(57)【要約】【課題】高価な原料ガスの使用効率を向上させてランニングコストを低減させることができるのみならず、生産性を向上させることが可能な処理システムを提供する。【解決手段】原料ガスを用いて被処理体Ｗに対して同じ膜種の薄膜の成膜処理を施す複数の成膜装置４〜１０と、各成膜装置の処理容器４Ａ〜１０Ａのガス入口４Ｆ〜１０Ｆとガス排気口４Ｄ〜１０Ｄとを直列に接続するガス流路５８と、複数の成膜装置の内の最上流に位置する成膜装置のガス入口に接続されるガス流路に設けた原料ガス供給機構３８と、複数の成膜装置の内の最下流に位置する成膜装置のガス排気口に接続されるガス流路に設けた真空ポンプ６６とを備える。これにより、高価な原料ガスの使用効率を向上させてランニングコストを低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを用いて被処理体に対して同じ膜種の薄膜の成膜処理を施す複数の成膜装置と、
前記各成膜装置の処理容器のガス入口とガス排気口とを直列に接続するガス流路と、
前記複数の成膜装置の内の最上流に位置する成膜装置のガス入口に接続される前記ガス流路に設けた原料ガス供給機構と、
前記複数の成膜装置の内の最下流に位置する成膜装置のガス排気口に接続される前記ガス流路に設けた真空ポンプと、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項２】
前記各成膜装置におけるガス入口に接続される前記ガス流路とガス排気口に接続される前記ガス流路との間には、途中にバイパス用開閉弁を介設したバイパス流路が接続して設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理システム。
【請求項３】
前記各成膜装置におけるガス入口に接続される前記ガス流路の直ぐ上流側には上流側開閉弁が介設され、ガス排気口に接続される前記ガス流路の直ぐ下流側には下流側開閉弁が介設されていることを特徴とする請求項２記載の処理システム。
【請求項４】
前記各バイパス流路は、前記各成膜装置における前記上流側開閉弁よりも上流側の前記ガス流路と、前記下流側開閉弁よりも下流側の前記ガス流路とを接続するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の処理システム。
【請求項５】
前記ガス排気口に接続される前記各ガス流路の下流側開閉弁よりも上流側からは、途中にメンテナンス排気用開閉弁が介設されたメンテナンス排気用分岐流路が分岐させて設けられると共に、前記各メンテナンス排気用分岐流路は合流されてメンテナンス用真空ポンプが介設されていることを特徴とする請求項４記載の処理システム。
【請求項６】
前記原料ガスは、キャリアガスと共に流されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項７】
前記キャリアガスは、希ガス或いは前記原料ガスの原料の熱分解によって発生するガス成分と同じガスを用いることを特徴とする請求項６記載の処理システム。
【請求項８】
前記原料ガスの原料としては、熱分解反応によって金属膜よりなる前記薄膜を形成する原料が用いられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項９】
前記原料は、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、Ｎｉ（ＣＯ）６ 、Ｃｏ２ （ＣＯ）８ 、Ｒｈ４ （ＣＯ）１２、Ｒｅ２ （ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６ 、Ｏｓ３ （ＣＯ）１２及び酢酸銅［Ｃｕ（ＣＨ３ ＣＯＯ）２ ］よりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項８記載の処理システム。
【請求項１０】
前記各成膜装置は、気密に開閉可能になされたゲートバルブを介して共通搬送室に共通に接続されていると共に、前記共通搬送室内には前記被処理体を搬送するために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構が設けられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項１１】
複数の成膜装置を用いて被処理体に対して薄膜の成膜処理を施す成膜方法において、
前記成膜処理に用いる原料ガスを前記複数の成膜装置内に順次直列的に流して同じ膜種の前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法。
【請求項１２】
前記原料ガスは、キャリアガスと共に流されることを特徴とする請求項１１記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記キャリアガスは、希ガス或いは前記原料ガスの原料の熱分解によって発生するガス成分と同じガスを用いることを特徴とする請求項１２記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記原料ガスの原料としては、熱分解反応によって金属膜よりなる前記薄膜を形成する原料が用いられることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１５】
