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JP6724005B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び気化システム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及び気化システム Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び気化システムに関する。
基板を処理する処理装置として、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(原料ガス)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、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の気化を促進するのが困難であった。特許文献１によれば、液体原料を微粒化し、輻射熱等により気化させる気化方式が開示されている。それでも、上部から高速噴射された気液混合物が気化器の内壁まで到達し、気化器内に残留して残渣が生じる場合がある。従い、不活性ガスによるキャリアガスをこの気液混合物に供給して気化を促進させる等、気化器内での気化効率を向上し、気化器内に残留する残渣を抑制することが行われている。
しかしながら、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、気化効率が良く、且つ、残渣も低減できる万能な気化器は、現在まで開発できていない。
特開２０１４−１９２２５８号公報
本発明は、気化器内の残渣を低減しつつ、気化性能を著しく向上させた構成を提供するものである。
本発明の一態様によれば、一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けて第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体とを供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へ第２キャリアガスを供給する第２流体供給部と、を備える構成が提供される。
本発明によれば、気化器内の残渣を低減しつつ、気化性能を著しく向上させることができるという優れた効果を発揮する。
本発明の実施形態に好適に用いられ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。 本発明の実施形態に好適に用いられる基板処理装置のガス供給系を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に好適に用いられる気化器を示す概略立断面図である。 本発明の実施形態に好適に用いられる気化器の第２流体供給部の図示例である。 本発明の第１実施形態に好適に用いられる気化器の第１流体供給部の図示例である。 本発明の実施形態に好適に用いられる基板処理装置の制御系を説明する概略構成図である。 本発明の実施形態に好適に用いられ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。 本発明の実施形態に好適に用いられる気化器を構成する部品を示す図である。 本発明の実施形態に好適に用いられる気化器を構成する部品を示す図である。 本発明の実施形態に好適に用いられる気化器を構成する部品を示す図である。 本発明の第１実施形態における気化器内の第２流体供給部内の圧力変動を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における新品時のノズル周囲を示す図である。 本発明の第１実施形態における長期運用後のノズル周囲を示す図である。 本発明の第２実施形態に好適に用いられる気化器を構成する部品を説明する正面図である。 本発明の第２実施形態に好適に用いられる気化器を構成する部品を示す図である。 本発明の第２実施形態に好適に用いられる気化器内の第１流体供給部の要部を示す図である。 本発明の第２実施形態における気化器の気化性能を検証した結果示す図である。
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。
以下、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及び図２を用いて、本実施形態における基板処理装置の処理炉１について説明する。
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。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。インナチューブ３及びアウタチューブ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。
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、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には基板としてのウェーハ６が水平姿勢で多段に積層されており、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。インナチューブ３の下端開口は、ウェーハ６を保持したボート５を挿脱する為の炉口を構成している。従って、インナチューブ３の内径は、ウェーハ６を保持したボート５の最大外径よりも大きくなる様に設定されている。
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。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。
インナチューブ３の下端部は、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。マニホールド８には、インナチューブ３及びアウタチューブ４についての保守点検作業や清掃作業の為、インナチューブ３及びアウタチューブ４が着脱自在に取付けられている。更に、マニホールド８が筐体（図示せず）に支持されることにより、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、上記に於いてはインナチューブ３の内部に画成される空間を処理室７としているが、以下では、アウタチューブ４内に画成される空間を処理室７と呼ぶ場合もある。
マニホールド８の側壁の一部には、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。マニホールド８と排気管１２との接続部には、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。排気管１２内は、排気口を介してインナチューブ３とアウタチューブ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、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。
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、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。圧力センサ１４及び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、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、圧力センサ１４により検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ１５の開度を制御する様に構成されている。
主に、排気管１２、圧力センサ１４、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真空ポンプ１６を含めてもよい。又、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排気ユニットに含めてもよい。
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、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、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。
シールキャップ１８上には、ウェーハ６を保持するボート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。端板２１及び保持部材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保持部材２２に於ける同一段の保持溝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。
ボート５とシールキャップ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（ＳｉＯ２）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、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。
