KR101128348B1

KR101128348B1 - 기화기

Info

Publication number: KR101128348B1
Application number: KR1020107015120A
Authority: KR
Inventors: 유사쿠 가시와기; 킷페이 스기타
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2012-03-23
Also published as: WO2010104150A1; KR20100115347A; JP5361467B2; US20110023784A1; TW201107506A; TWI418644B; JP2010219146A

Abstract

고체 원료를 가열하여 승화시켜 원료 가스를 발생시키는 가열부와, 가열부의 상방에 형성되며, 가열부에 고체 원료를 공급하는 공급부와, 가열부에서 발생시킨 원료 가스를 반송하는 캐리어 가스를 도입하는 가스 도입부와, 발생시킨 원료 가스를 캐리어 가스와 함께 도출하는 가스 도출부를 갖는다. 가스 도입부로부터 도입된 캐리어 가스가 가열부를 통과한다.

Description

기화기{VAPORIZER}

본 발명은, 성막 장치의 성막실에 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 기화기에 관한 것이다.

반도체 디바이스에 이용되는 재료는, 최근 무기 재료로부터 유기 재료로 폭이 넓어지고 있다. 무기 재료로부터 얻을 수 없는 성질을 갖는 유기 재료는, 반도체 디바이스의 특성이나 제조 프로세스를 보다 최적인 것으로 할 수 있다.

이러한 유기 재료의 하나로 폴리이미드가 있다. 폴리이미드는 밀착성이 높고, 리크 전류(leakage current)에 대한 내성이 높기 때문에, 반도체 디바이스에 있어서의 절연막으로서 이용할 수 있다.

이러한 폴리이미드막을 성막시키는 방법으로서는, 원료 모노머로서 무수 피로멜리트산(PMDA:Pyromellitic Dianhydride)과 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-ODA:4,4'-Oxydianiline)을 사용하여 챔버 내에서 중합시키는, 증착 중합에 의한 성막 방법이 알려져 있다.

여기에서, PMDA는 고체 원료이지만 승화되기 쉽기 때문에, PMDA 기화기가 폴리이미드를 성막하는 장치에 구비된다.

PMDA 기화기는, 고체 원료를 충전한 원료 탱크를, 내부를 진공으로 유지한 상태에서 가열하여 원료 가스를 발생시키고 있다. 특히, PMDA와 같이 승화성을 갖는 유기 화합물을 승화시키는 방법으로서, 비즈 등의 담체 표면을 당해 유기 화합물로 피복하여 승화 용기에 충전하는 방법도 개시되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

일본특허공표공보 2005-535112호

그런데, 폴리이미드막을 반도체 디바이스의 절연막으로서 이용하는 경우, 폴리이미드막은 높은 밀도와 높은 밀착성을 갖고 있는 것이 요구된다. 이를 위해서는, 폴리이미드막을 성막할 때에 기화된 PMDA를 일정량으로 연속적으로 공급하지 않으면 안된다. 그러나, 용기에 수용된 고체 PMDA를 가열하여 승화시킴으로써 얻은 PMDA 가스(또는 증기)를 챔버에 공급하는 경우에는, 승화한 만큼의 고체 PMDA의 체적이 감소하여 PMDA의 표면적이 감소하기 때문에, 기화된 PMDA를 일정량으로 연속적으로 공급하는 것은 곤란했다.

특허문헌 1에 기재된 유기 화합물을 승화시키는 방법에서는, 담체의 표면에 유기 화합물이 피복되고, 캐리어 가스 등을 열매체(heat medium)로 하여 유기 화합물이 가열되기 때문에, 유기 화합물은 큰 표면적을 가지며 충분한 기화량이 얻어진다. 그러나, 유기 화합물이 승화됨에 따라 유기 화합물의 표면적이 감소해 버려 기화된 유기 화합물을 일정량 연속하여 안정적으로 챔버에 공급할 수 없다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 유기 화합물을 승화 용기에 충전시킬 때에는, 승화 용기를 구비하는 성막 장치를 정지하지 않으면 안되어 기화된 유기 화합물을 연속적으로 챔버에 공급하는 것이 곤란했다.

본 발명은, 고체 원료를 승화시킴으로써 얻어지는 원료 가스를 연속하여 안정적으로 공급할 수 있는 기화기를 제공한다.

본 발명의 제1 형태는, 고체 원료를 승화시켜 발생한 원료 가스를 성막 장치에 공급하는 기화기를 제공한다. 이 기화기는, 고체 원료를 가열하여 승화시켜 원료 가스를 발생시키는 가열부와, 가열부의 상방에 형성되며 가열부에 고체 원료를 공급하는 공급부와, 가열부에서 발생시킨 원료 가스를 반송(搬送)하는 캐리어 가스를 도입하는 가스 도입부와, 발생시킨 원료 가스를 캐리어 가스와 함께 도출하는 가스 도출부를 갖는다. 가스 도입부로부터 도입된 캐리어 가스는 가열부를 통과한다.