前記原料は、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、Ｎｉ（ＣＯ）６ 、Ｃｏ２ （ＣＯ）８ 、Ｒｈ４ （ＣＯ）１２、Ｒｅ２ （ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６ 、Ｏｓ３ （ＣＯ）１２及び酢酸銅［Ｃｕ（ＣＨ３ ＣＯＯ）２ ］よりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項１４記載の成膜方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の処理システムを用いて被処理体に対して薄膜の成膜処理を施すに際して、
請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように前記処理システムを制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に、例えばルテニウムカルボニル等の蒸気圧の低い原料ガスを用いて薄膜を形成するための成膜方法及び処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や、トレンチ、ホールなどの凹部内への埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅を用いる傾向にある（特許文献１）。そして、この配線材料や埋め込み材料として銅を用いる場合には、その下層への銅の拡散バリヤ性等を考慮して、一般的にはタンタル金属（Ｔａ）やタンタル窒化膜（ＴａＮ）等がバリヤ層として用いられる。
【０００３】
そして、上記凹部内を銅で埋め込むには、まずプラズマスパッタ装置内にて、この凹部内の壁面全体を含むウエハ表面全面に銅膜よりなる薄いシード膜を形成し、次にウエハ表面全体に銅メッキ処理を施すことにより、凹部内を完全に埋め込むようになっている。その後、ウエハ表面の余分な銅薄膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理等により研磨処理して取り除くようになっている。
【０００４】
ところで、最近にあっては、上記バリヤ層の更なる信頼性の向上を目標として種々の開発がなされており、例えば上記Ｔａ膜やＴａＮ膜に代えてＲｕ膜等を用いたバリヤ層が提案されている（特許文献２）。このＲｕ膜を形成するためには、例えばルテニウムカルボニル［Ｒｕ３ （ＣＯ）１２］等を原料として用い、これをガス化して発生した原料ガスをＡｒ等の希ガスやＣＯ（一酸化炭素）等のキャリアガスと共に成膜装置内へ搬送し、この成膜装置内で上記原料を熱分解することによって半導体ウエハの表面にＲｕ膜よりなる金属の薄膜を形成するようになっている。
【０００５】
ここで上記ルテニウムカルボニルは蒸気圧が非常に低くて、且つ熱分解し易いので、原料ガスの発生に際しては、原料の加熱温度はそれ程高く上げられず、しかも、可逆的に熱分解するルテニウムカルボニルの熱分解反応を抑制して膜厚のコントロールを行い易くするためにキャリアガスとして特にＣＯガスを用いることが行われている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０７７４７号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述したように半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化により、線幅やホール径が更に小さくなって、最近にあっては線幅が９０ｎｍ、６５ｎｍから４５ｎｍ、３２ｎｍ或いは２２ｎｍといったより小さなサイズにも対応することが求められている。このような微細なサイズの溝やホールの内面にボイド等を発生させることなく上記Ｒｕ膜等の薄膜を形成するためには、成膜レートを非常に小さくして且つ制御性良く薄膜を形成しなければならない。
【０００８】
このため、上述のように成膜時に成膜レートの制御性を高く維持する必要から成膜に寄与しないで未反応のまま排気系に流れる原料ガスが非常に多くなって、例えば原料ガスの９０％程度が未反応のまま排出されてしまい、高価な原料ガスが無駄に廃棄されてランニングコストの高騰を招いてしまう、といった問題があった。
【０００９】
この場合、排気系に上記原料ガスを回収するトラップ装置を設けて回収することも考えられるが、この場合には回収した原料を精製する必要が生じ、別途に精製コストが発生してしまう、といった問題もあり、実際的ではない。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、高価な原料ガスの使用効率を向上させてランニングコストを低減させることができるのみならず、生産性を向上させることが可能な処理システム及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、原料ガスを用いて被処理体に対して同じ膜種の薄膜の成膜処理を施す複数の成膜装置と、前記各成膜装置の処理容器のガス入口とガス排気口とを直列に接続するガス流路と、前記複数の成膜装置の内の最上流に位置する成膜装置のガス入口に接続される前記ガス流路に設けた原料ガス供給機構と、前記複数の成膜装置の内の最下流に位置する成膜装置のガス排気口に接続される前記ガス流路に設けた真空ポンプと、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【００１２】