シールキャップ１８の処理室７と反対側には、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、シールキャップ１８を貫通してボート５を下方から支持している。回転機構２９により回転軸３１を回転させることで、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、シールキャップ１８は、搬送手段（搬送機構）としてのボートエレベータ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によってボート５を処理室７内外に搬送することが可能となっている。
アウタチューブ４の外部には、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）としてのヒータユニット２８が、アウタチューブ４を囲繞する様に設けられている。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。
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、ヒータユニット２８、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。
インナチューブ３の側壁（後述する排気孔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、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、予備室３３の内壁は処理室７の内壁の一部を形成している。
予備室３３の内部には、該予備室３３の内壁（即ち処理室７の内壁）に沿う様に、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、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。
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の水平部はマニホールド８を貫通し、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ち上がる様に設けられている。尚、便宜上、図１には１本のノズル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。
マニホールド８を貫通したノズル３４，３５，３６，３７の水平部の端部は、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、予備室３３内に配置されたノズル３４，３５，３６，３７を介してガスを搬送し、ガス供給孔３８，３９，４０，４１からウェーハ６の近傍より処理室７内にガスを噴出させている。
インナチューブ３の側壁であって、ノズル３４，３５，３６，３７に対向した位置、即ち予備室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排気孔１３が垂直方向に細長く開設されている。インナチューブ３とアウタチューブ４との間の隙間により排気路４７が形成され、該排気路４７は排気孔１３を介して処理室７と連通している。従って、ガス供給孔３８，３９，４０，４１から処理室７内に供給されたガスは、排気孔１３を介して排気路４７内へと流れた後、排気口を介して排気管１２内に流れ、処理室７外へと排出される。
この時、ガス供給孔３８，３９，４０，４１から処理室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、排気孔１３を介して排気路４７へと流れる。つまり、処理室７内に於けるガスの主たる流れは水平方向、即ちウェーハ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、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。
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）ガスがガス供給管４３及びノズル３４を通って処理室７へ供給される。主に、ノズル３４、ガス供給管４３、ＭＦＣ４８、バルブ４９により第１の不活性ガス供給系が構成される。
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）ガスがガス供給管４６及びノズル３７を通って処理室７へ供給される。主に、ノズル３７、ガス供給管４６、ＭＦＣ５１、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、ノズル３４とノズル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。
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。ガス供給管４４の先端部には、ノズル３５が接続されている。
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。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、処理室７内に供給される。主に、ノズル３５、ガス供給管４４、オゾナイザ５３、ＭＦＣ５４、バルブ５５により反応ガス供給系が構成される。
ガス供給管４５には、気化システム(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。ガス供給管４５の先端部には、ノズル３６が接続されている。バルブ５７を開けることにより、気化器５６内にて生成された気化ガスがノズル３６を介して処理室７内に供給される。主に、ノズル３６、ガス供給管４５、気化器５６、バルブ５７、ガスフィルタ５８により原料ガス供給系(気化ガス供給系)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。
ガス供給管４５の気化器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。気化器５６内への液体原料の供給量、即ち該気化器５６内で気化され処理室７内へ供給される気化ガスの供給流量は、ＬＭＦＣ６１によって制御される。主に、ガス供給管４５、液体原料タンク５９、ＬＭＦＣ６１、バルブ６２により液体原料供給系が構成される。
又、気化器５６には、第１キャリアガスとしての不活性ガスがガス供給管８５から、第２キャリアガスとしての不活性ガスがガス供給管９１からそれぞれ供給される。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。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、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、ガス供給管８５、ＭＦＣ８６、バルブ８７により、第１キャリアガス供給系が構成され、ガス供給管９１、ＭＦＣ９２、バルブ９３、加熱機構９４により、第２キャリアガス供給系が構成される。
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（Ｚｒ）含有ガス）が原料ガスとして、ＬＭＦＣ６１、気化器５６、ガスフィルタ５８、ノズル３６等を介して処理室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)Ｃ２Ｈ５]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は液体原料として液体原料タンク５９内に貯留される。
尚、気化器５６の詳細については後述する。
次に、図７に於いて、制御部（制御手段）であるコントローラ１７と各構成の接続について説明する。
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。ＲＡＭ７６、記憶装置７７、Ｉ／Ｏポート７８は、内部バス７９を介してＣＰＵ７５とデータ交換可能な様に構成されている。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。
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、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、ＲＡＭ７６は、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。
Ｉ／Ｏポート７８は、ＭＦＣ４８，５１，５４，９２、バルブ４９，５２，５５，５７，６２，９３、圧力センサ１４，１１４、ＡＰＣバルブ１５、真空ポンプ１６、ボートエレベータ１９、ヒータユニット２８、回転機構２９、温度センサ３２、オゾナイザ５３、気化器５６、ＬＭＦＣ６１、加熱機構９４等に接続されている。
ＣＰＵ７５は、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、入出力装置８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置７７からプロセスレシピを読出す。そして、ＣＰＵ７５は、読出したプロセスレシピの内容に沿う様に、ＭＦＣ４８，５１，５４による各種ガスの流量調整動作、ＬＭＦＣ６１による液体原料の流量制御、バルブ４９，５２，５５，５７，６２の開閉操作、ＡＰＣバルブ１５の開閉動作及び該ＡＰＣバルブ１５による圧力センサ１４に基づく圧力調整動作、温度センサ３２に基づくヒータユニット２８の温度調整動作、真空ポンプ１６の起動及び停止、回転機構２９によるボート５の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ１９によるボート５の昇降動作、加熱機構９４による第２キャリアガス(不活性ガス)の加熱調整動作等を制御する。
