JP2007162133A - Method and apparatus for forming microsphere - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔質膜形成方法及び多孔質膜形成装置並びに微小球体形成方法及び微小球体形成装置に関する。 The present invention relates to a porous film forming method, a porous film forming apparatus, a microsphere forming method, and a microsphere forming apparatus.
従来、半導体ウエハ上に層間絶縁膜を形成したり、半導体ウエハに設けた配線間に絶縁膜を形成する場合には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＳｉＯ2などを半導体ウエハに堆積して成膜する方法が一般的である。 Conventionally, when an interlayer insulating film is formed on a semiconductor wafer or an insulating film is formed between wirings provided on a semiconductor wafer, SiO 2 or the like is deposited on the semiconductor wafer by CVD (Chemical Vapor Deposition). The method to do is common.
また、時計の駆動部や、マイクロマシンの回転部には、低エネルギーで円滑に回転させるために、ベアリングが必要である。このような、ベアリングとして微小な球体を用いることがある。従来においては、原料を機械的に粉砕することで、微小球体を形成していた。また、従来においては、原料を溶解した溶湯を霧吹きのノズルなどで噴霧して微小化し、この微小化した液滴を固体化することにより微小球体を形成していた。 In addition, bearings are necessary for the driving part of the timepiece and the rotating part of the micromachine to rotate smoothly with low energy. Such a sphere may be used as a bearing. In the past, microspheres were formed by mechanically crushing raw materials. Conventionally, the molten metal in which the raw material is dissolved is atomized by a spray nozzle or the like, and the microspheres are formed by solidifying the micronized droplets.
しかし、従来においては以下のような問題があった。 However, there have been the following problems in the prior art.
ＣＶＤにより形成した絶縁膜は、半導体ウエハ上に密に充填されている。前記絶縁膜は誘電率が高くなり、高インピーダンスとなっている。高周波電圧を前記半導体ウエハに印加する場合に、半導体ウエハに形成した回路への信号の伝達が遅れたり、また伝達させる信号の周波数を上げることができないという問題があった。前記絶縁膜の誘電率を小さくして低インピーダンスとすることにより、信号の高速化を図ることが望まれていた。 The insulating film formed by CVD is densely filled on the semiconductor wafer. The insulating film has a high dielectric constant and a high impedance. When a high frequency voltage is applied to the semiconductor wafer, there is a problem that transmission of a signal to a circuit formed on the semiconductor wafer is delayed or the frequency of the signal to be transmitted cannot be increased. It has been desired to increase the signal speed by reducing the dielectric constant of the insulating film to reduce the impedance.
また、従来における微小球体の形成については、機械的に粉砕して微小球体化する場合、材質によっては真円状に形成することが困難であり、また形成した微小球体のサイズにもばらつきが生じてしまう。溶湯を霧吹きのノズルで噴霧して微小球体を形成する場合にも、霧吹きから噴霧される液滴の容量にバラツキがあるため、形成する微小球体のサイズを一定化させることが困難であった。特に、マイクロマシンに使用する微小球体においては、数μｍの非常に微小なサイズに形成することが望まれるため、従来の方法ではこのような微小球体の形成が困難であった。 In addition, in the conventional formation of microspheres, when mechanically pulverized into microspheres, it is difficult to form a perfect circle depending on the material, and the size of the formed microspheres also varies. End up. Even when the molten metal is sprayed by a spray nozzle to form microspheres, it is difficult to make the size of the microspheres to be formed uniform because of variations in the volume of droplets sprayed from the spray. In particular, in a microsphere used for a micromachine, it is desired to form the microsphere with a very small size of several μm. Therefore, it is difficult to form such a microsphere by a conventional method.
本発明の一の目的は、上記問題点を解決するためになされたもので、誘電率を小さくして低インピーダンス化を図ることができるとともに、品質を一定化することのできる多孔質膜形成装置及び多孔質膜形成方法を提供することにある。 One object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to achieve a low impedance by reducing the dielectric constant, and at the same time, a porous film forming apparatus capable of making the quality constant And a porous film forming method.
また、本発明の他の目的は、真円状の微小球体を形成することができるとともに、形成する微小球体のサイズを一定化することができ、また微小球体のサイズを相対的に縮小することができる微小球体形成装置及び微小球体形成方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to form a perfect circular microsphere, to make the size of the formed microsphere constant, and to relatively reduce the size of the microsphere. An object of the present invention is to provide a microsphere forming apparatus and a method for forming a microsphere.