このように、原料ガスを用いて被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、同じ種類の薄膜の成膜処理を施す複数の成膜装置をガス流路により直列に接続し、原料ガスを各成膜装置に対して順次直列的に流して各成膜装置にて成膜処理を行うようにしたので、高価な原料ガスの使用効率を向上させてランニングコストを低減させることができるのみならず、生産性を向上させることができる。また設けるべき真空ポンプの数も少なくて済むので、設備コストも低減させることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各成膜装置におけるガス入口に接続される前記ガス流路とガス排気口に接続される前記ガス流路との間には、途中にバイパス用開閉弁を介設したバイパス流路が接続して設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記各成膜装置におけるガス入口に接続される前記ガス流路の直ぐ上流側には上流側開閉弁が介設され、ガス排気口に接続される前記ガス流路の直ぐ下流側には下流側開閉弁が介設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記各バイパス流路は、前記各成膜装置における前記上流側開閉弁よりも上流側の前記ガス流路と、前記下流側開閉弁よりも下流側の前記ガス流路とを接続するように構成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記ガス排気口に接続される前記各ガス流路の下流側開閉弁よりも上流側からは、途中にメンテナンス排気用開閉弁が介設されたメンテナンス排気用分岐流路が分岐させて設けられると共に、前記各メンテナンス排気用分岐流路は合流されてメンテナンス用真空ポンプが介設されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記原料ガスは、キャリアガスと共に流されることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記キャリアガスは、希ガス或いは前記原料ガスの原料の熱分解によって発生するガス成分と同じガスを用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発明において、前記原料ガスの原料としては、熱分解反応によって金属膜よりなる前記薄膜を形成する原料が用いられることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記原料は、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、Ｎｉ（ＣＯ）６ 、Ｃｏ２ （ＣＯ）８ 、Ｒｈ４ （ＣＯ）１２、Ｒｅ２ （ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６ 、Ｏｓ３ （ＣＯ）１２及び酢酸銅［Ｃｕ（ＣＨ３ ＣＯＯ）２ ］よりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発明において、前記各成膜装置は、気密に開閉可能になされたゲートバルブを介して共通搬送室に共通に接続されていると共に、前記共通搬送室内には前記被処理体を搬送するために屈伸及び旋回可能になされた搬送機構が設けられることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、複数の成膜装置を用いて被処理体に対して薄膜の成膜処理を施す成膜方法において、前記成膜処理に用いる原料ガスを前記複数の成膜装置内に順次直列的に流して同じ膜種の前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法である。
請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記原料ガスは、キャリアガスと共に流されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、前記キャリアガスは、希ガス或いは前記原料ガスの原料の熱分解によって発生するガス成分と同じガスを用いることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の発明において、前記原料ガスの原料としては、熱分解反応によって金属膜よりなる前記薄膜を形成する原料が用いられることを特徴とする。
【００２１】
請求項１５の発明は、請求項１４の発明において、前記原料は、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、Ｎｉ（ＣＯ）６ 、Ｃｏ２ （ＣＯ）８ 、Ｒｈ４ （ＣＯ）１２、Ｒｅ２ （ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６ 、Ｏｓ３ （ＣＯ）１２及び酢酸銅［Ｃｕ（ＣＨ３ ＣＯＯ）２ ］よりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る成膜方法及び処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
原料ガスを用いて被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、同じ種類の薄膜の成膜処理を施す複数の成膜装置をガス流路により直列に接続し、原料ガスを各成膜装置に対して順次直列的に流して各成膜装置にて成膜処理を行うようにしたので、高価な原料ガスの使用効率を向上させてランニングコストを低減させることができるのみならず、生産性を向上させることができる。また設けるべき真空ポンプの数も少なくて済むので、設備コストも低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る成膜方法と処理システムの一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
＜処理システム＞
