JP6151943B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ等の基板に、酸化処理、拡散処理、薄膜の生成等の処理を行う基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。

基板を処理する処理装置として、縦型の処理炉を有し、該処理炉内に画成された所定枚数の基板を収納し、基板を所定温度に加熱し、処理ガスを処理室内に供給して基板処理を行う縦型の基板処理装置がある。

上記した基板処理装置には、処理ガスの原料として液体原料を用いるものがあり、液体原料を気化器が微粒化させた後気化させることで気化ガスを生成し、生成した気化ガスを処理ガスとして処理室内に供給している。

従来では、バブリング方式、ベーキング方式、直接気化方式等により液体原料を気化させる気化器があるが、気化方式はキャリアガスの有無、気化器側の圧力範囲、原料特性等、各種条件とのマッチングにより選択されるものであり、万能な気化器は存在しない。特に、気化器内が減圧された減圧場（高真空場）に於いては液体原料を微粒化するのが困難であった。

更に、液体原料の純度や溶媒によっては、気化器内で気化する迄の時間が長くなる場合に、気化器内で反応を起すものや副生成物を形成するものがある為、気化器内に残留する残渣を軽減できる様、液体原料を微粒化し、輻射熱等により瞬時に気化させる気化方式が望まれている。

特開２０１１−８２１９６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、広い圧力範囲に於いて液体原料を気化可能な気化器を有する基板処理装置を提供するものである。

本発明は、基板を収容する処理室と、基板に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、液体原料を気化器により気化させた気化ガスを原料ガスとして前記処理室に供給する原料ガス供給系と、前記反応ガス供給系と前記原料ガス供給系とを制御する制御部とを具備し、前記気化器は内部に前記液体原料が流通する噴霧流路が形成された噴霧ノズルと、該噴霧ノズルの下方に形成された気化室と、該気化室を減圧可能な減圧機構とを有し、前記制御部は前記噴霧流路内の圧力が前記気化室内の圧力よりも高くなる様前記減圧機構により前記気化室内を減圧する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を収容する処理室と、基板に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、液体原料を気化器により気化させた気化ガスを原料ガスとして前記処理室に供給する原料ガス供給系と、前記反応ガス供給系と前記原料ガス供給系とを制御する制御部とを具備し、前記気化器は内部に前記液体原料が流通する噴霧流路が形成された噴霧ノズルと、該噴霧ノズルの下方に形成された気化室と、該気化室を減圧可能な減圧機構とを有し、前記制御部は前記噴霧流路内の圧力が前記気化室内の圧力よりも高くなる様前記減圧機構により前記気化室内を減圧するので、前記噴霧流路と前記気化室の圧力差により前記噴霧流路内に気泡を生じさせ、前記噴霧流路の出口に於ける圧力の変化により急激に膨張する前記気泡により前記液体原料を微粒化させ気化を促進できると共に、前記減圧機構により前記気化室を減圧することで前記噴霧流路と前記気化室の圧力差を維持することができ、広い圧力範囲で前記液体原料を気化させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る基板処理装置の処理炉を示す立断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の実施例に係る基板処理装置のガス供給系を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施例に係る気化器を示す概略立断面図である。 本発明の第１の実施例に係る気化器の要部拡大図である。 液体原料の液相領域と気相領域の関係を示すグラフである。 本発明の実施例に係る基板処理装置の制御系を説明する概略構成図である。 本発明の実施例に係る基板処理装置により基板にジルコニウム酸化膜を形成するプロセスを説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施例に係る気化器を示す要部拡大図である。 本発明の第２の実施例に係る気化器により液体原料を微粒化させる際の微粒化領域を示すグラフである。 本発明の第３の実施例に係る気化器を示す要部拡大図である。 本発明の第３の実施例に係る気化器により液体原料を微粒化させる際の微粒化領域を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、半導体装置の製造工程の一工程で使用される半導体装置の一例である、基板処理装置について説明する。尚、以下では、該基板処理装置の一例として、一度に複数枚の基板に対して成膜処理等を行うバッチ式の縦型装置である基板処理装置を使用した場合について説明する。

図１、図２は、該基板処理装置の処理炉１を示している。

該処理炉１は、中心線が垂直になる様に縦向きに配置され、筐体（図示せず）により固定的に支持された反応管としての縦型のプロセスチューブ２を有している。該プロセスチューブ２は、インナチューブ３とアウタチューブ４とを有している。前記インナチューブ３及び前記アウタチューブ４は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）、石英や炭化珪素の複合材料等耐熱性の高い材料によって、それぞれ一体に成形されている。

前記インナチューブ３は、上端が閉塞され下端が開放された円筒形状であり、該インナチューブ３内には基板保持手段（基板保持具）としてのボート５が収納され、該ボート５にはウェーハ６が水平姿勢で多段に積層されており、前記インナチューブ３にウェーハ６を収納して処理する処理室７が画成される。前記インナチューブ３の下端開口は、ウェーハ６を保持した前記ボート５を挿脱する為の炉口を構成している。従って、前記インナチューブ３の内径は、ウェーハ６を保持した前記ボート５の最大外径よりも大きくなる様に設定されている。

前記アウタチューブ４は、上端が閉塞され下端が開口された円筒形状であり、内径が前記インナチューブ３よりも大きく、該インナチューブ３の外側を囲む様同心に配置される。前記アウタチューブ４の下端部は、マニホールド８のフランジ９にＯリング（図示せず）を介して取付けられ、Ｏリングにより気密に封止される。

又、前記インナチューブ３の下端部は、前記マニホールド８の内周面に形成された円板状のリング部１１上に載置されている。前記マニホールド８には、前記インナチューブ３及び前記アウタチューブ４についての保守点検作業や清掃作業の為、前記インナチューブ３及び前記アウタチューブ４が着脱自在に取付けられている。更に、前記マニホールド８が前記筐体（図示せず）に支持されることにより、前記プロセスチューブ２は垂直に据付けられた状態になっている。

尚、上記に於いては前記インナチューブ３の内部に画成される空間を前記処理室７としているが、以下では、前記アウタチューブ４内に画成される空間を前記処理室７と呼ぶ場合もある。

前記マニホールド８の側壁の一部には、前記処理室７内の雰囲気を排気する排気管１２が接続されている。前記マニホールド８と前記排気管１２との接続部には、前記処理室７内の雰囲気を排気する排気口が形成されている。前記排気管１２内は、排気口を介して前記インナチューブ３と前記アウタチューブ４との間に形成された隙間からなる排気路４７（後述）内に連通している。尚、該排気路４７の横断面形状は略円形リング状になっている。これにより、後述する前記インナチューブ３に形成された排気孔１３の上端から下端迄均一に排気することができる。即ち、前記ボート５に載置された複数枚のウェーハ６全てから均一に排気することができる。