上記目的を達成するために、本発明における多孔質膜形成方法においては、液体有機金属化合物または液体有機ケイ素化合物を含む溶液を微粒子化し、微粒子化した液体微粒子を加熱して前記液体有機物金属化合物または前記液体有機ケイ素化合物を分解したのち、前記液体微粒子を冷却して球状体を形成し、この球状体を加熱したワークに堆積する構成とした。ワークとしては、半導体チップや半導体ウエハなどがある。このように球状体により多孔質膜を形成するため、空隙率の高い膜を形成することができ、膜の誘電率を従来よりも低くすることができ、低インピーダンス化することができる。このため、ワークが半導体ウエハの場合、当該半導体ウエハを組み込んだ半導体装置の高速化を図ることができる。前記微粒子の加熱は、ヒータで行ってもよいし、レーザや赤外線で行ってもよい。 In order to achieve the above object, in the porous film forming method of the present invention, a solution containing a liquid organometallic compound or a liquid organosilicon compound is microparticulated, and the liquid organometallic compound or the liquid organometallic compound or After the liquid organosilicon compound was decomposed, the liquid fine particles were cooled to form a spherical body, and the spherical body was deposited on a heated workpiece. Examples of the work include a semiconductor chip and a semiconductor wafer. Since the porous film is formed from the spherical body in this way, a film with a high porosity can be formed, the dielectric constant of the film can be made lower than before, and the impedance can be reduced. For this reason, when the workpiece is a semiconductor wafer, the speed of the semiconductor device incorporating the semiconductor wafer can be increased. The heating of the fine particles may be performed with a heater, or may be performed with a laser or infrared rays.
上記構成においては、前記液体有機金属化合物または液体有機ケイ素化合物を溶媒に溶解したのち、微粒子化した構成とすることができる。このため、溶媒を含まない場合よりもさらに微小化した微小球体で多孔質膜を形成することができ、品質を高い精度で一定化させることができる。 In the above structure, the liquid organometallic compound or the liquid organosilicon compound can be dissolved in a solvent and then finely divided. For this reason, it is possible to form a porous film with microspheres that are further miniaturized compared with the case where no solvent is contained, and the quality can be made constant with high accuracy.
上記構成において、無機物の微粉末を分散させた溶液を微粒子化し、液体微粒子を前記無機物の融点以上に加熱して溶媒を蒸発させたのち、溶融した前記無機物を冷却して球状体を形成し、当該球状体を加熱したワークに堆積する構成とすることができる。これにより、純粋な無機物の成分で多孔質膜を形成することができる。また、このような多孔質膜の用途としては、ストレーナやフィルタ材がある。 In the above configuration, the solution in which the fine powder of the inorganic material is dispersed is made into fine particles, the liquid fine particles are heated to the melting point of the inorganic material or more to evaporate the solvent, and then the molten inorganic material is cooled to form a spherical body. It can be set as the structure which accumulates the said spherical body on the heated workpiece | work. Thereby, a porous film can be formed with a pure inorganic component. Moreover, there exist a strainer and a filter material as an application of such a porous membrane.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は不活性気体中で行う構成とすることができる。このようにしたため、加熱時に不純物が混入するおそれがなく、純度の高い多孔質膜を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated in an inert gas. Since it did in this way, there is no possibility that an impurity may mix at the time of heating, and a highly pure porous membrane can be formed.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は真空中で行う構成とすることができる。このようにしたため、多孔質膜の形成工程において、余計な不純物が付着するおそれがなく、純度の高い多孔質膜を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated in a vacuum. Since it did in this way, there is no possibility that an extra impurity may adhere in the formation process of a porous film, and a porous film with high purity can be formed.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は酸化性ガスを供給して行う構成とすることができる。このようにしたため、微小球体を形成時に確実に酸化させることができ、良好な絶縁膜を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated by supplying an oxidizing gas. Since it did in this way, a microsphere can be reliably oxidized at the time of formation, and a favorable insulating film can be formed.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱はアンモニアガスを供給して行う構成とすることができる。このようにしたため、微小球体を形成時に確実に窒化させることができ、良好な窒化膜を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated by supplying ammonia gas. Since it did in this way, a microsphere can be nitrided reliably at the time of formation, and a favorable nitride film can be formed.
上記構成において、前記微粒子化は、液体の一定量を吐出可能な定量吐出手段にて行う構成とすることができる。このようにしたため、多孔質膜を形成する微小球体のサイズを一定化させることができ、多孔質膜の品質を一定化させることができる。 The said structure WHEREIN: The said fine particle formation can be set as the structure performed by the fixed amount discharge means which can discharge a fixed quantity of liquid. Since it did in this way, the size of the microsphere which forms a porous membrane can be made constant, and the quality of a porous membrane can be made constant.
上記構成において、前記ワークと吐出手段とは、相対移動可能とした構成とすることができる。このようにしたため、ワークの所望の場所に多孔質膜を形成させることができる。この場合、ワークを移動させてもよいし、吐出手段を移動させてもよい。あるいは、両方を移動させてもよい。 The said structure WHEREIN: The said workpiece | work and discharge means can be set as the structure which enabled relative movement. Since it did in this way, a porous film | membrane can be formed in the desired location of a workpiece | work. In this case, the workpiece may be moved, or the discharge unit may be moved. Alternatively, both may be moved.
