WO2021193016A1 - 半導体装置の製造方法及び基板処理システム - Google Patents

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WO2021193016A1
WO2021193016A1 PCT/JP2021/009288 JP2021009288W WO2021193016A1 WO 2021193016 A1 WO2021193016 A1 WO 2021193016A1 JP 2021009288 W JP2021009288 W JP 2021009288W WO 2021193016 A1 WO2021193016 A1 WO 2021193016A1
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WO
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substrate
conductor
processing
stage
wafer
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Application number
PCT/JP2021/009288
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English (en)
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Inventor
雅人 坂本
一成 武安
石坂　忠大
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東京エレクトロン株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/16—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal carbonyl compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics

Definitions

  • This disclosure relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing system.
  • Patent Document 1 A technique for reducing and removing a tungsten oxide formed on the surface of a tungsten wiring by hydrogen radicals is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the present disclosure provides a technique capable of removing a natural oxide film to reduce contact resistance between conductors.
  • a method for manufacturing a semiconductor device is to expose the substrate to hydrogen plasma after a step of preparing a substrate having a first conductor, a step of heating the substrate, and a step of heating the substrate. , A step of removing the natural oxide film grown on the first conductor, and a step of forming a second conductor on the first conductor.
  • the natural oxide film can be removed to reduce the contact resistance between conductors.
  • a process cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment A process cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
  • Sectional drawing which shows an example of the processing apparatus for carrying out a removal process
  • Cross-sectional view showing an example of a processing apparatus for carrying out a film forming process The figure which shows the evaluation result of an Example
  • FIGS. 1A to 1D are process cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
  • the substrate 10 having the first conductor 11 is prepared (preparation step).
  • the substrate 10 includes a first conductor 11 and an insulating film 12.
  • the substrate 10 is a semiconductor wafer such as a silicon (Si) wafer.
  • the first conductor 11 is, for example, a wiring material. Examples of the first conductor 11 include tungsten (W), cobalt (Co), titanium (Ti), tantalum (Ta), copper (Cu), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), iridium (Ir), and rhodium. (Rh), osmium (Os) can be mentioned.
  • the insulating film 12 is formed on the first conductor 11.
  • a recess 13 such as a trench or a hole is formed in the insulating film 12, and the first conductor 11 is exposed on the bottom surface 13a of the recess 13. Therefore, a natural oxide film 14 which is a metal oxide film in which the first conductor 11 is oxidized grows on the exposed surface of the first conductor 11.
  • the insulating film 12 is, for example, a laminated film of a silicon nitride film 12a and a silicon oxide film 12b.
  • the silicon nitride film 12a is, for example, an etch stopper layer.
  • the silicon oxide film 12b is, for example, an interlayer insulating film.
  • the insulating film 12 may be a single-layer film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film.
  • the substrate 10 prepared in the preparation step is heated to the first temperature (heating step).
  • the first temperature is set so that, for example, the temperature of the substrate 10 at the start of the removal step described later is 200 to 400 ° C.
  • the correspondence between the first temperature and the temperature of the substrate 10 at the start of the removal step is calculated by a preliminary experiment or the like.
  • the natural oxide film 14 grown on the first conductor 11 is removed by exposing the substrate 10 heated in the heating step to hydrogen plasma (removal step).
  • the removal step is continuously performed after the heating step without exposing the substrate 10 to the atmosphere.
  • the removing step is performed, for example, in a processing device in which the heating step is performed and another processing device connected via a vacuum transfer chamber.
  • the removal step is performed at a lower temperature than, for example, a heating step.
  • the second conductor 15 is formed on the first conductor 11 from which the natural oxide film 14 on the surface has been removed (film forming step).
  • a precursor containing the second conductor 15 is supplied to the substrate 10 and the second conductor 15 is embedded in the recess 13.
  • the second conductor 15 is, for example, ruthenium (Ru).
  • the Ru-containing precursor include dodecacarbonyltriruthenium (Ru 3 (CO) 12 ).
  • the preparation step, the heating step, the removing step, and the film forming step are performed in this order to remove the natural oxide film 14 on the first conductor 11, and then the first conductive film.
  • the second conductor 15 is formed on the body 11. Thereby, the contact resistance between the first conductor 11 and the second conductor 15 can be reduced. As a result, the wiring resistance of the semiconductor device including the first conductor 11 and the second conductor 15 can be reduced.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of the substrate processing system of the embodiment.
  • the substrate processing system 1 includes processing devices PM1 to PM4, a vacuum transfer chamber TM, a load lock chamber LLM1 to LLM3, an atmospheric transport chamber LM, a load port LP1 to LP3, and an overall control unit CT.
  • the processing devices PM1 to PM4 are connected to the vacuum transfer chamber TM via gate valves G1 to G4, respectively.
  • the inside of the processing devices PM1 to PM4 is depressurized to a predetermined vacuum atmosphere, and the wafer W, which is an example of the substrate, is subjected to a desired treatment inside the vacuum atmosphere.
  • the processing apparatus PM1 is an apparatus for carrying out a removal step
  • the processing apparatus PM2 is an apparatus for carrying out a heating step
  • the processing apparatus PM3 is an apparatus for carrying out a film forming process. ..
  • the processing device PM4 is a spare device and may be a device for carrying out the same process as any of the processing devices PM1 to PM3, and is a device for carrying out a process different from the processing devices PM1 to PM3. It may be. Further, the processing device PM4 may not be provided.
  • the vacuum transfer chamber TM is configured so that the inside can be depressurized to a predetermined pressure.
  • the predetermined pressure is, for example, 1 ⁇ 10 -6 Torr (1.3 ⁇ 10 -4 Pa) or less.
  • the vacuum transfer chamber TM is provided with a transfer robot TR1 capable of transporting the wafer W in a reduced pressure state.
  • the transfer robot TR1 transfers the wafer W to the processing devices PM1 to PM4 and the load lock chambers LLM1 to LLM3.
  • the transfer robot TR1 has, for example, two transfer arms that can move independently.
  • the load lock chambers LLM1 to LLM3 are connected to the vacuum transfer chamber TM via the gate valves G5 to G7, respectively, and are connected to the atmospheric transport chamber LM via the gate valves G8 to G10.
  • the load lock chambers LLM1 to LLM3 are configured so that the inside can be switched between an air atmosphere and a vacuum atmosphere.
  • the atmosphere of the air transport chamber LM is the atmosphere inside. For example, a downflow of clean air is formed in the air transport chamber LM.
  • An aligner AU for aligning the wafer W is provided in the air transfer chamber LM.
  • a transfer robot TR2 is provided in the atmosphere transfer chamber LM. The transfer robot TR2 transfers the wafer W to the load lock chambers LLM1 to LLM3, the carriers C of the load ports LP1 to LP3 described later, and the aligner AU.
  • the load ports LP1 to LP3 are provided on the wall surface on the long side of the atmospheric transport chamber LM.
  • a carrier C containing a wafer W or an empty carrier C is attached to the load ports LP1 to LP3.
  • Carrier C is, for example, FOUP (Front Opening Unified Pod).
  • the overall control unit CT controls each unit of the substrate processing system 1.
  • the overall control unit CT executes the operations of the processing devices PM1 to PM4, the operations of the transfer robots TR1 and TR2, the opening and closing of the gate valves G11 to G10, the switching of the atmosphere in the load lock chambers LLM1 to LLM3, and the like.
  • the overall control unit CT may be, for example, a computer.
  • the overall control unit CT opens the gate valve G8 and controls the transfer robot TR2 to transfer, for example, the wafer W housed in the carrier C of the load port LP1 into the load lock chamber LLM1.
  • the overall control unit CT closes the gate valve G8 and creates a vacuum atmosphere in the load lock chamber LLM1.
  • the overall control unit CT opens the gate valves G2 and G5 and controls the transfer robot TR1 to transfer the wafer W in the load lock chamber LLM1 to the processing device PM2.
  • the overall control unit CT closes the gate valves G2 and G5 and operates the processing device PM2 to carry out the heating step in the processing device PM2.
  • the overall control unit CT opens the gate valves G2 and G1 and controls the transfer robot TR1 to transfer the heated wafer W in the processing device PM2 to the processing device PM1.
  • the overall control unit CT closes the gate valves G2 and G1 and operates the processing device PM1 to carry out the removal step in the processing device PM1.
  • the overall control unit CT opens the gate valves G1 and G3 and controls the transfer robot TR1 to transfer the wafer W from which the natural oxide film has been removed in the processing device PM1 to the processing device PM3.
  • the overall control unit CT closes the gate valves G1 and G3 and operates the processing device PM3 to carry out the film forming process in the processing device PM3.
  • the overall control unit CT controls the transfer robot TR1 to transfer the wafer W on which the film is formed in the processing device PM3 to, for example, the load lock chamber LLM3.
  • the overall control unit CT makes the inside of the load lock chamber LLM3 an atmospheric atmosphere.
  • the overall control unit CT opens the gate valve G10 and controls the transfer robot TR2 to transfer and accommodate the wafer W in the load lock chamber LLM3 into, for example, the carrier C in the load port LP3.
  • the wafer W is processed in each of the processing devices PM1 to PM3, the wafer W is processed without exposing the wafer W to the atmosphere, that is, without breaking the vacuum. Can be applied.
  • the heating step, the removing step, and the film forming step are carried out in the processing device PM2, the processing device PM1, and the processing device PM3, respectively, has been described, but the present disclosure is not limited to this.