まず、本発明の成膜方法を実施するための処理システムについて説明する。図１は本発明の処理システムの第１実施形態を示す概略構成図、図２は本発明の処理システムの第１実施形態における各成膜装置のガス流路による連結状態を説明するための模式図、図３は成膜装置の一例を示す断面構成図である。ここでは原料としてルテニウムカルボニル［Ｒｕ３ （ＣＯ）１２］を用いてＲｕ膜よりなる薄膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００２４】
まず第１実施形態について説明すると、図１に示すように、この処理システム２は、複数、例えば４つの成膜装置４、６、８、１０と、略六角形状の共通搬送室１４と、ロードロック機能を有する第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂと、細長い導入側搬送室１８とを主に有している。
【００２５】
ここでは、上記４つの成膜装置４〜１０は全て同じ構成になされており、原料ガスを用いて被処理体である半導体ウエハに対して同じ膜種、すなわちＲｕ膜の薄膜を形成するようになっている。この成膜装置の構成は後述する。
【００２６】
具体的には、略六角形状の上記共通搬送室１４の４辺に上記各成膜装置４〜１０が接合され、他側の２つの辺に、上記第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ接合される。そして、この第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂに、上記導入側搬送室１８が共通に接続される。
【００２７】
上記共通搬送室１４と上記４つの各成膜装置４〜１０との間及び上記共通搬送室１４と上記第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂとの間は、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在して接合されて、クラスタツール化されており、必要に応じて共通搬送室１４内と連通可能になされている。ここで、この共通搬送室１４内は真空引きされている。また、上記第１及び第２各ロードロック室１６Ａ、１６Ｂと上記導入側搬送室１８との間にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在されている。この第１及び第２のロードロック室１６Ａ、１６Ｂは真空引き、及び大気圧復帰がウエハの搬出入に伴って繰り返される。
【００２８】
そして、この共通搬送室１４内においては、上記２つの各ロードロック室１６Ａ、１６Ｂ及び４つの各成膜装置４〜１０にアクセスできる位置に、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりなる搬送機構２０が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる２つのピック２０Ａ、２０Ｂを有しており、一度に２枚のウエハを取り扱うことができるようになっている。尚、上記搬送機構２０として１つのみのピックを有しているものも用いることができる。
【００２９】
上記導入側搬送室１８は、横長の箱体により形成されており、この横長の一側には、被処理体である半導体ウエハを導入するための１つ乃至複数の、図示例では３つの搬入口が設けられ、各搬入口には、開閉可能になされた開閉ドア２２が設けられる。そして、この各搬入口に対応させて、導入ポート２４がそれぞれ設けられ、ここにそれぞれ１つずつカセット容器２６を載置できるようになっている。各カセット容器２６には、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを等ピッチで多段に載置して収容できるようになっている。このカセット容器２６内は、例えば密閉状態になされており、内部にはＮ２ ガス等の不活性ガスの雰囲気に満たされている。
【００３０】
この導入側搬送室１８内には、ウエハＷをその長手方向に沿って搬送するための導入側搬送機構２８が設けられる。この導入側搬送機構２８は、屈伸及び旋回可能になされた２つのピック２８Ａ、２８Ｂを有しており、一度に２枚のウエハＷを取り扱い得るようになっている。この導入側搬送機構２８は、導入側搬送室１８内に、その長さ方向に沿って延びるように設けた案内レール３０上にスライド移動可能に支持されている。
【００３１】
また、導入側搬送室１８の一方の端部には、ウエハの位置合わせを行なうオリエンタ３２が設けられる。上記オリエンタ３２は、駆動モータによって回転される回転台３２Ａを有しており、この上にウエハＷを載置した状態で回転するようになっている。この回転台３２Ａの外周には、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ３２Ｂが設けられ、これによりウエハＷの位置決め切り欠き、例えばノッチやオリエンテーションフラットの位置方向やウエハＷの中心の位置ずれ量を検出できるようになっている。
【００３２】
次に、各成膜装置４〜１０について説明する。前述したように、各成膜装置４〜１０は、同じ構造になされているので、図３では代表として第１の成膜装置４と、これに連結される原料ガス供給機構を記載している。すなわち、図２及び図３に示すように、各成膜装置４〜１０は、筒体状になされた処理容器４Ａ、６Ａ、８Ａ、１０Ａをそれぞれ有しており、これらの処理容器４Ａ〜１０Ａ内には、その上に被処理体である半導体ウエハＷを載置するための載置台４Ｂ、６Ｂ、８Ｂ、１０Ｂがそれぞれ設けられている。
【００３３】
各載置台４Ｂ〜１０Ｂ内には、加熱手段として例えば抵抗加熱ヒータ４Ｃ、６Ｃ、８Ｃ、１０Ｃがそれぞれ設けられており、載置されているウエハＷを加熱するようになっている。そして、この処理容器４Ａ〜１０Ａの底部には、容器内の雰囲気を排気するガス排気口４Ｄ、６Ｄ、８Ｄ、１０Ｄがそれぞれ形成されている。
