(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】基板３を収容する処理室１１と、基板３に反応ガスを供給する反応ガス供給系１９，３７，３８，１７と、液体原料を気化器２６により気化させた気化ガスを原料ガスとして処理室１１に供給する原料ガス供給系１８，２３，２４，２５，２６，２７，３１，３２，１６と、反応ガス供給系１９，３７，３８，１７と原料ガス供給系１８，２３，２４，２５，２６，２７，３１，３２，１６とを制御する制御部７５とを具備し、気化器２６は内部に液体原料が流通する噴霧流路が形成されたアトマイザと、アトマイザの下方に設けられ内部に気化室が形成された気化管とを有し、噴霧流路に液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させるオリフィス部が形成された。【選択図】図１
2015040337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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アトマイザと、該アトマイザの下方に設けられ内部に気化室が形成された気化管とを有し、前記噴霧流路に前記液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、該液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させるオリフィス部が形成されたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
内部に液体原料が流通する噴霧流路が形成されたアトマイザと、該アトマイザの下方に設けられ内部に気化室が形成された気化管とを具備し、前記噴霧流路に前記液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、前記液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させるオリフィス部が形成されたことを特徴とする気化器。
【請求項３】
液体原料をオリフィス部を有する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では、前記オリフィス部により流通する前記液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、該液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、気化器及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板を処理する処理装置として、例えば、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８２１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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アトマイザと、該アトマイザの下方に設けられ内部に気化室が形成された気化管とを有し、前記噴霧流路に前記液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、該液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させるオリフィス部が形成された基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【０００９】
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アトマイザと、該アトマイザの下方に設けられ内部に気化室が形成された気化管とを有し、前記噴霧流路に前記液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、該液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させるオリフィス部が形成されたので、該オリフィス部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、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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の好適な実施例に係る基板処理装置の処理炉を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の好適な実施例に係る気化器を示す概略立断面図である。
【図４】本発明の好適な実施例に係る気化器の要部拡大図である。
【図５】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。
【図６】噴霧流路内に液体原料を充満させる為の充満条件を説明する説明図である。
【図７】本実施例に於ける溶媒の噴霧領域を説明するグラフである。
【図８】液体原料と溶媒との混合により飽和蒸気圧値が上昇することを説明するグラフである。
【図９】噴霧流路の閉塞について検証した検証結果を説明する説明図である。
【図１０】噴霧流路の閉塞について検証した検証結果を説明する説明図である。
【図１１】本発明の好適な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。
【図１２】本発明の好適な実施例に係る基板処理装置により基板にＮｉ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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施例を説明する。
【００１２】
先ず、本発明の好適な実施例に係る基板処理装置１について説明する。該基板処理装置１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り、一度に複数枚の基板に対して成膜処理を行うバッチ式の縦型装置である。
【００１３】
尚、本明細書では、金属膜という用語は金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜、導電性の金属炭化膜（金属カーバイド膜）、導電性の金属炭窒化膜（金属カーボナイトライド膜）等も含まれる。
【００１４】
又、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図１、図２に於いて、前記基板処理装置１に適用される処理炉２について説明する。
