処理装置
【課題】処理効率が高く、高品質の半導体装置が製造できる処理装置を提供する。
【解決手段】内部を所定の気圧に維持し得る移載室の周囲に配設され、被処理基体を処理する、窒化チタン層形成ユニット、窒化タンタル層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、チタン層形成ユニットと、タングステン層形成ユニットとを各二基以上と、前記移載室の周囲に配設され、前記所定の気圧下で前記被処理基体を処理する一または二以上の予備洗浄処理ユニットと、前記移載室内に配設され、被処理基体を移載する移載アームとを具備し、前記ユニットの少なくとも一つが他の前記ユニットに対して上下方向に配設されている。
【解決手段】内部を所定の気圧に維持し得る移載室の周囲に配設され、被処理基体を処理する、窒化チタン層形成ユニット、窒化タンタル層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、チタン層形成ユニットと、タングステン層形成ユニットとを各二基以上と、前記移載室の周囲に配設され、前記所定の気圧下で前記被処理基体を処理する一または二以上の予備洗浄処理ユニットと、前記移載室内に配設され、被処理基体を移載する移載アームとを具備し、前記ユニットの少なくとも一つが他の前記ユニットに対して上下方向に配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に用いるシリコンウエハなどの被処理基体を処理する処理装置に係り、さらに詳細には、被処理基体表面に各種薄膜を形成する処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置を製造する方法として、シリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などの各種の薄膜を所定の断面形状となるように形成する方法が広く用いられており、このような各種の薄膜をウエハ上に形成するには、ＣＶＤなどの装置を用いるのが一般的である。さらにウエハ上に複数の薄膜層を多段に積層する方法としては、複数基のＣＶＤユニットをひとつの移載室で連結した、いわゆるマルチチャンバ型の製造装置を用いる方法が知られている。図２７は典型的なマルチチャンバ型の処理装置３００の概略構成を示した平面図である。
【０００３】
このマルチチャンバ型処理装置３００では、装置のほぼ中心に配設された移載室３０１の外周に複数の成膜用の処理ユニット３１０〜３１５が放射状に配設されており、移載室３０１の内部には移載アーム３０３，３０４が配設されている。この処理装置３００では、未処理のウエハＷが複数枚収容されたキャリアカセットＣを載置台３０５の上にセットして起動すると、サブアーム３０６がキャリアカセットＣ内のウエハＷを取り出してロードロック室３０７内に一旦載置し、次いで移載アーム３０３がウエハＷを受け取って移載室３０１内に搬入し、所定の順序で各処理ユニット３１０〜３１５と移載室３０１との間でウエハＷを出し入れ、処理して複数の薄膜を形成するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで最近の半導体装置では積層する薄膜の数が増え、また、薄膜の厚さも薄いものが要求されている。このように薄膜の数が増えると上記のような処理ユニットを六基備えた６チャンバ型の処理装置３００でも全ての薄膜を一台のマルチチャンバ３００で形成することはできない。そのため、処理装置３００のような６チャンバ型処理装置を複数台並べておき、一台目の処理装置での成膜が完了したら一旦ウエハＷを取り出して隣接する処理装置に再び搬入して後続の成膜処理を行なう方法が採られている。
【０００５】
しかし、成膜途中のウエハＷを処理雰囲気から外気に晒すと、ウエハＷ表面に酸化膜が生じるため、一度酸化膜を削り取る工程が必要となり、生産効率が低下するという問題がある。さらにより薄い薄膜が必要となるため、処理雰囲気からウエハＷを取り出すと、ウエハＷ表面の薄膜が劣化し、半導体装置の品質低下を招くという問題もある。さらに、二台のマルチチャンバ型処理装置３００を並べると装置の占有面積が増大し設備費、ひいては最終製品の製造コストを増大させるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題を解決するためになされた発明である。すなわち本発明は、処理効率が高く、高品質の半導体装置が製造できる処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る処理装置は、複数の被処理基体を収容する基体容器を載置する基体容器載置台と、前記基体容器載置台に隣設され、内部を所定の気圧に維持し得る移載室と、前記移載室の周囲に配設され、被処理基体を処理する処理ユニットと、前記移載室内に配設され、被処理基体を移載する移載アームとを具備し、前記処理ユニットの少なくとも一つが他の前記処理ユニットに対して上下方向に配設されていることを特徴とする。
【０００８】
上記処理装置において、前記処理ユニットは、窒化チタン層形成ユニット、窒化タンタル層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、チタン層形成ユニットと、タングステン層形成ユニットとを各二基以上と、一または二以上の予備洗浄処理ユニットとすることができる。また、上記処理装置において、処理ユニットは、窒化タンタル層形成ユニット、窒化チタン層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、タンタル層形成ユニットと、銅層形成ユニットとを各二基以上と、一または二以上の予備洗浄処理ユニットとすることができる。さらに、上記処理装置において、前記処理ユニットは、予備洗浄処理ユニット、アルミナ層形成ユニット、ジルコニウムオキサイド層形成ユニット、ジルコニウムシリケイト層形成ユニット、ハフニウムオキサイド層形成ユニット、ハフニウムシリケイト層形成ユニット、イットリウムオキサイド層形成ユニット、イットリウムシリケイト層形成ユニット、ランタンオキサイド層形成ユニット、ランタンシリケイト層形成ユニット、酸化膜形成ユニット、窒化膜形成ユニット、マンガン膜形成ユニット、ニオブ層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニット、モリブデン層形成ユニット、ジルコニウム層形成ユニット、バナジウム層形成ユニット、コバルト層形成ユニット、レニウム層形成ユニット、イリジウム層形成ユニット、白金層形成ユニット、ルテニウムオキサイド層形成ユニット、アニール処理ユニット、タングステン層形成ユニットからなる群から選択される処理ユニットとすることができる。
【０００９】
また、上記処理装置において、前記移載アームが垂直方向に昇降可能とされていることを特徴とする処理装置とすることができる。さらに、上記処理装置において、前記処理ユニットが、下段と上段の２段に設けられ、下段で隣接する二基の処理ユニットの間の位置に上段側の処理ユニットが設けられていることを特徴とする処理装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、処理効率が高く、高品質の半導体装置が製造できる処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の参考例）
図１は第１の参考例に係る処理装置１の平面図である。図１に示すように、処理装置１では、ウエハＷを複数枚、例えば２５枚収納できる、容器としてのキャリアカセットＣを載置するための基体容器載置台１０と、その奥側に配設された第１の移載室３０と、さらに第１の移載室３０の奧側に第２の移載室５０が配設されている。
【００１３】
第１の移載室３０の周囲には第１の処理ユニット群６０，７０が配設され、第２の移載室５０の周囲には第２の処理ユニット群８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，および１５０が配設されている。前記第１の移載室３０と載置台１０とは第１のロードロック室２０，２０を介して連結されており、第１の移載室３０と第２の移載室５０とは第２のロードロック室４０，４０を介して連結されている。
【００１４】
載置台１０の上にはキャリアカセットＣを複数個、例えば４個セットできるようになっており、載置台１０と第１のロードロック室２０，２０との間にはサブアーム２１が配設され、キャリアカセットＣと第１のロードロック室２０，２０との間でウエハＷの搬出入をするようになっている。
【００１５】
第１の移載室３０の中央付近には「フロッグレッグアーム」と呼ばれるフロッグレッグ形状を備えた移載アーム３１が配設されている。ここで、「フロッグレッグ形状」の移載アームとは、全体として５辺からなり、中央の１辺を関節で接続された２本のアームの２組で支持した形状を有する移載アームをいい、上記２本のアームが、向かい合う２本のアームとともに伸縮、回転（旋回）を行なう（後述する図９各図、図１０各図参照）。なお、フロッグレッグアームは、図１に示すように移載アーム３１ひとつにつき、背中合わせに２つ設けることができる。その場合には、各フロッグレッグアームに用いられる上記２本のアームにうち一方はそれらのフロッグレッグアームで兼用することができる。
【００１６】
この移載アーム３１は、上記中央の一辺に相当する位置に配設されたウエハ保持部材３１ａ，３１ｂを直線運動または旋回運動させる直線・旋回運動機構を構成する。なお、この移載アームの上記中央の一辺にはウエハ保持部材が一つに限らず二つ配設されていてもよく、保持部を二つ配設する場合には、この二つの保持部を例えば１８０度背中合わせに配設し、専用の駆動モータをつけておき、反転自在な構造のものを用いることができる。
【００１７】
処理装置１では、第１の移載室３０の周囲の第１の処理ユニット群として、予備洗浄ユニット６０および７０が配設されており、第２の移載室５０の周囲の第２の処理ユニット群としては、手前側から奥側に向って移載室５０の左右両側に１基ずつ、計２基のＣＶＤユニット８０および９０、同じく移載室５０の左右両側に２基ずつ、計４基のＡＬＤユニット１００，１１０，１２０および１３０がそれぞれ配設され、一番奥に２基のＣＶＤユニット１４０および１５０が配設されている。予備洗浄ユニットの例としては、超臨界流体を利用した超臨界洗浄ユニットのほか、反応性ガスにより洗浄するリアクティブイオンエッチユニット、スパッタリングエッチングにより物理的に洗浄するスパッタエッチングユニットなどの既知の洗浄ユニットを挙げることができる。
【００１８】
第２の移載室５０内部には複数の第２の移載アーム４１，４２，４３が配設されており、これら第２の移載アーム４１〜４３同士の間ではウエハＷを直接受け渡ししてもよく、あるいは、第２の移載室５０内に配設された一または二以上の移載部（図示せず：移載アームのうち少なくとも二基のものがアクセス可能な被処理基体中継所）を経由してウエハＷの受け渡しをしてもよい。
【００１９】
第２の処理ユニット群のうち、最も手前側に配設されている２基のＣＶＤユニット８０および９０はチタン（Ｔｉ）層形成用のＣＶＤユニットであり、その奥に配設された４基のＡＬＤユニット１００〜１３０は窒化チタン（ＴｉＮ）層形成用のＡＬＤユニットであり、一番奥に配設されたＣＶＤユニット１４０および１５０はタングステン（Ｗ）層形成用のＣＶＤユニットである。ＡＬＤとは、Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎの略である。チタン層や窒化チタン層、タングステン層の形成には、スパッタリングユニットを用いることもできる。
【００２０】
さらに、処理ユニット群の一部として検査モジュール、例えば、膜質、膜厚、パーティクル、寸法計測の各々または複数の検査を行うモジュールを搭載することもできる。また、これらの検査を行なう機構を内蔵した処理ユニットを搭載させることも可能である。また、ロードロック室２０または４０内に上記検査モジュールを内蔵させることもできる。
【００２１】
また、第２の処理ユニット群のうちの一部の処理ユニットに代えてロードロック室を設け、このロードロック室に接続して基体容器載置台１０を含む基体の搬出手段を設けるようにしてもよい。これによれば、処理後の被処理基体を移載室５０から直接に搬出することができる。
【００２２】
図２は予備洗浄ユニット６０の垂直断面図である。予備洗浄ユニット６０は、超臨界状態の二酸化炭素を用いてウエハＷなどの被処理基体の表面を洗浄する装置である。この予備洗浄ユニット６０では密閉可能な箱型の処理室６０１内に超臨界状態の二酸化炭素を導入するための導入部６０３が配設されている。二酸化炭素は二酸化炭素源６０４から導入され、コンプレッサ６０７により加圧されるとともに、熱交換器６０８により加熱され、超臨界状態となり、導入部６０３を介して処理室６０１内に導入される。この超臨界に達した二酸化炭素により、サセプタ６０２上に載置されたウエハＷ表面が洗浄される。処理室６０１に導入された二酸化炭素は洗浄反応後の副生成物とともに排気口６０６により排出される。
【００２３】
図２中、サセプタ６０２の右側の処理室６０１壁面にはウエハＷを出し入れするための開口部６０１ａが設けられており、この開口部６０１ａの開閉はゲートバルブ６０５を図中上下に移動させて行なう。図２中、ゲートバルブ６０５のさらに右側にはウエハＷを搬送する第１の移載アーム（図示省略）が隣設されており、第１の移載アームが開口部６０１ａを介して処理室６０１内に出入りしてサセプタ６０２上にウエハＷを載置したり、処理後のウエハＷを処理室６０１から搬出するようになっている。
【００２４】
図３はＣＶＤユニット８０を模式的に示した垂直断面図である。図３に示すように、ＣＶＤユニット８０の処理室８０１は例えばアルミニウム等により気密可能な構造に形成されている。処理室８０１は図示しない加熱機構や冷却機構を備えている。処理室８０１には上部中央にガスを導入するガス導入管８０２が接続され、処理室８０１内とガス導入管８０２とが連通されている。また、ガス導入管８０２はガス供給源８０３に接続されている。そして、ガス供給源８０３からガス導入管８０２にガスが供給され、ガス導入管８０２を介して処理室８０１内にガスが導入されている。このガスには、薄膜形成の原料となる各種のガスが用いられ、必要な場合には不活性ガスがキャリアガスとして用いられている。
【００２５】
処理室８０１の下部には、処理室８０１内のガスを排気するガス排気管８０４が接続され、ガス排気管８０４は真空ポンプ等からなる図示しない排気手段に接続されている。そしてこの排気手段により処理室８０１内のガスがガス排気管８０４から排気され、処理室８０１内が所望の圧力に設定されている。また処理室８０１の下部には、ウエハＷを載置するサセプタ８０５が配置されている。ウエハＷとほぼ同径大の図示しない静電チャックによりウエハＷがサセプタ８０５上に載置されている。このサセプタ８０５には図示しない熱源手段が内設されており、サセプタ８０５上に載置されたウエハＷの処理面を所望の温度に調整できるようになっている。
