JP7645848B2 - 基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

半導体製造装置等の基板処理装置においては、基板を処理する処理室ごとに真空ポンプが接続され、真空ポンプによって処理室の排気が行われる場合がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２－６４８５７号公報

本開示は、真空ポンプによる電力消費量を低減することが可能な技術を提供する。

本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室に対して複数の排気装置を並列に接続するガスの流路と、
前記ガスの流路におけるガスの流通を制御する排気制御部と、
前記排気装置の出力を制御する出力制御部と、
前記排気制御部と前記出力制御部とを制御可能に構成される制御部と、
を有する技術が提供される。

本開示によれば、真空ポンプの電力消費量を削減することが可能となる。

本開示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。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して３つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 比較例における基板処理装置のガス排気系の概略構成図である。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して２つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 図５Ａに示すガス排気系の状態において、真空ポンプに異常が検出された場合にガスの流路の切り替えが行われたときのガス排気系の状態を示す図である。 図５Ｂに示すガス排気系の状態において、ガスの流路の切り替えおよび真空ポンプの出力変更が行われたときのガス排気系の状態を示す図である。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して３つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 図６Ａに示すガス排気系の状態において、真空ポンプに異常が検出された場合に真空ポンプの出力変更が行われたときのガス排気系の状態を示す図である。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して３つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 図７Ａに示すガス排気系の状態に対してガスの流路の切り替えが行われたときのガス排気系の状態を示す図である。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して４つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 図８Ａに示すガス排気系の状態に対してガスの流路の切り替えおよび真空ポンプの出力変更が行われときのガス排気系の状態を示す図である。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して３つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 図９Ａに示すガス排気系の状態に対してガスの流路の切り替えおよび真空ポンプの出力変更が行われたときのガス排気系の状態を示す図である。 図２に示すガス排気系において、４つのプロセスチャンバに対して４つの真空ポンプが接続される接続例を示す図である。 図１０Ａに示すガス排気系の状態に対して真空ポンプの出力変更が行われたときのガス排気系の状態を示す図である。

以下、本開示の一態様について、主に図１～図４Ａ、図５Ａ～図１０Ｂを参照しつつ説明する。全図面中、同一または対応する構成については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。明細書中に特段の断りが無い限り、各要素は１つに限定されず、複数存在してもよい。

（１）基板処理装置の構成
本実施形態における基板処理装置１は、半導体装置の製造工程で用いられるもので、処理対象となる基板を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。処理対象となる基板としては、例えば、半導体集積回路装置等の半導体デバイスが作り込まれる半導体ウエハ基板（以下、単に「ウエハ」という。）が挙げられる。

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、ウエハ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）ＣＨ１～ＣＨ４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ＣＨ１～ＣＨ４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ＣＨ１～ＣＨ４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ＣＨ」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、本開示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エハ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ＣＨとの間で、相互にウエハ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ＣＨは、ウエハＷに対し、例えば、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。

プロセスチャンバＣＨ１～ＣＨ４は、それぞれゲートバルブＧ１～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ＣＨ１でウエハＷを処理する場合、プロセスチャンバＣＨ１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ＣＨ１内にウエハ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ＣＨ１内で所定の処理を行った後、プロセスチャンバＣＨ１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ＣＨ１内のウエハ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ＣＨ２～ＣＨ４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エハ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内へウエハＷを搬入する予備室として、もしくは真空搬送室ＴＭ内からウエハ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エハ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、ウエハ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との間でウエハ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、ウエハ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～ＬＰ３と、が設けられる。ロードポートＬＰ１～ＬＰ３上には、基板収納容器としてのポッドＰＤ１～ＰＤ３が載置されるようになっている。ポッドＰＤ１～ＰＤ３内には、ウエハ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～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～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、ウエハ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、ウエハ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の代わりにウエハＷの結晶方位の位置合わせ等をウエハ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、制御部であるコントローラ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（例えば、動作情報や異常情報など）を表示する。これにより、プロセスレシピの変更が可能である。

