JP2012164736A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】生産性よく、半導体装置の不良の少ない高品質な膜を形成でき、歩留りの低下を防止できる基板処理装置及び半導体製造装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板を処理する複数の処理室と、前記各処理室内へ原料を供給する原料供給系と、前記各処理室内へ反応剤を供給する反応剤供給系と、前記原料供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と、前記反応剤供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部と、基板を収容した前記各処理室内に前記原料と前記反応剤とを交互に供給して前記基板を処理すると共に、前記原料供給部と前記反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いるように、前記原料供給系、前記反応剤供給系、前記原料供給部および前記反応剤供給部を制御する制御部と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
薄膜を形成する方法として、１原子層以下の原料を基板表面に吸着させる原料ガス供給ステップと、その吸着層を反応させるために反応剤を供給する反応ガス供給ステップと、それぞれのステップ間でガスが混ざらないように、それぞれのステップの間に不活性ガスを流すステップの４ステップからなる１サイクルを繰り返すことにより、１サイクルあたりに１原子層以下の膜を形成し、これを目標膜厚まで繰り返す成膜法、いわゆる、Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ）法が用いられている。１サイクルで形成できる膜厚が１原子層以下なので、その膜厚は１Å程度であり、１サイクルの時間が１０秒程度の場合、１００Åを目標膜厚とすると、１枚の基板に対する成膜に１０００秒、すなわち、１６分４０秒もかかってしまうことになる。そのため、１時間に３．６枚しか生産できないこととなる。
この問題を克服するために、例えば、大きな反応室を４分割して、原料ガスの流れる領域、反応ガスの流れる領域、原料ガスと反応ガスを分けかつ不活性ガスが流れる領域を二つ形成し、台座には基板を複数枚円状に配置し、これを回転させて、基板を異なるガス領域に順々に通過させることによって、上記の１サイクルを台座の一回転で行う方法が試みられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５４１８１号公報
しかし、この方法では、異なるガスが大きな反応室内で相互に拡散して粉体を形成し、これが基板上に降り積もることで、半導体装置の不良となり、歩留まりの低下につながってしまっていた。
本発明は、上記問題を解決し、生産性よく、半導体装置の不良の少ない高品質な膜を形成でき、歩留りの低下を防止できる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、基板を処理する複数の処理室と、前記各処理室内へ原料を供給する原料供給系と、前記各処理室内へ反応剤を供給する反応剤供給系と、前記原料供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と、前記反応剤供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部と、基板を収容した前記各処理室内に前記原料と前記反応剤とを交互に供給して前記基板を処理すると共に、前記原料供給部と前記反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いるように、前記原料供給系、前記反応剤供給系、前記原料供給部および前記反応剤供給部を制御する制御部と、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、基板を複数の処理室内にそれぞれ収容する工程と、前記基板を収容した前記各処理室内に原料と反応剤とを交互に供給して前記基板を処理する工程を有し、前記基板を処理する工程では、前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いる半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、生産性よく、半導体装置の不良の少ない高品質な膜を形成でき、歩留りの低下を防止できる。
本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の処理ユニットのウェハ処理時における断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の処理ユニットのウェハ搬送時における断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の処理ユニットにおけるガス供給系及び排気系の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る各処理ユニットで行われる成膜工程のフロー図である。 本発明の一実施形態に係る成膜工程における各処理ユニットへの各ガスの供給タイミングを示すタイムチャート図である。
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る基板処理システムとしての基板処理装置は、図１に示されているようにクラスタ装置として構成されている。
＜クラスタ装置＞
図１に示されているように、クラスタ装置１０は、大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得る構造に構成されたトランスファモジュール（搬送室）としての第１ウェハ移載室（以下、負圧移載室という）１１を備えている。負圧移載室１１の筐体（以下、負圧移載室筐体という）１２は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。負圧移載室１１には、負圧下においてウェハ２を移載する搬送ロボットとしてのウェハ移載機（以下、負圧移載機という）１３が設置されている。
負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうちの正面壁には、ロードロックモジュール（ロードロック室）としての搬入用予備室（以下、搬入室という）１４と搬出用予備室（以下、搬出室という）１５とがそれぞれ隣接して連結されている。搬入室１４の筐体と搬出室１５の筐体とは、それぞれ上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。
搬入室１４および搬出室１５の負圧移載室１１と反対側には、大気圧以上の圧力（以下、正圧という）を維持可能な構造に構成されたフロントエンドモジュールとしての第２ウェハ移載室（以下、正圧移載室という）１６が隣接して連結されている。正圧移載室１６の筐体は、平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。正圧移載室１６には、正圧下でウェハ２を移載する搬送ロボットとしての不図示の第２ウェハ移載機（以下、正圧移載機という）が設置されている。
正圧移載室１６の正面壁には三つのウェハ搬入搬出口２１，２２，２３が、隣合わせに並べられて開設されている。これらのウェハ搬入搬出口２１，２２，２３は、ウェハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように構成されている。これらのウェハ搬入搬出口２１，２２，２３には、ポッドオープナ２４がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ２４は、ポッドを載置する載置台２５を備えている。ポッドオープナ２４の載置台２５に対しては、ポッドが、工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって供給および排出されるようになっている。
