JP2014127702A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、気化システム、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法、気化システム、プログラムおよび記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】液体原料の供給量を増加させることができるようにする。
【解決手段】基板２００を収容する処理室２０１と、液体原料２９１を気化する気化器２７０と、処理室２０１に気化ガスを供給する気化ガス供給系２３２ａと、気化器２７０に形成される気化室２７４に液体原料２９１およびキャリアガスを供給し、気化室２７４内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう気化ガス供給系２３２ａを制御するように構成される制御部２８０と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、気化システム、プログラムおよび記録媒体に関する。
半導体装置の製造工程の一工程として、液体原料を用いて、基板上に成膜する技術が特許文献１に開示されている。液体原料を用いて成膜等の基板処理を行う際には、液体原料を気化させて気体状態とした原料ガスを用いることが行われている。液体原料を気化させるには、例えば、特許文献２に示すような気化器が好適に用いられる。
特開２０１０−２８０９４号公報 特開２００７−１００２０７号公報
半導体装置の微細化により、ウエハ表面積が増加し、また、より深い溝への成膜等の処理が必要となってきており、液体原料の供給量を増加させることが要求されている。
本発明の主な目的は、液体原料の供給量を増加させることができる基板処理装置、半導体装置の製造方法、気化システム、プログラムおよび記録媒体を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
液体原料を気化する気化器を有し、前記処理室に気化ガスを供給する気化ガス供給系と、
前記気化器に形成される気化室に液体原料およびキャリアガスを供給し、前記気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう前記気化ガス供給系を制御するように構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給し、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程と、
前記気化ガスを基板が収容された処理室に供給して、基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化器の気化室内に供給し、前記液体原料を気化する気化器と、ガスフィルタと、ミストフィルタを有する気化システムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
気化器を加熱する手順と、
前記気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給する手順と、
を行うことで、液体原料を気化する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
気化器を加熱する手順と、
前記気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給する手順と、
を行うことで、液体原料を気化する手順をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明によれば、液体原料の供給量を増加させることができる。
図１は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 図２は、図１のＡＡ線概略横断面図である。 図３は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置の原料供給系を説明するための概略図である。 図４は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置の気化器を説明するための概略縦断面図である。 図５は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置のミストフィルタを説明するための概略斜視図である。 図６は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置のミストフィルタを説明するための概略分解斜視図である。 図７は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置のコントローラを説明するための概略図である。 図８は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用してジルコニウム酸化膜を製造するプロセスを説明するためのフローチャートである。 図９は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用してジルコニウム酸化膜を製造するプロセスを説明するためのタイミングチャートである。 図１０は、気化器に供給する液体原料の流量と、気化器の出口の圧力との関係を示す図である。 図１１は、気化条件による気化器２７０の出口の全圧と分圧の関係について示す図である。
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
液体原料の供給量を増加させるためには、液体原料の供給時間を長くすることが考えられる。しかしながら、原料供給時間を長くすると、成膜等の基板処理時間が長くなり、半導体装置の生産性が著しく低下してしまう。成膜等の基板処理時間を短くするためには、液体原料の１回当たりの気化量を多くし短時間に成膜することが好ましい。
しかし、従来の気化条件（希釈用のＮ２ガス流量：２５ｓｌｍ、Ｎ２キャリアガス流量：１ｓｌｍ、液体流量：０．３ｇ／ｍｉｎ（希釈用のＮ２ガス流量、Ｎ２キャリアガス流量、液体流量については、後に説明する））のままで、液体流量のみを大きくして液体原料を多く供給しても、液体原料を十分に気化できず、気化室内に気化不良となった液体原料が残り、液体原料の熱分解生成物や重合物が気化室内部に堆積し、異物の発生や閉塞といった問題が発生する。
液体原料の気化量を多くするための他の方法として、気化室内の圧力を低くするために希釈Ｎ２流量を低下させることが考えられる。しかしながら、縦型バッチ成膜装置等の複数の基板を同時に処理する装置では、膜厚均一性等の基板処理均一性の確保のため供給管内のＮ２ガス流量を低下させることができず、気化量を多くすることができない。
以上のことを考慮し、本発明の好ましい実施の形態では、液体原料の気化量を多くすると共に、気化室内で気化不良に伴う堆積物による異物発生や詰りを抑制または防止できるようにした。
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照してより詳細に説明する。
まず、本発明の好ましい実施形態で好適に使用される基板処理装置について説明する。この基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
下記の説明では、基板処理装置の一例として、一度に複数枚の基板に対し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述べる。しかし、本発明は、バッチ式縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、一度に１枚もしくは数枚の基板に対し成膜処理等を行う枚葉装置である基板処理装置を使用しても良い。
図１および図２を参照して、基板処理装置の処理炉２０２について説明する。
（プロセスチューブ）
処理炉２０２は、中心線が垂直になるように縦向きに配されて筐体（図示せず）によって固定的に支持された反応管としての縦形のプロセスチューブ２０５を備えている。プロセスチューブ２０５は、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３とを備えている。インナチューブ２０４およびアウタチューブ２０３は、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、円筒形状にそれぞれ一体成形されている。