また、コントローラＣＮＴには、上記した各構成の他、図２に示すガス供給系ＧＳ１～ＧＳ４、排気制御部９４、出力制御部９５、検知部９６および緊急制御部９７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、ウエハ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、または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ＣＨ１～ＣＨ４には、それぞれ、ガス供給系ＧＳ１～ＧＳ４が接続される。以下、ガス供給系ＧＳ１～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、処理ガスの供給をＯＮ／ＯＦＦするバルブ（弁体）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（ＭＦＣ）などから構成され、ウエハＷの処理およびプロセスチャンバＣＨのクリーニング処理に必要なガスをプロセスチャンバＣＨに供給する。処理ガスの供給源をガス供給系に含めてもよい。ここで、ウエハＷの処理とは、例えば、上記した成膜処理である。ガス供給系ＧＳは、例えば、原料ガス、反応ガスおよび不活性ガスの供給と流量を制御するバルブおよびＭＦＣとを少なくとも有する。原料ガスの供給源、反応ガスの供給源および不活性ガスの供給源をガス供給系に含めてもよい。さらに、ガス供給系ＧＳは、プロセスチャンバＣＨのクリーニング処理に必要な構成として、クリーニングガスの供給と流量を制御するバルブおよびＭＦＣとを少なくとも有する。クリーニングガスの供給源をガス供給系に含めてもよい。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ＣＨ１～ＣＨ４には、ガス排気系ＧＥが接続される。

ガス排気系ＧＥは、プロセスチャンバＣＨ１～ＣＨ４のそれぞれに接続された排気路２１１～２１４、排気路２１１～２１４のそれぞれに設けられたＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２２１～２２４およびバルブ（弁体）２３１～２３４を有する。ＡＰＣバルブ２２１～２２４、バルブ２３１～２３４は、それぞれ排気路２１１～２１４にその上流側から順に配置される。

ガス排気系ＧＥは、さらに、排気路２１１～２１４をバルブ２３１～２３４の上流側で接続する接続路２５１～２５３を有する。すなわち、排気路２１１と排気路２１２は接続路２５１によって接続され、排気路２１２と排気路２１３は接続路２５２によって接続され、排気路２１３と排気路２１４は、接続路２５３によって接続される。

具体的には、排気路２１１と排気路２１２は、バルブ２３１，２３２の上流側であってＡＰＣバルブ２２１，２２２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２１２と排気路２１３は、バルブ２３２，２３３の上流側であってＡＰＣバルブ２２２，２２３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２１３と排気路２１４は、バルブ２３３，２３４の上流側であってＡＰＣバルブ２２３，２２４の下流側において、接続路２５３によって接続される。

また、接続路２５１～２５３には、それぞれ、バルブ２６１～２６３が設けられる。ＡＰＣバルブ２２１～２２４、バルブ２３１～２３４およびバルブ２６１～２６３は、排気制御部９４に接続される。主に、排気路２１１～２１４、接続路２５１～２５３から、ガスの流路が構成される。なお、ＡＰＣ２２１～２２４やバルブ２３１～２３４、２６１～２６３をガスの流路に含めてもよい。

ＡＰＣ２２１～２２４は、それぞれ開度調整可能な弁体を有し、排気制御部９４の圧力制御部９４ａからの指示に応じて排気路２１１～２１４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ＣＨ１～ＣＨ４内の圧力を制御する。

排気路２１１～２１４におけるバルブ２３１～２３４の下流側に排気装置としての真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４が配置される。ここで、ガスの流路は、プロセスチャンバ（処理室）ＣＨに対して複数の真空ポンプ（排気装置）ＶＰを並列に接続している。真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４のそれぞれにセンサＳＮ１～ＳＮ４が取り付けられている。真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４をガス排気系ＧＥに含めてもよい。以下、真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４を特に区別する必要のない場合は、単に「真空ポンプＶＰ」と記載する。センサＳＮ１～ＳＮ４を特に区別する必要のない場合は、単に「センサＳＮ」と記載する。

真空ポンプＶＰは、ポンプを駆動するモータを含み、出力制御部９５によりモータの回転速度（回転数）が制御される。真空ポンプＶＰの最大排気量はすべて同じであってもよいし、真空ポンプＶＰのうち少なくとも１台は、最大排気量が他の真空ポンプと異なるようにしてもよい。真空ポンプＶＰは、出力制御部９５からの指示に応じてプロセスチャンバＣＨ内の雰囲気を排気する。