【００１８】
該処理炉２には、ウェーハ３を加熱する為の加熱手段（加熱機構、加熱系）であるヒータ４が設けられている。該ヒータ４は上端が閉塞された円筒形状の断熱部材と、複数本のヒータ素線とを具備しており、断熱部材に対してヒータ素線が設けられた構成となっている。
【００１９】
前記ヒータ４の内側には、該ヒータ４と同心円状に、反応容器（処理容器）を構成する反応管５が配設されている。該反応管５は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され下端が開口した円筒形状に形成されている。該反応管５の下端には、例えばステンレス等により形成されたマニホールド６が、気密部材であるＯリング７を介して設けられている。前記マニホールド６の下端開口は蓋体であるシールキャップ８によりＯリング９を介して気密に閉塞されている。少なくとも、前記反応管５、前記マニホールド６及び前記シールキャップ８により処理室１１が画成される。
【００２０】
前記シールキャップ８には、ボート支持台１２を介して基板保持手段（基板保持具）としての基板保持部材であるボート１３が立設され、前記ボート支持台１２は前記ボート１３を支持した状態で保持する保持体となっている。又、前記ボート１３には、バッチ処理される複数のウェーハ３が水平姿勢で鉛直方向に多段に積載され、前記ボート１３はボートエレベータ１４により前記処理室１１に対して昇降（出入り）可能となっている。
【００２１】
前記ボート支持台１２の下端部には、処理の均一性向上の為前記ボート１３を回転させるボート回転機構１５が設けられている。該ボート回転機構１５を駆動させることにより、前記ボート支持台１２に支持された前記ボート１３を回転させることができる。又、前記ヒータ４は、前記処理室１１に収容されたウェーハ３を所定の温度に加熱する。
【００２２】
前記処理室１１内には、ノズル１６（第１のノズル１６）、ノズル１７（第２のノズル１７）が前記マニホールド６の側壁を貫通して設けられている。前記ノズル１６，１７には、ガス供給ラインとしてのガス供給管１８（第１のガス供給管１８）、ガス供給管１９（第２のガス供給管１９）がそれぞれ接続されている。この様に、前記反応管５には２本の前記ノズル１６，１７と、２本の前記ガス供給管１８，１９とが設けられており、前記処理室１１内へ複数種類、本実施例に於いては２種類のガス（処理ガス）を供給することができる。
【００２３】
前記ガス供給管１８の上流側端部には、液体原料を貯留する液体原料タンク２１が接続され、該液体原料タンク２１には液体原料を搬送するＨｅ（ヘリウム）ガス等を供給するキャリアガス供給管２２が接続されている。前記ガス供給管１８には上流側から順に、開閉弁であるバルブ２３、液体原料の流量を制御する流量制御装置（流量制御部）であるＬＭＦＣ２４、開閉弁であるバルブ２５、気化装置であり、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２６が設けられ、該気化器２６の下流側には前記ガス供給管１８を加熱可能な配管ヒータ３０が設けられている。
【００２４】
又、前記バルブ２５には、溶媒供給管２７の下流側端部が接続されている。該溶媒供給管２７の上流側端部には溶媒を貯留する溶媒タンク２８が接続され、該溶媒タンク２８には溶媒を搬送するＨｅ（ヘリウム）ガス等を供給するキャリアガス供給管２９が接続されている。前記溶媒供給管２７には上流側から順に、開閉弁であるバルブ３１、溶媒の流量を制御する流量制御装置（流量制御部）であるＬＭＦＣ３２が設けられており、前記液体原料タンク２１からの液体原料と、前記溶媒タンク２８からの溶媒が、前記バルブ２５を介して前記ガス供給管１８に流入することで混合され、混合溶液として前記気化器２６に供給される様になっている。
【００２５】
又、前記ガス供給管１８の下流側端部には前記ノズル１６が連結され、該ノズル１６はＬ字型のロングノズルとして構成されている。該ノズル１６の水平部は前記マニホールド６の側壁を貫通する様設けられ、前記ノズル１６の垂直部は前記反応管５の内壁とウェーハ３との間に形成される円弧状の空間に、前記反応管５の内壁に沿ってウェーハ３の積層方向上方に向って立上がる様に、即ちウェーハ配列領域の１端側から他端側に向って立上がる様に設けられている。従って、前記ノズル１６は、ウェーハ３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。
【００２６】
前記ノズル１６垂直部の側面には、前記処理室１１内へ処理ガスを供給するガス供給孔３３が設けられている。該ガス供給孔３３は、前記反応管５の中心を向く様に開口し、該反応管５の下部から上部に亘って複数設けられている。又、前記ガス供給孔３３は、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、同じ開口ピッチで設けられている。主に、前記ガス供給管１８、前記バルブ２３、前記ＬＭＦＣ２４、前記バルブ２５、前記気化器２６、前記溶媒供給管２７、前記バルブ３１、前記ＬＭＦＣ３２、前記ノズル１６により第１のガス供給系（第１のガス供給手段）が構成される。尚、前記液体原料タンク２１、前記溶媒タンク２８を第１のガス供給系に含めて考えてもよい。
【００２７】
又、前記ガス供給管１８には、キャリアガスを供給する為のキャリアガス供給管３４が接続されている。該キャリアガス供給管３４には、上流側から順に流量制御装置であるＭＦＣ３５、開閉弁であるバルブ３６が設けられ、前記キャリアガス供給管３４、前記ＭＦＣ３５、前記バルブ３６により、第１のキャリアガス供給系（第１のキャリアガス供給手段）としての第１の不活性ガス供給系（第１の不活性ガス供給手段）が構成される。
【００２８】
前記ガス供給管１９の上流側端部には、第２の処理ガスを供給する処理ガス供給源が接続され、前記ガス供給管１９には上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）であるＭＦＣ３７、開閉弁であるバルブ３８が設けられている。又、前記ガス供給管１９の下流側端部には前記ノズル１７が連結され、該ノズル１７はＬ字型のロングノズルとして構成されている。
【００２９】
該ノズル１７の水平部は前記マニホールド６の側壁を貫通する様設けられ、前記ノズル１７の垂直部は前記反応管５の内壁とウェーハ３との間に形成される円弧状の空間に、前記反応管５の内壁に沿ってウェーハ３の積層方向上方に向って立上がる様に、即ちウェーハ配列領域の１端側から他端側に向って立上がる様に設けられている。従って、前記ノズル１７は、ウェーハ３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。