  • some steps for example, heating step and removing step
  • all steps heating step, removing step and film forming step
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a processing apparatus for carrying out a heating step.
  • the processing device PM2 includes a processing container 210, a stage 220, a shower head 230, an exhaust unit 240, a gas supply mechanism 250, and a control unit 290.
  • the processing container 210 is made of a metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
  • the processing container 210 accommodates the wafer W.
  • a carry-in outlet 211 for carrying in or out the wafer W is formed on the side wall of the processing container 210.
  • the carry-in outlet 211 is opened and closed by the gate valve 212.
  • the gate valve 212 is shown as a gate valve G2 in FIG.
  • An annular exhaust duct 213 having a rectangular cross section is provided on the main body of the processing container 210.
  • a slit 213a is formed in the exhaust duct 213 along the inner peripheral surface.
  • An exhaust port 213b is formed on the outer wall of the exhaust duct 213.
  • a top wall 214 is provided on the upper surface of the exhaust duct 213 so as to close the upper opening of the processing container 210.
  • the exhaust duct 213 and the top wall 214 are hermetically sealed with a seal ring 215.
  • the stage 220 horizontally supports the wafer W in the processing container 210.
  • the stage 220 is formed in a disk shape having a size corresponding to the wafer W.
  • the stage 220 is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or a metal material such as aluminum or nickel alloy, and a heater 221 for heating the wafer W is embedded therein.
  • the heater 221 is supplied with power from a heater power source (not shown) to generate heat.
  • the wafer W is controlled to a predetermined temperature by controlling the output of the heater 221 by the temperature signal of the thermocouple (not shown) provided near the upper surface of the stage 220.
  • the stage 220 is provided with a cover member 222 formed of a ceramic material such as alumina (Al 2 O 3 ) so as to cover the outer peripheral region of the upper surface and the side surface.
  • a support member 223 for supporting the stage 220 is provided on the bottom surface of the stage 220.
  • the support member 223 extends from the center of the bottom surface of the stage 220 to the lower side of the processing container 210 through a hole formed in the bottom wall of the processing container 210, and the lower end thereof is connected to the elevating mechanism 224.
  • the elevating mechanism 224 elevates and elevates the stage 220 via the support member 223 between the processing position shown in FIG. 3 and the conveying position where the wafer W can be conveyed, which is indicated by the alternate long and short dash line below the processing position.
  • a collar portion 225 is attached below the processing container 210 of the support member 223, and the atmosphere inside the processing container 210 is partitioned from the outside air between the bottom surface of the processing container 210 and the collar portion 225, and the stage 220.
  • a bellows 226 that expands and contracts as it moves up and down is provided.
  • three elevating pins 227 are provided so as to project upward from the elevating plate 227a.
  • the elevating pin 227 is elevated and lowered via the elevating plate 227a by the elevating mechanism 228 provided below the processing container 210.
  • the elevating pin 227 is inserted into a through hole 220a provided in the stage 220 at the transport position so that the elevating pin 227 can be recessed with respect to the upper surface of the stage 220.
  • the shower head 230 supplies the processing gas into the processing container 210 in the form of a shower.
  • the shower head 230 is made of metal.
  • the shower head 230 is provided so as to face the stage 220 and has substantially the same diameter as the stage 220.
  • the shower head 230 has a main body portion 231 fixed to the top wall 214 of the processing container 210, and a shower plate 232 connected under the main body portion 231.
  • a gas diffusion space 233 is formed between the main body 231 and the shower plate 232, and the gas diffusion space 233 has a gas introduction hole 236 so as to penetrate the top wall 214 of the processing container 210 and the center of the main body 231. Is provided.
  • An annular protrusion 234 protruding downward is formed on the peripheral edge of the shower plate 232.
  • a gas discharge hole 235 is formed on the flat surface inside the annular protrusion 234.
  • a processing space 238 is formed between the stage 220 and the shower plate 232, and an annular gap 239 is formed in close proximity to the upper surface of the cover member 222 and the annular protrusion 234. ..
  • the exhaust unit 240 exhausts the inside of the processing container 210.
  • the exhaust unit 240 has an exhaust pipe 241 connected to the exhaust port 213b and an exhaust mechanism 242 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like connected to the exhaust pipe 241.
  • the gas in the processing container 210 reaches the exhaust duct 213 through the slit 213a, and is exhausted from the exhaust duct 213 through the exhaust pipe 241 by the exhaust mechanism 242.
  • the gas supply mechanism 250 is connected to the gas introduction hole 236 of the shower head 230 via the gas supply line 237.
  • the gas supply mechanism 250 includes one or more gas supply sources and a gas box, and supplies the processing gas into the processing container 210 while controlling the flow rate.
  • the plurality of gas sources include a source of an inert gas such as nitrogen (N 2) gas.
  • the control unit 290 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an auxiliary storage device, and the like.
  • the CPU operates based on a program stored in the ROM or the auxiliary storage device, and controls the operation of the processing device PM2.
  • the control unit 290 may be provided independently of the overall control unit CT (see FIG. 2), or the overall control unit CT may also serve as the control unit 290.
  • the control unit 290 opens the gate valve 212. Then, the wafer W having the tungsten film is conveyed into the processing container 210 by the transfer robot TR1 (see FIG. 2) in the vacuum transfer chamber TM and placed on the stage 220. When the transfer robot TR1 retracts from the processing container 210, the control unit 290 closes the gate valve 212.
  • the control unit 290 controls the heater 221 to heat the wafer W to the first temperature.
  • the first temperature is set so that, for example, the temperature of the wafer W at the start of the removal step in the processing apparatus PM1 is 200 to 400 ° C.
  • the control unit 290 controls the elevating mechanism 224 to raise the stage 220 to the processing position and form the processing space 238.
  • the control unit 290 controls the gas supply mechanism 250 to supply N 2 gas into the processing container 210, and controls the pressure control valve of the exhaust mechanism 242 to adjust the inside of the processing container 210 to a predetermined pressure. .. In this state, the wafer W is heated for a predetermined time.
  • control unit 290 controls the gas supply mechanism 250 to stop the supply of N 2 gas into the processing container 210 and open the gate valve 212. Then, the wafer W placed on the elevating pin 227 is carried out by the transfer robot TR1 in the vacuum transfer chamber TM. When the transfer robot TR1 retracts from the carry-in outlet 211, the control unit 290 closes the gate valve 212.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a processing apparatus for carrying out the removal step.
  • the processing device PM1 includes a processing container 110, a stage 120, a shower head 130, an exhaust unit 140, a gas supply mechanism 150, and a control unit 190.
  • the processing container 110 is made of a metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
  • a carry-in outlet 111 for carrying in or out the wafer W is formed on the side wall of the processing container 110.
  • the carry-in outlet 111 is opened and closed by the gate valve 112.
  • the gate valve 112 is shown as a gate valve G1 in FIG.
  • An annular exhaust duct 113 having a rectangular cross section is provided on the main body of the processing container 110.
  • a slit 113a is formed in the exhaust duct 113 along the inner peripheral surface.
  • An exhaust port 113b is formed on the outer wall of the exhaust duct 113.
  • a top wall 114 is provided on the upper surface of the exhaust duct 113 so as to close the upper opening of the processing container 110.
  • the exhaust duct 113 and the top wall 114 are hermetically sealed with a seal ring 115.
  • the stage 120 is a member that horizontally supports the wafer W in the processing container 110.
  • the stage 120 is formed in a disk shape having a size corresponding to the wafer W, and is supported by the support member 123.
  • the stage 120 is made of a ceramic material such as AlN or a metal material such as aluminum or nickel alloy, and a heater 121 for heating the wafer W and an electrode 129 are embedded therein.
  • the heater 121 is supplied with power from a heater power source (not shown) to generate heat. Then, the output of the heater 121 is controlled by a temperature signal of a thermocouple (not shown) provided near the upper surface of the stage 120, whereby the wafer W is controlled to a predetermined temperature.
  • the first high frequency power supply 144 is connected to the electrode 129 via the matching unit 143.
  • the matcher 143 matches the load impedance with the internal impedance of the first high frequency power supply 144.
  • the first high frequency power supply 144 applies the power of the first frequency to the stage 120 via the electrode 129.
  • the first frequency is, for example, 12.88 MHz. However, the frequency is not limited to 12.88 MHz, and for example, 450 KHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 60 MHz, 100 MHz and the like can be appropriately used. In this way, the stage 120 also functions as a lower electrode.
  • the electrode 129 is connected to the suction power supply 149 via the ON / OFF switch 148 arranged outside the processing container 110, and also functions as an electrode for sucking the wafer W to the stage 120.
  • a second high frequency power supply 146 is connected to the shower head 130 via a matching unit 145.
  • the matcher 145 matches the load impedance with the internal impedance of the second high frequency power supply 146.
  • the second high frequency power supply 146 applies power of the second frequency to the shower head 130.
  • the second frequency is, for example, 60 MHz.
  • the second frequency is not limited to 60 MHz, and for example, 450 KHz, 2 MHz, 12.88 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 60 MHz, 100 MHz and the like can be appropriately used.
  • the shower head 130 also functions as an upper electrode.
  • the stage 120 is provided with a cover member 122 formed of ceramics such as alumina so as to cover the outer peripheral region of the upper surface and the side surface.
  • An adjusting mechanism 147 for adjusting the gap G between the upper electrode and the lower electrode is provided on the bottom surface of the stage 120.
