。メッシュ部８は、第１の実施の形態と同様に、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱部２ａ内に充填し、保持するとともに、加熱部２ａの外側と内側との間でガスが通過可能にするためのものである。メッシュ部８は、例えばステンレス等の金属のメッシュよりなる。供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）に充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭが、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）から加熱部２ａへ重力Ｇにより落下し、メッシュ部８を含む側面で囲まれた加熱部２ａに充填されるのは、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
加熱部２ａの近傍に加熱機構９が設置されており、加熱部２ａに入った原料を加熱・気化できるようになっているのは、第１の実施の形態と同様である。なお、加熱機構９としてヒータ９等を用いることができること、また、加熱機構９が、気化器１０ａの任意の場所に設けることもできるのも、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
ガス導入部３ａが、ガス導入管１１、ガス導入口１２、ガス導入室１３ａを有し、ガス導入管１１がガス導入口１２でガス導入室１３ａと接続されていることも第１の実施の形態と同様である。ただし、第１の実施の形態に比べて、本変形例では、ガス導入室１３ａが広くなっている。
【００６１】
また、ガス導出部４ａが、ガス導出室１４ａ、ガス導出口１５、ガス導出管１６を有し、ガス導出管１６が、ガス導出口１５でガス導出室１４ａと接続されていることも第１の実施の形態と同様である。ただし、第１の実施の形態と比べて、本変形例では、ガス導出室１４ａが広くなっている。
【００６２】
また、加熱部２ａが、ガス導入部３ａ側において、第１のメッシュ部８ａを介してガス導入室１３ａと隣接し、ガス導出部４ａ側において、第２のメッシュ部８ｂを介してガス導出室１４ａと隣接するのは、第１の実施の形態と同様である。また、加熱部２ａのガス導入部３ａ側、ガス導出部４ａ側の対向する一組の側面は、図４及び図５に示すように、ガス導入室１３ａと固体原料の原料粉末ＲＭとの境界を、全面にわたりメッシュ部８とすることもできる。また、メッシュ部８のメッシュのサイズは、ＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒径より小さくすることができる。
【００６３】
本変形例に係る気化器１０ａが、長期間に亘って気化量を安定化させることができ、長期間連続運転しながら原料を補充することができる作用効果も、第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
一方、本変形例においては、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の上部の断面積が加熱部２ａの断面積よりも大きく、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の中央部よりも下側の部分において、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の側面が傾斜し、上側から下側に向けて断面積が減少する、下方に向けて絞り込まれた形状を有している。このように下方に向けて絞り込まれた形状を有する供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）を通ってＰＭＤＡ粉末が自重で落下して加熱部２ａに充填されるため、加熱部２ａの異なる場所におけるＰＭＤＡ粉末ＲＭが供給される供給速度を略均一にすることができ、ＰＭＤＡガスＲの発生量を安定化させることができる。
【００６５】
また、図４、図５に示すように、加熱部２ａのメッシュ部８を通過するキャリアガスＣの通過する距離を小さくすることができるため、キャリアガスＣが通過するＰＭＤＡ粉末の全てと略等しい条件で熱交換することができ、また、昇華して発生したＰＭＤＡガスＲをキャリアガスＣを用いて効率よく搬送することができる。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図６を参照し、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例について説明する。
【００６６】
図６は、本変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００６７】
本変形例に係る気化器は、貯蔵部の下方にキャリアガスが通流するガス通路を有する点で、第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器と相違する。すなわち、第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器において、キャリアガスが、貯蔵部の下部である加熱部を通過するのと相違し、本変形例に係る気化器では、キャリアガスがメッシュ部を介してＰＭＤＡと接する。
【００６８】
図６に示すように、本変形例に係る気化器１０ｂは、供給部１ｂと、加熱部２ｂと、ガス通路１７と、ガス導入部３ｂと、ガス導出部４ｂとを有する。
【００６９】
供給部１ｂが、原料貯蔵部５ａと、断熱材６ｂと、原料貯蔵部５ａの上側に配置された原料導入口７ａを有するのは、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。しかしながら、加熱部２ｂの構造は、第１の実施の形態の第１の変形例と相違する。
【００７０】
本変形例では、加熱部２ｂは、図６に示すように、上側が原料貯蔵部５ａと連通し、下側がメッシュ部８ｃを介してガス通路１７と連通している。メッシュ部８ｃは、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱部２ｂ内に保持するとともに、加熱部２ｂの外側と内側との間でガスが通過可能にするためのものである。メッシュ部８ｃが、ステンレス等の金属のメッシュよりなるのは、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。また、原料貯蔵部５ａに充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭが、原料貯蔵部５ａから加熱部２ｂへ落下して充填された状態にあるのも、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。
【００７１】
ガス通路１７は、加熱部２ｂの下方に設けられる。ガス通路１７は、加熱部２ｂでＰＭＤＡ粉末ＲＭを昇華して発生させたＰＭＤＡガスＲを搬送するキャリアガスＣが通流するためのものである。ガス通路１７は、第１の実施の形態の第１の変形例におけるガス導入室１３ａからガス導出室１４ａにかけての空間を一体にした構造を有する。ガス通路１７は、ガス通路１７の上方に設けられた加熱部２ｂと、加熱部２ｂのメッシュ部８ｃを介して連通する。従って、ガス通路１７を通流するキャリアガスＣは、メッシュ部８ｃを介してＰＭＤＡ粉末ＲＭと接する。
【００７２】
本変形例におけるガス導入部３ｂは、第１の実施の形態の第１の変形例におけるガス導入室に相当する部分がガス通路１７の一部であるため、ガス導入管１１、ガス導入口１２のみを有する。ガス導入管１１は、キャリアガスＣを気化器１０ｂの内部へ導入するための配管であり、ガス導入口１２でガス通路１７と接続されている。また、キャリアガスＣを加熱するための図示しない加熱機構も有している。
【００７３】
本変形例におけるガス導出部４ｂは、第１の実施の形態の第１の変形例におけるガス導出室に相当する部分がガス通路１７の一部であるため、ガス導出口１５、ガス導出管１６のみを有する。ガス導出管１６は、キャリアガスＣ及びＰＭＤＡガスＲを気化器１０ｂの外部へ導出するための配管であり、ガス導出口１５でガス通路１７と接続されている。
【００７４】
また、断熱材６ｂの一部であって、加熱部２ｂの近傍には加熱機構であるヒータ９ａが設置されており、加熱部２ｂに充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱・気化できるようになっている。なお、ヒータ９ａの設置される場所は、加熱部２ｂを加熱することができればよく、加熱部２ｂの近傍でなく、気化器１０ｂの任意の場所に設けることもできる。
【００７５】
なお、本変形例では、説明の便宜上供給部１ｂと加熱部２ｂとを区別して図示しているが、供給部１ｂと加熱部２ｂとは明確に分かれていなくてもよい。例えば、図６に示すように、供給部１ｂと加熱部２ｂとの境界が明確に区別されない場合でもよい。更に、供給部１ｂと加熱部２ｂとが一体で形成されていてもよい。
【００７６】
また、本変形例においては、供給部１ｂと加熱部２ｂは一つの容器の中に設けられており、供給部１ｂから自重によりＰＭＤＡが加熱部２ｂに補充されるが、このような効果を有するものがあれば供給部１ｂと加熱部２ｂは別体で形成されていてもよい。