본 발명의 제2 형태는, 고체 원료를 승화시켜 발생한 원료 가스를 성막 장치에 공급하는 기화기를 제공한다. 이 기화기는, 고체 원료를 가열하여 승화시켜 원료 가스를 발생시키는 가열부와, 가열부의 상방에 형성되며 가열부에 고체 원료를 공급하는 공급부와, 가열부의 하방에 형성되며 가열부에서 발생시킨 원료 가스를 반송하는 캐리어 가스가 통류하는 가스 통로를 갖는다. 가열부는 메시부를 갖고, 가스 통로를 통류하는 캐리어 가스는 메시부를 통하여 상기 고체 원료와 접한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기화기를 모식적으로(schematically) 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기화기를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기화기의 효과(또는 이점)를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 기화기를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 기화기를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 제2 변형예에 따른 기화기를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 제2 변형예에 따른 기화기의 효과(또는 이점)를 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 실시 형태에 의하면, 고체 원료를 승화시킴으로써 얻어지는 원료 가스를 연속하여 안정적으로 공급할 수 있는 기화기가 제공된다. 이하, 첨부 도면을 참조하면서, 한정적이지 않은 실시 형태를 설명한다. 동일 또는 동일류의 부재 또는 부품에는 동일 또는 동일류의 참조 부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기화기는, 원료 모노머로서 PMDA와 ODA를 이용하여 증착 중합에 의해 폴리이미드막을 성막하는 장치에, 기화된 PMDA를 공급하는 것이다. 이하, 고체 상태의 PMDA는 「PMDA」, 기체(또는 증기) 상태의 PMDA는 「PMDA 가스」라고 칭한다.

도 1은, 본 실시 형태에 따른 기화기의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 2는, 도 1의 A-A선에 따르는 단면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 기화기(10)는 공급부(1), 가열부(2), 가스 도입부(3) 및, 가스 도출부(4)로 구성된다.

공급부(1)는 원료 저장부(5)와, 단열재(6a)와, 원료 저장부(5)의 상측에 배치된 봉지(sealing) 가능한 원료 도입구(7)를 갖는다. 원료 저장부(5)를 포함하는 공급부(1)(이하, 주로 원료 저장부(5)를 나타내는 경우에 있어서도, 단열재(6a)와 원료 도입구(7)도 포함하여 공급부(1)(원료 저장부(5))로 나타내는 경우가 있음)에는, PMDA의 원료 분말(이하,「PMDA 분말」이라고 함)(RM)이 저장되어 있다.

공급부(1)는, 가열부(2)에, 원료 저장부(5)에 저장된 PMDA 분말(RM)을 공급한다. 가열부(2)는 공급부(1)로부터 공급된 PMDA 분말(RM)을 유지함과 함께, PMDA 분말(RM)을 가열하고 승화시켜 PMDA 가스(R)를 발생시킨다. 가열부(2)는 공급부(1)의 하방에 형성된다. 가열부(2)에는 가스 도입부(3)로부터 캐리어 가스(C)가 도입된다. 또한, 가열부(2)에 있어서 기화된 PMDA 가스(R)는 가스 도출부(4)로부터 도출된다.

공급부(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이 PMDA 분말(RM)을 충분히 저장할 수 있는 용적을 갖고, PMDA 분말(RM)을 용이하게 충전할 수 있도록 원료 도입구(7)를 갖는다. 공급부(1)(원료 저장부(5))의 하측은 가열부(2)와 연통(communication)되어 있다. 이에 따라, 원료 도입구(7)로부터 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장된 PMDA 분말(RM)은, 중력(G)에 의해 자중(自重)으로 낙하되어 가열부(2)에 공급된다.

공급부(1)(원료 저장부(5))의 용적은 가열부(2)의 용적보다도 크게 할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이 공급부(1)(원료 저장부(5))의 높이를, 가열부(2)의 높이보다도 크게 할 수 있다.

또한, 공급부(1)의 중앙부 및 상부와 하부와의 사이에 있어서, 공급부(1)(원료 저장부(5)) 측벽의 일부가 단열재(6a)에 의해 구성되어 있으면 바람직하다. 이는, 공급부(1)의 하방에 배치되는 가열부(2)로부터의 열이 공급부(1)의 중앙부 및 상부에 전파되는 것을 추가로 저감시키기 위해서이다.

본 실시 형태에 있어서는, 가열부(2)는 개구(開口)된 상단(上端)과, 메시부(8)(제1 메시부(8a), 제2 메시부(8b))에 의해 구성되는 대향하는 2개의 측면을 포함하는 직방체의 용기 모양 형상을 갖고 있다. 메시부(8)는, PMDA 분말(RM)을 가열부(2) 내에 유지할 수 있고, 가열부(2)의 외부와 내부와의 사이에서 가스의 통과를 허용한다. 메시부(8)는, 예를 들면 스테인리스강 등의 금속 메시로 구성될 수 있다.