負圧移載室筐体１２の周りには、ウェハ（基板）２を一枚ずつ収容するように構成された複数、ここでは６つの処理ユニット３１（３１ａ〜３１ｆ）が負圧移載室１１を中心に隣接して配置されている。これら複数の処理ユニット３１には、１つの気化器３２が、気化器３２に接続されたガス供給管と、そのガス供給管から分岐した複数のガス供給管を介して接続され、同様に、１つのオゾナイザ３４が、オゾナイザ３４に接続されたガス供給管と、そのガス供給管から分岐した複数のガス供給管を介して各処理ユニット３１に接続されている。また、各処理ユニット３１に接続されたそれぞれの排気管が、その下流側において一本化して１つの排気ポンプ３６に接続されている。すなわち、気化器３２、オゾナイザ３４及び排気ポンプ３６は複数の処理ユニット３１で共用とされる。
クラスタ装置１０は、後述する基板処理フローを統括的に制御するメインコントローラ３７を備えている。なお、メインコントローラ３７は、クラスタ装置１０を構成する各部の動作を制御する。
＜処理ユニット＞
次に、本実施形態に係るクラスタ装置における処理ユニット３１について説明する。なお、６つの処理ユニット３１（３１ａ〜３１ｆ）は、それぞれ同じ構造を有している。処理ユニット３１は、図２，３に示されているように、枚葉式コールドウォール型の基板処理装置として構成されており、機能的にはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置（以下、成膜装置という）４０として構成されている。以下、成膜装置４０の構成について、図２，３を参照しながら説明する。図２は、ウェハ処理時における成膜装置４０の断面構成図であり、図３は、ウェハ搬送時における成膜装置４０の断面構成図である。
図２，３に示すとおり、成膜装置４０は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２を処理する処理室２０１が形成されている。
処理室２０１内には、ウェハ２を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ2）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウェハ２を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウェハ２を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウェハ２の搬送時には図３で示される位置（ウェハ搬送位置）まで下降し、ウェハ２の処理時には図２で示される位置（ウェハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３下端部の周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台２０３（サセプタ２１７も含む）には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させるための貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた時には、図３に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウェハ２を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図２に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウェハ２を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウェハ２と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
（ウェハ搬送口）
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウェハ２を搬送するためのウェハ搬送口２５０が設けられている。ウェハ搬送口２５０にはゲートバルブ４４が設けられており、ゲートバルブ４４を開くことにより、処理室２０１内と負圧移載室１１内とが連通するようになっている。上述したように、負圧移載室１１は負圧移載室筐体１２内に形成されており、負圧移載室１１内には上述の負圧移載機１３が設けられている。負圧移載機１３には、ウェハ２を搬送する際にウェハ２を支持する搬送アーム１３ａが備えられている。支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ４４を開くことにより、負圧移載機１３により処理室２０１内と負圧移載室１１内との間でウェハ２を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。
（ガス排気口）
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面であって、ウェハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には排気チャンバ２６０ａを介して排気管２６１が接続されており、排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３が順に直列に接続されている。
（ガス導入口）
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。
（シャワーヘッド）
ガス導入口２１０と処理室２０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させるための分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウェハ２の表面に供給するためのシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面及びシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウェハ２と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させるための第１バッファ空間（分散室）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させるための第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。
（排気ダクト）
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウェハ２を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるためのプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い支持台２０３と共に昇降されるようになっている。
支持台２０３がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４及びロワープレート２０５）及び支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
ここで、ウェハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウェハ２上に均一に供給される。そして、ウェハ２上に供給されたガスは、ウェハ２の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウェハ２の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
続いて、上述したガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る成膜装置４０におけるガス供給系及び排気系の概略構成図である。
（液体原料供給系）
処理室２０１の外部には、液体原料としてのＺｒ（ジルコニウム）を含む有機金属液体原料を供給する液体原料供給源２２０ｚが設けられている。液体原料供給源２２０ｚは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されている。