【００２６】
図３中、サセプタ８０５の右側の処理室８０１壁面にはウエハＷを出し入れするための開口部８０１ａが設けられており、この開口部８０１ａの開閉はゲートバルブ８０６を図中上下に移動させて行なう、図３中、ゲートバルブ８０６のさらに右側にはウエハＷを搬送する第２の移載アーム（図示省略）が隣設されており、第２の移載アームが開口部８０１ａを介して処理室８０１内に出入りしてサセプタ８０５上にウエハＷを載置したり、処理後のウエハＷを処理室８０１から搬出するようになっている。サセプタ８０５の上方にはシャワー部材としてのシャワーヘッド８０７が配設されている。このシャワーヘッド８０７はサセプタ８０５とガス導入管８０２との間の空間を区画するように形成されており、例えばアルミニウム等から作られている。
【００２７】
シャワーヘッド８０７は、その上部中央にガス導入管８０２のガス出口８０２ａが位置するように形成され、処理室８０１内に導入されたガスがそのまま処理室８０１内に配設されたシャワーヘッド８０７内に導入されている。
【００２８】
上記は、ＣＶＤ反応の励起エネルギーとして、熱を用いる例を説明したが、プラズマ放電を励起エネルギーとして用いてもよい。
【００２９】
図４はＡＬＤユニット１００を模式的に示した垂直断面図である。ＡＬＤユニット１００の構造は上記ＣＶＤユニットからシャワーヘッドを除去し、チャンバー容積を小さくしたこと以外は上記ＣＶＤユニットとほぼ同じ構造であり、処理時に処理室内に導入する処理ガスをパルス状に導入し、排気することを繰り返す点が最大の相違点である。処理ガスをパルス状に導入し、排気する操作を繰り返すことにより、成膜を一層ずつ原子レベルで行うことができる。
【００３０】
次に処理装置１を用いて半導体装置を製造する際の工程について説明する。図５は処理装置１を用いて半導体装置を製造するときのフローチャートであり、図６（ａ）〜図６（ｅ）は製造途中の半導体装置の状態を示した垂直断面図である。
【００３１】
まず、載置台１０の上に２５枚の未処理のウエハＷを収納したキャリアカセットＣをセットして処理装置１を起動すると、サブアーム２１がキャリアカセットＣ内にアクセスして未処理のウエハＷを取り出し、第１のロードロック室２０内に載置して載置台１０側のゲートバルブ（図示省略）を閉じる。次いで第１のロードロック室２０内の気圧を第１の移載室３０とほぼ同じ気圧にまで上昇させ、第１のロードロック室２０の移載室側のゲートバルブ（図示省略）を開ける。この第１のロードロック室２０内に第１の移載アーム３１がアクセスして第１のロードロック室２０内のウエハＷを取り出し、予備洗浄ユニット（超臨界洗浄ユニット）６０内に搬入する。予備洗浄前のウエハＷは図６（ａ）に示したように、下地１１上面に絶縁層１２、例えばＳｉＯ２層が所定のパターン状に形成されており、この絶縁層１２が形成されたウエハＷ全面が自然酸化膜１３で覆われている。
【００３２】
予備洗浄ユニット６０のゲートバルブ６０５を閉じて密閉し、加熱、加圧し所定状態に到達したら超臨界状態の二酸化炭素（ＣＯ２）を供給する。
【００３３】
超臨界状態に達した二酸化炭素の溶解作用により、ウエハＷ全面を覆っていた自然酸化膜１３が除去される（図６（ｂ））。このとき絶縁層１２上の開口部１２ａを介してウエハＷ表面に露出した下地１１の表面１１ａには酸化膜が残留している。
【００３４】
次に予備洗浄ユニット６０内への二酸化炭素の供給を停止して第１の移載アーム３１をアクセスさせ、予備洗浄の終了したウエハＷを取り出し、第２のロードロック室４０の第１の移載室側のゲートバルブ（図示省略）を開けて第２のロードロック室４０内にウエハＷを搬入する。この状態で第２のロードロック室４０のゲートバルブを全て閉じて密閉し、第２のロードロック室４０内の気圧を第２の移載室５０と同程度まで低下させる。次いで第２のロードロック室４０の第２の移載室側のゲートバルブを開けて第２の移載アーム４１をアクセスさせて第２のロードロック室４０からウエハＷを取り出し、チタン層形成用のＣＶＤユニット８０内に搬入する。この状態でＣＶＤユニット８０のゲートバルブ８０６を閉じて密閉し、所定の温度、圧力条件下でウエハＷにチタン（Ｔｉ）層を形成する（ステップ２）。
【００３５】
このときウエハＷ表面では、チタン（Ｔｉ）の還元作用により、上述したウエハＷに露出した下地１１に付着している残留酸化膜が除去され、下地表面が現れる。さらにこのままチタン（Ｔｉ）層形成処理を続けると、図６（ｃ）に示したように、露出した下地表面１１ａ上にチタン（Ｔｉ）層１４が形成され、下地表面の電気特性が改善される。
【００３６】
所定のチタン（Ｔｉ）層１４の形成が完了したら、チタン層形成ガスの供給を停止し、ゲートバルブ８０６を開けてＣＶＤユニット８０内に第２の移載アーム４１をアクセスさせてウエハＷを取り出し、中央の第２の移載アーム４２に引き渡し、さらに奥側に配設されたＡＬＤユニット１００〜１３０のいずれか、例えばＡＬＤユニット１００内に搬入する。ここでも前記ＣＶＤ処理と同様に所定条件下で処理ガスを供給することにより、ウエハＷ最上層のチタン（Ｔｉ）層１４上に、図６（ｄ）に示すようにウエハＷ表面に窒化チタン（ＴｉＮ）層１５を形成する（ステップ３）。
【００３７】
窒化チタン（ＴｉＮ）層１５の形成が完了したら、窒化チタン層形成ガスの供給を停止し、ゲートバルブ１００６を開けてＡＬＤユニット１００内に第２の移載アーム４２をアクセスさせてウエハＷを取り出し、一番奥の第２の移載アーム４３に引渡してさらに奥側に配設されたＣＶＤユニット１４０または１５０、例えばＣＶＤユニット１４０内に搬入する。ここでも前記ＣＶＤ処理と同様に所定条件下で処理ガスを供給することにより、ウエハＷ最上層の窒化チタン（ＴｉＮ）層１５の表面にタングステン（Ｗ）を成膜させて、図６（ｅ）に示すようにウエハＷ表面にタングステン（Ｗ）層１６を形成する（ステップ４）。
【００３８】
こうして自然酸化膜１３の除去からタングステン（Ｗ）層１６の形成までの工程が完了したら、第２の移載アーム４３〜４１、第２のロードロック室４０、第１の移載室３０、第１のロードロック室２０を経て再びキャリアカセットＣ内に収容する。
【００３９】
このように、処理装置１では、処理時の気圧の異なる処理ユニット群をロードロック室を介して連結したので、高圧条件で行なう洗浄処理から低圧条件で行なう成膜処理まで処理装置１からウエハＷを一度も取り出すことなく、首尾一貫して連続的に処理することかできるので、処理速度が高く、製造コストを低減化することができる。
【００４０】
特に処理装置１では、第２の処理ユニット群を構成する８基の処理ユニットのうち、窒化チタン（ＴｉＮ）層形成用のＡＬＤユニットを、１００，１１０，１２０，および１３０の４基備えているので、ＣＶＤユニットより処理速度の遅いＡＬＤユニットの処理時間が処理時間全体の律速段階となるのを防止できる。すなわち、複数枚のウエハＷを連続処理する場合において、ＣＶＤ処理の後にＡＬＤ処理を行なう場合、ＣＶＤ処理の完了したウエハＷを２基のＡＬＤユニットに振り分けて処理することにより、長い処理時間を必要とするＡＬＤユニットが処理の律速となることを防ぐことができ、第２の処理ユニット群全体での処理時間を短縮化することができる。
【００４１】
また、成膜途中で処理装置からウエハＷを取り出す必要がないので、製造途中の膜が酸化したり劣化することがなく、高品質の膜が得られる。また、処理装置の面積効率と一連の処理速度とをそれぞれ計算して従来のものと比較すると、それぞれ面積効率で２５％、処理速度で５０％従来の処理装置を用いた場合より省スペース化、短時間化を図ることができると分かった。この結果を図７と図８のグラフに示す。
【００４２】
ここで、移載装置としての移載アーム４１（４２、４３、３１）についてさらに説明する。図９（ａ）は、移載アーム４１の構成例を示す模式的な平面図である。同図に示すように、移載アーム４１は、回転中心部材４０１と、回転中心部材４０１の中心に水平回転自在に支持されたアーム４０２、４０３と、アーム４０２、４０３の他端に水平回転自在に接続・支持されたアーム４０４、４０５と、アーム４０４、４０５の他端両者に点規制され接続されたウエハ支持部材（ウエハ保持部材）４０６とを有する。アーム４０２、４０３は、回転中心部材４０１に支持された部位（以下では、この部位を単に中心という。）を中心に必要に応じて回転駆動される。
【００４３】
なお、アーム４０２、４０３の中心より外側の端部には、もう一組のアーム（アーム４０４、４０５に相当するアーム）とウエハ支持部材（ウエハ支持部材４０６に相当するウエハ支持部材）とを、アーム４０４、４０５、ウエハ支持部材４０６と背中合わせに設けるようにしてもよい（図１においては、この場合が図示されている）。
【００４４】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態からアーム４０２、４０３が互いに図上側で近づくように回転した場合を示している。これにより、アーム４０４、４０５は、図示するように中心から突き出され、その端部のウエハ支持部材４０６が中心から放射方向に移動する。また、図９（ｃ）は、図９（ａ）の状態からアーム４０２、４０３が互いに図下側で近づくように回転した場合を示している。これにより、アーム４０４、４０５は、図示するように中心に近づき、その端部のウエハ支持部材４０６も中心に近づく。
【００４５】
以上より、アーム４０２とアーム４０３とが対称的に回転移動すると、ウエハ支持部材４０６は回転中心部材４０１の中心から放射状に直線運動することがわかる。
【００４６】
図１０（ａ）は、図９（ａ）の状態からアーム４０２、４０３が同方向（右回転方向）に回転した場合を一点鎖線で示す図である。図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の状態からアーム４０２、４０３が同方向（右回転方向）に回転した場合を一点鎖線で示す図である。図１０（ｃ）は、図９（ｃ）の状態からアーム４０２、４０３が同方向（右回転方向）に回転した場合を一点鎖線で示す図である。
【００４７】
これらから、アーム４０２とアーム４０３とが同一の方向に回転移動すると、ウエハ支持部材４０６は、回転中心部材４０１を中心に回転（すなわち旋回）することがわかる。また、図９各図および図１０各図より、この旋回と上記の放射方向の直線移動とは独立して行なうことができることがわかる。
【００４８】
なお、ウエハ支持部材４０６の平面形状は、例えば、図示するように“Ｕ”字形である。これは、処理ユニットへのウエハの出し入れの際、ウエハ載置台上に出没する上下方向可動の支持ピンとウエハ支持部材４０６との干渉を避けるためである。
【００４９】
図１１は、移載アーム同士によるウエハの受け渡し例を説明する図である。図１１において、一方の移載アームには、符号の末尾に“ａ”を付し、もう一方の移載アームには、符号の末尾に“ｂ”を付してある。
【００５０】
同図に示すように、移載アームから隣りの移載アームにウエハ４０７を受け渡す場合には、ウエハ支持部材４０６ａとウエハ支持部材４０６ｂとが接触しないように互いに相手方移載アームに対する向きを傾ける。そして、例えば受け渡される側の移載アームが上下方向に下から上に移動することにより、ウエハ４０７は、支持される移載アームが変更される。これにより、移載アーム同士が干渉することなくウエハ４０７の受け渡しを完了することができる。なお、上記のように傾けずに、ウエハ４０７の受け渡しを行おうとするとウエハ支持部材４０６ａとウエハ支持部材４０６ｂとが当然接触するが、これは、移載アームとして互いに同形でありかつそれぞれが左右対称の形状だからである。
【００５１】
また、上記では、「互いに相手方移載アームに対する向きを傾ける」と説明したが、少なくともいずれかが相手方移載アームに対する向きを少し傾けるようにすれば、移載アーム同士が干渉を避けてウエハ４０７の受け渡しを行なうことができる。
【００５２】
図１２は、移載アームと処理ユニットとの関係を説明する図である。図１１で説明したように移載アーム同士の干渉を避けてウエハ４０７の受け渡しを行なうと、必然的にウエハ４０７とウエハ支持部材４０６との支持位置関係は、非対称なものになる（図１１参照）。したがって、処理ユニットとの関係においては、非対称に支持されたウエハ４０７を不都合なく処理ユニットに出し入れすることが必要となる。特にその場合問題となるのは、処理ユニット内の載置台に出没可能に設けられる受け渡し用の支持ピンとの位置関係である。
【００５３】
図１２（ａ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ａをウエハ支持部材４０６と干渉しないように載置台４０８の中心に寄せたものである。このようにすれば、ウエハ４０７に対してウエハ支持部材４０６の支持位置が非対称であっても支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ａによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００５４】
図１２（ｂ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｂをウエハ支持部材４０６と干渉しないように載置台４０８の中心からずらせて配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６と支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｂによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００５５】
図１２（ｃ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｃをウエハ支持部材４０６と干渉しないように載置台４０８のへり近くに配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６と支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｃによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００５６】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は、それぞれ、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）と同様の考えで構成したものであって、かつ処理ユニットの位置（したがって載置台４０８Ａの位置も）を、ウエハ４０７に対するウエハ支持部材４０６の支持位置非対称分だけ移動させて構成（すなわち、処理ユニットのうち当該移載アームに最も近い位置に配置されるものの真正面に対して移載アームの旋回の中心がずれている）したものである（したがって、処理ユニットに対してアクセスする場合の移載アームの向きは、図示するように処理ユニットに対してほぼ直角になる）。このような処理ユニットの配置によれば、移載アームと処理ユニットの関係においては、ウエハ４０７に対するウエハ支持部材４０６の支持位置非対称分を考慮することなく、ウエハ４０７の出し入れができる。
