JP2017168866A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理モジュールが使用できなくなったときに、装置の稼働を停止せずに基板の処理を続行することにより、ウエハＷの廃棄数を低減すること。【解決手段】搬送室内にてウエハＷの受け渡しが可能なウエハ搬送機構３の列と、この列の左右両側にて当該列に沿って配置され、ウエハＷに対して処理を行う処理モジュールＰＭの列と、を備え、前記処理モジュールＰＭの列は、前記一連の処理の各処理が少なくとも２つの処理モジュールＰＭのいずれにおいても行うことができるように構成されている。このため、前記一の処理モジュールＰＭが使用できなくなったときには、当該処理と同じ処理を行える他の処理モジュールＰＭにウエハＷを速やかに搬送することができる。従って、前記一の処理モジュールＰＭが使用できなくなったときにおいても、装置の稼働を停止することなくウエハＷの処理が続行でき、ウエハＷの廃棄数が低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の処理モジュールを順次用い、基板に対して真空雰囲気で一連の複数の処理を行うための基板処理装置に関する。
近年、システム内蔵メモリの不揮発化を図ろうとする動きがあり、トンネル型磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive :TMR）効果を利用したメモリであるＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）が提案されている。ＭＲＡＭは、ワード線とビット線の交点にＭＴＪ素子（磁気トンネル接合素子）を配列して構成されており、各ＭＴＪ素子が１ビットの情報を記憶している。このＭＴＪ素子９は、図５８及び図５９に示すように、２つの強磁性層９５（９５ａ，９５ｂ）の間に絶縁層９６よりなるトンネルバリア層を設けた積層膜として構成されている。このＭＴＪ素子９では、２つの強磁性層９５の磁化の方向を揃えると電気抵抗が小さく（図５８参照）、前記方向が異なると電気抵抗が大きくなる（図５９参照）ことを利用して、磁化の方向によって記憶素子の「０」、「１」を決定し、データとして使用している。
前記ＭＴＪ素子９は、基板上に強磁性層９５ｂを成膜し、その上にトンネルバリア層をなす絶縁層９６を成膜した上に、再び強磁性層９５ａを成膜して形成されている。強磁性層９５としては金属膜、絶縁層９６としては金属酸化膜が用いられており、金属膜はスパッタリングにより成膜することが主流である。また、金属酸化膜は、例えばスパッタ装置にて金属膜を成膜した後、当該金属膜を別の装置にて酸素ラジカルにより酸化させることにより形成される。従って、ＭＴＪ素子９の形成には、金属膜や金属酸化膜の積層数に応じた真空チャンバや酸化用のチャンバが必要である。
このような積層膜を成膜する装置としては、ＷＯ２００９／０６０５４０公報の段落００６８に搬送チャンバとプロセスモジュールとを交互に接続したインライン型のウエハ搬送機構が提案されている。この装置では、搬送チャンバ内のアームが、当該搬送チャンバの上流側のプロセスモジュールからウエハを受け取って、当該搬送チャンバの下流側のプロセスモジュールに受け渡すというように、プロセスモジュールを介して基板の搬送が行われる。また、特開２００３−６０００８号公報には、真空雰囲気に設定された第２の移載室のまわりに複数の処理ユニットが接続された装置において、金属膜を積層した積層膜を形成する技術が記載されている。この構成では、第２の移載室内に設けられた２本の第２の移載アームにより、前記処理ユニットに対して基板の搬入出が行われる。
前記ＭＴＪ素子９を１台の装置において製造する場合には、当該装置に金属膜と金属酸化膜とを合わせた積層数に応じた個数の処理チャンバが組み込まれる。そして、この装置に基板が連続して搬入され、この基板は上流側の処理チャンバから下流側の処理チャンバに順次搬送されて、積層膜を構成するための一連の処理が行われる。
ところで装置を稼働しているときに、前記装置に組み込まれた処理チャンバが故障して使用できなくなる可能性がある。この場合には、故障した処理チャンバ内にある基板と、この基板よりも後から装置に搬入された基板に対しては、故障した処理チャンバでの処理を行うことができないため、この装置にて積層膜を形成することができず、これら基板は廃棄することになる。
また、処理チャンバが故障すると、一旦装置の稼働を停止するため、装置内にある基板は前記一連の処理が途中で停止した状態になる。従って、故障した処理チャンバ内にある基板よりも前に装置に搬入された基板に対しては、装置が復旧して処理が再開されれば、一連の処理を続行することができる。しかしながら、処理を一旦停止すると、金属膜の表面の酸化が進み、ＭＲ（磁気抵抗）／ＲＡ（抵抗）が変化する等、電気的特性が低下するおそれがある。このため、装置を迅速に復旧させて処理を再開したとしても、当該基板についても廃棄せざるを得ないことがある。デバイスが精密になり、基板に非常に高価なデバイスが形成される傾向にあることから、スループットの低下を抑えつつ、基板の廃棄数を低減できる真空処理装置が求められている。
前記ＷＯ２００９／０６０５４０公報及び特開２００３−６０００８号公報には、いずれもプロセスモジュールの故障については記載されておらず、プロセスモジュールが使用できなくなったときの課題を解決することはできない。また、ＷＯ２００９／０６０５４０公報の装置に、故障したプロセスモジュールと同様の処理を行う予備のプロセスモジュールを設けたとしても、この装置ではプロセスモジュールを介して基板が搬送されるので、当該予備のプロセスモジュールへの基板の搬送経路が非常に複雑になる。さらに、プロセスモジュールが使用されているときには基板の搬送が制限されるため、スループットが低下する。
前記特開２００３−６０００８号公報の装置では、第２の移載室に接続できる処理チャンバ数に制限があり、予備の処理チャンバの接続は難しい。また、第２の移載室内には複数の移載アームが設けられているが、第２の移載室内にて基板の受け渡しができないため、処理チャンバを介して基板を搬送することになる。このため、ＷＯ２００９／０６０５４０公報と同様に、基板の搬送経路が非常に複雑になり、スループットが低下する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理モジュールが使用できなくなったときに、装置の稼働を停止せずに基板の処理を続行することにより、基板の廃棄数を低減できる技術を提供することにある。
本発明の基板処理装置は、
複数の処理モジュールを順次用い、基板に対し真空雰囲気にて複数の一連の処理を行うための基板処理装置において、
真空雰囲気にされる搬送室内に配置されると共に、各々水平回転、進退自在に構成され、互いに隣接するもの同士で当該搬送室内にて基板の受け渡しが可能な基板搬送機構の列と、
この列の左右両側にて当該列に沿って配置され、基板に対して処理を行う処理モジュールの列と、
前記処理モジュールの各列の一端側に配置された予備真空室と、
基板の搬送を制御する制御部と、を備え、
前記複数の処理モジュールには、基板搬送機構の列側の側壁が互いに隣接する基板搬送機構の間に向かって突出し、斜め前方側及び斜め後方側のいずれの基板搬送機構からも基板の受け渡しが可能なように構成された処理モジュールが含まれ、
前記処理モジュールの列は、前記一連の処理の各処理が少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように構成され、
前記制御部は、処理モジュールの列に含まれる一の処理モジュールが使用できなくなったときには、当該一の処理モジュールにて行われる処理と同じ処理を行える他の処理モジュールを使用して基板の処理を続行するように制御信号を出力することを特徴とする。
本発明によれば、複数の処理モジュールを順次用い、基板に対して真空雰囲気で一連の複数の処理を行うための真空処理装置において、前記一連の処理の各処理が、少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように処理モジュールが配置されている。また、搬送室内にて互いに隣接する基板搬送機構同士で基板の受け渡しができるように構成されている。このため、前記一の処理モジュールが使用できなくなったときには、当該一の処理モジュールを経由することなく搬送室内を通って、当該一の処理モジュールにて行われる処理と同じ処理を行える他の処理モジュールに基板を速やかに搬送することができる。従って、前記一の処理モジュールが使用できなくなったときにおいても、装置の稼働を停止することなく基板の処理が続行できるため、前記一連の処理を途中で停止するといった事態の発生が抑えられる。これにより、前記一連の処理を途中で停止することが原因となる基板の廃棄を防ぐことができ、基板の廃棄数が低減される。
本発明の基板処理装置を適用した真空処理装置の一例を示す平面図である。 真空処理装置に設けられた処理モジュールと搬送モジュールの一例を示す平面図である。 真空処理装置に設けられた搬送モジュールを示す縦断面図である。 真空処理装置に設けられた搬送モジュールを示す縦断面図である。 真空処理装置を用いて製造される積層膜の一例を示す構成図である。 真空処理装置を示す平面図である。 成膜モジュール（スパッタモジュール）の一例を示す縦断面図である。 成膜モジュールの一例を示す平面図である。 成膜モジュールに設けられるマグネット配列体の一例を示す平面図である。 成膜モジュールの作用を示す縦断面図である。 成膜モジュールの作用を示す縦断面図である。 酸化モジュールの一例を示す縦断面図である。 加熱モジュールの一例を示す縦断面図である。 冷却モジュールの一例を示す縦断面図である。 退避用モジュールの一例を示す平面図である。 退避用モジュールの一例を示す縦断面図である。 真空処理装置の作用を示す工程図である。 真空処理装置内のウエハの搬送経路を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す工程図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の他の例を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置のさらに他の例を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置の作用を示す平面図である。 真空処理装置に設けられた基板搬送機構の他の例を示す平面図である。 真空処理装置に設けられた基板搬送機構のさらに他の例を示す概略斜視図である。 第３の実施形態に係る真空処理装置の概略図である。 前記真空処理装置の横断平面図である。 前記真空処理装置にて形成される積層膜の一例を示す構成図である。 前記真空処理装置におけるウエハの搬送経路を示す作用図である。 前記第３の実施形態に係る真空処理装置の比較例である真空処理装置の概略図である。 第４の実施形態に係る真空処理装置の概略図である。 前記真空処理装置におけるウエハの搬送経路を示す作用図である。 前記第４の実施形態に係る真空処理装置の比較例である真空処理装置の概略図である。 ＭＴＪ素子を示す縦断面図である。 ＭＴＪ素子を示す縦断面図である。
本発明の基板処理装置を適用した真空処理装置の実施の形態の一例について図１〜図１８を参照して説明する。この装置は、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）Ｗに対して真空雰囲気において処理を行うために、図１中Ｘ方向（前後方向）に伸びるように配置された処理ステーション１を備えている。当該処理ステーション１の一端側には、大気搬送モジュール１１を介して、搬入出ポート２が接続されている。この搬入出ポート２は、処理ステーション１に対してウエハＷの搬入及び搬出を夫々行うためのものである。当該搬入出ポート２には、ロードポートをなす載置台２１が、図１中Ｙ方向（左右方向）に複数箇所例えば４箇所に並ぶように夫々設けられている。各々の載置台２１には、例えば２５枚のウエハＷが収納された搬送容器であるＦＯＵＰ２０が載置される。図中２２はウエハＷの搬入出口である。
大気搬送モジュール１１には、後述する処理モジュールとＦＯＵＰ２０との間においてウエハＷの受け渡しを行うために、大気搬送アーム１２が搬送機構として設けられている。大気搬送アーム１２は、例えば鉛直軸周りに回転自在、昇降自在及び載置台２１の並びに沿って移動自在に構成されている。この例では、大気搬送アーム１２は、後述のウエハ搬送機構と同様に、多関節アームとして構成されている。図１中１０は装置本体を構成する外装体、１３はウエハＷの搬送用の開口部である。
処理ステーション１には、第１のロードロック室ＬＬ１及び第２のロードロック室ＬＬ２が設けられている。第１のロードロック室ＬＬ１は、常圧雰囲気からウエハＷが搬入される搬入用の予備真空室をなすものである。また、第２のロードロック室ＬＬ２は、後述する処理モジュールにて処理されたウエハＷを常圧雰囲気に搬出するための搬出用の予備真空室をなすものである。これら第１及び第２のロードロック室ＬＬ１，ＬＬ２は、大気搬送アーム１２がアクセスできるように、大気搬送モジュール１１に隣接して設けられている。
また、処理ステーション１は、ウエハＷに対して処理を行う複数個の処理モジュールＰＭ（ＰＭ１〜ＰＭ１３）と、複数個の搬送モジュールＴＭ（ＴＭ１〜ＴＭ７）と、退避用モジュールＳＭ１と、を備えている。前記搬送モジュールＴＭには基板搬送機構をなすウエハ搬送機構３が設けられている。
前記処理モジュールＰＭは、第１のロードロック室ＬＬ１の並びに沿って、前後方向（Ｘ方向）に互いに間隔をおいて一例に配列されると共に、第２のロードロック室ＬＬ２の並びに沿って、前後方向に互いに間隔をおいて一例に配列されている。前記第１のロードロック室ＬＬ１側の処理モジュールＰＭの並びを第１の列と呼び、前記第２のロードロック室ＬＬ２側の処理モジュールＰＭの並びを第２の列と呼ぶことにする。
搬送モジュールＴＭは、処理モジュールＰＭの第１の列と第２の列との間に設けられており、第１の列と第２の列の処理モジュールＰＭに対してウエハＷの受け渡しをするように、前後方向に一列に配列されている。また、１つの搬送モジュールＴＭのウエハ搬送機構３は、第１の列に沿って並ぶ２つの処理モジュールＰＭと、第２の列に沿って並ぶ２つの処理モジュールＰＭに対してウエハＷの受け渡しを行うと共に、隣接する搬送モジュールＴＭのウエハ搬送機構３との間でウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。
