JP5808454B1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

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

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Abstract

【課題】排気ポンプの異常やメンテナンス等に起因する基板処理への影響を低減する。【解決手段】基板を処理する処理室ＰＭ１〜４と、処理室ＰＭ１〜４に接続された排気路２１１，２２１，２３１，２４１と、排気路２１１，２２１，２３１，２４１に設けられた排気ポンプ２１４，２２４，２３４，２４４とを少なくとも有する複数の処理ユニットと、処理ユニットの排気路同士を排気ポンプ２１４，２２４，２３４，２４４の上流側で接続する接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６と、処理室をＰＭ１〜ＰＭ４を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに接続路を介して連通させることによって処理室の排気経路を切り替える切り替え部２１２，２２２，２３２，２４２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび記録媒体に関する。
半導体製造装置等の基板処理装置においては、一般に、基板を処理する処理室に排気ポンプが接続され、当該排気ポンプによって処理室の排気が行われる（例えば特許文献１参照）。
特開２０１２−６４８５７号公報
処理室に接続された排気ポンプに故障などの異常が生じた場合、その排気ポンプを使用したまま基板処理を継続すると所望の処理が行われないおそれがある。また、排気ポンプの異常や定期メンテナンス等により排気ポンプの交換を行う場合、基板処理を行うことのできないダウンタイムが生じてしまう。
本発明の主な目的は、排気ポンプの異常やメンテナンス等に起因する基板処理への影響を低減することにある。
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットと、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路と、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替える切り替え部と、を備える基板処理装置が提供される。
また、本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路を介し、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する処理工程、を備える半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する処理手順をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記処理手順は、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路を介し、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する手順を有するプログラムが提供される。
また、本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する処理手順をコンピュータに実行させるプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記処理手順は、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路を介し、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する手順を有する記録媒体が提供される。
本発明によれば、排気ポンプの異常やメンテナンス等に起因する基板処理への影響を小さくすることができる。
本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。 図１に示す基板処理装置のガス供給系およびガス排気系の概略構成図である。 図１に示す基板処理装置において実施される基板処理工程を示すフローチャートである。 図１に示す基板処理装置で実施される排気経路の切り替え処理を示すフローチャートである。 図１に示す基板処理装置で実施される排気経路の切り替え処理を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態にかかる排気経路の切り替え処理を示すフローチャートである。 本発明の第三実施形態にかかる基板処理装置を用いて形成されるトランジスタのゲートの構成例を示す図である。 図７に示すトランジスタのゲートの製造工程例を示すフローチャートである。
＜本発明の第一実施形態＞
以下に、本発明の第一実施形態にかかる基板処理装置の構成および動作について説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。図２は、図１に示す基板処理装置のガス供給系およびガス排気系の概略構成図である。
本実施形態にかかる基板処理装置１は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の処理ユニットを複数有するクラスタ型の装置として構成される。図１に示すように、基板処理装置１には、搬送室としての真空気密可能な真空搬送室（トランスファチャンバ）ＴＭと、予備室としてのバキュームロックチャンバ（ロードロック室）ＶＬ１，ＶＬ２と、基板としてのウェハＷを処理する処理室としてのプロセスチャンバ（プロセスモジュール）ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ４と、が設けられている。バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２、プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ４は、真空搬送室ＴＭの外周に沿ってクラスタ状に配置されている。以下、プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ４を特に区別する必要のない場合は、単に「プロセスチャンバＰＭ」と記載する。
真空搬送室ＴＭは、真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えることができるロードロックチャンバ構造に構成されている。なお、本発明の一実施形態においては、真空搬送室ＴＭの筐体は、平面視が例えば八角形の箱形状に形成されている。
真空搬送室ＴＭ内には、搬送機構としての真空搬送ロボットＶＲが設けられている。真空搬送ロボットＶＲは、アームに設けられた基板載置部にウェハＷを載せて、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２と、プロセスチャンバＰＭとの間で、相互にウェハＷの搬送を行なう。なお、真空搬送ロボットＶＲは、エレベータＥＶによって、真空搬送室ＴＭの機密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
プロセスチャンバＰＭは、ウェハＷに対し、酸化膜、窒化膜、あるいは金属膜等の薄膜を形成する成膜処理を行う。本実施形態では、プロセスチャンバＰＭにおいて金属薄膜を形成するものとする。
プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ４は、それぞれゲートバルブＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を介して真空搬送室ＴＭと連通可能に構成されている。例えば、プロセスチャンバＰＭ１でウェハＷを処理する場合、プロセスチャンバＰＭ１内を真空搬送室ＴＭ内と同等の雰囲気にしてからゲートバルブＧ１を開けてプロセスチャンバＰＭ１内にウェハＷを搬送した後、ゲートバルブＧ１を閉じる。そしてプロセスチャンバＰＭ１内で所定の処理を行った後、プロセスチャンバＰＭ１内の雰囲気を真空搬送室ＴＭ内と同等の雰囲気に戻してから、ゲートバルブＧ１を開けて、プロセスチャンバＰＭ１内のウェハＷを搬出した後、ゲートバルブＧ１を閉じる。プロセスチャンバＰＭ２〜ＰＭ４についてもゲートバルブＧ１と同様にゲートバルブＧ２〜Ｇ４の開閉動作を行うことでウェハＷの処理雰囲気を形成することが可能になっている。
バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２は、真空搬送室ＴＭ内へウェハＷを搬入する予備室として、もしくは真空搬送室ＴＭ内からウェハＷを搬出する予備室として機能する。バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２の内部には、基板の搬入搬出用にウェハＷを一時的に支持するバッファステージＳＴ１，ＳＴ２が、それぞれ設けられている。又、図示されていないが、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２には、ウェハＷを冷却する冷却機能が設けられている。なお、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２とは別に、冷却用のチャンバを設けてもよい。
バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２は、それぞれゲートバルブＧ５，Ｇ６を介して真空搬送室ＴＭと連通可能に構成されており、また、それぞれゲートバルブＧ７，Ｇ８を介して後述する大気搬送室ＬＭと連通可能に構成されている。真空搬送室ＴＭの真空状態および大気搬送室ＬＭの大気圧状態を保持するため、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２に設けられているゲートバルブＧ５とＧ７のいずれか一方、ゲートバルブＧ６とＧ８のいずれか一方は必ず閉じられていて、同時に開けられることはない。例えば、真空搬送室ＴＭ側のゲートバルブＧ５を開ける場合、必ず反対側のゲートバルブＧ７を閉じた状態にして、バキュームロックチャンバＶＬ１内の雰囲気を真空にする。なお、本明細書でいう「真空」とは工業的真空をいう。また大気搬送室ＬＭ側のゲートバルブＧ７を開ける場合、必ず反対側のゲートバルブＧ５を閉じた状態にして、バキュームロックチャンバＶＬ１内の雰囲気を大気雰囲気にする。したがって、ゲートバルブＧ５，Ｇ６を閉じたまま、ゲートバルブＧ７，Ｇ８を開けることにより、真空搬送室ＴＭ内の真空気密を保持したまま、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２と大気搬送室ＬＭとの間でウェハＷの搬送を行うことが可能になっている。
また、バキュームロックチャンバＶＬ１、ＶＬ２は、真空状態などの大気圧未満の負圧に耐えることができるロードロックチャンバ構造として構成されており、その内部をそれぞれ真空排気することが可能になっている。したがって、ゲートバルブＧ７，Ｇ８を閉じてバキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２の内部を真空排気した後で、ゲートバルブＧ７，Ｇ８を開けることにより、真空搬送室ＴＭ内の真空状態を保持したまま、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２と真空搬送室ＴＭとの間で、ウェハＷの搬送を行うことが可能になっている。
基板処理装置１には、さらに、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２に接続された大気搬送室ＬＭと、この大気搬送室ＬＭに接続された基板収容部としてのロードポートＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３と、が設けられる。ロードポートＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３上には、基板収納容器としてのポッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が載置されるようになっている。ポッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３内には、ウェハＷをそれぞれ収納する収納部としてのスロットが複数設けられている。以下、ロードポートＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３を特に区別する必要のない場合は、単に「ロードポートＬＰ」と記載する。また、ポッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３を特に区別する必要のない場合は、単に「ポッドＰＤ」と記載する。
大気搬送室ＬＭ内には、大気搬送機構としての１台の大気搬送ロボットＡＲが設けられている。大気搬送ロボットＡＲは、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２とロードポートＬＰ上に載置されたポッドＰＤとの間で、基板としてのウェハＷの搬送を相互に行なうようになっている。大気搬送ロボットＡＲも、真空搬送ロボットＶＲと同様に基板載置部であるアームを有する。
なお、大気搬送室ＬＭ内には、基板位置の補正装置として、ウェハＷの結晶方位の位置合わせ等を行うオリフラ（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｌａｔ）合わせ装置ＯＦＡが設けられている。もしくは、オリフラ合わせ装置ＯＦＡの代わりにウェハＷの結晶方位の位置合わせ等をウェハＷに形成されたノッチで行う、ノッチ合わせ装置が設けられている。
上記した各構成は、コントローラＣＮＴに接続される。コントローラＣＮＴは、演算部９１および記憶部９２を少なくとも有する。コントローラＣＮＴには、ユーザ（操作者）による操作を入力する操作部（入力部）１００が接続される。操作部１００は、ディスプレイなどの表示部とキーボードの組み合わせ、あるいはタッチスクリーンなどを有する。操作部１００は、基板処理装置１を動作させるための操作者からの各種指示を入力してコントローラＣＮＴに出力すると共に、コントローラＣＮＴから出力された基板処理装置１の情報（動作情報や異常情報など）を表示する。
また、コントローラＣＮＴには、上記した各構成の他、プロセスチャンバＰＭ内のウェハＷの温度を調整する温度調整器、プロセスチャンバＰＭ内に処理ガスを供給するガス供給系（後述）、プロセスチャンバＰＭ内から処理ガスを排気するガス排気系（後述）が接続される。コントローラＣＮＴは、操作部１００から入力された操作者の指示や上位コントローラ（図示せず）の指示に応じて記憶部９２からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御することで、ウェハＷに対して所望の処理を実行する。
なお、コントローラＣＮＴは、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）９３を用意し、外部記憶装置９３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により、コントローラＣＮＴを構成することもできる。
また、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置９３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置９３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部９２や外部記憶装置９３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部９２単体のみを含む場合、外部記憶装置９３単体のみを含む場合、または、それの両方を含む場合がある。
次に、基板処理装置１のガス供給系およびガス排気系について説明する。図２に示すように、プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ，３，ＰＭ４には、それぞれ、ガス供給系ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４が接続される。以下、ガス供給系ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４を特に区別する必要のない場合は、単に「ガス供給系ＧＳ」と記載する。
ガス供給系ＧＳは、処理ガスの供給源、処理ガスの供給をＯＮ／ＯＦＦするバルブ、および、処理ガスの流量を制御するマスフローコントローラなどから構成され、ウェハＷの処理およびプロセスチャンバＰＭのクリーニング処理に必要なガスをプロセスチャンバＰＭに供給する。ここで、ウェハＷの処理とは上記した金属薄膜を形成する処理であり、本実施形態では、金属薄膜の一例として、トランジスタのゲート電極等に用いられるＴｉＮ（窒化チタン）を成膜するものとする。ＴｉＮの成膜に必要な構成として、ガス供給系ＧＳは、金属原料ガスとしてのＴｉＣｌ４（四塩化チタン）の供給源と、窒化剤としてのＮＨ３（アンモニア）の供給源と、不活性ガスとしてのＮ２（窒素）の供給源と、各ガスの供給と流量を制御するバルブ（弁体）およびマスフローコントローラとを少なくとも有する。さらに、ガス供給系ＧＳは、プロセスチャンバＰＭのクリーニング処理に必要な構成として、クリーニングガス（例えばＮＦ３（三フッ化窒素））の供給源と、クリーニングガスの供給と流量を制御するバルブおよびマスフローコントローラとを少なくとも有する。なお、本明細書において、成膜処理またはクリーニング処理に用いるガスを総称して「処理ガス」と呼ぶことがある。