液体原料供給源２２０ｚには、圧送ガスであるヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給するＨｅガス供給管２３７ｚが接続されている。Ｈｅガス供給管２３７ｚの上流側端部には、Ｈｅガス供給源２３０ｚが接続されている。また、Ｈｅガス供給管２３７ｚの下流側端部は、液体原料供給源２２０ｚ内の上部に存在する空間に連通しており、この空間内にＨｅガスを供給するようになっている。
また、液体原料供給源２２０ｚには、液体原料供給管２１１ｚが接続されている。ここで、液体原料供給管２１１ｚの上流側端部は、液体原料供給源２２０ｚ内に収容した液体原料内に浸されている。また、液体原料供給管２１１ｚの下流側端部は、原料供給部であり、液体原料を気化させる気化部としての気化器３２に接続されている。なお、液体原料供給管２１１ｚには、液体原料の液体供給流量を制御する流量制御器としての液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）２２１ｚと、液体原料の供給を制御する開閉弁としてのバルブｖｚ１が設けられている。なお、バルブｖｚ１は、気化器３２の内部に設けられている。
上記構成により、バルブｖｚ１を開くとともに、Ｈｅガス供給管２３７ｚから圧送ガスを供給することにより、液体原料供給源２２０ｚから気化器３２へ液体原料を圧送（供給）することが可能となる。主に、液体原料供給源２２０ｚ、Ｈｅガス供給源２３０ｚ、Ｈｅガス供給管２３７ｚ、液体原料供給管２１１ｚ、液体流量コントローラ２２１ｚ、バルブｖｚ１により液体原料供給系（液体原料供給ライン）が構成される。
（気化部）
液体原料を気化する気化部としての気化器３２は、液体原料をヒータ２３ｚで加熱して気化させて原料ガスを発生させる気化室２０ｚと、この気化室２０ｚ内へ液体原料を吐出するまでの流路である液体原料流路２１ｚと、液体原料の気化室２０ｚ内への供給を制御する上述のバルブｖｚ１と、気化室２０ｚにて発生させた原料ガスを後述する原料ガス供給管２１３へ供給するアウトレットとしての原料ガス供給口２２ｚと、を有している。上述の液体原料供給管２１１ｚの下流側端部は、バルブｖｚ１を介して液体原料流路２１ｚの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｚには、キャリアガス供給管２４ｚの下流側端部が接続されており、液体原料流路２１ｚを介して気化室２０ｚ内にキャリアガスを供給するように構成されている。キャリアガス供給管２４ｚの上流側端部には、キャリアガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを供給するためのＡｒガス供給源２３０ｃが接続されている。キャリアガス供給管２４ｚには、Ａｒガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ（ＭＦＣ）２２５ｚと、Ａｒガスの供給を制御するバルブｖｚ２とが設けられている。主に、Ａｒガス供給源２３０ｃ、キャリアガス供給管２４ｚ，流量コントローラ２２５ｚ，バルブｖｚ２によりキャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。なお、気化器３２は気化部として構成されている。キャリアガス供給系を気化部に含めて考えてもよい。
（原料ガス供給系）
上記の原料供給部である気化器３２の原料ガス供給口２２ｚには、処理室２０１内に原料ガスを供給する原料ガス供給管２１３の上流側端部が接続されている。原料ガス供給管２１３の下流側は、７本のライン、すなわち、第１の原料ガス供給管２１３ａ、第２の原料ガス供給管２１３ｂ、第３の原料ガス供給管２１３ｃ、第４の原料ガス供給管２１３ｄ、第５の原料ガス供給管２１３ｅ、第６の原料ガス供給管２１３ｆ、第１のベント管２１３ｇに分岐している。
第１の原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、バルブｖａ１を介して第１の処理ユニット３１ａに接続され、第２の原料ガス供給管２１３ｂの下流側端部は、バルブｖｂ１を介して第２の処理ユニット３１ｂに接続され、第３の原料ガス供給管２１３ｃの下流側端部は、バルブｖｃ１を介して第３の処理ユニット３１ｃに接続され、第４の原料ガス供給管２１３ｄの下流側端部は、バルブｖｄ１を介して第４の処理ユニット３１ｄに接続され、第５の原料ガス供給管２１３ｅの下流側端部は、バルブｖｅ１を介して第５の処理ユニット３１ｅに接続され、第６の原料ガス供給管２１３ｆの下流側端部は、バルブｖｆ１を介して第６の処理ユニット３１ｆに接続されている。すなわち、原料ガス供給管２１３から、原料ガスを第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆ内にそれぞれ供給するように構成されている。
上記構成により、気化器３２にて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１，ｖｄ１，ｖｅ１，ｖｆ１をそれぞれ開くことにより、原料ガス供給管２１３から第１の原料ガス供給管２１３ａを介して第１の処理室２０１ａ内へ、原料ガス供給管２１３から第２の原料ガス供給管２１３ｂを介して第２の処理室２０１ｂ内へ、原料ガス供給管２１３から第３の原料ガス供給管２１３ｃを介して第３の処理室２０１ｃ内へ、原料ガス供給管２１３から第４の原料ガス供給管２１３ｄを介して第４の処理室２０１ｄ内へ、原料ガス供給管２１３から第５の原料ガス供給管２１３ｅを介して第５の処理室２０１ｅ内へ、原料ガス供給管２１３から第６の原料ガス供給管２１３ｆを介して第６の処理室２０１ｆ内へとそれぞれ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管２１３、第１の原料ガス供給管２１３ａ、第２の原料ガス供給管２１３ｂ、第３の原料ガス供給管２１３ｃ、第４の原料ガス供給管２１３ｄ、第５の原料ガス供給管２１３ｅ、第６の原料ガス供給管２１３ｆ、バルブｖａ１、ｖｂ１、ｖｃ１、ｖｄ１、ｖｅ１、ｖｆ１により、原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。
また主に、液体原料供給系、気化部、原料ガス供給系により原料供給系が構成される。
（反応ガス供給系）
また、処理室２０１の外部には、反応剤（酸化源）としてのオゾンガス（Ｏ3）のもととなる酸素ガス（Ｏ2）を供給するＯ2ガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｏ2ガス供給源２３０ｏには、Ｏ2ガス供給管２１１ｏの上流側端部が接続されている。Ｏ2ガス供給管２１１ｏの下流側端部には、プラズマによりＯ2ガスから反応剤としてのＯ3ガスを生成させる反応剤供給部であるオゾナイザ３４が接続されている。なお、Ｏ2ガス供給管２１１ｏには、Ｏ2ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２１ｏが設けられている。
オゾナイザ３４のアウトレット２２ｏには、反応ガスであるＯ3ガスを供給する反応ガス供給管２１５の上流側端部が接続されている。また、反応ガス供給管２１５の下流側は、７本のライン、すなわち、第１の反応ガス供給管２１５ａ、第２の反応ガス供給管２１５ｂ、第３の反応ガス供給管２１５ｃ、第４の反応ガス供給管２１５ｄ、第５の反応ガス供給管２１５ｅ、第６の反応ガス供給管２１５ｆ、第２のベント管２１５ｇに分岐している。
第１の反応ガス供給管２１５ａの下流側端部は、バルブｖａ２を介して第１の処理ユニット３１ａに接続され、第２の反応ガス供給管２１５ｂの下流側端部は、バルブｖｂ２を介して第２の処理ユニット３１ｂに接続され、第３の反応ガス供給管２１５ｃの下流側端部は、バルブｖｃ２を介して第３の処理ユニット３１ｃに接続され、第４の反応ガス供給管２１５ｄの下流側端部は、バルブｖｄ２を介して第４の処理ユニット３１ｄに接続され、第５の反応ガス供給管２１５ｅの下流側端部は、バルブｖｅ２を介して第５の処理ユニット３１ｅに接続され、第６の反応ガス供給管２１５ｆの下流側端部は、バルブｖｆ２を介して第６の処理ユニット３１ｆに接続されている。すなわち、反応ガス供給管２１５から、Ｏ3ガスを第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆ内にそれぞれ供給するように構成されている。