インナチューブ２０４は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ２０４内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で多段に積層されたウエハ２００を収納して処理する処理室２０１が形成されている。インナチューブ２０４の下端開口は、ウエハ２００群を保持したボート２１７を出し入れするための炉口を構成している。したがって、インナチューブ２０４の内径は、ウエハ２００群を保持したボート２１７の最大外径よりも大きくなるように設定されている。アウタチューブ２０３は、インナチューブ２０４と相似形状にあって、その内径はインナチューブ２０４に対して大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２０４の外側を取り囲むようにインナチューブ２０４と同心円に被せられている。アウタチューブ２０３の間の下端部は、マニホールド２０９上部のフランジ２０９ａにＯリング（図示せず）を介して取り付けられ、Ｏリングによって気密に封止されている。インナチューブ２０４の下端部は、マニホールド２０９の内側の円形リング部２０９ｂ上に搭載されている。マニホールド２０９は、インナチューブ２０４およびアウタチューブ２０３についての保守点検作業や清掃作業のために、インナチューブ２０４およびアウタチューブ２０３に着脱自在に取り付けられている。マニホールド２０９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２０５は垂直に据え付けられた状態になっている。
（排気ユニット）
マニホールド２０９の側壁の一部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。マニホールド２０９と排気管２３１との接続部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口が形成されている。排気管２３１内は、排気口を介して、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間からなる排気路内に連通している。なお、排気路の横断面形状は、一定幅の円形リング形状になっている。排気管２３１には、上流から順に、圧力センサ２４５、圧力調整バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２３１ａ、真空排気装置としての真空ポンプ２３１ｃが設けられている。真空ポンプ２３１ｃは、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。ＡＰＣバルブ２３１ａおよび圧力センサ２４５には、コントローラ２８０が電気的に接続されている。コントローラ２８０は、処理室２０１内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２３１ａの開度を制御するように構成されている。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２３１ａにより、本実施形態に係る排気ユニット（排気系）が構成される。また、真空ポンプ２３１ｃを排気ユニットに含めてもよい。
（基板保持具）
マニホールド２０９には、マニホールド２０９の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９が垂直方向下側から当接される。シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、プロセスチューブ２０５の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１１５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２１９上には、ウエハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に立脚されて支持されている。ボート２１７は、上下で一対の端板２１７ｃと、端板２１７ｃ間に垂直に設けられた複数本の保持部材２１７ａとを備えている。端板２１７ｃおよび保持部材２１７ａは、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなる。各保持部材２１７ａには、多数条の保持溝２１７ｂが長手方向に等間隔に設けられている。ウエハ２００の円周縁が複数本の保持部材２１７ａにおける同一の段の保持溝２１７ｂ内にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ２００は水平姿勢か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。
また、ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、上下で一対の補助端板２１７ｄが複数本の補助保持部材２１８によって支持されて設けられている。各補助保持部材２１８には、多数条の保持溝が設けられている。保持溝には、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をした複数枚の断熱板２１６が、水平姿勢で多段に装填される。断熱板２１６によって、後述するヒータユニット２０７からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなっている。
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。回転軸２５５を回転させることで処理室２０１内にてウエハ２００を回転させることができる。シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１内外に搬送することが可能となっている。
（ヒータユニット）
アウタチューブ２０３の外部には、プロセスチューブ２０５内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット２０７が、アウタチューブ２０３を包囲するように設けられている。ヒータユニット２０７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え付けられた状態になっており、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２０５内には、温度検出器としての温度センサ２６９が設置されている。主に、ヒータユニット２０７、温度センサ２６９により、本実施形態に係る加熱ユニット（加熱系）が構成される。
（ガス供給ユニット）
インナチューブ２０４の側壁（後述する排気孔２０４ａとは１８０度反対側の位置）には、チャンネル形状の予備室２０１ａが、インナチューブ２０４の側壁からインナチューブ２０４の径方向外向きに突出して垂直方向に長く延在するように形成されている。予備室２０１ａの側壁はインナチューブ２０４の側壁の一部を構成している。また、予備室２０１ａの内壁は処理室２０１の内壁の一部を形成している。予備室２０１ａの内部には、予備室２０１ａの内壁（すなわち処理室２０１の内壁）に沿うように、予備室２０１ａの内壁の下部より上部に沿ってウエハ２００の積層方向に延在されて処理室２０１内にガスを供給するノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈが設けられている。すなわち、ノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈはＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。便宜上、図１には１本のノズルを記載しているが、実際には図２に示すように４本のノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈが設けられている。ノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈの側面には、ガス（原料ガス）を供給する多数のガス供給孔２５０ｉ、２５０ｂ、２５０ａ、２５０ｈがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ｉ、２５０ｂ、２５０ａ、２５０ｈは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
マニホールド２０９を貫通したノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈの水平部の端部は、プロセスチューブ２０５の外部で、ガス供給ラインとしてのガス供給管２３２ｉ、２３２ｂ、２３２ａ、２３２ｈとそれぞれ接続されている。