上記構成において、前記堆積はフッ化ガス中で行う構成とすることができる。
これにより、形成した多孔質膜の表面にフッ素樹脂を形成することができ、潤滑性を向上させることができる。
In the above configuration, the deposition may be performed in a fluorinated gas.
Thereby, a fluororesin can be formed on the surface of the formed porous film, and lubricity can be improved.
上記構成において、前記ワークは、前記球状体の融点以下であって、融点の近傍に加熱してある構成とすることができる。これにより、球状体を半固体状にしてワークの表面に接触させることができるため、球状体がワークから分離するおそれがなくワークに一体化させることができ、良好な多孔質膜を形成することができる。 The said structure WHEREIN: The said workpiece | work is below melting | fusing point of the said spherical body, Comprising: It can be set as the structure heated to the vicinity of melting | fusing point. Thereby, since the spherical body can be made semi-solid and brought into contact with the surface of the work, the spherical body can be integrated with the work without fear of separation from the work, and a good porous film can be formed. Can do.
本発明における多孔質膜形成装置においては、球状体形成原料を含む液体を一定量ずつ微粒子化して吐出可能な定量吐出手段と、液体微粒子を加熱しようとする加熱手段と、加熱手段の加熱により、液体微粒子から生成された球状体が堆積される冷却手段と、前記球状体を堆積するワークを加熱するワーク加熱手段とを有する構成とした。本発明における多孔質形成装置においては、球状体形成原料を含む液体を一定量ずつ微粒子化して吐出可能な定量吐出手段と、液体微粒子を加熱する加熱手段と、この加熱手段が加熱する前記液体微粒子の周囲に不活性ガスまたは酸化性ガスまたはアンモニアガスを供給可能なガス供給手段と、前記加熱手段の加熱により、液体微粒子から生成された球状体を冷却する冷却手段と、前記球状手段が堆積されるワークを加熱するワーク加熱手段と、を有する構成とした。上記構成においては、前記吐出手段は、平面移動可能に形成してある構成とすることができる。 In the porous film forming apparatus according to the present invention, the liquid containing the spherical body forming raw material is atomized by a certain amount and can be discharged by a fixed amount, a heating means for heating the liquid fine particles, and heating of the heating means, The cooling unit for depositing the spherical body generated from the liquid fine particles and the workpiece heating unit for heating the workpiece for depositing the spherical body are used. In the porous forming apparatus according to the present invention, the fixed amount discharge means capable of discharging the liquid containing the spherical body forming raw material into fine particles by a certain amount, the heating means for heating the liquid fine particles, and the liquid fine particles heated by the heating means A gas supply means capable of supplying an inert gas, an oxidizing gas or an ammonia gas to the surroundings, a cooling means for cooling a spherical body generated from liquid fine particles by heating of the heating means, and the spherical means are deposited. And a workpiece heating means for heating the workpiece. In the above configuration, the ejection unit may be configured to be movable in a plane.
本発明に係る微小球体形成方法においては、液体有機金属化合物または液体有機ケイ素化合物もしくは有機金属化合物または有機ケイ素化合物を含む溶液を微粒子化し、液体微粒子を加熱して前記液体有機化合物または前記液体有機ケイ素化合物を分解したのち、冷却して球状体を形成する構成とした。このようにしたため、真円形状の微小球体を形成することができるとともに、形成する微小球体のサイズを一定化させることができ、従来に比してサイズの小さい微小球体の形成を行うことができる。例えば、４ｐｌ（ピコリットル）の溶液から、サイズ（直径）が１０μｍの微小球体を形成することができる。このように形成した微小球体は、時計の駆動部や、マイクロマシンの回転部に組み込むベアリングとして好適に使用することができる。 In the method of forming a microsphere according to the present invention, a liquid organometallic compound, a liquid organosilicon compound, a solution containing an organometallic compound or an organosilicon compound is made into fine particles, and the liquid fine particles are heated to form the liquid organic compound or the liquid organosilicon. After decomposing the compound, it was cooled to form a spherical body. As a result, it is possible to form a perfect circle-shaped microsphere, to make the size of the microsphere to be formed constant, and to form a microsphere that is smaller than the conventional size. . For example, microspheres having a size (diameter) of 10 μm can be formed from a 4 pl (picoliter) solution. The microsphere formed in this way can be suitably used as a bearing incorporated in a timepiece drive unit or a micromachine rotation unit.
上記構成において、前記液体有機金属化合物または前記液体有機ケイ素化合物を溶媒に溶解したのち、微粒子化する構成とすることができる。このようにしたため、溶媒を用いない場合よりもさらに微小な微小球体を形成することができる。例えば、溶媒に０．１容量％だけ溶解させた４ｐｌ（ピコリットル）の溶液から、サイズが１μｍの微小球体を形成することができる。 In the above structure, the liquid organometallic compound or the liquid organosilicon compound may be dissolved in a solvent and then finely divided. Since it did in this way, a microsphere further smaller than the case where a solvent is not used can be formed. For example, a microsphere having a size of 1 μm can be formed from a 4 pl (picoliter) solution dissolved in a solvent by 0.1% by volume.