  • the adjusting mechanism 147 has a support member 123 and an elevating mechanism 124.
  • the support member 123 supports the stage 120 from the center of the bottom surface of the stage 120. Further, the support member 123 penetrates the hole formed in the bottom wall of the processing container 110 and extends below the processing container 110, and the lower end is connected to the elevating mechanism 124.
  • the stage 120 is moved up and down by the elevating mechanism 124 via the support member 123.
  • the adjustment mechanism 147 raises and lowers the elevating mechanism 124 between the processing position shown by the solid line in FIG. 4 and the transfer position below which the wafer W can be conveyed, and can carry in and out the wafer W. To.
  • a flange portion 125 is attached below the processing container 110 of the support member 123, and the atmosphere inside the processing container 110 is partitioned from the outside air between the bottom surface of the processing container 110 and the collar portion 125, and the stage 120 A bellows 126 that expands and contracts as the vehicle moves up and down is provided.
  • three elevating pins 127 are provided so as to project upward from the elevating plate 127a.
  • the elevating pin 127 is elevated and lowered via the elevating plate 127a by the elevating mechanism 128 provided below the processing container 110.
  • the elevating pin 127 is inserted into a through hole 120a provided in the stage 120 at the transport position so that the elevating pin 127 can be recessed with respect to the upper surface of the stage 120.
  • the transfer mechanism (not shown) and the stage 120.
  • the shower head 130 supplies the processing gas into the processing container 110 in the form of a shower.
  • the shower head 130 is made of metal, is provided so as to face the stage 120, and has substantially the same diameter as the stage 120.
  • the shower head 130 has a main body 131 fixed to the top wall 114 of the processing container 110, and a shower plate 132 connected under the main body 131.
  • a gas diffusion space 133 is formed between the main body 131 and the shower plate 132, and the gas introduction hole 136 penetrates the top wall 114 of the processing container 110 and the center of the main body 131 in the gas diffusion space 133. Is provided.
  • An annular protrusion 134 projecting downward is formed on the peripheral edge of the shower plate 132.
  • a gas discharge hole 135 is formed on the flat surface inside the annular protrusion 134.
  • a processing space 138 is formed between the stage 120 and the shower plate 132, and an annular gap 139 is formed in close proximity to the upper surface of the cover member 122 and the annular protrusion 134.
  • the exhaust unit 140 exhausts the inside of the processing container 110.
  • the exhaust unit 140 has an exhaust pipe 141 connected to the exhaust port 113b, and an exhaust mechanism 142 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like connected to the exhaust pipe 141.
  • the gas in the processing container 110 reaches the exhaust duct 113 through the slit 113a, and is exhausted from the exhaust duct 113 through the exhaust pipe 141 by the exhaust mechanism 142.
  • the gas supply mechanism 150 is connected to the gas introduction hole 136 of the shower head 130 via the gas supply line 137.
  • the gas supply mechanism 150 includes one or more gas supply sources and a gas box, and supplies the processing gas into the processing container 110 while controlling the flow rate.
  • the plurality of gas sources include hydrogen (H 2 ) gas sources.
  • the control unit 190 is, for example, a computer, and includes a CPU, RAM, ROM, an auxiliary storage device, and the like.
  • the CPU operates based on a program stored in the ROM or the auxiliary storage device, and controls the operation of the processing device PM1.
  • the control unit 190 may be provided independently of the overall control unit CT (see FIG. 2), or the overall control unit CT may also serve as the control unit 190.
  • the control unit 190 opens the gate valve 112. Then, the wafer W after the heating step is performed in the processing device PM2 is placed on the elevating pin 127 by the transfer robot TR1 (see FIG. 2) in the vacuum transfer chamber TM. When the transfer robot TR1 retracts from the carry-in outlet 111, the control unit 190 closes the gate valve 112.
  • the control unit 190 controls the elevating mechanism 124 to move the stage 120 to the processing position. At this time, as the stage 120 rises, the wafer W placed on the elevating pin 127 is placed on the mounting surface of the stage 120. Further, the control unit 190 controls the gas supply mechanism 150 to supply the H 2 gas into the processing container 110, and controls the pressure control valve of the exhaust mechanism 142 to adjust the inside of the processing container 110 to a predetermined pressure. .. Further, the control unit 190 controls the first high frequency power supply 144 and the matching unit 143 to apply the power of the first frequency to the stage 120. Further, the control unit 190 controls the second high frequency power supply 146 and the matching unit 145 to apply the power of the second frequency to the shower head 130.
  • control unit 190 attracts the wafer W to the stage 120 by turning on the ON / OFF switch 148. Further, the control unit 190 may control the heater 121 to control the stage 120 to a second temperature lower than the first temperature. By exposing the wafer W to hydrogen plasma in such a state, the natural oxide film on the surface of the tungsten film is removed.
  • the control unit 190 controls the gas supply mechanism 150 to stop the supply of H 2 gas into the processing container 110. Further, the control unit 190 controls the first high frequency power supply 144 and the matching unit 143 to stop the application of electric power to the stage 120, and controls the second high frequency power supply 146 and the matching unit 145 to supply electric power to the shower head 130. Stop the application of. Further, the control unit 190 turns off the ON / OFF switch 148 to release the adsorption of the wafer W to the stage 120, and controls the elevating mechanism 124 to move the stage 120 to the transport position. At this time, the head of the elevating pin 127 protrudes from the mounting surface of the stage 120, and the wafer W is lifted from the mounting surface of the stage 120.
  • the control unit 190 opens the gate valve 112. Then, the wafer W placed on the elevating pin 127 is carried out by the transfer robot TR1 in the vacuum transfer chamber TM. When the transfer robot TR1 retracts from the carry-in outlet 111, the control unit 190 closes the gate valve 112.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a processing apparatus for carrying out the film forming process.
  • the processing device PM3 has a processing container 301.
  • the processing container 301 is a bottomed container having an opening on the upper side.
  • the support member 302 supports the gas discharge mechanism 303. Further, the support member 302 closes the opening on the upper side of the processing container 301, so that the processing container 301 is sealed to form a processing chamber.
  • the gas supply unit 304 supplies the process gas such as Ru-containing gas or the carrier gas to the gas discharge mechanism 303 via the supply pipe 302a penetrating the support member 302.
  • the Ru-containing gas and the carrier gas supplied from the gas supply unit 304 are supplied from the gas discharge mechanism 303 into the processing container 301.
  • the stage 305 is a member on which the wafer W is placed.
  • a heater 306 for heating the wafer W is provided inside the stage 305.
  • the stage 305 has a support portion 305a that extends downward from the center of the lower surface of the stage 305 and has one end that penetrates the bottom of the processing container 301 and is supported by the elevating mechanism via the elevating plate 309.
  • the stage 305 is fixed on the temperature control jacket 308, which is a temperature control member, via the heat insulating ring 307.
  • the temperature control jacket 308 has a plate portion for fixing the stage 305, a shaft portion extending downward from the plate portion and covering the support portion 305a, and a hole portion penetrating the shaft portion from the plate portion. doing.
  • the shaft portion of the temperature control jacket 308 penetrates the bottom portion of the processing container 301.
  • the lower end of the temperature control jacket 308 is supported by the elevating mechanism 310 via an elevating plate 309 arranged below the processing container 301.
  • a bellows 311 is provided between the bottom of the processing container 301 and the elevating plate 309, and the airtightness inside the processing container 301 is maintained even when the elevating plate 309 moves up and down.
  • the elevating mechanism 310 elevates and elevates the elevating plate 309 to elevate and lower the stage 305 between the processing position shown in FIG. 5 and the transfer position (not shown) where the wafer W can be conveyed.
  • the elevating pin 312 When transferring the wafer W to and from the transfer robot TR1 (see FIG. 2) in the vacuum transfer chamber TM, the elevating pin 312 supports the wafer W from the lower surface and supports the wafer W from the mounting surface of the stage 305. lift.
  • the elevating pin 312 has a shaft portion and a head portion whose diameter is larger than that of the shaft portion.
  • a through hole through which the shaft portion of the elevating pin 312 is inserted is formed in the plate portion of the stage 305 and the temperature control jacket 308. Further, a groove for accommodating the head of the elevating pin 312 is formed on the side of the mounting surface of the stage 305.
  • a contact member 313 is arranged below the elevating pin 312.
  • the head of the elevating pin 312 In a state where the stage 305 is moved to the processing position of the wafer W, the head of the elevating pin 312 is housed in the groove, and the wafer W is placed on the mounting surface of the stage 305. Further, the head of the elevating pin 312 is locked to the groove portion, the shaft portion of the elevating pin 312 penetrates the plate portion of the stage 305 and the temperature control jacket 308, and the lower end of the shaft portion of the elevating pin 312 is the temperature control jacket 308. It protrudes from the plate part of.
  • the lower end of the elevating pin 312 comes into contact with the contact member 313, and the head of the elevating pin 312 protrudes from the mounting surface of the stage 305.
  • the head of the elevating pin 312 supports the wafer W from the lower surface of the wafer W, and lifts the wafer W from the mounting surface of the stage 305.
  • the annular member 314 is arranged above the stage 305. In a state where the stage 305 is moved to the processing position of the wafer W, the annular member 314 comes into contact with the outer peripheral portion of the upper surface of the wafer W, and the wafer W is pressed against the mounting surface of the stage 305 by the weight of the annular member 314. On the other hand, in a state where the stage 305 is moved to the transfer position of the wafer W, the annular member 314 is locked by a locking portion (not shown) above the carry-in outlet 301a. As a result, the transfer of the wafer W by the transfer robot TR1 (see FIG. 2) is not hindered.