前記排気管１２には、上流側から順に、圧力センサ１４、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ１５、真空排気装置としての真空ポンプ１６が設けられている。該真空ポンプ１６は、前記処理室７内の圧力が所定の圧力（真空度）となる様真空排気し得る様に構成されている。前記圧力センサ１４及び前記ＡＰＣバルブ１５には、コントローラ１７が電気的に接続されている。該コントローラ１７は、前記処理室７内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となる様に、前記圧力センサ１４により検出された圧力に基づいて前記ＡＰＣバルブ１５の開度を制御する様に構成されている。

主に、前記排気管１２、前記圧力センサ１４、前記ＡＰＣバルブ１５により、本実施例に係る排気ユニット（排気系）が構成される。又、該排気ユニットには前記真空ポンプ１６を含めてもよい。又、前記排気管１２には、排気ガス中の反応副生成物や未反応の原料ガス等を補足するトラップ装置や、排気ガス中に含まれる腐食成分や有毒成分等を除外する除外装置が接続されている場合がある。この場合、トラップ装置や除外装置を前記排気ユニットに含めてもよい。

前記マニホールド８には、該マニホールド８の下端開口を閉塞するシールキャップ１８が垂直下方から当接される。該シールキャップ１８は、前記アウタチューブ４の外径と同等以上の外径を有する円盤形状となっており、前記プロセスチューブ２の外部に垂直に設置されたボートエレベータ１９（後述）によって水平姿勢で垂直方向に昇降される。

前記シールキャップ１８上には、ウェーハ６を保持する前記ボート５が垂直に立脚されて支持されている。該ボート５は、上下で一対の端板２１と、該端板２１間に垂直に設けられた複数本の保持部材２２とを有している。前記端板２１及び前記保持部材２２は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）、石英や炭化珪素の複合材料等の耐熱性材料からなる。各前記保持部材２２には、多数条の保持溝２３が長手方向に等間隔に形成されている。ウェーハ６の円周縁が複数本の前記保持部材２２に於ける同一段の前記保持溝２３内にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウェーハ６が水平姿勢且つ互いに中心を揃えた状態で多段に積層されて保持される。

又、前記ボート５と前記シールキャップ１８との間には、上下で一対の補助端板２４が複数本の補助保持部材２５によって支持されている。各補助保持部材２５には、多数条の保持溝２６が形成されている。該保持溝２６には、例えば石英（ＳＩ2 ）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなる円板形状の複数枚の断熱板２７が、水平姿勢で多段に装填される。該断熱板２７によって、後述するヒータユニット２８からの熱が前記マニホールド８側に伝わり難くなっている。又、前記ボート５に載置される複数枚のウェーハ６の下側での温度低下を抑制できる様になっている。

前記シールキャップ１８の前記処理室７と反対側には、前記ボート５を回転させる回転機構２９が設けられている。該回転機構２９の回転軸３１は、前記シールキャップ１８を貫通して前記ボート５を下方から支持している。前記回転機構２９により前記回転軸３１を回転させることで、前記処理室７内にてウェーハ６を回転させることができる。

又、前記シールキャップ１８は、搬送手段（搬送機構）としての前記ボートエレベータ１９によって垂直方向に昇降される様に構成されており、該ボートエレベータ１９によって前記ボート５を前記処理室７内外に搬送することが可能となっている。

前記アウタチューブ４の外部には、前記プロセスチューブ２内を全体に亘って均一又は所定の温度分布に加熱する加熱手段（加熱機構）としての前記ヒータユニット２８が、前記アウタチューブ４を囲繞する様に設けられている。前記ヒータユニット２８は、基板処理装置の筐体（図示せず）に支持されることにより、垂直に据付けられた状態となっており、例えばカーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータとして構成されている。

前記プロセスチューブ２内には、温度検出器としての温度センサ３２が設置されている。主に、前記ヒータユニット２８、前記温度センサ３２により、本実施例に係る加熱ユニット（加熱系）が構成される。

前記インナチューブ３の側壁（後述する前記排気孔１３とは１８０°反対側の位置）には、チャンネル形状の予備室３３が、前記インナチューブ３の側壁から該インナチューブ３の径方向外向きに突出して垂直方向に長く延在する様に形成されている。又、前記予備室３３の内壁は前記処理室７の内壁の一部を形成している。

前記予備室３３の内部には、該予備室３３の内壁（即ち前記処理室７の内壁）に沿う様に、前記予備室３３の下部から上部に沿ってウェーハ６の積層方向に延在し、前記処理室７内にガスを供給するノズル３４，３５，３６，３７が設けられている。即ち、該ノズル３４，３５，３６，３７は、ウェーハ６が配列されるウェーハ配列領域の側方の、ウェーハ配列領域を水平に取囲む領域に、ウェーハ配列領域に沿う様に設けられている。

前記ノズル３４，３５，３６，３７は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、該ノズル３４，３５，３６，３７の水平部は前記マニホールド８を貫通し、前記ノズル３４，３５，３６，３７の垂直部はウェーハ配列領域の下端から上端に向って立上がる様に設けられている。尚、便宜上、図１には１本の前記ノズル３４を記載しているが、実際には図２に示される様に、４本の前記ノズル３４，３５，３６，３７が設けられている。

又、該ノズル３４，３５，３６，３７の側面には、ガスを供給する多数のガス供給孔３８，３９，４０，４１がそれぞれ設けられている。該ガス供給孔３８，３９，４０，４１は、下部から上部に亘ってそれぞれ同一、又は大きさに傾斜を付けた開口面積を有し、更に同一の開口ピッチで設けられている。

前記マニホールド８を貫通した前記ノズル３４，３５，３６，３７の水平部の端部は、前記プロセスチューブ２の外部で、ガス供給ラインとしてのガス供給管４３，４４，４５，４６とそれぞれ接続されている。

上記した様に、本実施例に於けるガス供給の方法は、前記予備室３３内に配置された前記ノズル３４，３５，３６，３７を介してガスを搬送し、前記ガス供給孔３８，３９，４０，４１からウェーハ６の近傍より前記処理室７内にガスを噴出させている。