また、本発明に係る微小球体形成方法においては、金属またはケイ素などの無機物の微粉末を分散させた溶液を微粒子化し、液体微粒子を前記無機物の融点以上に加熱して溶媒を蒸発させたのち、溶融した前記無機物を冷却して球状体を形成する構成とした。このように一旦溶融してから凝固するため、真円に近い球状体を形成することができる。 In the method for forming microspheres according to the present invention, a solution in which fine powder of an inorganic substance such as metal or silicon is dispersed is made into fine particles, and after the liquid fine particles are heated to the melting point of the inorganic substance or more to evaporate the solvent, The molten inorganic substance was cooled to form a spherical body. In this way, since it is once melted and then solidified, a spherical body close to a perfect circle can be formed.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は、不活性気体中で行う構成とすることができる。このようにしたため、周囲のガスとの反応による不純物の混入するおそれがなく純度の高い球状体を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated in an inert gas. Since it did in this way, there exists no possibility that the impurity by reaction with surrounding gas mixes, and a spherical body with high purity can be formed.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は、真空中で行う構成とすることができる。このようにしたため、不純物などが混入するおそれがなく純度の高い球状体を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated in a vacuum. Since it did in this way, a spherical body with high purity can be formed, without a possibility that impurities will mix.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は、酸化性ガスを供給して行う構成とすることができる。このようにしたため、加熱時に微粒子を酸化することができ、酸化した球状体を形成することができる。例えば、原料がシリコンを含む成分であれば、ＳｉＯ2の微小球体を形成することができ、耐摩耗性に優れた微小球体を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated by supplying an oxidizing gas. Since it did in this way, microparticles | fine-particles can be oxidized at the time of a heating, and the oxidized spherical body can be formed. For example, if the raw material is a component containing silicon, SiO 2 microspheres can be formed, and microspheres excellent in wear resistance can be formed.
上記構成において、前記液体微粒子の加熱は、アンモニアガスを供給して行う構成とすることができる。このようにしたため、加熱時に微粒子を窒化することができ、窒化した球状体を形成することができる。例えば、原料がチタンを含む成分であれば、ＴｉＮの微小球体を形成することができ、硬度の高い微小球体を形成することができる。 In the above configuration, the liquid fine particles may be heated by supplying ammonia gas. Since it did in this way, fine particles can be nitrided at the time of a heating, and the nitrided spherical body can be formed. For example, if the raw material is a component containing titanium, TiN microspheres can be formed, and microspheres with high hardness can be formed.
また、本発明における微小球体形成方法においては、液体有機金属化合物または液体有機ケイ素化合物もしくは有機金属化合物または有機ケイ素化合物を含む溶液を微粒子化して真空容器内に供給し、真空容器内にプラズマを発生させて前記液体有機金属化合物または液体有機ケイ素化合物を分解したのち、冷却する構成とした。このように真空で形成することで、純度の高い微小球体を形成することができる。 In the method for forming microspheres according to the present invention, a liquid organometallic compound or a liquid organosilicon compound, or a solution containing an organometallic compound or organosilicon compound is atomized and supplied into a vacuum vessel, and plasma is generated in the vacuum vessel. The liquid organometallic compound or the liquid organosilicon compound is decomposed and then cooled. By forming in vacuum in this way, highly pure microspheres can be formed.
上記構成においては、前記液体有機金属化合物または前記液体有機ケイ素化合物を溶媒に溶解したのち、微粒子化する構成とすることができる。このようにすることで、溶媒を使用しない場合よりも一層微小な球状体を形成することができる。 In the above structure, the liquid organometallic compound or the liquid organosilicon compound is dissolved in a solvent and then made into fine particles. By doing in this way, a much smaller spherical body can be formed than the case where a solvent is not used.
上記構成においては、前記真空容器内に酸化性ガスを供給する構成とすることができる。このようにしたため、酸化した微小球体を形成することができる。 In the said structure, it can be set as the structure which supplies oxidizing gas in the said vacuum vessel. As a result, oxidized microspheres can be formed.
上記構成においては、前記真空容器内にアンモニアを供給する構成とすることができる。このようにしたため、窒化した微小球体を形成することができる。 In the said structure, it can be set as the structure which supplies ammonia in the said vacuum vessel. As a result, nitrided microspheres can be formed.
上記構成においては、前記真空容器内に有機フッ素化合物を供給する構成とすることができる。このようにしたため、微小球体の表面にフッ素樹脂をコーティングすることができ、微小球体の潤滑性を高めることができる。 In the said structure, it can be set as the structure which supplies an organic fluorine compound in the said vacuum vessel. Since it did in this way, a fluororesin can be coated on the surface of a microsphere, and the lubricity of a microsphere can be improved.