【００５７】
図１４は、移載アーム同士による別のウエハの受け渡し例を説明する図である。図１４において、一方の移載アームには、符号の末尾に“ａ”を付し、もう一方の移載アームには、符号の末尾に“ｂ”を付してある。
【００５８】
同図に示すように、この形態では、移載アームの設けられるウエハ支持部材４０６Ａａ、４０６Ａｂの形状が、移載アームとしての中心線（伸縮の方向線）について非対称とされている。このような形状のウエハ支持部材４０６Ａａ、４０６Ａｂによれば、移載アームとして相手方移載アームにまっすぐ向かって近づけても、図示するように接触を避けることができる。そして、例えば受け渡される側の移載アームが上下方向に下から上に移動することにより、ウエハ４０７は、支持される移載アームが変更される。これにより、移載アーム同士が干渉することなくウエハ４０７の受け渡しを完了することができる。この形態では、隣接する移載アームは移載アームとして同形であるが、それらそれぞれが左右非対称の形状であることにより、上記のように両者の干渉を避けることができるものである。
【００５９】
なお、このようなウエハ４０７受け渡しの際の干渉を避けるためには、他に、隣接する移載アームについて異形とする方法も採り得る。例えば、一方を“Ｕ”字形のウエハ支持部材とし、他方を“Ｗ”字形のウエハ支持部材とするなどである。“Ｕ”と“Ｗ”とであれば凹凸が互い違いになるからである。
【００６０】
また、隣接する移載アームが移載アームとして異形であって、少なくともいずれかが左右非対称の形状であっても、両者の干渉を避けることは可能である。例えば、一方を左右対称の形状（例えば図９各図に示す形状）とし、他方を移載アームとしての中心線について非対称とする場合である。
【００６１】
図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１４に示した移載アームの場合について、移載アームと処理ユニットとの関係を説明する図である。図１４で説明したような移載アーム同士の干渉を避ける形状のウエハ支持部材４０６Ａの場合、やはり、処理ユニット内の載置台に出没可能に設けられる受け渡し用の支持ピンとウエハ支持部材４０６Ａとの位置関係を問題とする必要がある。これは、ウエハ支持部材４０６Ａとウエハ４０７との支持位置関係としても、図１４に示すように非対称だからである。
【００６２】
図１５（ａ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ａをウエハ支持部材４０６Ａと干渉しないように載置台４０８の中心に寄せたものである。このようにすれば、ウエハ４０７に対してウエハ支持部材４０６Ａの支持位置が非対称であっても支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ａによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００６３】
図１５（ｂ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｂをウエハ支持部材４０６Ａと干渉しないように載置台４０８の中心からずらせて配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６Ａと支持ピン４０９ｂとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｂによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００６４】
図１５（ｃ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｃをウエハ支持部材４０６Ａと干渉しないように載置台４０８のへり近くに配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６Ａと支持ピン４０９ｃとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｃによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００６５】
以上では、移載アーム同士による直接のウエハの受け渡しを説明したが、周知のように中継台（形状は台状には限られないので、その意味では被処理基体中継所）を介して間接にウエハを、移載アームから隣りの移載アームに受け渡すようにしてももちろんよい。
【００６６】
（第２の参考例）
以下、第２の参考例について説明する。図１６は処理装置２の平面図である。図１６に示すように、処理装置２では、ウエハＷを収納するキャリアカセットＣを載置する基体容器載置台１０と、その奥側に配設された第１の移載室３０と、さらに第１の移載室３０の奥側に第２の移載室５０が配設されている。
【００６７】
第１の移載室３０の周囲に配設された第１の処理ユニット群は、左右に２基配設された予備洗浄処理ユニット１６０、１７０と、これらの予備洗浄処理ユニット１６０，１７０の奥側に設けられた２基のＣＶＤユニット１８０、１９０とを有する。このうち予備洗浄処理ユニット１６０，１７０は低真空下で運転するリアクティブクリーンユニットであり、ＣＶＤユニット１８０、１９０は窒化タンタル（ＴａＮ）層を形成するＣＶＤユニットである。なお、符号３２は移載アームである。
【００６８】
一方、第２の移載室５０の周囲に配設された第２の処理ユニット群は全てスパッタリングユニットであり、手前側の２基がタンタル（Ｔａ）層を形成するためのスパッタリングユニット２００および２１０であり、奥側の２基が銅（Ｃｕ）層を形成するためのスパッタリングユニット２２０および２３０であり、これら４基のスパッタリングユニット２００，２１０，２２０および２３０は全て高真空下で運転する処理ユニットである。
【００６９】
図１７は、予備洗浄ユニット１６０の垂直断面図である。予備洗浄ユニット１６０は、リアクティブクリーンユニットであり、洗浄ガスを用いてウエハＷなどの被処理基体の表面を洗浄する装置である。
【００７０】
水素ガス（Ｈ２）、ハロゲン含有ガス（ＮＦ３）等の洗浄ガスはキャリアガスとともに、ガス供給源１６０４より処理室１６０１に導入される。そして洗浄ガスは、上部電極１６０３にて励起活性化される。これにより、サセプタ１６０２上のウエハＷなどの被処理基体の表面が化学反応を利用して洗浄される。なお、図１７ではプラズマを発生させるための上部電極１６０３を処理室１６０１内に配置しているが、処理室１６０１の外側にコイルを配置してもよいし、励起活性種を処理室の外側から導入してもよい。また、下部電極を配置することにより励起活性種を被処理体上に誘引してもよいし、被処理体上のダメージを軽減するために下部電極を配設しなくてもよい。なお、符号１６０６は、ウエハＷを出し入れするゲートバルブである。
【００７１】
図１８は、スパッタリングユニット２００を模式的に示した垂直断面図である。図１８に示すように、このスパッタリングユニット２００の処理室２００１は密閉可能な構造になっており、放電用ガスを処理室２００１内に導入して高真空状態に維持できるようになっている。
【００７２】
スパッタリング室２００１の中央底部には基板ホルダ２００２が配設されており、この上にウエハＷを載置して処理する。基板ホルダ２００２の上側にはターゲット２００３が電極２００４を介して保持されており、高真空下で電極２００４から印加された電圧により放電用ガスが励起され、この励起された正のイオンがターゲット表面に衝突し、ターゲットの原子が外部に放出し、ウエハＷ表面に堆積させることによりウエハＷ表面に所望材料の層を形成するようになっている。なお、符号２００５はウエハＷを出し入れするゲートバルブである。
【００７３】
この例では、タンタル（Ｔａ）をターゲットに用いたタンタル（Ｔａ）層形成用のスパッタリングユニット２００および２１０と、銅（Ｃｕ）をターゲットに用いた銅（Ｃｕ）層形成用のスパッタリングユニット２２０および２３０を第２の処理ユニットとして搭載している。
【００７４】
次に、処理装置２を用いて半導体装置を製造する際の工程について説明する。図１９は、処理装置２を用いて半導体装置を製造するときのフローチャートであり、図２０は、製造途中の半導体装置の状態を示した垂直断面図である。
【００７５】
まず、基体容器載置台１０の上に未処理ウエハＷを複数枚収納したキャリアカセットＣをセットして処理装置２を起動すると、サブアーム２１がキャリアカセットＣ内にアクセスして未処理のウエハＷを取り出し、第１のロードロック室２０内に載置して載置台側のゲートバルブ（図示省略）を閉じる。次いで第１のロードロック室２０内の気圧を第１の移載室３０とほぼ同じ気圧にまで低下させ、第１のロードロック室２０の移載室側のゲートバルブを開ける。
【００７６】
この第１のロードロック室２０内に第１の移載アーム３１がアクセスして第１のロードロック室２０内のウエハＷを取り出し、予備洗浄ユニット（リアクティブクリーンユニット）１６０内に搬入する。予備洗浄前のウエハＷは図２０（ａ）に示したように、銅（Ｃｕ）製の下地配線層１１Ａ上面に絶縁層１２Ａ、例えばＳｉＯ２層が所定のパターン状に形成されており、この絶縁層１２Ａが形成されたウエハＷ全面が自然酸化膜１３Ａで覆われている。
【００７７】
予備洗浄ユニット１６０のゲートバルブ１６０６を閉じて密閉し、所定の圧力、温度状態に到達したら洗浄ガスを供給する。高周波電源等により励起活性された洗浄ガスは、ウエハＷ表面の自然酸化膜１３Ａと化学反応することにより、図２０（ｂ）に示すように、ウエハＷ全面を覆っていた自然酸化膜１３Ａが除去される（ステップ１）。なお、スパッタエッチの場合には、一定の圧力、温度条件下に維持されることにより予備洗浄ユニット１６０内の処理ガスがサセプタ上のウエハＷ表面に衝突してウエハＷ表面を洗浄する。このとき、処理ガス分子がウエハＷ表面に衝突し、図２０（ｂ）に示すように、ウエハＷ全面を覆っていた自然酸化膜１３Ａが除去される。
【００７８】
次に予備洗浄ユニット１６０内への洗浄ガスの供給を停止し、予備洗浄ユニット１６０のゲートバルブ１６０６を開けて第１の移載アーム３１をアクセスさせ、予備洗浄の終了したウエハＷを取り出し、さらに奧側に配設された第１の移載アーム３２に引渡す。このとき、第１の移載アーム３１から３２へ直接引き渡してもよく、第１の移載室３０内に配設された一または二以上の移載部（中継台）を経由して引き渡してもよい。
【００７９】
しかる後に予備洗浄ユニット１６０の奥側に隣設されたＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニット１８０内に第１の移載アーム３２を進入させてサセプタ上にウエハＷを載置する。ＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニットのゲートバルブを閉じて所定の条件下に処理ガスを供給し、ウエハＷ表面に所望の材料層、本実施形態では窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａを形成する（ステップ２）。この工程で図２０（ｃ）に示したようにウエハＷ表面に窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａが形成される。
【００８０】
次いでＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニットのゲートバルブを開け、ＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニット１８０内に第１の移載アーム３２がアクセスして窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａの形成が完了したウエハＷを取り出し、第２のロードロック室４０の第1の搬送室側のゲートバルブ（図示省略）を開けて、この中にウエハＷを載置する。この状態で第２のロードロック室４０の第1の搬送室側のゲートバルブを全て閉じて密閉し、第２のロードロック室４０内の気圧を第２の移載室５０と同程度まで低下させる。
【００８１】
次いで第２のロードロック室４０の第２の移載室側のゲートバルブを開けて第２の移載アーム４１をアクセスさせて第２のロードロック室４０からウエハＷを取り出し、タンタル（Ｔａ）層形成用のスパッタリングユニット２００内に搬入する。この状態でスパッタリングユニット２００のゲートバルブ２００５を閉じて密閉し、所定の温度、圧力条件下でウエハＷにタンタル（Ｔａ）層１５Ａを形成する（ステップ３）。このときウエハＷ表面では、窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａの表面にタンタル（Ｔａ）層１５Ａが形成され（図２０（ｄ））、次に形成する配線層である銅（Ｃｕ）層のシード層１６Ａの密着性と濡れ性とが改善される。
【００８２】
所定のタンタル（Ｔａ）層１５Ａの形成が完了したら、処理ガスの供給と電圧の印加とを停止し、スパッタリングユニット２００のゲートバルブ２００５を開けてスパッタリングユニット２００内に第２の移載アーム４１をアクセスさせてウエハＷを取り出し、さらに奥側に配設された銅（Ｃｕ）層形成用のスパッタリングユニット２２０内に搬入する。
【００８３】
ここでも前記スパッタリングユニット２００と同様に所定条件下で処理ガスの供給と電圧の印加とをすることにより、ウエハＷ最上層のタンタル（Ｔａ）層１５Ａ上に銅を堆積させて、図２０（ｅ）に示すように、ウエハＷ表面にシード層としての銅（Ｃｕ）層１６Ａを形成する（ステップ４）。こうして自然酸化膜１３Ａの除去から銅（Ｃｕ）層１６Ａの形成工程まで完了したら、第２の移載アーム４１、第２のロードロック室４０、第１の移載室３０、第１の移載アーム３２および３１第１のロードロック室２０を経て再びキャリアカセットＣ内に収容する。
【００８４】
このように、本実施形態に係る処理装置２では、処理時の気圧の異なる処理ユニット群をロードロック室を介して連結したので、低真空下で行なう成膜処理から高真空下で行なう成膜処理まで処理装置２からウエハＷを一度も取り出すことなく、首尾一貫して連続的に処理することができる。したがって、処理速度が高く、製造コストを低減化することができる。
【００８５】
また、成膜途中で処理装置２からウエハＷを取り出す必要がないので、製造途中の膜が酸化したり、劣化することがなく、高品質の膜が得られる。
【００８６】
（第３の参考例）
図２１は処理装置３の概略を示した平面図である。処理装置３では、前記第１の処理装置１で予備洗浄ユニット６０および７０として用いた超臨界洗浄ユニットの代わりに、処理ガスで洗浄する、リアクティブイオンエッチユニット６１、７１を使用する。これらのリアクティブイオンエッチユニット６１、７１は、後段処理で用いるＣＶＤユニット８０，９０，１４０，１５０やＡＬＤユニット１００，１１０，１２０，１３０と同じ移載室３０Ａの周囲に配設する。なお、符号３３、３４、３５、３６は移載アームである。