【００３４】
また各処理容器４Ａ〜１０Ａの天井部には、ガス導入手段としてシャワーヘッド部４Ｅ、６Ｅ、８Ｅ、１０Ｅがそれぞれ設けられ、各シャワーヘッド部４Ｅ〜１０Ｅの上部には、原料ガスを導入するためのガス入口４Ｆ、６Ｆ、８Ｆ、１０Ｆがそれぞれ形成されている。そして、シャワーヘッド部４Ｅ〜１０Ｅ内に導入された原料ガスは、下面のガス噴斜面にそれぞれ設けた各ガス噴射孔４Ｇ、６Ｇ、８Ｇ、１０Ｇから容器内へ噴射するようになっている。
【００３５】
また、図２中では記載が省略されているが、各処理容器４Ａ〜１０Ａの側壁及びシャワーヘッド部４Ｅ〜１０Ｅには容器加熱ヒータ３４が設けられており、壁面を加熱してホットウォール状態にするようになっている。そして、各成膜装置４〜１０は、それぞれに設けた例えばコンピュータよりなる装置制御部３６（図３のみ記載）により、その動作が制御される。尚、この装置制御部３６は、後述するシステム制御部の支配下で動作するようになっている。
【００３６】
また図２及び図３にも示すように、上記原料ガスを形成する原料ガス供給機構３８は、原料４２を貯留する原料タンク４０を有している。ここでは、この原料タンク４０内には、原料４２として固体状の原料、すなわち固体原料が貯留されており、この原料４２としては、前述したように常温で固体になっているＲｕ３ （ＣＯ）１２が用いられている。この原料４２は、蒸気圧が非常に低くて蒸発し難い特性を有している。尚、上記固体状の原料４２に代えてバブリング等により原料ガスが形成される液体状の原料を用いてもよい。
【００３７】
そして、この原料タンク４０の天井部には、ここで発生したガスを送出するガス出口４４が形成されている。また、上記原料タンク４０には、この原料タンク４０内へ流量制御されたキャリアガスを供給するキャリアガス供給系４６が設けられている。具体的には、このキャリアガス供給系４６は、上記原料タンク４０の下面側に設けられ、上記原料タンク４０にキャリアガスを供給するためのキャリアガス管４８を有している。
【００３８】
このキャリアガス管４８の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器５０とキャリアガス開閉弁５２とが順次介設されており、キャリアガスを流量制御しつつ供給して上記原料４２を加熱することにより、この原料４２を気化させて原料ガスを形成するようになっている。また原料タンク４０の内部には、上記キャリアガス管４８が接続されたタンク底部の近傍に、多孔板５４が設置されており、上記原料４２を上記多孔板５４の上に保持すると共に、上記キャリアガス管４８から供給されるキャリアガスが、上記多孔板５４に形成された孔部を介して、上記原料タンク４０内に均一に供給される構造となっている。
【００３９】
そして、上記原料タンク４０には、これを加熱するためのタンク加熱手段５６がタンク全体を覆うようにして設けられており、原料４２の気化を促進させるようになっている。この場合、原料４２の加熱温度は、固体原料４２の分解温度未満の温度に設定されている。ここで、上記キャリアガスとしては、上記原料４２の熱分解によって発生するガス成分と同じガス、すなわちＣＯ（一酸化炭素）が用いられている。尚、キャリアガスとしてＡｒ、Ｈｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００４０】
そして、上記各成膜装置４〜１０は、上記原料ガスを供給するためにガス流路５８によって直列に接続されている。すなわち、図１及び図２に示すように、上記各成膜装置４〜１０の処理容器４Ａ〜１０Ａの各ガス入口４Ｆ〜１０Ｆとガス排気口４Ｄ〜１０Ｄとをそれぞれ直列に接続している。具体的には、最上流の処理容器４Ａを除く各処理容器６Ａ〜１０Ａのシャワーヘッド部６Ｅ〜１０Ｅのガス入口６Ｆ〜１０Ｆと、その直前の前段の処理容器４Ａ〜８Ａの各ガス排気口４Ｄ〜８Ｄとの間をガス流路５８によってそれぞれ接続している。また、最上流の処理容器４Ａのシャワーヘッド部４Ｅのガス入口４Ｆと上記原料タンク４０のガス出口４４との間もガス流路５８によって接続している。更に、最下流の処理容器１０Ａのガス排気口１０Ｄにもガス流路５８が接続されている。
【００４１】
従って、原料ガス供給機構３８にて発生した原料ガスは、上記各ガス流路５８を介して各処理容器４Ａ〜１０Ａ内を順次直列的に流れるようになっている。そして、上記各シャワーヘッド部４Ｅ〜１０Ｅのガス入口４Ｆ〜１０Ｆに接続される上記各ガス流路５８の直ぐ上流側には、それぞれ上流側開閉弁４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１０Ｈが介設されてガス流路を開閉できるようになっている。
【００４２】
また、上記各処理容器４Ａ〜１０Ａのガス排気口４Ｄ〜１０Ｄに接続される上記各ガス流路５８の直ぐ下流側には、それぞれ下流側開閉弁４Ｉ、６Ｉ、８Ｉ、１０Ｉが介設されてガス流路を開閉できるようになっている。ここで上記各ガス流路５８は、上述したように原料ガスの蒸気圧が極めて低いことから、原料の気化を促進させるために、ガス流路の内径はできるだけ大きく、且つ長さもできるだけ短くなるように設定されている。
【００４３】
そして、最下流の処理容器１０Ａのガス排気口１０Ｄに接続されたガス流路５８に介設した下流側開閉弁１０Ｉの更に下流側には、圧力調整弁６２、排気ガス中の未反応成分等を除去するトラップ機構６４及び真空ポンプ６６が順次介設されており、この１台の真空ポンプ６６によって上記各処理容器４Ａ〜１０Ａ内の雰囲気を直列的に真空引きできるようになっている。また同時に上記１台の圧力調整弁６２によって、上記各処理容器４Ａ〜１０Ａ内の圧力を同時に且つ同一圧力に維持できるように制御可能になされている。