PMDA 분말의 평균 입경이 예를 들면 200㎛에서 300㎛까지의 범위에 있는 경우, 이 PMDA 분말에는 100㎛ 이하의 입경을 갖는 PMDA 입자가 1％ 정도 포함될 수 있다. 이러한 입경 분포를 갖는 PMDA 분말을 사용하는 경우는, 예를 들면 메시부(8)의 메시의 개구 사이즈를 100㎛ 정도로 할 수 있다. 즉, 메시부(8)는, 분말 원료의 평균 입경과 동일하거나 작은 개구 사이즈를 가지면 바람직하고, 분말 원료의 입경 분포에 있어서 함유율이 약 1％ 이하가 되는 입경과 동일하거나 작은 개구 사이즈를 가지면 더욱 바람직하다.

가열부(2)의 개구된 상면은, 전술한 바와 같이 공급부(1)(원료 저장부(5))과 연통되어 있기 때문에, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장된 PMDA 분말(RM)은, 공급부(1)(원료 저장부(5))로부터 가열부(2)로 중력(G)에 의해 낙하되어 가열부(2)에 유지된다. 이 때문에, 가열부(2)에 있어서 PMDA 분말(RM)이 승화에 의해 소비되어 PMDA 분말(RM) 중에 간극이 발생해도, 공급부(1)(원료 저장부(5))로부터 낙하되는 PMDA 분말(RM)이 그 간극을 메울 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는 가열부(2)의 하방에 가열부(2)의 열원으로서의 가열 기구(9)가 형성되어 있다. 가열 기구(9)는 예를 들면 전열선을 포함하고, 이에 따라 가열부(2)에 유지되는 PMDA 분말이 가열되어 승화한다. 또한, 가열부(2), 가스 도입부(3) 및, 가스 도출부(4)와 공급부(1)의 하부는 단열재(60)로 둘러싸여 있다. 이에 따라, 외부로의 방열이 저감되고, PMDA 분말이 가열 기구(9)에 의해 효율 좋게 가열된다.

또한, 가열부(2)에 유지되는 PMDA 분말을 가열시킬 수 있는 한에 있어서, 가열 기구(9)는 임의로 배치될 수 있다.

가스 도입부(3)는 가스 도입관(11), 가스 도입구(12) 및, 가스 도입실(13)을 갖는다. 가스 도입실(13)은, 가열부(2)의 제1 메시부(8a)에 의해 가열부(2)와 구획(define)되어 있다. 가스 도입관(11)은 PMDA 가스(R)를 반송하는 캐리어 가스(C)를 가열부(2)에 도입하기 위해 가스 도입구(12)에서 가스 도입실(13)과 접속되어 있다.

가스 도출부(4)는 가스 도출실(14), 가스 도출구(15) 및, 가스 도출관(16)을 갖는다. 가스 도출실(14)은 가열부(2)의 제2 메시부(8b)에 의해 가열부(2)와 구획되고, 가열부(2)를 사이에 두고 가스 도입부(3)의 가스 도입실(13) 반대쪽에 배치된다. 가스 도출관(16)은 PMDA 가스(R)를 반송하는 캐리어 가스(C)를 기화기(10)에서 성막 장치(도시하지 않음)까지 인도하기 위해 가스 도출구(15)에서 가스 도출실(14)과 접속되어 있다.

이러한 구성에 의해, 캐리어 가스(C)는 가스 도입부(3), 가열부(2) 및, 가스 도출부(4)의 순으로 흐른다. 이 때문에, 캐리어 가스(C)는 공급부(1)(원료 저장부(5))의 하방에 배치되는 가열부(2)만을 흘러, 공급부(1)(원료 저장부(5))로 흘러 들어 공급부(1)(원료 저장부(5))에 충전되는 PMDA 분말에 접촉하는 일은 거의 없다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 캐리어 가스(C)가 흐르는 방향과, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 충전된 PMDA 분말이 가열부(2)로 공급되는 방향이 교차되어 있다.

여기에서, 도 1 및 도 3을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 기화기(10)의 효과(또는 이점)에 대해서 설명한다. 도 3은 가열부에 있어서의 PMDA 분말을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 3(a)는 가열부(2)에 저장되는 PMDA 분말(RM1)을 가열하기 시작할 때의 PMDA 분말(RM1)을 모식적으로 나타내고 있다. 도 3에 있어서는 가열 기구(9)를 생략하고 있다.

도시하는 바와 같이, 캐리어 가스(C)가 가스 도입실(13)로부터 제1 메시부(8a)를 통하여 가열부(2)로 유입되고, 가열부(2)로부터 제2 메시부(8b)를 통하여 가스 도출실(14)로 유출되고 있다. 이 상황에 있어서, 가열 기구(9)(도 1 및 도 2)를 ON하면, 가열부(2)에 저장되어 있는 PMDA 분말(RM1)은 가열 기구(9)에서 발생하는 열(H)이 가열부(2)의 저면(底面) 또는 메시부(8)를 포함하는 측면으로부터 PMDA 분말(RM1)에 전파됨으로써 가열되기 시작한다.