【００８７】
リアクティブイオンエッチユニット６１、７１は減圧下で使用するのでこのようなユニットのレイアウトが可能となる。このように処理装置３では、一つの移載室３０Ａの回りに多数の処理ユニットを配設したので、より面積効率の高い処理装置を得ることができる。
【００８８】
（第４の参考例）
図２２は処理装置４の概略を示した平面図である。処理装置４では、これまで述べた処理ユニットを組み合わせることにより、図２３に示すフローチャートの処理を連続で行える構成となっている。図２４（ａ）〜（ｆ）および図２５（ａ）、（ｂ）は処理過程のウエハＷの垂直断面図である。
【００８９】
処理装置４で処理を行うと、最初に未処理のウエハＷが予備洗浄ユニット２４０内に搬入される。この段階ではウエハＷの表面には図２４（ａ）に示したように、下地１１Ｂ上に自然酸化膜１３Ｂが形成されている。予備洗浄ユニット２４０内で予備洗浄処理を行うと（ステップ１）、ウエハＷ表面の自然酸化膜１３Ｂが除去されて図２４（ｂ）のような状態になる。
【００９０】
次いでウエハＷをアニ−ル処理ユニット２５０内に移し替え、ここで予備洗浄後の熱処理であるアニ−ル処理を行う（ステップ２）。この熱処理工程では、フッ素系物質などの残留物１９Ｂが除去される（（ｃ））。次いでアニ−ル処理後のウエハＷを界面酸化膜形成ユニット２６０内に移し替え、この界面酸化膜形成ユニット２６０内でシリコン酸化膜１４Ｂを形成する（ステップ３、図２４（ｄ））。ここで形成する界面酸化膜１４ＢはウエハＷ界面の電気特性を向上させるためのものである。
【００９１】
次いで界面酸化膜１４Ｂ形成後のウエハＷを窒化膜形成ユニット２７０に移し替え、この窒化膜形成ユニット２７０内で界面酸化膜１４Ｂの表面を窒化して窒化膜１５Ｂを形成する（ステップ４、図２４（ｅ））。窒化膜１５Ｂは、上下層とのバリア層である。次いで、窒化膜１５Ｂを形成したウエハＷをゲート絶縁膜形成ユニット２８０内に移し替える。
【００９２】
このゲート絶縁膜形成ユニット２８０としては、アルミナ層形成ユニット、ジルコニウムオキサイド層形成ユニット、ジルコニウムシリケイト層形成ユニット、ハフニウムオキサイド層形成ユニット、ハフニウムシリケイト層形成ユニット、イットリウムオキサイド層形成ユニット、イットリウムシリケイト層形成ユニット、ランタンオキサイド層形成ユニット、および、ランタンシリケイト層形成ユニットのいずれかが挙げられる。このゲート絶縁膜形成ユニットでウエハＷ表面の窒化膜１５Ｂの上にゲート絶縁膜１６Ｂを形成する（ステップ５、図２４（ｆ））。
【００９３】
ゲート絶縁膜１６Ｂの形成が完了したら、ウエハＷをゲート絶縁膜形成ユニットからアニール処理ユニット２９０内に移し替え、この中でゲート絶縁膜１６Ｂの熱処理を行う（ステップ６）。このゲート絶縁膜１６Ｂの熱処理工程でゲート絶縁膜１６Ｂの改質が行なわれる。
【００９４】
ゲート絶縁膜１６Ｂの熱処理が完了したら、処理後のウエハＷをアニ−ル処理ユニット２９０からゲート電極バリア膜形成ユニット４００に移し替える。ここで形成されるゲート電極バリア膜は、ゲート絶縁膜１６Ｂと次に形成するゲート電極のバリア用である。バリア膜形成ユニット４００としては、具体的には、マンガン膜形成ユニット、ニオブ層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニット、モリブデン層形成ユニット、ジルコニウム層形成ユニット、バナジウム層形成ユニット、コバルト層形成ユニット、レニウム層形成ユニット、イリジウム層形成ユニット、白金層形成ユニット、および、ルテニウムオキサイド層形成ユニットのいずれかが挙げられる。このバリア膜形成ユニット４００内でゲート電極バリア膜１７Ｂの形成を行う（ステップ７、図２５（ａ））。
【００９５】
ゲート電極バリア膜１７Ｂの形成が完了したら、処理後のウエハＷをゲート電極形成ユニット４１０内に移し替え、ここでゲート電極１８Ｂの形成を行う（ステップ８、図２５（ｂ））。このゲート電極形成ユニット４１０は、ゲート電極の成膜を行うユニットであり、具体的には、タングステン層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニットのいずれかを挙げることができる。上記一連の工程が完了したら、処理後のウエハＷを処理装置４から搬出する。
【００９６】
処理装置４では、上述のように８工程もの処理を連続して大気にさらすことなく処理できるので製造途中の膜が酸化したり、劣化することがなく、高品質の膜が得られる。さらに、一つの移載室の回りに多数の処理ユニットを配設したので、より面積効率の高い処理装置を得ることができる。
【００９７】
（実施形態）
図２６は本発明の実施形態に係る処理装置５の概略構成を示した図であり、図２６（ａ）は平面図を、図２６（ｂ）は側面図をそれぞれ表わす。本実施形態に係る処理装置５では、前記の処理装置４では移載室５０の周囲に配設した処理ユニット群を、上下二段に分けて配設する。すなわち、移載室５０を垂直方向に伸ばし、これに伴い移載アーム３３を、回転、伸縮に加えて垂直方向にもやや大きく昇降可能な構造とする。
【００９８】
移載室５０の下段側周囲には、予備洗浄ユニット２４０、アニール処理ユニット２５０および界面酸化膜形成ユニット２６０の三基のユニットを配設し、移載室５０の上段側には窒化膜形成ユニット２７０、ゲート絶縁膜形成ユニット２８０、アニール処理ユニット２９０、ゲート電極バリア膜形成ユニット４００、ゲート電極形成ユニット４１０の五基のユニットを配設する。
【００９９】
さらに、下段側の各ユニットと上段側のユニットとは干渉しないように、下段で隣接する二基のユニットの間の位置に上段側のユニットが位置するようなレイアウトにする。このようなレイアウトにすることにより、下段側の各ユニットの保守点検などの作業がし易いという利点が得られる。
【０１００】
このように本実施形態に係る処理装置５では、一つの移載室５０の回りに多数の処理ユニットを二段に分けて配設したので、より面積効率の高い処理装置を得ることができる。また、それぞれの処理ユニットで比較的高さの低いユニット、例えばＡＬＤユニットを下段に配置することで、移載アーム３３の昇降範囲を最小化することもでき、さらに、ユニットの上面からのメンテナンスが不要となる構造にすることにより、上下段のユニットを重ねて配置することも可能になる。
【０１０１】
なお、上記では、具体的に半導体装置の製造工程として、フローチャートで三例示した。本処理装置は、上記で述べた処理ユニット以外の、例えば、エッチングユニット、アッシングユニット、イオン注入ユニット、熱処理ユニット、洗浄ユニット、塗布現像ユニット等を用いることにより、他の工程にも適用できる。さらに、本発明の処理装置は、半導体以外の例えばＬＣＤ装置の製造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第１の参考例に係る処理装置の平面図。
【図２】第１の参考例に係る処理装置の予備洗浄ユニットの垂直断面図。
【図３】第１の参考例に係る処理装置のＣＶＤユニットの垂直断面図。
【図４】第１の参考例に係る処理装置のＡＬＤユニットの垂直断面図。
【図５】第１の参考例に係る処理装置で半導体装置を製造するときのフローチャート。
【図６】第１の参考例に係る処理装置による半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図７】第１の参考例に係る処理装置の面積効率を従来型の装置と比較したグラフ。
【図８】第１の参考例に係る処理装置の処理速度を従来型の装置と比較したグラフ。
【図９】第１の参考例に係る処理装置に適用可能な移載アームの構成および伸縮動作を模式的に示す図。
【図１０】図９に示した移載アームの旋回動作を模式的に示す図。
【図１１】図９、図１０に示した移載アーム２台による被処理基体の受け渡しを説明する図。
【図１２】図９、図１０に示した移載アームによる処理ユニットへの被処理基体の搬入・搬出動作を説明する図。
【図１３】図９、図１０に示した移載アームによる処理ユニットへの被処理基体の別の搬入・搬出動作を説明する図。
【図１４】図９、図１０に示した移載アームとは異なる移載アーム２台による被処理基体の受け渡しを説明する図。
【図１５】図１４に示した移載アームによる処理ユニットへの被処理基体の搬入・搬出動作を説明する図。
【図１６】第２の実施形態に係る処理装置の平面図。
【図１７】第２の参考例に係る処理装置のリアクティブクリーンユニットの垂直断面図。
【図１８】第２の参考例に係る処理装置のスパッタリングユニットの垂直断面図。
【図１９】第２の参考例に係る処理装置で半導体装置を製造するときのフローチャート。
【図２０】第２の参考例に係る処理装置による半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図２１】第３の参考例に係る処理装置の平面図。
【図２２】第４の参考例に係る処理装置の平面図。
【図２３】第４の参考例に係る処理装置を運転したときのプロセスフロー図。
【図２４】第４の参考例に係る処理装置により製造される半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図２５】図２４の続図であって、第４の参考例に係る処理装置により製造される半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図２６】本発明の実施形態に係る処理装置の構成を示す図。
【図２７】従来型の６チャンバ型処理装置の平面図。
【符号の説明】
【０１０３】
１…処理装置 ２…処理装置 ３…処理装置 ４…処理装置 ５…処理装置６…処理装置 １０…基体容器載置台 １１…下地 １１ａ…下地表面 １１Ａ…下地配線層 １１Ｂ…下地 １２…絶縁層 １２ａ…開口部 １２Ａ…絶縁層１３…自然酸化膜 １３Ａ…自然酸化膜 １３Ｂ…自然酸化膜 １４…チタン層 １４Ａ…窒化タンタル層 １４Ｂ…シリコン酸化膜 １５…窒化チタン層１５Ａ…タンタル層 １５Ｂ…窒化膜 １６…タングステン層 １６Ａ…シード層 １６Ｂ…ゲート絶縁膜 １７Ｂ…ゲート電極バリア膜 １８Ｂ…ゲート電極１９Ｂ…残留物 ２０…ロードロック室 ２１…サブアーム ３０…移載室３０Ａ…移載室 ３１、３２、３３、３４、３５、３６…移載アーム ４０…ロードロック室 ４１、４２、４３…移載アーム ５０…移載室 ６０…予備洗浄ユニット ６１…リアクティブイオンエッチユニット ３１ａ、３１ｂ…ウエハ保持部材 ８０、９０…ＣＶＤユニット １００、１１０、１２０、１３０…ＡＬＤユニット １４０、１５０…ＣＶＤユニット １６０、１７０…予備洗浄ユニット １８０、１９０…ＣＶＤユニット ２００、２１０…スパッタリングユニット ２２０、２３０…スパッタリングユニット ２４０…予備洗浄ユニット２５０…アニール処理ユニット ２６０…界面酸化膜形成ユニット ２７０…窒化膜形成ユニット ２８０…ゲート絶縁膜形成ユニット ２９０…アニール処理ユニット ４００…ゲート電極バリア膜形成ユニット ４０１…回転中心部材４０２、４０３、４０４、４０５…アーム ４０６、４０６ａ、４０６ｂ…ウエハ支持部材 ４０６Ａ、４０６Ａａ、４０６Ａｂ…ウエハ支持部材 ４０７…ウエハ ４０８、４０８Ａ…載置台 ４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃ…支持ピン４１０…ゲート電極形成ユニット ６０１…処理室 ６０１ａ…開口部 ６０２…サセプタ ６０３…導入部 ６０４…二酸化炭素源 ６０５…ゲートバルブ６０６…排気口 ６０７…コンプレッサ ６０８…熱交換器 ８０１…処理室８０１ａ…開口部 ８０２…ガス導入管 ８０２ａ…ガス出口 ８０３…ガス供給源 ８０４…ガス排気管 ８０５…サセプタ ８０６…ゲートバルブ ８０７…シャワーヘッド １００６…ゲートバルブ １６０１…処理室 １６０２…サセプタ １６０３…上部電極 １６０４…ガス供給源 １６０６…ゲートバルブ ２００１…スパッタリング室 ２００２…基板ホルダ ２００３…ターゲット ２００４…電極 ２００５…ゲートバルブ Ｃ…キャリアカセット Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８、Ｕ９、Ｕ１０、Ｕ１１、Ｕ１２…処理ユニット Ｗ…ウエハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に用いるシリコンウエハなどの被処理基体を処理する処理装置に係り、さらに詳細には、被処理基体表面に各種薄膜を形成する処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置を製造する方法として、シリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などの各種の薄膜を所定の断面形状となるように形成する方法が広く用いられており、このような各種の薄膜をウエハ上に形成するには、ＣＶＤなどの装置を用いるのが一般的である。さらにウエハ上に複数の薄膜層を多段に積層する方法としては、複数基のＣＶＤユニットをひとつの移載室で連結した、いわゆるマルチチャンバ型の製造装置を用いる方法が知られている。図２７は典型的なマルチチャンバ型の処理装置３００の概略構成を示した平面図である。
【０００３】
このマルチチャンバ型処理装置３００では、装置のほぼ中心に配設された移載室３０１の外周に複数の成膜用の処理ユニット３１０〜３１５が放射状に配設されており、移載室３０１の内部には移載アーム３０３，３０４が配設されている。この処理装置３００では、未処理のウエハＷが複数枚収容されたキャリアカセットＣを載置台３０５の上にセットして起動すると、サブアーム３０６がキャリアカセットＣ内のウエハＷを取り出してロードロック室３０７内に一旦載置し、次いで移載アーム３０３がウエハＷを受け取って移載室３０１内に搬入し、所定の順序で各処理ユニット３１０〜３１５と移載室３０１との間でウエハＷを出し入れ、処理して複数の薄膜を形成するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで最近の半導体装置では積層する薄膜の数が増え、また、薄膜の厚さも薄いものが要求されている。このように薄膜の数が増えると上記のような処理ユニットを六基備えた６チャンバ型の処理装置３００でも全ての薄膜を一台のマルチチャンバ３００で形成することはできない。そのため、処理装置３００のような６チャンバ型処理装置を複数台並べておき、一台目の処理装置での成膜が完了したら一旦ウエハＷを取り出して隣接する処理装置に再び搬入して後続の成膜処理を行なう方法が採られている。
【０００５】