【００３０】
前記ノズル１７垂直部の側面には、前記処理室１１内へ処理ガスを供給するガス供給孔３９が設けられている。該ガス供給孔３９は、前記反応管５の中心を向く様に開口し、該反応管５の下部から上部に亘って複数設けられている。又、前記ガス供給孔３９は、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、同じ開口ピッチで設けられている。主に、前記ガス供給管１９、前記ＭＦＣ３７、前記バルブ３８、前記ノズル１７により第２のガス供給系（第２のガス供給手段）が構成される。
【００３１】
又、前記ガス供給管１９には、キャリアガスを供給する為のキャリアガス供給管４１が接続されている。該キャリアガス供給管４１には、上流側から順に流量制御装置であるＭＦＣ４２、開閉弁である前記バルブ４３が設けられ、前記キャリアガス供給管４１、前記ＭＦＣ４２、前記バルブ４３により第２のキャリアガス供給系（第２のキャリアガス供給手段）としての第２の不活性ガス供給系（第２の不活性ガス供給手段）が構成される。
【００３２】
以上の様に、本実施例に係るガスの供給方法は、前記反応管５の内壁と、積層された複数枚のウェーハ３の端部との間に形成される円弧状の縦長の空間内に配置した前記ノズル１６，１７を経由してガスを搬送し、該ノズル１６，１７にそれぞれ開口された前記ガス供給孔３３，３９を介してウェーハ３の近傍で初めて前記処理室１１内にガスを噴出させており、該処理室１１内に於けるガスの主たる流れをウェーハ３の表面と平行な方向、即ち水平方向としている。
【００３３】
この様な構成とすることで、各ウェーハ３に均一にガスを供給でき、各ウェーハ３に形成される薄膜の膜厚を均一にすることができる。尚、反応後の残留ガスは排気口、即ち後述する排気管４４の方向に向って流れるが、残留ガスの流れる方向は前記排気孔の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
【００３４】
第１のガス供給系から前記処理室１１内に供給されるガスとしては、原料ガスとして例えばＮｉ元素（ニッケル元素）を含む金属含有ガス（金属化合物）が用いられ、溶媒として例えばテトラリンが用いられる。具体的には、前記液体原料タンク２１に、Ｎｉ元素を含有する液体金属材料、例えばＮｉアミジネート（Ｎｉ−ａｍｉｄｉｎａｔｅ）、例えばＮ、Ｎ′-ジ-ターシャリブチルアミジネート（Ｎｉ（ＩＩ）（ｔＢｕ−ＡＭＤ）2 ）等）が貯留され、前記溶媒タンク２８にテトラリンが貯留され、Ｎｉアミジネートをとテトラリンを混合させた混合溶液を前記気化器２６にて気化させることで、Ｎｉを含有するＮｉアミジネートガスが生成され、生成されたＮｉアミジネートガスが原料ガスとして前記処理室１１内に供給される。
【００３５】
第２のガス供給系から前記処理室１１内に供給されるガスとしては、例えば還元剤としてＮＨ3 等が前記処理室１１内に供給される。
【００３６】
又、第１の不活性ガス供給系、第２の不活性ガス供給系からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ2 ）ガスが、それぞれ前記ＭＦＣ３５，４２、前記バルブ３６，４３、前記キャリアガス供給管３４，４１、前記ノズル１６，１７を介して前記処理室１１内に供給される。
【００３７】
尚、例えば各ガス供給系から上述の様なガスをそれぞれ流す場合、第１のガス供給系により原料ガス供給系が構成される。原料ガス供給系は、金属含有ガス供給系、金属原料供給系とも称する。又、第２のガス供給系により反応ガス供給系が構成される。反応ガス供給系はＮｉ含有ガス供給系とも称する。
【００３８】
図２に示される様に、前記反応管５には、前記処理室１１内の雰囲気を排気する前記排気管４４が設けられている。該排気管４４は、前記反応管５の前記ノズル１６の前記ガス供給孔３３、及び前記ノズル１７の前記ガス供給孔３９が設けられる側と対向する側、即ちウェーハ３を挾んで前記ガス供給孔３３，３９とは反対側に設けられている。又、図１に示される様に、前記排気管４４は前記ガス供給孔３３，３９が設けられた箇所よりも下方に設けられている。この構成により、前記ガス供給孔３３，３９から前記処理室１１内のウェーハ３近傍に供給されたガスは、水平方向、即ちウェーハ３の表面と平行な方向に向って流れた後、下方に向って流れ、前記排気管４４より排気される。
【００３９】
該排気管４４には、上流側から順に、前記処理室１１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ４５、圧力調整器（圧力調整部）として構成された排気バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ４６、真空排気装置としての真空ポンプ４７が接続されている。又、前記排気管４４には、排気ガス中の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性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。
【００４０】
主に、前記排気管４４、前記圧力センサ４５、前記ＡＰＣバルブ４６により排気系（排気手段）、即ち排気ラインが構成される。尚、前記真空ポンプ４７を排気系に含めてもよく、前記トラップ装置や前記除外装置を排気系に含めてもよい。
【００４１】
尚、前記ＡＰＣバルブ４６は、前記真空ポンプ４７を作動させた状態で弁を開閉することで、前記処理室１１内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に前記真空ポンプ４７を作動させた状態で弁開度を調節することで、前記処理室１１内の圧力を調整できる様になっている。即ち、排気系は、前記真空ポンプ４７を作動させつつ、前記圧力センサ４５により検出された圧力情報に基づいて前記ＡＰＣバルブ４６の弁開度を調節することにより、前記処理室１１内の実際の圧力を所定の圧力に近づけることができる。
【００４２】
例えば、該処理室１１内に供給されるガスの流量に変化がない場合や、該処理室１１内へのガスの供給を停止した場合等に於いて、該処理室１１内の実際の圧力を変更するには、該処理室１１内の設定圧力を変更し、前記ＡＰＣバルブ４６の弁開度を上述の設定圧力に応じた開度に変更する。その結果、排気系の排気能力が変更され、前記処理室１１内の実際の圧力が設定圧力へと次第に（曲線的に）近づいていくこととなる。この様に、前記処理室１１内の「設定圧力」とは、該処理室１１内の圧力制御を行う際の「目標圧力」と同義と考えることができ、その値に該処理室１１内の「実際の圧力」が追随することとなる。又、「該処理室１１内の設定圧力を変更すること」とは、実質的に「排気系の排気能力を変更する為に前記ＡＰＣバルブ４６の弁開度を変更すること」と同義であり、「該ＡＰＣバルブ４６の開度を変更する為の指令」と考えることができる。