가열부(2)에 유지되어 있는 PMDA 분말(RM1)이 PMDA의 승화 온도 이상의 온도까지 가열되고 일정한 온도로 유지되면, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 PMDA 분말(RM1)이 승화되어 PMDA 가스(R)가 발생한다. PMDA 가스(R)는 캐리어 가스(C)에 의해 반송되고, 제2 메시부(8b)를 통하여 가열부(2)로부터 가스 도출실(14)로 유출된다. 그리고, PMDA 가스를 포함하는 캐리어 가스(C)는 가스 도출관(16)으로부터 성막 장치의 챔버로 공급된다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 제1 메시부(8a) 및 제2 메시부(8b)는, 가열부(2)가 대향하는 측면의 각각 전(全)면에 형성되어 있기 때문에, 가열부(2)에 유지되어 있는 PMDA 분말(RM1)의 거의 전부가 캐리어 가스(C)와 접촉한다. 이 때문에, PMDA 가스는 캐리어 가스(C)에 의해 효율 좋게 반송된다. 이 결과, PMDA 분말(RM1)의 승화 반응이 촉진되어, PMDA 가스의 발생 효율을 높게 할 수 있다.

또한, 가열부(2)의 상측과 연통되어 있는 공급부(1)(원료 저장부(5))에 있어서는, 저장되어 있는 PMDA 분말(RM2) 등이 승화 온도까지 가열되지 않기 때문에, PMDA 분말(RM2) 등이 승화하여 PMDA 가스(R)가 발생하는 일은 거의 없다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 있어서는 가열부(2)에 유지되는 PMDA 분말(RM1)이 가열되어 있다.

또한, 공급부(1)(원료 저장부(5))의 가열부(2)와의 경계 부근에 저장되는 PMDA 분말은, 가열부(2)로부터의 열(H)의 열전도 등에 의해 승화 온도보다도 높은 온도가 되어 승화되는 경우도 있다. 그러나, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장되는 PMDA 분말로부터의 PMDA 가스는 상기한 경계 부근에 한하여 발생하며, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장되는 PMDA 분말 전체로부터 PMDA 가스가 발생하는 일은 없다.

전술한 바와 같이 가열부(2)에 있어서 PMDA 가스(R)가 발생함에 따라 PMDA 분말(RM1)의 입경이 작아지기 때문에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 가열부(2)에 유지되는 PMDA 분말(RM1) 내에 극간이 발생할 수 있다.

그러나, 그 극간은, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장되어 있는 PMDA 분말(RM2)이 중력(G)에 의해 낙하됨으로써, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이 바로 메워진다. 극간이 발생하면, PMDA 분말(RM1)의 표면적이 저하되어 PMDA 가스(R)의 발생량도 저하되어 버리지만, 본 실시 형태에 의하면 그러한 극간을 메울 수 있기 때문에 장기간에 걸쳐 일정량으로 PMDA 가스(R)를 발생시킬 수 있다. 또한, 공급부(1)(원료 저장부(5))의 하부에는, 공급부(1)(원료 저장부(5))의 중앙부 또는 상부에 저장되어 있는 PMDA 분말(RM3)이 중력(G)에 의해 낙하된다. 이와 같이 하여, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장되어 있는 PMDA 분말이 중력(G)에 의해 낙하되어 가열부(2)에 보충되기 때문에, 가열부(2)에 있어서 PMDA 가스(R)의 발생이 유지된다.

또한, 도 3에는, 설명의 편의상 PMDA 가스(R)가 발생했기 때문에 가열부(2)에 발생한 PMDA 분말(RM1)의 극간을 나타냈지만(도 3(b)), 실제로는 아주 작은 극간이라도 공급부(1)(원료 저장부(5))로부터의 PMDA 분말(RM2)에 의해 바로 메워지기 때문에, 실질적으로 도 3(c)의 상태가 유지되고 있다고 생각된다. 즉, 본 실시 형태에 의한 기화기(10)에 있어서는, 가열부(2)에 있어서의 PMDA 분말(RM1)의 양이 일정하게 유지되기 때문에 PMDA 가스의 발생량을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 공급부(1)(원료 저장부(5))의 용적은 가열부(2)의 용적보다도 크게 구성되어 있기 때문에, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 PMDA 분말(RM)을 충분히 저장하면 PMDA 분말(RM)을 보충할 필요가 없어, 장시간 연속하여 PMDA 가스를 챔버로 보낼 수 있다.

또한, 소정의 시간이 경과하여 PMDA 분말(RM)이 적어졌을 때라도, 원료 도입구(7)는 가열부(2)로부터 떨어져 있어 원료 도입구(7)를 열어도 가열부(2)에서의 기화에 영향을 주는 일이 없기 때문에, PMDA 가스의 발생 중이라도 원료 도입구(7)로부터 PMDA 분말(RM)을 보충할 수 있다. 즉, 성막 장치를 정지하는 일 없이 PMDA 분말(RM)을 보충하는 것도 가능하다. 따라서, 기화기(10), 나아가서는 성막 장치의 다운 타임(downtime)을 저감시킬 수 있어 스루풋(throughput)의 향상에 이바지한다.