しかし、成膜途中のウエハＷを処理雰囲気から外気に晒すと、ウエハＷ表面に酸化膜が生じるため、一度酸化膜を削り取る工程が必要となり、生産効率が低下するという問題がある。さらにより薄い薄膜が必要となるため、処理雰囲気からウエハＷを取り出すと、ウエハＷ表面の薄膜が劣化し、半導体装置の品質低下を招くという問題もある。さらに、二台のマルチチャンバ型処理装置３００を並べると装置の占有面積が増大し設備費、ひいては最終製品の製造コストを増大させるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題を解決するためになされた発明である。すなわち本発明は、処理効率が高く、高品質の半導体装置が製造できる処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る処理装置は、複数の被処理基体を収容する基体容器を載置する基体容器載置台と、前記基体容器載置台に隣設され、内部を所定の気圧に維持し得る移載室と、前記移載室の周囲に配設され、被処理基体を処理する処理ユニットと、前記移載室内に配設され、被処理基体を移載する移載アームとを具備し、前記処理ユニットの少なくとも一つが他の前記処理ユニットに対して上下方向に配設されていることを特徴とする。
【０００８】
上記処理装置において、前記処理ユニットは、窒化チタン層形成ユニット、窒化タンタル層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、チタン層形成ユニットと、タングステン層形成ユニットとを各二基以上と、一または二以上の予備洗浄処理ユニットとすることができる。また、上記処理装置において、処理ユニットは、窒化タンタル層形成ユニット、窒化チタン層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、タンタル層形成ユニットと、銅層形成ユニットとを各二基以上と、一または二以上の予備洗浄処理ユニットとすることができる。さらに、上記処理装置において、前記処理ユニットは、予備洗浄処理ユニット、アルミナ層形成ユニット、ジルコニウムオキサイド層形成ユニット、ジルコニウムシリケイト層形成ユニット、ハフニウムオキサイド層形成ユニット、ハフニウムシリケイト層形成ユニット、イットリウムオキサイド層形成ユニット、イットリウムシリケイト層形成ユニット、ランタンオキサイド層形成ユニット、ランタンシリケイト層形成ユニット、酸化膜形成ユニット、窒化膜形成ユニット、マンガン膜形成ユニット、ニオブ層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニット、モリブデン層形成ユニット、ジルコニウム層形成ユニット、バナジウム層形成ユニット、コバルト層形成ユニット、レニウム層形成ユニット、イリジウム層形成ユニット、白金層形成ユニット、ルテニウムオキサイド層形成ユニット、アニール処理ユニット、タングステン層形成ユニットからなる群から選択される処理ユニットとすることができる。
【０００９】
また、上記処理装置において、前記移載アームが垂直方向に昇降可能とされていることを特徴とする処理装置とすることができる。さらに、上記処理装置において、前記処理ユニットが、下段と上段の２段に設けられ、下段で隣接する二基の処理ユニットの間の位置に上段側の処理ユニットが設けられていることを特徴とする処理装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、処理効率が高く、高品質の半導体装置が製造できる処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の参考例）
図１は第１の参考例に係る処理装置１の平面図である。図１に示すように、処理装置１では、ウエハＷを複数枚、例えば２５枚収納できる、容器としてのキャリアカセットＣを載置するための基体容器載置台１０と、その奥側に配設された第１の移載室３０と、さらに第１の移載室３０の奧側に第２の移載室５０が配設されている。
【００１３】
第１の移載室３０の周囲には第１の処理ユニット群６０，７０が配設され、第２の移載室５０の周囲には第２の処理ユニット群８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，および１５０が配設されている。前記第１の移載室３０と載置台１０とは第１のロードロック室２０，２０を介して連結されており、第１の移載室３０と第２の移載室５０とは第２のロードロック室４０，４０を介して連結されている。
【００１４】
載置台１０の上にはキャリアカセットＣを複数個、例えば４個セットできるようになっており、載置台１０と第１のロードロック室２０，２０との間にはサブアーム２１が配設され、キャリアカセットＣと第１のロードロック室２０，２０との間でウエハＷの搬出入をするようになっている。
【００１５】
第１の移載室３０の中央付近には「フロッグレッグアーム」と呼ばれるフロッグレッグ形状を備えた移載アーム３１が配設されている。ここで、「フロッグレッグ形状」の移載アームとは、全体として５辺からなり、中央の１辺を関節で接続された２本のアームの２組で支持した形状を有する移載アームをいい、上記２本のアームが、向かい合う２本のアームとともに伸縮、回転（旋回）を行なう（後述する図９各図、図１０各図参照）。なお、フロッグレッグアームは、図１に示すように移載アーム３１ひとつにつき、背中合わせに２つ設けることができる。その場合には、各フロッグレッグアームに用いられる上記２本のアームにうち一方はそれらのフロッグレッグアームで兼用することができる。
【００１６】
この移載アーム３１は、上記中央の一辺に相当する位置に配設されたウエハ保持部材３１ａ，３１ｂを直線運動または旋回運動させる直線・旋回運動機構を構成する。なお、この移載アームの上記中央の一辺にはウエハ保持部材が一つに限らず二つ配設されていてもよく、保持部を二つ配設する場合には、この二つの保持部を例えば１８０度背中合わせに配設し、専用の駆動モータをつけておき、反転自在な構造のものを用いることができる。
【００１７】
処理装置１では、第１の移載室３０の周囲の第１の処理ユニット群として、予備洗浄ユニット６０および７０が配設されており、第２の移載室５０の周囲の第２の処理ユニット群としては、手前側から奥側に向って移載室５０の左右両側に１基ずつ、計２基のＣＶＤユニット８０および９０、同じく移載室５０の左右両側に２基ずつ、計４基のＡＬＤユニット１００，１１０，１２０および１３０がそれぞれ配設され、一番奥に２基のＣＶＤユニット１４０および１５０が配設されている。予備洗浄ユニットの例としては、超臨界流体を利用した超臨界洗浄ユニットのほか、反応性ガスにより洗浄するリアクティブイオンエッチユニット、スパッタリングエッチングにより物理的に洗浄するスパッタエッチングユニットなどの既知の洗浄ユニットを挙げることができる。
【００１８】
第２の移載室５０内部には複数の第２の移載アーム４１，４２，４３が配設されており、これら第２の移載アーム４１〜４３同士の間ではウエハＷを直接受け渡ししてもよく、あるいは、第２の移載室５０内に配設された一または二以上の移載部（図示せず：移載アームのうち少なくとも二基のものがアクセス可能な被処理基体中継所）を経由してウエハＷの受け渡しをしてもよい。
【００１９】
第２の処理ユニット群のうち、最も手前側に配設されている２基のＣＶＤユニット８０および９０はチタン（Ｔｉ）層形成用のＣＶＤユニットであり、その奥に配設された４基のＡＬＤユニット１００〜１３０は窒化チタン（ＴｉＮ）層形成用のＡＬＤユニットであり、一番奥に配設されたＣＶＤユニット１４０および１５０はタングステン（Ｗ）層形成用のＣＶＤユニットである。ＡＬＤとは、Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎの略である。チタン層や窒化チタン層、タングステン層の形成には、スパッタリングユニットを用いることもできる。
【００２０】
さらに、処理ユニット群の一部として検査モジュール、例えば、膜質、膜厚、パーティクル、寸法計測の各々または複数の検査を行うモジュールを搭載することもできる。また、これらの検査を行なう機構を内蔵した処理ユニットを搭載させることも可能である。また、ロードロック室２０または４０内に上記検査モジュールを内蔵させることもできる。
【００２１】
また、第２の処理ユニット群のうちの一部の処理ユニットに代えてロードロック室を設け、このロードロック室に接続して基体容器載置台１０を含む基体の搬出手段を設けるようにしてもよい。これによれば、処理後の被処理基体を移載室５０から直接に搬出することができる。
【００２２】
図２は予備洗浄ユニット６０の垂直断面図である。予備洗浄ユニット６０は、超臨界状態の二酸化炭素を用いてウエハＷなどの被処理基体の表面を洗浄する装置である。この予備洗浄ユニット６０では密閉可能な箱型の処理室６０１内に超臨界状態の二酸化炭素を導入するための導入部６０３が配設されている。二酸化炭素は二酸化炭素源６０４から導入され、コンプレッサ６０７により加圧されるとともに、熱交換器６０８により加熱され、超臨界状態となり、導入部６０３を介して処理室６０１内に導入される。この超臨界に達した二酸化炭素により、サセプタ６０２上に載置されたウエハＷ表面が洗浄される。処理室６０１に導入された二酸化炭素は洗浄反応後の副生成物とともに排気口６０６により排出される。
【００２３】
図２中、サセプタ６０２の右側の処理室６０１壁面にはウエハＷを出し入れするための開口部６０１ａが設けられており、この開口部６０１ａの開閉はゲートバルブ６０５を図中上下に移動させて行なう。図２中、ゲートバルブ６０５のさらに右側にはウエハＷを搬送する第１の移載アーム（図示省略）が隣設されており、第１の移載アームが開口部６０１ａを介して処理室６０１内に出入りしてサセプタ６０２上にウエハＷを載置したり、処理後のウエハＷを処理室６０１から搬出するようになっている。
【００２４】
図３はＣＶＤユニット８０を模式的に示した垂直断面図である。図３に示すように、ＣＶＤユニット８０の処理室８０１は例えばアルミニウム等により気密可能な構造に形成されている。処理室８０１は図示しない加熱機構や冷却機構を備えている。処理室８０１には上部中央にガスを導入するガス導入管８０２が接続され、処理室８０１内とガス導入管８０２とが連通されている。また、ガス導入管８０２はガス供給源８０３に接続されている。そして、ガス供給源８０３からガス導入管８０２にガスが供給され、ガス導入管８０２を介して処理室８０１内にガスが導入されている。このガスには、薄膜形成の原料となる各種のガスが用いられ、必要な場合には不活性ガスがキャリアガスとして用いられている。
【００２５】
処理室８０１の下部には、処理室８０１内のガスを排気するガス排気管８０４が接続され、ガス排気管８０４は真空ポンプ等からなる図示しない排気手段に接続されている。そしてこの排気手段により処理室８０１内のガスがガス排気管８０４から排気され、処理室８０１内が所望の圧力に設定されている。また処理室８０１の下部には、ウエハＷを載置するサセプタ８０５が配置されている。ウエハＷとほぼ同径大の図示しない静電チャックによりウエハＷがサセプタ８０５上に載置されている。このサセプタ８０５には図示しない熱源手段が内設されており、サセプタ８０５上に載置されたウエハＷの処理面を所望の温度に調整できるようになっている。
【００２６】
図３中、サセプタ８０５の右側の処理室８０１壁面にはウエハＷを出し入れするための開口部８０１ａが設けられており、この開口部８０１ａの開閉はゲートバルブ８０６を図中上下に移動させて行なう、図３中、ゲートバルブ８０６のさらに右側にはウエハＷを搬送する第２の移載アーム（図示省略）が隣設されており、第２の移載アームが開口部８０１ａを介して処理室８０１内に出入りしてサセプタ８０５上にウエハＷを載置したり、処理後のウエハＷを処理室８０１から搬出するようになっている。サセプタ８０５の上方にはシャワー部材としてのシャワーヘッド８０７が配設されている。このシャワーヘッド８０７はサセプタ８０５とガス導入管８０２との間の空間を区画するように形成されており、例えばアルミニウム等から作られている。
【００２７】
シャワーヘッド８０７は、その上部中央にガス導入管８０２のガス出口８０２ａが位置するように形成され、処理室８０１内に導入されたガスがそのまま処理室８０１内に配設されたシャワーヘッド８０７内に導入されている。
【００２８】
上記は、ＣＶＤ反応の励起エネルギーとして、熱を用いる例を説明したが、プラズマ放電を励起エネルギーとして用いてもよい。
【００２９】
図４はＡＬＤユニット１００を模式的に示した垂直断面図である。ＡＬＤユニット１００の構造は上記ＣＶＤユニットからシャワーヘッドを除去し、チャンバー容積を小さくしたこと以外は上記ＣＶＤユニットとほぼ同じ構造であり、処理時に処理室内に導入する処理ガスをパルス状に導入し、排気することを繰り返す点が最大の相違点である。処理ガスをパルス状に導入し、排気する操作を繰り返すことにより、成膜を一層ずつ原子レベルで行うことができる。
【００３０】
次に処理装置１を用いて半導体装置を製造する際の工程について説明する。図５は処理装置１を用いて半導体装置を製造するときのフローチャートであり、図６（ａ）〜図６（ｅ）は製造途中の半導体装置の状態を示した垂直断面図である。
【００３１】
まず、載置台１０の上に２５枚の未処理のウエハＷを収納したキャリアカセットＣをセットして処理装置１を起動すると、サブアーム２１がキャリアカセットＣ内にアクセスして未処理のウエハＷを取り出し、第１のロードロック室２０内に載置して載置台１０側のゲートバルブ（図示省略）を閉じる。次いで第１のロードロック室２０内の気圧を第１の移載室３０とほぼ同じ気圧にまで上昇させ、第１のロードロック室２０の移載室側のゲートバルブ（図示省略）を開ける。この第１のロードロック室２０内に第１の移載アーム３１がアクセスして第１のロードロック室２０内のウエハＷを取り出し、予備洗浄ユニット（超臨界洗浄ユニット）６０内に搬入する。予備洗浄前のウエハＷは図６（ａ）に示したように、下地１１上面に絶縁層１２、例えばＳｉＯ２層が所定のパターン状に形成されており、この絶縁層１２が形成されたウエハＷ全面が自然酸化膜１３で覆われている。
【００３２】
予備洗浄ユニット６０のゲートバルブ６０５を閉じて密閉し、加熱、加圧し所定状態に到達したら超臨界状態の二酸化炭素（ＣＯ２）を供給する。
【００３３】
超臨界状態に達した二酸化炭素の溶解作用により、ウエハＷ全面を覆っていた自然酸化膜１３が除去される（図６（ｂ））。このとき絶縁層１２上の開口部１２ａを介してウエハＷ表面に露出した下地１１の表面１１ａには酸化膜が残留している。
【００３４】
次に予備洗浄ユニット６０内への二酸化炭素の供給を停止して第１の移載アーム３１をアクセスさせ、予備洗浄の終了したウエハＷを取り出し、第２のロードロック室４０の第１の移載室側のゲートバルブ（図示省略）を開けて第２のロードロック室４０内にウエハＷを搬入する。この状態で第２のロードロック室４０のゲートバルブを全て閉じて密閉し、第２のロードロック室４０内の気圧を第２の移載室５０と同程度まで低下させる。次いで第２のロードロック室４０の第２の移載室側のゲートバルブを開けて第２の移載アーム４１をアクセスさせて第２のロードロック室４０からウエハＷを取り出し、チタン層形成用のＣＶＤユニット８０内に搬入する。この状態でＣＶＤユニット８０のゲートバルブ８０６を閉じて密閉し、所定の温度、圧力条件下でウエハＷにチタン（Ｔｉ）層を形成する（ステップ２）。