センサＳＮは、真空ポンプＶＰの故障等の異常を検知する。ここで、真空ポンプＶＰ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（ウエハ処理に影響が出る）可能性のあるものを意味する。真空ポンプＶＰの異常は真空ポンプＶＰの回転数、消費電力、温度、真空ポンプＶＰ近傍の排気路２１１～２１４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ＳＮは、それらのパラメータを検知するセンサであり、その検知結果を検知部９６に出力する。なお、検知部９６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２１１～２１４の圧力が上昇した場合に、異常と判断し、緊急制御部９７に通知する。

バルブ２６１～２６４の開閉により、プロセスチャンバＣＨと並列に接続される排気管真空ポンプＶＰを制御することが可能である。また、バルブ２３１～２３４を開弁すると共に、バルブ２６１～２６３を開弁することにより、プロセスチャンバＣＨは、全ての真空ポンプＶＰに連通され得る。また、プロセスチャンバＣＨに連通する真空ポンプＶＰの数はバルブ２３１～２３４のうち開弁されるバルブによって変更可能である。なお、真空ポンプＶＰに連通するプロセスチャンバＣＨの数はＡＰＣバルブ２２１～２２４のうち開弁されるバルブによって変更可能である。すなわち、１つのプロセスチャンバＣＨのみに複数の真空ポンプＶＰを連通することが可能である。

排気制御部９４は、バルブ２３１～２３４およびバルブ２６１～２６３の開閉を制御して、排気路２１１～２１４、接続路２５１～２５３における、ガスの流通を制御する。なお、排気制御部９４にバルブ２３１～２３４およびバルブ２６１～２６３が含まれてもよい。排気制御部９４は圧力制御部９４ａを備え、圧力制御部９４ａはＡＰＣバルブ２２１～２２４を制御し、処理室２０１の圧力を制御する。圧力制御部９４ａにＡＰＣバルブ２２１～２２４が含まれてもよい。

出力制御部９５は、真空ポンプＶＰの出力（出力率）を制御する。ここで、出力率は、例えば、真空ポンプＶＰにおける（運転回転数／最大回転数）の値、または真空ポンプＶＰにおける、（運転時消費電力／最大消費電力）の値である。

（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。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。

（Ｓ１１：大気搬送室へ移送）
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内にウエハＷを移送する。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、ウエハ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。

（Ｓ１２：バキュームロックチャンバへ移送）
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エハ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にウエハＷを載置する。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ＣＨ、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。

（Ｓ１３：プロセスチャンバへ移送）
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エハＷをピックアップし、プロセスチャンバＣＨに移送し、その内部の基板位置Ｐ４～Ｐ７の何れか１つの基板位置に載置する。

（Ｓ１４：成膜処理）
プロセスチャンバＣＨにウエハＷが搬入されると、当該プロセスチャンバＣＨ内に処理ガスを供給し、ウエハＷに対して成膜処理を実施する。ここでは、金属薄膜（窒化膜、金属窒化膜）として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）が形成される。ここで、ＴｉＮの成膜方法について概説する。

ＴｉＮの成膜処理は、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、金属原料としてのチタン（Ｔｉ）含有ガスを供給する。Ｔｉ含有ガスの流量は、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ＣＨ内の圧力は、後述する真空ポンプＶＰにより、例えば１０～１５００Ｐａの範囲内の圧力とする。また、Ｔｉ含有ガスの供給時間は、例えば０．０１秒～３００秒間の範囲内の時間とする。また、ウエハ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。Ｔｉ含有ガスの供給により、ウエハＷ上には、Ｔｉ含有層が形成される。なお、本明細書における「１０～１５００Ｐａ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１０～１５００Ｐａ」とは「１０Ｐａ以上１５００Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

次いで、プロセスチャンバＣＨ内へのＴｉ含有ガスの供給を停止すると共に、真空ポンプＶＰによりプロセスチャンバＣＨ内を真空排気し、プロセスチャンバＣＨ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Ｔｉ含有ガスを除去する。なお、このとき、不活性ガスを供給することで、Ｔｉ含有ガスの除去効果を高めるようにしてもよい。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガス、窒素（Ｎ_２）ガスを用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。

次いで、プロセスチャンバＣＨ内に反応ガスとしての窒素（Ｎ）含有ガス（窒化源、窒化剤）を供給する。Ｎ含有ガスの流量は、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ＣＨ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、Ｎ含有ガスの供給時間は、例えば０．０１秒～３００秒間の範囲内の時間とする。また、ウエハ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Ｎ含有ガスは、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ＣＨ内へのＮ含有ガスの供給を停止すると共に、真空ポンプＶＰによりプロセスチャンバＣＨ内を真空排気し、プロセスチャンバＣＨ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Ｎ含有ガスを除去する。なお、このとき、不活性ガスを供給することで、Ｎ含有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、例えば、所望の膜厚のＴｉＮ薄膜を形成することにより、成膜処理が完了する。