前記インナチューブ３の側壁であって、前記ノズル３４，３５，３６，３７に対向した位置、即ち前記予備室３３とは１８０°反対側の位置には、例えばスリット状の貫通孔である前記排気孔１３が垂直方向に細長く開設されている。前記インナチューブ３と前記アウタチューブ４との間の隙間により前記排気路４７が形成され、該排気路４７は前記排気孔１３を介して前記処理室７と連通している。従って、前記ガス供給孔３８，３９，４０，４１から前記処理室７内に供給されたガスは、前記排気孔１３を介して前記排気路４７内へと流れた後、排気口を介して前記排気管１２内に流れ、前記処理室７外へと排出される。

この時、前記ガス供給孔３８，３９，４０，４１から前記処理室７内のウェーハ６の近傍に供給されたガスは、水平方向、即ちウェーハ６の表面と平行な方向に向って流れた後、前記排気孔１３を介して前記排気路４７へと流れる。つまり、前記処理室７内に於けるガスの主たる流れは水平方向、即ち前記ウェーハ６の表面と平行な方向となる。この様な構成とすることで、各ウェーハ６に対して均一にガスを供給でき、各ウェーハ６に形成される薄膜の膜厚を均一にすることができる。尚、前記排気孔１３はスリット状の貫通孔に限らず、複数個の孔により形成されていてもよい。

次に、図３を参照して本実施例に係るガス供給系について説明する。

前記ガス供給管４３には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）４８及び開閉弁であるバルブ４９がそれぞれ設けられており、例えば不活性ガスである窒素（Ｎ2 ）ガスが前記ガス供給管４３及び前記ノズル３４を通って前記処理室７へ供給される。主に、前記ノズル３４、前記ガス供給管４３、前記ＭＦＣ４８、前記バルブ４９により第１の不活性ガス供給系が構成される。

又、前記ガス供給管４６には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）としてＭＦＣ（マスフローコントローラ）５１及び開閉弁であるバルブ５２がそれぞれ設けられており、例えば不活性ガスである窒素（Ｎ2 ）ガスが前記ガス供給管４６及び前記ノズル３７を通って前記処理室７へ供給される。主に、前記ノズル３７、前記ガス供給管４６、前記ＭＦＣ５１、前記バルブ５２により第２の不活性ガス供給系が構成される。

不活性ガス供給系は、第１の不活性ガス供給系と第２の不活性ガス供給系のいずれか又は両方で構成される。ウェーハ６への処理によって２つを使い分けてもよいが、第１の不活性ガス供給系と、第２の不活性ガス供給系の両方を用いることで、ウェーハ６に均一な処理を施すことができる。又、図２に示される様に、前記ノズル３４と前記ノズル３７は、他のノズルを挾む様に配置することが好ましい。この様な配置とすることで、ウェーハ６への処理均一性を向上させることができる。

前記ガス供給管４４には、上流側から順に、反応ガス活性化装置としてのオゾナイザ５３、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５４及び開閉弁であるバルブ５５が設けられている。前記ガス供給管４４の先端部には、前記ノズル３５が接続されている。

前記ガス供給管４４の上流側は、酸化ガスとしての酸素（Ｏ2 ）ガスを供給する図示しない酸素ガス供給源に接続されている。前記オゾナイザ５３に供給されたＯ2 ガスは、該オゾナイザ５３にて活性化されて反応ガスである酸化ガスとしてのオゾン（Ｏ3 ）ガスとなり、前記処理室７内に供給される。主に、前記ノズル３５、前記ガス供給管４４、前記オゾナイザ５３、前記ＭＦＣ５４、前記バルブ５５により反応ガス供給系が構成される。

前記ガス供給管４５には、気化装置（気化部）であり、液体原料を気化して原料ガスとしての気化ガスを生成する気化器５６が設けられており、該気化器５６の下流側には、上流側から順に開閉弁であるバルブ５７、ガスフィルタ５８が設けられている。前記ガス供給管４５の先端部には、前記ノズル３６が接続されている。前記バルブ５７を開けることにより、前記気化器５６内にて生成された気化ガスが前記ノズル３６を介して前記処理室７内に供給される。主に、前記ノズル３６、前記ガス供給管４５、前記気化器５６、前記バルブ５７、前記ガスフィルタ５８により原料ガス供給系が構成される。尚、後述するキャリアガス供給系、液体原料供給系も原料ガス供給系に含めてもよい。

前記ガス供給管４５の前記気化器５６よりも上流側には、上流側から順に液体原料タンク５９、液体流量制御装置（ＬＭＦＣ）６１、開閉弁であるバルブ６２が設けられている。前記気化器５６内への液体原料の供給量、即ち該気化器５６内で気化され前記処理室７内へ供給される気化ガスの供給流量は、前記ＬＭＦＣ６１によって制御される。主に、前記ガス供給管４５、前記液体原料タンク５９、前記ＬＭＦＣ６１、前記バルブ６２により液体原料供給系が構成される。

又、前記気化器５６には、キャリアガスとしての不活性ガスがガス供給管８５から供給される。該ガス供給管８５には、上流側から順にＭＦＣ８６とバルブ８７が設けられている。前記気化器５６で生成された気化ガスをキャリアガスで希釈することにより、前記ボート５に搭載されるウェーハ６間の膜厚均一性等、ウェーハ６間に於けるウェーハ６の処理の均一性を調整することができる。主に、前記ガス供給管８５、前記ＭＦＣ８６、前記バルブ８７により、キャリアガス供給系が構成される。

前記ガス供給管４５からは、例えば金属含有ガスである原料ガスとして、ジルコニウム原料ガス、即ちジルコニウム（Ｚｒ）を含むガス（ジルコニウム含有ガス）が原料ガスとして、前記ＬＭＦＣ６１、前記気化器５６、前記ガスフィルタ５８、前記ノズル３６等を介して前記処理室７内へ供給される。ジルコニウム含有ガスとしては、例えばテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ、Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ3 ）Ｃ2 Ｈ5 ］4 ）を用いることができる。ＴＥＭＡＺは、常温常圧に於いては液体であり、液体のＴＥＭＡＺは液体原料として前記液体原料タンク５９内に貯留される。

図４、図５に於いて、本発明の第１の実施例に係る前記気化器５６の詳細について説明する。

該気化器５６は、先端部が縮径された噴霧ノズル６４と、該噴霧ノズル６４の下方に形成された気化室６５とを有し、前記ＬＭＦＣ６１より供給された液体原料６３が前記噴霧ノズル６４より前記気化室６５内に噴霧され、該気化室６５内で気化される様になっている。

前記噴霧ノズル６４は、内部に所定の内径、所定の流路長を有し、先端が前記気化室６５内に開放された噴霧流路６６が形成され、前記噴霧ノズル６４の中途部には、前記噴霧流路６６を囲繞する様設けられ、前記噴霧ノズル６４を加熱するノズルヒータ６７が設けられている。