【００３５】
このときウエハＷ表面では、チタン（Ｔｉ）の還元作用により、上述したウエハＷに露出した下地１１に付着している残留酸化膜が除去され、下地表面が現れる。さらにこのままチタン（Ｔｉ）層形成処理を続けると、図６（ｃ）に示したように、露出した下地表面１１ａ上にチタン（Ｔｉ）層１４が形成され、下地表面の電気特性が改善される。
【００３６】
所定のチタン（Ｔｉ）層１４の形成が完了したら、チタン層形成ガスの供給を停止し、ゲートバルブ８０６を開けてＣＶＤユニット８０内に第２の移載アーム４１をアクセスさせてウエハＷを取り出し、中央の第２の移載アーム４２に引き渡し、さらに奥側に配設されたＡＬＤユニット１００〜１３０のいずれか、例えばＡＬＤユニット１００内に搬入する。ここでも前記ＣＶＤ処理と同様に所定条件下で処理ガスを供給することにより、ウエハＷ最上層のチタン（Ｔｉ）層１４上に、図６（ｄ）に示すようにウエハＷ表面に窒化チタン（ＴｉＮ）層１５を形成する（ステップ３）。
【００３７】
窒化チタン（ＴｉＮ）層１５の形成が完了したら、窒化チタン層形成ガスの供給を停止し、ゲートバルブ１００６を開けてＡＬＤユニット１００内に第２の移載アーム４２をアクセスさせてウエハＷを取り出し、一番奥の第２の移載アーム４３に引渡してさらに奥側に配設されたＣＶＤユニット１４０または１５０、例えばＣＶＤユニット１４０内に搬入する。ここでも前記ＣＶＤ処理と同様に所定条件下で処理ガスを供給することにより、ウエハＷ最上層の窒化チタン（ＴｉＮ）層１５の表面にタングステン（Ｗ）を成膜させて、図６（ｅ）に示すようにウエハＷ表面にタングステン（Ｗ）層１６を形成する（ステップ４）。
【００３８】
こうして自然酸化膜１３の除去からタングステン（Ｗ）層１６の形成までの工程が完了したら、第２の移載アーム４３〜４１、第２のロードロック室４０、第１の移載室３０、第１のロードロック室２０を経て再びキャリアカセットＣ内に収容する。
【００３９】
このように、処理装置１では、処理時の気圧の異なる処理ユニット群をロードロック室を介して連結したので、高圧条件で行なう洗浄処理から低圧条件で行なう成膜処理まで処理装置１からウエハＷを一度も取り出すことなく、首尾一貫して連続的に処理することかできるので、処理速度が高く、製造コストを低減化することができる。
【００４０】
特に処理装置１では、第２の処理ユニット群を構成する８基の処理ユニットのうち、窒化チタン（ＴｉＮ）層形成用のＡＬＤユニットを、１００，１１０，１２０，および１３０の４基備えているので、ＣＶＤユニットより処理速度の遅いＡＬＤユニットの処理時間が処理時間全体の律速段階となるのを防止できる。すなわち、複数枚のウエハＷを連続処理する場合において、ＣＶＤ処理の後にＡＬＤ処理を行なう場合、ＣＶＤ処理の完了したウエハＷを２基のＡＬＤユニットに振り分けて処理することにより、長い処理時間を必要とするＡＬＤユニットが処理の律速となることを防ぐことができ、第２の処理ユニット群全体での処理時間を短縮化することができる。
【００４１】
また、成膜途中で処理装置からウエハＷを取り出す必要がないので、製造途中の膜が酸化したり劣化することがなく、高品質の膜が得られる。また、処理装置の面積効率と一連の処理速度とをそれぞれ計算して従来のものと比較すると、それぞれ面積効率で２５％、処理速度で５０％従来の処理装置を用いた場合より省スペース化、短時間化を図ることができると分かった。この結果を図７と図８のグラフに示す。
【００４２】
ここで、移載装置としての移載アーム４１（４２、４３、３１）についてさらに説明する。図９（ａ）は、移載アーム４１の構成例を示す模式的な平面図である。同図に示すように、移載アーム４１は、回転中心部材４０１と、回転中心部材４０１の中心に水平回転自在に支持されたアーム４０２、４０３と、アーム４０２、４０３の他端に水平回転自在に接続・支持されたアーム４０４、４０５と、アーム４０４、４０５の他端両者に点規制され接続されたウエハ支持部材（ウエハ保持部材）４０６とを有する。アーム４０２、４０３は、回転中心部材４０１に支持された部位（以下では、この部位を単に中心という。）を中心に必要に応じて回転駆動される。
【００４３】
なお、アーム４０２、４０３の中心より外側の端部には、もう一組のアーム（アーム４０４、４０５に相当するアーム）とウエハ支持部材（ウエハ支持部材４０６に相当するウエハ支持部材）とを、アーム４０４、４０５、ウエハ支持部材４０６と背中合わせに設けるようにしてもよい（図１においては、この場合が図示されている）。
【００４４】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態からアーム４０２、４０３が互いに図上側で近づくように回転した場合を示している。これにより、アーム４０４、４０５は、図示するように中心から突き出され、その端部のウエハ支持部材４０６が中心から放射方向に移動する。また、図９（ｃ）は、図９（ａ）の状態からアーム４０２、４０３が互いに図下側で近づくように回転した場合を示している。これにより、アーム４０４、４０５は、図示するように中心に近づき、その端部のウエハ支持部材４０６も中心に近づく。
【００４５】
以上より、アーム４０２とアーム４０３とが対称的に回転移動すると、ウエハ支持部材４０６は回転中心部材４０１の中心から放射状に直線運動することがわかる。
【００４６】
図１０（ａ）は、図９（ａ）の状態からアーム４０２、４０３が同方向（右回転方向）に回転した場合を一点鎖線で示す図である。図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の状態からアーム４０２、４０３が同方向（右回転方向）に回転した場合を一点鎖線で示す図である。図１０（ｃ）は、図９（ｃ）の状態からアーム４０２、４０３が同方向（右回転方向）に回転した場合を一点鎖線で示す図である。
【００４７】
これらから、アーム４０２とアーム４０３とが同一の方向に回転移動すると、ウエハ支持部材４０６は、回転中心部材４０１を中心に回転（すなわち旋回）することがわかる。また、図９各図および図１０各図より、この旋回と上記の放射方向の直線移動とは独立して行なうことができることがわかる。
【００４８】
なお、ウエハ支持部材４０６の平面形状は、例えば、図示するように“Ｕ”字形である。これは、処理ユニットへのウエハの出し入れの際、ウエハ載置台上に出没する上下方向可動の支持ピンとウエハ支持部材４０６との干渉を避けるためである。
【００４９】
図１１は、移載アーム同士によるウエハの受け渡し例を説明する図である。図１１において、一方の移載アームには、符号の末尾に“ａ”を付し、もう一方の移載アームには、符号の末尾に“ｂ”を付してある。
【００５０】
同図に示すように、移載アームから隣りの移載アームにウエハ４０７を受け渡す場合には、ウエハ支持部材４０６ａとウエハ支持部材４０６ｂとが接触しないように互いに相手方移載アームに対する向きを傾ける。そして、例えば受け渡される側の移載アームが上下方向に下から上に移動することにより、ウエハ４０７は、支持される移載アームが変更される。これにより、移載アーム同士が干渉することなくウエハ４０７の受け渡しを完了することができる。なお、上記のように傾けずに、ウエハ４０７の受け渡しを行おうとするとウエハ支持部材４０６ａとウエハ支持部材４０６ｂとが当然接触するが、これは、移載アームとして互いに同形でありかつそれぞれが左右対称の形状だからである。
【００５１】
また、上記では、「互いに相手方移載アームに対する向きを傾ける」と説明したが、少なくともいずれかが相手方移載アームに対する向きを少し傾けるようにすれば、移載アーム同士が干渉を避けてウエハ４０７の受け渡しを行なうことができる。
【００５２】
図１２は、移載アームと処理ユニットとの関係を説明する図である。図１１で説明したように移載アーム同士の干渉を避けてウエハ４０７の受け渡しを行なうと、必然的にウエハ４０７とウエハ支持部材４０６との支持位置関係は、非対称なものになる（図１１参照）。したがって、処理ユニットとの関係においては、非対称に支持されたウエハ４０７を不都合なく処理ユニットに出し入れすることが必要となる。特にその場合問題となるのは、処理ユニット内の載置台に出没可能に設けられる受け渡し用の支持ピンとの位置関係である。
【００５３】
図１２（ａ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ａをウエハ支持部材４０６と干渉しないように載置台４０８の中心に寄せたものである。このようにすれば、ウエハ４０７に対してウエハ支持部材４０６の支持位置が非対称であっても支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ａによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００５４】
図１２（ｂ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｂをウエハ支持部材４０６と干渉しないように載置台４０８の中心からずらせて配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６と支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｂによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００５５】
図１２（ｃ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｃをウエハ支持部材４０６と干渉しないように載置台４０８のへり近くに配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６と支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｃによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００５６】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は、それぞれ、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）と同様の考えで構成したものであって、かつ処理ユニットの位置（したがって載置台４０８Ａの位置も）を、ウエハ４０７に対するウエハ支持部材４０６の支持位置非対称分だけ移動させて構成（すなわち、処理ユニットのうち当該移載アームに最も近い位置に配置されるものの真正面に対して移載アームの旋回の中心がずれている）したものである（したがって、処理ユニットに対してアクセスする場合の移載アームの向きは、図示するように処理ユニットに対してほぼ直角になる）。このような処理ユニットの配置によれば、移載アームと処理ユニットの関係においては、ウエハ４０７に対するウエハ支持部材４０６の支持位置非対称分を考慮することなく、ウエハ４０７の出し入れができる。
【００５７】
図１４は、移載アーム同士による別のウエハの受け渡し例を説明する図である。図１４において、一方の移載アームには、符号の末尾に“ａ”を付し、もう一方の移載アームには、符号の末尾に“ｂ”を付してある。
【００５８】
同図に示すように、この形態では、移載アームの設けられるウエハ支持部材４０６Ａａ、４０６Ａｂの形状が、移載アームとしての中心線（伸縮の方向線）について非対称とされている。このような形状のウエハ支持部材４０６Ａａ、４０６Ａｂによれば、移載アームとして相手方移載アームにまっすぐ向かって近づけても、図示するように接触を避けることができる。そして、例えば受け渡される側の移載アームが上下方向に下から上に移動することにより、ウエハ４０７は、支持される移載アームが変更される。これにより、移載アーム同士が干渉することなくウエハ４０７の受け渡しを完了することができる。この形態では、隣接する移載アームは移載アームとして同形であるが、それらそれぞれが左右非対称の形状であることにより、上記のように両者の干渉を避けることができるものである。
【００５９】
なお、このようなウエハ４０７受け渡しの際の干渉を避けるためには、他に、隣接する移載アームについて異形とする方法も採り得る。例えば、一方を“Ｕ”字形のウエハ支持部材とし、他方を“Ｗ”字形のウエハ支持部材とするなどである。“Ｕ”と“Ｗ”とであれば凹凸が互い違いになるからである。
【００６０】
また、隣接する移載アームが移載アームとして異形であって、少なくともいずれかが左右非対称の形状であっても、両者の干渉を避けることは可能である。例えば、一方を左右対称の形状（例えば図９各図に示す形状）とし、他方を移載アームとしての中心線について非対称とする場合である。
【００６１】
図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１４に示した移載アームの場合について、移載アームと処理ユニットとの関係を説明する図である。図１４で説明したような移載アーム同士の干渉を避ける形状のウエハ支持部材４０６Ａの場合、やはり、処理ユニット内の載置台に出没可能に設けられる受け渡し用の支持ピンとウエハ支持部材４０６Ａとの位置関係を問題とする必要がある。これは、ウエハ支持部材４０６Ａとウエハ４０７との支持位置関係としても、図１４に示すように非対称だからである。
【００６２】
図１５（ａ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ａをウエハ支持部材４０６Ａと干渉しないように載置台４０８の中心に寄せたものである。このようにすれば、ウエハ４０７に対してウエハ支持部材４０６Ａの支持位置が非対称であっても支持ピン４０９ａとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ａによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００６３】
図１５（ｂ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｂをウエハ支持部材４０６Ａと干渉しないように載置台４０８の中心からずらせて配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６Ａと支持ピン４０９ｂとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｂによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００６４】