【００７７】
本変形例において、メッシュ部のメッシュのサイズをＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒径より小さくすることができること、ＰＭＤＡ粉末ＲＭとしてＰＭＤＡの原料粉末を用いることができることは、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。また、ＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒度分布及びメッシュのサイズも、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。
【００７８】
次に、図７を参照し、本変形例に係る気化器が、長期間に亘ってＰＭＤＡの気化量を安定化することができる作用効果について説明する。図７は、本変形例に係る気化器が、ＰＭＤＡを昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図であり、加熱部２ｂにおけるＰＭＤＡ粉末の状態を模式的に拡大して示す図である。
【００７９】
図７（ａ）は、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され始める時点を示す。ガス通路１７を通流するキャリアガスＣの一部は、メッシュ部８ｃを介して加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１に接している。このようにＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が充填された状態でヒータをＯＮし、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１を加熱して昇華させ、気化させる。加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、ヒータで発生する熱量が、加熱部２ｂの側面又はメッシュ部８ｃからの熱伝導等による熱量Ｈとして移動されることによって加熱される。また、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、ガス通路１７から導入されるキャリアガスＣも、予めＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の昇華点よりも高い温度にされている。
【００８０】
図７（ｂ）は、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され昇華して消失する時点を示す。加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、例えば昇華点よりも高い温度に保持されることによって、昇華して気化し、消失する。その結果、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、減少する。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化して発生したＰＭＤＡガスＲは、図７（ｂ）に示すように、メッシュ部８ｃを介してキャリアガスＣとともにガス通路１７へ導出される。一方、供給部１ｂ（原料貯蔵部５ａ）及び加熱部２ｂの上部においては、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が、原料の昇華点よりも低い温度に保持されているため、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華してＰＭＤＡガスＲが発生することはほとんどない。なお、加熱部２ｂの上部においては、加熱部２ｂの下部からの熱伝導等により、一部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華される場合もある。
【００８１】
図７（ｃ）は、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が消失して減少した減少分を、加熱部２ｂの上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより自重で落下して補充する時点を示す。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化したことにより生じた加熱部２ｂの下部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の隙間は、加熱部２ｂの上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより落下することにより埋められ、加熱部２ｂの下部の原料の充填状態は初期状態に戻る。それによりＰＭＤＡガスＲのガス発生量も初期状態に戻るため、気化器１０ｂは長期間に亘り一定のガス発生量でＰＭＤＡガスＲを発生させることができる。なお、加熱部２ｂの上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が加熱部２ｂの下部へ自重で落下するのに伴い、加熱部２ｂの上部には、更に上方の原料貯蔵部５ａからＰＭＤＡ粉末ＲＭ３が自重で落下して補充される。
【００８２】
本変形例においても、第１の実施の形態及び第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の状態は、実際には明確に分かれておらず、加熱部２ｂの上部から加熱部２ｂの下部に徐々にＰＭＤＡ粉末が徐々に自重で落下するとともに、加熱部２ｂの下部でＰＭＤＡ粉末が連続して昇華して、ＰＭＤＡガスを発生させる。従って、ＰＭＤＡを昇華して気化する気化量を一定に保持することができ、長期間に亘って気化量を安定化することができる。
【００８３】
また、本変形例でも、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、上側にＰＭＤＡ粉末を充填、又は追加充填するための原料導入口７ａを有することによって、長期間連続運転しながら原料を補充することができる。
【００８４】
なお、本変形例でも、供給部（原料貯蔵部）若しくは加熱部又は気化器の他の部分を振動させる振動機構を設けることにより、供給部（原料貯蔵部）から加熱部へ自重で落下するＰＭＤＡ粉末の落下を促進することができる。
【００８５】
また、本変形例でも、供給部（原料貯蔵部）の上端に、前述した原料導入口から、又は原料導入口とは別にガス導入口を設け、ガス導入口から少量の例えばＮ２ガスよりなる不活性ガス等のガスを供給部（原料貯蔵部）に導入することにより、加熱部で発生したＰＭＤＡガスがＰＭＤＡ内を加熱部から供給部（原料貯蔵部）に向けて拡散することを防止することができ、加熱部で発生するＰＭＤＡガスを安定してガス導出部から成膜装置に供給することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、本発明の第１の実施の形態に係る気化器から供給されるＰＭＤＡガスを用いてウェハ表面に絶縁保護膜を成膜する成膜装置である。
【００８６】
図８は、本実施の形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００８７】
図８に示すように、本実施の形態に係る成膜装置２０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２１内にポリイミド膜が成膜されるウェハＷを複数設置することが可能なウェハボート２２を有している。また、チャンバー２１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２３ａ、２３ｂを有している。このインジェクタ２３ａ、２３ｂの側面には開口部が設けられており、気化器により気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが図面において矢印で示すようにウェハＷに供給される。供給された気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、ウェハ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。なお、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２５よりチャンバー２１の外に排出される。また、ウェハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるようにウェハボート２２は、回転部２６により回転するよう構成されている。更に、チャンバー２１の外部には、チャンバー２１内のウェハＷを一定の温度に加熱するためのヒータ２７が設けられている。
【００８８】
また、インジェクタ２３ａ、２３ｂは、第１の実施の形態に係る気化器であるＰＭＤＡ気化器（気化器）１０及びＯＤＡ気化器３０がバルブ３１及び３２並びに導入部３３を介しそれぞれ接続されており、ＰＭＤＡ気化器１０及びＯＤＡ気化器３０より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される。なお、本実施の形態では、ＰＭＤＡ気化器として第１の実施の形態に係る気化器１０が用いられているが、第１の実施の形態の第１及び第２の変形例に係る気化器１０ａ、１０ｂのいずれかを用いることもできる。