又、前記気化器５６の前記噴霧ノズル６４の下方には、例えば前記気化室６５を囲繞する様内蔵され、該気化室６５を加熱する気化室ヒータ６８と、前記気化室６５と連通し、該気化室６５にて気化された気化ガス７１を前記ガス供給管４５に送給する気化ガス送給孔６９が設けられている。尚、前記気化器５６は図示しない加熱機構を有し、前記噴霧ノズル６４の上流側で前記液体原料６３を予め加熱可能となっている。

尚、図６は、該液体原料６３の飽和蒸気圧曲線７０を示している。前記液体原料６３の圧力がＰ2 の時に温度をθ2 よりも高くすることで、該液体原料６３が液相領域から気相領域へと相変化し、該液体原料６３が沸騰する。又、該液体原料６３の温度がθ1 の時に圧力をＰｖよりも低くすることで、該液体原料６３が液相領域から気相領域へと相変化し、該液体原料６３が沸騰する。

前記気化器５６により前記液体原料６３を気化させる際には、図示しない加熱機構により前記液体原料６３が予め加熱され、加熱された該液体原料６３が前記噴霧流路６６を充満する様前記ＬＭＦＣ６１により流量調整され、前記噴霧ノズル６４に供給される。

この状態で、前記ノズルヒータ６７を作動させ、前記噴霧流路６６内の圧力が前記気化室６５内の圧力よりも高くなる様、又液相領域から気相領域へと相変化する様（図６参照）、前記噴霧ノズル６４内の前記液体原料６３を更に加熱する。該液体原料６３を加熱することで該液体原料６３が過熱状態となり、過熱液の熱ポテンシャルにより前記液体原料６３が沸騰して前記噴霧流路６６内に気泡７２が発生する様になっており、発生した該気泡７２は下流側に向って移動しながら成長する。

この時、前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３の圧力は前記気化室６５内の圧力よりも高くなっているので、前記気泡７２は前記噴霧流路６６の出口に於いて急激に体積膨張する。膨張した前記気泡７２により前記液体原料６３が引きちぎられることで、該液体原料６３が微粒化され霧状となり、前記気化室６５内に噴霧される。又、該気化室６５内に噴霧された前記液体原料６３の液滴の大部分は、前記気化室６５内で自己顕熱により断熱膨張し、気化される。

尚、前記噴霧流路６６の出口圧が低ければ低い程、即ち該噴霧流路６６内の圧力と前記気化室６５内の圧力の差が大きい程、霧状の前記液体原料６３が断熱膨張し易くなり、気化が促進される。

前記気化室６５内に噴霧された前記液体原料６３は、前記気化ガス７１と気化しきれなかった霧状の微細な液滴とが混ざり合った状態となっている。該液滴は前記気化室ヒータ６８により加熱された前記気化室６５の壁面からの伝熱や接触により気化され、該気化室６５への噴霧の際に気化した前記気化ガス７１と共に前記気化ガス送給孔６９へと送られ、該気化ガス送給孔６９を介して前記ガス供給管４５へと送給される。

尚、上記に於いては、前記ノズルヒータ６７により前記噴霧ノズル６４内の前記液体原料６３を加熱することで前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３の圧力を上昇させ、前記気化室６５内との間に圧力差を生じさせていたが、該気化室６５内を減圧する図示しない減圧機構を設け、該減圧機構により前記気化室６５内の圧力が前記噴霧流路６６内の圧力よりも低くなる様、又前記液体原料６３が液相領域から気相領域へと相変化する様（図６参照）減圧させてもよい。前記気化室６５内と前記噴霧流路６６内との間に圧力差が生じることで、前記噴霧流路６６内に前記気泡７２を発生させることができる。

又、前記噴霧ノズル６４の寸法、即ち該噴霧ノズル６４内に形成された前記噴霧流路６６の内径及び流路長を調整し、該噴霧流路６６内の圧力ドロップにより前記気泡７２を発生させてもよい。

更に、前記ノズルヒータ６７による前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３の増圧、前記減圧機構による前記気化室６５内の減圧を組合わせ、前記液体原料６３と前記気化室６５内との間に圧力差を生じさせてもよいのは言う迄もない。

尚、前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３の圧力は、前記気化室６５内の圧力よりも高くなる様調整され、又該気化室６５内の圧力は前記液体原料６３の原料蒸気圧よりも低くなる様調整されている。従って、前記気化室６５内の圧力が高い場合には、前記ノズルヒータ６７により前記液体原料６３を加熱し、原料蒸気圧値を上昇させることで、前記液体原料６３と前記気化室６５内との間に圧力差を生じさせる。尚、前記液体原料６３の加熱は、前記噴霧流路６６内で前記液体原料６３が反応、析出しない様、該液体原料６３の反応温度以下とするのが望ましい。

又、該気化室６５内を減圧する場合には、通常前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３の圧力を常圧とするが、反応圧及び配管抵抗により前記気化室６５内の圧力が上昇した場合には、前記噴霧流路６６内と前記気化室６５内との間の圧力差を維持する様、前記ノズルヒータ６７により前記液体原料６３が反応温度以下の範囲で加熱され、前記液体原料６３が増圧される。

尚、前記気化室ヒータ６８による前記気化室６５の加熱は、前記液体原料６３の原料温度から飽和温度を引いた前記液体原料６３のサブクール度による原料保有熱量の過不足分を補填する様加熱が行われる。

又、前記噴霧ノズル６４の寸法や形状は、前記液体原料６３が高温であれば噴霧状態への影響が小さいが、前記噴霧ノズル６４の加熱が必要ない場合には噴霧状態への影響が大きい為、該噴霧ノズル６４の材質は熱伝導性のよいものとするのが好ましい。

次に、図７に於いて、制御部（制御手段）である前記コントローラ１７と各構成の接続について説明する。

該コントローラ１７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７５、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７６、記憶装置７７、Ｉ／Ｏポート７８を具備するコンピュータとして構成されている。前記ＲＡＭ７６、前記記憶装置７７、前記Ｉ／Ｏポート７８は、内部バス７９を介して前記ＣＰＵ７５とデータ交換可能な様に構成されている。前記コントローラ１７には、ディスプレイ等の表示装置８０や、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置８１が接続されている。

前記記憶装置７７は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。該記憶装置７７内には、前記基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が読出し可能に格納されている。尚、プロセスレシピは、後述する基板処理工程に於ける各手順を前記コントローラ１７に実行させ、所定の結果を得ることが出来る様に組合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。尚、本明細書に於いて、プログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。又、前記ＲＡＭ７６は、前記ＣＰＵ７５によって読出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