図１５（ｃ）は、処理ユニットの載置台４０８に設ける受け渡し用の支持ピン４０９ｃをウエハ支持部材４０６Ａと干渉しないように載置台４０８のへり近くに配置したものである。このようにしても、ウエハ支持部材４０６Ａと支持ピン４０９ｃとの干渉はなくなりかつ支持ピン４０９ｃによるウエハ４０７の上下移動も支障なく行なうことができる。
【００６５】
以上では、移載アーム同士による直接のウエハの受け渡しを説明したが、周知のように中継台（形状は台状には限られないので、その意味では被処理基体中継所）を介して間接にウエハを、移載アームから隣りの移載アームに受け渡すようにしてももちろんよい。
【００６６】
（第２の参考例）
以下、第２の参考例について説明する。図１６は処理装置２の平面図である。図１６に示すように、処理装置２では、ウエハＷを収納するキャリアカセットＣを載置する基体容器載置台１０と、その奥側に配設された第１の移載室３０と、さらに第１の移載室３０の奥側に第２の移載室５０が配設されている。
【００６７】
第１の移載室３０の周囲に配設された第１の処理ユニット群は、左右に２基配設された予備洗浄処理ユニット１６０、１７０と、これらの予備洗浄処理ユニット１６０，１７０の奥側に設けられた２基のＣＶＤユニット１８０、１９０とを有する。このうち予備洗浄処理ユニット１６０，１７０は低真空下で運転するリアクティブクリーンユニットであり、ＣＶＤユニット１８０、１９０は窒化タンタル（ＴａＮ）層を形成するＣＶＤユニットである。なお、符号３２は移載アームである。
【００６８】
一方、第２の移載室５０の周囲に配設された第２の処理ユニット群は全てスパッタリングユニットであり、手前側の２基がタンタル（Ｔａ）層を形成するためのスパッタリングユニット２００および２１０であり、奥側の２基が銅（Ｃｕ）層を形成するためのスパッタリングユニット２２０および２３０であり、これら４基のスパッタリングユニット２００，２１０，２２０および２３０は全て高真空下で運転する処理ユニットである。
【００６９】
図１７は、予備洗浄ユニット１６０の垂直断面図である。予備洗浄ユニット１６０は、リアクティブクリーンユニットであり、洗浄ガスを用いてウエハＷなどの被処理基体の表面を洗浄する装置である。
【００７０】
水素ガス（Ｈ２）、ハロゲン含有ガス（ＮＦ３）等の洗浄ガスはキャリアガスとともに、ガス供給源１６０４より処理室１６０１に導入される。そして洗浄ガスは、上部電極１６０３にて励起活性化される。これにより、サセプタ１６０２上のウエハＷなどの被処理基体の表面が化学反応を利用して洗浄される。なお、図１７ではプラズマを発生させるための上部電極１６０３を処理室１６０１内に配置しているが、処理室１６０１の外側にコイルを配置してもよいし、励起活性種を処理室の外側から導入してもよい。また、下部電極を配置することにより励起活性種を被処理体上に誘引してもよいし、被処理体上のダメージを軽減するために下部電極を配設しなくてもよい。なお、符号１６０６は、ウエハＷを出し入れするゲートバルブである。
【００７１】
図１８は、スパッタリングユニット２００を模式的に示した垂直断面図である。図１８に示すように、このスパッタリングユニット２００の処理室２００１は密閉可能な構造になっており、放電用ガスを処理室２００１内に導入して高真空状態に維持できるようになっている。
【００７２】
スパッタリング室２００１の中央底部には基板ホルダ２００２が配設されており、この上にウエハＷを載置して処理する。基板ホルダ２００２の上側にはターゲット２００３が電極２００４を介して保持されており、高真空下で電極２００４から印加された電圧により放電用ガスが励起され、この励起された正のイオンがターゲット表面に衝突し、ターゲットの原子が外部に放出し、ウエハＷ表面に堆積させることによりウエハＷ表面に所望材料の層を形成するようになっている。なお、符号２００５はウエハＷを出し入れするゲートバルブである。
【００７３】
この例では、タンタル（Ｔａ）をターゲットに用いたタンタル（Ｔａ）層形成用のスパッタリングユニット２００および２１０と、銅（Ｃｕ）をターゲットに用いた銅（Ｃｕ）層形成用のスパッタリングユニット２２０および２３０を第２の処理ユニットとして搭載している。
【００７４】
次に、処理装置２を用いて半導体装置を製造する際の工程について説明する。図１９は、処理装置２を用いて半導体装置を製造するときのフローチャートであり、図２０は、製造途中の半導体装置の状態を示した垂直断面図である。
【００７５】
まず、基体容器載置台１０の上に未処理ウエハＷを複数枚収納したキャリアカセットＣをセットして処理装置２を起動すると、サブアーム２１がキャリアカセットＣ内にアクセスして未処理のウエハＷを取り出し、第１のロードロック室２０内に載置して載置台側のゲートバルブ（図示省略）を閉じる。次いで第１のロードロック室２０内の気圧を第１の移載室３０とほぼ同じ気圧にまで低下させ、第１のロードロック室２０の移載室側のゲートバルブを開ける。
【００７６】
この第１のロードロック室２０内に第１の移載アーム３１がアクセスして第１のロードロック室２０内のウエハＷを取り出し、予備洗浄ユニット（リアクティブクリーンユニット）１６０内に搬入する。予備洗浄前のウエハＷは図２０（ａ）に示したように、銅（Ｃｕ）製の下地配線層１１Ａ上面に絶縁層１２Ａ、例えばＳｉＯ２層が所定のパターン状に形成されており、この絶縁層１２Ａが形成されたウエハＷ全面が自然酸化膜１３Ａで覆われている。
【００７７】
予備洗浄ユニット１６０のゲートバルブ１６０６を閉じて密閉し、所定の圧力、温度状態に到達したら洗浄ガスを供給する。高周波電源等により励起活性された洗浄ガスは、ウエハＷ表面の自然酸化膜１３Ａと化学反応することにより、図２０（ｂ）に示すように、ウエハＷ全面を覆っていた自然酸化膜１３Ａが除去される（ステップ１）。なお、スパッタエッチの場合には、一定の圧力、温度条件下に維持されることにより予備洗浄ユニット１６０内の処理ガスがサセプタ上のウエハＷ表面に衝突してウエハＷ表面を洗浄する。このとき、処理ガス分子がウエハＷ表面に衝突し、図２０（ｂ）に示すように、ウエハＷ全面を覆っていた自然酸化膜１３Ａが除去される。
【００７８】
次に予備洗浄ユニット１６０内への洗浄ガスの供給を停止し、予備洗浄ユニット１６０のゲートバルブ１６０６を開けて第１の移載アーム３１をアクセスさせ、予備洗浄の終了したウエハＷを取り出し、さらに奧側に配設された第１の移載アーム３２に引渡す。このとき、第１の移載アーム３１から３２へ直接引き渡してもよく、第１の移載室３０内に配設された一または二以上の移載部（中継台）を経由して引き渡してもよい。
【００７９】
しかる後に予備洗浄ユニット１６０の奥側に隣設されたＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニット１８０内に第１の移載アーム３２を進入させてサセプタ上にウエハＷを載置する。ＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニットのゲートバルブを閉じて所定の条件下に処理ガスを供給し、ウエハＷ表面に所望の材料層、本実施形態では窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａを形成する（ステップ２）。この工程で図２０（ｃ）に示したようにウエハＷ表面に窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａが形成される。
【００８０】
次いでＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニットのゲートバルブを開け、ＣＶＤユニットまたはＡＬＤユニット１８０内に第１の移載アーム３２がアクセスして窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａの形成が完了したウエハＷを取り出し、第２のロードロック室４０の第1の搬送室側のゲートバルブ（図示省略）を開けて、この中にウエハＷを載置する。この状態で第２のロードロック室４０の第1の搬送室側のゲートバルブを全て閉じて密閉し、第２のロードロック室４０内の気圧を第２の移載室５０と同程度まで低下させる。
【００８１】
次いで第２のロードロック室４０の第２の移載室側のゲートバルブを開けて第２の移載アーム４１をアクセスさせて第２のロードロック室４０からウエハＷを取り出し、タンタル（Ｔａ）層形成用のスパッタリングユニット２００内に搬入する。この状態でスパッタリングユニット２００のゲートバルブ２００５を閉じて密閉し、所定の温度、圧力条件下でウエハＷにタンタル（Ｔａ）層１５Ａを形成する（ステップ３）。このときウエハＷ表面では、窒化タンタル（ＴａＮ）層１４Ａの表面にタンタル（Ｔａ）層１５Ａが形成され（図２０（ｄ））、次に形成する配線層である銅（Ｃｕ）層のシード層１６Ａの密着性と濡れ性とが改善される。
【００８２】
所定のタンタル（Ｔａ）層１５Ａの形成が完了したら、処理ガスの供給と電圧の印加とを停止し、スパッタリングユニット２００のゲートバルブ２００５を開けてスパッタリングユニット２００内に第２の移載アーム４１をアクセスさせてウエハＷを取り出し、さらに奥側に配設された銅（Ｃｕ）層形成用のスパッタリングユニット２２０内に搬入する。
【００８３】
ここでも前記スパッタリングユニット２００と同様に所定条件下で処理ガスの供給と電圧の印加とをすることにより、ウエハＷ最上層のタンタル（Ｔａ）層１５Ａ上に銅を堆積させて、図２０（ｅ）に示すように、ウエハＷ表面にシード層としての銅（Ｃｕ）層１６Ａを形成する（ステップ４）。こうして自然酸化膜１３Ａの除去から銅（Ｃｕ）層１６Ａの形成工程まで完了したら、第２の移載アーム４１、第２のロードロック室４０、第１の移載室３０、第１の移載アーム３２および３１第１のロードロック室２０を経て再びキャリアカセットＣ内に収容する。
【００８４】
このように、本実施形態に係る処理装置２では、処理時の気圧の異なる処理ユニット群をロードロック室を介して連結したので、低真空下で行なう成膜処理から高真空下で行なう成膜処理まで処理装置２からウエハＷを一度も取り出すことなく、首尾一貫して連続的に処理することができる。したがって、処理速度が高く、製造コストを低減化することができる。
【００８５】
また、成膜途中で処理装置２からウエハＷを取り出す必要がないので、製造途中の膜が酸化したり、劣化することがなく、高品質の膜が得られる。
【００８６】
（第３の参考例）
図２１は処理装置３の概略を示した平面図である。処理装置３では、前記第１の処理装置１で予備洗浄ユニット６０および７０として用いた超臨界洗浄ユニットの代わりに、処理ガスで洗浄する、リアクティブイオンエッチユニット６１、７１を使用する。これらのリアクティブイオンエッチユニット６１、７１は、後段処理で用いるＣＶＤユニット８０，９０，１４０，１５０やＡＬＤユニット１００，１１０，１２０，１３０と同じ移載室３０Ａの周囲に配設する。なお、符号３３、３４、３５、３６は移載アームである。
【００８７】
リアクティブイオンエッチユニット６１、７１は減圧下で使用するのでこのようなユニットのレイアウトが可能となる。このように処理装置３では、一つの移載室３０Ａの回りに多数の処理ユニットを配設したので、より面積効率の高い処理装置を得ることができる。
【００８８】
（第４の参考例）
図２２は処理装置４の概略を示した平面図である。処理装置４では、これまで述べた処理ユニットを組み合わせることにより、図２３に示すフローチャートの処理を連続で行える構成となっている。図２４（ａ）〜（ｆ）および図２５（ａ）、（ｂ）は処理過程のウエハＷの垂直断面図である。
【００８９】
処理装置４で処理を行うと、最初に未処理のウエハＷが予備洗浄ユニット２４０内に搬入される。この段階ではウエハＷの表面には図２４（ａ）に示したように、下地１１Ｂ上に自然酸化膜１３Ｂが形成されている。予備洗浄ユニット２４０内で予備洗浄処理を行うと（ステップ１）、ウエハＷ表面の自然酸化膜１３Ｂが除去されて図２４（ｂ）のような状態になる。
【００９０】
次いでウエハＷをアニ−ル処理ユニット２５０内に移し替え、ここで予備洗浄後の熱処理であるアニ−ル処理を行う（ステップ２）。この熱処理工程では、フッ素系物質などの残留物１９Ｂが除去される（（ｃ））。次いでアニ−ル処理後のウエハＷを界面酸化膜形成ユニット２６０内に移し替え、この界面酸化膜形成ユニット２６０内でシリコン酸化膜１４Ｂを形成する（ステップ３、図２４（ｄ））。ここで形成する界面酸化膜１４ＢはウエハＷ界面の電気特性を向上させるためのものである。
【００９１】
次いで界面酸化膜１４Ｂ形成後のウエハＷを窒化膜形成ユニット２７０に移し替え、この窒化膜形成ユニット２７０内で界面酸化膜１４Ｂの表面を窒化して窒化膜１５Ｂを形成する（ステップ４、図２４（ｅ））。窒化膜１５Ｂは、上下層とのバリア層である。次いで、窒化膜１５Ｂを形成したウエハＷをゲート絶縁膜形成ユニット２８０内に移し替える。
【００９２】
このゲート絶縁膜形成ユニット２８０としては、アルミナ層形成ユニット、ジルコニウムオキサイド層形成ユニット、ジルコニウムシリケイト層形成ユニット、ハフニウムオキサイド層形成ユニット、ハフニウムシリケイト層形成ユニット、イットリウムオキサイド層形成ユニット、イットリウムシリケイト層形成ユニット、ランタンオキサイド層形成ユニット、および、ランタンシリケイト層形成ユニットのいずれかが挙げられる。このゲート絶縁膜形成ユニットでウエハＷ表面の窒化膜１５Ｂの上にゲート絶縁膜１６Ｂを形成する（ステップ５、図２４（ｆ））。
【００９３】
ゲート絶縁膜１６Ｂの形成が完了したら、ウエハＷをゲート絶縁膜形成ユニットからアニール処理ユニット２９０内に移し替え、この中でゲート絶縁膜１６Ｂの熱処理を行う（ステップ６）。このゲート絶縁膜１６Ｂの熱処理工程でゲート絶縁膜１６Ｂの改質が行なわれる。
【００９４】
ゲート絶縁膜１６Ｂの熱処理が完了したら、処理後のウエハＷをアニ−ル処理ユニット２９０からゲート電極バリア膜形成ユニット４００に移し替える。ここで形成されるゲート電極バリア膜は、ゲート絶縁膜１６Ｂと次に形成するゲート電極のバリア用である。バリア膜形成ユニット４００としては、具体的には、マンガン膜形成ユニット、ニオブ層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニット、モリブデン層形成ユニット、ジルコニウム層形成ユニット、バナジウム層形成ユニット、コバルト層形成ユニット、レニウム層形成ユニット、イリジウム層形成ユニット、白金層形成ユニット、および、ルテニウムオキサイド層形成ユニットのいずれかが挙げられる。このバリア膜形成ユニット４００内でゲート電極バリア膜１７Ｂの形成を行う（ステップ７、図２５（ａ））。
【００９５】