【００８９】
ＰＭＤＡ気化器１０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１０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１０は、２６０℃の温度に保たれている。また、ＯＤＡ気化器３０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３０は２２０℃の温度に保たれている。
【００９０】
この後、バルブ３１及び３２を介し、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが、インジェクタ２３ａ、２３ｂ内に供給され、ウェハＷに成膜される。このときの、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（１）に示す反応式に従って行われる。
【００９１】
【化１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１ａ、１ｂ 供給部
２、２ａ、２ｂ 加熱部
３、３ａ、３ｂ ガス導入部
４、４ａ、４ｂ ガス導出部
５、５ａ 原料貯蔵部
６ａ、６ｂ 断熱材
７、７ａ 原料導入口
８、８ｃ メッシュ部
８ａ 第１のメッシュ部
８ｂ 第２のメッシュ部
９、９ａ ヒータ（加熱機構）
１０、１０ａ、１０ｂ 気化器（ＰＭＤＡ気化器）
１１ ガス導入管
１２ ガス導入口
１３、１３ａ ガス導入室
１４、１４ａ ガス導出室
１５ ガス導出口
１６ ガス導出管
１７ ガス通路
２０ 成膜装置
２１ チャンバー
２２ ウェハボート
２３ａ、２３ｂ インジェクタ
２５ 排気口
２７ ヒータ
３０ ＯＤＡ気化器
３１、３２ バルブ
３３ 導入部
Ｃ キャリアガス
Ｒ ＰＭＤＡガス（原料ガス）
ＲＭ、ＲＭ１、ＲＭ２ ＰＭＤＡ粉末（固体原料）
Ｗ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置の成膜室に、キャリアガスとともに原料ガスを供給する気化器に関する。
【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（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。
【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。
【０００６】
ここで、ＰＭＤＡが固体原料であり、昇華する性質を有するため、ポリイミドの薄膜を成膜する成膜装置において、固体原料であるＰＭＤＡを昇華させ、気化させるための気化器を備えなければならない。
【０００７】
ＰＭＤＡを昇華させ、気化させて原料ガスを供給する気化器においては、原料タンク内に固体原料を充填し、固体原料を充填した原料タンク内を真空に保った状態で加熱することによって原料ガスを発生させている。特に、ＰＭＤＡのように昇華性を有する有機化合物を昇華させる方法として、ビーズ等の支持体の表面を有機化合物で被覆して昇華容器に充填する方法も開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５３５１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。しかし、単にＰＭＤＡを容器に入れて加熱することによりチャンバー内に供給する方法では、ＰＭＤＡが昇華して減少するため、容器から直接熱を受けるＰＭＤＡの表面積は減少し、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った。また、ＰＭＤＡは容器の内壁からしか熱を受けず、内壁と直接接していないＰＭＤＡは十分に加熱されないため、十分な気化量が得られないという問題もあった。
【００１０】
一方、特許文献１に記載された有機化合物材料を昇華させる方法では、支持体の表面に有機化合物が被覆され、キャリアガス等を熱媒体として加熱されることから、直接熱を受ける有機化合物の表面積は増え十分な気化量は得られるものの、有機化合物が昇華するにつれて直接熱を受ける有機化合物の表面積が減少してしまい、気化した有機化合物を一定量継続して安定的にチャンバーに供給することができない。
【００１１】
更に、特許文献１に記載の技術では、有機化合物を昇華容器に充填するときは運転を停止しなければならず、チャンバーに継続して気化した有機化合物を供給することが困難であった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、十分な気化量を継続して安定的に供給することができる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】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
第１の発明は、固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスを導入するガス導入部と、発生させた原料ガスをキャリアガスとともに導出するガス導出部とを有し、前記ガス導入部から導入されたキャリアガスが、前記加熱部を通過することを特徴とする。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明に係る気化器において、前記加熱部は、メッシュ部を有し、前記ガス導入部から導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部へ導入されるとともに、前記加熱部へ導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部から導出されることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明に係る気化器において、前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至第３のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記固体原料は、前記加熱部で加熱されていることを特徴とする。
【００１８】
第５の発明は、第１乃至第４のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、常温より高い温度であることを特徴とする。
【００１９】
第６の発明は、第１乃至第４のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、前記固体原料の昇華点よりも高い温度であることを特徴とする。
【００２０】
第７の発明は、第１乃至第６のいずれか一つの発明に係る気化器において、前記貯蔵部を振動させる振動機構を有することを特徴とする。
【００２１】
第８の発明は、固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、前記加熱部の下方に設けられ、前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスが通流するガス通路とを有し、前記加熱部は、メッシュ部を有し、前記ガス通路を通流するキャリアガスは、前記メッシュ部を介して前記固体原料と接することを特徴とする。
【００２２】
第９の発明は、第８の発明に係る気化器において、前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、十分な気化量を継続して安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る気化器が、固体原料を昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る気化器が、固体原料を昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る気化器について説明する。
【００２６】
本実施の形態は、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気化したＰＭＤＡを供給するための気化器である。以下、固体状態のＰＭＤＡは「ＰＭＤＡ」、気体状態のＰＭＤＡは「ＰＭＤＡガス」とする。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る気化器の構成を示す縦断面図である。図２は、本実施の形態に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態に係る気化器１０は、供給部１、加熱部２、ガス導入部３、ガス導出部４とから構成される。
【００２９】