前記Ｉ／Ｏポート７８は、前記ＭＦＣ４８，５１，５４、前記バルブ４９，５２，５５，５７，６２、前記圧力センサ１４、前記ＡＰＣバルブ１５、前記真空ポンプ１６、前記ボートエレベータ１９、前記ヒータユニット２８、前記回転機構２９、前記温度センサ３２、前記オゾナイザ５５、前記気化器５６、前記ＬＭＦＣ６１、前記ノズルヒータ６７、前記気化器ヒータ６８等に接続されている。

前記ＣＰＵ７５は、前記記憶装置７７から制御プログラムを読出して実行すると共に、前記入出力装置８１からの操作コマンドの入力等に応じて前記記憶装置７７からプロセスレシピを読出す。そして、前記ＣＰＵ７５は、読出したプロセスレシピの内容に沿う様に、前記ＭＦＣ４８，５１，５４による各種ガスの流量調整動作、前記ＬＭＦＣ６１による液体原料の流量制御、前記バルブ４９，５２，５５，５７，６２の開閉操作、前記ＡＰＣバルブ１５の開閉動作及び該ＡＰＣバルブ１５による前記圧力センサ１４に基づく圧力調整動作、温度センサ３２に基づく前記ヒータユニット２８の温度調整動作、前記真空ポンプ１６の起動及び停止、前記回転機構２９による前記ボート５の回転及び回転速度調節動作、前記ボートエレベータ１９による前記ボート５の昇降動作、前記ノズルヒータ６７
の温度調整動作、前記気化器ヒータ６８の温度調整動作等を制御する。

尚、前記コントローラ１７は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）８２を用意し、該外部記憶装置８２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施例に係る前記コントローラ１７を構成することができる。尚、コンピュータにプログラムを供給する為の手段は、前記外部記憶装置８２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、前記外部記憶装置８２を介さずにプログラムを供給する様にしてもよい。尚、前記記憶装置７７や前記外部記憶装置８２は、コンピュータで読取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。尚、本明細書に於いて記録媒体という言葉を用いた場合は、前記記憶装置７７単体のみを含む場合、前記外部記憶装置８２単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。

次に、上述した基板処理装置の前記処理炉１を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜であって、例えば高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）膜である金属酸化膜としてジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ2 、以下ＺｒＯとも称す）を成膜するシーケンス例について、図８を参照して説明する。尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作は前記コントローラ１７により制御される。

尚、本明細書に於いて、「ウェーハ」という言葉を用いた場合は、「ウェーハそのもの」を意味する場合や、「ウェーハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、即ち表面に形成された所定の層や膜等を含めてウェーハと称する場合がある。又、本明細書に於いて「ウェーハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウェーハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウェーハ上に形成された所定の層や膜等の表面、即ち積層体としてのウェーハの最表面」を意味する場合がある。

従って、本明細書に於いて「ウェーハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウェーハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウェーハ上に形成されている層や膜等に対して、即ち積層体としてのウェーハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。又、本明細書に於いて「ウェーハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウェーハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウェーハ上に形成されている層や膜等の上、即ち積層体としてのウェーハの最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

尚、本明細書に於いて「基板」という言葉を用いた場合も「ウェーハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明に於いて、「ウェーハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。

以下、基板処理工程について説明する。

ＳＴＥＰ：０１ 先ず、複数枚のウェーハ６が前記ボート５に装填（ウェーハチャージ）される。

ＳＴＥＰ：０２ 次に、該ボート５が前記ボートエレベータ１９により持上げられ、前記処理室７内に搬入（ボートロード）される。この状態では、前記シールキャップ１８は前記マニホールド８の下端をシールした状態となる。

ＳＴＥＰ：０３ 前記ボート５の搬入後、前記処理室７内が所望の圧力（真空度）となる様に、前記真空ポンプ１６によって真空排気される。この際、前記処理室７内の圧力は、前記圧力センサ１４で測定され、測定された圧力に基づき前記ＡＰＣバルブ１５にフィードバック制御される（圧力調整）。又、前記処理室７内が所望の温度となる様に前記ヒータユニット２８によって加熱される。この際、前記処理室７内が所望の温度分布となる様に、前記温度センサ３２が検出した温度情報に基づき前記ヒータユニット２８への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。続いて、前記回転機構２９により、前記ボート５が回転されることで、ウェーハ６が回転される。

尚、前記真空ポンプ１６の作動、前記ヒータユニット２８による前記処理室７内の加熱、前記回転機構２９による前記ボート５及びウェーハ６の回転は、少なくともウェーハ６に対する処理が終了する迄の間は継続して行われる。

次に、ＴＥＭＡＺガスと、Ｏ3 ガスを前記処理室７内に供給することによりＺｒＯ膜を形成するジルコニウム酸化膜形成工程を行う。ジルコニウム酸化膜形成工程では、ＳＴＥＰ：０４〜ＳＴＥＰ：０８の４つのステップを順次実行する。

ＳＴＥＰ：０４ 先ず、前記ガス供給管４５の前記バルブ５７を開放し、前記気化器５６、前記ガスフィルタ５８を介して前記ガス供給管４５内にＴＥＭＡＺガスを流す。該ガス供給管４５内を流れるＴＥＭＡＺガスは、前記ＬＭＦＣ６１により流量調整され、図４、図５に示される前記気化器５６により気化された状態で、前記ノズル３６の前記ガス供給孔４０から前記処理室７内に供給され、前記排気管１２から排気される。

又、ＴＥＭＡＺガスの供給と並行して、前記バルブ４９を開き、前記ガス供給管４３、前記ノズル３４、前記ガス供給孔３８からＮ2 等の不活性ガスを流すと共に、前記バルブ５２を開き、前記ガス供給管４６、前記ノズル３７、前記ガス供給孔４１からＮ2 等の不活性ガスを流す。

この時、前記ＡＰＣバルブ１５の開度を適正に調整して前記処理室７内の圧力を、例えば２００〜５００Ｐａの範囲内の圧力とする。前記ＬＭＦＣ６１で制御するＴＥＭＡＺガスの供給流量は、例えば０．１〜０．５ｇ／分の範囲内の流量とする。又、ウェーハ６をＴＥＭＡＺガスに曝す時間、即ちガス供給時間（照射時間）は、例えば１０〜３００秒間の範囲内の時間とする。又この時の前記ヒータユニット２８の温度は、ウェーハ６の温度が例えば１５０〜３００°の範囲内の温度となる様な温度に設定する。ＴＥＭＡＺガスの供給により、ウェーハ６上にＺｒ（ジルコニウム）含有層が形成される。