上記構成においては、前記微粒子化は、液体の定量を吐出可能な定量吐出手段で行う構成とすることができる。このようにしたため、定量の液体から微小球体が形成され、球状体のサイズの一定化を図ることができる。 In the above configuration, the microparticulation can be performed by a fixed amount discharge unit capable of discharging a fixed amount of liquid. As a result, microspheres are formed from a fixed amount of liquid, and the size of the spheres can be made constant.
本発明における微小球体形成装置においては、球状体形成原料を含む液体を一定量ずつ微粒子化して吐出可能な定量吐出手段と、液体微粒子を加熱する加熱手段とを有する構成とした。本発明における微小球体形成装置においては、球状体形成原料を含む液体を一定量ずつ微粒子化して吐出可能な定量吐出手段と、液体微粒子を加熱する加熱手段と、この加熱手段が加熱する液体微粒子の周囲に不活性気体または酸化性ガスまたはアンモニアガスを供給可能なガス供給手段と、を有する構成とした。上記構成においては、前記液体微粒子の加熱部の下方に冷却部が配設してある構成とすることができる。本発明における微小球体形成装置においては、真空容器と、この真空容器内に液体を一定量ずつ微粒子化して吐出可能な定量吐出手段と、真空容器内にプラズマを発生させる電極とを有する構成とした。上記構成においては、前記真空容器には、容器内に酸化性ガスまたはアンモニアガスを供給可能なガス供給手段が設けてある構成とすることができる。上記構成においては、前記真空容器には、前記真空容器内に有機フッ素化合物を供給するフッ素化合物供給手段が設けてある構成とすることができる。上記構成においては、前記真空容器下部には、冷却手段が配設してある構成とすることができる。 The microsphere forming apparatus according to the present invention is configured to have a fixed amount discharge means capable of discharging a liquid containing the spherical body forming raw material into fine particles by a certain amount and a heating means for heating the liquid fine particles. In the microsphere forming apparatus according to the present invention, a fixed amount discharge means capable of discharging a liquid containing a spherical body forming raw material into fine particles by a certain amount, a heating means for heating the liquid fine particles, and a liquid fine particle heated by the heating means. And a gas supply means capable of supplying an inert gas, an oxidizing gas, or an ammonia gas to the surroundings. In the said structure, it can be set as the structure by which the cooling part is arrange | positioned under the heating part of the said liquid microparticles | fine-particles. The microsphere forming apparatus according to the present invention has a configuration including a vacuum container, a fixed-quantity discharge means capable of atomizing and discharging a liquid into the vacuum container by a certain amount, and an electrode for generating plasma in the vacuum container. . In the above configuration, the vacuum vessel may be provided with a gas supply means capable of supplying oxidizing gas or ammonia gas in the vessel. In the said structure, the said vacuum vessel can be set as the structure by which the fluorine compound supply means which supplies an organic fluorine compound in the said vacuum vessel is provided. In the above configuration, a cooling unit may be provided at the lower part of the vacuum vessel.
本発明の実施形態における多孔質膜形成方法及び多孔質膜形成装置並びに微小球体形成方法及び微小球体形成装置について図面を用いて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A porous film forming method, a porous film forming apparatus, a microsphere forming method, and a microsphere forming apparatus in an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の第一実施形態における多孔質膜形成装置１０の概略断面図である。本実施形態においては、ワークである半導体ウエハ１８の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の多孔質膜を形成する場合について説明する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a porous
本実施形態における微小球体原料１１には、有機ケイ素化合物であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を有機溶媒に溶解したものを用いている。前記有機溶媒としては、トルエンなどの炭化水素からなるものが好ましい。本実施形態においては、微小球体原料１１中に含まれるＴＥＯＳの割合を０．１容量％程度にしている。
As the
図１に示したように、多孔質膜形成装置１０の上部には、例えばインクジェットプリンタのプリンタヘッドのような、定量吐出手段であるジェットノズルヘッド１２が設けてあり、当該ジェットノズルヘッド１２下端より微小球体原料１１を下方に向けて放射できるようになっている。前記ジェットノズルヘッド１２は、微小球体原料１１を一定量ずつ微粒子化して吐出可能となっている。本実施形態においては、微小球体原料１１が前記ジェットノズルヘッド１２から４ｐｌ（ピコリットル）ずつ吐出される。