供給部１は、原料貯蔵部５と、断熱材６ａと、原料貯蔵部５の上側に配置された原料導入口７を有する。原料貯蔵部５を含む供給部１（以下、主として原料貯蔵部５を示す場合においても、断熱材６ａと原料導入口７も含め、供給部１（原料貯蔵部５）と表すことがある。）には、ＰＭＤＡの原料粉末（以下、「ＰＭＤＡ粉末」という。）ＲＭが貯蔵されている。供給部１は、加熱部２に、原料貯蔵部５に貯蔵されたＰＭＤＡ粉末ＲＭを供給する。加熱部２は、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを貯蔵するとともに、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱し、昇華させてＰＭＤＡの原料ガス（以下、「ＰＭＤＡガス」という。）Ｒを発生させる。加熱部２は、供給部１の下方に設けられる。加熱部２は、キャリアガスＣを導入でき、気化したＰＭＤＡガスＲを輸送する機構を有する。
【００３０】
供給部１は、図１に示すように、充分にＰＭＤＡ粉末ＲＭを充填できる容積を有し、簡単に追加原料の再充填が可能な原料導入口７を有する。供給部１は、原料貯蔵部５の下側が加熱部２と連通している。供給部１（原料貯蔵部５）は、原料導入口７から充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭが加熱部２に重力Ｇにより自重で落下して充填されるために、加熱部２の上方でＰＭＤＡ粉末ＲＭを保持するためのものである。
【００３１】
供給部１（原料貯蔵部５）の容積は、加熱部２の容積よりも大きくすることができる。供給部１（原料貯蔵部５）の容積を加熱部２の容積よりも大きくするため、例えば図１に示すように、供給部１（原料貯蔵部５）の高さを、加熱部２の高さよりも大きくすることができる。
【００３２】
加熱部２は、前述したように、上側が供給部１（原料貯蔵部５）と連通している。加熱部２は、側面にメッシュ部８を有する。メッシュ部８は、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱部２内に充填し、保持するとともに、加熱部２の外側と内側との間でガスが通過可能にするためのものである。メッシュ部８は、例えばステンレス等の金属のメッシュよりなる。供給部１（原料貯蔵部５）に充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭは、供給部１（原料貯蔵部５）から加熱部２へ重力Ｇにより落下し、メッシュ部８を含む側面で囲まれた加熱部２に充填された状態にある。すなわち、加熱部２でＰＭＤＡ粉末ＲＭが昇華し気化して消失し、使用されることにより生じた隙間へ、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭが新たに落下・充填され、補充される機構を有する。
【００３３】
また、供給部１の中央部及び上部と、下部とは、互いに熱交換がされないように、原料貯蔵部５の側壁の一部が置き換えられた断熱材６ａによって、熱の移動が遮断される構成になっている。このような配置により、加熱部で発生した熱が、供給部の中央部以上に伝播されないようになっている。
【００３４】
一方、気化器１０のうち、供給部１の下部、加熱部２、ガス導入部３、ガス導出部４は、図示しない断熱材で囲まれている。図示しない断熱材の一部であって、加熱部２の近傍には加熱機構９が設置されており、加熱部２に入った原料を加熱・気化できるようになっている。なお、加熱機構９としてヒータ９等を用いることができ、加熱部２を加熱することができればよく、加熱機構９の設置される場所は、加熱部２の近傍でなく、気化器１０の任意の場所に設けることもできる。
【００３５】
ガス導入部３は、ガス導入管１１、ガス導入口１２、ガス導入室１３を有する。ガス導入室１３は、気化器１０の内部に加熱部２と隣接して設けられている。ガス導入管１１は、ＰＭＤＡガスＲを搬送するキャリアガスＣを気化器１０の外部から気化器１０の内部へ導入するための配管であり、ガス導入口１２で気化器１０のガス導入室１３と接続されている。また、ＰＭＤＡガスＲを成膜装置の成膜室へ輸送する際に、常温より高温に加熱されたキャリアガスＣを導入できるような図示しない加熱機構も有している。
【００３６】
ガス導出部４は、ガス導出室１４、ガス導出口１５、ガス導出管１６を有する。ガス導出室１４は、気化器１０の内部に、加熱部２と隣接し、かつ、加熱部２を中心としてガス導入部３と反対側に設けられている。ガス導出管１６は、キャリアガスＣ及びＰＭＤＡガスＲを気化器１０の内部から気化器１０の外部へ導出するための配管であり、ガス導出口１５でガス導出室１４と接続されている。
【００３７】
なお、加熱部２は、ガス導入部３側において、第１のメッシュ部８ａを介してガス導入室１３と隣接し、ガス導出部４側において、第２のメッシュ部８ｂを介してガス導出室１４と隣接する。すなわち、加熱部２のガス導入部３側、ガス導出部４側の対向する一組の側面は、第１のメッシュ部８ａ、第２のメッシュ部８ｂよりなる一組のメッシュ部８である。このとき、キャリアガスＣの流路の上流から下流に沿って、ガス導入室１３、加熱部２、ガス導出室１４を連続して一体に形成してもよい。この場合、加熱部２とガス導入室１３とは第１のメッシュ部８ａにより仕切られ、加熱部２とガス導出室１４とは第２のメッシュ部８ｂにより仕切られる。また、加熱部２のガス導入部３側、ガス導出部４側の対向する一組の側面は、図１及び図２に示すように、ガス導入室１３とＰＭＤＡ粉末ＲＭとの境界を、全面にわたりメッシュ部８とすることもできる。また、メッシュ部８のメッシュのサイズは、ＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒径より小さくすることができる。
【００３８】
ＰＭＤＡ粉末の粒度分布は、例えば平均粒径が２００〜３００μｍ程度、１００μｍ以下の粒径を有する粒子の含有率が１％程度である。また、このような粒度分布を有するＰＭＤＡ粉末を使用する場合は、例えばメッシュ部８のメッシュのサイズを１００μｍ程度とすることができる。
【００３９】
ここで、図１及び図３を参照し、本実施の形態に係る気化器１０が、長期間に亘って気化量を安定化させることができ、長期間連続運転しながら原料を補充することができる作用効果について説明する。図３は、本実施の形態に係る気化器が、ＰＭＤＡを昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図であり、加熱部におけるＰＭＤＡ粉末の状態を模式的に拡大して示す図である。
【００４０】
始めに、図３を参照し、本実施の形態に係る気化器が、長期間に亘って気化量を安定化させることができる作用効果について説明する。
【００４１】
図３（ａ）は、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され始める時点を示す。メッシュ部８（第１のメッシュ部８ａ、第２のメッシュ部８ｂ）を介して、キャリアガスＣが加熱部２をガス導入室１３からガス導出室１４にかけて通過している。このようにＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が充填された状態でヒータをＯＮし、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１を加熱して昇華させ、気化させる。加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、ヒータで発生する熱量が、加熱部２の底面又はメッシュ部８を含む側面からの熱伝導等による熱量Ｈとして移動されることによって加熱される。また、ガス導入室１３から導入されるキャリアガスＣも、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の加熱及び昇華を補助するため、予め常温より高い温度にされており、好ましくはＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の昇華点よりも高い温度にされている。キャリアガスＣは、ガス導入室１３側の第１のメッシュ部８ａから加熱部２の内部に導入され、加熱部２の内部を通過し、ガス導出室１４側の第２のメッシュ部８ｂから加熱部２の外部に導出される。また、図２に示すように、メッシュ部８は、対向する側面のそれぞれ全面に形成されているため、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の略全ては、キャリアガスＣと接触する。
【００４２】
図３（ｂ）は、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され昇華して消失する時点を示す。加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、充分加熱され、昇華点よりも高い温度に保持される。従って、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は昇華して気化し、消失する。その結果、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、減少する。図３（ａ）の説明で前述したように、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の略全てがキャリアガスＣと接触しているため、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が昇華する昇華速度が大きく、ＰＭＤＡガスＲの発生効率が高い。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化して発生したＰＭＤＡガスＲは、図３（ｂ）に示すように、ガス導出室１４側の第２のメッシュ部８ｂを介してキャリアガスＣとともにガス導出室１４へ導出され、成膜装置の成膜室へ輸送される。