【００４４】
図１に戻って、この処理システム全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなるシステム制御部６８を有している。このシステム制御部６８は、上記各成膜装置４〜１０の装置制御部３６（図３参照）を支配下におくことになる。そして、この処理システム全体の動作制御に必要なプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体７０に記憶されている。具体的には、このシステム制御部６８からの指令により、ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度（ウエハ温度）やプロセス圧力（処理容器内の圧力）の制御等が行われる。尚、これらの制御の一部は、上記各装置制御部３６を介して行われる。
【００４５】
次に、上述のように構成された処理システム２における動作について説明する。まず、導入ポート２４に設置されたカセット容器２６からは、未処理の半導体ウエハＷが導入側搬送機構２８により導入側搬送室１８内に取り込まれ、この取り込まれたウエハＷは導入側搬送室１８の一端に設けたオリエンタ３２へ搬送されて、ここで位置決めがなされる。上記ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、この表面には配線溝やコンタクトホール等の凹部が予め形成されている。
【００４６】
位置決めがなされたウエハＷは、上記導入側搬送機構１８により再度搬送され、第１或いは第２のロードロック室１６Ａ、１６Ｂの内のいずれか一方のロードロック室内へ搬入される。このロードロック室内が真空引きされた後に、予め真空引きされた共通搬送室１４内の搬送機構２０を用いて、上記ロードロック室内のウエハＷが共通搬送室１２内に取り込まれる。
【００４７】
そして、この共通搬送室１２内へ取り込まれた未処理のウエハＷは、例えば第１番目の成膜装置４の処理容器４Ａ内へ搬入され、この処理容器４Ａ内の載置台４Ｂ上にウエハＷを載置してこの処理容器４Ａ内を密閉する。同様にして、未処理の他のウエハＷを上述したと同様に順次搬送して、他の各成膜装置６〜１０の処理容器６Ａ〜１０Ａ内にそれぞれ搬入して各処理容器６Ａ〜１０Ａ内を密閉する。
【００４８】
この場合、予め各ガス流路５８に介設された上流側開閉弁４Ｈ〜１０Ｈ及び下流側開閉弁４Ｉ〜１０Ｉは全て開状態になされ、且つ最下流のガス流路５８に介設した真空ポンプ６６が駆動されて真空引きがなされており、各処理容器４Ａ〜１０Ａ内は減圧雰囲気になされている。また、各処理容器６Ａ〜１０Ａ内の載置台４Ｂ〜１０Ｂの温度も所定の温度に維持されている。
【００４９】
そして、全ての処理容器４Ａ〜１０Ａ内に未処理のウエハＷを収容したならば、次に原料ガス供給機構３８を駆動して例えばＣＯよりなるキャリアガスを流量制御しつつ原料タンク４０内に流し、原料４２を気化（昇華）させて原料ガスを発生し、この原料ガスをキャリアガスと共に下流側の各成膜装置４〜１０に向けてガス流路５８内に流すことになる。この場合、原料タンク４０内の原料４２は、タンク加熱手段５６により適宜加熱されて、気化を促進させるようになっている。尚、この場合、最上流のガス流路５８に廃棄用のエバックライン（図示せず）を予め分岐させて設けておき、原料ガスを各成膜装置４〜１０に向けて流す前にキャリアガスを流して流量を安定化させておき、発生した原料ガスを上記エバックラインを介して廃棄するようにしていてもよい。
【００５０】
上述のようにしてガス流路５８内をキャリアガスと共に流下する原料ガスは、第１番目の成膜装置４の処理容器４Ａ内、第２番目の成膜装置６の処理容器６Ａ内、第３番目の成膜装置８の処理容器８Ａ内及び第４番目の成膜装置１０の処理容器１０Ａ内を順次直列的に流れることになり、各成膜装置４〜１０において熱分解によりＲｕ膜よりなる同一膜種の薄膜の成膜処理が行われることになる。この時のプロセス温度（ウエハ温度）は、２００〜２５０℃程度、プロセス圧力は０．０１〜３０Ｐａ程度である。
【００５１】
ここで上記原料ガスの熱分解反応は以下のように可逆的に行われる。
Ｒｕ３ （ＣＯ）１２  ⇔  Ｒｕ３ （ＣＯ）１２↑
Ｒｕ３ （ＣＯ）１２↑  ⇔  Ｒｕ３ （ＣＯ）１２−ｘ↑＋ＸＣＯ↑
Ｒｕ３ （ＣＯ）１２−ｘ↑＋Ｑ  →  ３Ｒｕ＋（１２−Ｘ）ＣＯ↑
Ｒｕ３ （ＣＯ）１２↑＋Ｑ  →  ３Ｒｕ＋１２ＣＯ↑
ここで”⇔”は可逆的であることを示し、”↑”はガス状態であることを示し、”Ｑ”は熱量が加わることを示す。
【００５２】
上述のような反応形態では、原料ガス中に含まれる成分以外の反応副生成物は形成されておらず、従って、この成膜装置にて排出された排気ガスを他の成膜装置内へ導入しても問題を生ずることない。また、上述のような熱分解反応を示すので、キャリアガスとして、原料ガスの熱分解によって発生するガス成分と同じ一酸化炭素（ＣＯ）を用いることにより、上記原料ガスの過激な熱分解反応を抑制しつつ成膜レートを小さくして、且つ制御性が良い状態で成膜を行うことができる。しかし、この場合、１つの成膜装置内における反応効率は非常に低く、例えば原料ガスの９０％程度が未反応な状態で排出されてしまう。
【００５３】
しかしながら、本発明の処理システム２では、上記原料ガスを各成膜装置４〜１０の処理容器４Ｂ〜１０Ｂ内に直列的に順次流すようにしているので、前段の処理容器内にて未反応で排出された原料ガスは、後段の処理容器内にて成膜に寄与するように利用されることになる。この結果、処理システム２の全体として高価な原料ガスの使用効率を大幅に向上させることかでき、製品の生産性も向上させることができる。
【００５４】