この例では、搬送モジュールＴＭの列を介して、処理モジュールＰＭの第１の列と第２の列とが夫々対称になるように配列されている。例えば搬入出ポート２から見て左右方向の中央に、７個の搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ７が設けられており、搬入出ポート２から見て搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ７の列の左側に、第１のロードロック室ＬＬ１に並ぶ７個の処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ７が配列されている。また、搬入出ポート２から見て搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ７の右側に、第２のロードロック室ＬＬ２に並ぶ７個の処理モジュールＰＭ８〜ＰＭ１３と、１個の退避用モジュールＳＭ１と、が配列されている。
各々の搬送モジュールＴＭは、第１の列及び第２の列において、互いに隣接するロードロック室ＬＬ１（ＬＬ２）と処理モジュールＰＭ１（ＰＭ１３）との間あるいは、互いに隣接する処理モジュールＰＭ同士の間に夫々位置するように設けられている。以降では、処理ステーション１の搬入出ポート２側を一端側とし、この一端側を前後方向（Ｘ方向）の手前側、他端側を奥側として説明を進める。
前記ロードロック室ＬＬ、処理モジュールＰＭ、搬送モジュールＴＭ及び退避用モジュールＳＭは、夫々真空雰囲気に設定可能な真空容器（処理容器）として構成されている。前記搬送モジュールＴＭの真空容器３０は、図１及び図２に示すように、平面視概略六角形状に構成され、第１の列側に六角形の一の頂点が突出すると共に、第２の列側に六角形の他の頂点が突出するように配列されている。つまり、搬送モジュールＴＭの真空容器３０は、搬入出ポート２側から見て第１の列側（左側）に向けてＶ字状に突出して屈曲する側壁３１を備えると共に、搬入出ポート２側から見て第２の列側（右側）に向けてＶ字状に突出して屈曲する側壁３２を備えている。
隣接する搬送モジュールＴＭ同士の間は、図３及び図４に示すように側壁部３０ａにより区画されている。この側壁部３０ａにはウエハＷを搬送するための開口部３０ｂが形成されており、当該開口部３０ｂはゲートバルブＧにより開閉自在に構成されている。後述するように処理ステーション１には酸化処理用の処理モジュールが設けられるので、前記ゲートバルブＧは、酸素の拡散を防ぐように搬送雰囲気を区画するために設けられている。但しこのゲートバルブＧは必ずしも必要はなく、搬送モジュール同士の間が開口部として形成されていてもよい。図１及び図２では図示の便宜上側壁部３０ａ及びゲートバルブＧの図示を省略し、図２では隣接する搬送モジュール同士の間を点線により区画して示している。
また、前記第１の列のロードロック室ＬＬ１及び処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ７の真空容器５は、図１及び図２に示すように、搬入出ポート２側から見て例えば右側に向けてＶ字状に突出して屈曲する側壁４１を備えている。そして、第１の列の互いに隣接するロードロック室ＬＬ１及び処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ７の側壁４１同士の間に、搬送モジュールＴＭの側壁３１が夫々入り込むように配列されている。
さらに、前記第２の列では、図１及び図２に示すように、ロードロック室ＬＬ２、処理モジュールＰＭ８〜ＰＭ１３及び退避用モジュールＳＭ１の真空容器５は、搬入出ポート２側から見て例えば左側に向けてＶ字状に突出して屈曲する側壁４２を備えている。そして、第２の列の互いに隣接するロードロック室ＬＬ２、処理モジュールＰＭ８〜ＰＭ１３及び退避用モジュールＳＭ１の側壁４２同士の間に、搬送モジュールＴＭの側壁３２が夫々入り込むように配列されている。
前記処理モジュールＰＭ（ＰＭ１〜ＰＭ１３）の詳細については後述するが、これら処理モジュールＰＭ内には、ウエハＷを載置する載置部４５が設けられている。また、搬送モジュールＴＭ（ＴＭ１〜ＴＭ７）のウエハ搬送機構３は、図２〜図４に示すように、多関節アームとして構成されている。この多関節アームは、例えば基台３４に積層された例えば２本のアーム３５，３５と、これらアーム３５，３５のうち上方側のアーム３５の先端部に取り付けられたピック３６と、を備えて構成されている。各々のウエハ搬送機構３は、例えば搬送モジュールＴＭの下方側に設けられた駆動部３７により、前記基台３４を介して鉛直軸周りに回転自在及びピック３６が進退自在に構成されている。図３及び図４中３８はベローズである。
このウエハ搬送機構３は、当該ウエハ搬送機構３が設けられた搬送モジュールＴＭを囲む４つの処理モジュールＰＭの載置部４５及び、隣接する搬送モジュールＴＭとの間に設けられた受け渡しステージ３００に対してアクセスできるように、設置位置や伸長ストロークが設定されている。例えば搬送モジュールＴＭ１を例にすると、当該モジュールのウエハ搬送機構３は、ロードロック室ＬＬ１，ＬＬ２と処理モジュールＰＭ１，ＰＭ１３と、搬送モジュールＴＭ２との間の受け渡しステージ３００に対してアクセスできるように構成されている。
前記受け渡しステージ３００は、図２〜図４に示すように、隣接する搬送モジュールＴＭ同士の間に、側壁部３０ａと干渉しないように設けられている。図３及び図４は、搬送モジュールＴＭ２と搬送モジュールＴＭ３との間におけるウエハＷの受け渡しを例にして、搬送モジュールＴＭ２〜ＴＭ４を模式的に示すものである。この受け渡しステージ３００は、例えば昇降機構３０２により昇降自在に構成された支持ピン３０１を備えている。この支持ピン３０１は、当該支持ピン３０１の両隣にある２つのウエハ搬送機構３が互いに干渉せずに、この支持ピン３０１に対してウエハＷの受け渡しを行うことができるように構成されている。図中３０３はベローズである。
前記搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ７は各々その底部に形成された排気口３９ａにより、排気路３９ｂを介して真空ポンプ等の真空排気機構３９に接続されている。図３及び図４中３９ｃは圧力調整部である。この例では、搬送モジュールＴＭが個別に真空排気されるように構成したが、搬送モジュールＴＭ同士の間にゲートバルブＧが設けられていない場合には、いずれかの搬送モジュールＴＭに共通の真空排気機構３９を接続し、この真空排気機構３９により全ての搬送モジュールＴＭの真空排気を行うようにしてもよい。以上のように構成することにより、搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ７を接続した全体の搬送領域を搬送室と呼ぶことにすると、ウエハ搬送機構３は真空雰囲気にされる搬送室内に配置される。また、このウエハ搬送機構３は各々水平回転、進退自在に構成され、互いに隣接するもの同士で当該搬送室内にて、ウエハＷの受け渡しが可能となるように構成されていることになる。
前記ロードロック室ＬＬ、処理モジュールＰＭ、搬送モジュールＴＭ及び退避用モジュールＳＭの真空容器の各々には、ウエハ搬送機構３の移動領域に対応してウエハＷの搬送口４７が夫々形成されている。前記搬送口４７は、各々ウエハＷを保持したピック３６が進退できるように設定されている。これらの搬送口４７には、開口部を気密に塞ぐようにゲートバルブＧＶが設けられており、この例では、互いに隣接する真空容器同士の間でゲートバルブＧＶが共通化されている。
こうして、処理ステーション１では、前記処理モジュールＰＭの列とウエハ搬送機構３の列との配置関係は、処理モジュールＰＭ、ウエハ搬送機構３、処理モジュールＰＭの並びが千鳥状になるように構成される。また、前記処理モジュールＰＭは、ウエハ搬送機構３の列側の側壁が互いに隣接するウエハ搬送機構３の間に向かって突出し、斜め前方側及び斜め後方側のいずれのウエハ搬送機構３からもウエハＷの受け渡しが可能なように構成されることになる。
具体的には、搬送モジュールＴＭ１のウエハ搬送機構３は、ロードロック室ＬＬ１，ＬＬ２及び処理モジュールＰＭ１，ＰＭ１３にアクセスし、搬送モジュールＴＭ２のウエハ搬送機構３は、処理モジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ１２，ＰＭ１３にアクセスする。また、搬送モジュールＴＭ３のウエハ搬送機構３は、処理モジュールＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ１１，ＰＭ１２にアクセスし、搬送モジュールＴＭ４のウエハ搬送機構３は、処理モジュールＰＭ３，ＰＭ４，ＰＭ１０，ＰＭ１１にアクセスする。さらに、搬送モジュールＴＭ５のウエハ搬送機構３は、処理モジュールＰＭ４，ＰＭ５，ＰＭ９，ＰＭ１０にアクセスし、搬送モジュールＴＭ６のウエハ搬送機構３は、処理モジュールＰＭ５，ＰＭ６，ＰＭ８，ＰＭ９にアクセスする。そして、搬送モジュールＴＭ７のウエハ搬送機構３は、処理モジュールＰＭ６，ＰＭ７，ＰＭ８及び退避用モジュールＳＭ１にアクセスする。
続いて、前記真空処理装置において図５に示す構造の積層膜２００を形成する場合を例にして、各処理モジュールＰＭの構成について具体的に説明する。この積層膜２００は、記憶素子例えばＭＲＡＭに用いられるＭＴＪ膜の構成例である。このＭＴＪ膜は金属膜と金属酸化膜とを合わせて９層積層した積層膜よりなる。この例では、下側から順に、タンタル（Ｔａ）膜、ＰｔＭｎ膜、ＣｏＦｅ膜、ルテニウム（Ｒｕ）膜、ＣｏＦｅＢ膜、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜、ＣｏＦｅＢ膜、Ｒｕ膜、Ｔａ膜を積層してＭＴＪ膜が構成されている。前記ＰｔＭｎ膜はプラチナ（Ｐｔ）とマンガン（Ｍｎ）とを含む膜、ＣｏＦｅ膜はコバルト（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）とを含む膜であり、ＣｏＦｅＢ膜はＣｏとＦｅとＢ（ホウ素）とを含む膜である。
例えば、図２に示す真空処理装置にてこのＭＴＪ膜２００を製造する場合には、複数の処理モジュールを順次用い、ウエハＷに対して真空雰囲気で一連の複数の処理が行われる。この一連の複数の処理の詳細については後述するが、この複数の処理には、金属膜の成膜処理、金属膜の酸化処理、金属酸化膜或いは金属膜の加熱処理、金属酸化膜或いは金属膜の冷却処理が含まれる。従って、処理モジュールとしては、前記成膜処理を行う成膜モジュール、前記酸化処理を行う酸化モジュール、前記加熱処理を行う加熱モジュール、前記冷却処理を行う冷却モジュールが夫々処理モジュールとして配置される。
そして、この真空処理装置では、前記一連の処理の各処理が少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように、処理モジュールが配置されている。従って、真空処理装置は、同じ処理を少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように、同じ金属膜の成膜処理を行う成膜モジュールと、酸化モジュールと、加熱モジュールと、冷却モジュールとを少なくとも２個ずつ備えている。酸化モジュール、加熱モジュール及び冷却モジュールについては、１つのモジュールはウエハＷの処理に用いるものであり、残りのモジュールは予備の処理モジュールである。
この例の成膜モジュールはスパッタ法により金属膜を成膜するスパッタモジュールにより構成され、同じ成膜処理は、同じ種類の金属のターゲットを用いて行われる。前記成膜モジュール（スパッタモジュール）は後述するように２個のターゲットを備えており、１台の成膜モジュールにて２種類の金属膜の成膜処理を行うことができる。このため、前記一連の処理の中に互いに同じ処理（例えばＴａ膜の成膜処理）が含まれ、これら同じ処理が互いに異なる成膜モジュールにて行われるときには、当該同じ処理に対しては２つの成膜モジュールが用意されていることになる。また、前記一連の処理の中に互いに同じ処理が含まれないときには、予備の成膜モジュールが設けられる。こうして、積層膜２００を構成する金属膜の種別に対応する金属のターゲットが、実際の処理に用いられる処理モジュールと予備の処理モジュールとを合わせて、互いに異なる少なくとも２個の成膜モジュールに組み込まれるように、成膜モジュールが構成されている。
具体的には、図６に示すように、処理モジュールＰＭ１は後述するプリクリーニング処理を行うクリーニングモジュール、処理モジュールＰＭ２〜ＰＭ４，ＰＭ９，ＰＭ１２，ＰＭ１３は金属膜を成膜する成膜モジュールとして夫々構成されている。また、処理モジュールＰＭ５、ＰＭ８は酸化モジュールとして、処理モジュールＰＭ７，ＰＭ１０は加熱モジュールとして、処理モジュールＰＭ６，ＰＭ１１は冷却モジュールとして夫々構成されている。尚この図６では、図示の便宜上、搬送口４７、開口部３０ｂ、側壁部３０ａ及びゲートバルブＧ，ＧＶについて省略している。
この例では、前記処理モジュールＰＭ２はＰｔＭｎ膜とＴａ膜、処理モジュールＰＭ３はＣｏＦｅ膜とＲｕ膜、処理モジュールＰＭ４はＣｏＦｅＢ膜とＭｇ膜の成膜モジュールとして夫々構成されている。また、処理モジュールＰＭ９はＣｏＦｅ膜とＭｇ膜、処理モジュールＰＭ１２はＣｏＦｅＢ膜とＲｕ膜、処理モジュールＰＭ１３はＴａ膜とＰｔＭｎ膜の成膜モジュールとして夫々構成されている。
従って、図６に示すように、Ｔａ膜及びＰｔＭｎ膜の成膜用に２つの成膜モジュール（ＰＭ２，ＰＭ１３）、ＣｏＦｅ膜の成膜用に２つの成膜モジュール（ＰＭ３，ＰＭ９）が設けられている。また、Ｒｕ膜の成膜用に２つの成膜モジュール（ＰＭ３，ＰＭ１２）、ＣｏＦｅＢ膜の成膜用に２つの成膜モジュール（ＰＭ４，ＰＭ１２）、Ｍｇ膜の成膜用に２つの成膜モジュール（ＰＭ４，ＰＭ９）が夫々設けられている。そして、２つの酸化モジュール（ＰＭ５，ＰＭ８）と、２つの加熱モジュール（ＰＭ７，ＰＭ１０）と２つの冷却モジュール（ＰＭ６，ＰＭ１１）が夫々設けられている。図６中「１」、「２」の符号は、同じ処理を行う処理モジュールＰＭが２個あることを説明するために便宜上付したものであり、例えばＴａ１、Ｔａ２は、夫々同じＴａ膜の成膜処理を行うものである。