  • the chiller unit 315 circulates a refrigerant, for example, cooling water, through the pipes 315a and 315b, through the flow path 308a formed in the plate portion of the temperature control jacket 308.
  • a refrigerant for example, cooling water
  • the heat transfer gas supply unit 316 supplies a heat transfer gas such as helium (He) gas between the back surface of the wafer W mounted on the stage 305 and the mounting surface of the stage 305 via the pipe 316a. do.
  • a heat transfer gas such as helium (He) gas
  • the purge gas supply unit 317 includes a pipe 317a, a gap between the support portion 305a and the hole of the temperature control jacket 308, a flow path formed between the stage 305 and the heat insulating ring 307 and extending outward in the radial direction, and an outer peripheral portion of the stage 305. Purge gas is flowed through the vertical flow path formed in. Then, a purge gas such as carbon dioxide (CO 2 ) gas is supplied between the lower surface of the annular member 314 and the upper surface of the stage 305 via these flow paths.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the process gas is prevented from flowing into the space between the lower surface of the annular member 314 and the upper surface of the stage 305, and the film is formed on the lower surface of the annular member 314 and the upper surface of the outer peripheral portion of the stage 305. To prevent.
  • a carry-in outlet 301a for loading and unloading the wafer W and a gate valve 318 for opening and closing the carry-in outlet 301a are provided on the side wall of the processing container 301.
  • the gate valve 318 is shown as a gate valve G3 in FIG.
  • An exhaust unit 319 including a vacuum pump and the like is connected to the lower side wall of the processing container 301 via an exhaust pipe 301b.
  • the inside of the processing container 301 is exhausted by the exhaust unit 319, and the inside of the processing container 301 is set and maintained in a predetermined vacuum atmosphere.
  • the control unit 390 is, for example, a computer, and includes a CPU, RAM, ROM, an auxiliary storage device, and the like.
  • the CPU operates based on a program stored in the ROM or the auxiliary storage device, and controls the operation of the processing device PM3.
  • the control unit 390 may be provided independently of the overall control unit CT (see FIG. 2), or the overall control unit CT may also serve as the control unit 390.
  • the control unit 390 opens the gate valve 318. Then, the wafer W is placed on the elevating pin 312 by the transfer robot TR1 (see FIG. 2) in the vacuum transfer chamber TM. When the transfer robot TR1 retracts from the carry-in outlet 301a, the control unit 390 closes the gate valve 318.
  • control unit 390 controls the elevating mechanism 310 to move the stage 305 to the processing position.
  • the wafer W placed on the elevating pin 312 is placed on the mounting surface of the stage 305.
  • the annular member 314 comes into contact with the outer peripheral portion of the upper surface of the wafer W, and the wafer W is pressed against the mounting surface of the stage 305 by the weight of the annular member 314.
  • the control unit 390 controls the heater 306 to heat the wafer W, and also controls the gas supply unit 304 to transfer process gas such as Ru-containing gas or carrier gas from the gas discharge mechanism 303 into the processing container 301. Supply to. As a result, a Ru film is formed on the tungsten film.
  • the treated gas passes through the flow path on the upper surface side of the annular member 314 and is exhausted by the exhaust unit 319 via the exhaust pipe 301b.
  • the control unit 390 controls the heat transfer gas supply unit 316 to supply the heat transfer gas between the back surface of the wafer W mounted on the stage 305 and the mounting surface of the stage 305.
  • control unit 390 controls the purge gas supply unit 317 to supply the purge gas between the lower surface of the annular member 314 and the upper surface of the stage 305.
  • the purge gas passes through the flow path on the lower surface side of the annular member 314 and is exhausted by the exhaust unit 319 via the exhaust pipe 301b.
  • the control unit 390 controls the gas supply unit 304 to stop the supply of the process gas and the carrier gas into the processing container 301. Further, the control unit 390 controls the elevating mechanism 310 to move the stage 305 to the transport position. At this time, as the stage 305 descends, the annular member 314 is locked by a locking portion (not shown). Further, when the lower end of the elevating pin 312 comes into contact with the contact member 313, the head of the elevating pin 312 protrudes from the mounting surface of the stage 305, and the wafer W is lifted from the mounting surface of the stage 305.
  • the control unit 390 opens the gate valve 318. Then, the wafer W placed on the elevating pin 312 is carried out by the transfer robot TR1 (see FIG. 2) in the vacuum transfer chamber TM. When the transfer robot TR1 retracts from the carry-in outlet 301a, the control unit 390 closes the gate valve 318.
  • the substrate when forming the second conductor on the first conductor, the substrate is exposed to hydrogen plasma after heating the substrate before forming the second conductor. This removes the natural oxide film grown on the first conductor. As a result, the natural oxide film on the surface of the first conductor can be efficiently removed. Therefore, the contact resistance between the first conductor and the second conductor can be reduced. As a result, the wiring resistance of the semiconductor device can be reduced.
  • the heating step, the removing step, and the film forming step are carried out in different processing devices PM1 to PM3 connected via the vacuum transfer chamber TM.
  • the temperature in each of the processing devices PM1 to PM3 does not have to be changed significantly, so that the time for changing and stabilizing the temperature in the processing devices PM1 to PM3 can be reduced. As a result, productivity is improved.
  • the removing step is carried out at a temperature lower than that of the heating step.
  • the substrate can be transferred to another processing apparatus via the vacuum transfer chamber TM at a temperature close to room temperature. Therefore, it is possible to prevent the surface of the first conductor from being reoxidized in the vacuum transfer chamber TM.
  • the pressure inside the vacuum transfer chamber TM is 1 ⁇ 10 -6 Torr (1.3 ⁇ 10 -4 Pa) or less. As a result, it is possible to prevent the surface of the first conductor from being oxidized in the vacuum transfer chamber TM.
  • the substrate in the heating step, is heated so that the temperature of the substrate at the start of the removal step is 200 to 400 ° C. This increases the efficiency of removing the natural oxide film.
  • test coupon a test piece
  • SiO 2 wafer gallium (Ga) / indium (In) paste
  • the test piece has a structure in which a titanium nitride (TiN) film and a tungsten (W) film are formed in this order on a rectangular plate-shaped Si wafer smaller than the SiO 2 wafer.
  • the prepared evaluation wafer was conveyed to the processing apparatus PM2, and the above-mentioned heating step was carried out in the processing apparatus PM2.
  • the conditions of the heating process are as follows.
  • the evaluation wafer was transferred from the processing device PM2 to the processing device PM1 via the vacuum transfer chamber TM, and the above-mentioned removal step was carried out in the processing device PM1.
  • the conditions of the removal process are as follows.
  • the temperature of the evaluation wafer at the start of the removal process was 30 to 100 ° C. Further, when the stage set temperature was 360 ° C. and 450 ° C. in the heating step, the temperature of the evaluation wafer at the start of the removal step was 246 ° C. and 294 ° C., respectively.
  • the evaluation wafer was transferred from the processing device PM1 to the processing device PM3 via the vacuum transfer chamber TM, and the Ru film was formed on the W film by carrying out the above-mentioned film forming step in the processing device PM3. ..
  • FIG. 6 is a diagram showing the evaluation results of the examples, in which the temperature of the evaluation wafer at the start of the removal step and the oxygen concentration at the interface between the W film and the Ru film (hereinafter referred to as “W / Ru interface”). Show the relationship with.
  • the horizontal axis represents the temperature [° C.] of the evaluation wafer at the start of the removal process
  • the vertical axis represents the ratio of the oxygen concentration at the W / Ru interface to the oxygen (O) concentration in the bulk of the W film [%. ] Is shown.
  • the oxygen concentration at the W / Ru interface is about 100% with respect to the oxygen concentration in the bulk of the W film. I understand. In other words, when the temperature of the evaluation wafer at the start of the removal step is 240 ° C. or higher, it can be seen that the oxygen concentration at the W / Ru interface is substantially the same as the oxygen concentration in the bulk of the W film.
  • the oxygen concentration at the W / Ru interface is 120 to 140% with respect to the oxygen concentration in the bulk of the W film. ..
  • the temperature of the evaluation wafer at the start of the removal step is 30 to 100 ° C.
  • the oxygen concentration at the W / Ru interface is higher than the oxygen concentration in the bulk of the W film.
  • the evaluation at the start of the removal process ? It is considered that the natural oxide film on the W film can be removed by heating the evaluation wafer in the heating step so that the temperature of the value wafer becomes 240 ° C. or higher.