【００４３】
又、前記反応管５には温度検出器としての温度センサ４８が設置されており、該温度センサ４８により検出された温度情報に基づき、前記ヒータ４への通電具合を調整することで、前記処理室１１内の温度が所望の温度分布となる。前記温度センサ４８は、前記ノズル１６，１７と同様にＬ字型に構成されており、前記反応管５の内壁に沿って設けられている。
【００４４】
次に、図３、図４に於いて、前記気化器２６の詳細について説明する。
【００４５】
該気化器２６は、アトマイザ４９と、該アトマイザ４９の下方に設けられた気化管５１とを有している。前記アトマイザ４９は、先端部が下方に向って縮径するノズル状になっており、内部には前記ガス供給管１８を介して供給された液体原料５２、或は該液体原料５２と前記溶媒供給管２７を介して供給された溶媒との混合溶液（以下、前記液体原料５２のみの場合について説明する）が流通する噴霧流路５３が形成されている。尚、該噴霧流路５３の流路長は、所望の流量で前記液体原料５２が供給された際に、前記液体原料５２により前記噴霧流路５３内を充満可能な寸法とする。
【００４６】
該噴霧流路５３の下流側端部には、流路断面積が縮小されたオリフィス部５４が形成され、該オリフィス部５４を介して前記噴霧流路５３と後述する気化室５５とが連通している。又、前記アトマイザ４９は、前記オリフィス部５４を囲繞する様設けられたオリフィス部ヒータ５６を有し、該オリフィス部ヒータ５６により前記オリフィス部５４内を流通する前記液体原料５２を加熱できる様になっている。
【００４７】
前記気化管５１は、前記オリフィス部５４より前記液体原料５２が噴霧される前記気化室５５と、該気化室５５を囲繞する様設けられ、該気化室５５内を加熱可能な気化室ヒータ５７と、前記キャリアガス供給管３４と接続され、前記気化室５５内にキャリアガス５８を供給するキャリアガス供給孔５９と、前記気化室５５内で気化された気化ガス６１を前記ガス供給管１８に送給する気化ガス送給孔６２と、前記気化室５５内を減圧可能な減圧機構（図示せず）とを有している。
【００４８】
尚、図５は、前記液体原料５２の飽和蒸気圧曲線６４を示している。前記液体原料５２の分圧がＰ2 の時に温度をθ2 よりも高くすることで、該液体原料５２が液相領域から気相領域へと相変化し、該液体原料５２が沸騰する。又、該液体原料５２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５２が液相領域から気相領域へと相変化し、該液体原料５２が沸騰する。
【００４９】
前記気化器２６により前記液体原料５２を気化させる際には、先ず、図示しない減圧機構により前記気化室５５内が減圧され、前記気化室ヒータ５７により前記気化室５５内が加熱された状態で、前記噴霧流路５３内を充満する様前記ＬＭＦＣ２４，３２で流量調整されると共に、加圧された前記液体原料５２が前記噴霧流路５３に供給される。
【００５０】
該噴霧流路５３内に供給された前記液体原料５２は、前記オリフィス部５４へと流入する過程で偏向される。偏向された前記液体原料５２には、前記オリフィス部５４内で壁面から離反しようとする慣性力が作用し、前記液体原料５２に作用する慣性力により、前記オリフィス部５４内には極端に圧力が低下する減圧部が生じる。該オリフィス部５４に減圧部が生じることで、図５に示される様に、飽和蒸気圧以下迄、即ち液相領域から気相領域迄急激に減圧された前記液体原料５２が沸騰し、前記オリフィス部５４内に気泡６３が生じる。
【００５１】
該気泡６３は下流側に向って移動しながら成長し、又前記オリフィス部ヒータ５６により前記液体原料５２が飽和温度以上となる様加熱されることで、飽和温度以上に加熱された該液体原料５２が前記オリフィス部５４の先端から前記気化室５５内に噴出される。
【００５２】
この時、該気化室５５内は減圧機構（図示せず）により減圧されているので、前記気泡６３は前記噴霧流路５３の出口に於いて急激に体積膨張する。前記液体原料５２は、膨張した前記気泡６３により引きちぎられることで微粒化され、霧状となって前記気化室５５内に噴霧される。該気化室５５内に噴霧された前記液体原料５２の液滴の大部分は、前記気化室５５内で自己顕熱により断熱膨張し、気化される。
【００５３】
尚、前記噴霧流路５３の出口圧が低ければ低い程、即ち該噴霧流路５３内を流通する前記液体原料５２の分圧と前記気化室５５内の分圧の差が大きい程、前記液体原料５２の液滴が断熱膨張し易くなり、気化が促進される。
【００５４】
前記気化室５５内に噴霧された前記液体原料５２は、前記気化ガス６１と気化しきれなかった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５７により加熱された前記気化室５５内で気化され、該気化室５５への噴霧の際に気化した前記気化ガス６１と共に前記気化ガス送給孔６２へと送られ、該気化ガス送給孔６２を介して前記ガス供給管１８へと送給される。
【００５５】
尚、前記キャリアガス供給孔５９から前記キャリアガス５８を前記気化室５５内に供給し、該気化室５５内の分圧を前記液体原料５２の飽和蒸気圧よりも低くなる様調整することで、前記気化ガス６１の再液化を防止し、気化状態を維持することができる。前記気化室５５内の分圧が前記液体原料５２の飽和蒸気圧よりも低い場合には、前記キャリアガス５８を前記気化室５５内に供給しなくてもよい。
【００５６】
又、前記気化室５５内の分圧が高い場合には、前記オリフィス部ヒータ５６により前記液体原料５２を加熱して過熱状態とし、飽和蒸気圧値を上昇させることで、該液体原料５２と前記気化室５５内との間に圧力差を生じさせてもよい。
【００５７】
又、前記アトマイザ４９は、前記噴霧流路５３の前記液体原料５２の温度が前記気化室５５の温度の影響を受けない構造とするのが好ましく、更に前記液体原料５２の温度は該液体原料５２が反応して分解しない温度とし、前記気化室５５の温度は前記液体原料５２を気化可能な温度とするのが好ましい。
【００５８】
又、前記ガス供給管１８からの前記液体原料５２の流量が少なく、前記噴霧流路５３を充満させるのに充分な流量を得られない場合には、前記噴霧流路５３を充満させるのに充分な流量となる様、前記溶媒供給管２７から溶媒が同時に供給される。
【００５９】
次に、図６、図７に於いて、前記液体原料５２が前記気化室５５内に霧状に噴霧される為の条件について説明する。
【００６０】
前記液体原料５２が前記気化室５５内に霧状に噴霧される為には、前記噴霧流路５３が前記液体原料５２で充満されること、該液体原料５２の過熱度及び前記気化室５５の減圧度が前記気泡６３の発生、成長に十分なものであることの両方の条件を満たす必要がある。