上記構成により、オゾナイザ３４にてＯ3ガスを発生させるとともに、バルブｖａ２，ｖｂ２、ｖｃ２、ｖｄ２、ｖｅ２，ｖｆ２をそれぞれ開くことにより、反応ガス供給管２１５から第１の反応ガス供給管２１５ａを介して第１の処理室２０１ａ内へ、反応ガス供給管２１５から第２の反応ガス供給管２１５ｂを介して第２の処理室２０１ｂ内へ、反応ガス供給管２１５から第３の反応ガス供給管２１５ｃを介して第３の処理室２０１ｃ内へ、反応ガス供給管２１５から第４の反応ガス供給管２１５ｄを介して第４の処理室２０１ｄ内へ、反応ガス供給管２１５から第５の反応ガス供給管２１５ｅを介して第５の処理室２０１ｅ内へ、反応ガス供給管２１５から第６の反応ガス供給管２１５ｆを介して第６の処理室２０１ｆ内へとそれぞれ反応ガスであるＯ3ガスを供給することが可能となる。主に、Ｏ2ガス供給源２３０ｏ、Ｏ2ガス供給管２１１ｏ、流量コントローラ２２１ｏ、オゾナイザ３４、反応ガス供給管２１５、第１の反応ガス供給管２１５ａ、第２の反応ガス供給管２１５ｂ、第３の反応ガス供給管２１５ｃ、第４の反応ガス供給管２１５ｄ、第５の反応ガス供給管２１５ｅ、第６の反応ガス供給管２１５ｆ、バルブｖａ２、ｖｂ２、ｖｃ２、ｖｄ２、ｖｅ２、ｖｆ２により、反応剤供給系である反応ガス供給系（反応ガス供給ライン）が構成される。
主に上述の原料ガス供給系及び反応ガス供給系により、処理容器内に処理ガス（液体原料を気化させた原料ガスおよび反応ガス）を供給する処理ガス供給系が構成される。
（パージガス供給系）
また、第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆの外部には、パージガスとしての窒素（Ｎ2）ガスを供給するＮ2ガス供給源２３０ｐ、２３０ｎが設けられている。Ｎ2ガス供給源２３０ｐには、パージガス供給管２１４の上流側端部が接続されている。パージガス供給管２１４の下流側は、６本のライン、すなわち、第１のパージガス供給管２１４ａ、第２のパージガス供給管２１４ｂ、第３のパージガス供給管２１４ｃ、第４のパージガス供給管２１４ｄ、第５のパージガス供給管２１４ｅ、第６のパージガス供給管２１４ｆに分岐している。第１のパージガス供給管２１４ａの下流側端部は、Ｎ2ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２５ａ、バルブｖａ３を介して、第１の原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ１の下流側に接続されている。また、第２のパージガス供給管２１４ｂの下流側端部は、流量コントローラ２２５ｂ、バルブｖｂ３を介して、第２の原料ガス供給管２１３ｂのバルブｖｂ１の下流側に接続されている。また、第３のパージガス供給管２１４ｃの下流側端部は、流量コントローラ２２５ｃ、バルブｖｃ３を介して、第３の原料ガス供給管２１３ｃのバルブｖｃ１の下流側に接続されている。また、第４のパージガス供給管２１４ｄの下流側端部は、流量コントローラ２２５ｄ、バルブｖｄ３を介して、第４の原料ガス供給管２１３ｄのバルブｖｄ１の下流側に接続されている。また、第５のパージガス供給管２１４ｅの下流側端部は、流量コントローラ２２５ｅ、バルブｖｅ３を介して、第５の原料ガス供給管２１３ｅのバルブｖｅ１の下流側に接続されている。また、第６のパージガス供給管２１４ｆの下流側端部は、流量コントローラ２２５ｆ、バルブｖｆ３を介して第６の原料ガス供給管２１３ｆのバルブｖｆ１の下流側に接続されている。主に、Ｎ2ガス供給源２３０ｐ、パージガス供給管２１４、第１〜第６のパージガス供給管２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ、２１４ｅ、２１４ｆ、流量コントローラ２２５ａ，２２５ｂ，２２５ｃ、２２５ｄ，２２５ｅ，２２５ｆ，バルブｖａ３，ｖｂ３，ｖｃ３，ｖｄ３，ｖｅ３，ｖｆ３により第１のパージガス供給系（第１のパージガス供給ライン）が構成される。
また、Ｎ2ガス供給源２３０ｎには、パージガス供給管２１６の上流側端部が接続されている。パージガス供給管２１６の下流側は、６本のライン、すなわち、第７のパージガス供給管２１６ａ、第８のパージガス供給管２１６ｂ、第９のパージガス供給管２１６ｃ、第１０のパージガス供給管２１６ｄ、第１１のパージガス供給管２１６ｅ、第１２のパージガス供給管２１６ｆに分岐している。第７のパージガス供給管２１６ａの下流側端部は、Ｎ2ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２７ａ、バルブｖａ４を介して第１の反応ガス供給管２１５ａのバルブｖａ２の下流側に接続されている。また、第８のパージガス供給管２１６ｂの下流側端部は、流量コントローラ２２７ｂ、バルブｖｂ４を介して第２の反応ガス供給管２１５ｂのバルブｖｂ２の下流側に接続されている。また、第９のパージガス供給管２１６ｃの下流側端部は、流量コントローラ２２７ｃ、バルブｖｃ４を介して第３の反応ガス供給管２１５ｃのバルブｖｃ２の下流側に接続されている。また、第１０のパージガス供給管２１６ｄの下流側端部は、流量コントローラ２２７ｄ、バルブｖｄ４を介して第４の反応ガス供給管２１５ｄのバルブｖｄ２の下流側に接続されている。また、第１１のパージガス供給管２１６ｅの下流側端部は、流量コントローラ２２７ｅ、バルブｖｅ４を介して第５の反応ガス供給管２１５ｅのバルブｖｅ２の下流側に接続されている。また、第１２のパージガス供給管２１６ｆの下流側端部は、流量コントローラ２２７ｆ、バルブｖｆ４を介して第６の反応ガス供給管２１５ｆのバルブｖｆ２の下流側に接続されている。主に、Ｎ2ガス供給源２３０ｎ、パージガス供給管２１６、第７〜第１２のパージガス供給管２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄ、２１６ｅ、２１６ｆ、流量コントローラ２２７ａ，２２７ｂ，２２７ｃ、２２７ｄ，２２７ｅ，２２７ｆ，バルブｖａ４，ｖｂ４，ｖｃ４，ｖｄ４，ｖｅ４，ｖｆ４により第２のパージガス供給系（第２のパージガス供給ライン）が構成される。
（排気系）
第１の処理ユニット３１ａには第１の排気管２６１ａの上流側端部が接続されている。また、第２の処理ユニット３１ｂには第２の排気管２６１ｂの上流側端部が接続されている。また、第３の処理ユニット３１ｃには第３の排気管２６１ｃの上流側端部が接続されている。また、第４の処理ユニット３１ｄには第４の排気管２６１ｄの上流側端部が接続されている。また、第５の処理ユニット３１ｅには第５の排気管２６１ｅの上流側端部が接続されている。また、第６の処理ユニット３１ｆには第６の排気管２６１ｆの上流側端部が接続されている。そして、第１〜第６の排気管２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄ、２６１ｅ及び２６１ｆは一本化して排気管２６１に接続され、排気管２６１の下流側端部に排気ポンプ３６が接続される。主に、第１〜第６の排気管２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄ、２６１ｅ、２６１ｆ、排気管２６１及び排気ポンプ３６により排気系（排気ライン）が構成される。
（ベント系）
また、第１のベント管２１３ｇ、第２のベント管２１５ｇの下流側端部はそれぞれ排気管２６１に接続されている。第１のベント管２１３ｇ、第２のベント管２１５ｇには、ガスの供給を制御するためのバルブｖｇ１，ｖｇ２がそれぞれ設けられている。
上記構成により、バルブｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１，ｖｄ１，ｖｅ１，ｖｆ１を閉じ、バルブｖｇ１を開くことで、原料ガス供給管２１３を流れるガスを、第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆ内に供給することなく処理室をバイパスさせ、第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆ外へとそれぞれ排気することが可能となる。また、バルブｖａ２，ｖｂ２，ｖｃ２，ｖｄ２，ｖｅ２，ｖｆ２を閉じ、バルブｖｇ２を開くことで、反応ガス供給管２１５を流れるガスを、第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆ内に供給することなく処理室をバイパスさせ、第１の処理室２０１ａ〜第６の処理室２０１ｆ外へとそれぞれ排気することが可能となる。