尚、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、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、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、記憶装置７７や外部記憶装置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、記憶装置７７単体のみを含む場合、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がボートエレベータ１９により持上げられ、処理室７内に搬入（ボートロード）される。この状態では、シールキャップ１８はマニホールド８の下端をシールした状態となる。
ＳＴＥＰ：０３ ボート５の搬入後、処理室７内が所望の圧力（真空度）となる様に、真空ポンプ１６によって真空排気される。この際、処理室７内の圧力は、圧力センサ１４で測定され、測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ１５にフィードバック制御される（圧力調整）。又、処理室７内が所望の温度となる様にヒータユニット２８によって加熱される。この際、処理室７内が所望の温度分布となる様に、温度センサ３２が検出した温度情報に基づきヒータユニット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、回転機構２９により、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、真空ポンプ１６の作動、ヒータユニット２８による処理室７内の加熱、回転機構２９によるボート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、ガス供給管４５のバルブ５７を開放し、気化器５６、ガスフィルタ５８を介してガス供給管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、ＬＭＦＣ６１により流量調整され、気化器５６により気化された状態で、ノズル３６のガス供給孔４０から処理室７内に供給され、排気管１２から排気される。
又、ＴＥＭＡＺガスの供給と並行して、バルブ４９を開き、ガス供給管４３、ノズル３４、ガス供給孔３８からＮ２等の不活性ガスを流すと共に、バルブ５２を開き、ガス供給管４６、ノズル３７、ガス供給孔４１からＮ２等の不活性ガスを流す。
この時、ＡＰＣバルブ１５の開度を適正に調整して処理室７内の圧力を、例えば１００〜５００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＬＭＦＣ６１で制御するＴＥＭＡＺガスの供給流量は、例えば０．０４５〜５．０ｇ／分の範囲内の流量とする。本実施の形態においては、２．０ｇ／分である。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、バルブ５７を閉じ、処理室７内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止する。この時、排気管１２のＡＰＣバルブ１５は開いたままとし、真空ポンプ１６により処理室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ガスを処理室７内から排気する。
この時、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、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、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、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、アウタチューブ４（若しくは処理室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、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、ガス供給管４４のバルブ５５を開くことで、オゾナイザ５３によって生成されたＯ３ガスが、ＭＦＣ５４により流量調整され、ノズル３５のガス供給孔３９から処理室７内に供給され、排気管１２から排気される。又、Ｏ３ガスの供給と並行して、バルブ４９を開き、ガス供給管４３、ノズル３４、ガス供給孔３８からＮ２等の不活性ガスを流すと共に、バルブ５２を開き、ガス供給管４６、ノズル３７、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、ＡＰＣバルブ１５の開度を適正に調整し、処理室７内の圧力を、
例えば１００〜５００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ５４で制御するＯ３ガスの供給
流量は、例えば１０〜９０ＳＬＭ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、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℃の範囲内の温度に設定されている。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、バルブ５５を閉じて処理室７内へのＯ３ガスの供給を停止する。この時、排気管１２のＡＰＣバルブ１５は開いたままとし、真空ポンプ１６により処理室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ガスを処理室７内から排気する。
この時、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、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、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、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、アウタチューブ４（若しくは処理室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、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、バルブ４９，５２を開き、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、ボートエレベータ１９によりシールキャップ１８が下降され、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がボート５に保持された状態でマニホールド８の下端からプロセスチューブ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。
(第１の実施形態) 次に、図４乃至図６を用いて、本発明の実施例に係る気化器５６の詳細について説明する。
図４に示すように、気化システムとしての気化器５６は、気化室６５及び送出部６９を構成する気化管６６と、気化室６５に第１キャリアガス(不活性ガス)８８と液体原料６３が混合された混合流体を供給する第１流体供給部と、混合流体に向かって第２キャリアガス(不活性ガス)１０５を気化室６５に供給する第２流体供給部を少なくとも有する。気化室６５の一端側に第２流体供給部が設けられると共に、その第２流体供給部の他端側に第１流体供給部が設けられる。
気化室６５は、気化管６６で構成され、その気化室６５内壁は、供給されるガスの滞留や乱流を抑制するようにテーパ部が気化室６５の上側及び下側に設けられ、気化室６５の中央部には、排出孔７０が設けられている。送出部６９は、気化されてガスの流路を形成する部分であり、その入口に相当するのが複数の排出孔７０であり、出口に相当するのが送出孔７１である。そして、送出孔７１から気化されたガス(原料ガス)が処理室７に供給される。
気化室６５の上部には、第１流体供給部(Ａ)が配置され、気化室の下部には、第２流体供給部(Ｂ)が配置される。第１流体供給部及び第２流体供給部は、それぞれガス噴射孔を有する。よって、気化器５６は、気化室６５の上下対向面で、それぞれガス噴射孔を具備する。一方は、上記液体原料と第１キャリアガス８８が混合されたアトマイジングミストとしての混合流体(以後、単にミストともいう)であり、残りの一方は、このミストの気化に必要な熱エネルギーをもった不活性ガス(以後、Ｈｏｔ−Ｎ２ガスともいう)である第２キャリアガス１０５であり、これらミストと第２キャリアガス１０５が気化管６６内で衝突する構造を有する。尚、上下方向だけではなくそれ以外の異方向も可能なのは言うまでもない。
また、気化室６５内壁は、供給されるガスの滞留や乱流を抑制するようにテーパ部７３が気化室６５の上側及び下側に設けられ、気化室６５の中央部には、排出孔７０が複数設けられている。具体的には、第１流体供給部及び第２流体供給部から排出孔７０近傍までテーパ加工が施され、混合流体及び第２キャリアガス１０５の流路を確保している。これにより、気化管６６内の淀み領域の低減が可能となる。更に、気化管６６は図示しないヒータが設けられ、このヒータにより壁面の温度が調整されている。よって、気化管６６壁面からの熱伝達効率の向上し、壁面に付着するミストが効率よく気化されるので、気化管６６壁面の残渣を低減することができる。