(제1 실시 형태의 제1 변형예)

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태의 제1 변형예에 대해서 설명한다.

도 4는, 본 변형예에 따른 기화기의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 5는, 도 4의 A-A선을 따르는 단면도이다.

본 변형예에 따른 기화기는, 주로 공급부(원료 저장부) 및 가열부 형상의 관점에서 제1 실시 형태에 따른 기화기와 서로 다르고, 다른 구성에 있어서 실질적으로 동일하다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 변형예의 기화기(10a)에서는, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))는 가열부(2)의 높이보다도 높은 높이를 갖고 있을 뿐만 아니라, 가열부(2)의 단면적보다도 큰 단면적을 갖고 있다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))는 상부의 단면적이 가열부(2)의 단면적보다도 크고, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))의 중앙부보다도 하측의 부분에 있어서 공급부(1a)(원료 저장부(5a))의 측면이 경사져, 상측으로부터 하측을 향하여 단면적이 감소하는 바와 같은 형상을 갖고 있다. 이에 따라, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))는, 가열부(2)의 용적보다도 충분히 큰 용적을 가질 수 있다. 따라서, 한번 공급부(1a)(원료 저장부(5a))에 PMDA 분말을 충전하면, 비교적 장기간에 걸쳐 일정량의 PMDA 가스를 성막 장치에 공급하는 것이 가능해진다.

또한, 상방으로부터 하방을 향하여 단면적이 감소하면, 단면적이 상하 방향으로 일정한 경우에 비하여, 하방일수록 큰 압력이 가해지기 때문에, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))로부터 가열부(2)에 PMDA 분말을 효율 좋게 공급할 수 있다.

또한, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))의 단면적을 가열부(2)의 단면적보다도 크게 하기 위해, 가열부(2)의 단면적을 상대적으로 작게 할 수 있다. 이와 같이 하면, 가열부(2)에 유지되는 PMDA 분말을 보다 균일한 온도로 유지할 수 있다. 이 때문에, 가열부(2)의 PMDA 분말 전체로부터 균일하게 PMDA 가스가 발생하여, PMDA 분말이 보다 균일하게 소실되기 때문에, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))로부터 가열부(2) 전체에 균일하게 PMDA 분말이 공급된다.

또한, 가열부(2)의 단면적을 작게 하면, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이 가스 도입실(13a)을 크게 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 캐리어 가스(C)는 제1 메시부(8a)를 보다 균일하게 통과하여 가열부(2)로 도입될 수 있기 때문에, 가열부(2)의 PMDA 분말도 균일하게 소실되게 된다. 또한, 가열부(2)의 단면적을 작게 함으로써 가스 도출실(14a)을 크게 할 수도 있어 캐리어 가스(C)가 가열부(2)를 보다 균일하게 흐르는 것을 촉진할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서는 원료 저장부(5) 측벽의 일부가 단열재(6a)에 의해 구성되어 있는 데 대하여, 본 변형예에서 단열재(6b)는 원료 저장부(5a)를 둘러싸도록 형성될 수 있다.

또한, 본 변형예의 기화기(10a)에 있어서는 공급부(1a)(원료 저장부(5a))를 진동시키는 진동 기구(18)가 형성되어 있다. 이에 따라, 공급부(1a)(원료 저장부(5a))로부터 가열부(2)로의 PMDA 분말의 낙하가 촉진되고, 기화기에서 발생하는 PMDA 가스의 기화량을 더욱 안정화시킬 수 있다. 진동 기구(18)는 예를 들면 압전 진동 소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 압전 진동 소자의 구동 전압의 주파수를 조정함으로써 진동 주파수를 조정하면, PMDA 분말의 낙하를 더욱 촉진시키는 것이 가능해진다.

(제1 실시 형태의 제2 변형예)

다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태의 제2 변형예에 대해서 설명한다.

본 변형예에 따른 기화기는, 주로 가열부의 하방에 캐리어 가스가 통류하는 가스 통로를 갖는 점에서 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 기화기와 서로 다르고, 그 외의 구성에 있어서 실질적으로 동일하다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 6을 참조하면 본 변형예의 기화기(10b)에 있어서, 가열부(2b)는 개구된 상단과, 메시부(8c)에 의해 구성되는 저면을 포함하는 직방체의 용기 모양의 형상을 갖고 있다. 메시부(8c)는 PMDA 분말(RM)을 가열부(2b) 내에 유지함과 함께, 가열부(2b)의 외측과 내측과의 사이에서 가스가 통과 가능하게 하기 위한 것이다. 메시부(8c)는, 제1 실시 형태 및 그의 제1 변형예에 있어서의 메시부(8a, 8b)와 동일하게 스테인리스강 등의 금속 메시에 의해 구성된다.