このように、本実施の形態におけるガス供給の方法は、予備室２０１ａ内に配置されたノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈを経由してガスを搬送し、ノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ｉ、２５０ｂ、２５０ａ、２５０ｈからウエハ２００の近傍で初めてインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。
インナチューブ２０４の側壁であってノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈに対向した位置、すなわち予備室２０１ａとは１８０度反対側の位置には、例えばスリット状の貫通孔である排気孔２０４ａが垂直方向に細長く開設されている。処理室２０１と、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間からなる排気路２０６とは排気孔２０４ａを介して連通している。従って、ノズル２４９ｉ、２４９ｂ、２４９ａ、２４９ｈのガス供給孔２５０ｉ、２５０ｂ、２５０ａ、２５０ｈから処理室２０１内に供給されたガスは、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れた後、排気口を介して排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。ガス供給孔２５０ｉ、２５０ｂ、２５０ａ、２５０ｈから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行な方向に向かって流れた後、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れる。すなわち処理室２０１内におけるガスの主たる流れは水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行な方向となる。なお、排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
図３を参照すれば、ガス供給管２３２ｉ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）２３５ｉおよび開閉弁であるバルブ２３３ｉがそれぞれ設けられており、例えば不活性ガスであるＮ２がガス供給管２３２ｉおよびノズル２４９ｉを通って処理室２０１へ供給される。主に、ノズル２４９ｉ、ガス供給管２３２ｉ、ＭＦＣ２３５ｉ、バルブ２３３ｉ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２３２ｈ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）２３５ｈおよび開閉弁であるバルブ２３３ｈがそれぞれ設けられており、例えば不活性ガスであるＮ２がガス供給管２３２ｈおよびノズル２４９ｈを通って処理室２０１へ供給される。主に、ノズル２４９ｈ、ガス供給管２３２ｈ、ＭＦＣ２３５ｈ、バルブ２３３ｈにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、オゾン（Ｏ３）ガスを生成する装置であるオゾナイザ２２０、開閉弁であるバルブ２３３ｊ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３５ｂ及び開閉弁であるバルブ２３３ｂが設けられている。ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述のノズル２４９ｂが接続されている。
ガス供給管２３２ｂの上流側は、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２２０に供給されたＯ２ガスは、オゾナイザ２２０にてＯ３ガスとなり、処理室２０１内に供給される。
ガス供給管２３２ｂにはオゾナイザ２２０とバルブ２３３ｊの間に、排気管２３１に接続されたベントライン２３２ｇが接続されている。このベントライン２３２ｇには開閉弁であるバルブ２３３ｇが設けられており、Ｏ３ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２３３ｇを介して原料ガスをベントライン２３２ｇへ供給する。バルブ２３３ｊを閉め、バルブ２３３ｇを開けることにより、オゾナイザ２２０によるＯ３ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止することができる。Ｏ３ガスを安定して精製するには所定の時間を要するが、バルブ２３３ｊ、バルブ２３３ｇの切り替え動作によって、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることができる。
さらにガス供給管２３２ｂには、バルブ２３３ｂの下流側に不活性ガス供給管２３２ｆが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｆには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３５ｆ、及び開閉弁であるバルブ２３３ｆが設けられている。
主に、ガス供給管２３２ｂ、ベントライン２３２ｇ、オゾナイザ２２０、バルブ２３３ｊ、２３３ｇ、２３３ｂ、マスフローコントローラ２３５ｂ、ノズル２４９ｂ、不活性ガス供給管２３２ｆ、マスフローコントローラ２３５ｆ、バルブ２３３ｆにより第１のガス供給系が構成される。
ガス供給管２３２ａには上流方向から順に、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２７０、開閉弁であるバルブ２３３ａ、ミストフィルタ３００及びガスフィルタ３０１が設けられている。ガス供給管２３２ａの先端部には、上述のノズル２４９ａが接続されている。バルブ２３３ａを開けることにより、気化器２７０内にて生成された気化ガスがノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
ガス供給管２３２ａには、気化器２７０とバルブ２３３ａとの間に不活性ガス供給管２３２ｃが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３５ｃ及び開閉弁であるバルブ２３３ｃが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｃからは、例えば不活性ガスであるＮ２が供給される。不活性ガス供給管２３２ｃからの不活性ガスで、気化器２７０で生成された気化ガスを希釈して処理室２０１内に供給する。気化器２７０で生成された気化ガスを不活性ガス供給管２３２ｃからの不活性ガスで希釈することにより、ボート２１７に搭載されるウエハ２００間の膜厚均一性等のウエハ２００間におけるウエハ２００の処理の均一性を調整することができる。
ガス供給管２３２ａには、気化器２７０とバルブ２３３ａとバルブ２３３ｃとの間に排気管２３１に接続されたベントライン２３２ｅが接続されている。このベントライン２３２ｅには開閉弁であるバルブ２３３ｅが設けられており、気化器２７０で気化された気化ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２３３ｅを介して気化ガスをベントライン２３２ｅへ供給する。バルブ２３３ａを閉め、バルブ２３３ｅを開けることにより、気化器２７０における気化ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内への気化ガスの供給を停止することができる。気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、バルブ２３３ａとバルブ２３３ｅの切り替え動作によって、処理室２０１内への気化ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることができる。
ガス供給管２３２ａには、気化器２７０とバルブ２３３ａとバルブ２３３ｃとの間に、圧力計３０２が接続されている。
気化器２７０の上流側には、気化器２７０に液体原料を供給する液体原料供給管２９２ｃと、気化器２７０の上部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２９２ａと、気化器２７０の下部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２９２ｂと、がそれぞれ接続されている。不活性ガス供給管２９２ａ、２９２ｂからは、例えば不活性ガスであるＮ２が供給される。