As shown in FIG. 1, the upper part of the porous
本実施形態における多孔質膜形成装置１０は、ケーシング１３に覆われている。そして、ケーシング１３にはガス導入管７０を設けてあり、当該ガス導入管７０を介してオゾンなどの酸化性のガスを導入し、ケーシング１３内を酸化雰囲気に保持している。
The porous
そして、前記ケーシング１３の中部には、加熱手段である例えばドーナツ状のヒータ１４を設けて周囲を覆わせている。前記ヒータ１４により、ケーシング１３の覆った部分を加熱する。これにより、ジェットノズルヘッド１２から放出された微小球体原料１１が前記ヒータ１４により加熱される。本実施形態においては、ヒータ１４の表面温度を微小球体原料１１が分解する温度、例えば６００℃以上に加熱してある。この加熱により、微小球体原料１１中の有機溶媒は瞬間的に気化して拡散する。一方、微小球体原料１１中のＴＥＯＳは、ヒータ１４の加熱により分解され、有機物成分は拡散する。そして、シリコン成分が周囲の酸素原子等により酸化され、ＳｉＯ2からなる液状微粒子１５とすることができる。
また、本実施形態における液状微粒子１５は、サイズ１μｍ程度に形成することができる。
A central portion of the
Further, the liquid
ヒータ１４の下方には、冷却手段である冷却器１６を設けてあり、ケーシング１３下方部を冷却できるようになっている。これにより、ヒータ１４により加熱された液状微粒子１５を固化して微小球体１５ｂを形成させている。本実施形態においては、液状微粒子１５のＳｉＯ2成分が半固体となる程度の温度に冷却させている。これにより、半導体ウエハ１８に微小球体１５ｂが付着する際に、微小球体１５ｂが潰れたり跳ね返ったりすることなく、好適に半導体ウエハ１８に付着させることができる。
A cooler 16 as a cooling means is provided below the
そして、前記冷却器１６の下面に対向するように、半導体ウエハ１８が配置されている。前記半導体ウエハ１８は、ウエハ加熱ヒータ１９の上に戴置されている。前記ウエハ加熱ヒータ１９により、前記半導体ウエハ１８の表面は、微小球体１５ｂの融点以下であって、融点の近傍に加熱している。これにより、微小球体１５ｂが半固体状となって半導体ウエハ１８上に一体的に付着するため、微小球体１５ｂが分離などするおそれなく半導体ウエハ１８上に多孔質膜１７を形成できる。そして、前記ウエハ加熱ヒータ１９は、前記半導体ウエハ１８と一体的に、矢印７１に示したように所定方向に平行移動することができる。このため、半導体ウエハ１８は前記ジェットノズルヘッド１２に対して相対的に移動をすることができ、これにより半導体ウエハ１８の所望の位置に多孔質膜１７を形成させることができる。また、半導体ウエハ１８上にマスクパターンを予め塗布しておくことで、半導体ウエハ１８上に形成する多孔質膜１７のパターンニングをすることができる。
A
なお、本実施形態においては、前記冷却器１６を設けたことにより多孔質膜形成装置１０をコンパクト化することができるが、液状微粒子１５は室温程度でも一定時間経過すれば充分に冷却されて固化することができるため、ヒータ１４と半導体ウエハ１８との間隔を大きくして、冷却器１６を省略した多孔質膜形成装置１０としてもよい。
In the present embodiment, the porous
また、本実施形態においては、ケーシング内を酸化雰囲気としたが、多孔質膜として窒化膜を形成する場合には、ガス導入管７０からアンモニアガスなどの窒化性のガスをケーシング１３内に導入して、ケーシング１３内を窒化雰囲気にする。
そして、微小球体原料１１としてＴＥＯＳを用いると、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化膜を形成することができる。
In the present embodiment, the inside of the casing is an oxidizing atmosphere, but when a nitride film is formed as a porous film, a nitriding gas such as ammonia gas is introduced into the
When TEOS is used as the microsphere
また、本実施形態においてケーシング１３内に窒素などの還元性ガスや希ガスなどの不活性ガスを導入することで、Ｓｉの微小球体を堆積した多孔質膜を形成することができる。
In this embodiment, a porous film in which Si microspheres are deposited can be formed by introducing a reducing gas such as nitrogen or an inert gas such as a rare gas into the
微小球体を形成する有機ケイ素化合物としては、上記したＴＥＯＳの他に、オレガノシラン、オレガノシロキサン等がある。 Examples of the organosilicon compound that forms the microsphere include, in addition to the above-described TEOS, oreganosilane and oreganosiloxane.
また、多孔質膜１９を形成する材料としては、これに限らず、有機金属化合物を用いることができる。有機金属化合物としては、トリエチルアルミニウム、シクロペンタジエニルクロム、同チタン、同鉄などがある。例えば、シクロペンタジエチルチタンを微小球体原料とした場合に、窒化雰囲気で形成するとＴｉＮからなる多孔質膜を形成することができる。また、有機フッ素化合物を有機金属化合物と同時に供給することにより、フッ素樹脂をコーティングした多孔質膜１９を形成することができる。フッ素化合物としては、Ｃ3Ｆ8などのパーフロロカーボンなどがある。このような材料から形成した多孔質膜１９を用いて、フィルタやストレーナを形成することもできる。 The material for forming the porous film 19 is not limited to this, and an organic metal compound can be used. Examples of the organometallic compound include triethylaluminum, cyclopentadienylchromium, titanium, and iron. For example, when cyclopentadiethyl titanium is used as a microsphere raw material, a porous film made of TiN can be formed when formed in a nitriding atmosphere. Further, by supplying the organic fluorine compound simultaneously with the organometallic compound, the porous film 19 coated with the fluororesin can be formed. Examples of the fluorine compound include perfluorocarbons such as C 3 F 8 . A filter or a strainer can be formed using the porous film 19 formed of such a material.