【００４３】
一方、加熱部２の上側と連通している供給部１（原料貯蔵部５）においては、充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が、原料の昇華点よりも低い温度に保持されているため、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華してＰＭＤＡガスＲが発生することはほとんどない。なお、供給部１（原料貯蔵部５）の下部においては、加熱部２からの熱量Ｈの熱伝導等により、一部において昇華点よりも高い温度となり、一部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華される場合もある。
【００４４】
図３（ｃ）は、加熱部２に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が消失して減少した減少分を、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が重力Ｇにより自重で落下して補充する時点を示す。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化したことにより生じた加熱部２の内部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の隙間は、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより落下することにより埋められ、加熱部２のＰＭＤＡ粉末の充填状態は初期状態に戻る。それによりＰＭＤＡガスＲの発生量も初期状態に戻るため、気化器１０は長期間に亘り一定量でＰＭＤＡガスＲを発生させることができる。また、供給部１（原料貯蔵部５）の下部には、供給部１（原料貯蔵部５）の中央部又は上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ３が重力Ｇにより自重で落下してくる。このようにして、供給部１（原料貯蔵部５）に充填されているＰＭＤＡ粉末が重力Ｇにより自重で落下して加熱部２に補充されるため、加熱部２においてＰＭＤＡガスＲの発生が自動的に継続される。
【００４５】
ここで、図３においては、作用効果の説明を理解しやすくするために、加熱部２においてＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が昇華して消失する時点と、消失したＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の上に供給部１（原料貯蔵部５）から新たなＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が重力Ｇにより自重で落下する時点を明確に分けて示している。しかしながら、実際にＰＭＤＡガスＲを発生させる場合においては、加熱部２においてＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が微量ずつ消失する毎に供給部１（原料貯蔵部５）から微量のＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより落下してくる場合もあり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の状態は、実際には明確に分かれていない場合もある。その場合は、原料貯蔵部５から加熱部２にＰＭＤＡ粉末が徐々に重力Ｇにより自重で落下するとともに、加熱部２でＰＭＤＡ粉末が連続して昇華して、ＰＭＤＡガスＲを発生させる。このようにして、ＰＭＤＡガスの量を一定に保つことができ、気化量を長期間にわたって安定化することができる。
【００４６】
次に、図１を参照し、本実施の形態に係る気化器が長期間連続運転しながら原料を補充することができる作用効果について説明する。
【００４７】
供給部１（原料貯蔵部５）の容積は加熱部２の容積よりも大きく構成されているため、供給部１（原料貯蔵部５）にＰＭＤＡを十分に貯蔵すれば、所定の時間ＰＭＤＡを補充する必要がなく、長時間継続してＰＭＤＡガスをチャンバーに送ることができる。
【００４８】
また、所定の時間が経過し、ＰＭＤＡが少なくなったときであっても、原料導入口７は加熱部２から離れており、原料導入口７を開いても加熱部２での気化に影響を与えることがないため、気化器１０の運転を停止させることなく原料導入口７よりＰＭＤＡを補充することができる。運転を停止することなくＰＭＤＡを補充することができるため、更に長時間継続してＰＭＤＡガスをチャンバーに送ることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、気化器を静置させているが、供給部（原料貯蔵部）若しくは加熱部又は気化器の他の部分を振動させる振動機構を設けてもよい。振動機構を設けることにより、供給部（原料貯蔵部）から加熱部へ自重で落下するＰＭＤＡ粉末の落下を促進することができる。従って、加熱部に補充されるＰＭＤＡ粉末の量を更に安定化させることができ、気化器で発生するＰＭＤＡガスの気化量を更に安定化させることができる。
【００５０】
また、本実施の形態において、供給部（原料貯蔵部）の上端に、前述した原料導入口から、又は原料導入口とは別にガス導入口を設け、ガス導入口から少量の例えばＮ２ガスよりなる不活性ガス等のガスを供給部（原料貯蔵部）に導入してもよい。供給部（原料貯蔵部）に少量のガスを導入することにより、加熱部で発生したＰＭＤＡガスがＰＭＤＡ内を加熱部から供給部（原料貯蔵部）に向けて拡散することを防止することができ、加熱部で発生するＰＭＤＡガスを安定してガス導出部から成膜装置に供給することができる。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図４及び図５を参照し、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例について説明する。
【００５１】
図４は、本変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。図５は、本変形例に係る気化器の構成を模式的に示す横断面図である。また、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００５２】
本変形例に係る気化器は、供給部の原料貯蔵部の下部が下側ほど細くなり、加熱部の断面積が原料貯蔵部の上部及び中央部の断面積よりも小さい点で、第１の実施の形態に係る気化器と相違する。すなわち、第１の実施の形態に係る気化器において、供給部の原料貯蔵部は、上部から下部まで略同一の断面形状を有するとともに、加熱部の断面積も原料貯蔵部の断面積と略等しいのと相違し、本変形例に係る気化器では、原料貯蔵部の下部が下側ほど細くなるような形状を有する。
【００５３】
図４に示すように、本発明の実施に係る気化器１０ａは、供給部１ａと、加熱部２ａと、ガス導入部３ａと、ガス導出部４ａとから構成される。
【００５４】
供給部１ａは、原料貯蔵部５ａと、断熱材６ｂと、原料貯蔵部５ａの上側に配置された原料導入口７ａを有する。原料貯蔵部５ａを含む供給部１ａにＰＭＤＡ粉末ＲＭが貯蔵されているのは、第１の実施の形態と同様である。供給部１ａが、加熱部２ａに、原料貯蔵部５ａに貯蔵されたＰＭＤＡ粉末ＲＭを供給するのも、第１の実施の形態と同様である。加熱部２ａが、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを貯蔵するとともに、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱し、昇華させてＰＭＤＡガスを発生させるのも、第１の実施の形態と同様である。加熱部２ａは、供給部１ａの下方に設けられる。加熱部２ａが、キャリアガスＣを導入でき、気化したＰＭＤＡガスＲを輸送する機構を有するのも、第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
ただし、第１の実施の形態において、原料貯蔵部５の側壁の一部が断熱材６ａによって置き換えられた構成になっているのと相違し、本変形例では、断熱材６ｂは、原料貯蔵部５ａを囲むように設けられる。また、加熱部２ａ、ガス導入部３ａ、ガス導出部４ａも、図示しない断熱材で囲まれている。
【００５６】
また、供給部１ａが、図４に示すように、上側にＰＭＤＡ粉末ＲＭを充填、又は追加充填するための原料導入口７ａを有するのは、第１の実施の形態と同様である。また、供給部１ａが、原料貯蔵部５ａの下側で加熱部２ａと連通しており、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）から加熱部２ａにＰＭＤＡ粉末ＲＭを自重で落下・充填させるような構造になっているのも、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