続いて、各処理モジュールＰＭについて具体的に説明する。前記クリーニングモジュールは、表面クリーニング処理と、高温水素還元処理と、水素ラジカル処理と、のいずれかの処理が行われるように構成されている。表面クリーニング処理とは、ＡｒガスのスパッタエッチングによってウエハＷの表面をクリーニングするものであり、前記高温水素還元処理は、ウエハＷを加熱すると共に水素（Ｈ２）ガスを供給することによりウエハＷ表面の酸化物を還元する処理である。また、水素ラジカル処理は、ウエハＷ表面に水素のラジカルを供給することによってウエハＷ表面の酸化物を還元する処理である。
前記成膜モジュールの構成について処理モジュールＰＭ２を例にして、図７〜図１６を参照して説明する。図７中５は処理モジュールを構成する真空容器（処理容器）であり、この真空容器５は導電性部材例えばステンレスにより構成されている。この真空容器５の上部には、２つのターゲット電極５１ａ及び５１ｂが設けられており、これらターゲット電極５１ａ及び５１ｂの下部には夫々ターゲット５２ａ及び５２ｂが接合されている。ターゲット５２ａ及び５２ｂの形状は例えば正方形や長方形等の矩形である。これらターゲット５２ａ及び５２ｂは、ウエハＷに対する被成膜部材として、互いに異なる種類の金属により構成されている。ターゲット５２ａはＴａ、ターゲット５２ｂはＰｔＭｎよりなる。
ターゲット電極５１ａ及び５１ｂは、例えばターゲット５２ａ及び５２ｂより大きく形成され、夫々保持体５３ａ及び５３ｂを介して絶縁体５４ａ及び５４ｂに接合されている。これら絶縁体５４ａ及び５４ｂは真空容器５の天井部に圧着されており、こうしてターゲット電極５１ａ及び５１ｂは真空容器５と電気的に絶縁されている。また、ターゲット電極５１ａ及び５１ｂは、夫々スイッチ部５０ａ及び５０ｂを介してＤＣ電源部５５ａ及び５５ｂと接続され、負の直流電圧が印加されるように構成されている。
ターゲット５２ａ及び５２ｂの直下には、ターゲットシャッター５６が設けられている。図８に示すように、ターゲットシャッター５６は例えば円形に構成され、例えばターゲット５２ａ及び５２ｂと略同じ大きさかつ同じ形の開口部５６ａを備えている。この図８は、ターゲット５２ａ及び５２ｂから下方側を見たときの平面図であり、この図では開口部５６ａをターゲット５２ａ及び５２ｂより若干大きく描いている。ターゲットシャッター５６の上部中心部には回転軸５７ａが設けられており、この回転軸５７ａは真空容器５の外部に設けられた回転機構５７により回転自在に構成されている。この例では、前記回転機構５７は磁力により回転軸５７ａを回転するように構成されている。こうしてターゲットシャッター５６を回転させたとき、一の位置でターゲット５２ａと開口部５６ａとが対応し、他の位置でターゲット５２ｂと開口部５６ａとが対応するように、ターゲット５２ａ，５２ｂ及びターゲットシャッター５６が夫々構成されている。
ターゲット５２ａ及び５２ｂの上部には、夫々ターゲット電極５１ａ及び５１ｂと近接するようにマグネット配列体６１ａ及び６１ｂが設けられている。マグネット配列体６１ａ及び６１ｂは、例えば図９に示すように、透磁性の高い素材例えば鉄（Ｆｅ）のベース体６２にマグネット６４，６５を配列することにより構成されている。図９は、ターゲット５２ａ及び５２ｂ側からマグネット配列体６１ａ及び６１ｂを見たときの平面図である。
マグネット配列体６１ａ及び６１ｂは、その中心が例えばターゲット５２ａ及び５２ｂの中心からある程度偏心した位置に配置される。また、ターゲット５２ａ及び５２ｂの中心近傍を回転中心として夫々回転機構６３ａ，６３ｂにより回転するように構成されている。こうして、マグネット配列体６１ａ及び６１ｂはターゲット５２ａ及び５２ｂの中心から夫々偏心した状態で回転することになる。これにより、エロージョン（ターゲットの消費による摩耗）の不均一な進行が抑制され、ターゲット５２ａ及び５２ｂの使用効率の低下が抑えられる。
また、真空容器５には、前記ターゲット５２ａ及び５２ｂよりなるターゲット群と対向するように、ウエハＷを水平に載置する載置部４５が設けられている。この載置部４５は、駆動機構４８により駆動軸４８ａを介して昇降自在、かつ回転自在に構成されている。図７中４８ｂは磁性流体を利用したシール機構である。前記載置部４５内には図示しない加熱機構が組み込まれており、必要時にウエハＷを加熱できるように構成されている。さらに、この載置部４５には、搬入出時にウエハ搬送機構３との間でウエハＷの受け渡しを行うために、受け渡しピン４９が設けられている。図７中４９ａは受け渡しピン４９の昇降機構、４９ｂはベローズである。なお、図１０〜図１４では受け渡しピン４９を省略している。
さらにまた、真空容器５は底部に形成された排気口５８ａにより、排気路５８ｂ及び圧力調整部５８ｃを介して真空ポンプ等の真空排気機構５８に接続されている。また、真空容器５の側面部には、既述のように、ゲートバルブＧＶにより開閉自在に構成されたウエハＷの搬送口４７が形成されている。また、真空容器５の上部にはガス供給部５９ａが設けられ、バルブやフローメータ等を備えた流量調整部５９ｂを介して、プラズマ発生用のガスである不活性ガス例えばＡｒガスの供給源５９に接続されている。
この成膜モジュール（処理モジュールＰＭ２）では、先ずＴａ膜の成膜処理が行われる。このＴａ膜の成膜では、図１０に示すように、ウエハＷを載置部４５に載置し、ターゲットシャッター５６の開口部５６ａをターゲット５２ａの下方側に位置させる。これにより、ターゲット５２ｂはウエハＷから見たときに、ターゲットシャッター５６で覆われた状態になる。そして、真空容器５内にＡｒガスを導入し、スイッチ部５０ａを介してＤＣ電源部５５ａからターゲット電極５１ａに負の直流電圧を印加すると共に、マグネット配列体６１ａを回転させる。これにより、電界によってＡｒガスが電離して電子が生成する。また、前記マグネット配列体６１ａによりターゲット５２ａの下方側では水平磁場が形成されるが、この水平磁場と電界とによって電子がドリフトして高密度プラズマが形成される。こうして、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット５２ａをスパッタしてターゲット５２ａからＴａの金属粒子を叩き出し、当該放出された金属粒子によってウエハＷにＴａ膜を成膜する。
次いで、ＰｔＭｎ膜の成膜処理が行われる。このＰｔＭｎ膜の成膜では、図１１に示すように、ターゲットシャッター５６を、開口部５６ａがターゲット５２ｂの下方側に位置するように配置する。これにより、ターゲット５２ａはウエハＷから見たときに、ターゲットシャッター５６で覆われた状態になる。そして、スイッチ部５０ａをＯＦＦにし、スイッチ部５０ｂをＯＮにしてＤＣ電源部５５ｂからターゲット電極５１ｂに負の直流電圧を印加する。また、真空容器５内にＡｒガスを導入して、マグネット配列体６１ｂを回転させる。こうして高密度プラズマを形成し、プラズマ中のＡｒイオンによりターゲット５２ｂをスパッタしてＰｔＭｎの金属粒子を叩き出し、当該放出された金属粒子によってウエハＷ上のＴａ膜の上にＰｔＭｎ膜を成膜する。
処理モジュール（成膜モジュール）ＰＭ３，ＰＭ４、ＰＭ９，ＰＭ１２，ＰＭ１３は、ターゲット５２ａ及び５２ｂの種類が異なる以外は、いずれも処理モジュールＰＭ２と同様に構成されている。例えばターゲット５２ａ及び５２ｂは、処理モジュールＰＭ３では夫々ＣｏＦｅ及びＲｕ、処理モジュールＰＭ４では夫々ＣｏＦｅＢ及びＭｇ、処理モジュールＰＭ９では夫々ＣｏＦｅ及びＭｇにより構成されている。また、処理モジュールＰＭ１２では夫々ＣｏＦｅＢ及びＲｕ、処理モジュールＰＭ１３では夫々Ｔａ及びＰｔＭｎにより構成されている。こうして、各処理モジュールＰＭでは、マグネトロンスパッタ法により夫々互いに異なる２層の金属膜の成膜が行われる。
前記酸化モジュールは、例えば図１２に示すように構成されている。図１２において、図７に示す成膜モジュールと同様の構成部分については同符号を付しており、説明を省略する。この酸化モジュールでは、真空容器５の内部に、載置部４５と対向するようにガス供給室６１が設けられており、このガス供給室６１の下面には多数のガス供給孔６１ａが形成されている。真空容器５にはリモートプラズマ発生部６２が設けられており、このリモートプラズマ発生部６２には、酸化用ガス例えば酸素（Ｏ２）ガスの供給源６３から、流量調整部６３ｂを備えた供給路６３ａを介してＯ２ガスが供給されるようになっている。これによりＯ２ガスはリモートプラズマ発生部６２にて発生したプラズマによってラジカル化され、ガス供給室６１に供給される。またガス供給室６１には、流量調整部６４ｂを備えた供給路６４ａを介して不活性ガス例えばＡｒガスの供給源６４が接続されている。このＡｒガスは希釈用のガスとして使用されるものである。こうして、１００％Ｏ２ガスのラジカル、またはＡｒガスにより所定濃度に希釈されたＯ２のラジカルが載置部４５上のウエハＷに照射され、このＯ２ラジカルによりウエハＷに成膜された金属膜（Ｍｇ膜）が酸化されて金属酸化膜（ＭｇＯ膜）が形成される。
加熱モジュールは、例えば図１３に示すように構成されている。図１３において、図７に示す成膜モジュールと同様の構成部分については同符号を付しており、説明を省略する。この加熱モジュールでは、真空容器５の内部に、載置部４５と対向するように、多数のガス供給孔６６ａが形成されたガス供給室６６が設けられている。このガス供給室６６には、流量調整部６７ｂを備えた供給路６７ａを介して不活性ガス例えばＡｒガスの供給源６７が接続されている。載置部４５には加熱手段であるヒータ６０が内蔵されており、このヒータ６０により、載置部４５の表面は所定温度に加熱されるようになっている。なお、この例の載置部４５は、例えば昇降機構４８ｃにより昇降自在に構成され、シール機構としてベローズ４８ｄが設けられている。この加熱モジュールでは、真空容器５内にＡｒガスなどを供給すると共に当該真空容器５内を真空排気して、ウエハＷを例えば２５０℃〜３５０℃に加熱する。これにより、ウエハＷ表面に形成された金属酸化膜（ＭｇＯ膜）に対して熱アニール処理が行われる。このように熱アニール処理を行うのは、金属酸化膜の結晶性制御（改善）のためである。
冷却モジュールは、例えば図１４に示すように構成されている。図１４において、図７の成膜モジュール及び図１３の加熱モジュールと同様の構成部分については同符号を付しており、説明を省略する。この冷却モジュールでは、載置部４５の内部に冷却ジャケット６８が形成されている。この冷却ジャケット６８には、冷媒の供給源６９から供給路６９ａを介して、温度調整された冷媒が循環供給されるように構成され、載置部４５が所定温度に調整されるようになっている。この冷却モジュールでは、真空容器５内にＡｒガスなどを供給すると共に当該真空容器５内を真空排気して、ウエハＷを例えば８０℃以下に冷却する。これにより前工程の熱アニール処理にて加熱されたウエハＷが次工程の金属膜の成膜に適した温度に冷却される。
退避用モジュールＳＭ１は、処理モジュールの列に含まれる一の処理モジュールが使用できなくなったときに処理モジュール内に置かれているウエハＷを一時的に退避させるためのモジュールであり、前記搬送室（搬送モジュールＴＭ７）に接続されている。この退避用モジュールＳＭ１は、例えば図１５及び図１６に示すように、ウエハＷの周縁部の例えば３箇所を保持する保持部７１ａ〜７１ｃが多段に配列された棚部７を備えている。前記保持部７１ａ〜７１ｃは棚部７を構成する例えば３本の支柱７２ａ〜７２ｃに夫々設けられており、保持部７１ａ〜７１ｃの形状や取り付け位置は、ウエハ搬送機構３のピック３６との間でウエハＷの受け渡しを行うときに互いに干渉しないように設定されている。 また、ウエハ搬送機構３との間でウエハＷの受け渡しを行うために、前記棚部７は昇降機構７３により昇降自在に構成されている。さらに、退避用モジュールＳＭ１の真空容器５は、その底部に形成された排気口７５ａにより、排気路７５ｂを介して真空ポンプ等の真空排気機構７５に接続されている。図１６中、７５ｃは圧力調整部、７４はベローズである。この例では、退避用モジュールＳＭ１の真空容器５内の圧力は搬送モジュールＴＭの真空容器３０よりも真空度が高くなる（圧力が低くなる）ように設定されており、例えば退避用モジュールＳＭ１の真空容器５内は６．６７Ｅ−７Ｐａ以下の圧力に調整される。
この真空処理装置は、図２に示すように、例えばコンピュータからなる制御部１００を備えており、この制御部１００は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムは、真空処理装置の一連の動作を制御するためのものであり、ウエハＷの搬送シーケンスを規定する搬送プログラム及び各処理モジュールＰＭ内におけるウエハＷの処理に係わるプロセスプログラムを含んでいる。
また、制御部１００は、処理モジュールＰＭの列に含まれる一の処理モジュールが使用できなくなったときには、当該一の処理モジュールにて行われる処理と同じ処理を行える他の処理モジュールを使用してウエハＷの処理を続行するように制御信号を出力するように構成されている。例えば、図１７に示すように、処理モジュールの列に含まれる一の処理モジュールが使用できなくなったときには、当該使用できなくなった処理モジュールからアラーム信号が出力される（ステップＳ１）。制御部１００では、前記アラーム信号を受けると、ロードロック室ＬＬ１から処理モジュールＰＭ１への新たなウエハＷの搬入を停止する（ステップＳ２）。そして、前記一の処理モジュールにて行われる処理と同じ処理を行える他の処理モジュールを選択し、当該他の処理モジュールに運転指令を出力する（ステップＳ３）。また、前記一の処理モジュールの代わりに、前記他の処理モジュールにウエハＷを搬送するように、搬送指令を出力し（ステップＳ４）、こうして、前記他の処理モジュールを用いてウエハＷに対して前記一連の処理を続行する（ステップＳ５）。
また、制御部１００は、処理モジュール内にて処理されたウエハＷが当該処理モジュール内に置かれたままになると処理の状態が悪化する当該ウエハＷについては優先的に当該処理モジュールから搬出するように制御信号を出力する。この優先的とは、前記処理の状態が悪化するウエハＷについては、処理モジュール内にて処理されたウエハＷが当該処理モジュール内に置かれたままであっても処理の状態が悪化しないウエハＷ群のためだけの搬送に対して、優先的に当該処理モジュールから搬出するということである。この優先的な搬送の具体例については後述する。