図２は、本発明の第二実施形態における多孔質膜形成装置２０の概略断面図である。本実施形態においても、第一実施形態と同様に、半導体ウエハの上にＳｉＯ2からなる多孔質膜を形成する場合について説明する。図２に示したように、本実施形態においても上部に吐出手段であるジェットノズル２２を設けている。
前記ノズルヘッド２２下方の一側面側には、加熱手段としてのレーザ照射器２４を設けている。前記レーザ照射器２４からレーザ７４を微小球体原料２１に照射することにより、微小球体原料２１を加熱して、微小球体原料２１から有機溶媒成分や有機物成分を飛散させることができる。そして、残ったシリコン成分は周囲の酸素と反応し、ＳｉＯ2成分のみにて液状微粒子２５を形成させることができる。また、本実施形態においては、前記ジェットノズル２２が半導体ウエハ２８に対して矢印７２に示したように相対的に移動できるようにしている。これにより、ジェットノズル２２の下方に配置した半導体ウエハ３８に対して、多孔質膜を所定の位置に所定の形状に形成させることができる。なお、本実施形態においては、レーザ７４にて微小球体原料を加熱したが、これに限らず赤外線などの電磁波や誘導加熱装置を用いて加熱を行ってもよい。また、本実施形態においても、レーザ照射器２４の下方側に、第一実施形態と同様に、冷却器を設けてもよい。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the porous
A
本発明の微小球体形成装置について図面を用いて詳細に説明する。図３は、本発明の第三実施形態における微小球体形成装置３０の概略断面図である。本実施形態においては、微小球体原料３１として、有機金属化合物であるトリエチルアルミニウムを有機溶媒に溶解したものを用いている。本実施形態においては、微小球体原料１１中に含まれるトリエチルアルミニウムの割合を０．１容量％程度にしている。図３に示したように、微小球体形成装置３０は、上記した多孔質膜形成装置１０とほぼ同様であるが、上部に定量吐出手段であるジェットノズルヘッド３２を有しており、当該ジェットノズルヘッド３２から、微小球体原料３１が４ｐｌ（ピコリットル）ずつ吐出される。そして、ケーシング３３にはガス導入管７０を設けてあり、当該ガス導入管７０を介してオゾンなどの酸化性のガスを導入し、ケーシング３３内を酸化雰囲気中にしている。
The microsphere forming apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
ケーシング３３中部の周囲を加熱手段であるヒータ３４にて囲み、当該ヒータ３４により、微小球体原料３１を分解する温度以上に加熱する。これにより、微小球体原料３１の溶媒成分や有機成分が分解して拡散する。そして、Ａｌ成分が周囲の酸素原子等により酸化され、アルミナ成分からなる液状微粒子３５とすることができる。また、本実施形態における液状微粒子３５は、サイズ１μｍ程度に形成することができる。
The middle part of the
ヒータ３４の下部には、冷却手段である冷却器３６を設けてあり、これにより液状微粒子３５を冷却固化して微小球体３９を形成させる。そして、このように形成した微小球体３９を保持させるための受け皿３８を、前記冷却器３６の下に設けている。本実施形態においては、液状微粒子３５を完全に固化する温度まで冷却器３６により冷却させる。これにより、受け皿３８に保持するときに、微小球体３９が溶けたり、破損したりすることを防止することができる。このように、本実施形態においては、溶媒に０．１容量％だけ溶解させた４ｐｌ（ピコリットル）の微小球体原料３１から、サイズが１μｍの微小球体３９を形成することができる。このように形成した微小球体３９は、例えば時計のベアリングなどに使用することができる。また、微小球体３９は、マイクロマシンに用いるベアリングにも好適に使用することができる。本実施形態のようにすることで、微小なサイズの微小球体３９をばらつきなく形成させることができる。なお、本実施形態においては、ケーシング３３内を酸化雰囲気としたが、窒化成分の微小球体３９を形成する場合には、ガス導入管７０からアンモニアガスなどの窒化性のガスをケーシング３３内に導入して、ケーシング３３内を窒化雰囲気にする。そして、微小球体原料３１としてシクロペンタジエニルチタンを用いると、ＴｉＮからなる微小球体３９を形成することができる。また、ケーシング３３内に窒素などの還元性ガスや希ガスなどの不活性ガスを導入することで、Ｔｉからなる微小球体３９を形成することができる。
A cooler 36 as a cooling means is provided below the
また、微小球体を形成する有機ケイ素化合物としては、これに限らず、上記したＴＥＯＳの他に、オレガノシラン、オレガノシロキサン等がある。 The organosilicon compounds that form the microspheres are not limited to this, and include, in addition to the above-described TEOS, oreganosilane, oreganosiloxane.