また、気化室６５内で気化された気化ガス(原料ガス)は、複数の排出孔７０を介して送出孔７１で一つの配管に集約されてから、処理室７へ供給される。複数の排出孔７０から流入した気化ガスが混合され、その混合される部分から送出孔７１までの距離は、混合された気化ガスの流れの向きが一定になるよう所定の長さに構成される。
気化管６６内に、ミストの淀みがあると、気化管６６の壁面に残渣が付着し、付着量が多くなると排出孔７０へのガスの流れを乱し、乱流が発生する恐れがある。このような混合流体の残渣及び乱流等の発生は、気化されたガス(原料となるガス)の流量の安定供給を妨げる原因となるが、本実施の形態によれば、その原料供給の不安定さが大幅に減少する。
尚、図４に示すように、本実施形態における気化室６５の側壁に設けられた排出孔７０は２つである。但し、本実施の形態に限らず３つ以上設けてもよく、気化室６５の側壁に周方向に均等、且つ多数設けられる。
図６に示すように、第１流体供給部は、他端部としてのノズルホルダ９５と、液体原料６３を供給するためのノズル９６と、キャリアガス室９８と、を少なくとも含む構成としている。
ノズルホルダ９５は、液体原料６３を気化室６５内に噴霧(アトマイジング)する噴霧ノズルとして、液体原料６３を微粒化する二流体噴霧方式の噴霧ノズル９６が設けられる。
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）から液体原料６３が供給される噴霧流路９７が形成されている。
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が噴霧ノズル９６を囲繞する様形成され、該噴霧ノズル９６はキャリアガス室９８を垂直に貫通する様になっている。
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、キャリアガス供給孔９９を介してガス供給管８５からキャリアガス室９８に第１キャリアガス８８が供給される様になっている。
又、キャリアガス室９８の下面には、噴霧ノズル９６の先端部と平行であり、キャリアガス室９８と気化室６５とを連通させる第１噴出口としてのアトマイザー噴射口(以後、単に噴射口ともいう)１０１が形成されている。該噴射口１０１は、噴霧ノズル９６の周囲に形成されている。尚、この噴霧ノズル９６の先端部が噴射口１０１の開口部よりも若干出ている形態であり、例えば、噴霧ノズル９６の先端部は、噴射口１０１の開口部より０．５ｍｍ程度出ている。但し、噴射ノズル９６の先端部が出ていても、その先端部を囲うように噴射口１０１が設けられ、また、噴射口１０１から供給される第１キャリアガスは高速であるので、周囲付着の確率は極めて低い。また、噴霧ノズル９６の先端部も第１噴出口として含めてもよいのは言うまでもない。
尚、噴射口１０１の内径は、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、噴射口１０１から噴出される第１キャリアガス８８の流速は、噴霧流路９７の先端より噴出される液体原料６３の流速よりも高速となっている。
気化器５６により液体原料６３を気化させる際には、ガス供給管４５からＬＭＦＣ６１（図３参照）により流量調整された液体原料６３が噴霧流路９７に供給され、ガス供給管８５からＭＦＣ８６（図３参照）により流量調整された第１キャリアガス８８が、キャリアガス供給孔９９を介してキャリアガス室９８に供給される。
この時、噴射口１０１の内径が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、キャリアガス室９８内は高圧となる。例えば、噴射口１０１は、３０μｍ〜３００μｍ、キャリアガス供給孔９９の内径は、１．７５ｍｍ〜９．５３ｍｍであり、その比は、５０〜３００が望ましい。例えば、本実施形態において、噴射口１０１の内径は、７５μｍである。
高圧となった該キャリアガス室９８の第１キャリアガス８８は、噴射口１０１を通過する際に更に圧縮されて加速され、気化室６５内に噴出される。又、噴霧流路９７に供給された液体原料６３も、噴霧流路９７の先端より気化室６５内に噴出される。
この時、該噴霧流路９７の出口部分(液出口)、噴射口１０１の出口部分では、液体原料６３と第１キャリアガス８８との間で大きな速度差が生じている。よって、高速の該第１キャリアガス８８により液体原料６３が引きちぎられることで、液体原料６３が分裂して微粒化し、微粒化した該液体原料６３と第１キャリアガス８８とが混合されたミストが生成される。該ミストは、高速、高圧な気液二層流１０３として気化室６５内に噴霧される。
本実施の形態では、小流量でも噴射口１０１の出口の初速を高めることができ、速度を上げることで高速噴射が可能となり液滴微細化に寄与できる。これにより、気化効率の向上が期待できるので、結果として気化ガス(原料ガス)の大流量化が期待できる。
また、本実施の形態では、噴射口１０１の内径とキャリアガス供給孔９９の内径の比が、５０〜３００に調整されているので、ノズル噴射速度が下がり過ぎることによる、噴霧(アトマイズ)状態が悪くミスト径が大きくなり気化効率が悪くなることはない。また、ノズル噴射速度を上げ過ぎると、ミストがノズル周囲に飛散し、例えば、噴射口１０１に付着することによる、ノズル噴射性能へ悪影響が考えられるが、そのようなミスト付着による噴射口１０１の閉塞の影響は検討する必要が無い。
また、本実施の形態では、噴霧流路９７の出口部分(先端部)と噴射口１０１の出口部分(開口部)を同じ高さ又は若干高くしているが、この形態に限らず、粘度の低い液体であれば、噴霧流路９７の出口部分をノズルホルダ９５内に引き込む形態にしてもよい。例えば、引き込む量は、０．５ｍｍ〜１ｍｍである。この場合、第１キャリアガス８８と液体原料６３がより確実に混合しあうので、ミスト化効率の向上が見込まれる。このような、ミスト化の効率向上により、結果として、気化効率の向上が見込まれる。
図５に示すように、第２流体供給部は、気化室６５に第１キャリアガス(不活性ガス)８８と液体原料ガスが混合ガスされた混合流体を供給する第１流体供給部の対向する側に設けられ、この混合流体に向けて気化室６５の下部に設けられたＢｌｏｗ−ＵＰプレート(Ｂ．ＵＰプレート)としてのプレート部材１０９の表面を外周側から中心側に向けて第２キャリアガス(不活性ガス)１０５を供給するよう構成されている。
また、第２流体供給部は、第２キャリアガス１０５を気化器５６内に導入するためのキャリアガス導入孔１０６及び第２キャリアガスの流路を形成するキャリアガス導入溝１０７を有するガス導入部材１０８と、第２キャリアガス１０５を気化室６５に噴出させる吹き出し穴（第２噴出孔） 1 1 1と、この第２噴出孔１１１の外周側であって、キャリアガス導入溝１０７と連通して第２噴出孔１１１を迂回する流路を形成する開口部としての複数の孔１１０をそれぞれ有するプレート部材１０９と、この孔１１０に連通されている切欠部（スリット）１１２を有し、この切欠部１１２を介して第２キャリアガス１０５を気化室６５に供給するための円環状のリング（スリットリング）としてのリング部材１１３とを少なくとも有する構成である。
以後、プレート部材１０９はシャワープレート、リング部材１１３はシャワープレートスペーサと称する場合がある。更に、プレート部材１０９は、気化室６５(又は気化管６６)の下部に設けられ、気化室６５(又は気化管６６)の一端部を構成する。また、それぞれの部材は、図示しないが螺子止めされて固定されている。また、圧力センサ１１４は、第２流体供給部の圧力を検出している。尚、圧力センサ１１４については後述する。
ここで、各部材について説明する。図１１に示されるように、ガス導入部材１０８に設けられるキャリアガス導入溝１０７の径は一例として２ｍｍであり、例えば、キャリアガス導入溝１０７が、円周方向に均等に８か所設けられている。図１０に示されるように、プレート部材１０９には、第２噴出孔としての無数の吹き出し穴１１１が、プレート部材１０９の中心から円状に形成されている。この吹き出し穴１１１の径は、例えば、０．１ｍｍである。プレート部材１０９には、この円状に形成された吹き出し穴１１１よりも外周側の位置に開口部１１０が設けられている。この開口部１１０は、プレート部材１０９の周縁部に設けられているので、第１噴出口から噴出される混合流体が直接当たらない。この開口部１１０も円周方向に均等に８か所設けられている。図９に示すように、シャワープレートスペーサとしての円環状のリング部材１１３は、例えば、切欠部１１２が、円周方向に均等に８か所設けられている。また、切欠部の角度は、９０゜である。尚、これら切欠部１１２の数、及び切欠部１１２の角度は、適宜変更可能に構成される。
このような構成であるので、図５に示されるように、第２流体供給部は、キャリアガス導入孔１０６を介してガス導入部材１０８とプレート部材１０９により構成される空間に第2キャリアガス１０５が供給され、この空間に供給された第２キャリアガスは、プレート部材１０９に設けられた第２噴出孔１１１から上方向（垂直方向）に混合流体１０３を気化するために気化室６５に供給される。一方で、第２キャリアガス１０５は、ガス導入部材１０８とプレート部材１０９により構成される空間からキャリアガス導入溝１０７を介してプレート部材１０９に設けられた開口部を上昇し、気化管６６のテーパ部７３の最下部より径方向に延在するよう設けられたガイド部７４により流れの向きが変更され、プレート部材１０９の表面に水平方向に供給される。つまり、第２流体供給部は、第２キャリアガス１０５を、開口部１１０と連通された切欠部１１２を介してプレート部材１０９の表面に供給されるよう構成されているので、第２噴出孔に目詰まりが発生しても、この第２噴出孔を迂回してプレート部材１０９の表面に第２キャリアガスを供給できる構成になっている。
この第２噴出孔の開口断面積は、気化管６６に設けられたテーパ部７３の最下部の面積(気化管６６の下部のガイド部７４の開口断面積と同じ、又は、若干小さく構成されている。