【００６１】
前記噴霧流路５３が充満される為には、図６に示される様に、該噴霧流路５３内を流通する前記液体原料５２の上流側の流速ｖ１と下流側の流速ｖ２が、前記噴霧流路５３内に於いてｖ１≧ｖ２＞０の条件を満たす必要がある。
【００６２】
又、前記噴霧流路５３の充満条件は、ｆを圧力損失ヘッド、ｃを表面張力損失ヘッド、Ｑを前記液体原料５２の流量、σを表面張力、ρを密度、νを動粘度とした場合に、ベルヌーイの定理より以下の式で表すことができる。
ｖ１2 ／２ｇ＋ｐ１／ρｇ＋ｚ１＝ｖ２2 ／２ｇ＋ｐ２／ρｇ＋ｆ＋ｃ
尚、上記式中、圧力損失ヘッドｆ及び表面張力損失ヘッドｃは、それぞれ以下の式で表すことができる。
ｆ＝λ（Ｌ／ｄ）（ｖ2 ／２ｇ）
ｃ＝４σ／ρｇｄ
更に、管摩擦係数λは以下の式で表すことができる。
λ＝６４／Ｒｅ＝６４ν／ｖｄ
【００６３】
又、図７は前記液体原料５２として溶媒を用いた場合に於ける、前記気化室５５内に霧状に噴霧されるかどうかの噴霧境界を示したグラフである。尚、図７中、６５は溶媒の飽和蒸気圧曲線を示し、６６は溶媒の噴霧境界曲線を示し、６７は前記気化室５５を減圧した際の圧力の下限である装置到達圧を示しており、該装置到達圧６７と前記噴霧境界曲線６６で囲まれる領域が溶媒の噴霧領域６８となっている。
【００６４】
図７に示される様に、本実施例に於ける前記気化室５５の前記装置到達圧６７を１．５ｋＰａとした場合には、溶媒の温度が１４０℃以上であって、前記溶媒の分圧が飽和蒸気圧の１／１０程度となる様、前記溶媒を加熱して過熱状態とするか、前記気化室５５内を減圧することで溶媒が前記気化室５５内に霧状に噴霧される。
【００６５】
又、溶媒の分圧を前記装置到達圧６７より低圧とした場合には、溶媒は霧状に噴霧されると推測できる。
【００６６】
尚、図７中、６９は従来の気化器に於ける噴霧下限界圧力を示し、該噴霧下限界圧力６９と前記飽和蒸気圧曲線６５で囲まれた部分が従来の気化器に於ける噴霧領域を示している。従来の噴霧領域と本実施例の前記噴霧領域６８を比較すると、本実施例の該噴霧領域６８は従来の噴霧領域よりも拡大されている、即ち噴霧可能な圧力範囲が広がっている。
【００６７】
又、前記装置到達圧６７よりも低い飽和蒸気圧曲線７１を有する原料、例えば単独では前記気化室５５内に噴霧ができないＮｉアミジネートを前記液体原料５２として用いる場合には、図８に示される様に、該液体原料５２をテトラリン等の溶媒と混合させることで、前記噴霧領域６８を有する混合溶液の飽和蒸気圧曲線７２を得ることができる。
【００６８】
従って、単独では前記気化室５５内に霧状に噴霧し、気化できない飽和蒸気圧の低い前記液体原料５２であっても、飽和蒸気圧の高い溶媒と混合することで前記気化室５５内での気化を可能とすることができる。
【００６９】
尚、前記気化器２６を用いて前記気化ガス６１の生成を行うと、使用時間が経過するにつれて前記噴霧流路５３内に異物が生じ、該噴霧流路５３内が閉塞されることがある。閉塞要因としては、前記アトマイザ４９及び前記気化管５１の温度で反応することによる異物発生、或は溶媒の含有水分との反応による異物発生の２つの要因が考えられる。図９、図１０は、温度、含有水分についてそれぞれ検証した検証結果を示している。
【００７０】
図９は、前記噴霧流路５３の閉塞について、前記アトマイザ４９と前記気化管５１の温度の影響について検証した検証結果である。図９に於いては、前記気化室５５の温度、前記噴霧流路５３の温度、該噴霧流路５３の流路径、前記液体原料５２（Ｎｉアミジネート）の流量、溶媒（テトラリン）の流量、キャリアガス（Ｎ2 ガス）の流量、前記噴霧流路５３のベース圧、該噴霧流路５３の気化時圧の８つの要素をそれぞれ異ならせた４つの条件について、前記噴霧流路５３の閉塞状況を検証した。
【００７１】
上記検証の結果、該噴霧流路５３の加熱を行わず、該噴霧流路５３が常温（５０℃）の場合であっても該噴霧流路５３の閉塞が発生し、又溶媒（テトラリン）の流量が多い程前記噴霧流路５３の閉塞度合いが大きいことが分った。
【００７２】
又、図１０は、該噴霧流路５３の閉塞について、溶媒（テトラリン）の含有水分の影響について検証した検証結果である。図１０に於いては、図９と同様前記気化室５５の温度、前記噴霧流路５３の温度、該噴霧流路５３の流路径、前記液体原料５２（Ｎｉアミジネート）の流量、溶媒（テトラリン）の流量、キャリアガス（Ｎ2 ガス）の流量、前記噴霧流路５３のベース圧、該噴霧流路５３の気化時圧の８つの要素をそれぞれ異ならせた４つの条件と、従来の気化器について、前記液体原料５２を前記気化室５５内に噴霧可能であるかを検証した。尚、検証した４つの条件では、溶媒（テトラリン）の流量を全て０としている。
【００７３】
上記検証の結果、前記噴霧流路５３を加熱することで、前記液体原料５２を前記気化室５５内に噴霧可能であり、気化可能であることが分った。
【００７４】
以上の結果により、前記噴霧流路５３の閉塞要因は、前記液体原料５２（Ｎｉアミジネート）と溶媒（テトラリン）の含有水分の反応による異物の発生であることが分った。
【００７５】
従って、前記気化器２６を用いて気化を行う際には、前記液体原料５２と溶媒の選定には充分な検証、注意が必要とされる。
【００７６】
次に、図１１に於いて、前記基板処理装置１の各動作を制御する制御部（制御手段）であるコントローラ７５について説明する。
【００７７】
該コントローラ７５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）７６、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）７７、記憶装置７８、Ｉ／Ｏポート７９を具備するコンピュータとして構成されている。前記ＲＡＭ７７、前記記憶装置７８、前記Ｉ／Ｏポート７９は、内部バス８１を介して前記ＣＰＵ７６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７５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８２が接続されている。
【００７８】
前記記憶装置７８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７８内には、前記基板処理装置１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７５に実行させ、所定の結果を得ることが出来るよう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ＲＡＭ７７は、前記ＣＰＵ７６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。