ＳＴＥＰ：０５ ＴＥＭＡＺガスの供給後、前記バルブ５７を閉じ、前記処理室７内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止する。この時、前記排気管１２の前記ＡＰＣバルブ１５は開いたままとし、前記真空ポンプ１６により前記処理室７内を真空排気し、該処理室７内に残留する未反応、若しくはＺｒ含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを前記処理室７内から排気する。

尚、この時、前記バルブ４９，５２を開いたままとし、不活性ガスとしてのＮ2 ガスの前記処理室７内への供給を維持する。Ｎ2 ガスはパージガスとして作用し、前記処理室７内に残留する未反応、若しくはＺｒ含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを前記処理室７内から排気する効果を更に高めることができる。

又この時、前記処理室７内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、該処理室７内を完全にパージしなくてもよい。該処理室７内に残留するガスが微量であれば後述するＳＴＥＰ：０６に於いて悪影響が生じることはない。この時該処理室７内に供給するＮ2 ガスの流量は大流量とする必要はなく、例えば、前記アウタチューブ４（前記処理室７）の容積と同程度の量を供給することで、ＳＴＥＰ：０６に於いて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。この様に、前記処理室７内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。又、Ｎ2 ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

ＳＴＥＰ：０６ 該処理室７内の残留ガスを除去した後、前記ガス供給管４４の前記バルブ５５を開くことで、前記オゾナイザ５３によって生成されたＯ3 ガスが、前記ＭＦＣ５４により流量調整され、前記ノズル３５の前記ガス供給孔３９から前記処理室７内に供給され、前記排気管１２から排気される。又、Ｏ3 ガスの供給と並行して、前記バルブ４９を開き、前記ガス供給管４３、前記ノズル３４、前記ガス供給孔３８からＮ2 等の不活性ガスを流すと共に、前記バルブ５２を開き、前記ガス供給管４６、前記ノズル３７、前記ガス供給孔４１からＮ2 等の不活性ガスを流す。

Ｏ3 ガスを流す時は、前記ＡＰＣバルブ１５の開度を適正に調整し、前記処理室７内の圧力を、例えば５０〜５００Ｐａの範囲内の圧力とする。前記ＭＦＣ５４で制御するＯ3 ガスの供給流量は、例えば５〜３０ＳＬＭの範囲内の流量とする。又、Ｏ3 ガスをウェーハ６に曝す時間、即ちガス供給時間（照射時間）は、例えば１０〜３００秒間の範囲内の時間とする。又この時の前記ヒータユニット２８の温度は、ＳＴＥＰ：０４と同様、ウェーハ６の温度が１５０〜３００°の範囲内の温度となる様な温度に設定する。Ｏ3 ガスの供給により、ＳＴＥＰ：０４でウェーハ６上に形成されたＺｒ含有層が酸化され、ＺｒＯ層が形成される。

ＳＴＥＰ：０７ ＺｒＯ層の形成後、前記バルブ５５を閉じて前記処理室７内へのＯ3 ガスの供給を停止する。この時、前記排気管１２の前記ＡＰＣバルブ１５は開いたままとし、前記真空ポンプ１６により前記処理室７内を真空排気し、該処理室７内に残留する未反応、若しくは酸化に寄与した後のＯ3 ガスを前記処理室７内から排気する。

尚、この時、前記バルブ４９，５２を開いたままとし、不活性ガスとしてのＮ2 ガスの前記処理室７内への供給を維持する。Ｎ2 ガスはパージガスとして作用し、前記処理室７内に残留する未反応若しくはＺｒＯ層形成に寄与した後のＯ3 ガスを前記処理室７内から排気する効果を更に高めることができる。

又この時、前記処理室７内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、該処理室７内を完全にパージしなくてもよい。該処理室７内に残留するガスが微量であれば再度ＳＴＥＰ：０４を行う場合に悪影響が生じることはない。この時該処理室７内に供給するＮ2 ガスの流量は大流量とする必要はなく、例えば、前記アウタチューブ４（前記処理室７）の容積と同程度の量を供給することで、ＳＴＥＰ：０４に於いて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。この様に、前記処理室７内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。又、Ｎ2 ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

ＳＴＥＰ：０８ 上述したＳＴＥＰ：０４〜ＳＴＥＰ：０７を１サイクルとし、このサイクルが所定数だけ行われたかどうかが判断される。このサイクルが少なくとも１サイクル行われることで、ウェーハ６上に所定膜厚のジルコニウム及び酸素を含む高誘電率膜、即ちＺｒＯ膜を形成することができる。尚、上記したサイクルは複数回繰返すのが好ましく、サイクルが複数回行われることで、ウェーハ６上に所定膜厚のＺｒＯ膜を形成することができる。

ＳＴＥＰ：０９ ＺｒＯ膜の形成後、前記バルブ４９，５２を開き、前記処理室７内にＮ2 ガスを流す。Ｎ2 ガスはパージガスとして作用し、これにより前記処理室７内が不活性ガスでパージされ、該処理室７内に残留するガスが該処理室７内から除去される。

ＳＴＥＰ：１０ 該処理室７内の雰囲気が不活性ガスに置換された後、該処理室７内の圧力が大気圧（常圧）に復帰される（大気圧復帰）。

ＳＴＥＰ：１１ その後、前記ボートエレベータ１９により前記シールキャップ１８が下降され、前記マニホールド８の下端が開口されると共に、処理済みのウェーハ６が前記ボート５に保持された状態で前記マニホールド８の下端から前記プロセスチューブ２の外部に搬出される（ボートアンロード）。

ＳＴＥＰ：１２ 最後に、処理済みのウェーハ６が前記ボート５より取出され（ウェーハディスチャージ）、基板処理を終了する。

上述の様に、第１の実施例に於いては、前記気化器５６が、前記噴霧流路６６の増圧、前記気化室６５の減圧、或は前記噴霧流路６６の増圧と前記気化室６５の減圧の両方により、前記噴霧流路６６内が高圧となる様前記気化室６５内との間に圧力差を生じさせ、圧力差により前記気泡７２を生じさせることが可能になっている。該気泡７２は前記噴霧流路６６の出口に於ける圧力の変化により急激に膨張して前記液体原料６３を引きちぎり、微粒化させると共に、微粒化された前記液体原料６３の大部分が断熱膨張により気化し、該液体原料６３の残りは前記気化室６５からの熱により気化される。