また、プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ，３，ＰＭ４には、それぞれ、ガス排気系ＧＥ１，ＧＥ２，ＧＥ３，ＧＥ４が接続される。以下、ガス排気系ＧＥ１，ＧＥ２，ＧＥ３，ＧＥ４を特に区別する必要のない場合は、単に「ガス排気系ＧＥ」と記載する。
ガス排気系ＧＥ１は、プロセスチャンバＰＭ１に接続された排気路２１１と、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１２、バルブ（弁体）２１３、ＭＢＰ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｂｏｏｓｔｅｒ Ｐｕｍｐ）２１４、ＤＰ（Ｄｒｙ Ｐｕｍｐ）２１５と、ＭＢＰ２１４に取り付けられたセンサ２１６とを有する。ＡＰＣ２１２、バルブ２１３、ＭＢＰ２１４、ＤＰ２１５は、排気路２１１にその上流側から順に配置される。これらの各構成は、上記したコントローラＣＮＴに接続される。
ＡＰＣ２１２は、開度調整可能な弁体を有し、コントローラＣＮＴからの指示に応じて排気路２１１のコンダクタンスを調整し、排気流量を調整することによってプロセスチャンバＰＭ１内の圧力を制御する。ＭＢＰ２１４は高真空（あるいは超高真空）ポンプであり、コントローラＣＮＴからの指示に応じてプロセスチャンバＰＭ１内の雰囲気を排気する。ＤＰ２１６は、ＭＢＰ２１４の補助ポンプとして、コントローラＣＮＴからの指示に応じ、低真空から大気圧までの排気を行う。また、センサ２１６は、ＭＢＰ２１４の故障等の異常を検知する。ここで、ＭＢＰ２１４の異常とは、例えば、ただちに排気能力に影響を与えるものではないが、動作を継続した場合に排気能力に影響が出る（ウェハ処理に影響が出る）可能性のあるものを意味し、ＭＢＰ２１４の回転数、消費電力、温度、ＭＢＰ２１４近傍の排気路２１１の圧力、あるいはそれらの組み合わせなどにより検知される。すなわち、センサ２１６は、それらのパラメータを検知するセンサであり、その検知結果をコントローラＣＮＴに出力する。なお、ＭＢＰ２１４は、例えば、定常状態に比して回転数が低下した場合、消費電力が上昇した場合、温度が上昇した場合、排気路２１１の圧力が上昇した場合に異常と判断される。
ガス排気系ＧＥ２，ＧＥ３，ＧＥ４のそれぞれも、ガス排気系ＧＥ１と同様に、排気路２２１，２３１，２４１、ＡＰＣ２２２，２３２，２４２、バルブ２２３，２３３，２３４、ＭＢＰ２２４，２３４，２４４、ＤＰ２２５，２３５，２４５、センサ２２６，２３６，２４６を有し、これらの各構成も上記したコントローラＣＮＴに接続される。
本明細書において、プロセスチャンバＰＭとそれに接続されたガス供給系ＧＳおよびガス排気系ＧＥの一連の構成を「処理ユニット」と称する。また、プロセスチャンバＰＭとそれに接続された排気路、当該排気路に設けられた弁体としてのバルブ（ＡＰＣ含む）および排気ポンプ（ＭＢＰまたはＤＰあるいはそれらに組み合わせ）とを少なくとも有する構成を「処理ユニット」と呼ぶこともある。
基板処理装置１は、各処理ユニットの排気路同士を排気ポンプ（ＭＢＰ）の上流側で接続する接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６を有する。すなわち、各排気路２１１，２２１，２３１，２４１は、それぞれ、接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６によって相互に接続される。具体的には、排気路２１１と排気路２２１は、ＭＢＰ２１４，２２４の上流側であってＡＰＣ２１２，２２２の下流側において、接続路２５１によって接続される。また、排気路２１１と排気路２３１は、ＭＢＰ２１４，２３４の上流側であってＡＰＣ２１２，２３２の下流側において、接続路２５２によって接続される。また、排気路２１１と排気路２４１は、ＭＢＰ２１４，２４４の上流側であってＡＰＣ２１２，２４２の下流側において、接続路２５３によって接続される。また、排気路２２１と排気路２３１は、ＭＢＰ２２４，２３４の上流側であってＡＰＣ２２２，２３２の下流側において、接続路２５４によって接続される。また、排気路２２１と排気路２４１は、ＭＢＰ２２４，２４４の上流側であってＡＰＣ２２２，２４２の下流側において、接続路２５５によって接続される。また、排気路２３１と排気路２４１は、ＭＢＰ２３４，２４４の上流側であってＡＰＣ２３２，２４２の下流側において、接続路２５６によって接続される。
上記したバルブ２１３，２２３，２３３，２４３は、それぞれ、排気路２１１，２２１，２３１，２４１において、接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６の接続箇所よりも下流側に設けられる。また、接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６には、それぞれ、バルブ２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６６が設けられる。バルブ２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６６も、コントローラＣＮＴに接続される。
ここで、プロセスチャンバＰＭの排気経路の切り替えについて説明する。ここでは、プロセスチャンバＰＭ１を例示して説明する。プロセスチャンバＰＭ１は、通常、排気路２１１に設けられたＭＢＰ２１４（およびＤＰ２１５）によって排気される。このとき、排気路２１１のバルブ２１３は開弁され、接続路２５１，２５２，２５３のバルブ２６１，２６２，２６３は閉弁される。
プロセスチャンバＰＭ１は、他の処理ユニットの排気ポンプ（プロセスチャンバＰＭ２，ＰＭ３，ＰＭ４に接続された排気路２２１，２３１，２４１に設けられているＭＢＰ２２４，２３４，２４４（およびＤＰ２２５，２３５，２４５））によって排気することもできる。例えば、排気路２１１のバルブ２１３を閉弁すると共に、接続路２５１のバルブ２６１および排気路２２１のバルブ２２３を開弁することにより、プロセスチャンバＰＭ１は、プロセスチャンバＰＭ２に接続された排気路２２１に設けられているＭＢＰ２２４（およびＤＰ２２５）に接続路２５１を介して連通され、排気経路が切り替えられる。このとき、排気路２２１のＡＰＣ２２２の開度は全閉とされると共に、接続路２５２，２５３，２５４，２５５のバルブ２６２，２６３，２６４，２６５は閉弁される。同様に、ガス排気系ＧＥの各バルブ（ＡＰＣを含む）を制御することにより、プロセスチャンバＰＭのそれぞれについて、他のプロセスチャンバに接続された排気路に設けられているＭＢＰ（およびＤＰ）で排気することが可能とされる。すなわち、各ガス排気系ＧＥに設けられたバルブ（ＡＰＣを含む）により、プロセスチャンバＰＭの排気経路を切り替える切り替え部が構成される。
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる基板処理装置１により実施される基板処理工程の一例について図３を参照して説明する。図３は、図１に示す基板処理装置で実施される基板処理工程を示すフローチャートである。以下の処理は、コントローラＣＮＴによって基板処理装置１の各構成の動作を制御することによって行われる。
図３に示すように、まず、ロードポートＬＰに載置されたポッドＰＤから大気搬送ロボットＡＲにより大気搬送室ＬＭ内にウェハＷを移送する（Ｓ１１）。このとき、大気搬送室ＬＭには、その内部が略大気圧になるようにクリーンエアが供給される。大気搬送室ＬＭ内では、ウェハＷをオリフラ合わせ装置ＯＦＡ上の基板位置Ｐ２に載置し、結晶方位の位置合わせ等が実施される。
続いて、大気搬送ロボットＡＲにより、基板位置Ｐ２に載置されているウェハＷをピックアップし、バキュームロックチャンバＶＬ１内に移送してバッファステージＳＴ１の基板位置Ｐ３にウェハＷを載置する（Ｓ１２）。このとき、ゲートバルブＧ６，Ｇ７は予め開かれているものとする。また、ゲートバルブＧ５，Ｇ８は閉じられており、真空搬送室ＴＭ、プロセスチャンバＰＭ、バキュームロックチャンバＶＬ２内は予め真空排気されているものとする。
次いで、ゲートバルブＧ７を閉じ、バキュームロックチャンバＶＬ１内部を真空排気する。バキュームロックチャンバＶＬ１が所定の圧力まで減圧したら、ゲートバルブＧ７を閉じたままゲートバルブＧ５を開ける。そして、真空搬送ロボットＶＲにより、基板位置Ｐ３に載置されているウェハＷをピックアップし、プロセスチャンバＰＭに移送し、その内部の基板位置Ｐに載置する（Ｓ１３）。