次に、真空処理装置の正常時の動作について、図１８及び図１９を参照しながら説明する。ここで述べる一連の動作は前記プログラムにより実行され、ウエハＷは図１８に示す搬送パターンに従って搬送される。搬入出ポート２に載置されたＦＯＵＰ２０内のウエハＷは、大気搬送アーム１２により受け取られて、常圧雰囲気の第１のロードロック室ＬＬ１内に搬送される。次いで、第１のロードロック室ＬＬ１内を真空雰囲気に設定した後、搬送モジュールＴＭ１のウエハ搬送機構３によりウエハＷを受け取り、当該ウエハＷを処理モジュールＰＭ１に搬送する。この処理モジュールＰＭ１では既述のプリクリーニング処理が行われる（プロセスＡ）。
次いで、処理モジュールＰＭ１内のウエハＷは、搬送モジュールＴＭ２内のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ２に搬送されて、ウエハＷの表面へのＴａ膜の成膜処理（プロセスＢ）とＰｔＭｎ膜の成膜処理（プロセスＣ）とが行われる。続いて、ウエハＷは搬送モジュールＴＭ３のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ３に搬送され、ここでＣｏＦｅ膜の成膜処理（プロセスＤ）とＲｕ膜の成膜処理（プロセスＥ）が行われる。この後、ウエハＷは搬送モジュールＴＭ４のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ４に搬送され、ＣｏＦｅＢ膜の成膜処理（プロセスＦ）とＭｇ膜の成膜処理（プロセスＧ）が行われる。
次に、ウエハＷは搬送モジュールＴＭ５のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ５に搬送され、Ｍｇ膜の酸化処理（プロセスＨ）が行われてＭｇＯ膜が形成される。次いで、ウエハＷは搬送モジュールＴＭ６のウエハ搬送機構３により受け取られて、受け渡しステージ３００を介して搬送モジュールＴＭ５のウエハ搬送機構３に受け渡される。そして、当該ウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ１０に搬送され、ＭｇＯ膜の加熱処理（プロセスＩ）が行われる。続いて、ウエハＷは搬送モジュールＴＭ４のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ１１に搬送されて、ＭｇＯ膜の冷却処理（プロセスＪ）が行われ、この後ウエハＷは、搬送モジュールＴＭ３のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ１２に搬送されて、ＣｏＦｅＢ膜の成膜処理（プロセスＫ）とＲｕ膜の成膜処理（プロセスＬ）が行われる。そして、ウエハＷは搬送モジュールＴＭ２のウエハ搬送機構３により処理モジュールＰＭ１３に搬送されて、Ｔａ膜の成膜処理（プロセスＭ）が行われて、前記積層膜２００が製造される。
処理モジュールＰＭ１３のウエハＷは、搬送モジュールＴＭ１のウエハ搬送機構３により、真空雰囲気に設定された第２のロードロック室ＬＬ２内に搬送される。そして、ロードロック室ＬＬ２内の雰囲気が常圧雰囲気に設定されたら、下流側のゲートバルブＧＶを開き、ウエハＷは大気搬送アーム１２により例えば元のＦＯＵＰ２０に戻される。ここで、ロードロック室を「ＬＬ」、処理モジュールを「ＰＭ」とすると、処理ステーション１内にて、ウエハＷは、ＬＬ１→ＰＭ１→ＰＭ２→ＰＭ３→ＰＭ４→ＰＭ５→ＰＭ１０→ＰＭ１１→ＰＭ１２→ＰＭ１３→ＬＬ２の経路で搬送される。
このとき、ロットの先頭のウエハＷ１から順番に処理ステーション１内に搬入される。例えば大気搬送アーム１２は、ロットの先頭のウエハＷ１をＦＯＵＰ２０から取り出してロードロック室ＬＬ１に受け渡すと、ＦＯＵＰ２０内のロットの２番目のウエハＷ２を受け取りに行く。そして、前記ウエハＷ１がロードロック室ＬＬ１から処理モジュールＰＭ１に搬送されると、このウエハＷ２をロードロック室ＬＬ１に搬送する。こうして、ロッドの先頭のウエハＷ１が、上流側の処理モジュールＰＭ１から一つ下流側の処理モジュールＰＭ２に搬送されると、２番目のウエハＷが前記上流側の処理モジュールＰＭ１に搬送される。このように、ロットの先頭のウエハＷから順番に、先のウエハＷが上流側の処理モジュールＰＭから下流側の処理モジュールＰＭに受け渡されて当該上流側の処理モジュールＰＭが空くと、次のウエハＷが当該上流側の処理モジュールＰＭに搬送される。
この例では、１台のウエハ搬送機構３にて第１の列の２つの処理モジュールＰＭと、第２の列の２つの処理モジュールＰＭにウエハＷの受け渡しを行っているので、ウエハＷが第１の列と第２の列の両方にある場合には、例えば第２の列の搬送を行ってから、第１の列の搬送が行われる。このとき、第１の列及び第２の列では、例えば夫々ウエハＷが一括して（同時に）上流側から下流側に向かって搬送される。例えば第２の列の処理モジュールＰＭ１０〜ＰＭ１３において各真空処理が終了すると、真空容器５内へのガスの供給及びプラズマ化等を停止する。次いで、受け渡しピン４９を上昇させて、ウエハＷが受け渡しピン４９により載置部４５から浮いた状態にする。続いて、各処理モジュールＰＭ１０〜ＰＭ１３の上流側及び下流側のゲートバルブＧＶを開く。そして、搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ４のウエハ搬送機構３により上流側の処理モジュールＰＭ１０〜ＰＭ１３のウエハＷを受け取った後、ウエハ搬送機構３を同時に一括して後退（縮退）させて、ウエハＷを搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ４に搬送する。続いて、当該ウエハ搬送機構３を夫々の下流側に伸長させて、当該下流側の処理モジュールＰＭ１１〜ＰＭ１３及びロードロック室ＬＬ２内にウエハＷを受け渡す。
しかる後、各処理モジュールＰＭ１０〜ＰＭ１３と搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ４との間、搬送モジュールＴＭ１とロードロック室ＬＬ２との間のゲートバルブＧＶを気密に閉じる。一方、ロードロック室ＬＬ２の下流側のゲートバルブＧＶを開放する。こうして、第２の列の処理モジュールＰＭ１０〜ＰＭ１３及びロードロック室ＬＬ２に対するウエハＷの搬入が同時に行われる。次いで、同様に第１の列の処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ５、ロードロック室ＬＬ１から、搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ６へのウエハＷの搬送及び大気搬送アーム１２からロードロック室ＬＬ１へのウエハＷの搬送が同時に行われる。続いて、搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ５から処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ５へのウエハＷの搬送と、搬送モジュールＴＭ６とＴＭ５との間の受け渡しステージ３００へのウエハＷの搬送とが同時に行われる。こうして、第１の列のロードロック室ＬＬ１、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ５及び受け渡しステージ３００に対するウエハＷの搬送が行われる。この後、再び第２の列のウエハＷの搬送が行われるが、このときにウエハ搬送機構３が処理モジュールＰＭ１１〜ＰＭ１３、ロードロック室ＬＬ２にウエハＷを搬送するタイミングで、受け渡しステージ３００から処理モジュールＰＭ１０へのウエハＷの搬送が行われる。こうして、ウエハＷは順番に上流側の処理モジュールＰＭから下流側の処理モジュールＰＭに受け渡されていき、上述の積層膜２００が形成される。
続いて、処理モジュールＰＭの一つが使用できなくなったときのウエハＷの搬送について説明する。処理モジュールの列に含まれる一の処理モジュールが使用できなくなったときには、既述のように、当該一の処理モジュールにて行われる処理と同じ処理を行える他の処理モジュールを使用して基板の処理を続行するようにウエハＷの搬送が制御される。
このとき、前記一連の処理の中に互いに同じ処理が含まれ、これら同じ処理が互いに異なる処理モジュールにて行われる場合には、当該互いに異なる処理モジュールが前記一の処理モジュール及び他の処理モジュールに夫々相当する。この例における一連の処理とは、図１９に示すプロセスの内、プロセスＡ以外のプロセスＢ〜プロセスＭの処理をいう。 プロセスＡのプリクリーニング処理を除いているのは、この処理は処理ステーション１にて行われる最初の処理であるからである。つまり、仮に当該処理を行う処理モジュールＰＭ１が使用できなくなっても、この処理モジュールＰＭ１の下流側の処理モジュールに置かれているウエハＷについては継続して処理を行うことができ、ロードロック室ＬＬ２を介して回収することができるためである。
また、前記一連の処理の中の互いに同じ処理とは、この例では、プロセスＢとプロセスＭ（Ｔａ膜の成膜）、プロセスＥとプロセスＬ（Ｒｕ膜の成膜）、プロセスＦとプロセスＫ（ＣｏＦｅＢ膜の成膜）をいう。これら同じ処理が互いに異なる処理モジュールにて行われるとは、例えばＴａ膜の成膜を例にすると、処理モジュールＰＭ２及び処理モジュールＰＭ１３で行われることを意味する。このとき、処理モジュールＰＭ２が使用できなくなった場合には、処理モジュールＰＭ１３を他の処理モジュールとして使用する。
また前記一連の処理を行うために配置されている複数の処理モジュールとは、この例では処理モジュールＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ４，ＰＭ５，ＰＭ１０，ＰＭ１１，ＰＭ１２，ＰＭ１３であり、処理モジュールＰＭ６、ＰＭ７，ＰＭ８，ＰＭ９が予備の処理モジュールに相当する。
そして、処理モジュール内にて処理されたウエハＷが当該処理モジュール内に置かれたままになると処理の状態が悪化する当該ウエハＷについては、既述のように、優先的に当該処理モジュールから搬出するように制御される。この例では、前記処理の状態が悪化する程度に応じて、当該ウエハＷが置かれたままになる処理モジュールで行われるプロセスの次のプロセスの優先順位（次処理優先順位）が設定されている。この次処理優先順位１位は、図１９に示すように、プロセスＦ（ＣｏＦｅＢ膜の成膜処理）、次処理優先順位２位はプロセスＨ（酸化処理）、次処理優先順位３位はプロセスＩ（加熱処理）、次処理優先順位４位はプロセスＣ（ＰｔＭｎ膜の成膜処理）に設定されている。
プロセスＦが優先順位１位となるのは、プロセスＦを行う処理モジュールからのウエハＷの取り出しが遅れると、ウエハＷ表面に形成されたＣｏＦｅＢ膜の界面が酸化してしまい、ＭＲ（磁気抵抗）／ＲＡ（抵抗）の変化率が大きくなってしまうからである。また、プロセスＨが優先順位２位となるのは、プロセスＨを行う処理モジュールからのウエハＷの取り出しが遅れると、ウエハＷ表面の残留酸素が多くなり、ＲＡが増加してしまうからである。さらに、プロセスＩが優先順位３位となるのは、プロセスＩを行う処理モジュールからのウエハＷの取り出しが遅れると、当該ウエハＷの加熱が進んでしまい、ＲＡが増加してしまうからである。さらにまた、プロセスＣが優先順位４位となるのは、このプロセスＣを行う処理モジュールからのウエハＷの取り出しが遅れると、ウエハＷ表面に形成されたＰｔＭｎ膜の界面が酸化してしまい、反強磁性結合が劣化してしまうからである。
続いて、図２０〜図２７を参照して、処理モジュールＰＭ４が使用できなくなった場合を例にして具体的に説明する。先ず図２０の状態を説明すると、第２の列ではロットの最初のウエハＷ１が処理モジュールＰＭ１３、ロットの２番目のウエハＷ２が処理モジュールＰＭ１２、３番目のウエハＷ３が処理モジュールＰＭ１１、４番目のウエハＷ４が処理モジュールＰＭ１０内に夫々置かれている。また、第１の列では、ロットの５番目のウエハＷ５が処理モジュールＰＭ５、６番目のウエハＷ６が処理モジュールＰＭ４、７番目のウエハＷ７が処理モジュールＰＭ３、８番目のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ２、９番目のウエハＷ９が処理モジュールＰＭ１に夫々置かれている。
この状態で処理モジュールＰＭ４にてトラブルが発生すると、当該処理モジュールＰＭ４からアラーム信号が出力され、制御部１００によりロードロック室ＬＬ１から処理モジュールＰＭ１へのウエハＷの搬送が停止される。そして、処理モジュールＰＭ４と同じ処理を行うことができる他のモジュールを選択し、当該選択された他のモジュールに運転指令を出力する。この例では、処理モジュールＰＭ４はＣｏＦｅＢ膜とＭｇ膜の成膜処理を行うので、他のモジュールとして、ＣｏＦｅＢ膜の成膜処理を行う処理モジュールＰＭ１２及びＭｇ膜の成膜処理を行う処理モジュールＰＭ９が選択される。そして、この処理モジュールＰＭ４の代わりに、処理モジュールＰＭ１２及び処理モジュールＰＭ９にウエハＷを搬送するように搬送指令を出力する。こうして、他の処理モジュールＰＭ１２及び処理モジュールＰＭ９を用いて、ウエハＷに対して一連の処理を続行するが、ウエハＷの搬送の順番を選択できるときには、既述の次処理優先順位の高いものを優先してウエハＷの搬送を行う。
例えば処理モジュールＰＭ４が設けられた第１の列を異常発生列、第２の列を正常列と呼ぶことにすると、図２１に示すように、先ず正常列において、上流側の処理モジュールから一つ下流側の処理モジュールにウエハＷが例えば一括して搬送される。具体的には、処理モジュールＰＭ１３にあるウエハＷ１はロードロック室ＬＬ２に、処理モジュールＰＭ１２にあるウエハＷ２は処理モジュールＰＭ１３に、処理モジュールＰＭ１１にあるウエハＷ３は処理モジュールＰＭ１２に、処理モジュールＰＭ１０にあるウエハＷ４は処理モジュールＰＭ１１に夫々搬送される。