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Abstract

本開示の一態様による半導体装置の製造方法は、第１導電体を有する基板を準備する工程と、前記基板を加熱する工程と、前記加熱する工程の後、前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、を含む。

Description

半導体装置の製造方法及び基板処理システム
　本開示は、半導体装置の製造方法及び基板処理システムに関する。
　タングステン配線の表面に形成されたタングステン酸化物を水素ラジカルにより還元して除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６－１１１３４７号公報
　本開示は、自然酸化膜を除去して導電体間のコンタクト抵抗を低減できる技術を提供する。
　本開示の一態様による半導体装置の製造方法は、第１導電体を有する基板を準備する工程と、前記基板を加熱する工程と、前記加熱する工程の後、前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、を含む。
　本開示によれば、自然酸化膜を除去して導電体間のコンタクト抵抗を低減できる。
実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図 実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図 実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図 実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図 実施形態の基板処理システムの一例を示す概略図 加熱工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図 除去工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図 成膜工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図 実施例の評価結果を示す図
　以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
　〔半導体装置の製造方法〕
　図１Ａ～図１Ｄを参照し、実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図１Ａ～図１Ｄは、実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。
　まず、図１Ａに示されるように、第１導電体１１を有する基板１０を準備する（準備工程）。基板１０は、第１導電体１１及び絶縁膜１２を含む。基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウエハ等の半導体ウエハである。第１導電体１１は、例えば配線材料である。第１導電体１１としては、例えばタングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）が挙げられる。絶縁膜１２は、第１導電体１１の上に形成されている。絶縁膜１２には、トレンチ、ホール等の凹部１３が形成され、凹部１３の底面１３ａにおいて第１導電体１１が露出している。そのため、第１導電体１１の露出した表面には、第１導電体１１が酸化した金属酸化膜である自然酸化膜１４が成長している。絶縁膜１２は、例えば窒化シリコン膜１２ａと酸化シリコン膜１２ｂの積層膜である。窒化シリコン膜１２ａは、例えばエッチストッパ層である。酸化シリコン膜１２ｂは、例えば層間絶縁膜である。なお、絶縁膜１２は、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等の単層膜であってもよい。
　続いて、図１Ｂに示されるように、準備工程において準備された基板１０を第１の温度に加熱する（加熱工程）。第１の温度は、例えば後述する除去工程の開始時の基板１０の温度が２００～４００℃となるように設定される。第１の温度と除去工程の開始時の基板１０の温度との対応関係は、予備実験等により算出される。
　続いて、図１Ｃに示されるように、加熱工程で加熱された基板１０を水素プラズマに曝すことにより、第１導電体１１の上に成長した自然酸化膜１４を除去する（除去工程）。本実施形態において、除去工程は、加熱工程の後に基板１０を大気に曝すことなく連続して行われる。除去工程は、例えば加熱工程が行われた処理装置と真空搬送室を介して接続された別の処理装置で行われる。除去工程は、例えば加熱工程よりも低い温度で行われる。
　続いて、図１Ｄに示されるように、表面の自然酸化膜１４が除去された第１導電体１１の上に第２導電体１５を形成する（成膜工程）。本実施形態において、成膜工程では、基板１０に第２導電体１５を含有する前駆体を供給して凹部１３に第２導電体１５を埋め込む。第２導電体１５は、例えばルテニウム（Ｒｕ）である。Ｒｕを含有する前駆体としては、例えばドデカカルボニルトリルテニウム（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）が挙げられる。
　以上に説明した半導体装置の製造方法では、準備工程、加熱工程、除去工程及び成膜工程をこの順に行うことにより、第１導電体１１上の自然酸化膜１４を除去した上で、第１導電体１１上に第２導電体１５を形成する。これにより、第１導電体１１と第２導電体１５との間のコンタクト抵抗を低減できる。その結果、第１導電体１１及び第２導電体１５を含む半導体装置の配線抵抗を低減できる。
　〔基板処理システム〕
　図２を参照し、実施形態の半導体装置の製造方法を実施するための基板処理システムの一例について説明する。図２は、実施形態の基板処理システムの一例を示す概略図である。
　基板処理システム１は、処理装置ＰＭ１～ＰＭ４、真空搬送室ＴＭ、ロードロック室ＬＬＭ１～ＬＬＭ３、大気搬送室ＬＭ、ロードポートＬＰ１～ＬＰ３及び全体制御部ＣＴを備える。
　処理装置ＰＭ１～ＰＭ４は、それぞれゲートバルブＧ１～Ｇ４を介して真空搬送室ＴＭと接続されている。処理装置ＰＭ１～ＰＭ４内は所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板の一例であるウエハＷに所望の処理を施す。本実施形態において、処理装置ＰＭ１は除去工程を実施するための装置であり、処理装置ＰＭ２は加熱工程を実施するための装置であり、処理装置ＰＭ３は成膜工程を実施するための装置である。なお、処理装置ＰＭ４は予備の装置であり、処理装置ＰＭ１～ＰＭ３のいずれかと同じ工程を実施するための装置であってもよく、処理装置ＰＭ１～ＰＭ３とは別の工程を実施するための装置であってもよい。また、処理装置ＰＭ４は設けられていなくてもよい。
　真空搬送室ＴＭは、内部を所定の圧力に減圧可能に構成される。所定の圧力は、例えば１×１０－６Ｔｏｒｒ（１．３×１０－４Ｐａ）以下である。真空搬送室ＴＭには、減圧状態でウエハＷを搬送可能な搬送ロボットＴＲ１が設けられている。搬送ロボットＴＲ１は、処理装置ＰＭ１～ＰＭ４及びロードロック室ＬＬＭ１～ＬＬＭ３に対してウエハＷを搬送する。搬送ロボットＴＲ１は、例えば独立に移動可能な２つの搬送アームを有する。
　ロードロック室ＬＬＭ１～ＬＬＭ３は、それぞれゲートバルブＧ５～Ｇ７を介して真空搬送室ＴＭと接続され、ゲートバルブＧ８～Ｇ１０を介して大気搬送室ＬＭと接続されている。ロードロック室ＬＬＭ１～ＬＬＭ３は、内部を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替え可能に構成される。
　大気搬送室ＬＭは、内部が大気雰囲気である。大気搬送室ＬＭ内には、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。大気搬送室ＬＭ内には、ウエハＷのアライメントを行うアライナＡＵが設けられている。また、大気搬送室ＬＭには、搬送ロボットＴＲ２が設けられている。搬送ロボットＴＲ２は、ロードロック室ＬＬＭ１～ＬＬＭ３、後述するロードポートＬＰ１～ＬＰ３のキャリアＣ及びアライナＡＵに対してウエハＷを搬送する。
　ロードポートＬＰ１～ＬＰ３は、大気搬送室ＬＭの長辺の壁面に設けられている。ロードポートＬＰ１～ＬＰ３は、ウエハＷが収容されたキャリアＣ又は空のキャリアＣが取り付けられる。キャリアＣは、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）である。
　全体制御部ＣＴは、基板処理システム１の各部を制御する。例えば、全体制御部ＣＴは、処理装置ＰＭ１～ＰＭ４の動作、搬送ロボットＴＲ１，ＴＲ２の動作、ゲートバルブＧ１１～Ｇ１０の開閉、ロードロック室ＬＬＭ１～ＬＬＭ３内の雰囲気の切り替え等を実行する。全体制御部ＣＴは、例えばコンピュータであってよい。
　次に、基板処理システム１の動作の一例について説明する。
　まず、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ８を開けると共に、搬送ロボットＴＲ２を制御して、例えばロードポートＬＰ１のキャリアＣ内に収容されたウエハＷをロードロック室ＬＬＭ１内に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ８を閉じ、ロードロック室ＬＬＭ１内を真空雰囲気とする。
　続いて、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ５を開けると共に、搬送ロボットＴＲ１を制御して、ロードロック室ＬＬＭ１内のウエハＷを処理装置ＰＭ２に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ５を閉じ、処理装置ＰＭ２を動作させることにより、処理装置ＰＭ２において加熱工程を実施する。
　加熱工程が終了すると、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ１を開けると共に、搬送ロボットＴＲ１を制御して、処理装置ＰＭ２において加熱されたウエハＷを処理装置ＰＭ１に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ１を閉じ、処理装置ＰＭ１を動作させることにより、処理装置ＰＭ１において除去工程を実施する。
　除去工程が終了すると、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ１，Ｇ３を開けると共に、搬送ロボットＴＲ１を制御して、処理装置ＰＭ１において自然酸化膜が除去されたウエハＷを処理装置ＰＭ３に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ１，Ｇ３を閉じ、処理装置ＰＭ３を動作させることにより、処理装置ＰＭ３において成膜工程を実施する。
　成膜工程が終了すると、全体制御部ＣＴは、処理装置ＰＭ３において成膜が行われたウエハＷを、搬送ロボットＴＲ１を制御して、例えばロードロック室ＬＬＭ３に搬送する。全体制御部ＣＴは、ロードロック室ＬＬＭ３内を大気雰囲気とする。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ１０を開けると共に、搬送ロボットＴＲ２を制御して、ロードロック室ＬＬＭ３のウエハＷを例えばロードポートＬＰ３のキャリアＣ内に搬送して収容する。
　このように、基板処理システム１によれば、各処理装置ＰＭ１～ＰＭ３においてウエハＷに処理が施される間、ウエハＷを大気に曝すことなく、つまり、真空を破らずにウエハＷに処理を施すことができる。
　なお、上記の例では、加熱工程、除去工程及び成膜工程を、それぞれ処理装置ＰＭ２、処理装置ＰＭ１及び処理装置ＰＭ３において実施する場合を説明したが本開示はこれに限定されない。例えば、一部の工程（例えば加熱工程及び除去工程）を同一の処理装置において実施してもよく、全ての工程（加熱工程、除去工程及び成膜工程）を同一の処理装置において実施してもよい。
　〔処理装置ＰＭ２〕
　図３を参照し、図２の基板処理システム１における処理装置ＰＭ２の構成例について説明する。図３は、加熱工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図である。
　処理装置ＰＭ２は、処理容器２１０、ステージ２２０、シャワーヘッド２３０、排気部２４０、ガス供給機構２５０及び制御部２９０を有する。