（Ｓ１５：バキュームロックチャンバへ移送）
ウエハ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Ｐ４～Ｐ７の何れかに載置されている処理済のウエハ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へウエハＷを載置する。

（Ｓ１６：ポッドへ格納）
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エハ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エハ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。

（Ｓ１７：実施回数確認）
次いで、同一のプロセスチャンバＣＨで成膜処理を所定回数実施したか否か判断する。

（Ｓ１８：クリーニング処理）
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ＣＨのクリーニング処理を実施し、プロセスチャンバＣＨ内に付着した膜や副生成物を除去する。その後、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、クリーニング処理をスキップしてＳ１１以降の処理を継続する。

ここで、Ｔｉ含有ガスとしては、例えば、四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ_４）ガス、四フッ化チタニウム（ＴｉＦ_４）ガスなどを用いることができる。また、Ｎ含有ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ_２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガスや、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス等のＮ－Ｈ結合を含むガスを用いることができる。

（３）ガス排気系の制御
ガス排気系ＧＥのガスの流路（排気経路）の切り替えおよび真空ポンプＶＰの最大排気量や出力変更の幾つかの例（接続例）について図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。

プロセスチャンバＣＨに対する真空ポンプＶＰの接続構成の例として、図４Ｂのように、１つのプロセスチャンバＣＨに対して１つの真空ポンプＶＰが接続される構成を、本開示の構成との比較例として示す。

図４Ｂにおいて、プロセスチャンバＣＨ１は、ＡＰＣバルブ２２１およびバルブ２３１を介して排気路２１１により真空ポンプＶＰ１と連通する。プロセスチャンバＣＨ２は、ＡＰＣバルブ２２２およびバルブ２３２を介して排気路２１２により真空ポンプＶＰ２と連通する。プロセスチャンバＣＨ３は、ＡＰＣバルブ２２３およびバルブ２３３を介して排気路２１３により真空ポンプＶＰ３と連通する。プロセスチャンバＣＨ４は、ＡＰＣバルブ２２４およびバルブ２３４を介して排気路２１４により真空ポンプＶＰ４と連通する。

成膜プロセス中の真空ポンプＶＰの出力（回転数）を低下させると、副生成物などが真空ポンプＶＰに堆積（デポ）してしまう場合がある。このため、真空ポンプＶＰの出力を下げて運用すると、真空ポンプＶＰの出力を下げると真空ポンプＶＰのメンテナンス頻度が増加してしまう。比較例では、プロセスチャンバＣＨ内において大きな排気量が不要なプロセスを行う場合であっても、大容量の真空ポンプＶＰを高出力で稼働させ、ＡＰＣバルブ２２１～２２４による排気経路の開度調整などでプロセスチャンバＣＨからの余剰な排気を制限する。すなわち、比較例では、真空ポンプＶＰにより電力が余剰に消費されている。

図４Ａに示すガス排気系の接続例は、３つの真空ポンプにより４つのプロセスチャンバを排気する例である。排気制御部９４は、バルブ２３１を閉弁すると共に、バルブ２３２～２３４を開弁する。これにより、プロセスチャンバＣＨ１～ＣＨ４は、真空ポンプＶＰ２～ＶＰ４と連通する。ここで、真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４の最大排気量はすべて同じである（相対値＝１００）。出力制御部９５は、プロセスチャンバＣＨに連通しない真空ポンプＶＰ１の回転数を落とし、例えば出力率を２０％に設定してアイドリング運転とする。真空ポンプＶＰ１をアイドリング運転させることにより、真空ポンプＶＰ１を出力率０％（完全停止）にした場合よりも、短時間で出力率を上昇させることができる。出力制御部９５は、プロセスチャンバＣＨと連通する真空ポンプＶＰ２～ＶＰ４の出力率を、例えば１００％に設定して最大出力で運転する。