第１噴出口から噴射された混合流体が、プレート部材１０９に衝突時、分解、飛散するが、加熱された第２キャリアガス１０５がプレート部材１０９表面上の上下方向だけでなく、水平方向にも供給されるので、気化管６６の周囲内壁への付着防止とプレート部材１０９表面の第2噴出孔の目詰まり防止を図ることができる。
また、この孔(開口部)１１０は混合流体が直接当たらない位置にあるため、第２噴出孔１１１が目詰まりした場合も当該第２噴出孔１１１へのＨｏｔ−Ｎ２ガスの供給量が増加され、プレート表面のホットガス吹出領域の目図り箇所においてもミストの付着を抑制する効果がある。
ここで、第1噴出口から供給される混合流体の流量と、第２噴出孔１１１から供給されるHot-N2ガス１０５の流量のバランスが最適化されている。例えば、このプレート部材１０９に付着する残湾量は、第１噴出口の吹出量と第２噴出孔の吹出量の比は１:７以下の領域に設定されている。
また、ガス導入部材１０８とプレート部材１０９の間の空間には、圧カセンサ１１４が設けられている。この圧カセンサ１１４の値を記録することにより、プレート部材１０９の中心に設けられた第２噴出孔1１１１の目詰まり判定が行われる。尚、図5に示す例は一例であるのは言うまでもない。このように、圧力値により気化器５６のメンテナンス時期の判定を行うことができる。
本実施の形態によれば、第２流体供給部は、気化管６６のプレート部材１０９の表面をプレート部材１０９の外周側から中心側に向けて水平方向に第２キャリアガス１０５を供給するよう構成されている。よって、ミストが、プレート部材１０９の第２噴出孔１１１が存在する領域において、第２噴出孔１１１の無い領域（孔と孔の間）ではミスト付着の確率が高くミストが付着、堆積しても、第２噴出孔１１１を塞ぐ前に第２キャリアガス１０５をシャワープレート１０９表面に供給することができるので、この第２噴出孔１１１の無い領域に付着したミストについても効率よく気化できる。また、シャワープレート１０９周辺の残渣の発生を抑えることができる。
本実施の形態によれば、第２流体供給部は、気化管６６のプレート部材１０９の表面をプレート部材１０９の外周側から中心側に向けて水平方向に第２キャリアガス１０５を供給するよう構成されているので、シャワープレート１０９の第２噴出孔１１１が存在する領域において、第２噴出孔１１１の無い領域（孔と孔の間）ではミスト付着の確率が高くミストが付着、堆積しても第２噴出孔１１１を塞ぐ前に気化することができる。よって、ミストの噴出される流量を多くすることができ、気化器５６の一回で発生させる気化ガスの流量を多くすることができる。
本実施の形態によれば、ガス導入部材１０８に連通される孔１１０から切欠き部１１２を介してシャワープレート１０９表面に供給される第２キャリアガスは、気化管６６に設けられたガイド部７４により、シャワープレート１０９表面への流路が確保されているので、第２噴出孔１１１の目詰まりに関係なく、シャワープレート１０９表面に付着したミストを効率に気化することができる。また、この孔１１０は、ミストが直接付着しない位置にあるため、目詰まりの心配はなく、気化器５６の性能向上及び装置信頼性の向上が期待できる。
本実施の形態によれば、この孔１１０は、ミストが直接付着しない位置にあるため、第２噴出孔１１１に目詰まりが発生しても、ガス導入部材１０８に連通される孔１１０から切欠き部１１２を介してシャワープレート１０９表面に供給される第２キャリアガスは、気化管６６に設けられたガイド部７４により、シャワープレート１０９表面への流路が確保されているので、シャワープレート１０９表面に付着したミストを気化することができる。このように、第２噴出孔１１１に目詰まりが発生しても気化器５６の性能を維持しながら装置信頼性の向上が期待できる。
本実施の形態において、第２流体供給部に第２噴出孔１１１を迂回するようにガス流路を形成し、シャワープレート表面に水平方向に第２キャリアガス１０５を供給することができるため、結果として、第２噴出孔１１１の無い領域にミストが付着しても、シャワープレートの開口面積が減少し、気化効率が悪くなるのが極力抑えられる。よって、加速度的に堆積量が増化し、開口面積が減少しないため、圧力上昇の発生を抑えることができる。
本実施の形態によれば、第２流体供給部は、第２噴出孔１１１を迂回する流路により第２キャリアガス１０５を気化室６５内に供給することができるため、第２噴出孔１１１の目詰まりが発生しても、図５に示す圧力センサ１１４の検出値の変動が少なくて済むため、気化器５６を連続して使用する回数を多くすることができる。よって、本実施の形態によれば、気化器５６の気化性能を維持しながら装置信頼性が向上する。
図１２は、従来の気化器の第２キャリアガス(Ｈｏｔ−Ｎ２ガス)の供給圧力と本発明の気化器の第２キャリアガス(Ｈｏｔ−Ｎ２ガス)１０５の供給圧力とを比較したグラフである。従来の気化器(以後、従来品と称する)は、第２噴出孔１１１からのみ気化室６５内に加熱された不活性ガス(Ｈｏｔ−Ｎ２ガス)１０５を供給する構成であり、本発明の気化器(以後、発明品と称する)は、第２噴出孔１１１からだけでなく、ガス導入部のキャリアガス導入溝１０７、シャワープレート１０９の第２噴出孔１１１より外周側に設けられた流路を形成する孔１１０、シャワープレートスペーサの切欠部１１２を介して気化室６５内にシャワープレート１０９表面に供給されるように構成されている。
気化器５６の検査は、従来品、発明品共に、原料(Ｓｏｕｒｃｅ)ガス流量は、２．０〜４．０ｇ/ｍｉｎで、２分間(２．０ｍｉｎ)の原料供給(Ｖａｐｏｒ ＦＬＯＷ)と１分間(１．０ｍｉｎ)のパージガス供給(Ｎ２パージ)を１サイクルとして、２４〜４７サイクル実施する。ここで、図１２に示す検査条件(Ｔｅｓｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ)は、原料(Ｚｒ ｓｏｕｒｃｅ)ガスは、ＴＥＭＡＺガスであり、原料ガス流量は、３．０ｇ/ｍｉｎで、４７サイクルのものである。
図１２に示すように、従来品は、使用する回数(Ｃｙｃｌｅ)が増えるにつれてガス供給圧力が増加しているのに対して、発明品は、使用する回数が増えても圧力変動がほとんどない。要するに、従来品は、使用する回数(Ｃｙｃｌｅ)が多くなるにつれて第２噴出孔１１１の開口部の目詰まりが発生しているため、気化器５６の性能を維持するために(混合流体を気化するために)第２キャリアガスの供給量を維持するため、ガス供給圧力が増加していることが分かる。一方、発明品は、使用する回数が増えても圧力変動がほとんどない。つまり、発明品では、第２噴出孔１１１の目詰まりが発生していないことが分かる。仮に、目詰まりが発生していても第２噴出孔１１１を迂回する流路で第２キャリアガス１０５を供給することができるので、第２噴出孔１１１に付着したミストを気化することができる。
上述の様に、本実施の形態によれば、以下(ａ)乃至(ｊ)のいずれか一つの効果を奏する。
(ａ)本実施の形態によれば、気化器が、断熱膨張により気化できなかった液体原料に関しても、霧状の液滴となっているので、気化室内で気化される迄の時間が短くなり、該気化室内での液体原料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、気化室内に残留する残渣を軽減することができる。
(ｂ)本実施の形態によれば、第１流体供給部の噴霧流路内の液体原料の圧力が、気化室内の圧力よりも高ければよいので、該気化室内を減圧した減圧場（高真空場）に於いても液体原料を容易に微粒化させ、気化させることができる。
(ｃ)本実施の形態によれば、第１流体供給部の噴霧流路内の増圧、気化室内の減圧が可能であるので、広い圧力範囲で液体原料を気化室内に噴霧することが可能となり、該気化室内に残留する残渣を軽減することができる。
(ｄ)本実施の形態によれば、気化器が、気化室内に混合流体を供給する第１流体供給部と対向する位置に、加熱された不活性ガスを供給する位置に第２流体供給部を設けることにより、気化室内に噴霧された液体原料と第１キャリアガスが混合された混合流体に加熱された不活性ガスを供給するように構成されているので、気化効率が格段に向上すると共に、気化室内に残留する残渣が格段に低減する。
(ｅ)本実施の形態によれば、気化器が、第２流体供給部に構成された第２噴射孔の開口面積と気化管下部の断面積を近似させ、かつその下部から気化管の連通口近傍までテーパ加工を施し、複数の連通口でガス流路を確保させている構成をしているので、気化管の壁面からの熱伝達効率が向上し、ガスの流れの淀み領域が格段に減少する。
(ｆ) 本実施の形態によれば、第２流体供給部が、第２流体供給部に設けられた第２噴出孔を有するプレート部材を介して気化室内に加熱された不活性ガスを噴霧すると共にこのプレート部材の表面を水平に加熱された不活性ガスを供給する構成であるので、気化効率が格段に向上するだけでなく、プレートの噴出孔の目詰まりが抑えられる。
(ｇ) 本実施の形態によれば、第１流体供給部から供給される混合流体の流量と、第２流体供給部から供給される加熱された不活性ガスの流量を比較すると、第２流体供給部から供給される不活性ガスの流量を多く設定するよう構成されているので、気化効率が向上するだけでなく、プレートの噴出孔の目詰まりが抑えられる。特に、第１流体供給部から供給されるガス流量と第２流体供給部から供給されるガス流量の流量比が１：７以下にするように構成されると気化効率が向上するだけでなく、プレートの噴出孔の目詰まりが抑えられる。
(h)本実施の形態によれば、第２流体供給部は、プレート部材の表面に設けられた噴出孔を迂回して加熱された不活性ガスをプレート部材表面に水平に供給する構成であるので、プレート部材に付着する混合流体を気化することによる気化効率が向上する。例えば、プレート部材の噴出孔の無い領域に混合流体が付着しても、プレート部材の表面に加熱された不活性ガスを供給して目詰まりが発生する前に気化することができる。