また、フッ素化合物を用いることにより、フッ素樹脂をコーティングした微小球体３９を形成することができる。フッ素化合物としては、パーフロロカーボンなどがある。また、微小球体３９の表面に潤滑油を塗ると、潤滑性を向上させることができる。このようにすることで、微小球体３９の酸化を防止して錆の発生を防ぐことができる。なお、本実施形態においても、ヒータ３４と受け皿３８との間隔を大きくして、冷却器３６を省略した多孔質膜形成装置３０としてもよい。また、上記したように、レーザや電磁波、または誘導加熱装置により原料を加熱して、微小球体３９を形成させてもよい。
In addition, by using a fluorine compound, the
図４は、本発明の第四実施形態における微小球体形成装置４０の概略断面図である。図４に示したように、本実施形態における微小球体形成装置４０は、微小球体形成を行うための、チャンバ４３を有している。前記チャンバ４３の上部には、吐出手段であるジェットノズルヘッド４２を有している。前記ジェットノズルヘッド４２の下端から、微小球体原料４９が吐出するのである。前記チャンバ４３には、プラズマガス供給源４１が接続しており、当該ガス供給源４１からチャンバ４３内にプラズマガスが供給できるようになっている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
また、前記チャンバ４３を接地電極４７に接続されてなるとともに、チャンバ４３内に放電電極４４が挿入配置されている。前記放電電極４４は、電源４５に接続してあり、電源４５により電圧が印加される。このため、チャンバ４３内全体において、放電を発生することができるようになっている。前記電源４５は、直流のものを用いてもよいし、交流であってもよい。交流の場合には、高周波電圧のものを用いるのが望ましい。
The chamber 43 is connected to the
前記チャンバ４３には、真空ポンプ４６が設けてあり、当該真空ポンプ４６により、チャンバ４３内を真空状態に保持させて真空容器とすることができる。これにより、気体放電が起こりやすくなり、チャンバ４３内をプラズマ雰囲気に保持することができる。そして、チャンバ４３室内下部においては、前実施形態と同様に受け皿４８を設けてあり、形成した微小球体５０を当該受け皿４８にて保持することができるようになっている。
The chamber 43 is provided with a
上記のように構成した微小球体形成装置４０の作用は以下のようになる。本実施形態においては、微小球体原料４９として、有機金属化合物であるトリエチルアルミニウムを用いている。また、本実施形態においては、導入ガスとしてＣ3Ｆ8を用いる。この状態で気体放電を発生させると、微小球体原料４９の溶媒成分や有機成分が分解してＡｌ成分からなる球体が形成される。さらに、導入したＣ3Ｆ8が、気体放電により励起され、重合されることでフッ素樹脂を形成する。
このフッ素樹脂がＡｌ成分からなる微小球体の表面に被膜するため、Ａｌ成分の表面にフッ素樹脂をコーティングした微小球体５０を形成することができる。このため、形成した微小球体５０の潤滑性を向上させることができる。
The operation of the
Since this fluororesin coats the surface of the microsphere made of the Al component, the
以上説明したように、本発明においては、球状体により多孔質膜を形成するため、空隙率の高い膜を形成することができ、膜の誘電率を従来よりも低くすることができ、低インピーダンス化することができる。 As described above, in the present invention, since the porous film is formed of a spherical body, a film with a high porosity can be formed, the dielectric constant of the film can be made lower than before, and a low impedance Can be
また、本発明においては、真円形状の微小球体を形成することができるとともに、形成する微小球体のサイズを一定化させることができ、従来に比してサイズの小さい微小球体の形成を行うことができる。 In addition, in the present invention, a perfect circular microsphere can be formed, the size of the microsphere to be formed can be made constant, and a microsphere having a smaller size than before can be formed. Can do.
１０…多孔質膜形成装置、１１…微小球体原料、１２…ジェットノズルヘッド、１３…ケーシング、１４…ヒータ、１５…液状微粒子、１６…冷却器、１７…多孔質膜、１８…半導体ウエハ、１９…ウエハ加熱ヒータ、２０…多孔質膜形成装置、２１…微小球体原料、２２…ジェットノズルヘッド、２４…レーザ照射器、２５…液状微粒子、２７…多孔質膜、２８…半導体ウエハ、２９…ウエハ加熱ヒータ、３０…微小球体形成装置、３１…微小球体原料、３２…ジェットノズルヘッド、３３…ケーシング、３４…ヒータ、３５…液状微粒子、３６…冷却器、３８…受け皿、３９…微小球体、４０…微小球体形成装置、４１…ガス供給源、４２…ジェットノズルヘッド、４３…チャンバ、４４…放電電極、４５…電源、４６…真空ポンプ、４７…接地電極、４８…受け皿、４９…微小球体原料、５０…微小球体、７０…ガス導入管、７１…矢印、７２…矢印、７４…レーザ。
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