次いで、図２２に示すように、異常発生列（第１の列）の処理モジュールＰＭ５にて酸化処理が行われたウエハＷ５が処理モジュールＰＭ１０に搬送される。続いて、異常発生列において、処理モジュールＰＭ４内にあるウエハＷ６よりも後に処理ステーション１に搬送されたウエハＷ７〜ウエハＷ９の搬送が行われる。つまり、処理モジュールＰＭ３のウエハＷ７は、搬送モジュールＴＭ４のウエハ搬送機構３により受け取られて、搬送モジュールＴＭ５，ＴＭ６を経路して搬送モジュールＴＭ７のウエハ搬送機構３に受け渡され、当該ウエハ搬送機構３により退避用モジュールＳＭ１に搬送される。また、処理モジュールＰＭ３のウエハＷ７が退避用モジュールＳＭ１に搬送されると、処理モジュールＰＭ２のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ３に、処理モジュールＰＭ１のウエハＷ９が処理モジュールＰＭ２に夫々搬送される。
ここで、搬送モジュールＴＭ７のウエハ搬送機構３と退避用モジュールＳＭ１との間のウエハＷの受け渡しは、次のようにして行う。先ず、退避用モジュールＳＭ１のある保持部７１（７１ａ〜７１ｃ）に対してウエハ搬送機構３がウエハＷを受け渡すときには、ウエハＷを保持したピック３６が前記保持部７１の上方側に進入できる高さ位置に棚部７を設定する。次に、前記ピック３６を前記保持部の上方側に位置させてから、棚部７を上昇させることにより、前記ピック３６上のウエハＷが保持部７１により受け取られる。次いで、前記ピック３６が退出できる高さ位置に棚部７を設定して、当該ピック３６を退出させることにより、前記保持部７１へのウエハＷの受け渡しが行われる。一方、退避用モジュールＳＭ１からウエハ搬送機構３がウエハＷを受け取る時には、ウエハＷを退避用モジュールＳＭ１の保持部７１に載置する時と逆の順番で、ウエハ搬送機構３と棚部７とが動作する。
続いて、図２３に示すように、正常列のウエハＷ１〜ウエハＷ５が、上流側の処理モジュールから一つ下流側の処理モジュールに搬送される。この後、図２４に示すように、異常発生列において、処理モジュールＰＭ３のウエハＷ８が退避用モジュールＳＭ１に搬送される。次いで、図２５に示すように、正常列のウエハＷ２〜ウエハＷ５が、上流側の処理モジュールから一つ下流側の処理モジュールに搬送される。
続いて、図２６に示すように、異常発生列において、処理モジュールＰＭ３のウエハＷ９が退避用モジュールＳＭ１に搬送される。次に、図２７に示すように、正常列のウエハＷ３〜ウエハＷ５が、上流側の処理モジュールから一つ下流側の処理モジュールに搬送された後、退避用モジュールＳＭ１のウエハＷ７が他のモジュールである処理モジュールＰＭ１２に搬送され、ここでＣｏＦｅＢ膜の成膜が行われる。次いで、図２８に示すように、正常列において、次処理優先順位１に従い、処理モジュールＰＭ１２のウエハＷ７が他の処理モジュールである処理モジュールＰＭ９に搬送され、ここでＭｇ膜の成膜処理が行われる。続いて、ウエハＷ４及びウエハＷ５が、上流側の処理モジュールから一つ下流側の処理モジュールに搬送される。
しかる後、図２９に示すように、処理モジュールＰＭ９のウエハＷ７が処理モジュールＰＭ５に搬送され、退避用モジュールＳＭ１のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ１２に搬送される。次に、図３０に示すように、処理モジュールＰＭ５のウエハＷ７が処理モジュールＰＭ１０に、処理モジュールＰＭ１２のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ９に搬送される。このとき、処理モジュールＰＭ１２では次処理優先順位１の処理（プロセスＦ）が行われているので、ウエハＷ８の搬送がウエハＷ７に優先して行われる。次いで、図３１に示すように、処理モジュールＰＭ１０のウエハＷ７が処理モジュールＰＭ１１に、処理モジュールＰＭ９のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ５に、退避用モジュールＳＭ１のウエハＷ９が処理モジュールＰＭ１２に夫々搬送される。このとき、処理モジュールＰＭ１０では次処理優先順位３の処理（プロセスＩ）が行われているので、ウエハＷ７の搬送が優先して行われる。
続いて、図３２に示すように、処理モジュールＰＭ５のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ１０に、処理モジュールＰＭ１２のウエハＷ９が処理モジュールＰＭ９に搬送される。このとき、処理モジュールＰＭ１２では次処理優先順位１の処理（プロセスＦ）が行われ、処理モジュールＰＭ５では次処理優先順位２の処理（プロセスＨ）が行われたところである。従って、ウエハＷ９の搬送がウエハＷ８に優先して行われる。次に、図３３に示すように、処理モジュールＰＭ１１のウエハＷ７が処理モジュールＰＭ１２に搬送され、この後、図３４に示すように、処理モジュールＰＭ９のウエハＷ９が処理モジュールＰＭ５に、処理モジュールＰＭ１０のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ１１に搬送される。このとき、処理モジュールＰＭ１０では次処理優先順位３の処理（プロセスＩ）が行われているので、ウエハＷ８の搬送が優先して行われる。
次に、図３５に示すように、処理モジュールＰＭ１２のウエハＷ７が処理モジュールＰＭ１３に搬送される。次いで、図３６に示すように、処理モジュールＰＭ１１のウエハＷ８が処理モジュールＰＭ１２に、処理モジュールＰＭ５のウエハＷ９が処理モジュールＰＭ１０に夫々搬送される。このとき、処理モジュールＰＭ５では次処理優先順位２の処理（プロセスＨ）が行われたので、ウエハＷ９の搬送がウエハＷ８に優先して行われる。しかる後、図３７に示すように、正常列にあるウエハＷ７〜ウエハＷ９が上流側の処理モジュールから下流側の処理モジュールに順番に受け渡される。こうして、前記一連の処理が行われたウエハＷ１〜Ｗ５，Ｗ７〜Ｗ９は、第２のロードロック室ＬＬ２を介して大気搬送アーム１２により元のＦＯＵＰ２０内に回収される。
上述の実施の形態によれば、複数の処理モジュールを順次用い、ウエハＷに対して真空雰囲気で一連の複数の処理を行うにあたり、前記一連の処理の各処理が、少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように、処理モジュールが配置されている。また、搬送室内にて互いに隣接するウエハ搬送機構３同士でウエハＷの受け渡しができるように構成されている。従って、前記一の処理モジュールが使用できなくなったときにおいても、同じ処理を行える他の処理モジュールを用いることができ、装置の稼働を停止することなく基板の処理が続行できる。これにより、前記一連の処理を途中で停止するといった事態の発生が抑えられるので、前記一連の処理を途中で停止することが原因となるウエハＷの廃棄を防ぐことができ、ウエハＷの廃棄数が低減される。
既述のように、互いに隣接するウエハ搬送機構３同士でウエハＷの受け渡しができるので、処理モジュールを経由せずに、搬送モジュールより構成された搬送室内を通過するようにウエハＷを搬送することができる。このため、使用できなくなった処理モジュールに代えて他の処理モジュールを用いる場合でも、搬送室内を通ることによって他のモジュールに対してウエハＷを速やかに搬送することができる。また、第１の列の処理モジュールから搬送室を介して第２の列の処理モジュールにウエハＷの受け渡すこともできるため、搬送経路の複雑化を抑えることができる。さらに、処理モジュールを経由しなくて済むことから、搬送の際に処理モジュールのプロセス終了を待機するといったことがなく、使用モジュールを他の処理モジュールに変えた場合でも、搬送時間が必要以上に多くかからないので、スループット（生産性）の低下を抑えることができる。さらにまた、搬送室内を通過するようにウエハＷの搬送を行うことができることから、前記一連の処理の各処理が少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように処理モジュールを配置するときに、処理モジュールの配置レイアウトの自由度が高くなる。
このように上述の実施の形態では、前記一の処理モジュールが使用できなくなったときにおいても前記他の処理モジュールを用いて基板の処理が続行できるため、具体例にて説明したように、廃棄するウエハＷは、使用できなくなった処理モジュールＰＭ４内にあるウエハＷ６のみである。つまり、当該ウエハＷ６よりも前に処理ステーション１に搬入されたウエハＷ１〜Ｗ５と、当該ウエハＷ６よりも後から処理ステーション１に搬入されたウエハＷ７〜Ｗ９に対しては、一連の処理が全て行われ、回収されている。従って、ウエハＷの廃棄数を大幅に低減することができる。
ここで、従来のように、搬送室内にて互いに隣接するウエハ搬送機構３同士でウエハＷの受け渡しができない構成では、一の処理モジュールが使用できなくなったときには、ウエハＷの廃棄数が多くなってしまう。この場合、使用できなくなった処理モジュール（「使用不可モジュール」という）よりも搬送順序が上流側の処理モジュールに置かれているウエハＷは、当該使用不可モジュールに代わる処理モジュールを経由しないと下流側の処理モジュールに搬送することができない。この代替の処理モジュールを経由する搬送経路は、使用不可モジュールを迂回する搬送経路となるので、搬送経路が複雑となる。また、処理モジュールを介してウエハＷが搬送されるので、途中の処理モジュールにてプロセスが行われているときには、このプロセスが終わるまで搬送を待機することになる。このように、ウエハ搬送機構３同士でウエハＷの受け渡しができない構成では、使用できないモジュールが発生したときに同じ処理が行える他の処理モジュールにウエハＷを搬送しようとしても、当該搬送に時間がかかる。従って、処理モジュールからのウエハＷの取り出しが遅れたり、次の処理が開始されるまでの待機時間が長くなり、この間にウエハＷの処理状態が悪化して、製品として使用できない廃棄ウエハが増える懸念がある。
近年注目されている記憶素子であるＭＲＡＭに用いられるＭＴＪ素子（ＭＴＪ膜）やＴＭＲ素子（ＴＭＲ膜）等と呼ばれる積層膜には、金属膜と金属酸化膜とが８層以上積層されたものもある。このようなＭＴＪ素子を製造する場合には、１枚のウエハＷに非常に高価なデバイスが形成される傾向にあることから、処理モジュールが使用できなくなったときに、他の処理モジュールを用いて処理を続行し、ウエハＷの廃棄数を低減できる効果は大きい。
また、上述の構成では、搬送室内にて互いに隣接するウエハ搬送機構３同士でウエハＷの受け渡しができ、ウエハＷの搬送経路の自由度が高いことから、当該処理モジュール内にて置かれたままになると処理の状態が悪化するウエハＷについては、優先的な搬送を行うことができる。つまり前記処理の状態が悪化するウエハＷは、処理モジュール内にて処理された基板が当該処理モジュールに置かれたままであっても処理の状態が悪化しないウエハＷ群のためだけの搬送に対して、優先的に当該処理モジュールから搬出される。このため、処理モジュールに異常が発生した場合であっても、処理の状態の悪化を抑えるようにウエハＷが搬送されるので、ウエハＷに形成されるデバイスの電気的特性の悪化が抑制され、よりウエハＷの廃棄数の削減を図ることができる。
さらに、複数枚のウエハＷを収納可能な退避用モジュールを設けているので、処理モジュール内に置かれているウエハＷを一時的に退避することができる。このため、使用できなくなった処理モジュールに代えて他の処理モジュールを用いる場合に、ウエハＷの搬送が正常時の搬送パターンと異なり、搬送先の処理モジュールが空かない場合には、処理モジュール内に置かれているウエハＷを一時的に退避させることができる。これにより、ウエハＷがある処理モジュールに置かれたままになることが抑えられ、このように置かれたままにすることによる処理状態の悪化を防ぐことができる。また、退避用モジュールＳＭ１は、搬送モジュールＴＭ（搬送室）よりも真空度が高くなる（圧力が低くなる）ように設定されているので、退避用モジュールＳＭ１にウエハＷを退避させても、ウエハＷ表面が酸化されるおそれはなく、処理状態の悪化が抑制される。
さらにまた、上述の例では、成膜モジュールとして、互いに異なる種類の２つのターゲット５２ａ、５２ｂを備えたスパッタモジュールを用いているので、１台のモジュールにて２種類の金属膜を成膜することができる。これにより１種類のターゲットを備えた処理モジュールを用いる場合に比べて、処理モジュールの個数を削減することができるので、装置の大型化を抑えることができる。また、処理モジュールの個数が削減されることから、搬送に要する時間が少なくなり、スループットの向上を図ることができる。さらに、処理モジュールの個数が削減されることから、処理モジュールにウエハＷを搬送する搬送機構や、真空ポンプ等の付帯設備も少なくて済み、製造コストが低減する。さらにまた、真空雰囲気に維持する領域も縮小されるため、運転コストの削減も見込まれる。また、上述の実施の形態によれば、ウエハ搬送機構と処理モジュールとの配置レイアウトが千鳥状に形成されるので、多くの処理モジュールを組み込んでも、装置の前後方向における長さ寸法を小さく抑えることができ、装置のフットプリント（占有面積）の低減を図ることができる。
また、上述の構成では、隣接する搬送モジュールＴＭ同士の間でウエハＷを搬送することができるため、配置された処理モジュールに対して、搬送順序を自由に設定することができる。例えばウエハＷを第１の列の処理モジュールから第２の列の処理モジュールに搬送したり、同じ列の処理モジュールの並びにおいて下流側の処理モジュールから上流側の処理モジュール（ロードロック室ＬＬ側）に搬送することができる。このため、積層膜の開発段階において、積層膜の積層数や積層順序の変更や、積層膜を構成する金属膜の種類の変更に容易に対応することができる。
続いて真空処理装置の第２の実施の形態について、図３８〜図４０を参照して説明する。この例では、上述の第１の実施の形態の真空処理装置において、１０個の搬送モジュールＴＭ１１〜ＴＭ２０が設けられている。また、第１の列には、第１のロードロック室ＬＬ１の後段側に９個の処理モジュールＰＭ１１〜１９と、１個の退避用モジュールＳＭ１１と、が配列されている。さらに、第２の列には、ロードロック室ＬＬ２の後段側に９個の処理モジュールＰＭ２１〜２９と、１個の退避用モジュールＳＭ２１と、が配列されている。