プロセスチャンバＰＭにウェハＷが搬入されると、当該プロセスチャンバＰＭ内に処理ガスを供給し、ウェハＷに対して成膜処理を実施する（Ｓ１４）。ここでは、上記したように、金属薄膜を形成するものとする。金属薄膜としては、例えばトランジスタのゲート電極に用いられるＴｉＮ（窒化チタン）が形成される。ここで、ＴｉＮの成膜方法について概説する。
ＴｉＮの成膜は、例えば次の４つの工程を順次実行することによって行う。先ず、金属原料としてのＴｉＣｌ４（四塩化チタン）ガスを供給する。ＴｉＣｌ４ガスの流量は、マスフローコントローラを制御することにより、例えば０．１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。また、プロセスチャンバＰＭ内の圧力は、後述する排気ポンプにより、例えば１０〜１５００Ｐａの範囲内の圧力とする。また、ＴｉＣｌ４ガスの供給時間は、例えば０．０１秒〜３００秒間の範囲内の時間とする。また、ウェハＷの温度（処理温度）は、温度調整器を制御することにより、例えば３５０〜４００℃の範囲内の温度に調整される。ＴｉＣｌ４ガスの供給により、ウェハＷ上には、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＴｉ含有層が形成される。
次いで、プロセスチャンバＰＭ内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止すると共に、排気ポンプによりプロセスチャンバＰＭ内を真空排気し、プロセスチャンバＰＭ内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを除去する。なお、このとき、不活性ガスを供給することで、ＴｉＣｌ４ガスの除去効果を高めるようにしてもよい。
次いで、プロセスチャンバＰＭ内に反応ガスとしてのＮＨ３（アンモニア）ガスを供給する。ＮＨ３ガスの流量は、マスフローコントローラを制御することにより、例えば１０〜３０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。また、プロセスチャンバＰＭ内の圧力は、排気ポンプにより、例えば１０〜１５００Ｐａの範囲内の圧力とする。また、ＮＨ３ガスの供給時間は、例えば０．０１秒〜３００秒間の範囲内の時間とする。また、ウェハＷの温度（処理温度）は、温度調整器を制御することにより、例えば３５０〜４００℃の範囲内の温度に調整される。このＮＨ３ガスは、上述したＴｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これによりＴｉ含有層が窒化され、ＴｉＮが形成される。
次いで、プロセスチャンバＰＭ内へのＮＨ３ガスの供給を停止すると共に、排気ポンプによりプロセスチャンバＰＭ内を真空排気し、プロセスチャンバＰＭ内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層の窒化に寄与した後のＮＨ３ガスを除去する。なお、このとき、不活性ガスを供給することで、ＮＨ３ガスの除去効果を高めるようにしてもよい。
上記した４つの工程を所定サイクル繰り返して所望の膜厚のＴｉＮを形成することにより、成膜処理が完了する。
ウェハＷへの成膜処理が完了すると、ゲートバルブＧ６を開け、真空搬送ロボットＶＲにより、基板位置Ｐに載置されている処理済のウェハＷをピックアップし、バキュームロックチャンバＶＬ２内に移送してバッファステージＳＴ２上の基板位置Ｐ１０へウェハＷを載置する（Ｓ１５）。
次いで、ゲートバルブＧ６を閉め、バキュームロックチャンバＶＬ２内にクリーンガスを供給してバキュームロックチャンバＶＬ２内を略大気圧に戻す。このとき図示しない冷却機構によりウェハＷを冷却してもよい。そして、ゲートバルブＧ８を開け、大気搬送ロボットＡＲにより、基板位置Ｐ１０に載置されているウェハＷをピックアップし、ロードポートＬＰに載置されたポッドＰＤの空きスロットに格納する（Ｓ１６）。
次いで、同一のプロセスチャンバＰＭで成膜処理を所定回数実施したか否か判断する（Ｓ１７）。成膜処理を所定回数実施した場合は当該プロセスチャンバＰＭのクリーニング処理を実施し（Ｓ１８）、プロセスチャンバＰＭ内に付着した膜や副生成物を除去した後、Ｓ１１以降の処理を継続する。一方、成膜処理を所定回数実施していない場合は、クリーニング処理（Ｓ１８）をスキップしてＳ１１以降の処理を継続する。
次に、プロセスチャンバＰＭの排気経路の切り替え処理について図４を参照して説明する。図４は、図１に示す基板処理装置で実施される排気経路の切り替え処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、図３に示す基板処理工程の実行中（あるいは、少なくともそのうちの成膜工程Ｓ１４の実行中）、コントローラＣＮＴによって行われる。
先ず、ＭＢＰ（排気ポンプ）２１４，２２４，２３４，２４４のいずれかに異常が生じているか否か判断する（Ｓ２１）。この判断は、センサ２１６，２２６，２３６，２４６の検知結果に基づいて行う。ＭＢＰ２１４，２２４，２３４，２４４のいずれか一つにでも異常が検知されたときは、操作部１００を介してユーザに異常を報知し（Ｓ２２）、アイドル（アイドリング）中のプロセスチャンバＰＭが有るか否か判断する（Ｓ２３）。ここでアイドル中とは、成膜処理（成膜処理を行うためのウェハＷの搬送状態を含めてもよい）やクリーニング処理を行っていない状態を意味する。また、アイドル中のプロセスチャンバＰＭの有無は、異常が検知されたＢＭＰを有する処理ユニット以外の処理ユニットの中から判断される。
アイドル中のプロセスチャンバＰＭが無い場合（Ｓ２３でＮｏ）は、異常が検知されたＢＭＰを有する処理ユニットが成膜処理中か否か判断する（Ｓ２４）。異常が検知されたＢＭＰを有する処理ユニットが成膜処理中である場合（Ｓ２４でＹｅｓ）、クリーニング処理中のプロセスチャンバＰＭが有るか否か判断する（Ｓ２５）。クリーニング処理中のプロセスチャンバＰＭの有無は、異常が検知されたＢＭＰを有する処理ユニット以外の処理ユニットの中から判断される。
クリーニング処理中のプロセスチャンバＰＭが有る場合（Ｓ２５でＹｅｓ）、当該クリーニング処理を中断し（Ｓ２６）、排気経路の切り替えを行う（Ｓ２７）。ここで、排気経路の切り替えは、上記した各ガス排気系ＧＥのバルブの開閉を制御し、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを、クリーニング処理を中断した処理ユニットのＭＢＰに接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６のいずれかを介して連通させることによって行われる。これにより、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭは、異常が検知されていないＭＢＰによって排気される。
次いで、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭにおいて、成膜処理を完了したか否か判断する（Ｓ２８）。成膜処理が完了していない場合（Ｓ２８でＮｏ）は成膜処理が完了するまで待機し、成膜処理が完了すると（Ｓ２８でＹｅｓ）、排気経路を元の排気経路に切り替える（Ｓ２９）。このとき、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットにおける次回以降の成膜処理またはクリーニング処理の少なくともいずれかを、実行禁止にするようにしてもよい。排気経路を元の排気経路に切り替える（元に戻す）と、クリーニング処理が中断されていたプロセスチャンバＰＭにおいて、当該クリーニング処理を復帰（継続）する（Ｓ３０）。
このように、成膜処理中においてＭＢＰに異常が検知された場合、他の処理ユニットにクリーニング処理中のものが有れば、当該クリーニング処理を中断し、成膜処理中のプロセスチャンバＰＭを当該クリーニング処理の排気に用いていたＭＢＰで排気する。これにより、成膜処理中のプロセスチャンバＰＭ内を所望の圧力に維持することができ、所望の成膜処理を継続することができる。したがって、排気ポンプの異常等に起因する基板処理への影響を小さくすることができる。特に、成膜不良によるウェハＷのロットアウト等を防止することができるため、生産性の低下を抑止することができる。なお、クリーニング処理はプロセスチャンバＰＭにウェハＷが存在しない状態で実施されるため、成膜処理を優先して完了させるようにした。
一方、アイドル中のプロセスチャンバＰＭが有る場合（Ｓ２３でＹｅｓ）、当該アイドル中のプロセスチャンバＰＭにおける成膜処理およびクリーニング処理の実行を一時的に禁止し（Ｓ３１）、排気経路の切り替えを行う（Ｓ３２）。ここで、排気経路の切り替えは、上記した各ガス排気系ＧＥのバルブの開閉を制御し、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを、アイドル中の処理ユニットのＭＢＰに接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６のいずれかを介して連通させることによって行われる。これにより、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭは、異常が検知されていないＭＢＰによって排気される。