この例おいて、比較例よりも少ない排気量でプロセスチャンバＣＨを排気しているが、真空ポンプＶＰ２～ＶＰ４の出力率は１００％であるため、真空ポンプＶＰへのデポは促進されない。従って、真空ポンプのメンテナンス頻度を増加させることなく、真空ポンプＶＰによる消費電力の削減が可能である。

［真空ポンプ異常時の制御］
真空ポンプに異常が発生した場合に、ガスの流路の切り替えおよび真空ポンプの出力変更の少なくとも一方の制御によって基板処理の継続が可能になる。この制御例について図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明する。

なお、真空ポンプ異常時の制御は、ガスの流路制御と真空ポンプの出力制御の両方を行ってもよいし、ガスの流路制御と真空ポンプの出力制御を別のステップに分けて行ってもよい。以下、幾つかの制御例を説明する。

図５Ａに示すガス排気系の状態において、検知部９６が真空ポンプＶＰ３の異常を検知した場合における制御例を説明する。

緊急制御部９７は、図５Ａに示すガス排気系の状態から、真空ポンプＶＰ３の出力を維持させつつ、バルブ２３４を開弁して真空ポンプＶＰ４への流路を接続された、図５Ｂのような状態になるように、排気制御部９４を制御する。

その後、検知部９６が真空ポンプＶＰ３の更なる異常を検知した場合などには、緊急制御部９７は、排気系が図５Ｃに示すような状態となるように、排気制御部と出力制御部を制御するようにしてもよい。具体的には、排気制御部９４を制御して、バルブ２３３の閉弁による真空ポンプＶＰ３への流路を遮断してもよく、出力制御部９５を制御して、真空ポンプＶＰ４の出力率を２０％から８０％に上昇させると共に、真空ポンプＶＰ３の出力率を８０％から２０％に低下させる、または稼働を停止させてもよい。

なお、例では、検知部９６が真空ポンプＶＰ３の異常を検知した際、排気系の状態を図５Ａから図５Ｂに、その後に図５Ｂから図５Ｃに変化させたが、これに限定されない。排気系の状態を図５Ａから図５Ｃに変化させてもよい。

このような制御により、真空ポンプＶＰ３の更なる異常に備えつつ、真空ポンプＶＰ３の運転を継続させて状態の変化を観察することができる。また、プロセスチャンバＣＨで行われている処理の進行を待ってから排気系を制御することが可能になる。

次に、図６Ａに示すガス排気系の状態において、検知部９６が真空ポンプＶＰ３の異常を検知した場合における制御例を説明する。

緊急制御部９７は、図６Ａに示すガス排気系の状態を、図６Ｂに示すように、出力制御部９５を制御して、真空ポンプＶＰ３の出力率を８０％から２０％に低下させつつ、真空ポンプＶＰ２の出力率を８０％から１００％に上昇させる。このような制御により、真空ポンプＶＰ３の更なる異常に備えつつ、プロセスチャンバＣＨの排気量を変化させずに、異常が検知された真空ポンプの出力を下げることができる。また、プロセスチャンバＣＨで行われている処理の進行を待ってから排気系を制御することが可能になる。

［プロセスチャンバにおける処理内容による制御］
プロセスチャンバＣＨにおいて実行される処理内容による、ガスの流路の切り替えおよびポンプの出力変更の少なくとも一方の制御例について、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明する。

コントローラＣＮＴは、プロセスチャンバＣＨにて実行される第１の処理と第１の処理の後に同じプロセスチャンバＣＨにて実行される第２の処理との間に、排気制御部９４または出力制御部９５のうち少なくとも一方を制御してもよい。

コントローラＣＮＴは、第１の処理と第２の処理の間に排気制御部９４および出力制御部９５を制御することにより、プロセスチャンバＣＨを排気する真空ポンプＶＰの少なくとも一部を別の真空ポンプＶＰで排気させるようにしてもよい。言い換えると、第２の処理において第１の処理に用いた真空ポンプとは異なる真空ポンプによって、プロセスチャンバＣＨを排気するようにしてもよい。

例えば、第１の処理と第２の処理の間に排気制御部９４を制御し、図７Ａに示す排気系における真空ポンプＶＰ１，ＶＰ２の運転状態から図７Ｂに示す排気系における真空ポンプＶＰ１，ＶＰ２の運転状態に変更してもよい。この場合、一部の真空ポンプＶＰがプロセスチャンバＣＨを行わなくても、全てのプロセスチャンバＣＨの排気を継続できる。従って、生産性を下げることなく真空ポンプＶＰのメンテナンス頻度を減少さることができる。