가열부(2b)의 하방에는 가스 통로(17)가 형성되어 있다. 가스 통로(17)는 가스 도입부(3b) 및 가스 도출부(4b)를 연통 가능하게 접속시키고, 이에 따라 캐리어 가스(C)는 가스 도입관(11), 가스 도입구(12), 가스 통로(17), 가스 도출구(15) 및, 가스 도출관(16)의 순으로 흐른다.

또한, 본 변형예에 있어서는, 제1 실시 형태(또는 그의 제1 변형예)에 있어서의 가스 도입부(3)(또는 (3a))의 가스 도입실(13)(또는 (13a))에 상당하는 부분은 가스 통로(17)에 포함되어 있다.

또한, 본 변형예에 의한 기화기(10b)는, 가열부(2b)의 하방에 있어서 가스 통로(17)를 통하여 가열부(2b)를 가열하는 가열 기구(9a)와, 가열부(2b)를 측방으로부터 가열하는 가열 기구(9b)를 구비한다. 이에 따라, 가열부(2b)에 유지되어 있는 PMDA 분말(RM)이 가열되어 PMDA 가스가 발생한다.

다음으로, 도 7을 참조하여 본 변형예에 따른 기화기(10b)의 효과(또는 이점)에 대해서 설명한다. 도 7은, 가열부(2b)에 있어서의 PMDA 분말을 모식적으로 확대하여 나타내는 도면이다.

도 7(a)에 나타내는 바와 같이 캐리어 가스(C)는 가스 통로(17)를 흘러, 여기에서 가열부(2b)에 유지되어 있는 PMDA 분말(RM1)에 메시부(8c)를 통하여 접하고 있다. 이 상황에서 가열 기구(9a, 9b)를 ON하면, 가열부(2b)에 유지되어 있는 PMDA 분말(RM1)은 가열 기구(9a, 9b)에 의해 가열되기 시작한다.

가열부(2b)에 유지되어 있는 PMDA 분말(RM1)이 PMDA의 승화 온도 이상의 온도까지 가열되면, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 PMDA 분말(RM1)이 승화하여 PMDA 가스(R)가 발생한다. PMDA 가스(R)는 가스 통로(17)를 흐르는 캐리어 가스(C)에 인도되어 메시부(8c)를 통하여 가스 통로(17)로 도출된다. 그리고 PMDA 가스는 캐리어 가스(C)에 의해 반송되어 가스 도출관(16)(도 6)으로부터 성막 장치의 챔버에 이른다. 한편, 공급부(1b)(원료 저장부(5a))에 저장되어 있는 PMDA 분말(RM2) 등은 승화 온도까지 가열되지 않기 때문에, PMDA 분말(RM2) 등이 승화하여 PMDA 가스(R)가 발생하는 일은 거의 없다.

또한, 공급부(1b)(원료 저장부(5b))의 가열부(2b)와의 경계 부근에 저장되는 PMDA 분말은, 가열부(2b)로부터의 열(H)의 열전도 등에 의해 승화 온도보다도 높은 온도가 되어 승화되는 경우도 있다. 그러나, 공급부(1b)(원료 저장부(5b))에 저장되는 PMDA 분말로부터의 PMDA 가스는, 상기한 경계 부근에 한하여 발생하고, 공급부(1b)(원료 저장부(5b))에 저장되는 PMDA 분말 전체로부터 PMDA 가스가 발생하는 일은 없다.

전술한 바와 같이 가열부(2b)에 있어서 PMDA 가스(R)가 발생함에 따라, PMDA 분말(RM1)의 입경이 작아지기 때문에, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 가열부(2)에 유지되는 PMDA 분말(RM1) 내에 극간이 발생할 수 있다.

그러나, 그 극간은 공급부(1b)(원료 저장부(5b))에 저장되어 있는 PMDA 분말(RM2)이 중력(G)에 의해 낙하됨으로써, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이 바로 메워진다. 따라서, 제1 실시 형태의 제2 변형예에 의한 기화기(10b)도 또한, 제1 실시 형태 및 그의 제1 변형예에 의한 기화기(10, 10a)와 동일한 효과를 발휘한다.

(제2 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기화기로부터 공급되는 PMDA 가스를 이용하여 웨이퍼 표면에 절연막을 성막시키는 장치이다.

도 8은, 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(20)는 도시하지 않은 진공 펌프 등에 의해 배기가 가능한 챔버(21) 내에 폴리이미드막이 성막되는 웨이퍼(W)를 복수 설치하는 것이 가능한 웨이퍼 보트(22)를 갖고 있다. 또한 챔버(21) 내에는 기화한 PMDA 및 ODA를 공급하기 위한 인젝터(23a, 23b)가 형성되어 있다. 이 인젝터(23a, 23b)의 측면에는 개구부가 형성되어 있고, 개구부를 통하여 기화기에 의해 기화된 PMDA 및 ODA가 도면에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)에 공급된다. 공급된, 기화한 PMDA 및 ODA는 웨이퍼(W)상에서 반응하며 증착 중합에 의해 폴리이미드막이 성막된다. 또한, 폴리이미드막의 성막에 기여하지 않는 기화된 PMDA 및 ODA 등은 그대로 흘러 배기구(25)에 의해 챔버(21) 밖으로 배출된다. 또한, 웨이퍼(W) 상에 균일하게 폴리이미드막이 성막되도록 웨이퍼 보트(22)는, 회전부(26)에 의해 회전하도록 구성되어 있다. 또한, 챔버(21)의 외부에는 챔버(21) 내의 웨이퍼(W)를 일정한 온도로 가열하기 위한 히터(27)가 형성되어 있다.