主に、第１のベント管２１３ｇ、第２のベント管２１５ｇ、バルブｖｇ１，ｖｇ２によりベント系（ベントライン）が構成される。
（コントローラ）
なお、成膜装置４０は、成膜装置４０の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、メインコントローラ３７により制御されることで、ゲートバルブ４４、昇降機構２０７ｂ、負圧移載機１３、ヒータ２０６、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２、気化器３２，オゾナイザ３４、排気ポンプ３６、バルブｖａ１〜ｖａ４，ｖｂ１〜ｖｂ４，ｖｃ１〜ｖｃ４、ｖｄ１〜ｖｄ４、ｖｅ１〜ｖｅ４、ｖｆ１〜ｖｆ４、ｖｇ１、ｖｇ２、液体流量コントローラ２２１ｚ，流量コントローラ２２５ｚ，２２１ｏ，２２５ａ，２２５ｂ，２２５ｃ，２２５ｄ，２２５ｅ，２２５ｆ，２２７ａ，２２７ｂ，２２７ｃ，２２７ｄ，２２７ｅ，２２７ｆ等の動作を制御する。
（２）基板処理工程
次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、ウェハ２を処理する方法（基板処理工程）について説明する。なお、以下の説明において、クラスタ装置１０を構成する各部の動作は制御部としてのメインコントローラ３７により制御される。
＜成膜工程＞
各処理ユニット３１において、ウェハ２上に形成された下部電極上に、キャパシタ絶縁膜としての高誘電率絶縁膜を形成する成膜工程について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態にかかる各処理ユニット３１で行われる成膜工程のフロー図である。また、図６は、本発明の実施形態にかかる６つの処理ユニット３１への各ガスの供給タイミングを示すタイムチャート図である。ここでは、Ｚｒ原料としてＺｒプリカーサであるＴＥＭＡＺ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｅｔｈｙｌ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ： Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ3）2（Ｃ2Ｈ5）2］4）を、酸化源としてＯ3を用いて、下部電極としてのＴｉＮ膜上に、高誘電率絶縁膜としての酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2膜）をＡＬＤ法によって成膜する。なお、以下の説明において、成膜装置４０を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。また、コントローラ２８０の動作はメインコントローラ３７により制御される。
〔ウェハロード工程（Ｓ１）〕
まず、各処理ユニット３１内の昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図３に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、第１の処理ユニット３１ａのゲートバルブ４４を開き、第１の処理室２０１ａと負圧移載室１１とを連通させる。そして、上述のように負圧移載機１３により負圧移載室１１内から第１の処理室２０１ａ内へウェハ２を搬送アーム１３ａで支持した状態でロードする。第１の処理室２０１ａ内に搬入したウェハ２は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。負圧移載機１３の搬送アーム１３ａが第１の処理室２０１ａ内から負圧移載室１１内へ戻ると、ゲートバルブ４４が閉じられる。同様に、第２の処理室２０１ｂ〜第６の処理室２０１ｆ内にウェハ２を搬入する。
続いて、各処理室２０１内の昇降機構２０７を作動させ、支持台２０３を、図２に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウェハ２は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される。
〔プレヒート工程（Ｓ２）〕
続いて、圧力調整器２６２により、各処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウェハ温度を昇温させ、ウェハ２の表面温度が所定の処理温度となるように制御する。
なお、ウェハロード工程（Ｓ１）、プレヒート工程（Ｓ２）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ５）においては、排気ポンプ３６を作動させつつ、バルブｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１，ｖｄ１，ｖｅ１，ｖｆ１，ｖａ２，ｖｂ２，ｖｃ２，ｖｄ２，ｖｅ２，ｖｆ２を閉じ、バルブｖａ３，ｖｂ３，ｖｃ３，ｖｄ３，ｖｅ３，ｖｆ３，ｖａ４，ｖｂ４，ｖｃ４，ｖｄ４，ｖｅ４，ｖｆ４を開くことで、各処理室２０１内にＮ2ガスを常に流し、各処理室２０１内をＮ2雰囲気としておく。これにより、各処理室２０１内のウェハ２上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、排気ポンプ３６は、少なくともウェハロード工程（Ｓ１）から後述のウェハアンロード工程（Ｓ５）までの間は、常に作動させた状態とする。
工程Ｓ１〜Ｓ２と並行して、液体原料（Ｚｒ原料）であるＴＥＭＡＺを気化させた原料ガス（Ｚｒ原料ガス）、すなわちＴＥＭＡＺガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１，ｖｄ１，ｖｅ１，ｖｆ１を閉じたまま、バルブｖｚ２を開き、気化器３２へキャリアガス（Ａｒガス）を供給しつつ、バルブｖｚ１を開くとともに、Ｈｅガス供給管２３７ｚから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｚから気化器３２へ液体原料を圧送（供給）し、気化器３２にて液体原料を気化させて原料ガスを生成させておく。この予備気化工程では、排気ポンプ３６を作動させつつ、バルブｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１，ｖｄ１，ｖｅ１，ｖｆ１を閉じたまま、バルブｖｇ１を開くことにより、原料ガスを各処理室２０１内に供給することなく各処理室２０１をバイパスして排気しておく。
また、このとき、反応剤（酸化源）としてのＯ3ガスも生成させた状態としておく。すなわち、Ｏ2ガス供給源２３０ｏからオゾナイザ３４へＯ2ガスを供給して、オゾナイザ３４にてＯ3ガスを生成させておく。この際、排気ポンプ３６を作動させつつ、バルブｖａ２，ｖｂ２，ｖｃ２，ｖｄ２，ｖｅ２，ｖｆ２を閉じたまま、バルブｖｇ２を開くことにより、Ｏ3ガスを各処理室２０１内に供給することなく各処理室２０１をバイパスして排気しておく。
気化器３２にて原料ガス（ＴＥＭＡＺガス）を安定した状態で生成させたり、オゾナイザ３４にてＯ3ガスを安定した状態で生成させたりするには所定の時間を要する。すなわち、原料ガスやＯ3ガスの生成初期は、これらが不安定な状態で供給される。このため、本実施形態では、原料ガス、Ｏ3ガスを予め生成させておくことで安定供給可能な状態としておき、バルブｖａ１，ｖｂ１，ｖｃ１，ｖｄ１，ｖｅ１，ｖｆ１，ｖｇ１、ｖａ２，ｖｂ２，ｖｃ２，ｖｄ２，ｖｅ２，ｖｆ２、ｖｇ２の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｏ3ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、各処理室２０１内への原料ガス、Ｏ3ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
〔高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３）〕