次いで、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭにおいて、処理（成膜処理あるいはクリーニング処理）を完了したか否か判断する（Ｓ３３）。処理が完了していない場合（Ｓ３３でＮｏ）は処理が完了するまで待機し、処理が完了すると（Ｓ３３でＹｅｓ）、排気経路を元の排気経路に切り替える（Ｓ３４）。このとき、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットにおける次回以降の成膜処理またはクリーニング処理の少なくともいずれかを、実行禁止にするようにしてもよい。排気経路を元の排気経路に切り替える（元に戻す）と、アイドル中であったプロセスチャンバＰＭにおける成膜処理およびクリーニング処理の実行禁止を解除する（Ｓ３５）。
このように、基板処理工程においてＭＢＰに異常が検知された場合、他の処理ユニットにアイドル中のものが有れば、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを当該アイドル中の処理ユニットのＭＢＰを用いて排気する。これにより、処理中のプロセスチャンバＰＭ内を所望の圧力に維持することができ、所望の処理を継続して実行することができる。したがって、排気ポンプの異常に起因する基板処理への影響を小さくすることができる。
なお、ＭＢＰ２１４，２２４，２３４，２４４のいずれにも異常が生じていない場合（Ｓ２１でＮｏ）、以降の処理をスキップする。また、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットが成膜処理中でない場合（Ｓ２４でＮｏ）、すなわち、クリーニング処理中である場合は、アイドル中の処理ユニットが現れるまで待機する（Ｓ２３に戻る）。この待機中に、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットにおけるクリーニング処理が完了したときは、以降の処理をスキップしてもよい（すなわち、排気経路の切り替えは行わない）。また、このとき、当該処理ユニットにおける成膜処理およびクリーニング処理の少なくともいずれかの実行を禁止するようにしてもよい。
また、クリーニング処理中のプロセスチャンバＰＭが無い場合（Ｓ２５でＮｏ）、アイドル中あるいはクリーニング処理中のプロセスチャンバＰＭが現れるまで待機する（Ｓ２３に戻る）。この待機中に、異常が検知されたＭＢＰを有する処理ユニットにおける成膜処理が完了したときは、以降の処理をスキップしてもよい（すなわち、排気経路の切り替えは行わない）。また、このとき、当該処理ユニットにおける成膜処理およびクリーニング処理の少なくともいずれかの実行を禁止するようにしてもよい。
図４に示す処理では、排気ポンプの異常に基づいて排気経路を切り替えるようにしたが、ユーザからの指示に基づいて排気経路を切り替えることもできる。以下、その処理について説明する。図５は、ユーザからの指示に基づく排気経路の切り替え処理を示すフローチャートである。図５に示す処理は、基板処理装置１の動作中、常にコントローラＣＮＴによって行われる。
先ず、操作部１００を介してユーザから排気経路の切り替え指示が入力されたか否か判断する（Ｓ４１）。ここでユーザからの排気経路の切り替え指示とは、使用を停止するＭＢＰの選択と、使用を停止するＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを排気するＭＢＰを他の処理ユニットの中から選択する指示である。この指示は、例えば、ＭＢＰの交換やメンテナンスを行うときにユーザにより入力される。ユーザからの排気経路の切り替え指示が入力されていない場合（Ｓ４１でＮｏ）、以降の処理をスキップする。一方、ユーザからの排気経路の切り替え指示が入力されている場合（Ｓ４１でＹｅｓ）、切り替え先の処理ユニットが処理中（成膜処理あるいはクリーニング処理の実施中）であるか否か判断する（Ｓ４２）。切り替え先の処理ユニットとは、使用を停止するＭＢＰの代わりに使用するＭＢＰを有する処理ユニットである。
切り替え先の処理ユニットが処理中であるときは、当該処理が完了するまで待機メッセージを操作部１００に表示する（Ｓ４３）。一方、切り替え先の処理ユニットが処理中でない場合（Ｓ４２でＮｏ）、当該切り替え先の処理ユニットの処理を一時的に禁止し（Ｓ４４）、排気経路を切り替える（Ｓ４５）。ここで、排気経路の切り替えは、上記した各ガス排気系ＧＥのバルブの開閉を制御し、使用の停止を指示されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを、指定された他の処理ユニットのＭＢＰに接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６のいずれかを介して連通させることによって行われる。これにより、使用の停止を指示されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭは、他の処理ユニットのＭＢＰによって排気される。
次いで、排気経路の復帰指示が操作部１００を介してユーザから入力されたか否か判断する（Ｓ４６）。排気経路の復帰指示とは、使用を停止したＭＢＰの使用を再開する指示である。排気経路の復帰指示が入力されていない場合（Ｓ４６でＮｏ）、当該復帰指示が入力されるまで待機する。一方、排気経路の復帰指示が入力されると（Ｓ４６でＹｅｓ）、排気経路を元の排気経路に切り替え（Ｓ４７）、切り替え先であった処理ユニットの処理禁止を解除する（Ｓ４８）。
このように、ユーザからの排気経路の切り替え指示に基づいて排気経路を切り替えるように構成したため、排気ポンプのメンテナンス等に起因する基板処理への影響を小さくすることができる。
なお、上記において、基板処理装置１が有する処理ユニットの数を４つとしたが、処理ユニットの数はそれに限られるものでなく、複数であれば良い。また、異常を検知する排気ポンプとしてＭＢＰを例示したが、ＴＭＰ（Ｔｕｒｂｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｕｍｐ）やＤＰなど、他の排気ポンプであってもよい。また、排気経路の切り替えはプロセスチャンバＰＭ間に限らず、図１において「真空側」と示した各構成間で排気経路を切り替えるようにしてもよい。
また、処理ユニットを、ウェハＷを１枚ずつ処理する枚葉式としたが、ウェハＷを複数枚同時に処理する縦型等の形式であってもよい。また、排気路のそれぞれを他の排気路の全てと接続路によって接続するようにしたが、隣り合う処理ユニットの排気路同士のみを接続路によって接続するようにしてもよい。その場合、図４のＳ２３やＳ２５の処理において、アイドル中やクリーニング処理中のプロセスチャンバＰＭは、隣り合う処理ユニットの中から選択する。また、図５のＳ４２の処理において、排気経路の切り替え先となる処理ユニットとして、使用を停止するＭＢＰを有する処理ユニットに隣り合う処理ユニットのみ選択できるようにする。
＜本発明の第二実施形態＞
次いで、本発明の第二実施形態にかかる基板処理装置について説明する。前述の第一実施形態にあっては、ユーザから排気経路の切り替え指示が入力されると、切り替え先の処理ユニットの処理を一時的に禁止するようにしたが、本発明の第二実施形態にあっては、使用が停止されたＭＢＰ以外のＭＢＰを、時分割で複数のプロセスチャンバＭＰで共用するように構成した。
図６は、本発明の第二実施形態にかかる、ユーザからの指示に基づく排気経路の切り替え処理を示すフローチャートである。なお、第二実施形態にかかる基板処理装置の構成は第一実施形態のそれと同様なため、説明を省略する。
先ず、操作部１００を介してユーザから排気経路の切り替え指示が入力されたか否か判断する（Ｓ５１）。ここでユーザからの排気経路の切り替え指示とは、少なくとも、使用を停止するＭＢＰを選択する指示である。排気経路の切り替え指示には、使用を停止するＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを排気するＭＢＰを他の処理ユニットの中から選択する指示（以下「代替ポンプ選択指示」と言う）を含んでいてもよい。代替ポンプ選択指示を含んでいる場合は、それによって指示された一つあるいは複数のＭＢＰの中から代替的に使用するポンプを選択する。また、代替ポンプ選択指示を含んでいない場合には、使用を停止するＭＢＰ以外の全てのＭＢＰの中から代替的に使用するポンプを選択する。