液体原料供給管２９２ｃには、上流方向から順に、液体原料を貯留する液体原料供給タンク２９０、開閉弁であるバルブ２９３ｅ、液体原料の流量を制御する液体流量制御器（液体流量制御部）である液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）２９５ｃ及び開閉弁であるバルブ２９３ｃが設けられている。液体原料供給管２９２ｃの上流側端部は、液体原料供給タンク２９０内の液体原料２９１内に浸されている。液体原料供給タンク２９０の上部には、Ｎ２等の不活性ガスを供給する圧送ガス供給管２９２ｄが接続されている。圧送ガス供給管２９２ｄの上流側は、圧送ガスとしてのＮ２等の不活性ガスを供給する図示しない圧送ガス供給源に接続されている。圧送ガス供給管２９２ｄには、開閉弁であるバルブ２９３ｄが設けられている。開閉バルブ２９３ｄを開けることにより液体原料供給タンク２９０内に圧送ガスが供給され、さらに開閉バルブ２９３ｅ、開閉バルブ２９３ｃを開けることにより、液体原料供給タンク２９０内の液体原料２９１が気化器２７０内へと圧送（供給）される。なお、気化器２７０内への液体原料２９１の供給流量（すなわち、気化器２７０内で気化され処理室２０１内へ供給される気化ガスの供給流量）は、液体マスフローコントローラ２９５ｃによって制御される。
不活性ガス供給管２９２ａには、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２９５ａ、及び開閉弁であるバルブ２９３ａがそれぞれ設けられており、例えば不活性ガスであるＮ２が気化器２７０の上部に供給される。
不活性ガス供給管２９２ｂには、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２９５ｂ、開閉弁であるバルブ２９３ａ、及び熱交換器２７１がそれぞれ設けられている。例えば不活性ガスであるＮ２が、熱交換器２７１で加熱されて気化器２７０の下部に供給される。
主に、液体原料供給管２９２ｃ、バルブ２９３ｅ、液体マスフローコントローラ２９５ｃ、バルブ２９３ｃ、不活性ガス供給管２９２ａ、マスフローコントローラ２９５ａ、バルブ２９３ａ、不活性ガス供給管２９２ｂ、マスフローコントローラ２９５ｂ、バルブ２９３ｂ、熱交換器２７１、気化器２７０、ガス供給管２３２ａ、不活性ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２３５ｃ、バルブ２３３ｃ、圧力計３０２、ベントライン２３２ｅ、バルブ２３３ｅ、バルブ２３３ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ３０１、ノズル２４９ａにより第２のガス供給系が構成される。なお、圧送ガス供給管２９２ｄ、バルブ２９３ｄ、液体原料供給タンク２９０を第２のガス供給系に含めてもよい。
ガス供給管２３２ａ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、すなわちジルコニウム（Ｚｒ）を含むガス（ジルコニウム含有ガス）が第２の原料ガスとして、液体マスフローコントローラ２９５ｃ、気化器２７０、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ３０１、ノズル２４９ａ等を介して処理室２０１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、常温常圧で液体である。液体のＴＥＭＡＺは、液体原料２９１として、液体原料供給タンク２９０内に貯留される。
図４を参照すれば、気化器２７０は、上部筐体２７１と、下部筐体２７２とを備えている。下部筐体２７２内には、気化室２７４が設けられている。気化室２７４内には、フィルタ２７６が設けられている。フィルタ２７６によって、気化室２７４は上部気化室２７３と下部気化室２７５に分離されている。フィルタ２７６は、金属粉末の焼結体で形成されている。下部気化室２７５には、ガス導入管２６４を介して不活性ガス供給管２９２ｂが接続されている。上部気化室２７３には、気化ガス導出管２６５を介してガス供給管２３２ａが接続されている。下部筐体２７２内には、ヒータ２７７が埋め込まれて設けられている。上部筐体２７１の下部中央部には、ガス導入空間２７９が設けられている。ガス導入空間２７９には、ガス導入管２６３を介して不活性ガス供給管２９２ａが接続されている。上部筐体２７１の中央部を貫通して液体原料導入管２６０が設けられている。液体原料導入管２６０の上流側は、液体原料供給管２９２ｃに接続されている。上部筐体２７１の下部中央部には、突出部２６１が設けられている。突出部２６１は、ガス導入空間２７９の下部を画成する。突出部２６１と液体原料導入管２６０の下端部との間には隙間（スリット）２６２が形成されている。
液体原料導入管２６０によって上部気化室２７３に導入された液体原料は、隙間２６２を通って噴出するＮ２等の不活性ガスによってミスト（霧状の液滴）２７８となる。下部気化室２７５には、熱交換器２７１（図３参照）によって加熱されたＮ２等の不活性ガスがガス導入管２６４を介して供給され、フィルタ２７６を通って、上部気化室２７３内に流入する。ミストとならず液体のままでフィルタ２７６に到達し、フィルタ内に浸透していた液体原料は、下部気化室２７５に供給された、加熱されたＮ２等の不活性ガスによってミスト化される。ミスト２７８は、下部気化室２７５に供給された、加熱されたＮ２等の不活性ガスによって上部気化室２７３内を上方に移動する。移動する間に、ミスト２７８は、ヒータ２７７によって加熱された下部筐体２７２の内壁面からの輻射熱によって、気化される。気化された液体原料は、原料ガスとしての気化ガスとなって、気化ガス導出管２６５を介してガス供給管２３２ａに導出される。
図５を参照すれば、ミストフィルタ３００は、ミストフィルタ本体３５０と、ミストフィルタ本体３５０を覆って、ミストフィルタ本体３５０の外側に設けられたヒータ３６０とを備えている。
図５、図６を参照すれば、ミストフィルタ３００のミストフィルタ本体３５０は、両端の端部プレート３１０、３４０と、端部プレート３１０、３４０間に配置された２種類のプレート３２０、３３０とを備えている。端部プレート３１０には継手３１２が取り付けられている。端部プレート３４０には継手３４２が取り付けられている。端部プレート３１０および継手３１２内にはガス経路３１１が形成されている。端部プレート３４０および継手３４２内にはガス経路３４１が形成されている。
２種類のプレート３２０、３３０はそれぞれ複数個設けられ、端部プレート３１０、３４０間に交互に配置されている。プレート３２０は平板状のプレート３２８と、プレート３２８の外周に設けられた外周部３２９とを備えている。プレート３２８の外周付近のみに穴３２２が設けられている。プレート３３０は平板状のプレート３３８と、プレート３３８の外周に設けられた外周部３３９とを備えている。プレート３３８の中心付近のみに穴３３２が設けられている。そして、このようなプレート３２０、３３０を交互に配置することによって、入り組んだ複雑なガス経路３７０となり、気化不良や再液化で発生した液滴の加熱された壁面（プレート３２８、３３８）への衝突確率を高めることができる。なお、穴３２２、３３２の大きさは圧力に依存し、好ましくは、直径１〜３ｍｍである。
液体原料２９１が気化器２７０（図３参照）で気化して気体状態となった原料ガスおよび気化不良や再液化で生じた液滴は、端部プレート３１０および継手３１２内のガス経路３１１からミストフィルタ本体３５０内に導入され、１枚目のプレート３２０の平板状のプレート３２８の中央部４２１に衝突し、その後、プレート３２８の外周付近に設けられた穴３２２を通過して、２枚目のプレート３３０の平板状のプレート３３８の外周部４３２に衝突し、その後、プレート３３８の中心付近に設けられた穴３３２を通過して、３枚目のプレート３２０の平板状のプレート３２８の中央部４２２に衝突し、その後、同様にしてプレート３３０、３２０を順次通過して端部プレート３４０および継手３４２内のガス経路３４１を通ってミストフィルタ本体３５０から導出され、下流のガスフィルタ３０１（図３参照）に送られる。
ミストフィルタ本体３５０は、ヒータ３６０（図５参照）によって外側から加熱される。ミストフィルタ本体３５０は、複数のプレート３２０とプレート３３０を備え、プレート３２０は、平板状のプレート３２８とプレート３２８の外周に設けられた外周部３２９とを備え、プレート３３０は、平板状のプレート３３８とプレート３３８の外周に設けられた外周部３３９とを備えている。プレート３２８と外周部３２９は一体的に構成され、プレート３３８と外周部３３９は一体的に構成されているので、ヒータ３６０によってミストフィルタ本体３５０が外側から加熱されると、熱は効率よく平板状のプレート３２８、３３８に伝えられる。