【００７９】
前記Ｉ／Ｏポート７９は、前記ＭＦＣ３５，３７，４２、前記バルブ２３，３１，３６，３８，４３、前記圧力センサ４５、前記ＡＰＣバルブ４６、前記真空ポンプ４７、前記ヒータ４、前記温度センサ４８、前記ボート回転機構１５、前記ボートエレベータ１４、前記気化器２６、前記ＬＭＦＣ２４，３２、前記配管ヒータ３０、前記オリフィス部ヒータ５６、前記気化室ヒータ５７等に接続されている。
【００８０】
前記ＣＰＵ７６は、前記記憶装置７８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８２からの操作コマンドの入力等に応じて前記記憶装置７８からプロセスレシピを読出す。そして、前記ＣＰＵ７６は、読出したプロセスレシピの内容に沿う様に、前記ＭＦＣ３５，３７，４２による各種ガスの流量調整動作、前記ＬＭＦＣ２４，３２による液体原料の流量制御、前記バルブ２３，３１，３６，３８，４３の開閉操作、前記ＡＰＣバルブ４６の開閉動作及び該ＡＰＣバルブ４６による前記圧力センサ４５に基づく圧力調整動作、前記温度センサ４８に基づく前記ヒータ４の温度調整動作、前記真空ポンプ４７の起動及び停止、前記ボート回転機構１５による前記ボート１３の回転及び回転速度調節動作、前記ボートエレベータ１４による前記ボート１３の昇降動作、前記配管ヒータ３０の温度調整動作、前記オリフィス部ヒータ５６の温度調整動作、前記気化室ヒータ５７の温度調整動作等を制御する。
【００８１】
尚、前記コントローラ７５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）８３を用意し、該外部記憶装置８３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７５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８３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８３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。尚、前記記憶装置７８や前記外部記憶装置８３は、コンピュータ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７８単体のみを含む場合、前記外部記憶装置８３単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。
【００８２】
次に、上述した前記基板処理装置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、基板上に金属膜としてＮｉ膜（ニッケル膜）を成膜するシーケンス例について、図１２のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明に於いて、前記基板処理装置１を構成する各部の動作は前記コントローラ７５により制御される。
【００８３】
本実施例に於いては、前記基板処理装置１の前記処理室１１内のウェーハ３に対してＮｉ含有ガス、例えばＮｉアミジネートガスと、Ｈ含有ガス、例えばＮＨ3 ガスとを交互に（サイクリックに）所定回数供給することで、ウェーハ３上にＮｉ膜を形成する。この際、ＮｉアミジネートガスとＮＨ3 ガスが互いに混合しない状態で、ウェーハ３がＮｉアミジネートガスとＮＨ3 ガスに交互に曝され、ウェーハ３上にＮｉ膜を形成する。
【００８４】
ここで、「Ｎｉアミジネートガスと、ＮＨ3 ガスとを交互に所定回数供給する」とは、Ｎｉアミジネートガスを供給する工程と、ＮＨ3 ガスを供給する工程とを１サイクルとした場合、このサイクルを１回行う場合と、このサイクルを複数回行う場合の両方を含む。即ち、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことを意味する。尚、このサイクルは、１回行うよりも複数回行うことが望ましい。
【００８５】
ＳＴＥＰ：０１  先ず、複数枚のウェーハ３が前記ボート１３に装填（ウェーハチャージ）される。
【００８６】
ＳＴＥＰ：０２  次に、該ボート１３が前記ボートエレベータ１４により持上げられ、前記処理室１１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８は前記マニホールド６の下端をシールした状態となる。
【００８７】
ＳＴＥＰ：０３  前記ボート１３の搬入後、前記処理室１１内が所望の圧力（真空度）となる様に、前記真空ポンプ４７によって真空排気される。この際、前記処理室１１内の圧力は、前記圧力センサ４５で測定され、測定された圧力情報に基づき前記ＡＰＣバルブ４６がフィードバック制御される（圧力調整）。又、前記処理室１１内が所望の温度となるように前記ヒータ４によって加熱される。この際、前記処理室１１内が所望の温度分布となるように、前記温度センサ４８が検出した温度情報に基づき前記ヒータ４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、前記ボート回転機構１５により、前記ボート１３が回転されることで、ウェーハ３が回転される。
【００８８】
尚、前記真空ポンプ４７の作動、前記ヒータ４による前記処理室１１内の加熱、前記ボート回転機構１５による前記ボート１３及びウェーハ３の回転は、少なくともウェーハ３に対する処理が終了する迄の間は継続して行われる。
【００８９】
次に、Ｎｉアミジネートガスと、ＮＨ3 ガスを前記処理室１１内に供給することにより、Ｎｉ膜を形成するＮｉ膜形成工程を行う。Ｎｉ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。
【００９０】
ＳＴＥＰ：０４  先ず、前記ガス供給管１８の前記バルブ２３，２５を開放し、前記ガス供給管１８内にＮｉアミジネートを流す。該ガス供給管１８内を流れるＮｉアミジネートは、前記ＬＭＦＣ２４により流量調整され、図３、図４に示される前記気化器２６により気化されることで、Ｎｉアミジネートガスとして前記ノズル１６の前記ガス供給孔３３から前記処理室１１内に供給され、前記排気管４４から排気される。尚、前記気化器２６と前記ノズル１６間の前記ガス供給管１８は、前記配管ヒータ３０により加熱されており、気化されたＮｉアミジネートガスが再液化するのを防止している。
【００９１】