断熱膨張により気化できなかった前記液体原料６３に関しても、前記気泡７２により微粒化され、霧状の液滴となっているので、前記気化室６５内で気化される迄の時間が短くなり、該気化室６５内での前記液体原料６３が反応を起こすこと、或は副生成物が形成されることにより生じ、前記気化室６５内に残留する残渣を軽減することができる。

又、前記ノズルヒータ６７により前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３を加熱し、該液体原料６３の原料蒸気圧値を高くできるので、低蒸気圧の液体材料であっても前記気化器５６により容易に気化させることができる。

又、前記噴霧流路６６内の前記液体原料６３の圧力が、前記気化室６５内の圧力よりも高ければよいので、該気化室６５内を減圧した減圧場（高真空場）に於いても前記液体原料６３を容易に微粒化させ、気化させることができる。

又、前記噴霧流路６６内の増圧、前記気化室６５内の減圧が可能であるので、広い圧力範囲で前記液体原料６３を前記気化室６５内に噴霧することが可能となり、該気化室６５内に残留する残渣を軽減することができる。

次に、図９に於いて本発明の第２の実施例について説明する。尚、図９中、図５中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例に於ける気化器５６では、液体原料６３を気化室６５内に噴霧する噴霧ノズルとして、前記液体原料６３を高速のキャリアガス８８で粉砕し、微粒化する二流体噴霧方式の噴霧ノズル８９が用いられる。

該噴霧ノズル８９は先端部が倒立円錐状となっており、該噴霧ノズル８９の内部には、ガス供給管４５（図３参照）から前記液体原料６３が供給され、ガス供給管８５（図３参照）から前記キャリアガス８８が供給される噴霧流路９１が形成されている。

該噴霧流路９１は、前記液体原料６３と前記キャリアガス８８とが合流する流路である合流部９２、該合流部９２の下流側に形成され、該合流部９２よりも径の小さい流路である加速部９３、該加速部９３の下流側に形成され、該加速部９３よりも径の小さい流路である噴出部９４の３つの流路により構成される。

前記気化器５６により前記液体原料６３を気化させる際には、前記ガス供給管４５からＬＭＦＣ６１（図３参照）により流量調整された前記液体原料６３と、前記ガス供給管８５から前記ＭＦＣ８６（図３参照）により流量調整された前記キャリアガス８８とが前記合流部９２内に供給され、該合流部９２内で前記液体原料６３と前記キャリアガス８８とが混合されて気液二層流９５となる。

該気液二層流９５は、前記合流部９２から前記加速部９３へと流動する過程で、加速されると共に圧力が増大され、該加速部９３から前記噴出部９４へと流動する過程で、更に加速され、圧力が増大される。

高速、高圧となった前記気液二層流９５は、前記噴出部９４の先端より前記気化室６５内に噴出される様になっており、該気化室６５内の雰囲気と噴出された前記気液二層流９５との間の速度差により、該気液二層流９５中の前記液体原料６３が引きちぎられる様に***し、微粒化されて前記気化室６５内に噴霧される。

図１０は、第２の実施例に於ける前記気化器５６を用いて前記液体原料６３を微粒化させる場合に於ける、微粒化領域と前記気化室６５内の圧力と温度との関係を示すグラフである。尚、図１０に於いては、前記液体原料６３として水、前記キャリアガス８８として窒素を用い、水の流量を２ｇ／ｍｉｎ、窒素の流量を３ＳＬＭとしている。尚、グラフ中の曲線は水の蒸気圧曲線を示す。

上記条件に於いて、前記気化室６５内の圧力が大気圧である場合には、前記液体原料６３を微粒化する為に前記キャリアガス８８の流量を３ＳＬＭ以上とする必要がある。又、グラフに示される様に、前記キャリアガス８８の流量を３ＳＬＭ以上流した場合であっても、前記気化室６５内の圧力を５０ｋＰａとする減圧下に置いては、微粒化領域の範囲外となる為、前記液体原料６３は完全には微粒化せず、前記噴出部９４の先端に液滴が発生する状態となる。

第２の実施例に於いては、前記液体原料６３を前記噴霧ノズル８９に供給する前に予め加熱する加熱機構、前記噴霧流路９１内の前記液体原料６３を過熱する為のノズルヒータ６７（図５参照）等を必要としないので、前記噴霧ノズル８９及び原料ガス供給系の構造を簡易化することができる。

次に、図１１に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図１１中、図５中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例に於ける気化器５６では、液体原料６３を気化室６５内に噴霧する噴霧ノズルとして、前記液体原料６３を高速のキャリアガス８８で粉砕し、微粒化する二流体噴霧方式の噴霧ノズル９６が用いられる。

該噴霧ノズル９６は円筒状であり、該噴霧ノズル９６の内部には、ガス供給管４５（図３参照）から前記液体原料６３が供給される噴霧流路９７が形成されている。

前記気化器５６には、所定の体積を有する例えば倒立円錐台形状のキャリアガス室９８が前記噴霧ノズル９６を囲繞する様形成され、該噴霧ノズル９６は前記キャリアガス室９８を垂直に貫通する様になっている。

前記キャリアガス室９８にはキャリアガス供給孔９９が形成されている。該キャリアガス供給孔９９はガス供給管８５（図３参照）と連通しており、前記キャリアガス供給孔９９を介して前記ガス供給管８５から前記キャリアガス室９８に前記キャリアガス８８が供給される様になっている。

又、前記キャリアガス室９８の下面には、前記噴霧ノズル９６の先端部と平行であり、前記キャリアガス室９８と前記気化室６５とを連通させるオリフィス孔１０１，１０２が２箇所に形成されている。該オリフィス孔１０１，１０２が形成される位置は、前記噴霧ノズル９６に関して対称となっている。

尚、前記オリフィス孔１０１，１０２の内径は、前記キャリアガス供給孔９９の内径よりも極めて小さくなっており、前記オリフィス孔１０１，１０２から噴出される前記キャリアガス８８の流速は、前記噴霧流路９７の先端より噴出される前記液体原料６３の流速よりも高速となっている。

前記気化器５６により前記液体原料６３を気化させる際には、前記ガス供給管４５からＬＭＦＣ６１（図３参照）により流量調整された前記液体原料６３が前記噴霧流路９７に供給され、前記ガス供給管８５からＭＦＣ８６（図３参照）により流量調整された前記キャリアガス８８が、前記キャリアガス供給孔９９を介して前記キャリアガス室９８に供給される。