ミストフィルタ本体３５０では、上述のように、複数のプレート３２０とプレート３３０により入り組んだ複雑なガス経路３７０を構成しているので、ミストフィルタ本体３５０内での圧力損失を上げすぎずに、気化して気体状態となった原料ガスおよび気化不良や再液化で生じた液滴の、加熱された平板状のプレート３２８、３３８への衝突確率を高めることができる。そして、気化不良や再液化で生じた液滴は、十分な熱量をもったミストフィルタ本体３５０内で、加熱された平板状のプレート３２８、３３８に衝突しながら再加熱され、気化される。
気化器２７０とガスフィルタ３０１との間のガス供給配管２３２ａにミストフィルタ３００を設けると、気化し難い液体原料や気化流量が多い場合、気化不良で発生した液滴は、十分に熱量をもったミストフィルタ３００内でプレート３２０の壁面とプレート３３０の壁面に衝突しながら再加熱され、気化する。そして、処理室２０１直前のガスフィルタ３０１で、わずかに残った気化不良や気化器２７０、ミストフィルタ３００内部で発生するパーティクルを捕集する。ミストフィルタ３００は気化補助の役割を果たし、気化不良で発生する液滴やパーティクルの無い反応ガスを処理室２０１内に供給でき、良質な成膜等の基板処理が行える。また、ミストフィルタ３００は、ガスフィルタ３０１の補助の役割も果たし、ガスフィルタ３０１のフィルタ詰まりを抑制できることで、ガスフィルタ３０１をメンテナンスフリーにできたり、またはガスフィルタ３０１のフィルタ交換周期を延ばせる。
（コントローラ）
図７を参照すれば、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２８２が接続されている。
記憶装置２８０ｃ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。記憶装置２８０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み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。なお、本明細書にお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、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み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２８０ｄは、上述のマスフローコントローラ２３５ｂ、２３５ｃ、２３５ｆ、２３５ｈ、２３５ｉ、２９５ａ、２９５ｂ、２９５ｃ、バルブ２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｅ、２３３ｆ、２３３ｇ、２３３ｈ、２９３ｉ、２９３ｊ、２９３ａ、２９３ｂ、２９３ｃ、２９３ｄ、２９３ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２３１ａ、真空ポンプ２３１ｃ、ヒータ２０７、温度センサ２６９、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、熱交換器２７１、ヒータ２７７、オゾナイザ２２０、圧力計３０２等に接続されている。
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出す。そして、ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ２３５ｂ、２３５ｃ、２３５ｆ、２３５ｈ、２３５ｉ、２９５ａ、２９５ｂ、２９５ｃ、バルブ２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｅ、２３３ｆ、２３３ｇ、２３３ｈ、２９３ｉ、２９３ｊ、２９３ａ、２９３ｂ、２９３ｃ、２９３ｄ、２９３ｅによる各種ガスの流量調整動作、液体マスフローコントローラ２９５ｃによる液体原料の流量制御、バルブ２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｅ、２３３ｆ、２３３ｇ、２３３ｈ、２９３ｉ、２９３ｊ、２９３ａ、２９３ｂ、２９３ｃ、２９３ｄ、２９３ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ２３１ａの開閉動作及びＡＰＣバルブ２３１ａによる圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６９に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２３１ｃの起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、熱交換器２７１の温度調整動作、ヒータ２７７の温度調整動作、圧力計３０２による圧力測定動作等を制御する。
なお、コントローラ２８０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メモリやメモリカード等の半導体メモリ）２８３を用意し、外部記憶装置２８３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、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８３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２８３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８３は、コンピュータ読み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。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
次に、上述の基板処理装置の処理炉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、基板上に絶縁膜を成膜するシーケンス例について、図８、図９を参照して説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
まず、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると（図８、ステップＳ１０１参照）、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される（図８、ステップＳ１０２参照）。この状態で、シールキャップ２１９はマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２３１ｃよって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２３１ａが、フィードバック制御される（圧力調整）（図８、ステップＳ１０３参照）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６９が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）（図８、ステップＳ１０３参照）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
次に、ＴＥＭＡＺガスとＯ３ガスを処理室２０１内に供給することにより絶縁膜であるＺｒＯ膜を成膜する絶縁膜形成工程（図８、ステップＳ１０４参照）を行う。絶縁膜形成工程では次の４つのステップを順次実行する。
（絶縁膜形成工程）
＜ステップＳ１０５＞
ステップＳ１０５（図８、図９参照、第１の工程）では、まずＴＥＭＡＺガスを流す。ガス供給管２３２ａのバルブ２３３ａを開き、ベントライン２３２ｅのバルブ２３３ｅを閉じることで、気化器２７０、ミストフィルタ３００およびガスフィルタ３０１を介してガス供給管２３２ａ内にＴＥＭＡＺガスを流す。ガス供給管２３２ａ内を流れるＴＥＭＡＺガスは、液体マスフローコントローラ２９５ｃにより流量調整される。流量調整されたＴＥＭＡＺガスはノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。このとき、同時にバルブ２３３ｃを開き、不活性ガス供給管２３２ｃ内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。不活性ガス供給管２３２ｇ内を流れるＮ２ガスは、マスフローコントローラ２３５ｃにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスはＴＥＭＡＺガスと一緒に処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。また、バルブ２３３ｈを開いて、ガス供給管２３２ｈ、ノズル２４９ｈ、ガス供給孔２５０ｈからＮ２ガス等の不活性ガスを流し、バルブ２３３ｉを開いて、ガス供給管２３２ｉ、ノズル２４９ｉ、ガス供給孔２５０ｉからＮ２ガス等の不活性ガスを流す。