又Ｎｉアミジネートガスの供給と並行して、前記バルブ３６を開き、前記キャリアガス供給管３４内にＮ2 ガス等の不活性ガスを流す。該キャリアガス供給管３４内を流れるＮ2 ガスは、前記ＭＦＣ３５により流量調整され、Ｎｉアミジネートガスと共に前記処理室１１内に供給され、前記排気管４４から排気される。尚、この時、前記ノズル１７内へのＮｉアミジネートガスの侵入を防止する為、前記バルブ４３を開放し、前記キャリアガス供給管４１内にＮ2 ガスを流す。Ｎ2 ガスは、前記ガス供給管１９、前記ノズル１７を介して前記処理室１１内に供給され、前記排気管４４から排気される。尚、不活性ガスとしては、Ｎ2 ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００９２】
この時、前記ＡＰＣバルブ４６の開度を適正に調整し、前記処理室１１内の圧力を、例えば５０〜２００Ｐａの範囲内の圧力とする。又、前記ＬＭＦＣ２４で制御するＮｉアミジネートガスの供給流量は、例えば２〜１００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。
【００９３】
又、前記ＭＦＣ３５，４２で制御するＮ2 ガスの供給総流量は、例えば５０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。又、Ｎｉアミジネートガスをウェーハ３に対して供給する時間、即ちガス供給時間（照射時間）は、例えば６０〜２４０秒の範囲内の時間とする。更に、この時の前記ヒータ４の温度は、ウェーハ３の温度が例えば１２０〜２００℃の範囲内の温度となる様に設定する。
【００９４】
Ｎｉアミジネートガスの供給により、ウェーハ３上にＮｉ含有層が形成される。尚、Ｎｉ含有層は、Ｎｉアミジネートの化学吸着層であってもよいし、Ｎｉ層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
【００９５】
尚、上記ＳＴＥＰ：０３に於いては、Ｎｉアミジネートのみを前記ガス供給管１８に供給しているが、Ｎｉアミジネートを溶媒、例えばテトラリンと混合させて使用する場合には、前記バルブ３１を開き、前記溶媒供給管２７内をテトラリンを流通させる。テトラリンは前記ＬＭＦＣ３２により流量調整された後、前記バルブ２５を介して前記ガス供給管１８に供給されることで、Ｎｉアミジネートと混合される。
【００９６】
ＳＴＥＰ：０５  Ｎｉ含有層の形成後、前記ガス供給管１８の前記バルブ２３，２５を閉じ、Ｎｉアミジネートの供給を停止する。この時、前記排気管４４の前記ＡＰＣバルブ４６は開いたままとし、前記真空ポンプ４７により前記処理室１１内を真空排気し、該処理室１１内に残留する未反応、若しくはＮｉ含有層に寄与した後のＮｉアミジネートガスを前記処理室１１内から排気する。
【００９７】
尚、この時、前記バルブ３６，４３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１１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１１内に残留する未反応若しくはＮｉ含有層形成に寄与した後のＮｉアミジネートガスを前記処理室１１内から排気する効果を更に高めることができる。
【００９８】
又この時、前記処理室１１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１１内を完全にパージしなくてもよい。該処理室１１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１１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、前記反応管５（前記処理室１１）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１１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。
【００９９】
ＳＴＥＰ：０６  該処理室１１内の残留ガスを除去した後、前記ガス供給管１９の前記バルブ３８を開くことで、ＮＨ3 ガスが前記ＭＦＣ３７により流量調整され、前記ノズル１７の前記ガス供給孔３９から前記処理室１１内に供給され、前記排気管４４から排気される。即ち、前記処理室１１内に供給されたＮＨ3 ガスは熱で活性化され、前記排気管４４から排気される。この時、ウェーハ３に対しては、熱で活性化されたＮＨ3 ガスが供給されることとなる。
【０１００】
ＮＨ3 ガスを熱で活性化させて流す時は、前記ＡＰＣバルブ４６の開度を適正に調整し、前記処理室１１内の圧力を、例えば３００〜７００Ｐａの範囲内の圧力とする。該処理室１１内の圧力をこの様な比較的高い圧力帯とすることで、ＮＨ3 ガスをプラズマを用いず熱で活性化させることが可能となる。前記ＭＦＣ３７で制御するＮＨ3 ガスの供給流量は、例えば２００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。又、前記ＭＦＣ３５，４２で制御するＮ2 ガスの供給総流量は、例えば０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。
【０１０１】
ウェーハ３をＮＨ3 ガスに曝す時間、即ちガス供給時間（照射時間）は、例えば２０〜６０秒の範囲内の時間とする。又この時の前記ヒータ４の温度は、ウェーハ３の温度が１４０〜２５０℃の範囲内の温度となる様に設定する。
【０１０２】
この時、前記処理室１１内に流しているガスは、ＮＨ3 ガスであり、該処理室１１内にはＮｉアミジネートガスは流していない。従って、ＮＨ3 ガスは気相反応を起すことはなく、ＮＨ3 ガスはＳＴＥＰ：０４でウェーハ３上に形成されたＮｉ含有層と反応し、ＮＨ3 ガスに含まれるＨ2 がＮｉアミジネート由来のリガンドや不純物をＮｉ含有層から引抜き、ウェーハ３上にＮｉ層が形成される。又この時、Ｎｉ層には、意図せずＮｉアミジネートに由来するリガンドや不純物が完全に引抜かれずに微量に残る場合もある。この様な場合も含めて、ＳＴＥＰ：０４〜ＳＴＥＰ：０６で得られた層をＮｉ層と称する。
【０１０３】
ＳＴＥＰ：０７  Ｎｉ層の形成後、前記バルブ３８を閉じて前記処理室１１内へのＮＨ3 ガスの供給を停止する。この時、前記排気管４４の前記ＡＰＣバルブ４６は開いたままとし、前記真空ポンプ４７により前記処理室１１内を真空排気し、該処理室１１内に残留する未反応、若しくはＮｉ層形成に寄与した後のＮＨ3 ガスを前記処理室１１内から排気する。
【０１０４】
尚、この時、前記バルブ３６，４３は開いたままとし、Ｎ2 ガスの前記処理室１１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１１内に残留する未反応若しくはＮｉ層形成に寄与した後のＮＨ3 ガスを前記処理室１１内から排気する効果を更に高めることができる。
【０１０５】