この時、前記オリフィス孔１０１，１０２の内径が前記キャリアガス供給孔９９の内径よりも小さくなっているので、前記キャリアガス室９８内は高圧となる。

高圧となった該キャリアガス室９８の前記キャリアガス８８は、前記オリフィス孔１０１，１０２を通過する際に更に圧縮されて加速され、前記気化室６５内に噴出される。又、前記噴霧流路９７に供給された前記液体原料６３も、前記噴霧流路９７の先端より前記気化室６５内に噴出される。

この時、該噴霧流路９７の出口部分、前記オリフィス孔１０１，１０２の出口部分では、前記液体原料６３と前記キャリアガス８８との間で大きな速度差が生じており、高速の該キャリアガス８８により前記液体原料６３が引きちぎられることで、前記液体原料６３が***して微粒化し、微粒化した該液体原料６３と前記キャリアガス８８とが混合された高速、高圧な気液二層流１０３として前記気化室６５内に噴霧される。

図１２は、第３の実施例に於ける前記気化器５６を用いて前記液体原料６３を微粒化させる場合に於ける、微粒化領域と前記気化室６５内の圧力と温度との関係を示すグラフである。尚、図１２に於いては、前記液体原料６３として水、前記キャリアガス８８として窒素を用い、水の流量を２ｇ／ｍｉｎ、窒素の流量を３ＳＬＭとしている。尚、グラフ中の曲線は水の蒸気圧曲線を示す。

第３の実施例に於いても、前記気化室６５内の圧力が大気圧である場合には、第２の実施例と同様前記液体原料６３を微粒化する為に前記キャリアガス８８の流量を３ＳＬＭ以上とする必要があるが、該キャリアガス８８の流量を減らした場合でも、第２の実施例よりも微粒化される様になっている。

又、第３の実施例に於いては、前記気化室６５内の圧力を２ｋＰａ程度迄減圧することで、前記液体原料６３は微粒化されることなく噴出される様になっている。従って、第３の実施例に於ける前記気化器５６の微粒化領域は、前記第２の実施例に於ける気化器５６の微粒化領域よりも大幅に広くなっており、広い圧力範囲で前記液体原料６３を微粒化させることができる。

尚、本発明の実施例に於いては、前記液体原料６３としてＴＥＭＡＺを用いているが、テトラキスジエチルアミノジルコニウム（ＴＤＥＡＺ、Ｚｒ［Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ］4 ）、テトラキスジメチルアミノジルコニウム（ＴＤＭＡＺ、Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］4 ）等の他のＺｒ原料を用いてＺｒＯ膜を形成してもよい。

又、本発明の実施例に係る基板処理装置は、蒸気圧が低い原料を用いる膜種であれば、ＺｒＯ以外の膜種にも適用可能である。例えば、Ｎｉアミジネート（Ｎｉ−ａｍｉｄｉｎａｔｅ）をガス種としてウェーハ６上にニッケル膜（Ｎｉ膜）を形成する処理、Ｃｏアミジネート（Ｃｏ−ａｍｉｄｉｎａｔｅ）をガス種としてウェーハ６上にコバルト膜（Ｃｏ膜）を形成する処理にも本実施例に係る基板処理装置を適用することができる。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）基板を収容する処理室と、基板に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、液体原料を気化器により気化させた気化ガスを原料ガスとして前記処理室に供給する原料ガス供給系と、前記反応ガス供給系と前記原料ガス供給系とを制御する制御部とを具備し、前記気化器は内部に前記液体原料が流通する噴霧流路が形成された噴霧ノズルと、該噴霧ノズルの下方に形成された気化室と、該気化室を減圧可能な減圧機構とを有し、前記制御部は前記噴霧流路内の圧力が前記気化室内の圧力よりも高くなる様前記減圧機構により前記気化室内を減圧することを特徴とする基板処理装置。

（付記２）前記噴霧ノズルを加熱するノズルヒータを更に具備し、該ノズルヒータにより前記噴霧ノズルを加熱し、前記噴霧流路内の前記液体原料の圧力を上昇させる付記１の基板処理装置。

１ 処理炉
２ プロセスチューブ
６ ウェーハ
７ 処理室
１７ コントローラ
３４〜３７ ノズル
３８〜４１ ガス供給孔
４３〜４６ ガス供給管
５６ 気化器
５７ バルブ
５８ ガスフィルタ
５９ 液体原料タンク
６１ ＬＭＦＣ
６３ 液体原料
６４ 噴霧ノズル
６５ 気化室
６６ 噴霧流路
６７ ノズルヒータ
６８ 気化室ヒータ
７２ 気泡
８８ キャリアガス
８９ 噴霧ノズル
９１ 噴霧流路
９６ 噴霧ノズル
９７ 噴霧流路
９８ キャリアガス室
１０１，１０２ オリフィス孔

Claims (3)

1. 基板を収容する処理室と、液体原料を気化器により気化させた気化ガスを原料ガスとして前記処理室に供給する原料ガス供給系と、該原料ガス供給系を制御する制御部とを具備し、前記気化器は、気化室と、該気化室の上方に設けられ、内部に前記液体原料が流通する噴霧流路が形成され、倒立円錐台形状に形成された先端が前記気化室内に突出する噴霧ノズルと、前記気化室を減圧可能な減圧機構と、前記噴霧ノズルを加熱可能なノズルヒータとを有し、前記制御部は前記噴霧流路内の圧力が前記噴霧ノズルの下方に形成された前記気化室内の圧力よりも高くなる様前記減圧機構により前記気化室内を減圧すると共に、前記噴霧流路内の前記液体原料が沸騰して前記噴霧流路内に気泡が発生する様前記ノズルヒータにより前記噴霧ノズルを加熱する様に前記原料ガス供給系を制御する様構成されることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記液体原料は、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム、テトラキスジエチルアミノジルコニウム、テトラキスジメチルアミノジルコニウムのいずれかから選択される請求項１に記載の基板処理装置。
3. 液体原料を気化器により気化させた気化ガスを原料ガスとして基板が収容された処理室に供給する工程と、該処理室から原料ガスを除去する工程とを有し、前記処理室に原料ガスを供給する工程では、前記気化器内の気化室の上方に設けられ、内部に前記液体原料が流通する噴霧流路が形成され、倒立円錐台形状に形成された先端が前記気化室内に突出する噴霧ノズル内部の前記噴霧流路内を流通する前記液体原料の圧力が、前記噴霧ノズルの下方に形成された前記気化室内の圧力よりも高くなる様減圧機構により前記気化室を減圧すると共に、前記噴霧流路内の前記液体原料が沸騰して前記噴霧流路内に気泡が発生する様ノズルヒータにより前記噴霧ノズルを加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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