続いて、処理室２０１内にＴＥＭＡＺガスを供給するＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａと、処理室２０１内をパージし、処理室２０１内に残留するＴＥＭＡＺガスを除去するパージ工程Ｓ３ｂと、処理室２０１内にＯ3ガスを供給するＯ3供給工程Ｓ３ｃと、処理室２０１内をパージし、処理室２０１内に残留するＯ3ガスや反応副生成物を除去するパージ工程Ｓ３ｄとを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することでウェハ２上にＺｒＯ2膜を形成する処理を各処理ユニット３１において実施する。すなわち、各処理室２０１内に、処理ガスとしてのＴＥＭＡＺガス及びＯ3ガスを交互に供給し、排気することで、各処理ユニット３１においてウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）にキャパシタ絶縁膜である高誘電率絶縁膜としてのＺｒＯ2膜を形成する処理を行う。高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３）における本実施形態にかかる６つの処理ユニット３１における動作について、図４〜図６を参照しながら説明する。
＜ステップＳ１０＞
まず、バルブｖｇ１、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ１を開いて、第１の処理室２０１ａ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第１の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。このとき、バルブｖａ４は開いており、第１の処理室２０１ａ内にはＮ2ガスも供給される。
＜ステップＳ１１＞
所定の時間が経過したら、バルブｖａ３を開き、バルブｖａ１、バルブｖｂ３を閉じ、バルブｖｂ１を開いて、第２の処理室２０１ｂ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第２の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。このとき、バルブｖｂ４は開いており、第２の処理室２０１ｂ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖａ３，ｖａ４も開いているので、第１の処理室２０１ａ内にもＮ2ガスが供給され、第１の処理室２０１ａ内はパージされる（第１の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。
＜ステップＳ１２＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｂ３を開き、バルブｖｂ１、バルブｖｃ３を閉じ、バルブｖｃ１を開いて、第３の処理室２０１ｃ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第３の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。このとき、バルブｖｃ４は開いており、第３の処理室２０１ｃ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｂ３，ｖｂ４も開いているので、第２の処理室２０１ｂ内にもＮ2ガスが供給され、第２の処理室２０１ｂ内はパージされる（第２の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。
＜ステップＳ１３＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｃ３を開き、バルブｖｃ１、バルブｖｄ３を閉じ、バルブｖｄ１を開いて、第４の処理室２０１ｄ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第４の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖｇ２を閉じ、バルブｖａ２を開き、バルブｖａ４を閉じて、第１の処理室２０１ａ内にＯ3ガスを供給する（第１の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。このとき、バルブｖｄ４は開いており、第４の処理室２０１ｄ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖａ３も開いているので、第１の処理室２０１ａ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｃ３，ｖｃ４も開いているので、第３の処理室２０１ｃ内にもＮ2ガスが供給され、第３の処理室２０１ｃ内はパージされる（第３の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。
＜ステップＳ１４＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｄ３を開き、バルブｖｄ１、バルブｖｅ３を閉じ、バルブｖｅ１を開いて、第５の処理室２０１ｅ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第５の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖａ２を閉じ、バルブｖａ４、バルブｖｂ２を開いて、バルブｖｂ４を閉じ、第２の処理室２０１ｂ内にＯ3ガスを供給する（第２の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。このとき、バルブｖｅ４は開いているので、第５の処理室２０１ｅ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｂ３も開いているので、第２の処理室２０１ｂ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｄ３、ｖｄ４も開いているので、第４の処理室２０１ｄ内にもＮ2ガスが供給され、第４の処理室２０１ｄ内はパージされる（第４の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖａ３，ｖａ４も開いているので、第１の処理室２０１ａ内にもＮ2ガスが供給され、第１の処理室２０１ａ内はパージされる（第１の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
＜ステップＳ１５＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｅ３を開き、バルブｖｅ１、バルブｖｆ３を閉じ、バルブｖｆ１を開いて、第６の処理室２０１ｆ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第６の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖｂ２を閉じ、バルブｖｂ４、バルブｖｃ２を開いて、バルブｖｃ４を閉じ、第３の処理室２０１ｃ内にＯ3ガスを供給する（第３の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。ここで、第１の処理室２０１ａ内において、ＡＬＤの１サイクル分が終了する。また、このとき、バルブｖｆ４は開いているので、第６の処理室２０１ｆ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｃ３も開いているので、第３の処理室２０１ｃ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｅ３、ｖｅ４も開いているので、第５の処理室２０１ｅ内にもＮ2ガスが供給され、第５の処理室２０１ｅ内はパージされる（第５の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖｂ３，ｖｂ４も開いているので、第２の処理室２０１ｂ内にもＮ2ガスが供給され、第２の処理室２０１ｂ内はパージされる（第２の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