(i)本実施の形態によれば、第２流体供給部は、ガス導入部材とプレート部材とリング部材が積層された構成であるので、噴出孔を迂回して加熱された不活性ガスをプレートの表面に供給することができる。よって、噴出孔の目詰まりによる圧力上昇を抑制でき、気化器の性能を長期に亘り維持できる。
(j)本実施の形態によれば、第２流体供給部に導入された不活性ガスは、ガス導入部材のキャリアガス導入溝、プレート部材の噴出孔より外側に設けられた流路を形成する孔、リング部材の切欠き部を介して気化器内にプレート部材表面を水平方向に供給されるように構成されているので、第１流体供給部から供給された混合流体がプレート部材の孔が無い領域に付着しても、不活性ガスによる気化が可能であり、気化効率が向上する。また、プレート部材の孔が無い領域に付着した混合流体により、プレート部材の噴出孔が目詰まり開口面積が少なくなるのを抑えることができる。よって、噴出孔の目詰まりによる圧カ上昇を抑制でき、気化器の性能を長期に亘り維持できる。
(第２の実施形態)第１の実施形態のノズル９６及び噴射口１０１の形状では、図１３Ａに示すように噴射口１０１の断面積を小さくすることで少量の不活性ガスで高速噴射が可能となる。
ところが、この構成では、ノズル９６先端部で生成されるミストが鉛直方向だけでなくあらゆる方向へ飛散するため、ノズル９６先端及びノズル９６本体及び噴射口１０１周囲に付着し残渣となる。図１３Ｂに示すように、長期運用後、噴霧時間の累積に比例し、残渣は、ほぼノズルホルダ９５全領域及び上記箇所及びその周辺に多量に堆積した残渣により噴射口１０１の閉塞、またアトマイジング不良を引き起こし、気化器５６の気化性能低下の要因となっていた。尚、このときの第１キャリアガスの供給圧力の圧力上昇値は、６ＫＰａから７ＫＰａであった。
先ず、第２の実施形態におけるノズルホルダ９５の構成を変更した。具体的には、図１４に示すように、ノズル９６の周囲にパージ孔としての複数のパージ用の孔１２１を設けるよう構成し、パージガス(例えば、不活性ガス)をノズル９６の周囲に供給できるようにした。これらはノズルプレートカバー１２２(以後、単にカバーということがある)との組み合わせにより、後述するミスト付着除去効果をもたらす。
また、図１５は、保護部材としてのカバー１２２の構成を示す正面図である。この正面図は、カバー１２２を説明するため、ノズル９６及びノズルホルダ９５に取り付けた場合の、該ノズル９６と複数のパージ孔１２１付近の構成を示す図である。図１５に示すように、ノズル９６とカバー１２２との間で形成される環状口としての円筒状開口１２３の径は３００μｍであり、一方、噴射口１０１の径は７５μｍである。また、このカバー１２２は、ノズル９６先端部で発生するミストのノズルホルダ９５に流入する領域がノズル断面積分を除く３００μｍの環状口１２３に制限されるよう構成されている。この環状口１２３はミストの付着状況により小さくする事も可能であるが、気化性能の制約上噴射口１０１の開口(この場合、７５μｍ)以上に構成される。更に、この環状口１２３からパージガスを気化室６５内に供給される構成のため、ノズル９６先端部及びノズル９６円筒部に、ミスト付着が発生せず、後述するミスト付着除去効果が向上する。よって、噴射口１０１の閉塞が発生しない。
図１６は、ノズルホルダ９５にノズルプレートカバー１２２を設けた第２の実施形態における第１流体供給部の構成を示す断面図である。本構成は、ノズル９６と、このノズル９６周囲に複数の孔１２１を設けるよう構成されているノズルホルダ９５と、このノズルホルダ９５を覆うよう取り付けられるカバー１２２とを少なくとも含む構成である。尚、図１６に示す点線は第１キャリアガスの流路を模式的に示したものである。
これにより、噴射口１０１に供給される不活性ガスが、そのまま環状口１２３を介して気化室６５に供給されることにより、第１実施形態と同様に液体原料６３のミスト化を行う。複数の孔１２１から供給される不活性ガスがカバー１２２内に構成されるパージ空間(以後、プレートカバー内空間ともいう)としての空間１２４を通過した後、液体原料６３のミスト化を行う不活性ガスと同様に環状口１２３から気化室６５内に流れるよう構成される。このような構成により、噴射口１０１から供給される不活性ガスと複数の孔１２１から供給される不活性ガスによる２つの異なるガス流が、この環状口１２３と空間１２４の境界付近で合流し、環状口１２３の付近に存在することが可能になる。
次に、図１６に示される第２実施形態における第１流体供給部の要部における第１キャリアガス８８としての不活性ガスの流れについて説明する。先ず、不活性ガスがキャリアガス室９８に充填される。そして、加圧された不活性ガスが、噴射口１０１及びパージ孔１２１を通過する。
そして、図１６内の点線で示されているように、噴射口１０１より噴き出した不活性ガスは、パージ空間１２４、環状口１２３を通過し、ノズル９６先端へ到達しノズル９６先端部の液体原料６３をアトマイジングし、ミスト化する。この際、噴射口１０１から噴き出した不活性ガスは、その速度低下を妨げられることなく(高速のまま)、液体原料６３のミスト化に寄与するように構成されている。
一方、図１６内の点線で示されているように、パージ孔１２１を通過した不活性ガスは、パージ空間１２４を介してカバー１２２に衝突する。これにより、速度を落とした状態で不活性ガスの向きがノズル９６方向へ変更され、パージ空間１２４でその周囲に沿ったガス流となり環状口１２３近傍で噴射口１０１から噴き出した不活性ガスと合流され気化室６５に供給される。このガス流は噴射口１０１及びその円周部直下でミスト付着保護層を形成させかつ環状口１２３より流入されるミストを環状口１２３より排出するミスト付着除去相乗効果を生み出す事ができる。
このように、本実施形態(第２実施形態)における第１流体供給部(Ａ)によれば、第１実施形態における噴射口１０１に加え、パージ孔１２１からも不活性ガスを供給することにより、ノズル９６先端部でアトマイジングされたミストは、カバー１２２の環状口１２３周囲及びカバー１２２のテーパ面及びノズル９６先端部に付着するが、噴射口１０１周囲及びノズル円筒部には、微量の付着に留めることができる。従い、第１実施形態に比べ、噴射口１０１の閉塞及びノズル円筒部への付着の抑制効果は大きく改善されている。
(第２の実施形態における検証結果)図１７に第１流体供給部(Ａ)の構成を第１実施形態から第２実施形態に変更して気化器５６の気化性能を検証した結果を示す。
図１７の左欄(気化器Ａと記載)は、ノズル９６の噴射口１０１のみの構成で第１流体供給部(特にノズル９６周囲)の残渣における効果を示す。図１７の右欄(気化器Ｂと記載)は、気化器Ａのノズルホルダ９５に、更に、ノズルプレートカバー１２２を設けた構成に変更したときの第１流体供給部(特に、ノズル９６周囲)の残渣における効果を示す。
気化器５６の検査は、気化器Ａ、気化器Ｂ共に、原料(Ｓｏｕｒｃｅ)ガス流量は、３．０ｇ/ｍｉｎで、２分間(２．０ｍｉｎ)の原料供給(Ｖａｐｏｒ ＦＬＯＷ)と１分間(１．０ｍｉｎ)のパージガス供給(Ｎ２パージ) １分間(１．０ｍｉｎ)のガス排気(ＶＡＣＵＵＭ)を１サイクルとして、気化器Ａは３７５サイクル、気化器Ｂは、３２０サイクル行った。そして、圧力センサによる第１キャリアガスの供給圧力の圧力上昇値の閾値を１ＫＰａ以下と設定した結果、気化器Ａは、圧力が６ＫＰａ上昇したが、気化器Ｂは、圧力が６００Ｐａ(１ＫＰａ未満)しか上昇していない。
気化器Ａであっても、残渣量は低減されているものの長期運用を考慮すると、ノズルホルダ９５及びノズル９６先端部に残渣量が多くなっており、圧力上昇が設定値(１ＫＰａ)と比較して大きくなっている。一方、気化器Ｂは、３２０回繰返した後であっても、残渣量も微量となっており、圧力上昇が１ＫＰａ未満に抑えられている。従い、実用化を考慮すると、気化器Ｂは、圧力上昇が小さく長期運用に適用可能である。
更に、気化器Ｂは、ノズルホルダ９５及びノズル９６先端部に極僅かな量の残渣は見受けられるが、ノズル９６の円筒部に残渣が付着していない。つまり、噴射口１０１が全く閉塞していないことを示している。また、図１７によれば、カバー１２２の周囲に微量の残渣が付着している程度であり、第１流体供給部(Ａ)の性能が保持されていることを示している。
上述のように、第２の実施形態における第１流体供給部(Ａ)の構成をパージ用の複数の孔１２１を設けることにより、残渣量を低減でき、更に、カバー１２２を設けることにより、気化器５６の長期運用後でも性能維持が確保されており、気化性能の信頼性向上が図れる。
尚、第２の実施形態において、第２流体供給部（Ｂ）の構成は同じであるため、詳細説明は省略する。また、第２の実施形態において、第２流体供給部の構成は同じであるため、第１の実施形態における効果を包含する。但し、この第２流体供給部（Ｂ）の構成は本形態に限定されない。
上述の様に、本実施の形態(第２の実施形態)によれば、第１の実施形態における効果のうち、少なくとも一つ以上の効果を含むのに加え、更に、以下(ｋ)乃至(ｎ)のいずれか一つの効果を奏する。
(ｋ)本実施の形態によれば、ノズルホルダに噴射口以外に複数のパージ用の孔を設けることにより、ノズル及びノズルの円筒部のミスト付着を抑制させ、噴射口周囲の残渣量を低減できる。
(ｌ)本実施の形態によれば、ノズルホルダを、ノズルプレートカバーで覆うように設けることにより、ミストがノズルホルダに流入する領域が、ノズル断面積分を除く３００μｍの開口に制限される。これにより、ノズル及びノズルの円筒部のミスト付着を抑制させ、噴射口周囲の残渣量を低減できる。
(ｍ)本実施の形態によれば、流路の異なるガス流が、ノズルとノズルプレートカバーの開口付近に常時存在することにより、アトマイジング性能低下の要因である、ノズル及びノズルの円筒部のミスト付着を抑制させ、噴射口周囲の残渣量を低減することができる。