このとき、ＡＰＣバルブ２３１ａを適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば５０〜４００Ｐａの範囲内の圧力とする。液体マスフローコントローラ２９５ｃ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。ＴＥＭＡＺガスをウエハ２００に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば３０〜２４０秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１５０〜２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＴＥＭＡＺガスの供給により、ウエハ２００上にジルコニウム含有層が形成される。
＜ステップＳ１０６＞
ステップＳ１０６（図８、図９参照、第２の工程）では、バルブ２３３ａを閉じ、バルブ２３３ｅを開けて処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止し、ＴＥＭＡＺガスをベントライン２３２ｅへ流す。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２３１ａは開いたままとして、真空ポンプ２３１ｃにより処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内から排除する。
なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップＳ１０７において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップＳ１０７において悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。このように、処理室２０１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。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
＜ステップＳ１０７＞
ステップＳ１０７（図８、図９参照、第３の工程）では、処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ガス供給管２３２ｂのバルブ２３３ｊ及びバルブ２３３ｂを開き、ベントライン２３２ｇのバルブ２３３ｇを閉めることで、オゾナイザ２２０によって生成されたＯ３ガスは、マスフローコントローラ２３５ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時同時にバルブ２３３ｆを開き、不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＯ３ガスと一緒に処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。また、バルブ２３３ｈを開いて、ガス供給管２３２ｈ、ノズル２４９ｈ、ガス供給孔２５０ｈからＮ２ガス等の不活性ガスを流し、バルブ２３３ｉを開いて、ガス供給管２３２ｉ、ノズル２４９ｉ、ガス供給孔２５０ｉからＮ２ガス等の不活性ガスを流す。
Ｏ３ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２３１ａを適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば５０〜４００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２３５ｂで制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば１０〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｏ３ガスにウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば６０〜３００秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１０５と同様、ウエハ２００の温度が１５０〜２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。Ｏ３ガスの供給により、ステップＳ１０５でウエハ２００上に形成されたジルコニウム含有層が酸化されてジルコニウム酸化（ＺｒＯ２、以下ＺｒＯとも称する）層が形成される。
＜ステップＳ１０８＞
ステップＳ１０８（図８、図９参照、第３の工程）では、ガス供給管２３２ｂのバルブ２３３ｊを閉じ、バルブ２３３ｇを開けて処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止し、Ｏ３ガスをベントライン２３２ｇへ流す。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ３１ａは開いたままとして、真空ポンプ２３１ｇにより処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室２０１内から排除する。
なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後にステップＳ１０５を行なう場合であっても悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、次にステップＳ１０５を行なう場合であってもステップＳ１０５に悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。このように、処理室２０１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。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
上述したステップＳ１０５〜Ｓ１０８を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ１０９）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のジルコニウムおよび酸素を含む絶縁膜、すなわち、ジルコニウム酸化（ＺｒＯ２、以下ＺｒＯとも称する）膜を成膜することができる。尚、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。これにより、ウエハ２００上にＺｒＯ膜の積層膜が形成される。
ＺｒＯ膜を形成後、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ガス供給管２３２ｂのバルブ２３３ｂを閉じ、不活性ガス供給管２３２ｆのバルブ２３３ｆを開き、不活性ガス供給管２３２ｈのバルブ２４３ｈを開き、不活性ガス供給管２３２ｉのバルブ２４３ｉを開いて、処理室２０１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２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスが処理室２０１内から除去される（パージ、ステップＳ１１０）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰、ステップＳ１１１）。
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０５の外部に搬出（ボートアンロード、ステップＳ１１２）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ、ステップＳ１１３）。
次に、図１０を参照して、気化器２７０に供給する液体原料の流量と、圧力計３０２（図３参照）で測定した気化器２７０の出口の圧力との関係を説明する。液体原料としてＴＥＭＡＺを使用した。液体原料の流量は、液体マスフローコントローラ２９５ｃ（図３、４参照）によって制御した。ＴＥＭＡＺの気化条件は、気化室２７４の温度：１５０℃、不活性ガス供給管２３２ｃから供給する希釈用のＮ２ガス：１ｓｌｍ、不活性ガス供給管２９２ａから上部気化室２７３に供給するＮ２キャリアガス：１０ｓｌｍ、不活性ガス供給管２９２ｂから下部気化室２７５に供給するＮ２キャリアガス：１５ｓｌｍとし、ＴＥＭＡＺの流量を５ｇ／ｍｉｎとして気化させた場合と、ＴＥＭＡＺの流量を６ｇ／ｍｉｎとして気化させた場合の結果を図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）にそれぞれ示す。