一方、本変形例では、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の容積を、加熱部２ａの容積よりも大きくするために、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の高さを加熱部２ａの高さより大きくするとともに、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の断面積を加熱部２ａの断面積より大きくすることができる。例えば、図４に示すように、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）は、上部の断面積が加熱部２ａの断面積よりも大きく、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の中央部よりも下側の部分において、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の側面が傾斜し、上側から下側に向けて断面積が減少するような、下方に向けて絞り込まれた形状を有している。
【００５８】
加熱部２ａは、前述したように、上側が供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）と連通している。加熱部２ａは、側面にメッシュ部８を有する。メッシュ部８は、第１の実施の形態と同様に、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱部２ａ内に充填し、保持するとともに、加熱部２ａの外側と内側との間でガスが通過可能にするためのものである。メッシュ部８は、例えばステンレス等の金属のメッシュよりなる。供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）に充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭが、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）から加熱部２ａへ重力Ｇにより落下し、メッシュ部８を含む側面で囲まれた加熱部２ａに充填されるのは、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
加熱部２ａの近傍に加熱機構９が設置されており、加熱部２ａに入った原料を加熱・気化できるようになっているのは、第１の実施の形態と同様である。なお、加熱機構９としてヒータ９等を用いることができること、また、加熱機構９が、気化器１０ａの任意の場所に設けることもできるのも、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
ガス導入部３ａが、ガス導入管１１、ガス導入口１２、ガス導入室１３ａを有し、ガス導入管１１がガス導入口１２でガス導入室１３ａと接続されていることも第１の実施の形態と同様である。ただし、第１の実施の形態に比べて、本変形例では、ガス導入室１３ａが広くなっている。
【００６１】
また、ガス導出部４ａが、ガス導出室１４ａ、ガス導出口１５、ガス導出管１６を有し、ガス導出管１６が、ガス導出口１５でガス導出室１４ａと接続されていることも第１の実施の形態と同様である。ただし、第１の実施の形態と比べて、本変形例では、ガス導出室１４ａが広くなっている。
【００６２】
また、加熱部２ａが、ガス導入部３ａ側において、第１のメッシュ部８ａを介してガス導入室１３ａと隣接し、ガス導出部４ａ側において、第２のメッシュ部８ｂを介してガス導出室１４ａと隣接するのは、第１の実施の形態と同様である。また、加熱部２ａのガス導入部３ａ側、ガス導出部４ａ側の対向する一組の側面は、図４及び図５に示すように、ガス導入室１３ａと固体原料の原料粉末ＲＭとの境界を、全面にわたりメッシュ部８とすることもできる。また、メッシュ部８のメッシュのサイズは、ＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒径より小さくすることができる。
【００６３】
本変形例に係る気化器１０ａが、長期間に亘って気化量を安定化させることができ、長期間連続運転しながら原料を補充することができる作用効果も、第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
一方、本変形例においては、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の上部の断面積が加熱部２ａの断面積よりも大きく、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の中央部よりも下側の部分において、供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）の側面が傾斜し、上側から下側に向けて断面積が減少する、下方に向けて絞り込まれた形状を有している。このように下方に向けて絞り込まれた形状を有する供給部１ａ（原料貯蔵部５ａ）を通ってＰＭＤＡ粉末が自重で落下して加熱部２ａに充填されるため、加熱部２ａの異なる場所におけるＰＭＤＡ粉末ＲＭが供給される供給速度を略均一にすることができ、ＰＭＤＡガスＲの発生量を安定化させることができる。
【００６５】
また、図４、図５に示すように、加熱部２ａのメッシュ部８を通過するキャリアガスＣの通過する距離を小さくすることができるため、キャリアガスＣが通過するＰＭＤＡ粉末の全てと略等しい条件で熱交換することができ、また、昇華して発生したＰＭＤＡガスＲをキャリアガスＣを用いて効率よく搬送することができる。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図６を参照し、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例について説明する。
【００６６】
図６は、本変形例に係る気化器の構成を模式的に示す縦断面図である。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００６７】
本変形例に係る気化器は、貯蔵部の下方にキャリアガスが通流するガス通路を有する点で、第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器と相違する。すなわち、第１の実施の形態の第１の変形例に係る気化器において、キャリアガスが、貯蔵部の下部である加熱部を通過するのと相違し、本変形例に係る気化器では、キャリアガスがメッシュ部を介してＰＭＤＡと接する。
【００６８】
図６に示すように、本変形例に係る気化器１０ｂは、供給部１ｂと、加熱部２ｂと、ガス通路１７と、ガス導入部３ｂと、ガス導出部４ｂとを有する。
【００６９】
供給部１ｂが、原料貯蔵部５ａと、断熱材６ｂと、原料貯蔵部５ａの上側に配置された原料導入口７ａを有するのは、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。しかしながら、加熱部２ｂの構造は、第１の実施の形態の第１の変形例と相違する。
【００７０】
本変形例では、加熱部２ｂは、図６に示すように、上側が原料貯蔵部５ａと連通し、下側がメッシュ部８ｃを介してガス通路１７と連通している。メッシュ部８ｃは、ＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱部２ｂ内に保持するとともに、加熱部２ｂの外側と内側との間でガスが通過可能にするためのものである。メッシュ部８ｃが、ステンレス等の金属のメッシュよりなるのは、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。また、原料貯蔵部５ａに充填されたＰＭＤＡ粉末ＲＭが、原料貯蔵部５ａから加熱部２ｂへ落下して充填された状態にあるのも、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。
【００７１】
ガス通路１７は、加熱部２ｂの下方に設けられる。ガス通路１７は、加熱部２ｂでＰＭＤＡ粉末ＲＭを昇華して発生させたＰＭＤＡガスＲを搬送するキャリアガスＣが通流するためのものである。ガス通路１７は、第１の実施の形態の第１の変形例におけるガス導入室１３ａからガス導出室１４ａにかけての空間を一体にした構造を有する。ガス通路１７は、ガス通路１７の上方に設けられた加熱部２ｂと、加熱部２ｂのメッシュ部８ｃを介して連通する。従って、ガス通路１７を通流するキャリアガスＣは、メッシュ部８ｃを介してＰＭＤＡ粉末ＲＭと接する。
【００７２】
本変形例におけるガス導入部３ｂは、第１の実施の形態の第１の変形例におけるガス導入室に相当する部分がガス通路１７の一部であるため、ガス導入管１１、ガス導入口１２のみを有する。ガス導入管１１は、キャリアガスＣを気化器１０ｂの内部へ導入するための配管であり、ガス導入口１２でガス通路１７と接続されている。また、キャリアガスＣを加熱するための図示しない加熱機構も有している。
【００７３】
本変形例におけるガス導出部４ｂは、第１の実施の形態の第１の変形例におけるガス導出室に相当する部分がガス通路１７の一部であるため、ガス導出口１５、ガス導出管１６のみを有する。ガス導出管１６は、キャリアガスＣ及びＰＭＤＡガスＲを気化器１０ｂの外部へ導出するための配管であり、ガス導出口１５でガス通路１７と接続されている。