又この時、前記処理室１１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１１内を完全にパージしなくてもよい。該処理室１１内に残留するガスが微量であれば再度ＳＴＥＰ：０４を行う場合に於いても悪影響が生じることはない。この時該処理室１１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、前記反応管５（前記処理室１１）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１１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。
【０１０６】
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３上にＮｉ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３上に所定膜厚のＮｉ膜を形成することができる。
【０１０７】
ＳＴＥＰ：０９  Ｎｉ膜の形成後、前記処理室１１内にＮ2 等の不活性ガスを供給し、前記排気管４４から排気される。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１１内が不活性ガスでパージされ、該処理室１１内に残留するガスが該処理１１内から除去される。
【０１０８】
ＳＴＥＰ：１０  該処理室１１内の雰囲気が不活性ガスに置換された後、該処理室１１内の圧力が大気圧（常圧）に復帰される（大気圧復帰）。
【０１０９】
ＳＴＥＰ：１１  その後、前記ボートエレベータ１４により前記シールキャップ８が下降され、前記マニホールド６の下端が開口されると共に、処理済みのウェーハ３が前記ボート１３に保持された状態で前記マニホールド６の下端から前記反応管５の外部に搬出される（ボートアンロード）。
【０１１０】
ＳＴＥＰ：１２  最後に、処理済みのウェーハ３が前記ボート１３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。
【０１１１】
上述の様に、本実施例に於いては、前記アトマイザ４９に形成された前記噴霧流路５３の下流側に、流路断面積が縮小された前記オリフィス部５４が形成されているので、前記噴霧流路５３内に供給された前記液体原料５２は、前記オリフィス部５４へと流入する過程で偏向され、該オリフィス部５４内では前記液体原料５２に壁面から離反しようとする慣性力が作用し、該慣性力により前記オリフィス部５４内に極端に圧力が低下する減圧部を生じさせる。該オリフィス部５４に減圧部が生じることで、該オリフィス部５４内の前記液体原料５２が飽和蒸気圧以下迄急激に減圧されて沸騰し、前記オリフィス部５４内に前記気泡６３を生じさせることができる。
【０１１２】
前記オリフィス部５４内に前記気泡６３を生じさせることで、該気泡６３が前記噴霧流路５３の出口に於ける圧力の変化により急激に膨張し、前記液体原料５２を引きちぎって微粒化させることができ、又微粒化された前記液体原料５２の大部分が断熱膨張により気化し、該液体原料５２の残りは前記気化室５５からの熱により気化させることができる。
【０１１３】
断熱膨張により気化できなかった前記液体原料５２に関しても、前記気泡６３の膨張により微粒化され、霧状の液滴となっているので、前記気化室５５内で気化されるまでの時間が短くなり、該気化室５５内での前記液体原料５２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５５内に残留する残渣を軽減することができる。
【０１１４】
又、前記オリフィス部ヒータ５６による前記噴霧流路５３内の前記液体原料５２の加熱、或は蒸気圧値の高い溶媒を混合させることで、前記液体原料５２の原料蒸気圧値を高くすることができるので、低蒸気圧の液体材料であっても前記気化器２６により容易に気化させることができる。
【０１１５】
又、前記噴霧流路５３内の前記気泡６３が前記気化室５５内で膨張する様、前記液体原料５２の分圧が前記気化室５５内の分圧よりも高ければよいので、該気化室５５内を減圧した減圧場（高真空場）に於いても前記液体原料５２を容易に微粒化させ、気化させることができる。
【０１１６】
又、前記オリフィス部ヒータ５６の加熱による前記液体原料５２の増圧、減圧機構（図示せず）による前記気化室５５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５２を前記気化室５５内に噴霧させ、気化させることができる。
【０１１７】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【０１１８】
（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アトマイザと、該アトマイザの下方に設けられ内部に気化室が形成された気化管とを有し、前記噴霧流路に前記液体原料を偏向させて慣性力を作用させ、該液体原料の分圧を飽和蒸気圧以下まで急激に減圧させるオリフィス部が形成されたことを特徴とする基板処理装置。
【０１１９】
（付記２）前記オリフィス部を加熱するオリフィス部ヒータと、前記気化室を減圧する減圧機構とを更に具備し、前記オリフィス部ヒータにより前記液体原料を加熱し、前記減圧機構により前記気化室内を減圧する付記１の基板処理装置。
【０１２０】
（付記３）前記気化室にキャリアガスを供給するキャリアガス供給孔が形成され、前記制御部は前記液体原料の気化状態を維持する様前記キャリアガスの流量を調整する付記１又は付記２の基板処理装置。
【符号の説明】
【０１２１】
１              基板処理装置
２              処理炉
３              ウェーハ
５              反応管
１１            処理室
１６，１７      ノズル
１８，１９      ガス供給管
２１            液体原料タンク
２３            バルブ
２４            ＬＭＦＣ
２５            バルブ
２６            気化器
５１            気化管
５２            液体原料
５３            噴霧流路
５４            オリフィス部
５５            気化室
５６            オリフィス部ヒータ
５７            気化室ヒータ
６３            気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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