JP2005228872A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 途中で冷却することなく複数種類の層をスパッタリングにより半導体ウエハの上に形成することができるようにする。
【解決手段】 チャンバー１の内部に、半導体ウエハ１０を載置する複数のステージ４ａ〜４ｄと、複数のステージ４ａ〜４ｄの３つそれぞれに対向するスパッタリングターゲット６ａ〜６ｃと、複数のステージ４ａ〜４ｄそれぞれと該ステージそれぞれに対向するスパッタリングターゲットとの間の空間を互いに仕切る仕切壁３ａ〜３ｃと、仕切壁３ａ〜３ｃ及びスパッタリングターゲット６ａ〜６ｃをステージに対して相対的に移動させることにより、スパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段３０とを具備する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、途中で冷却することなく複数種類の層をスパッタリングにより半導体ウエハの上に形成することができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。

図１０は、従来の半導体製造装置の平面概略図である。この半導体製造装置は、チタンからなるバリア層、Ａｌ合金層、及びチタン／窒化チタン層からなる被覆層をこの順にスパッタリングにより積層してＡｌ合金配線層を形成する装置であり、トランスファーチャンバー１０１の側壁にスパッタリングチャンバー１０２ａ、１０２ｂ，１０２ｃ及びロードロック１０４を等間隔で接続した構成である。スパッタリングチャンバー１０２ａはバリア層を形成するためのチャンバーであり、スパッタリングチャンバー１０２ｂはバリア層の上にＡｌ合金層を形成するためのチャンバーであり、スパッタリングチャンバー１０２ｃはＡｌ合金層の上に被覆層を形成するためのチャンバーである。スパッタリングチャンバー１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの内部にはそれぞれ半導体ウエハを載置するためにステージ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが設けられている。

またトランスファーチャンバー１０１の内部には搬送ブレード１０５が設けられている。搬送ブレード１０５は、ロードロック１０４の中の半導体ウエハをスパッタリングチャンバー１０２ａに搬送し、またバリア層が形成された半導体ウエハをスパッタリングチャンバー１０２ａからスパッタリングチャンバー１０２ｂに搬送する。さらに搬送ブレード１０５はバリア層及びＡｌ合金層が形成された半導体ウエハを、スパッタリングチャンバー１０２ｂからスパッタリングチャンバー１０２ｃに搬送するとともに、バリア層、Ａｌ合金層及び被覆層が形成された半導体ウエハをスパッタリングチャンバー１０２ｃからロードロック１０４に搬送する。なおトランスファーチャンバー１０１及びスパッタリングチャンバー１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの内部はそれぞれ別の排気ポンプにより排気されている。
このような装置に類似する装置は、例えば非特許文献１に記載されている。
「半導体製造装置データブック」株式会社電子ジャーナル、２００２年１０月３１日、第３章第６節

半導体ウエハの上にアルミ合金膜をスパッタリングにより高速で形成するとき、半導体ウエハが低温だとアルミ合金膜にボイドが生じる。上述した装置においてアルミ合金膜にボイドを生じさせないためには、スパッタリングチャンバー１０２ｂの内部にあるステージ１０３ｂを高温に維持することが考えられる。しかしこの場合、ステージ１０３ｂの温度が搬送ブレード１０５の温度よりかなり高くなるため、スパッタリングチャンバー１０２ｂで形成されたＡｌ合金膜は、半導体ウエハが搬送ブレード１０５に載置された時に冷却されて熱収縮し、表面が荒れる。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、半導体ウエハを途中で冷却することなく複数種類の層をスパッタリングにより形成することができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる半導体製造装置は、
第１の半導体ウエハを載置するための第１のステージと、
第２の半導体ウエハを載置するための第２のステージと、
第３の半導体ウエハを載置するための第３のステージと、
第４の半導体ウエハを載置するための第４のステージと、
前記第１のステージに対向して配置される第１のスパッタリングターゲットと、
前記第２のステージに対向して配置される第２のスパッタリングターゲットと、
前記第３のステージに対向して配置される第３のスパッタリングターゲットと、
前記第１のスパッタリングターゲットと前記第１のステージとの間の空間と、前記第２のスパッタリングターゲットと前記第２のステージとの間の空間と、前記第３のスパッタリングターゲットと前記第３のステージとの間の空間と、前記第４のステージ上の空間と、を互いに仕切る仕切壁と、
前記第１乃至第４のステージを移動させることにより、前記第１乃至第３のスパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段と、
を具備する。

この半導体製造装置において、変更手段が第１乃至第４のステージを移動させると、第１，第２，第３のスパッタリングターゲットに対向しているステージは、それぞれ第２，第３，第４のステージになる。このため半導体ウエハを同一のステージ上に載置した状態で、複数種類の層をスパッタリングにより形成することができる。このため半導体ウエハを搬送ブレードに載置する必要はなくなり、複数の層を形成している途中において半導体ウエハ及びその上に形成された層は冷却されない。従ってスパッタリングにより高速で成膜しても、膜の品質は低下しない。