図１０（Ａ）を参照すれば、ＴＥＭＡＺを５ｇ／ｍｉｎで供給して気化させた場合では、上部気化室２７３の出口側に接続したガス供給管２３２ａ内の圧力波形が、液体原料であるＴＥＭＡＺの流量波形と同じような、立ち上がり立下りの波形となっている。ここで気化状態の判断基準について説明する。圧力波形の立ち上がり、立下り時の圧力が同じで、液体原料の供給を止めた時点ですぐさま圧力が立ち上がり前の圧力と同じになる場合は、気化良好と判断する。ＴＥＭＡＺを５ｇ／ｍｉｎで供給して気化させた場合の図１０（Ａ）では、気化良好であることがわかる。一方で、圧力の立下り時に、立ち上がり前の圧力より高く、さらに立ち上がり前の圧力に戻るまでに時間を要する状態であるとき、これをテーリング（図１０（Ｂ）のＢ部参照）と呼んでいる。このテーリングは、液体原料が十分気化されず、残っている液体原料が遅れて気化している現象を示している。この状態は気化不良として判断する。ＴＥＭＡＺを６ｇ／ｍｉｎで供給して気化させた場合の図１０（Ｂ）では、気化不良であることがわかる。
図１１に、気化条件を変えた場合の気化器２７０の出口の全圧と分圧の関係について示す。なお、ここで、全圧とは、複数種のガスが混合して成る混合ガスにおいて混合ガス全体としての圧力のことをいい、分圧とは各種ガスそれぞれの圧力のことをいう。全圧は各種ガスの分圧の和に等しい。気化器２７０の出口の全圧は、不活性ガス供給管２３２ｃから供給する希釈用のＮ２ガスと不活性ガス供給管２９２ａおよび不活性ガス供給管２９２から供給するＮ２キャリアガスの総流量が２６ｓｌｍと同じなため、すべて同じ圧力となる。
従来の気化条件であるＴＥＭＡＺの液体流量:０．３ｇ／ｍｉｎ、希釈用のＮ２ガス流量：２５ｓｌｍ、Ｎ２キャリアガス流量:１ｓｌｍでは、ＴＥＭＡＺの１５０℃の飽和蒸気圧に対して気化余裕が１４倍あり、気化良好の範囲である。なお、ここで、気化余裕とはＴＥＭＡＺの分圧に対するＴＥＭＡＺの飽和蒸気圧の割合をいう。
ＴＥＭＡＺの液体流量:５ｇ／ｍｉｎ、Ｎ２キャリアガス流量：２５ｓｌｍ、希釈用のＮ２ガス流量：１ｓｌｍでの気化余裕も１４倍と同じであり、気化良好の範囲である。従って、気化器２７０の出口のＴＥＭＡＺ分圧を小さくして、気化余裕を大きくするためには、Ｎ２キャリアガス流量を多くすることが有効であることがわかる。
一方で、希釈用のＮ２ガス流量およびＮ２キャリアガス流量を従来と同じ流量（希釈用のＮ２ガス流量：２５ｓｌｍ、Ｎ２キャリアガス流量:１ｓｌｍ）とし、上述のＴＥＭＡＺの液体流量を５ｇ／ｍｉｎに増加させた場合、気化余裕は１．３倍となり、ＴＥＭＡＺの液体流量:６ｇ／ｍｉｎ、Ｎ２キャリアガス流量：２５ｓｌｍ、希釈用のＮ２ガス流量：１ｓｌｍでの気化余裕１２倍よりも小さくなるため、気化不良となる。
以上より、気化室２７０に流れるＮ２キャリアガス流量を多くすることで、気化余裕を保ちながら、ＴＥＭＡＺの気化量を増大させることができることがわかる。
また、従来の不活性ガス供給管２９２ａから上部筐体２７１のガス導入空間２７９に供給されるＮ２キャリアガスの最大流量は、１〜２ｓｌｍと少量である。これは液体原料とキャリアガスの合流部がスリット状の隙間２６２であり、流量は、隙間２６２のスリットサイズで決まっているからである。一方、本発明の好ましい実施の形態では、気化室２７０内の液体原料の分圧を下げるため、隙間２６２のスリットサイズを大きくし、不活性ガス供給管２９２ａから上部筐体２７１のガス導入空間２７９に供給されるＮ２キャリアガスを多く供給できるようにしている。これにより、ＴＥＭＡＺの液体流量：５ｇ／ｍｉｎ、不活性ガス供給管２９２ａおよび不活性ガス供給管２９２から供給するＮ２キャリアガス合計：２５ｓｌｍでは、気化余裕が１４倍になり、従来のＴＥＭＡＺの液体供給量（０．３ｇ／ｍｉｎ）より約１６倍の供給が可能となる。
図１１より、気化器２７０の出口の全圧が約２６６００Ｐａであるのに対して、たとえばＴＥＭＡＺを６ｇ／ｍｉｎ、Ｎ２キャリアガスを２５ｓｌｍ供給した際のＴＥＭＡＺ分圧は約４６６Ｐａである。ここから、全圧に対する分圧の割合の上限値は、全圧に対して１８％以下（約２０％以下）が好ましいといえる。なお、下限値としては、マスフローコントローラの最小制御値以上であって、たとえばマスフローコントローラの最小制御値が０．０２ｇ／ｍｉｎである場合のＴＥＭＡＺ分圧２４Ｐａから、０．１％以上が好ましいといえる。
また、気化室２７４の温度：１５０℃、Ｎ２キャリアガス合計：２５ｓｌｍ、希釈用のＮ２ガス流量：１ｓｌｍとし、ＴＥＭＡＺの液体流量を０．４５ｇ／ｍｉｎ、ＴＥＭＡＺの供給時間３００ｓｅｃとして、ＴＥＭＡＺとＯ３の交互供給を７５ｃｙｃｌｅ行ってＺｒＯ２成膜を行った。成膜後におけるステップカバレージは８１％であった。これに対して、気化室２７４の温度：１５０℃、Ｎ２キャリアガス合計：２５ｓｌｍ、希釈用のＮ２ガス流量：１ｓｌｍとし、ＴＥＭＡＺの液体流量を３ｇ／ｍｉｎ、ＴＥＭＡＺの供給時間６０ｓｅｃとして、ＴＥＭＡＺとＯ３の交互供給を７５ｃｙｃｌｅ行ってＺｒＯ２成膜を行った。成膜後のステップカバレージが９１％になり、ステップカバレージ改善と供給時間の短縮が可能となった。
以上のように、本発明の好ましい実施の形態では、蒸気圧が低い液体原料を使用しても、原料液体原料の気化量を多くすると共に、気化室内での気化不良を防止または抑制できる。そして、気化不良に伴う堆積物による異物発生や詰りを抑制または防止できる。また、膜厚均一性を維持することが可能となる。本発明の好ましい実施の形態では、好ましくは、気化室に流れるキャリアガス流量を５ｓｌｍ以上とし、気化室を２００Ｔｏｒｒ以上とすることが好ましい。液体原料の流量は、１ｇ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。
なお、本発明は、蒸気圧が低い原料を用いる膜種であれば、適用可能である。たとえば、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２膜）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）、ジルコニウムシリコン酸化膜（ＺｒＳｉＯ膜）、ハフニウムシリコン酸化膜（ＨｆＳｉＯ膜）、ジルコニウムアルミニウム酸化膜（ＺｒＡｌＯ膜）、ハフニウムアルミニウム酸化膜（ＨｆＡｌＯ膜）、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）、コバルト膜（Ｃｏ膜）、ニッケル膜（Ｎｉ膜）、ルテニウム膜（Ｒｕ膜）、ルテニウム酸化膜（ＲｕＯ膜）等の成膜に好適に適用される。
また、本発明は、上記の成膜条件において処理室へ供給される前に配管内で一定量が再液化してしまうような蒸気圧が低い原料であれば、ＴＥＭＡＺ以外のガス種にも適用可能である。たとえば、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）、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）、Ｚｒ（ＭｅＣｐ）（ＮＭｅ２）３、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨ、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）Ｃ２Ｈ５］４）、テトラキスジエチルアミノハフニウム（ＴＤＥＡＨ、Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）、テトラキスジメチルアミノハフニウム（ＴＤＭＡＨ、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ、Ａｌ（ＣＨ３）３）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、トリスジメチルアミノシラン（ＴＤＭＡＳ）、塩化タンタル（ＴａＣｌ）、Ｎｉｃｋｅｌ Ｂｉｓ［Ｎ，Ｎ‘ −ｄｉｔｅｒｔｉａｌｂｕｔｙｌａｃｅｔａｍｉｄｉｎａｔｅ］（ＢＤＴＢＡＮｉ、Ｎｉ（ｔＢｕ２−ａｍｄ）２、（ｔＢｕ）ＮＣ（ＣＨ３）Ｎ（ｔＢｕ）２Ｎｉ）、Ｃｏ ａｍｄ［（ｔＢｕ）ＮＣ（ＣＨ３）Ｎ（ｔＢｕ）２Ｃｏ］、２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム（ＤＥＲ）等が好適に適用できる。
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
（本発明の好ましい態様）