ユーザからの排気経路の切り替え指示が入力されていない場合（Ｓ５１でＮｏ）、以降の処理をスキップする。一方、ユーザからの排気経路の切り替え指示が入力されている場合（Ｓ５１でＹｅｓ）、代替的に使用するＭＢＰを有する処理ユニットのいずれかに、処理中以外のプロセスチャンバＭＰを有するものが有るか否か、すなわち、例えばアイドル中や、処理対象となるウェハＷの搬送待ち状態にある処理ユニットが有るか否か判断する。処理中以外の処理ユニットが無い場合（Ｓ５２でＮｏ）、処理中以外の処理ユニットが現れるまで待機する。一方、処理中以外の処理ユニットが有る場合（Ｓ５２でＹｅｓ）、当該処理ユニットの処理を一時的に禁止し（Ｓ５３）、排気経路を切り替える（Ｓ５４）。ここで、排気経路の切り替えは、上記した各ガス排気系ＧＥのバルブの開閉を制御し、使用の停止を指示されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭを、処理中以外の処理ユニットのＭＢＰに接続路２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６のいずれかを介して連通させることによって行われる。これにより、使用の停止を指示されたＭＢＰを有する処理ユニットのプロセスチャンバＰＭは、他の処理ユニットのＭＢＰによって排気される。
次いで、使用の停止が指示されているＭＢＰを有する処理ユニットにおいて処理（成膜処理あるいはクリーニング処理）を開始し（Ｓ５５）、続いて、当該処理が完了したか否か判断する（Ｓ５６）。当該処理が完了していない場合（Ｓ５６でＮｏ）、当該処理が完了するまで待機する。一方、当該処理が完了すると（Ｓ５６でＹｅｓ）、排気経路を元の排気経路に切り替え（Ｓ５７）、切り替え先であった処理ユニットの処理禁止を解除する（Ｓ５８）。その後、Ｓ５１の処理の戻り、排気経路の切り替えが指示されていれば、処理中以外の処理ユニットのＭＢＰを共用しながら各処理ユニットの処理を継続して実行する。
このように、ユーザからの排気経路の切り替え指示に基づいて排気経路を切り替えるように構成したため、排気ポンプのメンテナンス等に起因する基板処理への影響を小さくすることができる。特に本実施形態においては、処理中以内の処理ユニットの排気ポンプを時分割で共用するように構成したので、基板処理装置全体の処理をより効率化することができる。なお、上記において、使用の停止を指示された排気ポンプを有する処理ユニットが成膜処理を行う場合はクリーニング処理を行う処理ユニットに優先した排気ポンプを使用するようにし、使用の停止を指示された排気ポンプを有する処理ユニットがクリーニング処理を行う場合はアイドル中の処理ユニットの排気ポンプを使用するなど、対象とする処理に応じて優先度を変更するようにしてもよい。
＜本発明の第三実施形態＞
次いで、本発明の第三実施形態にかかる基板処理装置について説明する。前述の第一および第二実施形態にあっては、各プロセスチャンバＰＭが同じ処理（成膜処理およびクリーニング処理）を行うようにしたが、第三実施形態にあっては、各プロセスチャンバＰＭがそれぞれ異なる処理を行うようにした。具体的には、第三実施形態にかかる基板処理装置は、ウェハＷに対し、半導体装置の製造工程にかかる異なる処理を連続的に行うプロセス・インテグレーション装置として構成される。本実施形態にあっては、プロセス・インテグレーション装置として、トランジスタのゲート製造工程の一部を連続して処理する場合を例示して説明する。
図７は、第三実施形態にかかる基板処理装置を用いて形成されるトランジスタのゲートの構成例を示す図であり、具体的には、ＮＭＯＳタイプのトランジスタのゲートの構成例を示す図である。図７に示すように、ゲートは、シリコン基板（Ｓｉ−ｓｕｂ）の上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるシリコン系絶縁膜と、このＳｉＯ２の上に形成された酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）からなる高誘電率膜（Ｈｉｇｈ-ｋ膜）と、このＨｆＯ２の上に形成された金属窒化膜（ＴｉＮ）からなるゲート電極とを積層したスタック構造とされる。
＜ゲート製造工程＞
次いで、図７に示すトランジスタのゲートの製造工程例について説明する。図８は、図７に示すトランジスタのゲートの製造工程例を示すフローチャートである。
図８に示すように、まず、シリコン基板を、例えば１％ＨＦ水溶液で処理して、シリコン基板に形成された犠牲酸化膜を除去する（「ＨＦ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」工程）。次いで、シリコン基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を熱酸化処理により成膜する（「ＳｉＯ２ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」工程）。ＳｉＯ２は、シリコン基板と、この後に形成するＨｆＯ２との界面における界面層として形成される。
次に、ＳｉＯ２上に、高誘電率膜としての酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を成膜する（「Ｈｉｇｈ-ｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」工程）。ＳｉＯ２とＨｆＯ２により、ゲート絶縁膜が構成される。ＨｆＯ２の成膜後、アニール処理を行う（「Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」工程）。このアニール処理は、ＨｆＯ２中の不純物除去、ＨｆＯ２の緻密化もしくは結晶化を目的に行う。次に、ＨｆＯ２上に、ゲート電極としての金属窒化膜（ＴｉＮ）を形成する（「ＴｉＮ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」工程）。図示のように、この工程では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とをウェハＷに交互に供給するＴｉＮ成膜処理がＸ回繰り返し実行される。なお、Ｘは１以上の整数である。
次いで、レジストをマスクにしてフォトリソグラフィ技術を用いたパターニング（「Ｇａｔｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ」工程）を行うと共に、ドライエッチング技術を用いたパターンエッチング（「Ｇａｔｅ ｅｔｃｈｉｎｇ」工程）を行う。その後、当該レジストを除去する（「Ｒｅｓｉｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ」工程））。そして、水素ガスアニーリング等のＦＧＡ（Ｆｏｒｍｉｎｇ ｇａｓ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行う（「ＦＧＡ」工程）。
本実施形態にかかる基板処理装置においては、上記した各工程のうち、「ＳｉＯ２ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」工程、「Ｈｉｇｈ-ｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」工程、「Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」工程、および、「ＴｉＮ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」工程からなる一連の工程を、図１および図２で示したプロセスチャンバＰＭ１〜ＰＭ４で実施するものとする。
具体的には、「ＳｉＯ２ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」工程をプロセスチャンバＰＭ１で実施し、「Ｈｉｇｈ-ｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」工程をプロセスチャンバＰＭ４で実施し、「Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」工程をプロセスチャンバＰＭ３で実施し、「ＴｉＮ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」工程をプロセスチャンバＰＭ２で実施する。しがたって、本実施形態においては、プロセスチャンバＰＭ１に接続されるガス供給系ＧＳ１は、少なくとも熱酸化処理に必要な酸化剤の供給源を有し、プロセスチャンバＰＭ３に接続されるガス供給系ＧＳ３は、少なくともアニール処理に必要な不活性ガスの供給源を有し、プロセスチャンバＰＭ４に接続されるガス供給系ＧＳ４は、少なくとも酸化ハフニウムの成膜処理に必要なハフニウム含有ガスの供給源と酸化剤の供給源を有する。プロセスチャンバＰＭ２に接続されるガス供給系ＧＳ２の構成は第一実施形態と同様である。