또한, 인젝터(23a, 23b)는, 제1 실시 형태에 따른 기화기인 PMDA 기화기(10) 및 ODA 기화기(30)가 밸브(31 및 32), 또한 도입부(33)를 통하여 각각 접속되어 있고, PMDA 기화기(10) 및 ODA 기화기(30)로부터 기화된 PMDA 및 ODA가 공급된다. 또한, 본 실시 형태에서는 PMDA 기화기로서 제1 실시 형태에 따른 기화기(10)가 이용되고 있지만, 제1 실시 형태의 제1 및 제2 변형예에 따른 기화기(10a, 10b) 중 어느 것을 이용할 수도 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, PMDA 기화기(10)에 대하여 캐리어 가스로서의 질소 가스를 가열하는 가열 유닛(101)이 형성되고, 가열 유닛(101)에 의해 상온보다도 높은 온도(바람직하게는 PMDA 분말의 승화 온도보다도 높은 온도)로 가열된 질소 가스가 PMDA 기화기(10)에 공급된다. 이에 따라, PMDA 기화기(10) 내의 PMDA 분말은, 질소 가스에 의해 식혀지는 일 없이 보다 확실하게 고온(예를 들면 약 260℃)으로 유지되어 PMDA가 보다 효율 좋게 승화된다. 또한, ODA 기화기(30)에 대하여도 질소 가스를 가열하는 가열 유닛(301)이 형성되고, 상온보다도 높은 온도로 가열된 질소 가스가 ODA 기화기(30)에 공급된다. 이에 따라, ODA 기화기(30) 내에 있어서, 예를 들면 약 220℃로 가열되어 액체 상태가 된 ODA가 질소 가스에 의해 냉각되는 일 없이 버블링되어, 질소 가스에 의해 ODA의 증기(가스)가 성막 장치(20)에 공급된다.

이 후, 밸브(31 및 32)를 통하여, 기화한 PMDA 및 ODA가 인젝터(23a, 23b) 내에 공급되어 웨이퍼(W)에 성막된다. 이때의 PMDA와 ODA와의 중합 반응은 다음의 식 (1)에 나타내는 반응식에 따른다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 기술했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지 범위 내에 있어서 여러 가지 변형?변경이 가능하다.

예를 들면, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 의한 기화기(10a)에 형성된 진동 기구(18)(도 4)는 다른 실시 형태(변형예를 포함함)에 의한 기화기에 형성될 수 있다. 또한, 진동 기구(18)는 공급부(1～1b)(원료 저장부(5～5b)) 내의 PMDA 분말이 가열부(2, 2b)에 낙하되는 것을 촉진시킬 수 있는 한에 있어서, 공급부(1～1b)(원료 저장부(5～5b))에 더하여 또는 대신하여 가열부(2, 2b) 또는 기화기(10～10b)의 다른 부분을 진동시키도록 형성될 수 있다.

또한, 공급부(1～1b)(원료 저장부(5～5b))의 상단에 전술한 원료 도입구(7)로부터 또는 원료 도입구와는 별도로 가스 도입구를 형성하고, 가스 도입구로부터 소량의, 예를 들면 N₂ 가스 또는 불활성 가스 등의 가스를 공급부(1～1b)(원료 저장부(5～5b))로 도입할 수 있다. 공급부(1～1b)(원료 저장부(5～5b))로 소량의 가스를 도입함으로써, 가열부(2, 2b)에서 발생한 PMDA 가스(R)가 PMDA 분말(RM) 내를 가열부(2, 2b)로부터 공급부(1～1b)(원료 저장부(5～5b))를 향하여 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 가열부(2, 2b)에서 발생하는 PMDA 가스를 안정되게 가스 도출부(4～4b)로부터 성막 장치에 공급할 수 있다.

가열부(2)는 직방체 형상에 한정하지 않으며 입방체 형상일 수 있다. 이 경우라도 상부가 개구되고, 대향하는 2개의 측면이 메시부(8)에 의해 구성될 수 있다. 또한, 가열부(2)는 상부가 개구되어 가열부(2) 상방의 공급부(1)(원료 저장부(5))와 연통되어, 캐리어 가스(C)가 가열부(2)를 통과하는 것을 허용하는 메시부(8)를 갖는 한 임의의 형상을 가질 수 있다.

또한, 제1 실시 형태의 제2 변형예에 의한 기화기(10b)에 있어서, 가열부(2b)의 저면을 구성하는 메시부(8c)는 평면이 아니라 아래로 볼록하게 만곡될 수 있다.