また、成膜装置４〜１０として４台も有しながら、処理システム２の全体として圧力調整弁６２や真空ポンプ６６は１台で済むので、この点より設備コストを大幅に削減することができる。尚、この場合、成膜装置４〜１０の相互間において成膜レート等に僅かな差が生ずる場合も考えられるので、各ウエハＷを全ての成膜装置４〜１０内に順に搬入させてそれぞれの成膜装置４〜１０にて成膜処理を行うようにし、膜厚等の面内均一化を図るようにしてもよい。
【００５５】
このように、原料ガスを用いて被処理体である例えば半導体ウエハＷに対して成膜処理を施す処理システムにおいて、同じ種類の薄膜の成膜処理を施す複数、例えば４台の成膜装置をガス流路５８により直列に接続し、原料ガスを各成膜装置４〜１０に対して順次直列的に流して各成膜装置４〜１０にて成膜処理を行うようにしたので、高価な原料ガスの使用効率を向上させてランニングコストを低減させることができるのみならず、生産性を向上させることができる。また設けるべき真空ポンプの数も少なくて済むので、設備コストも低減させることができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の処理システムの第２実施形態について説明する。図４は本発明の処理システムの第２実施形態における各成膜装置のガス流路による連結状態を説明するための模式図である。尚、図１乃至図３に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５７】
図１及び図２に示す第１実施形態の場合には、４台の成膜装置の内で例えば１台の成膜装置にメンテナンス作業の必要性が生じた場合には、他の正常な成膜装置の稼働を停止しなければならないので、装置稼働率が低下してしまう。そこで、この第２実施形態では、一部の成膜装置をメンテナンス作業等のために停止させても、他の成膜装置を稼働できるような構成としている。
【００５８】
すなわち、ここでは図４に示すように、各成膜装置４〜１０の処理容器４Ａ〜１０Ａにおけるガス入口４Ｆ〜１０Ｆに接続されるガス流路５８とガス排気口４Ｄ〜１０Ｄに接続されるガス流路５８との間には、途中にバイパス用開閉弁４Ｊ、６Ｊ、８Ｊ、１０Ｊがそれぞれ介設されたバイパス流路７２（図４において破線で示す）が接続して設けられており、必要に応じて任意の成膜装置の処理容器内に原料ガスを通すことなく後段の成膜装置に向けて原料ガスを流し得るようになっている。
【００５９】
具体的には、バイパス用開閉弁４Ｊが途中に介設されたバイパス流路７２の一端は、当該処理容器４Ａのガス入口４Ｆに接続されたガス流路５８の開閉弁４Ｈよりも上流側に接続され、他端は当該処理容器４Ａのガス排気口４Ｄに接続されたガス流路５８の開閉弁４Ｉよりも下流側に接続されており、必要に応じてこの処理容器４Ａをバイパスして原料ガスを流すことができるようになっている。
【００６０】
また、バイパス用開閉弁６Ｊが途中に介設されたバイパス流路７２の一端は、当該処理容器６Ａのガス入口６Ｆに接続されたガス流路５８の開閉弁６Ｈよりも上流側に接続され、他端は当該処理容器６Ｂのガス排気口６Ｄに接続されたガス流路５８の開閉弁６Ｉよりも下流側に接続されており、必要に応じてこの処理容器６Ａをバイパスして原料ガスを流すことができるようになっている。
【００６１】
また、バイパス用開閉弁８Ｊが途中に介設されたバイパス流路７２の一端は、当該処理容器８Ａのガス入口８Ｆに接続されたガス流路５８の開閉弁８Ｈよりも上流側に接続され、他端は当該処理容器８Ｂのガス排気口８Ｄに接続されたガス流路５８の開閉弁８Ｉよりも下流側に接続されており、必要に応じてこの処理容器８Ａをバイパスして原料ガスを流すことができるようになっている。
【００６２】
また、バイパス用開閉弁１０Ｊが途中に介設されたバイパス流路７２の一端は、当該処理容器１０Ａのガス入口１０Ｆに接続されたガス流路５８の開閉弁１０Ｈよりも上流側に接続され、他端は当該処理容器１０Ａのガス排気口１０Ｄに接続されたガス流路５８の開閉弁１０Ｉよりも下流側に接続されており、必要に応じてこの処理容器１０Ａをバイパスして原料ガスを流すことができるようになっている。
【００６３】
上述のように構成することにより、４台の成膜装置４〜１０の内の任意の成膜装置に対して原料ガスを供給しないで、すなわちバイパスさせて後段（下流側）に位置する成膜装置へ原料ガスを供給することができる。
【００６４】
例えば第２番目の成膜装置６にメンテナンス作業を施す場合には、この成膜装置６に接続されるガス流路５８の直ぐ上流側に設けた上流側開閉弁６Ｈと直ぐ下流側に設けた下流側開閉弁６Ｉとを共に閉状態にして、この成膜装置６を孤立化させる。これと同時に、当該成膜装置６を迂回してバイパスさせるようにしたバイパス流路７２のバイパス用開閉弁６Ｊを開状態にする。この場合、他のバイパス用開閉弁４Ｊ、８Ｊ、１０Ｊは全て閉状態にしている。
【００６５】
これにより、原料ガスは、成膜装置４、８、１０へはそれぞれ流れて成膜処理は行われるが、成膜装置６へは流れないようにすることができる。この間に、上記成膜装置６に対するメンテナンス作業が行われることになる。尚、この場合、上述したような弁操作を行って複数の成膜装置を孤立化させれば、複数の成膜装置に対して同時にメンテナンス作業を施すことが可能となる。
【００６６】
このように、この第２実施形態によれば、成膜装置の内の少なくとも１台の成膜装置のメンテナンス作業等が必要な場合には、この成膜装置を孤立化させて原料ガスを流さないようにすると共に、他の成膜装置へは原料ガスを流すようにして成膜処理を行うことができるので、処理システムの稼働率を向上させることができる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の処理システムの第３実施形態について説明する。図５は本発明の処理システムの第３実施形態における各成膜装置のガス流路による連結状態を説明するための模式図である。尚、図１乃至図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６８】