【００７４】
また、断熱材６ｂの一部であって、加熱部２ｂの近傍には加熱機構であるヒータ９ａが設置されており、加熱部２ｂに充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭを加熱・気化できるようになっている。なお、ヒータ９ａの設置される場所は、加熱部２ｂを加熱することができればよく、加熱部２ｂの近傍でなく、気化器１０ｂの任意の場所に設けることもできる。
【００７５】
なお、本変形例では、説明の便宜上供給部１ｂと加熱部２ｂとを区別して図示しているが、供給部１ｂと加熱部２ｂとは明確に分かれていなくてもよい。例えば、図６に示すように、供給部１ｂと加熱部２ｂとの境界が明確に区別されない場合でもよい。更に、供給部１ｂと加熱部２ｂとが一体で形成されていてもよい。
【００７６】
また、本変形例においては、供給部１ｂと加熱部２ｂは一つの容器の中に設けられており、供給部１ｂから自重によりＰＭＤＡが加熱部２ｂに補充されるが、このような効果を有するものがあれば供給部１ｂと加熱部２ｂは別体で形成されていてもよい。
【００７７】
本変形例において、メッシュ部のメッシュのサイズをＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒径より小さくすることができること、ＰＭＤＡ粉末ＲＭとしてＰＭＤＡの原料粉末を用いることができることは、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。また、ＰＭＤＡ粉末ＲＭの粒度分布及びメッシュのサイズも、第１の実施の形態の第１の変形例と同様である。
【００７８】
次に、図７を参照し、本変形例に係る気化器が、長期間に亘ってＰＭＤＡの気化量を安定化することができる作用効果について説明する。図７は、本変形例に係る気化器が、ＰＭＤＡを昇華して気化する気化量を安定化させることができる作用効果を説明するための図であり、加熱部２ｂにおけるＰＭＤＡ粉末の状態を模式的に拡大して示す図である。
【００７９】
図７（ａ）は、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され始める時点を示す。ガス通路１７を通流するキャリアガスＣの一部は、メッシュ部８ｃを介して加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１に接している。このようにＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が充填された状態でヒータをＯＮし、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１を加熱して昇華させ、気化させる。加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、ヒータで発生する熱量が、加熱部２ｂの側面又はメッシュ部８ｃからの熱伝導等による熱量Ｈとして移動されることによって加熱される。また、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、ガス通路１７から導入されるキャリアガスＣも、予めＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の昇華点よりも高い温度にされている。
【００８０】
図７（ｂ）は、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が加熱され昇華して消失する時点を示す。加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、例えば昇華点よりも高い温度に保持されることによって、昇華して気化し、消失する。その結果、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１は、減少する。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化して発生したＰＭＤＡガスＲは、図７（ｂ）に示すように、メッシュ部８ｃを介してキャリアガスＣとともにガス通路１７へ導出される。一方、供給部１ｂ（原料貯蔵部５ａ）及び加熱部２ｂの上部においては、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が、原料の昇華点よりも低い温度に保持されているため、ＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華してＰＭＤＡガスＲが発生することはほとんどない。なお、加熱部２ｂの上部においては、加熱部２ｂの下部からの熱伝導等により、一部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ２等が昇華される場合もある。
【００８１】
図７（ｃ）は、加熱部２ｂの下部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が消失して減少した減少分を、加熱部２ｂの上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより自重で落下して補充する時点を示す。ＰＭＤＡ粉末ＲＭ１が気化したことにより生じた加熱部２ｂの下部のＰＭＤＡ粉末ＲＭ１の隙間は、加熱部２ｂの上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が重力Ｇにより落下することにより埋められ、加熱部２ｂの下部の原料の充填状態は初期状態に戻る。それによりＰＭＤＡガスＲのガス発生量も初期状態に戻るため、気化器１０ｂは長期間に亘り一定のガス発生量でＰＭＤＡガスＲを発生させることができる。なお、加熱部２ｂの上部に充填されているＰＭＤＡ粉末ＲＭ２が加熱部２ｂの下部へ自重で落下するのに伴い、加熱部２ｂの上部には、更に上方の原料貯蔵部５ａからＰＭＤＡ粉末ＲＭ３が自重で落下して補充される。
【００８２】
本変形例においても、第１の実施の形態及び第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の状態は、実際には明確に分かれておらず、加熱部２ｂの上部から加熱部２ｂの下部に徐々にＰＭＤＡ粉末が徐々に自重で落下するとともに、加熱部２ｂの下部でＰＭＤＡ粉末が連続して昇華して、ＰＭＤＡガスを発生させる。従って、ＰＭＤＡを昇華して気化する気化量を一定に保持することができ、長期間に亘って気化量を安定化することができる。
【００８３】
また、本変形例でも、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、上側にＰＭＤＡ粉末を充填、又は追加充填するための原料導入口７ａを有することによって、長期間連続運転しながら原料を補充することができる。
【００８４】
なお、本変形例でも、供給部（原料貯蔵部）若しくは加熱部又は気化器の他の部分を振動させる振動機構を設けることにより、供給部（原料貯蔵部）から加熱部へ自重で落下するＰＭＤＡ粉末の落下を促進することができる。
【００８５】
また、本変形例でも、供給部（原料貯蔵部）の上端に、前述した原料導入口から、又は原料導入口とは別にガス導入口を設け、ガス導入口から少量の例えばＮ２ガスよりなる不活性ガス等のガスを供給部（原料貯蔵部）に導入することにより、加熱部で発生したＰＭＤＡガスがＰＭＤＡ内を加熱部から供給部（原料貯蔵部）に向けて拡散することを防止することができ、加熱部で発生するＰＭＤＡガスを安定してガス導出部から成膜装置に供給することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、本発明の第１の実施の形態に係る気化器から供給されるＰＭＤＡガスを用いてウェハ表面に絶縁保護膜を成膜する成膜装置である。
【００８６】
図８は、本実施の形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００８７】
図８に示すように、本実施の形態に係る成膜装置２０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２１内にポリイミド膜が成膜されるウェハＷを複数設置することが可能なウェハボート２２を有している。また、チャンバー２１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２３ａ、２３ｂを有している。このインジェクタ２３ａ、２３ｂの側面には開口部が設けられており、気化器により気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが図面において矢印で示すようにウェハＷに供給される。供給された気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、ウェハ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。なお、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２５よりチャンバー２１の外に排出される。また、ウェハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるようにウェハボート２２は、回転部２６により回転するよう構成されている。更に、チャンバー２１の外部には、チャンバー２１内のウェハＷを一定の温度に加熱するためのヒータ２７が設けられている。