또한, 원료 도입구(7, 7a)에 원료 이송관을 접속시키고, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 대하여 원료 이송관을 통하여 PMDA 분말(고체 원료)을 도입할 수 있다.

단열재(6a, 6b)는 용기 모양의 형상을 갖는 가열부(2)를 구성하는 재료의 열전도율보다도 작은 열전도율을 갖는 재료에 의해 구성될 수 있다. 또한, 공급부(1)는 외면에 냉각용 핀을 가질 수 있다. 이에 따라, 공급부(1)(원료 저장부(5))에 저장되는 PMDA 분말이 승화 온도 이상으로 가열되는 것이 추가로 저감된다.

또한, 가스 도입부(3)에 있어서는, 가열부(2)로 캐리어 가스(C)를 도입할 수 있는 한 가스 도입실(13), 가열부(2), 가스 도출실(14)이 연속하여 일체로 형성될 수 있다.

또한, 제1 실시 형태(또는 그 제1 변형예)에 의한 기화기(10)(또는 (10a))에 있어서는, 캐리어 가스(C)가 가열부(2)를 흐르기 때문에 가열부(2)와 공급부(1)(또는 (1a))와의 경계를 비교적 용이하게 특정할 수 있지만, 제1 실시 형태의 제2 변형예에 있어서는, 공급부(1b)와 가열부(2b)와의 경계는 명확하지 않다. 그러나, PMDA 분말을 가열하여 승화시키는 가열부(2b)와, 가열부(2b)의 상방에 배치되고 가열부(2b)에 대하여 PMDA 분말을 공급 가능한 공급부(1b)가 구성되어 있는 것은 분명하다.

또한, 공급부(1, 1a, 1b)와 가열부(2, 2b)는 하나의 용기 중에 형성되어 있고, 공급부(1, 1a, 1b)로부터 자중에 의해 PMDA 분말이 가열부(2, 2b)에 보충되지만, 공급부(1, 1a, 1b)로부터 가열부(2, 2b)에 PMDA 분말을 공급할 수 있는 한 공급부(1, 1a, 1b)와 가열부(2, 2b)는 별체(別體)로 형성될 수 있다.

또한, 이상의 설명에 있어서는, PMDA 분말을 승화시켜 PMDA 가스를 발생시키는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는 다른 고체 원료를 사용할 수 있는 것은 분명하다.

본 국제 출원은 2009년 3월 13일 출원된 일본국특허출원 2009-061587호에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로, 그 전 내용을 여기에 채용한다.

Claims

고체 성막 원료를 승화시켜 발생시킨 성막 원료 가스를 성막 장치에 공급하는 기화기로서,
상기 고체 성막 원료를 가열하여 승화시켜 성막 원료 가스를 발생시키는 가열부와,
상기 가열부의 상방에 형성되며 상기 가열부에 상기 고체 성막 원료를 공급하는 공급부와,
상기 가열부에서 발생된 성막 원료 가스를 반송(搬送)하는 캐리어 가스를 도입하는 가스 도입부와,
발생된 성막 원료 가스를 캐리어 가스와 함께 상기 성막 장치로 도출하는 가스 도출부를 구비하는 기화기.
제1항에 있어서,
상기 가스 도입부로부터 도입되는 상기 캐리어 가스가, 상기 가열부 내를 통과하여 상기 가스 도출부로부터 도출되도록 상기 가열부, 상기 가스 도입부 및, 상기 가스 도출부가 배치되는 기화기.
제2항에 있어서,
상기 가열부가, 상기 고체 성막 원료를 유지 가능하며 통기성을 갖는 메시부를 구비하고,
상기 캐리어 가스가 상기 가열부 내를 통과할 때에 상기 메시부를 빠져나가는 기화기.
제1항에 있어서,
상기 가스 도입부와 상기 가스 도출부와의 사이에 형성되는 가스 통로를 추가로 구비하고,
상기 가열부가, 상기 고체 성막 원료를 유지 가능하며 통기성을 갖는 메시부를 상기 가스 통로에 노출하도록 구비하는 기화기.
제1항에 있어서,
상기 고체 성막 원료가 상기 가열부에서 가열되는 기화기.
제3항에 있어서,
상기 메시부의 메시의 개구 사이즈가 상기 고체 성막 원료의 성막 원료 분말의 입경보다 작은 기화기.
제4항에 있어서,
상기 메시부의 메시의 개구 사이즈가 상기 고체 성막 원료의 성막 원료 분말의 입경보다 작은 기화기.
제1항에 있어서,
상기 가스 도입부로부터 상기 가열부로 도입되는 캐리어 가스를 가열하는 캐리어 가스 가열 유닛을 추가로 구비하는 기화기.
제8항에 있어서,
상기 캐리어 가스 가열 유닛에 있어서 상기 캐리어 가스의 가열 온도가 상기 고체 성막 원료의 승화 온도보다도 높은 기화기.
제1항에 있어서,
상기 공급부 내의 상기 고체 성막 원료를 진동시키도록 형성되는 진동 기구를 추가로 구비하는 기화기.