なお、従前の実施形態と本実施形態とでは、各処理ユニットで実施される処理が異なるが、基板処理装置としての基本構成は共通であるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態において特徴的なことは、各処理における排気ポンプへの負荷の多寡を鑑みて、それぞれの処理を行うプロセスチャンバＰＭの配置を設定したことにある。ここで、排気ポンプの負荷とは、回転数や運転時間等、様々なパラメータが考えられるが、本実施形態においては、排気ポンプに異常を引き起こす要因としてパーティクルの発生量を考えることとした。
一般に、熱酸化処理やアニール処理に比し、ＨｆＯ２成膜やＴｉＮ成膜といった薄膜形成処理の方がパーティクルが発生しやすい。特に、ＴｉＮのような窒化膜においては、プロセスチャンバＰＭ内に付着した膜の応力による剥離が生じやすい。また、ＴｉＮの成膜においてＴｉＣｌ４のようなハロゲン系原料を用いた場合、ハロゲン元素と窒化剤の結合によって生じた副生成物が多く発生することが知られている。すなわち、上記したそれぞれの処理において、ＨｆＯ２やＴｉＮの成膜処理は、他の処理よりもパーティクルが発生しやすく、特に、ＴｉＮの成膜処理においては、排気系へのパーティクルの流出が多い。排気系に流出したパーティクルが排気ポンプに付着すると、排気ポンプの異常の原因になり得る。
そこで、本実施形態にあっては、ＴｉＮの成膜処理を行うプロセスチャンバＰＭを、パーティクルの発生量が比較的少ない熱酸化処理やアニール処理を行うプロセスチャンバＰＭの間に配置するようにした。これにより、ＴｉＮの成膜処理を行う処理ユニットの排気ポンプに異常が発生した場合に、それに隣接する処理ユニットの排気ポンプ（異常が比較的発生し難い排気ポンプ）を用いてＴｉＮの成膜処理が継続する可能性を高めることができる。隣接する処理ユニットの排気ポンプを共用する方が、排気路同士を接続する接続路の長さが短くなるため、圧損等の観点で有利である。また、全ての排気路同士を接続すると排気系の構成が煩雑となるが、本実施形態のように排気ポンプの負荷の多寡を考慮して処理ユニットの配置を設定することで、隣り合う処理ユニットの排気路同士のみを接続して構成を簡素化しても、異常が発生した排気ポンプに代わり、正常な排気ポンプで処理を継続する可能性を高めることができる。
なお、従前の実施形態において説明した排気経路の切り替え処理は、本実施形態にも適用することができる。したがって、本実施形態においても、従前の実施形態と同様に、排気ポンプの異常やメンテナンス等に起因する基板処理への影響を小さくすることができるのは言うまでもない。
（本発明の好ましい態様）
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
[付記１]
基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットと、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路と、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替える切り替え部と、を備える基板処理装置。
[付記２]
前記切り替え部の動作を制御する制御部と、前記排気ポンプの異常を検知する検知部と、を備え、前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて前記切り替え部を制御するように構成される付記１に記載の基板処理装置。
[付記３]
ユーザからの指示を入力する入力部を備え、前記制御部は、前記入力部から入力された指示に基づいて前記切り替え部を制御するように構成される付記１または２に記載の基板処理装置。
[付記４]
前記制御部は、前記排気ポンプを時間的に分割して複数の処理室で共用するよう前記切り替え部を制御するように構成される付記３に記載の基板処理装置。
[付記５]
前記処理室において少なくとも成膜処理とクリーニング処理とが行われ、
前記制御部は、前記検知部によって前記排気ポンプの異常が検知されたとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、前記排気ポンプの異常が検知されておらず、かつ、クリーニング処理中の処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される付記２に記載の基板処理装置。
[付記６]
前記制御部は、前記クリーニング処理中の処理室で実行されているクリーニング処理を中断させた後に、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を前記クリーニング処理が中断された処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される付記５に記載の基板処理装置。
[付記７]
前記制御部は、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を前記クリーニング処理が中断された処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御すると共に、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室における処理が終了すると、前記クリーニング処理が中断された処理室を、当該処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される付記６に記載の基板処理装置。
[付記８]
前記複数の処理ユニットは、前記基板に対して異なる処理を行う少なくとも３つの処理ユニットを含み、前記排気ポンプへの負荷が最も大きい処理を行う処理ユニットが他の処理ユニットの間に配置される付記１に記載の基板処理装置。
[付記９]
前記切り替え部の動作を制御する制御部と、
前記排気ポンプの異常を検知する検知部と、
を備え、前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて前記切り替え部を制御するように構成される付記８に記載の基板処理装置。
[付記１０]
前記制御部は、前記検知部によって前記排気ポンプの異常が検知されたとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、前記排気ポンプの異常が検知されておらず、かつ、アイドリング中の処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される付記９に記載の基板処理装置。
[付記１１]
前記切り替え部は、前記接続路に配置された弁体と、前記排気路において前記接続路の接続箇所の上流側および下流側に配置された弁体とから構成される付記１から１０のいずれかに記載の基板処理装置。
[付記１２]
前記検知部は、前記排気ポンプの回転数、消費電力、温度、前記排気路の圧力の少なくともいずれかを検知する付記１から１１のいずれかに記載の基板処理装置。
[付記１３]
基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路を介し、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する処理工程、を備える半導体装置の製造方法。
[付記１４]
検知部によって前記排気ポンプの異常を検知したとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替えるよう切り替え部を制御する排気経路切り替え工程を、前記処理工程の前に有する付記１３に記載の半導体装置の製造方法。
[付記１５]
前記複数の処理ユニットの中のいずれかの処理ユニットの処理室を他の処理ユニットの排気ポンプを用いて排気させるユーザからの指示が入力されたとき、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替えるよう切り替え部を制御する排気経路切り替え工程を、前記処理工程の前に有する付記１３に記載の半導体装置の製造方法。
[付記１６]
基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する処理手順をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記処理手順は、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路を介し、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する手順を有するプログラム。
[付記１７]
前記処理手順は、検知部によって前記排気ポンプの異常を検知したとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替えるよう切り替え部を制御する手順を有する付記１６に記載のプログラム。