　処理容器２１０は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器２１０は、ウエハＷを収容する。処理容器２１０の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口２１１が形成されている。搬入出口２１１は、ゲートバルブ２１２により開閉される。ゲートバルブ２１２は、図２ではゲートバルブＧ２として図示している。処理容器２１０の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト２１３が設けられている。排気ダクト２１３には、内周面に沿ってスリット２１３ａが形成されている。排気ダクト２１３の外壁には、排気口２１３ｂが形成されている。排気ダクト２１３の上面には、処理容器２１０の上部開口を塞ぐように天壁２１４が設けられている。排気ダクト２１３と天壁２１４との間は、シールリング２１５で気密に封止されている。
　ステージ２２０は、処理容器２１０内でウエハＷを水平に支持する。ステージ２２０は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されている。ステージ２２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２２１が埋め込まれている。ヒータ２２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ２２０の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。ステージ２２０には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス材料により形成されたカバー部材２２２が設けられている。
　ステージ２２０の底面には、ステージ２２０を支持する支持部材２２３が設けられている。支持部材２２３は、ステージ２２０の底面の中央から処理容器２１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器２１０の下方に延び、その下端が昇降機構２２４に接続されている。昇降機構２２４は、支持部材２２３を介してステージ２２０を、図３で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降させる。支持部材２２３の処理容器２１０の下方には、鍔部２２５が取り付けられており、処理容器２１０の底面と鍔部２２５の間には、処理容器２１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ２２０の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２２６が設けられている。
　処理容器２１０の底面の近傍には、昇降板２２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の昇降ピン２２７が設けられている。昇降ピン２２７は、処理容器２１０の下方に設けられた昇降機構２２８により昇降板２２７ａを介して昇降する。昇降ピン２２７は、搬送位置にあるステージ２２０に設けられた貫通孔２２０ａに挿通されてステージ２２０の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン２２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）とステージ２２０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
　シャワーヘッド２３０は、処理容器２１０内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド２３０は、金属により形成されている。シャワーヘッド２３０は、ステージ２２０に対向するように設けられており、ステージ２２０とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド２３０は、処理容器２１０の天壁２１４に固定された本体部２３１と、本体部２３１の下に接続されたシャワープレート２３２とを有する。本体部２３１とシャワープレート２３２との間にはガス拡散空間２３３が形成されており、ガス拡散空間２３３には処理容器２１０の天壁２１４及び本体部２３１の中央を貫通するようにガス導入孔２３６が設けられている。シャワープレート２３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部２３４が形成されている。環状突起部２３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔２３５が形成されている。ステージ２２０が処理位置に存在した状態では、ステージ２２０とシャワープレート２３２との間に処理空間２３８が形成され、カバー部材２２２の上面と環状突起部２３４とが近接して環状隙間２３９が形成される。
　排気部２４０は、処理容器２１０の内部を排気する。排気部２４０は、排気口２１３ｂに接続された排気配管２４１と、排気配管２４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構２４２とを有する。処理に際しては、処理容器２１０内のガスがスリット２１３ａを介して排気ダクト２１３に至り、排気ダクト２１３から排気配管２４１を通って排気機構２４２により排気される。
　ガス供給機構２５０は、シャワーヘッド２３０のガス導入孔２３６にガス供給ライン２３７を介して接続されている。ガス供給機構２５０は、１又は複数のガス供給源及びガスボックスを含み、処理容器２１０内に流量を制御しながら処理ガスを供給する。本実施形態において、複数のガス供給源は、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスの供給源を含む。
　制御部２９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置ＰＭ２の動作を制御する。なお、制御部２９０は、全体制御部ＣＴ（図２参照）と独立に設けられていてもよく、全体制御部ＣＴが制御部２９０を兼ねてもよい。
　次に、処理装置ＰＭ２において実施される加熱工程の一例について説明する。なお、開始時において、処理容器２１０内は排気機構２４２により真空雰囲気となっており、ステージ２２０は搬送位置に移動しているものとして説明する。
　制御部２９０は、ゲートバルブ２１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、タングステン膜を有するウエハＷが処理容器２１０内に搬送されてステージ２２０に載置される。搬送ロボットＴＲ１が処理容器２１０内から退避すると、制御部２９０は、ゲートバルブ２１２を閉じる。
　続いて、制御部２９０は、ヒータ２２１を制御して、ウエハＷを第１の温度に加熱する。第１の温度は、例えば処理装置ＰＭ１における除去工程の開始時のウエハＷの温度が２００～４００℃となるように設定される。また、制御部２９０は、昇降機構２２４を制御して、ステージ２２０を処理位置まで上昇させ、処理空間２３８を形成する。また、制御部２９０は、ガス供給機構２５０を制御して処理容器２１０内にＮ２ガスを供給すると共に、排気機構２４２の圧力制御バルブを制御して処理容器２１０内を所定の圧力に調整する。係る状態で、ウエハＷを所定の時間加熱する。
　所定の時間が経過すると、制御部２９０は、ガス供給機構２５０を制御して処理容器２１０内へのＮ２ガスの供給を停止し、ゲートバルブ２１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１により、昇降ピン２２７の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口２１１から退避すると、制御部２９０は、ゲートバルブ２１２を閉じる。
　〔処理装置ＰＭ１〕
　図４を参照し、図２の基板処理システム１における処理装置ＰＭ１の構成例について説明する。図４は、除去工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図である。
　処理装置ＰＭ１は、処理容器１１０、ステージ１２０、シャワーヘッド１３０、排気部１４０、ガス供給機構１５０及び制御部１９０を有する。
　処理容器１１０は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１１０の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１１が形成されている。搬入出口１１１は、ゲートバルブ１１２により開閉される。ゲートバルブ１１２は、図２ではゲートバルブＧ１として図示している。処理容器１１０の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１１３が設けられている。排気ダクト１１３には、内周面に沿ってスリット１１３ａが形成されている。排気ダクト１１３の外壁には、排気口１１３ｂが形成されている。排気ダクト１１３の上面には、処理容器１１０の上部開口を塞ぐように天壁１１４が設けられている。排気ダクト１１３と天壁１１４の間はシールリング１１５で気密に封止されている。
　ステージ１２０は、処理容器１１０内でウエハＷを水平に支持する部材である。ステージ１２０は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材１２３に支持されている。ステージ１２０は、ＡｌＮ等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ１２１と電極１２９とが埋め込まれている。ヒータ１２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ１２０の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ１２１の出力を制御し、これにより、ウエハＷが所定の温度に制御される。
　電極１２９には、整合器１４３を介して第１高周波電源１４４が接続されている。整合器１４３は、第１高周波電源１４４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１高周波電源１４４は、電極１２９を介してステージ１２０に第１の周波数の電力を印加する。第１の周波数は、例えば１２．８８ＭＨｚである。ただし、第１の周波数１２．８８ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、ステージ１２０は、下部電極としても機能する。
　また、電極１２９は、処理容器１１０の外側に配置したＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８を介して吸着電源１４９に接続され、ウエハＷをステージ１２０に吸着させるための電極としても機能する。
　また、シャワーヘッド１３０には、整合器１４５を介して第２高周波電源１４６が接続されている。整合器１４５は、第２高周波電源１４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２高周波電源１４６は、シャワーヘッド１３０に第２の周波数の電力を印加する。第２の周波数は、例えば６０ＭＨｚである。ただし、第２の周波数は６０ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１２．８８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、シャワーヘッド１３０は、上部電極としても機能する。
　ステージ１２０には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材１２２が設けられている。ステージ１２０の底面には、上部電極と下部電極の間のギャップＧを調整する調整機構１４７が設けられている。調整機構１４７は、支持部材１２３と昇降機構１２４とを有する。支持部材１２３は、ステージ１２０の底面の中央からステージ１２０を支持する。また、支持部材１２３は、処理容器１１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１１０の下方に延び、下端が昇降機構１２４に接続されている。ステージ１２０は、昇降機構１２４により、支持部材１２３を介して昇降する。調整機構１４７は、図４の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置の間で昇降機構１２４を昇降させ、ウエハＷの搬入及び搬出を可能にする。