前記第１の列及び第２の列には、前記積層膜２００を形成するための一連の複数の処理を行うための処理モジュールＰＭが全て組み込まれている。つまり、処理モジュールＰＭ１１，ＰＭ２１はクリーニングモジュール、処理モジュールＰＭ１２，ＰＭ２２はＰｔＭｎ膜とＴａ膜の成膜処理を行う成膜モジュールとして夫々構成されている。また、処理モジュールＰＭ１３，ＰＭ２３はＣｏＦｅ膜とＲｕ膜の成膜処理を行う成膜モジュール、処理モジュールＰＭ１４，ＰＭ２４はＣｏＦｅＢ膜とＭｇ膜の成膜処理を行う成膜モジュールとして夫々構成されている。さらに、処理モジュールＰＭ１５，ＰＭ２５は酸化モジュール、処理モジュールＰＭ１６，ＰＭ２６は加熱モジュール、処理モジュールＰＭ１７，ＰＭ２７は冷却モジュールとして夫々構成されている。さらにまた、処理モジュールＰＭ１８，ＰＭ２８はＣｏＦｅＢ膜とＲｕ膜の成膜を行う成膜モジュール、処理モジュールＰＭ１９，ＰＭ２９はＴａ膜の成膜処理を行う成膜モジュールとして夫々構成されている。
このように、第１の列と第２の列には、同じ処理モジュールが配列されているため、前記積層膜２００を形成するための一連の処理の各処理が、２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように、処理モジュールが配置されることになる。Ｔａ膜の成膜処理を行う成膜モジュールは、例えば図７に示す成膜モジュールにおいて、ターゲットを一つとし、シャッターを設けないタイプのスパッタモジュールとして構成されている。その他の構成は、上述の第１の実施の形態の真空処理装置と同様である。なお図３８では、図示の便宜上、搬送口４７、側壁部３０ａ及びゲートバルブＧＶについては省略している。
この構成においては、真空処理装置が正常なときには、ウエハＷは図３９に示す搬送パターンに従って搬送される。つまり、搬入出ポート２に載置されたＦＯＵＰ２０内のウエハＷは、大気搬送アーム１２により受け取られて第１のロードロック室ＬＬ１及び第２のロードロック室ＬＬ２のいずれか一方に搬送される。次いで、処理モジュールＰＭを「ＰＭ」、搬送モジュールＴＭを「ＴＭ」とすると、第１のロードロック室ＬＬ１内のウエハＷは、ＴＭ１１→ＰＭ１１（プロセスＡ）→ＴＭ１２→ＰＭ１２（プロセスＢ，プロセスＣ）→ＴＭ１３→ＰＭ１３（プロセスＤ，プロセスＥ）の経路で搬送される。続いて、ウエハＷは、ＴＭ１４→ＰＭ１４（プロセスＦ，プロセスＧ）→ＴＭ１５→ＰＭ１５（プロセスＨ）→ＴＭ１６→ＰＭ１６（プロセスＩ）→ＴＭ１７→ＰＭ１７（プロセスＪ）→ＴＭ１８→ＰＭ１８（プロセスＫ，プロセスＬ）→ＴＭ１９→ＰＭ１９（プロセスＭ）の経路で搬送されて前記一連の処理が行われ、積層膜２００が製造される。次いで、ウエハＷはＴＭ２０→ＴＭ１９→ＴＭ１８→ＴＭ１７→ＴＭ１６→ＴＭ１５→ＴＭ１４→ＴＭ１３→ＴＭ１２→ＴＭ１１→ＬＬ１の経路で第１のロードロック室ＬＬ１に搬送され、大気搬送アーム１２により例えば元のＦＯＵＰ２０に戻される。
また、第２のロードロック室ＬＬ２内のウエハＷは、ＴＭ１１→ＰＭ２１（プロセスＡ）→ＴＭ１２→ＰＭ２２（プロセスＢ，プロセスＣ）→ＴＭ１３→ＰＭ２３（プロセスＤ，プロセスＥ）の経路で搬送される。続いて、ウエハＷは、ＴＭ１４→ＰＭ２４（プロセスＦ，プロセスＧ）→ＴＭ１５→ＰＭ２５（プロセスＨ）→ＴＭ１６→ＰＭ２６（プロセスＩ）→ＴＭ１７→ＰＭ２７（プロセスＪ）→ＴＭ１８→ＰＭ２８（プロセスＫ，プロセスＬ）→ＴＭ１９→ＰＭ２９（プロセスＭ）の経路で搬送されて前記一連の処理が行われ、積層膜２００が製造される。次いで、ウエハＷはＴＭ２０→ＴＭ１９→ＴＭ１８→ＴＭ１７→ＴＭ１６→ＴＭ１５→ＴＭ１４→ＴＭ１３→ＴＭ１２→ＴＭ１１→ＬＬ１の経路で第２のロードロック室ＬＬ２に搬送され、大気搬送アーム１２により例えば元のＦＯＵＰ２０に戻される。
また、処理モジュールの列に含まれる一の処理モジュールが使用できなくなったときには、当該一の処理モジュールにて行われる処理と同じ処理を行える他の処理モジュールを使用してウエハＷの処理を続行するように、制御部１００から制御信号が出力されるように構成されている。
このとき、例えば処理モジュールＰＭ１４が使用できなくなったときには、例えば第１の列ではロードロック室ＬＬ１から処理モジュールＰＭ１１へのウエハＷの搬入を停止し、処理モジュールＰＭ２４を他の処理モジュールとして使用してウエハＷの処理が続行される。この場合には、例えば図４０に示すように、第１の列のウエハＷは、処理モジュールＰＭ２４にて処理を行った後、再び第１の列の処理モジュールＰＭ１５〜ＰＭ１９に順次搬送されて処理が行われるように搬送が制御される。
また、本発明の真空処理装置は、図４１に示すように構成するようにしてもよい。この例では、搬入ポート２ａと処理ステーション１との間に第１の大気搬送モジュール１１ａが設けられると共に、処理ステーション１の奥側に第２の大気搬送モジュール１１ｂが設けられている。前記第２の大気搬送モジュール１１ｂの奥側には搬出ポート２ｂが設けられている。前記第１及び第２の大気搬送モジュール１１ａ，１１ｂは同様に構成され、大気搬送アーム１２ａ，１２ｂ及び開口部１３ａ，１３ｂを備えている。そして、第１の列及び第２の列の奥側には夫々ウエハ搬出用のロードロック室ＬＬ１２，ＬＬ２２が設けられ、当該ロードロック室ＬＬ１２，ＬＬ２２には、大気搬送アーム１２ｂがアクセスするように構成されている。この例では、搬入ポート２ａから第１の大気搬送モジュール１１ａを介して、第１の列及び第２の列の夫々の第１のロードロック室ＬＬ１１，ＬＬ２１にウエハＷが搬送される。そして第１の列及び第２の列の夫々において上流側から下流側に向けてウエハＷが順次受け渡され、第２のロードロック室ＬＬ１２，ＬＬ２２から、第２の大気搬送モジュール１１ｂを介して搬出ポート２ｂに搬出される。
この構成においては、例えば第１の列及び第２の列は、図４０に示す真空処理装置と同様の処理モジュールが組み込まれており、第１の列及び第２の列における第２の大気搬送モジュール１１ｂと隣接する領域には、既述のロードロック室ＬＬ１２，ＬＬ２２が夫々設けられている。この真空処理装置が正常であるときには、ウエハＷは図４２に示す搬送パターンに従って搬送される。このときの具体的な搬送は図３９と同様である。そして、例えば処理モジュールＰＭ１４が使用できなくなったときには、例えば第１の列ではロードロック室ＬＬ１から処理モジュールＰＭ１１へのウエハＷの搬入を停止し、処理モジュールＰＭ２４を他の処理モジュールとして使用してウエハＷの処理が続行するように制御部１００から制御信号が出力される。この場合には、例えば図４３に示すように、第１の列のウエハＷは、処理モジュールＰＭ２４にて処理を行った後、再び第１の列の処理モジュールＰＭ１５〜ＰＭ１９に順次搬送されて処理が行われるように搬送が制御される。
図３８及び図４１に示す構成においても、退避用モジュールＳＭ１１、ＳＭ２１が設けられており、前記制御部１００は、処理モジュール内にて処理されたウエハＷが当該処理モジュール内に置かれたままになると処理の状態が悪化する当該ウエハＷについては、優先的に当該処理モジュールから搬出するように制御信号を出力するように構成されている。この優先搬送について図４１の真空処理装置において処理モジュールＰＭ１４が使用できなくなった場合を例にして図４４〜図４７を参照して説明する。図４４は、処理モジュールＰＭ１４が使用できなくなったときのウエハＷの搬送状態を示している。この場合には、図４５に示すように、異常発生列（第１の列）及び正常列（第２の列）において、ロードロック室ＬＬ１１，ＬＬ２１から処理モジュールＰＭ１１，ＰＭ１２のウエハＷの搬送が停止される。処理モジュールＰＭ１４と同様の処理を行う他の処理モジュールＰＭ２４は、次処理優先順位１位のＣｏＦｅＢ膜の成膜（プロセスＦ）とＭｇ膜の成膜(プロセスＧ)を行う成膜モジュールである。従って、図４５に示すように、正常列において当該処理モジュールＰＭ２４に搬送されるウエハＷ２６よりも後からロードロック室ＬＬ１に搬入されたウエハＷ２７，Ｗ２８の搬送が停止される。
次いで、異常発生列において優先的にウエハＷの搬送が行われる。つまり、図４６に示すように、処理モジュールＰＭ１３のウエハＷ１６が他の処理モジュールである処理モジュールＰＭ２４に優先的に搬送される。続いて、図４７に示すように、正常列のウエハＷは上流側の処理モジュールから下流側の処理モジュールに順番に搬送される。また、正常列の処理モジュールＰＭ２４にて処理が行われたウエハＷ１６は、異常発生列に戻り、処理が続行される。
このように、図３８及び図４１に示す真空処理装置においては、第１の列及び第２の列に組み込まれる処理モジュールは同じである。また、搬送モジュール同士の間でウエハＷの搬送を行うことができるため、予備の処理モジュールを付設しなくても、ある処理モジュールが使用できなくなった場合に他の処理モジュールを用いて一連の処理を続行することができる。このため、スループットの低下を抑えながら、ウエハＷの廃棄数を低減することができる。
また、第１の列及び第２の列の一方を構成する処理モジュールが使用できなくなったときにも、他方の列ではウエハＷを搬入して処理を続行するようにしてもよく、この場合にはさらにスループットの低下を抑えることができる。
上述の例では、第１の列のウエハＷは、処理モジュールＰＭ１４が使用できなくなったときに、処理モジュールＰＭ２４にて処理を行った後、そのまま第２の列の処理モジュールＰＭ２５〜ＰＭ２９に順次搬送して処理を行うようにしてもよい。さらに、同じロットのウエハＷに対して一連の処理を行うために、ロードロック室ＬＬ１に搬入予定のウエハＷに対してもロードロック室ＬＬ２を介して処理モジュールＰＭ２１に搬送し、一連の処理を行うようにしてもよい。
以上において、搬送モジュールＴＭに設けられるウエハ搬送機構８は、図４８のように構成してもよい。このウエハ搬送機構８は、２個の多関節アーム８１，８２を備えたものである。夫々の多関節アーム８１，８２は、上述の実施の形態のウエハ搬送機構３と同様に構成され、夫々が独立して水平回転自在及び進退自在に構成されている。このように２個の多関節アーム８１，８２を備えた構成では、搬送効率が向上するため、さらにスループットの向上を図ることができる。また、この２個の多関節アーム８１，８２は、一方を処理モジュールに対するウエハＷの受け渡し用として用い、他方を隣接するウエハ搬送機構８同士の間でのウエハＷの受け渡し用として用いるようにしてもよい。
また、本発明では、図４９に示すように、搬送室の内部において基板搬送機構同士の間でウエハＷの受け渡しを直接行うようにしてもよい。この場合、隣接する基板搬送機構９１，９２同士は、ウエハＷを保持する保持部位９３，９４の形状が互いに異なるように構成されている。また、一方の基板搬送機構９１は、前記保持部位９３が駆動機構９５により水平回転、進退自在及び昇降自在に構成され、他方の基板搬送機構９２は前記保持部位９４が駆動機構９６により水平回転、進退自在に構成されている。前記保持部位９３，９４の形状は例えば一方がウエハＷの周縁部を保持し、他方がウエハＷの中央部を保持するように構成され、両者の間でウエハＷの受け渡しを行うときに、互いに干渉しないように夫々の形状が設定されている。そして、保持部位９４を受け渡し位置に配置しておき、保持部位９３を保持部位９４に対して昇降させることにより、両者の間でウエハＷの受け渡しが行われる。
以上において、スパッタ法により金属膜を成膜する処理モジュールは、互いに異なる種類の３個のターゲットを備えるものであってもよい。この場合には、例えば図７に示すスパッタモジュールにおいて、ターゲットを３個用意し、これらのターゲット電極をスイッチ部を介してＤＣ電源部に接続して、スイッチ部を切り替えることにより、負の直流電圧が選択的にターゲット電極に印加されるように構成される。さらに、スパッタ法により金属膜を成膜する処理モジュールは、マグネットを用いず、高周波をターゲットに印加すると共に、基板（ウエハＷ）にバイアス電力を印加してスパッタリングを行う構成であってもよい。さらにまた、金属膜は、スパッタ法を用いたものに限られず、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を利用して形成するようにしてもよい。
さらに金属酸化膜は、共通の処理容器内にて、金属膜の成膜と、金属膜の酸化とを行うことにより形成するようにしてもよい。この場合、例えば図７に示すスパッタモジュールを用い、ターゲット５２ａ，５２ｂの一方をゲッタリング材とし、他方を金属膜の成膜材料とする。ゲッタリング材とは、酸素や水分を吸収する材料であり、例えばチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ、Ｚｒ、ハフニウム（Ｈｆ）等、並びにこれらの合金等が用いられる。
そして金属酸化膜を成膜する場合は、先ず処理容器（真空容器）内の載置部にウエハＷを載置し、このウエハＷの直上に当該ウエハＷを覆うシャッターを配置してゲッタリング処理を行う。このゲッタリング処理では、例えばマグネトロンスパッタ法によりゲッタリング材を真空容器の内壁に成膜する。これにより、真空容器内の酸素や水分がゲッタリング材に吸収され、除去される。次いでウエハＷを覆うシャッターを退行させ、マグネトロンスパッタ法により金属膜の成膜を行う。マグネトロンスパッタ法では、ゲッタリング処理を行うときには、ターゲットシャッターにより、ゲッタリング材よりなるターゲットのみを露出させる。また金属膜の成膜を行うときには、ターゲットシャッターにより、金属膜の成膜材料よりなるターゲットのみを露出させる。こうして処理容器内にて、ゲッタリング処理と金属膜の成膜処理とを交互に繰り返して行うことにより、金属酸化膜が形成される。このように共通の処理容器内にて金属膜の成膜と酸化とを行う場合には、酸化用の処理モジュールが不要となるため、装置の小型化を図ることができる。
以上において、本発明では、例えば第１の列の処理モジュール→第２の列の処理モジュール→第１の列の処理モジュールのように、ウエハＷを搬送して、一連の処理を行うようにしてもよい。
また、本発明では、処理モジュールを経由することなく、搬送室内を通って基板を搬送することができるので、処理モジュールを前記一連の処理の順番に沿って配列する必要はない。さらに、前記第１の列及び第２の列の処理モジュールは、例えば第１の列の処理モジュール→第２の列の処理モジュール→第１の列の処理モジュールの経路で基板を搬送して、前記一連の処理を行うように夫々配列してもよい。さらにまた、使用できなくなった処理モジュールと同じ処理を行える他の処理モジュールを使用して基板の処理を続行する場合には、必ずしも処理モジュール内に置かれたままになると処理の状態が悪化する基板について優先的な搬送を行うように制御する必要なはい。例えば他の処理モジュールを用いて処理を続行する場合であっても、処理ステーションに搬入された基板の順番に沿って、処理モジュールから基板を取り出し、次の処理モジュールに受け渡すように制御してもよい。