(ｎ)本実施の形態によれば、ノズルホルダに噴射口以外に複数のパージ用の孔を設け、更に、このノズルホルダをノズルプレートカバーで覆うように設けることにより、アトマイジング性能低下の要因である、ノズル及びノズルの円筒部のミスト付着を抑制させ、噴射口周囲の残渣量を低減し、アトマイジング性能の長寿命化が可能な気化システムを提供することができる。
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（Ｃ２Ｈ５）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。
＜本発明の好ましい態様＞以下、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）本発明の一態様によれば、一端部１０９と他端部９５とを有する気化室６５と、前記他端部９５で気化室６５に接続され、前記一端部１０９に向けて第１キャリアガス８８と液体原料６３が混合された混合流体とを供給する第１流体供給部(Ａ)と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部１０９の周縁側から中心側へ第２キャリアガス１０５を供給する第２流体供給部(Ｂ)と、を備える気化システム５６が提供される。
（付記２）好ましくは、付記１の気化システムであって、前記第２流体供給部(Ｂ)には、前記一端部１０９の周縁部に前記第２キャリアガス１０５が流れる流路を構成する孔１１０が形成されるよう構成される。
（付記３） 好ましくは、付記２の気化システムであって、前記第２流体供給部(Ｂ)には、前記孔１１０の下流側に前記孔１１０から供給された前記第２キャリアガス１０５の流れの向きを前記一端部１０９の中心側へ変更するガイド部７４が構成される。
（付記４）好ましくは、付記３の気化システムであって、前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記ガイド部７４と前記孔１１０の間に隙間が設けられるよう構成される。
（付記５）好ましくは、付記４の気化システムであって、前記隙間は、前記気化室６５と前記孔１１０とを連通させる複数の切欠き部１１２が設けられるように前記一端部１０９の周縁側の部位が構成される。
（付記６）好ましくは、付記２の気化システムであって、前記第２流体供給部(Ｂ)には、前記孔１１０の上流側に該孔１１０に接続される空間と、該空間へ前記第２キャリアガス１０５を導入するガス導入部１０８が構成される。
（付記７）好ましくは、付記６の気化システムであって、前記空間には、前記孔１１０と前記ガス導入部１０８を連通させる複数の溝部１０７が設けられるように前記一端部１０９の周縁側の部位が構成される。
（付記８）好ましくは、付記１の気化システムであって、前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記一端部１０９の中心部に前記第２キャリアガス１０５を噴出する噴出孔１１１が形成されるよう構成される。
（付記９）好ましくは、付記８の気化システムであって、前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記一端部１０９の前記噴出孔１１１から前記一端部１０９の中心側の混合流体へ向けて前記第２キャリアガス１０５を供給するよう構成される。
（付記１０）好ましくは、付記１乃至付記３、付記６、付記８または付記９のうちいずれか一つの気化システムであって、前記第２キャリアガス１０５は、加熱された不活性ガスである。
（付記１１）好ましくは、付記１の気化システムであって、前記気化管６６のガイド部７４の開口断面積と前記一端部１０９の中心部に形成される噴出孔１１１の面積は略同じに構成される。
（付記１２）好ましくは、付記１の気化システムであって、前記気化管６６の側壁は、前記混合流体が前記第２キャリアガス１０５により気化されたガスを前記気化室６５から排出するための排出孔７０が設けられるよう構成される。
（付記１３）好ましくは、付記１２の気化システムであって、前記排出孔７０は、前記気化管６６の側壁に周方向に均等で複数設けられるよう構成される。
（付記１４）好ましくは、付記１２または付記１３の気化システムであって、前記気化室６５は、前記気化管６６内に前記気化されたガスの流路が形成され、前記気化されたガスが前記排出孔７０に流れるよう構成される。
（付記１５）本発明の他の態様によれば、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、を少なくとも具備し、前記気化器は、一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けて第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体とを供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へ第２キャリアガスを供給する第２流体供給部と、構成されている基板処理装置が提供される。
（付記１６）本発明の更に他の態様によれば、一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けて第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体とを供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へ第２キャリアガスを供給する第２流体供給部と、を備える気化器により、前記液体原料を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、原料ガスが除去された前記処理室に反応ガスを供給する工程と、前記処理室から反応ガスを除去する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記１７）本発明の更に他の態様によれば、一端部と他端部とを有する気化室で前記他端部から前記一端部に向けて第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体を供給し、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へ第２キャリアガスを供給し、前記混合流体を気化する工程と、前記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、原料ガスが除去された前記処理室に反応ガスを供給する工程と、前記処理室から反応ガスを除去する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記１８）本発明の更に他の態様によれば、一端部と他端部とを有する気化室で前記他端部から前記一端部に向けて第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体を供給し、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へ第２キャリアガスを供給し、前記混合流体を気化する方法が提供される。
（付記１９）本発明の更に他の態様によれば、コンピュータに、一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けて第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体とを供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へ第２キャリアガスを供給する第２流体供給部と、を備える気化器により液体原料を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手順と、該処理室から原料ガスを除去する手順と、原料ガスが除去された前記処理室に反応ガスを供給する手順と、前記処理室から反応ガスを除去する手順とを実行させるプログラム、及び該プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体が提供される。
(付記２０) 本発明の更に他の態様によれば、気化部（気化室６５、気化管６６内）に第1キャリアガス（不活性ガス） ８８と液体原料６３が混合された混合流体を供給する第1流体供給部(Ａ)に対向する位置に設けられ、前記混合流体に向けて前記気化部（気化室６５、気化管６６内）のシャワープレート(Ｂ．ＵＰプレート）１０９の表面から第２キャリアガス（不活性ガス）１０５を供給する第２流体供給部(Ｂ)が、前記気化部（気化室６５、気化管６６内）のシャワープレート(Ｂ．ＵＰプレート）１０９に到達した前記混合流体に向けて、前記シャワープレート１０９の周縁側から中心側へ（前記プレート部材１０９の表面に平行に、若しくは水平方向に）前記第２キャリアガス１０５を供給するよう構成されている気化システム（気化器５６) が提供される。
（付記２１） 好ましくは、付記２０の気化システムにおいて、 前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記底面部１０９の周縁部にガス流路を形成する前記孔(開口穴)１１０が構成されている。
（付記２２） 好ましくは、付記２１の気化システムにおいて、 前記気化部は、前記孔(開口穴)１１０の上側にガスの流れの向きを変更するガイド部７４が構成されている。