[付記１８]
基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する処理手順をコンピュータに実行させるプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記処理手順は、前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路を介し、前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する手順を有する記録媒体。
[付記１９]
前記処理手順は、検知部によって前記排気ポンプの異常を検知したとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替えるよう切り替え部を制御する手順を有する付記１８に記載の記録媒体。
本発明は、例えば、シリコンウェハ等の基板を処理する基板処理装置や、半導体装置の製造方法等に利用することができる。
ウェハ（基板）・・・Ｗ
コントローラ（制御部）・・・ＣＮＴ
プロセスチャンバ（処理室）・・・ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３．ＰＭ４
基板処理装置・・・１
操作部（入力部）・・・１００
排気路・・・２１１，２２１，２３１，２４１
ＭＢＰ（排気ポンプ）・・・２１４，２２４，２３４，２４４
接続路・・・２５１，２５２，２５３，２５４，２５５，２５６
バルブ（切り替え部）・・・２１３，２２３，２３３，２４３，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６６
ＡＰＣ（切り替え部）・・・２１２，２２２，２３２，２４２

Claims (13)

  1. 基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプとを少なくとも有する複数の処理ユニットと、
    前記処理ユニットの排気路同士を前記排気ポンプの上流側で接続する接続路と、
    前記処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに前記接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替える切り替え部と、
    前記排気ポンプの異常を検知する検知部と、
    前記検知部の検知結果に基づいて前記切り替え部を制御するように構成される制御部と、を備える基板処理装置。
  2. ユーザからの指示を入力する入力部を備え、
    前記制御部は、前記入力部から入力された指示に基づいて前記切り替え部を制御するように構成される請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記排気ポンプを時間的に分割して複数の処理室で共用するよう前記切り替え部を制御するように構成される請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記処理室において少なくとも成膜処理とクリーニング処理とが行われ、
    前記制御部は、前記検知部によって前記排気ポンプの異常が検知されたとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、前記排気ポンプの異常が検知されておらず、かつ、クリーニング処理中の処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される請求項１から請求項３の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 前記制御部は、前記クリーニング処理中の処理室で実行されているクリーニング処理を中断させた後に、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を前記クリーニング処理が中断された処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記制御部は、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を前記クリーニング処理が中断された処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御すると共に、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室における処理が終了すると、前記クリーニング処理が中断された処理室を、当該処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記複数の処理ユニットは、前記基板に対して異なる処理を行う少なくとも３つの処理ユニットを含み、前記排気ポンプへの負荷が最も大きい処理を行う処理ユニットが他の処理ユニットの間に配置される請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記制御部は、前記検知部によって前記排気ポンプの異常が検知されたとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、前記排気ポンプの異常が検知されておらず、かつ、アイドリング中の処理室を有する処理ユニットの排気ポンプに連通させるよう前記切り替え部を制御するように構成される請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 前記切り替え部は、前記接続路に配置された弁体と、前記排気路において前記接続路の接続箇所の上流側および下流側に配置された弁体とから構成される請求項１から請求項８の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 前記検知部は、前記排気ポンプの回転数、消費電力、温度、前記排気路の圧力の少なくともいずれかを検知する請求項１から請求項９の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  11. 基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプと、前記排気ポンプの異常を検出する検知部と、を少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
    前記検知部が前記排気ポンプの異常を検知したとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替える排気経路切り替え工程と、
    前記切り替え工程の後、前記処理室の雰囲気を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する処理工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  12. 基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプと、前記排気ポンプの異常を検出する検知部と、を少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する処理手順をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記処理手順は、
    前記検知部が前記排気ポンプの異常を検知したとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替えて、
    その後、前記処理室の雰囲気を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する手順であるプログラム。
  13. 基板を処理する処理室と、前記処理室に接続された排気路と、前記排気路に設けられた排気ポンプと、前記排気ポンプの異常を検出する検知部と、を少なくとも有する複数の処理ユニットで前記基板を処理する処理手順をコンピュータに実行させるプログラムが記録されたコンピュータが読み取り可能な記録媒体であって、
    前記処理手順は、
    前記検知部が前記排気ポンプの異常を検知したとき、前記異常が検知された排気ポンプを有する処理ユニットの処理室を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプに接続路を介して連通させることによって前記処理室の排気経路を切り替えて、
    その後、前記処理室の雰囲気を、当該処理室を有する処理ユニットとは異なる処理ユニットの排気ポンプから排気して前記基板を処理する手順である記録媒体。
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