　支持部材１２３の処理容器１１０の下方には、鍔部１２５が取り付けられており、処理容器１１０の底面と鍔部１２５の間には、処理容器１１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ１２０の昇降動作にともなって伸縮するベローズ１２６が設けられている。
　処理容器１１０の底面の近傍には、昇降板１２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の昇降ピン１２７が設けられている。昇降ピン１２７は、処理容器１１０の下方に設けられた昇降機構１２８により昇降板１２７ａを介して昇降する。
　昇降ピン１２７は、搬送位置にあるステージ１２０に設けられた貫通孔１２０ａに挿通されてステージ１２０の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン１２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）とステージ１２０の間でウエハＷの受け渡しが行われる。
　シャワーヘッド１３０は、処理容器１１０内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド１３０は、金属製であり、ステージ１２０に対向するように設けられており、ステージ１２０とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド１３０は、処理容器１１０の天壁１１４に固定された本体部１３１と、本体部１３１の下に接続されたシャワープレート１３２とを有している。本体部１３１とシャワープレート１３２の間には、ガス拡散空間１３３が形成されており、ガス拡散空間１３３には処理容器１１０の天壁１１４及び本体部１３１の中央を貫通するようにガス導入孔１３６が設けられている。シャワープレート１３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部１３４が形成されている。環状突起部１３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔１３５が形成されている。ステージ１２０が処理位置に存在した状態では、ステージ１２０とシャワープレート１３２の間に処理空間１３８が形成され、カバー部材１２２の上面と環状突起部１３４とが近接して環状隙間１３９が形成される。
　排気部１４０は、処理容器１１０の内部を排気する。排気部１４０は、排気口１１３ｂに接続された排気配管１４１と、排気配管１４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構１４２とを有する。処理に際しては、処理容器１１０内のガスがスリット１１３ａを介して排気ダクト１１３に至り、排気ダクト１１３から排気配管１４１を通って排気機構１４２により排気される。
　ガス供給機構１５０は、シャワーヘッド１３０のガス導入孔１３６にガス供給ライン１３７を介して接続されている。ガス供給機構１５０は、１又は複数のガス供給源及びガスボックスを含み、処理容器１１０内に流量を制御しながら処理ガスを供給する。本実施形態において、複数のガス供給源は、水素（Ｈ２）ガスの供給源を含む。
　制御部１９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置ＰＭ１の動作を制御する。なお、制御部１９０は、全体制御部ＣＴ（図２参照）と独立に設けられていてもよく、全体制御部ＣＴが制御部１９０を兼ねてもよい。
　次に、処理装置ＰＭ１において実施される除去工程の一例について説明する。なお、開始時において、処理容器１１０内は排気機構１４２により真空雰囲気となっており、ステージ１２０は搬送位置に移動しているものとして説明する。
　制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、昇降ピン１２７の上に、処理装置ＰＭ２において加熱工程が実施された後のウエハＷが載置される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口１１１から退避すると、制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
　続いて、制御部１９０は、昇降機構１２４を制御してステージ１２０を処理位置に移動させる。この際、ステージ１２０が上昇することにより、昇降ピン１２７の上に載置されたウエハＷがステージ１２０の載置面に載置される。また、制御部１９０は、ガス供給機構１５０を制御して処理容器１１０内にＨ２ガスを供給すると共に、排気機構１４２の圧力制御バルブを制御して処理容器１１０内を所定の圧力に調整する。また、制御部１９０は、第１高周波電源１４４及び整合器１４３を制御して、第１の周波数の電力をステージ１２０に印加する。また、制御部１９０は、第２高周波電源１４６及び整合器１４５を制御して、第２の周波数の電力をシャワーヘッド１３０に印加する。これにより、処理空間１３８にＨ２プラズマが生成される。このとき、制御部１９０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８をＯＮにすることにより、ウエハＷをステージ１２０に吸着させる。また、制御部１９０は、ヒータ１２１を制御してステージ１２０を第１の温度よりも低い第２の温度に制御してもよい。係る状態でウエハＷを水素プラズマに曝すことにより、タングステン膜の表面の自然酸化膜が除去される。
　所定の時間が経過すると、制御部１９０は、ガス供給機構１５０を制御して処理容器１１０内へのＨ２ガスの供給を停止する。また、制御部１９０は、第１高周波電源１４４及び整合器１４３を制御してステージ１２０への電力の印加を停止し、第２高周波電源１４６及び整合器１４５を制御してシャワーヘッド１３０への電力の印加を停止する。また、制御部１９０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８をＯＦＦにしてウエハＷのステージ１２０への吸着を解除させ、昇降機構１２４を制御してステージ１２０を搬送位置に移動させる。この際、昇降ピン１２７の頭部がステージ１２０の載置面から突出し、ステージ１２０の載置面からウエハＷを持ち上げる。
　制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１により、昇降ピン１２７の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口１１１から退避すると、制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
　〔処理装置ＰＭ３〕
　図５を参照し、図２の基板処理システム１における処理装置ＰＭ３の構成例について説明する。図５は、成膜工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図である。
　処理装置ＰＭ３は、処理容器３０１を有する。処理容器３０１は、上側に開口を有する有底の容器である。支持部材３０２は、ガス吐出機構３０３を支持する。また、支持部材３０２が処理容器３０１の上側の開口を塞ぐことにより、処理容器３０１は密閉され、処理室を形成する。ガス供給部３０４は、支持部材３０２を貫通する供給管３０２ａを介して、ガス吐出機構３０３にＲｕ含有ガス等のプロセスガスやキャリアガスを供給する。ガス供給部３０４から供給されたＲｕ含有ガスやキャリアガスは、ガス吐出機構３０３から処理容器３０１内へ供給される。
　ステージ３０５は、ウエハＷを載置する部材である。ステージ３０５の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒータ３０６が設けられている。また、ステージ３０５は、ステージ３０５の下面中心部から下方に向けて伸び、処理容器３０１の底部を貫通する一端が昇降板３０９を介して、昇降機構に支持された支持部３０５ａを有する。また、ステージ３０５は、断熱リング３０７を介して、温調部材である温調ジャケット３０８の上に固定される。温調ジャケット３０８は、ステージ３０５を固定する板部と、板部から下方に延び、支持部３０５ａを覆うように構成された軸部と、板部から軸部を貫通する穴部と、を有している。
　温調ジャケット３０８の軸部は、処理容器３０１の底部を貫通する。温調ジャケット３０８の下端部は、処理容器３０１の下方に配置された昇降板３０９を介して、昇降機構３１０に支持される。処理容器３０１の底部と昇降板３０９との間には、ベローズ３１１が設けられており、昇降板３０９の上下動によっても処理容器３０１内の気密性は保たれる。
　昇降機構３１０は、昇降板３０９を昇降させることにより、ステージ３０５を、図５で示す処理位置と、ウエハＷの搬送が可能な搬送位置（図示せず）との間で昇降させる。
　昇降ピン３１２は、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）との間でウエハＷの受け渡しを行う際、ウエハＷを下面から支持して、ステージ３０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。昇降ピン３１２は、軸部と、軸部よりも拡径した頭部と、を有している。ステージ３０５及び温調ジャケット３０８の板部には、昇降ピン３１２の軸部が挿通する貫通孔が形成されている。また、ステージ３０５の載置面の側に昇降ピン３１２の頭部を収納する溝部が形成されている。昇降ピン３１２の下方には、当接部材３１３が配置されている。
　ステージ３０５をウエハＷの処理位置まで移動させた状態において、昇降ピン３１２の頭部は溝部内に収納され、ウエハＷはステージ３０５の載置面に載置される。また、昇降ピン３１２の頭部が溝部に係止され、昇降ピン３１２の軸部はステージ３０５及び温調ジャケット３０８の板部を貫通して、昇降ピン３１２の軸部の下端は温調ジャケット３０８の板部から突出している。一方、ステージ３０５をウエハＷの搬送位置まで移動させた状態において、昇降ピン３１２の下端が当接部材３１３と当接して、昇降ピン３１２の頭部がステージ３０５の載置面から突出する。これにより、昇降ピン３１２の頭部がウエハＷの下面から支持して、ステージ３０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。
　環状部材３１４は、ステージ３０５の上方に配置されている。ステージ３０５をウエハＷの処理位置まで移動させた状態において、環状部材３１４は、ウエハＷの上面外周部と接触し、環状部材３１４の自重によりウエハＷをステージ３０５の載置面に押し付ける。一方、ステージ３０５をウエハＷの搬送位置まで移動させた状態において、環状部材３１４は、搬入出口３０１ａよりも上方で図示しない係止部によって係止される。これにより、搬送ロボットＴＲ１（図２参照）によるウエハＷの受け渡しを阻害しないようになっている。
　チラーユニット３１５は、配管３１５ａ，３１５ｂを介して、温調ジャケット３０８の板部に形成された流路３０８ａに冷媒、例えば冷却水を循環させる。
　伝熱ガス供給部３１６は、配管３１６ａを介して、ステージ３０５に載置されたウエハＷの裏面とステージ３０５の載置面との間に、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス等の伝熱ガスを供給する。
　パージガス供給部３１７は、配管３１７ａ、支持部３０５ａと温調ジャケット３０８の穴部との隙間、ステージ３０５と断熱リング３０７の間に形成され径方向外側に向かって延びる流路、ステージ３０５の外周部に形成された上下方向の流路にパージガスを流す。そして、これらの流路を介して、環状部材３１４の下面とステージ３０５の上面との間に、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等のパージガスを供給する。これにより、環状部材３１４の下面とステージ３０５の上面との間の空間にプロセスガスが流入することを防止して、環状部材３１４の下面やステージ３０５の外周部の上面に成膜されることを防止する。
　処理容器３０１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口３０１ａと、搬入出口３０１ａを開閉するゲートバルブ３１８と、が設けられている。ゲートバルブ３１８は、図２ではゲートバルブＧ３として図示している。
　処理容器３０１の下方の側壁には、排気配管３０１ｂを介して、真空ポンプ等を含む排気部３１９が接続される。排気部３１９により処理容器３０１内が排気され、処理容器３０１内が所定の真空雰囲気に設定、維持される。
　制御部３９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置ＰＭ３の動作を制御する。なお、制御部３９０は、全体制御部ＣＴ（図２参照）と独立に設けられていてもよく、全体制御部ＣＴが制御部３９０を兼ねてもよい。