前記図３８及び図４１に示す真空処理装置は、第１の列及び第２の列において、各々独立して前記一連の処理の各処理が行われるように処理モジュールが配列されている。この場合に、第１の列及び第２の列の各々は、前記一連の処理の各処理が少なくとも２つの処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように構成するようにしてもよい。例えば図３８及び図４１の装置において、第１の列及び第２の列を、第１のロードロック室と第２のロードロック室との間に、１３個の処理モジュールと１個の退避用モジュールを備えるように夫々構成する。そして、１３個の処理モジュールを例えば図６に示す１３個の処理モジュールと同様の処理を行うように夫々構成する。これにより第１の列及び第２の列の各々は、前記一連の処理の各処理を行う２つの処理モジュールを備えることになる。この構成では、第１の列及び第２の列の一方において、使用できなくなった処理モジュールが発生した場合に、当該一方の列の他の処理モジュールを使用して基板の処理が続行できるので、他方の列における基板の処理への影響が少なくなる。さらにまた、本発明の真空処理装置は、前記一連の処理のある処理においては、３つ以上の処理モジュールのいずれにおいても行うことができるように構成してもよい。
続いて、第３の実施形態について第１の実施形態との差異点を中心に図５０を参照しながら説明する。この第３の実施形態の真空処理装置１１０は、前後方向（図中Ｘ方向）に直線状に連接された５個の搬送モジュールＴＭを備えている。大気搬送モジュール１１側（前方側）から後方側に向かって見て、各搬送モジュールを順にＴＭ３１、ＴＭ３２、ＴＭ３３、ＴＭ３４、ＴＭ３５とする。これらの搬送モジュールＴＭ３１〜ＴＭ３５を各々構成する真空容器３０は、平面視八角形状に形成されている。そして、搬送モジュールＴＭ３１〜３５のうち隣接する搬送モジュールＴＭについては、前記八角形の一辺が互いに共有されるように配置されている。
搬送モジュールＴＭ３１〜ＴＭ３５のうち、代表してＴＭ３４、ＴＭ３５について詳細に示した図５１も参照しながら説明を続ける。各搬送モジュールＴＭを構成する真空容器３０は、前後方向に沿って形成された側壁１０１、１０１を左右に各々備えている。真空容器３０において、側壁１０１から前方側へ、真空容器３０の左右の中央に向かって形成された側壁を１０２、側壁１０１から後方側へ、真空容器３０の左右の中央に向かって形成された側壁を１０３として示している。また、最も後方側の搬送モジュールＴＭ（この実施形態ではＴＭ３５）において、側壁１０３、１０３の後方側に隣接する側壁を１０４としている。これら側壁１０１〜１０４には搬送口４７が開口し、第１の実施形態と同様、搬送モジュールＴＭとそれに隣接するモジュールとの間で、ウエハＷの受け渡しができるように構成されている。
このように真空容器３０の形状が異なることを除き、各搬送モジュールＴＭ３１〜ＴＭ３５は、第１の実施形態の各搬送モジュールＴＭと同様に構成されている。即ち、搬送モジュールＴＭ３１〜ＴＭ３５間には開口部３０ｂが形成され、ゲートバルブＧにより開閉される。また、搬送モジュールＴＭ３１〜ＴＭ３５間にはステージ３００が設けられ、各搬送モジュールＴＭ３１〜３５はウエハ搬送機構３を備えている。
この真空処理装置１１０には、２種類の互いに異なる外形を持つ処理モジュールが設けられる。そのうちの１つは、第１の実施形態と同様にその平面形状が五角形に構成されており、装置１１０の左右の中央へ向かって突出する側壁４１または４２を備えた処理モジュールである。このような処理モジュールを五角モジュールと記載する。また、他の一つは、その平面形状が正方形に構成された処理モジュールである。このような処理モジュールを四角モジュールと記載する。また、この真空処理装置１１０に設けられる退避用モジュールは、前記処理モジュールのうちの四角モジュールと同様の外形を備えている。この退避用モジュールについても四角モジュールと表記する。五角モジュールは主処理モジュールに、四角モジュールは従処理モジュールに相当する。五角モジュールは、四角モジュールよりも大きく、平面で見た四角モジュールの面積を１とすると、平面で見た五角モジュールの面積は１．３以上である。
五角モジュールはＡ１〜Ａ１０の１０個が設けられる。装置１を前方側から後方側に向かって見ると、左に五角モジュールＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５がこの順で列をなして配置され、右に五角モジュールＡ１０、Ａ９、Ａ８、Ａ７、Ａ６がこの順で列をなして配置されている。五角モジュールＡ１〜Ａ４については、その真空容器５を構成する側壁４１が、互いに隣接する搬送モジュールＴＭの側壁１０３、１０２間に進入し、これら側壁１０３、１０２に対向するように配置されている。五角モジュールＡ１０〜Ａ７については、その真空容器５を構成する側壁４２が隣接する搬送モジュールＴＭの側壁１０３、１０２間に進入し、これら側壁１０３、１０２に対向するように配置されている。五角モジュールＡ５については、その側壁４１のうちの一つの面が、搬送モジュールＴＭ５の側壁１０３対向するように配置されている。五角モジュールＡ６については、その側壁４２のうちの一つの面が、搬送モジュールＴＭ５の側壁１０３対向するように配置されている。
四角モジュールは、Ｂ１〜Ｂ１１の１１個が設けられる。五角モジュールＡ１〜Ａ５と共に列（第１の列）をなすように、四角モジュールＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５が、後方に向かってこの順で配置されている。これら四角モジュールＢ１〜Ｂ５の各真空容器５を構成する側壁が、搬送モジュールＴＭ３１〜３５の側壁１０１に対向している。また、五角モジュールＡ６〜Ａ１０と共に列（第２の列）をなすように、四角モジュールＢ１１、Ｂ１０、Ｂ９、Ｂ８、Ｂ７が、後方に向かってこの順で配置されている。これら四角モジュールＢ１１〜Ｂ７の各真空容器５を構成する側壁が、搬送モジュールＴＭ３１〜３５の側壁１０１に対向している。つまり、第１の列、第２の列ともに、前後方向に四角モジュールと五角モジュールとが交互に配置されて構成されている。そして、装置１１０を前方から後方に向かって見て、四角モジュールＢ１〜Ｂ５よりも、五角モジュールＡ１〜Ａ５が左側に突出し、四角モジュールＢ７〜Ｂ１１よりも、五角モジュールＡ６〜Ａ１０が右側に突出している。四角モジュールＢ６は、その真空容器５を構成する側壁が、搬送モジュールＴＭ３５の側壁１０４に対向するように、当該搬送モジュールＴＭ３５の後方に配置されている。搬送モジュールＴＭ３１の側壁１０２、１０２には、ロードロック室ＬＬ１、ＬＬ２の側壁が各々対向している。
このように、各モジュール間で側壁同士が対向することにより、第１の実施形態と同様に各モジュールに形成された搬送口４７が重なり合う。それによって、各モジュール間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。搬送口４７は、第１の実施形態と同じく、モジュール間に設けられたゲートバルブＧＶにより開閉される。
五角モジュールＡ１は、既述の表面クリーニング処理を行う処理モジュールＰＭ１に対応する。五角モジュールＡ２〜Ａ１０は、第１の実施形態の図７に示した処理モジュールＰＭ２に対応し、スパッタにより各種の膜を成膜する。五角モジュールＡ２〜Ａ１０が備えるターゲット５２（５２ａ及び５２ｂ）の材質について説明すると、モジュールＡ２ではＴａ及びＲｕ、モジュールＡ３ではＣｏ及びＰｄ、モジュールＡ４ではＴａ及びＣｏＦｅＢ、モジュールＡ５ではＣｏＦｅ及びＭｇ、モジュールＡ６、Ａ７ではＭｇ、モジュールＡ８ではＣｏＦｅ及びＣｏＦｅＢ、モジュールＡ９ではＴａ、モジュールＡ１０ではＲｕである。
四角モジュールＢ１、Ｂ３は加熱モジュールであり、図１３で説明した処理モジュールＰＭ７に対応する。四角モジュールＢ２、Ｂ１０は、退避用モジュールＳＭ１、ＳＭ２に対応する。四角モジュールＢ８、Ｂ９は、前記図１３の加熱モジュールに対応する。ただし、これらモジュールＢ８、Ｂ９においては、図１４の処理モジュールＰＭ６で説明したように載置部４５に冷媒を供給し、加熱後のウエハＷを冷却することができる。四角モジュールＢ４は冷却モジュールであり、前記処理モジュールＰＭ６に対応する。四角モジュールＢ６、Ｂ７は酸化モジュールであり、図１２で説明した処理モジュールＰＭ５に対応する。四角モジュールＢは真空容器５の形状を除いて、対応する処理モジュールＰＭまたは退避用モジュールＳＭと同様に構成されている。なお、五角モジュールＡ及び四角モジュールＢには、これらのモジュールの真空容器５内を排気する排気口５８ａが設けられるが、図示は省略している。
また、四角モジュールＢ８、Ｂ９及び既述の各実施形態の退避用モジュールＳＭについて補足すると、これらモジュールの棚部７には予めダミーウエハが保持されている。このダミーウエハは、ウエハ搬送機構３及びステージ３００を介して各処理モジュールに搬送されるウエハである。処理モジュールではダミーウエハが搬入された状態で所定の処理を行い、真空容器５内の処理環境が調整される。この調整後にキャリア２０から払い出されたウエハＷが当該処理モジュールに搬入されて処理を受ける。
四角モジュールＢ５は、ウエハＷの向きを調整するアライメントモジュールとして構成されている。モジュールＢ５の載置部４５にはウエハＷの中央部が水平に載置され、当該載置部４５は鉛直軸回りに回転する。また、モジュールＢ５は、回転するウエハＷの周縁を挟んで上下に夫々設けられる投光部と、投光部により光を受ける受光部とを備える。このモジュールＢ５では、受光部における投光部からの光の入射範囲の変化によって、ウエハＷの側周に形成される切り欠きであるノッチが検出され、当該ノッチが所定の方向に向けられる。
このようなアライメントモジュールを設けるのは、ウエハＷに磁性膜を成膜する前に、ウエハＷにおける当該磁性膜の磁場の向きを所定の方向に向けることが求められるためである。この第３の実施形態では、前記磁性膜はＣｏＦｅ膜である。ただし、例えば真空処理装置に搬入前にウエハＷの向きの調整を行い、搬送中に向きがずれないように真空処理装置内のウエハＷの搬送速度を制御することで、磁性膜形成時におけるウエハＷの向きを制御することができる。即ち、アライメントモジュールは各真空処理装置に必須ではない。
真空処理装置１１０におけるウエハＷの搬送経路について図５２を参照しながら説明する。ＦＯＵＰ２０から大気搬送モジュール１１へ搬送されたウエハＷは、第１のロードロック室ＬＬ１→搬送モジュールＴＭ３１→四角モジュールＢ１またはＢ１１の順で受け渡される。図５２では四角モジュールＢ１、Ｂ１１のうちＢ１に搬送されるものとして示している。
然る後、ウエハＷは、搬送モジュールＴＭ３１→五角モジュールＡ１→搬送モジュールＴＭ３２→五角モジュールＡ２→搬送モジュールＴＭ３３→四角モジュールＢ３→搬送モジュールＴＭ３３→五角モジュールＡ３→搬送モジュールＴＭ３４→四角モジュールＢ４→搬送モジュールＴＭ３４→五角モジュールＡ４→搬送モジュールＴＭ３５→四角モジュールＢ５→搬送モジュールＴＭ３５→五角モジュールＡ５→搬送モジュールＴＭ３５→四角モジュールＢ６→搬送モジュールＴＭ３５→五角モジュールＡ６→搬送モジュールＴＭ３５→四角モジュールＢ７→搬送モジュールＴＭ３５→五角モジュールＡ７→搬送モジュールＴＭ３４→四角モジュールＢ８→搬送モジュールＴＭ３４→五角モジュールＡ８→搬送モジュールＴＭ３３→四角モジュールＢ９→搬送モジュールＴＭ３３→五角モジュールＡ９→搬送モジュールＴＭ３２→五角モジュールＡ１０→搬送モジュールＴＭ３１→第２のロードロック室ＬＬ２→大気搬送モジュール１１→ＦＯＵＰ２０の順で受け渡される。
図５３には、上記のように搬送が行われることでウエハＷに形成される積層膜２０１を示している。この積層膜２０１は、上記のＭＲＡＭに用いられるＭＴＪ膜を構成する。この図５３も参照しながら、各モジュールにて行われるウエハＷの処理について、上記のウエハＷが搬送される順番で説明する。
四角モジュールＢ１、Ｂ１０でウエハＷは加熱処理されて脱気される。五角モジュールＡ１にて、ウエハＷの表面がスパッタエッチングされ、当該表面がクリーニングされる。五角モジュールＡ２にて、ウエハＷ表面にＴａからなるシード層が成膜される。このシード層はＴａに代わりＲｕにより形成してもよい。四角モジュールＢ３で、ウエハＷが加熱処理される。五角モジュールＡ３でＣｏ膜、Ｐｄ膜が交互に繰り返しｎ回成膜される。この繰り返しの回数ｎは、４以上２０以下の整数である。四角モジュールＢ４で、ウエハＷが冷却処理される。五角モジュールＡ４でＴａ膜、ＣｏＦｅＢ膜がこの順で形成される。四角モジュールＢ５でウエハＷの向きが調整される。
五角モジュールＡ５でＣｏＦｅ膜、Ｍｇ膜がこの順に形成される。四角モジュールＢ６で酸化処理が行われる。五角モジュールＡ６でＭｇ膜が形成される。四角モジュールＢ７で酸化処理が行われる。五角モジュールＡ７でＭｇ膜が形成される。このように五角モジュールＡ５、Ａ６、Ａ７でのＭｇ膜の形成と、四角モジュールＢ６、Ｂ７で行われる酸化処理とによって、前記ＣｏＦｅ膜上には、ＭｇＯ膜が形成される。四角モジュールＢ８では、加熱処理と、冷却処理と、がこの順に行われる。五角モジュールＡ８では、ＣｏＦｅ膜、ＣｏＦｅＢ膜がこの順に成膜される。四角モジュールＢ９では、加熱処理と、冷却処理と、がこの順に行われる。五角モジュールＡ９では、Ｔａ膜が成膜される。五角モジュールＡ１０では、Ｒｕ膜が成膜される。
この真空処理装置１１０の利点を説明するために、比較例である真空処理装置１２０の構成を図５４に示す。この真空処理装置１２０は、真空処理装置１１０と同様に積層膜２０１を形成可能な装置である。装置１１０との差異点としては、搬送モジュールＴＭの平面形状が第１の実施形態と同様に六角形となっていること、及び全ての処理モジュールが五角モジュールとして構成されていることが挙げられる。各五角モジュールは、第１の実施形態と同様に搬送モジュールＴＭに接続される。