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本発明の好ましい一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
液体原料を気化する気化器を有し、前記処理室に気化ガスを供給する気化ガス供給系と、
前記気化器に形成される気化室に液体原料およびキャリアガスを供給し、前記気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう前記気化ガス供給系を制御するように構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
（付記２）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、前記気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が０．１％以上となるよう前記気化ガス供給系を制御するように構成される。
（付記３）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、さらに、前記気化器を加熱する加熱系を有し、前記制御部は、前記液体原料を気化する際は、前記気化器を略１５０℃で加熱するよう前記加熱系および前記気化ガス供給系を制御するように構成される。
（付記４）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理室に、前記気化ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給系をさらに有し、
前記制御部は、前記気化ガスと反応ガスを互いに混合しないよう交互に前記処理室に供給することにより、前記処理室内に収容された基板に膜を形成するよう前記気化ガス供給系、前記反応ガス供給系を制御するように構成される。
（付記５）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、さらに、前記気化器と前記処理室との間に設けられたガスフィルタと、前記気化器とガスフィルタの間に設けられたミストフィルタを有する。
（付記６）
付記５の基板処理装置であって、好ましくは、前記ミストフィルタは、異なる位置に穴を有する少なくとも２種のプレートを複数枚組み合わせて構成される。
（付記７）
本発明の好ましい他の態様によれば、
気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給し、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程と、
前記気化ガスを基板が収容された処理室に供給して、基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記８）
付記７の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料は前記処理室に供給される前に一定量が再液化してしまうような蒸気圧が低い液体原料である。
（付記９）
付記７の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料は、ジルコニウム含有原料、ハフニウム含有原料、アルミニウム含有原料、チタン含有原料、シリコン含有原料、タンタル含有原料、コバルト含有原料、ニッケル含有原料、ルテニウム含有原料のいずれかから選択される。
（付記１０）
付記７の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程では、気化室内の圧力を２００Ｔｏｒｒ以上とし、１ｇ／ｍｉｎ以上の液体原料、５ｓｌｍ以上のキャリアガスを供給する。
（付記１１）
付記１０の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程では、前記気化室内に、５ｇ／ｍｉｎ以上の液体原料を供給する。
（付記１２）
付記１１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程では、前記気化室内に、６ｇ／ｍｉｎ以上の液体原料を供給する。
（付記１３）
付記１０の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程では、前記気化室内に、キャリアガスを２５ｓｍ以上供給する。
（付記１４）
付記１３の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程では、前記気化器の上部から１０ｓｌｍのキャリアガスを前記気化室内に供給し、前記気化器の下部から１５ｓｌｍのキャリアガスを前記気化室内に供給し、合わせて少なくとも２５ｓｌｍのキャリアガスを前記気化室内に供給する。
（付記１５）
本発明の好ましい他の態様によれば、
気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給し、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程と、
前記気化ガスを基板が収容された処理室に供給して、基板を処理する工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
（付記１６）
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化器の気化室内に供給し、前記液体原料を気化する気化器と、ガスフィルタと、ミストフィルタを有する気化システムが提供される。
（付記１７）
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
気化器を加熱する手順と、
前記気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給する手順と、
を行うことで、液体原料を気化する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
（付記１８）
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
気化器を加熱する手順と、
前記気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給する手順と、
を行うことで、液体原料を気化する手順をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０５ プロセスチューブ
２２０ オゾナイザ
２３２ａ、２３２ｂ ガス供給管
２３５ｂ、２３５ｃ、２９５ａ、２９５ｂ マスフローコントローラ
２９５ｃ 液体マスフローコントローラ
２４９ａ、２４９ｂ ノズル
２６９ 温度センサ
２７０ 気化器
２７４ 気化室
２８０ コントローラ
２９１ 液体原料
３００ ミストフィルタ
３０１ ガスフィルタ
３０２ 圧力計

Claims (5)

  1. 基板を収容する処理室と、
    液体原料を気化する気化器を有し、前記処理室に気化ガスを供給する気化ガス供給系と、
    前記気化器に形成される気化室に液体原料およびキャリアガスを供給し、前記気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう前記気化ガス供給系を制御するように構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給し、前記液体原料を気化して気化ガスとする工程と、
    前記気化ガスを基板が収容された処理室に供給して、基板を処理する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  3. 気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化器の気化室内に供給し、前記液体原料を気化する気化器と、ガスフィルタと、ミストフィルタを有する気化システム。
  4. 気化器を加熱する手順と、
    前記気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給する手順と、
    を行うことで、液体原料を気化する手順をコンピュータに実行させるプログラム。
  5. 気化器を加熱する手順と、
    前記気化器の気化室内における全圧に対する液体原料の分圧が２０％以下となるよう、液体原料とキャリアガスを気化室内に供給する手順と、
    を行うことで、液体原料を気化する手順をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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