＜ステップＳ１６＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｆ３を開き、バルブｖｆ１、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ１を開いて、第１の処理室２０１ａ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第１の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖｃ２を閉じ、バルブｖｃ４、バルブｖｄ２を開いて、バルブｖｄ４を閉じ、第４の処理室２０１ｄ内にＯ3ガスを供給する（第４の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。ここで、第２の処理室２０１ｂ内において、ＡＬＤの１サイクル分が終了する。また、このとき、バルブｖａ４は開いているので、第１の処理室２０１ａ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｄ３も開いているので、第４の処理室２０１ｄ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｆ３、ｖｆ４も開いているので、第６の処理室２０１ｆ内にもＮ2ガスが供給され、第６の処理室２０１ｆ内はパージされる（第６の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖｃ３，ｖｃ４も開いているので、第３の処理室２０１ｃ内にもＮ2ガスが供給され、第３の処理室２０１ｃ内はパージされる（第３の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
＜ステップＳ１７＞
所定の時間が経過したら、バルブｖａ３を開き、バルブｖａ１、バルブｖｂ３を閉じ、バルブｖｂ１を開いて、第２の処理室２０１ｂ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第２の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖｄ２を閉じ、バルブｖｄ４、バルブｖｅ２を開いて、バルブｖｅ４を閉じ、第５の処理室２０１ｅ内にＯ3ガスを供給する（第５の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。ここで、第３の処理室２０１ｃ内において、ＡＬＤの１サイクル分が終了する。また、このとき、バルブｖｂ４は開いているので、第２の処理室２０１ｂ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｅ３も開いているので、第５の処理室２０１ｅ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖａ３、ｖａ４も開いているので、第１の処理室２０１ａ内にもＮ2ガスが供給され、第１の処理室２０１ａ内はパージされる（第１の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖｄ３，ｖｄ４も開いているので、第４の処理室２０１ｄ内にもＮ2ガスが供給され、第４の処理室２０１ｄ内はパージされる（第４の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
＜ステップＳ１８＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｂ３を開き、バルブｖｂ１、バルブｖｃ３を閉じ、バルブｖｃ１を開いて、第３の処理室２０１ｃ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第３の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖｅ２を閉じ、バルブｖｅ４、バルブｖｆ２を開いて、バルブｖｆ４を閉じて、第６の処理室２０１ｆ内にＯ3ガスを供給する（第６の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。ここで、第４の処理室２０１ｄ内において、ＡＬＤの１サイクル分が終了する。また、このとき、バルブｖｃ４は開いているので、第３の処理室２０１ｃ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｆ３も開いているので、第６の処理室２０１ｆ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｂ３、ｖｂ４も開いているので、第２の処理室２０１ｂ内にもＮ2ガスが供給され、第２の処理室２０１ｂ内はパージされる（第２の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖｅ３，ｖｅ４も開いているので、第５の処理室２０１ｅ内にもＮ2ガスが供給され、第５の処理室２０１ｅ内はパージされる（第５の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
＜ステップＳ１９＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｃ３を開き、バルブｖｃ１、バルブｖｄ３を閉じ、バルブｖｄ１を開いて、第４の処理室２０１ｄ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第４の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖｆ２を閉じ、バルブｖｆ４、バルブｖａ２を開いて、バルブｖａ４を閉じ、第１の処理室２０１ａ内にＯ3ガスを供給する（第１の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。ここで、第５の処理室２０１ｅ内において、ＡＬＤの１サイクル分が終了する。また、このとき、バルブｖｄ４は開いているので、第４の処理室２０１ｄ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖａ３も開いているので、第１の処理室２０１ａ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｃ３、ｖｃ４も開いているので、第３の処理室２０１ｃ内にもＮ2ガスが供給され、第３の処理室２０１ｃ内はパージされる（第３の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖｆ３，ｖｆ４も開いているので、第６の処理室２０１ｆ内にもＮ2ガスが供給され、第６の処理室２０１ｆ内はパージされる（第６の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
＜ステップＳ２０＞
所定の時間が経過したら、バルブｖｄ３を開き、バルブｖｄ１、バルブｖｅ３を閉じ、バルブｖｅ１を開いて、第５の処理室２０１ｅ内にＴＥＭＡＺガスを供給する（第５の処理室：ＴＥＭＡＺ供給工程Ｓ３ａ）。また、このとき、バルブｖａ２を閉じ、バルブｖａ４、バルブｖｂ２を開いて、バルブｖｂ４を閉じて、第２の処理室２０１ｂ内にＯ3ガスを供給する（第２の処理室：Ｏ3供給工程Ｓ３ｃ）。ここで、第６の処理室２０１ｆ内において、ＡＬＤの１サイクル分が終了する。また、このとき、バルブｖｅ４は開いているので、第５の処理室２０１ｅ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｂ３も開いているので、第２の処理室２０１ｂ内にはＮ2ガスも供給される。また、このとき、バルブｖｄ３、ｖｄ４も開いているので、第４の処理室２０１ｄ内にもＮ2ガスが供給され、第４の処理室２０１ｄ内はパージされる（第４の処理室：パージ工程Ｓ３ｂ）。また、このとき、バルブｖａ３，ｖａ４も開いているので、第１の処理室２０１ａ内にもＮ2ガスが供給され、第１の処理室２０１ａ内はパージされる（第１の処理室：パージ工程Ｓ３ｄ）。
〔所定回数実施工程（Ｓ３ｅ）〕
以上のように各処理室２０１（各処理ユニット３１）において、工程Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、所定膜厚のジルコニウムを含む高誘電率絶縁膜としてのＺｒＯ2膜が形成される。