コントローラＣＮＴは、第１の処理と第２の処理の間に排気制御部９４および出力制御部９５を制御することにより、第１の処理と第２の処理におけるプロセスチャンバＣＨから排気される単位時間当たりのガス流量が異なるようにしてもよい。

例えば、図８Ａの排気系の状態を、排気制御部９４および出力制御部９５を制御して図８Ｂのような状態にして、ガス流量を変化させてもよい。つまり、ガス流量は、排気を行う真空ポンプＶＰの台数を変更することで変更してもよい。この場合、図８Ｂにおいて、プロセスチャンバＣＨは図８Ａよりも少ない排気量で排気されているが、真空ポンプＶＰ２～ＶＰ４の出力率は８０％であるため、真空ポンプＶＰへのデポは促進されにくい。従って、真空ポンプのメンテナンス頻度を増加させることなく、真空ポンプＶＰによる消費電力の削減が可能である。

また、例えば、図９Ａの排気系の状態を、排気制御部９４および出力制御部９５によって、バルブ２３１，２３４の開閉と真空ポンプＶＰ１，ＶＰ４の出力率を制御することで、図９Ｂのような状態にして、ガス流量を変化させてもよい。つまり、ガス流量は、最大排気量が異なる真空ポンプＶＰがプロセスチャンバＣＨに接続されるようにすることで変更してもよい。この場合、図９Ｂにおいて、プロセスチャンバＣＨは図９Ａよりも少ない排気量で排気されているが、真空ポンプＶＰ２～ＶＰ４の出力率は１００％であるため、真空ポンプＶＰへのデポは促進されにくい。従って、真空ポンプのメンテナンス頻度を増加させることなく、真空ポンプＶＰによる消費電力の削減が可能である。

また、例えば、図１０Ａの排気系の状態を、出力制御部９５によって、真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４の出力率を制御することで、図１０Ｂのような状態にして、ガス流量を変化させてもよい。つまり、ガス流量は、排気を行う真空ポンプＶＰの出力率によって変更してもよい。この場合、図１０Ｂにおいて、プロセスチャンバＣＨは図１０Ａよりも少ない排気量で排気されているが、真空ポンプＶＰ１～ＶＰ４の出力率は９０％であるため、真空ポンプＶＰへのデポは促進されにくい。従って、真空ポンプのメンテナンス頻度を増加させることなく、真空ポンプＶＰによる消費電力の削減が可能である。

ここで、第１の処理は第１の基板処理であり、第２の処理は第２の基板処理である、としてもよい。第１の基板処理および第２の基板処理は、例えば、成膜処理およびアニール処理であってもよい。また、同じ種類の膜を形成するプロセスであって、基板に設けられた凹部のアスペクト比が異なる処理であってもよい。

また、第１の処理と第２の処理のいずれか一方は基板処理であり、もう一方はプロセスチャンバＣＨの洗浄処理（クリーニング処理）であってもよい。プロセスチャンバＣＨのクリーニング処理時は、基板処理時に比べて必要な排気量が少ないため、真空ポンプＶＰの選択や出力変更によって消費電量を最小化することが可能になる。

また、第１の処理と第２の処理のいずれか一方は基板処理であり、もう一方は待機状態であってもよい。プロセスチャンバＣＨ内に基板がない状態では、基板処理時に比べて必要な排気量が少なくデポも起こりにくいため、真空ポンプＶＰの選択や出力変更によって消費電量を最小化することが可能になる。

また、第１の処理と第２の処理とは同じ処理であってもよい。

以上、本開示の態様を具体的に説明したが、本開示が上述の態様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が可能である。また、上述の態様や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の態様や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。

上述の態様では、基板処理工程として、主に、基板の表面上に薄膜を形成する場合を例に挙げたが、本開示がこれに限定されることはない。すなわち、本開示は、上述の態様で例に挙げた薄膜形成の他に、上述の態様で例示した薄膜以外の成膜処理にも適用できる。また、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、熱処理（アニール処理）、プラズマ処理、拡散処理、酸化処理、窒化処理、リソグラフィ処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー処理等の他の基板処理を行う場合にも適用できる。

また、上述の態様では、一度に１枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合や一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様と同様の効果が得られる。