（付記２３） 好ましくは、付記２２の気化システムにおいて、 前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記ガイド部７４と前記孔(開口穴)１１０の間に隙間が設けられ、前記孔(開口穴)１１０は、第２噴出孔(吹き出し穴)１１１よりも外側(外周側)であって、底面部(Ｂ．ＵＰプレート)１０９の周方向に均等、多数設けられる。
（付記２４） 好ましくは、付記２３の気化システムにおいて、 前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記隙間には拡大部(切欠き部)１１２が設けられる。
（付記２５） 好ましくは、付記２０または付記２４の気化システムにおいて、 前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記気化部の底面部１０９上を外周側から中心側に向かう方向に加え、底面部１０９の第２噴出孔(吹き出し穴)１１１から上方へ向けて第２キャリアガス１０５を供給するよう構成されている。
（付記２６） 好ましくは、付記２５の気化システムにおいて、 前記第２流体供給部(Ｂ)は、前記気化部の底面部１０９上を外周側から中心側へ(水平方向に)供給されるガスの流量は、底面部１０９の第２噴出孔(吹き出し穴)１１１から上方へ向けて供給されるガスの流量より少なくなるよう構成される。
（付記２７） 好ましくは、付記２８の気化システムにおいて、 前記第２流体供給部は、底面部１０９の第２噴出孔(吹き出し穴)１１１から上方へ向けて供給されるガスの流量は、気化部の上側から供給される混合流体(ミスト)の流量の７倍以上になるよう構成される。
（付記２８） 本発明の他の態様によれば、 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少なくとも制御する制御部とを具備し、前記気化器は、内部に第１キャリアガスと液体原料ガスの混合ガスを供給する第１流体供給部と、該第１流体供給部に対向する位置に設けられ、前記混合流体に向かって前記気化管の底面部の表面から(垂直方向に)第２キャリアガスを供給する第２流体供給部とを有し、前記第２流体供給部が、前記気化管の底面部に到達した前記混合流体に向かって前記底面部の周縁側から中心側へ(水平方向に)前記第２キャリアガスを供給するよう構成されている基板処理装置が提供される。
（付記２９） 本発明の更に他の態様によれば、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、原料ガスが除去された前記処理室に反応ガスを供給する工程と、前記処理室から反応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は、前記気化器内に第１キャリアガスと液体原料の混合流体を供給し、前記混合ガスに向かって前記気化管の底面部の表面から(垂直方向に)第２キャリアガスを供給すると共に前記気化管の底面部に到達した前記混合流体に向かって前記底面部の周縁側から中心側へ(水平方向に)前記第２キャリアガスを供給する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記３０） 本発明の更に他の態様によれば、コンピュータに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手順と、該処理室から原料ガスを除去する手順と、原料ガスが除去された前記処理室に反応ガスを供給する手順と、前記処理室から反応ガスを除去する手順とを実行させるプログラム、及び該プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体であって、前記処理室に原料ガスを供給する手順は、前記気化器内に第１キャリアガスと液体原料が混合された混合流体を供給し、前記混合流体に向かって前記気化管の底面部の表面から(垂直方向に)第２キャリアガスを供給すると共に前記気化管の底面部に到達した前記混合ガスに向かって水平方向に前記第２キャリアガスを供給する手順とを少なくとも有するプログラム、及び該プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体が提供される。
この出願は、２０１５年７月１６日に出願された国際出願ＰＣＴ/ＪＰ２０１５/０７０３９６を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
本発明は、液体原料を気化した気化ガスを供給する技術に係り、特に、液体原料を気化した気化ガスを利用して、基板に所定の処理を施す基板処理装置に適用できる。
６ ウェーハ
７ 処理室
５６ 気化器
６３ 液体原料
６５ 気化室
８８ 第1キャリアガス
９５ 他端部（ノズルホルダ）
９６ 噴霧ノズル
１０１ 噴射口（アトマイザー噴射口）
１０５ 第２キャリアガス
１０９ 一端部（プレート部材、シャワープレート）

Claims (14)

  1. 一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けてキャリアガスと液体原料が混合された混合流体を噴射口から供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の中心部に形成された噴出孔からキャリアガスを供給する第２流体供給部と、
    を備える気化システムであって、
    前記第１流体供給部及び前記第２流体供給部のうち少なくとも一方は、前記噴射口または前記噴出孔から前記気化室に供給されるキャリアガスの流れと、該キャリアガスの流れと異なる前記キャリアガスの他の流れをそれぞれ形成するように構成されている気化システム。
  2. 前記第１流体供給部は、前記液体原料が供給されるノズルの周囲に複数のキャリアガス用のパージ孔を設けるホルダと、前記ノズル及び前記ホルダに取り付けられ、前記ノズルとの間に開口を形成する保護部材と、を備える請求項１記載の気化システム。
  3. 前記ノズル及び前記ホルダに取り付けられた前記保護部材は、更に空間を形成し、前記噴射口を通過した前記キャリアガスは、前記空間、前記開口を通過し、前記ノズルの先端部へ到達し、前記液体原料をミスト化するように構成されている請求項２に記載の気化システム。
  4. 前記ノズル及び前記ホルダに取り付けられた前記保護部材は、更に空間を形成し、前記パージ孔を通過した前記キャリアガスは、該空間を介して前記保護部材に衝突した後、前記空間を流れ、前記開口近傍で前記噴射口から噴き出したキャリアガスと合流するように構成されている請求項２に記載の気化システム。
  5. 前記第１流体供給部は、前記保護部材により前記ノズルの先端部で発生するミストが前記ホルダに流入する領域がノズル断面積分を除く前記開口に制限されるよう構成されている請求項３記載の気化システム。
  6. 前記気化室の側壁は、前記第１流体供給部から供給される前記混合流体が前記第２流体供給部から供給される加熱されたキャリアガスによって、前記液体原料の気化されたガスを前記気化室から排出する排出孔が設けられる請求項１記載の気化システム。
  7. 前記排出孔は、前記気化室の側壁に周方向に均等で複数設けられる請求項６記載の気化システム。
  8. 前記気化室には、前記気化されたガスの流路が形成され、
    前記気化されたガスが前記流路を介して前記排出孔に流れるよう構成される請求項６記載の気化システム。
  9. 前記第２流体供給部は、前記噴出孔の開口断面積と前記気化管のガイド部の開口断面積が同じ大きさかもしくは前記ガイド部の開口断面積の方が大きく構成されている請求項２記載の気化システム。
  10. 前記第２流体供給部は、前記第１流体供給部に対向する位置に設けられる請求項１記載の気化システム。
  11. 前記第２流体供給部から供給される前記キャリアガスの流量は、前記第１流体供給部から供給される前記混合流体の流量の７倍以上である請求項１記載の気化システム。
  12. 前記液体原料は、ＴＥＭＡＺ、ＴＤＥＡＺ、ＴＤＭＡＺよりなる群から選択される請求項１記載の気化システム。
  13. 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、を少なくとも具備し、前記気化器は、一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けてキャリアガスと液体原料が混合された混合流体とを噴射口から供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の中心部に形成された噴出孔からキャリアガスを供給する第２流体供給部と、を有し、前記第１流体供給部及び前記第２流体供給部のうち少なくとも一方は、前記噴射口または前記噴出孔から前記気化室に供給されるキャリアガスの流れと、該キャリアガスの流れとは異なる前記キャリアガスの他の流れをそれぞれ形成するように構成されている基板処理装置。
  14. 一端部と他端部とを有する気化室と、前記他端部で気化室に接続され、前記一端部に向けてキャリアガスと液体原料が混合された混合流体とを噴射口から供給する第１流体供給部と、前記一端部の前記混合流体に向けて前記一端部の周縁側から中心側へキャリアガスを供給する第２流体供給部とを備え、前記第１流体供給部及び前記第２流体供給部のうち少なくとも一方は、前記噴射口または前記噴出孔から前記気化室に供給されるキャリアガスの流れと、該キャリアガスの流れとは異なる前記キャリアガスの他の流れをそれぞれ形成するように構成されている気化器により、前記液体原料を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、原料ガスが除去された前記処理室に反応ガスを供給する工程と、前記処理室から反応ガスを除去する工程とを有する半導体装置の製造方法。


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