〔ガス排気工程（Ｓ４）〕
所定膜厚のＺｒＯ2膜が形成されると、第１の処理ユニット３１ａから順番に上述のサイクルが終了するが、第１の処理ユニット３１ａのサイクルが所定回数終了した場合には、サイクルが終了した処理ユニット３１に接続されたバルブの開閉は行わない。また、第６の処理室２０１ｆ内への最後のＴＥＭＡＺ供給工程（Ｓ３ａ）が終了したら、バルブｖｆ１を閉じ、バルブｖｆ３、バルブｖｇ１を開く。そして、圧送ガスであるＨｅガスの供給を停止し、ＴＥＭＡＺの気化を終了する。そして、第６の処理室２０１ｆ内への最後のＯ3供給工程（Ｓ３ｃ）が終了したら、バルブｖｆ２を閉じ、バルブｖｆ４、バルブｖｇ２を開く。そして、オゾナイザ３４を停止させて、所定時間Ｏ2ガスを反応ガス供給管２１５内に供給することにより、ガス配管内をパージする。なお、サイクルが所定回数終了した処理ユニットから順番に各処理室２０１内がそれぞれ真空排気される。
〔ウェハアンロード工程（Ｓ５）〕
その後、上述したウェハロード工程（Ｓ１）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＺｒＯ2膜が形成された後のウェハ２を、各処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する。
なお、高誘電率絶縁膜形成工程（Ｓ３）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）をＴＥＭＡＺガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、ＴＥＭＡＺ供給工程（Ｓ３ａ）においては、ＴＥＭＡＺガスはウェハ２上に吸着する。Ｏ3供給工程（Ｓ３ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＥＭＡＺガスとＯ3ガスとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＺｒＯ2膜が形成される。
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、ＺｒＯ2膜を形成する際の処理条件としては、
ウェハ温度：１００〜４００℃、
処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、
ＴＥＭＡＺ供給流量：１〜１００ｓｃｃｍ、
Ｏ3供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ2（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
が例示される。
本実施形態によれば、気化器３２等の原料供給部やオゾナイザ３４等の反応剤供給部、排気ポンプ３６等の排気部を複数使用せずに、これら原料供給部、反応剤供給部又は排気部を１つで共用として、これら生成装置から複数の処理ユニット３１（処理室２０１）へ配管を分岐して敷設して、前記原料供給部と前記反応剤供給部とをバルブを切り替えて時間分割して用い、それぞれの処理ユニット３１では、上述した４ステップ（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄ）からなる１サイクルを連続して実行する。これにより、生産性よく、半導体装置の不良の少ない高品質な膜を形成でき、歩留りの低下を防止できるようになる。また、処理ガスの使用効率を高めることができ、更にフットプリントにも優れ、製造コストを低く抑えることができる。
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、高誘電率絶縁膜としてＺｒＯ2膜を形成する場合について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、高誘電率絶縁膜として、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ2膜）、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）、酸化ニオブ膜（Ｎｂ2Ｏ5膜）、酸化タンタル膜（Ｔａ2Ｏ5膜）、チタン酸ストロンチウム膜（ＳｒＴｉＯ膜）、チタン酸バリウムストロンチウム膜（ＢａＳｒＴｉＯ膜）、チタン酸ジルコン酸鉛膜（ＰＺＴ膜）、もしくは、それらの膜に他の元素を添加した膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。
＜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。
本発明の一態様によれば、
基板を処理する複数の処理室と、
前記各処理室内へ原料を供給する原料供給系と、
前記各処理室内へ反応剤を供給する反応剤供給系と、
前記原料供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と、
前記反応剤供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部と、
基板を収容した前記各処理室内に前記原料と前記反応剤とを交互に供給して前記基板を処理すると共に、前記原料供給部と前記反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いるように、前記原料供給系、前記反応剤供給系、前記原料供給部および前記反応剤供給部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
好ましくは、前記原料供給部が気化器である。
また好ましくは、前記反応剤がオゾン（Ｏ3）であり、前記反応剤供給部がオゾナイザ（オゾン発生器）である。
また好ましくは、前記制御部は、前記基板を処理する際には、前記原料および前記反応剤が、必ず何れかの前記処理室内に流れるように、前記原料供給系、前記反応剤供給系、前記原料供給部および前記反応剤供給部を制御するよう構成される。
本発明の他の態様によれば、
基板を複数の処理室内にそれぞれ収容する工程と、
前記基板を収容した前記各処理室内に原料と反応剤とを交互に供給して前記基板を処理する工程を有し、
前記基板を処理する工程では、前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いる半導体装置の製造方法が提供される。
２ ウェハ（基板）
１０ クラスタ装置（基板処理装置）
３１ 処理ユニット
３２ 気化器
３４ オゾナイザ
３６ 排気ポンプ
２０１ 処理室
２８０ コントローラ

Claims (2)

  1. 基板を処理する複数の処理室と、
    前記各処理室内へ原料を供給する原料供給系と、
    前記各処理室内へ反応剤を供給する反応剤供給系と、
    前記原料供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と、
    前記反応剤供給系に設けられ前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部と、
    基板を収容した前記各処理室内に前記原料と前記反応剤とを交互に供給して前記基板を処理すると共に、前記原料供給部と前記反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いるように、前記原料供給系、前記反応剤供給系、前記原料供給部および前記反応剤供給部を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 基板を複数の処理室内にそれぞれ収容する工程と、
    前記基板を収容した前記各処理室内に原料と反応剤とを交互に供給して前記基板を処理する工程を有し、
    前記基板を処理する工程では、前記複数の処理室で共用とされる原料供給部と前記複数の処理室で共用とされる反応剤供給部とを前記各処理室で時間分割して用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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