ゲート電極バリア膜１７Ｂの形成が完了したら、処理後のウエハＷをゲート電極形成ユニット４１０内に移し替え、ここでゲート電極１８Ｂの形成を行う（ステップ８、図２５（ｂ））。このゲート電極形成ユニット４１０は、ゲート電極の成膜を行うユニットであり、具体的には、タングステン層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニットのいずれかを挙げることができる。上記一連の工程が完了したら、処理後のウエハＷを処理装置４から搬出する。
【００９６】
処理装置４では、上述のように８工程もの処理を連続して大気にさらすことなく処理できるので製造途中の膜が酸化したり、劣化することがなく、高品質の膜が得られる。さらに、一つの移載室の回りに多数の処理ユニットを配設したので、より面積効率の高い処理装置を得ることができる。
【００９７】
（実施形態）
図２６は本発明の実施形態に係る処理装置５の概略構成を示した図であり、図２６（ａ）は平面図を、図２６（ｂ）は側面図をそれぞれ表わす。本実施形態に係る処理装置５では、前記の処理装置４では移載室５０の周囲に配設した処理ユニット群を、上下二段に分けて配設する。すなわち、移載室５０を垂直方向に伸ばし、これに伴い移載アーム３３を、回転、伸縮に加えて垂直方向にもやや大きく昇降可能な構造とする。
【００９８】
移載室５０の下段側周囲には、予備洗浄ユニット２４０、アニール処理ユニット２５０および界面酸化膜形成ユニット２６０の三基のユニットを配設し、移載室５０の上段側には窒化膜形成ユニット２７０、ゲート絶縁膜形成ユニット２８０、アニール処理ユニット２９０、ゲート電極バリア膜形成ユニット４００、ゲート電極形成ユニット４１０の五基のユニットを配設する。
【００９９】
さらに、下段側の各ユニットと上段側のユニットとは干渉しないように、下段で隣接する二基のユニットの間の位置に上段側のユニットが位置するようなレイアウトにする。このようなレイアウトにすることにより、下段側の各ユニットの保守点検などの作業がし易いという利点が得られる。
【０１００】
このように本実施形態に係る処理装置５では、一つの移載室５０の回りに多数の処理ユニットを二段に分けて配設したので、より面積効率の高い処理装置を得ることができる。また、それぞれの処理ユニットで比較的高さの低いユニット、例えばＡＬＤユニットを下段に配置することで、移載アーム３３の昇降範囲を最小化することもでき、さらに、ユニットの上面からのメンテナンスが不要となる構造にすることにより、上下段のユニットを重ねて配置することも可能になる。
【０１０１】
なお、上記では、具体的に半導体装置の製造工程として、フローチャートで三例示した。本処理装置は、上記で述べた処理ユニット以外の、例えば、エッチングユニット、アッシングユニット、イオン注入ユニット、熱処理ユニット、洗浄ユニット、塗布現像ユニット等を用いることにより、他の工程にも適用できる。さらに、本発明の処理装置は、半導体以外の例えばＬＣＤ装置の製造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第１の参考例に係る処理装置の平面図。
【図２】第１の参考例に係る処理装置の予備洗浄ユニットの垂直断面図。
【図３】第１の参考例に係る処理装置のＣＶＤユニットの垂直断面図。
【図４】第１の参考例に係る処理装置のＡＬＤユニットの垂直断面図。
【図５】第１の参考例に係る処理装置で半導体装置を製造するときのフローチャート。
【図６】第１の参考例に係る処理装置による半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図７】第１の参考例に係る処理装置の面積効率を従来型の装置と比較したグラフ。
【図８】第１の参考例に係る処理装置の処理速度を従来型の装置と比較したグラフ。
【図９】第１の参考例に係る処理装置に適用可能な移載アームの構成および伸縮動作を模式的に示す図。
【図１０】図９に示した移載アームの旋回動作を模式的に示す図。
【図１１】図９、図１０に示した移載アーム２台による被処理基体の受け渡しを説明する図。
【図１２】図９、図１０に示した移載アームによる処理ユニットへの被処理基体の搬入・搬出動作を説明する図。
【図１３】図９、図１０に示した移載アームによる処理ユニットへの被処理基体の別の搬入・搬出動作を説明する図。
【図１４】図９、図１０に示した移載アームとは異なる移載アーム２台による被処理基体の受け渡しを説明する図。
【図１５】図１４に示した移載アームによる処理ユニットへの被処理基体の搬入・搬出動作を説明する図。
【図１６】第２の実施形態に係る処理装置の平面図。
【図１７】第２の参考例に係る処理装置のリアクティブクリーンユニットの垂直断面図。
【図１８】第２の参考例に係る処理装置のスパッタリングユニットの垂直断面図。
【図１９】第２の参考例に係る処理装置で半導体装置を製造するときのフローチャート。
【図２０】第２の参考例に係る処理装置による半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図２１】第３の参考例に係る処理装置の平面図。
【図２２】第４の参考例に係る処理装置の平面図。
【図２３】第４の参考例に係る処理装置を運転したときのプロセスフロー図。
【図２４】第４の参考例に係る処理装置により製造される半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図２５】図２４の続図であって、第４の参考例に係る処理装置により製造される半導体装置の製造プロセスを示す垂直断面図。
【図２６】本発明の実施形態に係る処理装置の構成を示す図。
【図２７】従来型の６チャンバ型処理装置の平面図。
【符号の説明】
【０１０３】
１…処理装置 ２…処理装置 ３…処理装置 ４…処理装置 ５…処理装置６…処理装置 １０…基体容器載置台 １１…下地 １１ａ…下地表面 １１Ａ…下地配線層 １１Ｂ…下地 １２…絶縁層 １２ａ…開口部 １２Ａ…絶縁層１３…自然酸化膜 １３Ａ…自然酸化膜 １３Ｂ…自然酸化膜 １４…チタン層 １４Ａ…窒化タンタル層 １４Ｂ…シリコン酸化膜 １５…窒化チタン層１５Ａ…タンタル層 １５Ｂ…窒化膜 １６…タングステン層 １６Ａ…シード層 １６Ｂ…ゲート絶縁膜 １７Ｂ…ゲート電極バリア膜 １８Ｂ…ゲート電極１９Ｂ…残留物 ２０…ロードロック室 ２１…サブアーム ３０…移載室３０Ａ…移載室 ３１、３２、３３、３４、３５、３６…移載アーム ４０…ロードロック室 ４１、４２、４３…移載アーム ５０…移載室 ６０…予備洗浄ユニット ６１…リアクティブイオンエッチユニット ３１ａ、３１ｂ…ウエハ保持部材 ８０、９０…ＣＶＤユニット １００、１１０、１２０、１３０…ＡＬＤユニット １４０、１５０…ＣＶＤユニット １６０、１７０…予備洗浄ユニット １８０、１９０…ＣＶＤユニット ２００、２１０…スパッタリングユニット ２２０、２３０…スパッタリングユニット ２４０…予備洗浄ユニット２５０…アニール処理ユニット ２６０…界面酸化膜形成ユニット ２７０…窒化膜形成ユニット ２８０…ゲート絶縁膜形成ユニット ２９０…アニール処理ユニット ４００…ゲート電極バリア膜形成ユニット ４０１…回転中心部材４０２、４０３、４０４、４０５…アーム ４０６、４０６ａ、４０６ｂ…ウエハ支持部材 ４０６Ａ、４０６Ａａ、４０６Ａｂ…ウエハ支持部材 ４０７…ウエハ ４０８、４０８Ａ…載置台 ４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃ…支持ピン４１０…ゲート電極形成ユニット ６０１…処理室 ６０１ａ…開口部 ６０２…サセプタ ６０３…導入部 ６０４…二酸化炭素源 ６０５…ゲートバルブ６０６…排気口 ６０７…コンプレッサ ６０８…熱交換器 ８０１…処理室８０１ａ…開口部 ８０２…ガス導入管 ８０２ａ…ガス出口 ８０３…ガス供給源 ８０４…ガス排気管 ８０５…サセプタ ８０６…ゲートバルブ ８０７…シャワーヘッド １００６…ゲートバルブ １６０１…処理室 １６０２…サセプタ １６０３…上部電極 １６０４…ガス供給源 １６０６…ゲートバルブ ２００１…スパッタリング室 ２００２…基板ホルダ ２００３…ターゲット ２００４…電極 ２００５…ゲートバルブ Ｃ…キャリアカセット Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８、Ｕ９、Ｕ１０、Ｕ１１、Ｕ１２…処理ユニット Ｗ…ウエハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被処理基体を収容する基体容器を載置する基体容器載置台と、
前記基体容器載置台に隣設され、内部を所定の気圧に維持し得る移載室と、
前記移載室の周囲に配設され、被処理基体を処理する処理ユニットと、
前記移載室内に配設され、被処理基体を移載する移載アームとを具備し、
前記処理ユニットの少なくとも一つが他の前記処理ユニットに対して上下方向に配設されていることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、
窒化チタン層形成ユニット、窒化タンタル層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、チタン層形成ユニットと、タングステン層形成ユニットとを各二基以上と、
一または二以上の予備洗浄処理ユニット
であることを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、
窒化タンタル層形成ユニット、窒化チタン層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、タンタル層形成ユニットと、銅層形成ユニットとを各二基以上と、
一または二以上の予備洗浄処理ユニット
であることを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、
予備洗浄処理ユニット、アルミナ層形成ユニット、ジルコニウムオキサイド層形成ユニット、ジルコニウムシリケイト層形成ユニット、ハフニウムオキサイド層形成ユニット、ハフニウムシリケイト層形成ユニット、イットリウムオキサイド層形成ユニット、イットリウムシリケイト層形成ユニット、ランタンオキサイド層形成ユニット、ランタンシリケイト層形成ユニット、酸化膜形成ユニット、窒化膜形成ユニット、マンガン膜形成ユニット、ニオブ層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニット、モリブデン層形成ユニット、ジルコニウム層形成ユニット、バナジウム層形成ユニット、コバルト層形成ユニット、レニウム層形成ユニット、イリジウム層形成ユニット、白金層形成ユニット、ルテニウムオキサイド層形成ユニット、アニール処理ユニット、タングステン層形成ユニットからなる群から選択される処理ユニットであることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の処理装置であって、
前記移載アームが垂直方向に昇降可能とされていることを特徴とする処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、下段と上段の２段に設けられ、下段で隣接する二基の処理ユニットの間の位置に上段側の処理ユニットが設けられていることを特徴とする処理装置。
【請求項１】
複数の被処理基体を収容する基体容器を載置する基体容器載置台と、
前記基体容器載置台に隣設され、内部を所定の気圧に維持し得る移載室と、
前記移載室の周囲に配設され、被処理基体を処理する処理ユニットと、
前記移載室内に配設され、被処理基体を移載する移載アームとを具備し、
前記処理ユニットの少なくとも一つが他の前記処理ユニットに対して上下方向に配設されていることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、
窒化チタン層形成ユニット、窒化タンタル層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、チタン層形成ユニットと、タングステン層形成ユニットとを各二基以上と、
一または二以上の予備洗浄処理ユニット
であることを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、
窒化タンタル層形成ユニット、窒化チタン層形成ユニット、および窒化タングステン層形成ユニットからなる群から選択される一の処理ユニットと、タンタル層形成ユニットと、銅層形成ユニットとを各二基以上と、
一または二以上の予備洗浄処理ユニット
であることを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、
予備洗浄処理ユニット、アルミナ層形成ユニット、ジルコニウムオキサイド層形成ユニット、ジルコニウムシリケイト層形成ユニット、ハフニウムオキサイド層形成ユニット、ハフニウムシリケイト層形成ユニット、イットリウムオキサイド層形成ユニット、イットリウムシリケイト層形成ユニット、ランタンオキサイド層形成ユニット、ランタンシリケイト層形成ユニット、酸化膜形成ユニット、窒化膜形成ユニット、マンガン膜形成ユニット、ニオブ層形成ユニット、アルミニウム層形成ユニット、モリブデン層形成ユニット、ジルコニウム層形成ユニット、バナジウム層形成ユニット、コバルト層形成ユニット、レニウム層形成ユニット、イリジウム層形成ユニット、白金層形成ユニット、ルテニウムオキサイド層形成ユニット、アニール処理ユニット、タングステン層形成ユニットからなる群から選択される処理ユニットであることを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の処理装置であって、
前記移載アームが垂直方向に昇降可能とされていることを特徴とする処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の処理装置であって、
前記処理ユニットが、下段と上段の２段に設けられ、下段で隣接する二基の処理ユニットの間の位置に上段側の処理ユニットが設けられていることを特徴とする処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００８−３４８５８（Ｐ２００８−３４８５８Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０３７３２（Ｐ２００７−２０３７３２）
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【分割の表示】特願２００２−１４６１８７（Ｐ２００２−１４６１８７）の分割
【原出願日】平成１４年５月２１日（２００２．５．２１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【分割の表示】特願２００２−１４６１８７（Ｐ２００２−１４６１８７）の分割
【原出願日】平成１４年５月２１日（２００２．５．２１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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