図５４では、真空処理装置１１０の四角モジュールＢと同様の処理をウエハＷに行う五角モジュールについて、前記四角モジュールＢと同じ符号を用いて示している。真空処理装置１２０では、真空処理装置１１０における四角モジュールＢ２、Ｂ７、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１に対応するモジュールが設けられていない。また、各五角モジュール間でウエハＷを搬送できるように、搬送モジュールはＴＭ１〜ＴＭ９の９個が設けられている。ウエハＷは、Ｂ１→Ａ１→Ａ２→Ｂ３→Ａ３→Ｂ４→Ａ４→Ａ５→Ｂ６→Ａ６→Ｂ７→Ａ７→Ｂ８→Ａ８→Ａ９→Ａ１０の順で、各五角モジュール間を搬送される。真空処理装置１１０において、五角モジュールＡ９に搬入前のウエハＷに対する四角モジュールＢ９で行われる加熱処理及び冷却処理は、この真空処理装置１２０では例えば五角モジュールＡ９により行われる。
真空処理装置１１０、１２０間で五角モジュールの大きさは互いに等しい。図５０にＲ１で示す真空処理装置１１０の前後の長さは、図５４にＲ２で示す真空処理装置１２０の前後の長さよりも短く、例えばＲ１が１２．６ｍ、Ｒ２が１３．８ｍである。また、図５０にＲ３で示す真空処理装置１１０の左右の長さは、図５４にＲ４で示す真空処理装置１２０の左右の長さと等しく、例えば４．１ｍである。
スパッタ処理を行うモジュールは、各ターゲット５２の配置スペース、各マグネット６１の移動スペース、駆動機構６３の配置スペース、真空容器５の側壁からガスを供給するガス供給部５９ａの配置スペースを設けるなどの理由により、比較的モジュールは大きなものとなる。それに対して、このようなスパッタ処理を行わずにウエハＷを加熱あるいは冷却するモジュールや退避用モジュールは、上記のスパッタを行うために要する各スペースが不要である。そこで真空処理装置１１０においては、処理種別及び処理モジュールであるか退避用モジュールであるかによって、真空容器５の大きさが異なるように構成されている。さらに、真空処理装置１１０においては、搬送モジュールＴＭを八角形とし、四角モジュールＢと五角モジュールＡとを前後に交互に配列して、これら四角モジュールＢ及び五角モジュールＡが搬送モジュールＴＭに接続されるように構成されている。
このように構成されることで、上記のように真空処理装置１２０と比べて、真空処理装置１１０ではその前後の長さが抑えられる。即ち、フットプリント（装置が占有する床面積）を低減することができる。さらに、真空処理装置１１０では、そのように占有床面積を少なくしつつ、真空処理装置１２０よりも多くのモジュールを設置することができ、このモジュールに応じた効果を得ることができる。具体的には、上記の真空処理装置１２０の五角モジュールＡ９が行う加熱及び冷却処理が、真空処理装置１１０では、五角モジュールＡ９とは別の四角モジュールＢ９に割り当てられているため、五角モジュールＡ９での成膜処理と、四角モジュールＢ９での前記加熱及び冷却処理とを互いに並行して行うことができる。それによって、スループットの向上を図ることができる。また、アライメントモジュールである四角モジュールＢ５により、磁性膜の磁性の方向をより確実に所定の方向に向けることができる。さらに、退避用モジュールである四角モジュールＢ２、Ｂ１０を設けたことで、装置１１０の外部からダミーウエハを搬送する手間を省けるという利点がある。
続いて、図５５に示す第４の実施形態の真空処理装置１３０について、真空処理装置１１０との差異点を中心に説明する。この真空処理装置１３０は、凹部が形成された層間絶縁膜をその表面に備えたウエハＷを処理し、前記凹部に配線をなすＣｕを埋め込む。真空処理装置１３０では四角モジュールが７つ、五角モジュールが６つ設けられ、これらモジュールの数に対応して搬送モジュールはＴＭ３１〜ＴＭ３３の３つが設けられている。
五角モジュールはＣ１〜Ｃ６で示し、四角モジュールはＤ１〜Ｄ７で示している。装置１３０の前方側から後方側に向かって見て、左側にはモジュールＤ１、Ｃ１、Ｄ３、Ｃ３、Ｄ５、Ｃ５がこの順に配列されて第１の列を形成し、右側にはモジュールＤ２、Ｃ２、Ｄ４、Ｃ４、Ｄ６、Ｃ６がこの順に配列されて第２の列を形成している。搬送モジュールＴＭ３３の後方側にはモジュールＤ７が配置されている。
五角モジュールＣ１、Ｃ２、Ｃ５、Ｃ６は、上記のスパッタによる成膜を行う。モジュールＣ１、Ｃ２は、ＴａＮからなるターゲット５２を備え、モジュールＣ５、Ｃ６は、Ｃｕからなるターゲット５２を備えている。五角モジュールＣ３、Ｃ４は、載置部４５に対向するガスシャワーヘッドを備えている。このガスシャワーヘッドより供給される成膜ガスによってＣＶＤを行い、Ｒｕ膜を成膜する。ウエハＷの面内に均一性高く成膜を行うため、前記対向するガスシャワーヘッドは比較的大きく形成される。そのために、ＣＶＤを行うモジュールは比較的大型のモジュールとなるので、五角モジュールとして構成されている。なお上記の第３の実施形態でＭｇＯは、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を行う五角モジュールを設けて成膜してもよい。ＡＬＤを行うモジュールも、例えば五角モジュールとして構成される。
四角モジュールＤ１、Ｄ２は、上記の水素ラジカル処理を行うクリーニングモジュールとして構成されている。具体的には、既述の加熱モジュールと同様に構成されるが、差異点として例えば真空容器５に、マイクロ波が供給されるアンテナが設けられる。アンテナから真空容器５内に放射されるマイクロ波により、ウエハＷ表面に供給された水素から水素ラジカルが生じて、ウエハＷ表面の酸化物が還元される。また、ラジカル発生源としてリモートプラズマソースを用いて水素ラジカルをウエハW上に供給しても構わない。四角モジュールＤ３、Ｄ４は既述の加熱モジュールである。四角モジュールＤ５、Ｄ６は、前記高温水素還元処理及びアニール処理を行うモジュールであり、ウエハＷに水素を供給する他は既述の加熱モジュールと同様に構成されている。四角モジュールＤ７は、既述の冷却モジュールである。
図５６を用いて真空処理装置１３０におけるウエハＷの搬送経路を説明する。ＦＯＵＰ２０からロードロック室ＬＬ１に搬入されたウエハＷは、搬送モジュールＴＭ３１→四角モジュールＤ１→搬送モジュールＴＭ３１→五角モジュールＣ１→搬送モジュールＴＭ３２→四角モジュールＤ３→搬送モジュールＴＭ３２→五角モジュールＣ３→搬送モジュールＴＭ３３→四角モジュールＤ５→搬送モジュールＴＭ３３→五角モジュールＣ５→搬送モジュールＴＭ３３→四角モジュールＤ７の順で搬送される。然る後、ウエハＷは、搬送モジュールＴＭ３１〜ＴＭ３３を介してロードロック室ＬＬ１に戻され、その後キャリア２０に戻される。
ＦＯＵＰ２０からロードロック室ＬＬ２に搬入されたウエハＷは、搬送モジュールＴＭ３１→四角モジュールＤ２→搬送モジュールＴＭ３１→五角モジュールＣ２→搬送モジュールＴＭ３２→四角モジュールＤ４→搬送モジュールＴＭ３２→五角モジュールＣ４→搬送モジュールＴＭ３３→四角モジュールＤ６→搬送モジュールＴＭ３３→五角モジュールＣ６→搬送モジュールＴＭ３３→四角モジュールＤ７の順で搬送される。然る後、ウエハＷは、搬送モジュールＴＭ３１〜３３を介してロードロック室ＬＬ２に戻され、その後キャリア２０に戻される。
ウエハＷの搬送順に、各モジュールでウエハＷに行われる処理を説明する。四角モジュールＤ１、Ｄ２にて、加熱によるウエハＷの脱気及び水素のラジカルによるウエハＷの表面の酸化物の還元が行われる。五角モジュールＣ１、Ｃ２にて、層間絶縁膜の凹部の表面に当該層間絶縁膜へのＣｕの拡散を防ぐバリア膜であるＴａＮ膜が形成される。四角モジュールＤ３、Ｄ４にてウエハＷの加熱が行われる。この加熱は、五角モジュールＣ３、Ｃ４にウエハＷが搬送されたときに、成膜可能な温度にウエハＷを昇温させるための時間を抑えるために行われる。五角モジュールＣ３、Ｃ４にて、前記バリア膜であるＲｕ膜が、前記ＴａＮ膜上に形成される。四角モジュールＤ５、Ｄ６にて加熱処理及び水素ガスによる還元処理が行われる。五角モジュールＣ５、Ｃ６にてＣｕが成膜され、前記凹部に当該Ｃｕが埋め込まれる。四角モジュールＤ７にてウエハＷの冷却が行われる。この冷却は、ロードロック室ＬＬ１、ＬＬ２に搬入されたウエハＷが、キャリア２０に搬送可能な温度になるまでに要する時間を抑えるために行われる。
真空処理装置１３０との比較のために、図５７に真空処理装置１４０を示している。この真空処理装置１４０は、真空処理装置１３０と同様に層間絶縁膜の凹部にＣｕの埋込みを行う。真空処理装置１４０においては、真空処理装置１２０と同様、搬送モジュールＴＭが平面視六角形に構成され、ＴＭ１〜ＴＭ６の６つが設けられている。そして各処理モジュールは、五角モジュールとして構成されている。真空処理装置１４０では、処理モジュールとして上記の五角モジュールＣ１〜Ｃ６の他に、四角モジュールＤ１、Ｄ２、Ｄ５、Ｄ６と同様の処理を行う五角モジュールを備えている。これら五角モジュールについても、四角モジュールと同じくＤ１、Ｄ２、Ｄ５、Ｄ６の符号を付している。ただし、この真空処理装置１４０では、四角モジュールＤ３、Ｄ４、Ｄ７に対応するモジュールは設けられていない。
真空処理装置１４０において、ＦＯＵＰ２０からロードロック室ＬＬ１に搬入されたウエハＷは、モジュールＤ１→Ｃ１→Ｃ３→Ｄ５→Ｃ５の順で搬送される。その後、搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ６→ロードロック室ＬＬ１の順で搬送されてＦＯＵＰ２０に戻される。ＦＯＵＰ２０からロードロック室ＬＬ２に搬入されたウエハＷは、モジュールＤ２→Ｃ２→Ｃ４→Ｄ６→Ｃ６の順で搬送される。その後、搬送モジュールＴＭ１〜ＴＭ６→ロードロック室ＬＬ２の順で搬送されてＦＯＵＰ２０に戻される。この真空処理装置１４０では、四角モジュールＤ３、Ｄ４による加熱処理が行われない分、五角モジュールＣ３、Ｃ４における成膜前の加熱処理に要する時間は長くなる。また、四角モジュールＤ７による冷却処理が行われない分、ロードロック室ＬＬ１、ＬＬ２におけるウエハＷを冷却するための待機時間が長くなる。
真空処理装置１３０、１４０間で五角モジュールの大きさは互いに等しい。図５５にＲ５で示す真空処理装置１３０の前後の長さは、図５７にＲ６で示す真空処理装置１４０の前後の長さよりも短い。例えばＲ５が８．７ｍ、Ｒ６が９．９ｍである。また、図５５にＲ７で示す真空処理装置１３０の左右の長さは、図５７にＲ８で示す真空処理装置１４０の左右の長さと等しく、例えば４．１ｍである。つまり、この真空処理装置１３０についても、同様の処理を行う真空処理装置に比べて、フットプリントを抑えることができ、さらに設けられるモジュール数を増やすことができる。そして、そのように増やしたモジュールに応じた効果を得ることができる。
真空処理装置１３０において、四角モジュールＤ７は退避用モジュールとして構成されてもよい。また、真空処理装置１３０で成膜する膜は非磁性膜であるため当該真空処理装置１３０に前記アライメントモジュールは設けられていない。しかし、例えば五角モジュールＣ３〜Ｃ６のいずれかでウエハＷに磁性膜を形成する場合、前記四角モジュールＤ３、Ｄ４を、アライメントモジュールとして構成し、磁性膜を形成する前にウエハＷの向きを調整してもよい。この真空処理装置１３０では、互いに同じ処理を行う処理モジュールが２つ設けられている。従って、これらのモジュールのうち一のモジュールが使用不可になった場合、既述の各実施形態で説明したように、一のモジュールに搬送予定であったウエハＷは、他の使用可能なモジュールに搬送して処理を行うことができる。
本発明の基板処理装置は、
複数の処理モジュールを順次用い、基板に対し真空雰囲気にて複数の一連の処理を行うための基板処理装置において、
列をなすように複数設けられ、各々真空雰囲気にされる搬送室と、
前記複数の搬送室内に各々配置され、各々水平回転、進退自在に構成され、互いに隣接するもの同士で当該搬送室内にて基板の受け渡しが可能な基板搬送機構の列と、
この列の左右両側にて当該列に沿って配置され、基板に対して処理を行う処理モジュールの列と、
前記基板搬送機構の列の一端側に配置された予備真空室と、
基板の搬送を制御する制御部と、を備え、
前記複数の処理モジュールには、基板搬送機構の列側の側壁が互いに隣接する基板搬送機構の間に向かって突出し、斜め前方側及び斜め後方側のいずれの基板搬送機構からも基板の受け渡しが可能なように構成された処理モジュールが含まれ、
隣接する前記搬送室同士はゲートバルブにより仕切られ、前記ゲートバルブの近傍には隣接する前記基板搬送機構により各々前記基板が受け渡される基板受け渡し部が設けられていることを特徴とする。

Claims (4)

  1. 複数の処理モジュールを順次用い、基板に対し真空雰囲気にて複数の一連の処理を行うための基板処理装置において、
    列をなすように複数設けられ、各々真空雰囲気にされる搬送室と、
    前記複数の搬送室内に各々配置され、各々水平回転、進退自在に構成され、互いに隣接するもの同士で当該搬送室内にて基板の受け渡しが可能な基板搬送機構の列と、
    この列の左右両側にて当該列に沿って配置され、基板に対して処理を行う処理モジュールの列と、
    前記基板搬送機構の列の一端側に配置された予備真空室と、
    基板の搬送を制御する制御部と、を備え、
    前記複数の処理モジュールには、基板搬送機構の列側の側壁が互いに隣接する基板搬送機構の間に向かって突出し、斜め前方側及び斜め後方側のいずれの基板搬送機構からも基板の受け渡しが可能なように構成された処理モジュールが含まれ、
    隣接する前記搬送室同士はゲートバルブにより仕切られ、前記ゲートバルブの近傍には隣接する前記基板搬送機構により各々前記基板が受け渡される基板受け渡し部が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記処理モジュールの列は、金属膜と金属酸化膜とが合わせて８層以上積層された積層膜を基板上に形成するために設けられ、
    金属膜の形成を行う処理モジュールは、スパッタを行うための処理モジュールであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記処理モジュールは、互いに異なる種類の複数のターゲットが設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記処理モジュールの列と基板搬送機構の列との配置関係は、処理モジュール、基板搬送機構、処理モジュールの並びが千鳥状になるように設定されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
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