　次に、処理装置ＰＭ３において実施される成膜工程の一例について説明する。なお、開始時において、処理容器３０１内は排気部３１９により真空雰囲気となっており、ステージ３０５は搬送位置に移動しているものとして説明する。
　制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、昇降ピン３１２の上にウエハＷが載置される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口３０１ａから退避すると、制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を閉じる。
　続いて、制御部３９０は、昇降機構３１０を制御してステージ３０５を処理位置に移動させる。この際、ステージ３０５が上昇することにより、昇降ピン３１２の上に載置されたウエハＷがステージ３０５の載置面に載置される。また、環状部材３１４がウエハＷの上面外周部と接触し、環状部材３１４の自重によりウエハＷをステージ３０５の載置面に押し付ける。
　処理位置において、制御部３９０は、ヒータ３０６を制御してウエハＷを加熱すると共に、ガス供給部３０４を制御してＲｕ含有ガス等のプロセスガスやキャリアガスをガス吐出機構３０３から処理容器３０１内へ供給する。これにより、タングステン膜の上にＲｕ膜が形成される。処理後のガスは、環状部材３１４の上面側の流路を通過し、排気配管３０１ｂを介して排気部３１９により排気される。この際、制御部３９０は、伝熱ガス供給部３１６を制御して、ステージ３０５に載置されたウエハＷの裏面とステージ３０５の載置面との間に伝熱ガスを供給する。また、制御部３９０は、パージガス供給部３１７を制御して、環状部材３１４の下面とステージ３０５の上面との間にパージガスを供給する。パージガスは、環状部材３１４の下面側の流路を通過し、排気配管３０１ｂを介して排気部３１９により排気される。
　所定の時間が終了すると、制御部３９０は、ガス供給部３０４を制御して処理容器３０１内へのプロセスガスやキャリアガスの供給を停止する。また、制御部３９０は、昇降機構３１０を制御してステージ３０５を搬送位置に移動させる。この際、ステージ３０５が下降することにより、環状部材３１４が図示しない係止部によって係止される。また、昇降ピン３１２の下端が当接部材３１３と当接することにより、昇降ピン３１２の頭部がステージ３０５の載置面から突出し、ステージ３０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。
　制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、昇降ピン３１２の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口３０１ａから退避すると、制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を閉じる。
　以上に説明したように、実施形態によれば、第１導電体の上に第２導電体を形成する際、第２導電体を形成する前に基板を加熱した後、基板を水素プラズマに曝すことにより第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する。これにより、第１導電体の表面の自然酸化膜を効率よく除去できる。そのため、第１導電体と第２導電体との間のコンタクト抵抗を低減できる。その結果、半導体装置の配線抵抗を低減できる。
　また、実施形態によれば、加熱工程、除去工程及び成膜工程が、真空搬送室ＴＭを介して接続された異なる処理装置ＰＭ１～ＰＭ３において実施される。これにより、各処理装置ＰＭ１～ＰＭ３内の温度を大きく変更しなくてよいため、処理装置ＰＭ１～ＰＭ３内の温度を変更して安定化させるための時間を削減できる。その結果、生産性が向上する。
　また、実施形態によれば、除去工程が加熱工程よりも低い温度で実施される。これにより、除去工程の後、基板を室温に近い温度で真空搬送室ＴＭを介して別の処理装置に搬送できる。そのため、真空搬送室ＴＭ内において第１導電体の表面が再酸化されることを抑制できる。
　また、実施形態によれば、真空搬送室ＴＭの内部の圧力は、１×１０－６Ｔｏｒｒ（１．３×１０－４Ｐａ）以下である。これにより、真空搬送室ＴＭ内で第１導電体の表面が酸化することを抑制できる。
　また、実施形態によれば、加熱工程において、除去工程の開始時の基板の温度が２００～４００℃となるように基板を加熱する。これにより、自然酸化膜を除去する効率が高まる。
　〔実施例〕
　実施形態の半導体装置の製造方法により奏される効果を確認するために行った実施例について説明する。
　実施例では、酸化シリコン（ＳｉＯ２）ウエハの表面にガリウム（Ｇａ）／インジウム（Ｉｎ）ペーストを用いて試験片（テストクーポン）を貼りつけた評価用ウエハを準備した。試験片は、ＳｉＯ２ウエハよりも小さい矩形板状のＳｉウエハ上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜及びタングステン（Ｗ）膜がこの順に形成された構造を有する。
　続いて、準備した評価用ウエハを処理装置ＰＭ２に搬送し、処理装置ＰＭ２において前述の加熱工程を実施した。加熱工程の条件は以下である。
　（加熱工程の条件）
　圧力：５Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）
　Ｎ２流量：１．２ｓｌｍ
　ステージ設定温度：加熱なし、３６０℃、４５０℃
　処理時間：３００秒
　続いて、評価用ウエハを、処理装置ＰＭ２から真空搬送室ＴＭを介して処理装置ＰＭ１に搬送し、処理装置ＰＭ１において前述の除去工程を実施した。除去工程の条件は以下である。
　（除去工程の条件）
　圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
　Ｈ２流量：１００ｓｃｃｍ
　第１高周波電力：１２．８８ＭＨｚ、２００Ｗ
　第２高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ
　ギャップＧ：５０ｍｍ
　ステージ設定温度：９０℃
　処理時間：１２０秒
　なお、加熱工程においてステージ設定温度を「加熱なし」とした場合の除去工程の開始時の評価用ウエハの温度は３０～１００℃であった。また、加熱工程においてステージ設定温度を３６０℃、４５０℃とした場合の除去工程の開始時の評価用ウエハの温度は、それぞれ２４６℃、２９４℃であった。
　続いて、評価用ウエハを、処理装置ＰＭ１から真空搬送室ＴＭを介して処理装置ＰＭ３に搬送し、処理装置ＰＭ３において前述の成膜工程を実施することにより、Ｗ膜上にＲｕ膜を形成した。
　続いて、エネルギー分散型Ｘ線分析（Energy-Dispersive X-ray spectroscopy）により、各評価用ウエハの膜中に含まれる元素の濃度を評価した。
　図６は、実施例の評価結果を示す図であり、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度と、Ｗ膜とＲｕ膜との界面（以下「Ｗ／Ｒｕ界面」という。）の酸素濃度との関係を示す。図６中、横軸は除去工程の開始時の評価用ウエハの温度［℃］を示し、縦軸はＷ膜のバルク中の酸素（Ｏ）濃度に対するＷ／Ｒｕ界面の酸素濃度の割合［％］を示す。
　図６に示されるように、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が２４０℃以上である場合、Ｗ膜のバルク中の酸素濃度に対するＷ／Ｒｕ界面の酸素濃度が約１００％であることが分かる。言い換えると、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が２４０℃以上である場合、Ｗ／Ｒｕ界面の酸素濃度がＷ膜のバルク中の酸素濃度と略同じであることが分かる。
　これに対し、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が３０～１００℃である場合、Ｗ膜のバルク中の酸素濃度に対するＷ／Ｒｕ界面の酸素濃度が１２０～１４０％であることが分かる。言い換えると、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が３０～１００℃である場合、Ｗ／Ｒｕ界面の酸素濃度がＷ膜のバルク中の酸素濃度よりも高いことが分かる。
　これらの結果から、除去工程の開始時の評?
価用ウエハの温度が２４０℃以上となるように加熱工程において評価用ウエハを加熱することにより、Ｗ膜上の自然酸化膜を除去できると考えられる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　本国際出願は、２０２０年３月２３日に出願した日本国特許出願第２０２０－０５１４６１号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
１　　　　　　　基板処理システム
ＰＭ１～ＰＭ３　処理装置
ＴＭ　　　　　　真空搬送室
ＣＴ　　　　　　全体制御部

Claims (9)

  1. 　第１導電体を有する基板を準備する工程と、
    　前記基板を加熱する工程と、
    　前記加熱する工程の後、前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、
    　前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、
    　を含む、半導体装置の製造方法。
  2. 　前記基板を加熱する工程、前記自然酸化膜を除去する工程及び前記第２導電体を形成する工程は、前記基板を大気に曝すことなく連続して行われる、
    　請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 　前記基板を加熱する工程、前記自然酸化膜を除去する工程及び前記第２導電体を形成する工程は、真空搬送室を介して接続された異なる処理装置で実行される、
    　請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 　前記真空搬送室の内部の圧力は、１×１０－６Ｔｏｒｒ（１．３×１０－４Ｐａ）以下である、
    　請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 　前記自然酸化膜を除去する工程は、前記基板を加熱する工程よりも低い温度で実行される、
    　請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 　前記基板を加熱する工程において、前記自然酸化膜を除去する工程の開始時の前記基板の温度が２００～４００℃となるように前記基板を加熱する、
    　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 　前記第１導電体はタングステンであり、前記第２導電体はルテニウムである、
    　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 　前記基板には、凹部が形成されており、
    　前記第１導電体は、前記凹部の底部に設けられている、
    　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 　減圧状態で基板を搬送可能な搬送機構を内部に有する真空搬送室と、
    　前記真空搬送室に接続された第１の処理装置、第２の処理装置及び第３の処理装置と、
    　制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、
    　第１導電体を有する基板を前記第１の処理装置に搬送し、前記第１の処理装置において前記基板を加熱する工程と、
    　前記基板を前記第１の処理装置から前記真空搬送室を介して前記第２の処理装置に搬送し、前記第２の処理装置において前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、
    　前記基板を前記第２の処理装置から前記真空搬送室を介して前記第３の処理装置に搬送し、前記第３の処理装置において前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、
    　を実行するように、前記真空搬送室、前記第１の処理装置、前記第２の処理装置及び前記第３の処理装置を制御する、
    　基板処理システム。
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