図４に示す第２実施形態の場合には、メンテナンス作業時にメンテナンス対象の成膜装置内を真空引きする必要が生じても、この真空引きを行うことができない。そこで、この第３実施形態では、メンテナンス作業時に真空引きを行う必要が生じた場合には、これに対応することができるようにしたものである。
【００６９】
すなわち、図５に示すように、各処理容器４Ａ〜１０Ａのガス排気口４Ｄ〜１０Ｄに接続された各ガス流路５８の各下流側開閉弁４Ｉ〜１０Ｉよりも上流側からはメンテナンス排気用分岐流路７６（図５において破線で示す）がそれぞれ分岐させて設けられており、この各メンテナンス排気用分岐流路７６にそれぞれメンテナンス排気用開閉弁４Ｋ、６Ｋ、８Ｋ、１０Ｋが介設されている。
【００７０】
そして、上記各メンテナンス排気用分岐流路７６は、１本に合流されてメンテナンス排気路７８になっており、このメンテナンス排気路７８の途中にメンテナンス用真空ポンプ８０が介設されて、各処理容器４Ａ〜１０Ａ内をメンテナンス作業時に必要に応じて真空引きできるようになっている。なおメンテナンス用真空ポンプ８０を設けずに、メンテナンス排気路７８が真空ポンプ６６の上流に接続されていてもよい。
【００７１】
この第３実施形態によれば、メンテナンス作業時において、メンテナンス対象の成膜装置内を真空引きしたい場合には、当該成膜装置に対応するメンテナンス排気用分岐流路７６に介設したメンテナンス排気用開閉弁、例えば第２番目の成膜装置６がメンテナンス対象の場合にはメンテナンス排気用開閉弁６Ｋを開状態にし（他のメンテナンス排気用開閉弁４Ｋ、８Ｋ、１０Ｋは閉状態）、メンテナンス用真空ポンプ８０を駆動させる。これにより、メンテナンス作業時にも必要な成膜装置内のみを真空引きすることが可能となる。
【００７２】
尚、上記各実施形態にあっては、４台の成膜装置４〜１０を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、２台以上の成膜装置を有する全ての処理システムに本発明を適用することができる。また、上記各実施形態の成膜装置では、加熱手段として抵抗加熱ヒータ４Ｃ〜１０Ｃを用いたが、これに限定されず、加熱ランプを用いてもよい。
【００７３】
また、上記各実施形態では、固体状の原料４２を気化（昇華）させて、これをキャリアガスで搬送するようにしたが、発生する原料ガスの量がある程度多い場合には、キャリアガスを用いないで、この原料ガスの流量を直接的に流量制御器で制御して供給するようにしてもよい。
【００７４】
また、上記各実施形態にあっては、原料４２が固体の場合を例にとって説明したが、原料４２が液体の場合には、これをキャリアガスでバブリングしたり、気化器にて気化させることによって原料ガスを発生させることになる。
【００７５】
また、上記各実施形態にあっては、熱分解反応によって金属膜よりなる薄膜を形成する原料としてＲｕ３ （ＣＯ）１２を用いたが、この原料としては、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、Ｎｉ（ＣＯ）６ 、Ｃｏ２ （ＣＯ）８ 、Ｒｈ４ （ＣＯ）１２、Ｒｅ２ （ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６ 、Ｏｓ３ （ＣＯ）１２及び酢酸銅［Ｃｕ（ＣＨ３ ＣＯＯ）２ ］よりなる群から選択される１の材料を用いることができる。
【００７６】
また、上記各実施形態にあっては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の処理システムの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の処理システムの第１実施形態における各成膜装置のガス流路による連結状態を説明するための模式図である。
【図３】成膜装置の一例を示す断面構成図である。
【図４】本発明の処理システムの第２実施形態における各成膜装置のガス流路による連結状態を説明するための模式図である。
【図５】本発明の処理システムの第３実施形態における各成膜装置のガス流路による連結状態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
２  処理システム
４，６，８，１０  成膜装置
４Ａ，６Ａ，８Ａ，１０Ａ  処理容器
４Ｂ，６Ｂ，８Ｂ，１０Ｂ  載置台
４Ｃ，６Ｃ，８Ｃ，１０Ｃ  抵抗加熱ヒータ
４Ｄ，６Ｄ，８Ｄ，１０Ｄ  ガス排気口
４Ｅ，６Ｅ，８Ｅ，１０Ｅ  シャワーヘッド部
４Ｆ，６Ｆ，８Ｆ，１０Ｆ  ガス入口
４Ｇ，６Ｇ，８Ｇ，１０Ｇ  ガス噴射孔
４Ｈ，６Ｈ，８Ｈ，１０Ｈ  上流側開閉弁
４Ｉ，６Ｉ，８Ｉ，１０Ｉ  下流側開閉弁
４Ｊ，６Ｊ，８Ｊ，１０Ｊ  バイパス用開閉弁
４Ｋ，６Ｋ，８Ｋ，１０Ｋ  メンテナンス排気用開閉弁
１４  共通搬送室
１８  導入側搬送室
２０  搬送機構
３６  装置制御部
３８  原料ガス供給機構
４０  原料タンク
４２  原料
４６  キャリアガス供給系
５８  ガス流路
６６  真空ポンプ
６８  システム制御部
７２  バイパス流路
７６  メンテナンス排気用分岐流路
８０  メンテナンス用真空ポンプ
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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