１・・・基板処理装置
９４・・・排気制御部
９５・・・出力制御部
ＣＨ，ＣＨ１～ＣＨ４・・・プロセスチャンバ（処理室）
２１１～２１４、２５１～２５３・・・ガスの流路
ＣＮＴ・・・コントローラ（制御部）

Claims (16)

1. 基板上に膜を形成する成膜処理が内部で行われている複数の処理室と、
   複数の前記処理室に対して複数の排気装置を並列に接続するガスの流路と、
   前記ガスの流路におけるガスの流通を制御する排気制御部と、
   前記排気装置の出力を制御する出力制御部と、
   複数の前記排気装置のうち１つより多くの前記排気装置によって複数の前記処理室を排気する処理、
   が行われるように、前記排気制御部と前記出力制御部とを制御可能に構成される制御部と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記排気制御部は、前記ガスの流路の開度を調整することで前記処理室の圧力を所定の圧力に制御する圧力制御部をさらに備える、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 複数の前記排気装置のうち少なくとも１台は、最大排気量が他の前記排気装置と異なる、請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記排気装置の異常を検知する検知部と、
   前記検知部が前記排気装置の異常を検知した際に、前記排気制御部と前記出力制御部のうち少なくとも一方を制御可能に構成される緊急制御部と、
   をさらに備える、請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記制御部は、前記処理室にて実行される第１の処理と前記第１の処理の後に前記処理室にて実行される第２の処理との間に、前記排気制御部または前記出力制御部のうち少なくとも一方を制御可能に構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記制御部は、前記第２の処理において前記第１の処理に用いた前記排気装置とは異なる前記排気装置によって前記処理室が排気されるように、前記排気制御部または前記出力制御部の少なくとも一方を制御可能に構成される、請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理における前記処理室から排気される単位時間当たりガス流量が異なるように、前記排気制御部または前記出力制御部のうち少なくとも一方を制御可能に構成される、請求項５に記載の基板処理装置。
8. 前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理において前記処理室に接続される前記排気装置の数が異なるように、前記排気制御部または前記出力制御部のうち少なくとも一方を制御可能に構成される、請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理において前記処理室に接続される前記排気装置のうち少なくとも１台以上の前記排気装置の最大排気量が異なるように、前記排気制御部または前記出力制御部のうち少なくとも一方を制御可能に構成される、請求項７に記載の基板処理装置。
10. 前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理において前記処理室に接続される前記排気装置のうち少なくとも１台以上の前記排気装置における最大出力に対する出力の値である出力率が異なるように、前記排気制御部または前記出力制御部のうち少なくとも一方を制御する、請求項７に記載の基板処理装置。
11. 前記第１の処理は第１の基板処理であり、前記第２の処理は第２の基板処理である、請求項５に記載の基板処理装置。
12. 前記第１の処理と前記第２の処理のいずれか一方は基板処理であり、もう一方は前記処理室の洗浄処理である、請求項５に記載の基板処理装置。
13. 前記第１の処理と前記第２の処理のいずれか一方は基板処理であり、もう一方は待機状態である、請求項５に記載の基板処理装置。
14. （ａ）複数の処理室内で基板上に膜を形成する工程と、
    （ｂ）前記処理室に対して複数の排気装置を並列に接続するガスの流路におけるガスの流通と、複数の前記排気装置の出力と、のうち少なくとも一方を制御して、（ａ）が行われている間において、複数の前記排気装置のうち１つより多くの前記排気装置によって複数の前記処理室を排気する工程と、
    を有する基板処理方法。
15. （ａ）複数の処理室内で基板上に膜を形成する工程と、
    （ｂ）前記処理室に対して複数の排気装置を並列に接続するガスの流路におけるガスの流通と、複数の前記排気装置の出力と、のうち少なくとも一方を制御して、（ａ）が行われている間において、複数の前記排気装置のうち１つより多くの前記排気装置によって複数の前記処理室を排気する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
16. （ａ）複数の処理室内で基板上に膜を形成する手順と、
    （ｂ）前記処理室に対して複数の排気装置を並列に接続するガスの流路におけるガスの流通と、複数の前記排気装置の出力と、のうち少なくとも一方を制御して、（ａ）が行われている間において、複数の前記排気装置のうち１つより多くの前記排気装置によって複数の前記処理室を排気する手順と、
    を含む手順をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

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