【００８８】
また、インジェクタ２３ａ、２３ｂは、第１の実施の形態に係る気化器であるＰＭＤＡ気化器（気化器）１０及びＯＤＡ気化器３０がバルブ３１及び３２並びに導入部３３を介しそれぞれ接続されており、ＰＭＤＡ気化器１０及びＯＤＡ気化器３０より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される。なお、本実施の形態では、ＰＭＤＡ気化器として第１の実施の形態に係る気化器１０が用いられているが、第１の実施の形態の第１及び第２の変形例に係る気化器１０ａ、１０ｂのいずれかを用いることもできる。
【００８９】
ＰＭＤＡ気化器１０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１０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１０は、２６０℃の温度に保たれている。また、ＯＤＡ気化器３０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３０は２２０℃の温度に保たれている。
【００９０】
この後、バルブ３１及び３２を介し、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが、インジェクタ２３ａ、２３ｂ内に供給され、ウェハＷに成膜される。このときの、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（１）に示す反応式に従って行われる。
【００９１】
【化１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１ａ、１ｂ 供給部
２、２ａ、２ｂ 加熱部
３、３ａ、３ｂ ガス導入部
４、４ａ、４ｂ ガス導出部
５、５ａ 原料貯蔵部
６ａ、６ｂ 断熱材
７、７ａ 原料導入口
８、８ｃ メッシュ部
８ａ 第１のメッシュ部
８ｂ 第２のメッシュ部
９、９ａ ヒータ（加熱機構）
１０、１０ａ、１０ｂ 気化器（ＰＭＤＡ気化器）
１１ ガス導入管
１２ ガス導入口
１３、１３ａ ガス導入室
１４、１４ａ ガス導出室
１５ ガス導出口
１６ ガス導出管
１７ ガス通路
２０ 成膜装置
２１ チャンバー
２２ ウェハボート
２３ａ、２３ｂ インジェクタ
２５ 排気口
２７ ヒータ
３０ ＯＤＡ気化器
３１、３２ バルブ
３３ 導入部
Ｃ キャリアガス
Ｒ ＰＭＤＡガス（原料ガス）
ＲＭ、ＲＭ１、ＲＭ２ ＰＭＤＡ粉末（固体原料）
Ｗ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、
前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、
前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、
前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスを導入するガス導入部と、
発生させた原料ガスをキャリアガスとともに導出するガス導出部と
を有し、
前記ガス導入部から導入されたキャリアガスが、前記加熱部を通過することを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記加熱部は、メッシュ部を有し、
前記ガス導入部から導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部へ導入されるとともに、
前記加熱部へ導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部から導出されることを特徴とする請求項１に記載の気化器。
【請求項３】
前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の気化器。
【請求項４】
前記固体原料は、前記加熱部で加熱されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項５】
前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、常温より高い温度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項６】
前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、前記固体原料の昇華点よりも高い温度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項７】
前記貯蔵部を振動させる振動機構を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項８】
固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、
前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、
前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、
前記加熱部の下方に設けられ、前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスが通流するガス通路と
を有し、
前記加熱部は、メッシュ部を有し、
前記ガス通路を通流するキャリアガスは、前記メッシュ部を介して前記固体原料と接することを特徴とする気化器。
【請求項９】
前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする請求項８に記載の気化器。
【請求項１】
固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、
前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、
前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、
前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスを導入するガス導入部と、
発生させた原料ガスをキャリアガスとともに導出するガス導出部と
を有し、
前記ガス導入部から導入されたキャリアガスが、前記加熱部を通過することを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記加熱部は、メッシュ部を有し、
前記ガス導入部から導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部へ導入されるとともに、
前記加熱部へ導入されたキャリアガスは、前記メッシュ部を介して、前記加熱部から導出されることを特徴とする請求項１に記載の気化器。
【請求項３】
前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の気化器。
【請求項４】
前記固体原料は、前記加熱部で加熱されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項５】
前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、常温より高い温度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項６】
前記ガス導入部から導入されるキャリアガスは、前記固体原料の昇華点よりも高い温度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項７】
前記貯蔵部を振動させる振動機構を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気化器。
【請求項８】
固体原料を昇華して発生させた原料ガスを成膜装置へ供給する気化器において、
前記固体原料を加熱して昇華させ、原料ガスを発生させる加熱部と、
前記加熱部の上方に設けられ、前記加熱部に前記固体原料を供給する供給部と、
前記加熱部の下方に設けられ、前記加熱部で発生させた原料ガスを搬送するキャリアガスが通流するガス通路と
を有し、
前記加熱部は、メッシュ部を有し、
前記ガス通路を通流するキャリアガスは、前記メッシュ部を介して前記固体原料と接することを特徴とする気化器。
【請求項９】
前記メッシュ部のメッシュのサイズは、前記固体原料の原料粉末の粒径より小さいことを特徴とする請求項８に記載の気化器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２１９１４６（Ｐ２０１０−２１９１４６Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１５８７（Ｐ２００９−６１５８７）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]