本発明にかかる他の半導体装置は、
第１の半導体ウエハを載置するための第１のステージと、
第２の半導体ウエハを載置するための第２のステージと、
第３の半導体ウエハを載置するための第３のステージと、
第４の半導体ウエハを載置するための第４のステージと、
前記第１のステージに対向して配置される第１のスパッタリングターゲットと、
前記第２のステージに対向して配置される第２のスパッタリングターゲットと、
前記第３のステージに対向して配置される第３のスパッタリングターゲットと、
前記第１のスパッタリングターゲットと前記第１のステージとの間の空間と、前記第２のスパッタリングターゲットと前記第２のステージとの間の空間と、前記第３のスパッタリングターゲットと前記第３のステージとの間の空間と、前記第４のステージ上の空間と、を互いに仕切る仕切壁と、
前記仕切壁及び前記第１乃至第３のスパッタリングターゲットを移動させることにより、該第１乃至第３のスパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段と、
を具備する。

この半導体製造装置において、変更手段が第１乃至第３のスパッタリングターゲット及び仕切壁を移動させると、第１、第２及び第３のスパッタリングターゲットは、それぞれ第２、第３、第４のステージに対向する。このため半導体ウエハを同一のステージ上に載置した状態で、複数種類の層をスパッタリングにより形成することができる。このため半導体ウエハを搬送ブレードに載置する必要はなくなり、複数の層を形成している途中において半導体ウエハ及びその上に形成された層は冷却されない。従ってスパッタリングにより高速で成膜しても、膜の品質は低下しない。

本発明にかかる他の半導体装置は、
複数の半導体ウエハそれぞれを載置するためのステージと、
前記ステージそれぞれに対向して配置されるスパッタリングターゲットと、
前記ステージそれぞれと該ステージそれぞれに対向するスパッタリングターゲットとの間の空間を互いに仕切る仕切壁と、
前記仕切壁及び前記スパッタリングターゲットを前記ステージに対して相対的に移動させることにより、前記スパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段と、
を具備する。

これらの半導体製造装置によれば、変更手段により半導体ウエハを同一のステージ上に載置したまま複数種類のスパッタリングターゲットに対向させることができるため、半導体ウエハを同一のステージ上に載置したまま複数種類の層をスパッタリングにより形成することができる。このため半導体ウエハを搬送ブレードに載置する必要はなくなり、複数の層を形成している途中において半導体ウエハ及びその上に形成された層は冷却されない。従ってスパッタリングにより高速で成膜しても、膜の品質は低下しない。

これらの半導体製造装置において、ステージそれぞれは同一間隔で円周に沿って配置されており、スパッタリングターゲットそれぞれは、ステージと略同一の円周に沿ってステージと同一の間隔で配置されており、変更手段は、ステージを仕切壁及びスパッタリングターゲットに対して回転移動させることにより、スパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更してもよい。
ここでスパッタリングターゲットの数はステージの数より少なくし、いずれのスパッタリングターゲットにも対向していないステージを他から気密に仕切る第２の仕切壁と、第２の仕切壁によって気密に仕切られた空間に繋がるロードロックをさらに具備してもよい。この場合、スパッタリングを行っている間に、いずれのスパッタリングターゲットにも対向していないステージに載置されている半導体ウエハとロードロック内の半導体ウエハを入れ替えることができる。

ステージは同一間隔で円周に沿って配置されており、スパッタリングターゲットは、ステージと略同一の円周に沿ってステージと同一間隔で配置されており、変更手段は、スパッタリングターゲット及び仕切壁をステージに対して回転させることにより、スパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更してもよい。
ここでスパッタリングターゲットの数はステージの数より少なくし、いずれのスパッタリングターゲットにも対向していないステージの上の空間を他から気密に仕切る第２の仕切壁と、ステージそれぞれごとに設けられたロードロックをさらに具備してもよい。この場合、いずれのスパッタリングターゲットにも対向していないステージは、第２の仕切壁により他から気密に仕切られているため、該ステージに載置されている半導体ウエハとロードロック内の半導体ウエハを入れ替えることができる。

少なくとも２つのスパッタリングターゲットは、配線を形成するための金属ターゲット及び配線を被覆する被覆層を形成するための被覆用ターゲットを含んでいてもよい。金属ターゲットは例えばＡｌ合金ターゲットであり、被覆用ターゲットは例えばチタンターゲットである。この場合特に本発明は効果的である。ここで仕切り壁によって仕切られた空間のうちチタンターゲットを含む空間に窒素ガスを供給する配管をさらに具備してもよい。
また仕切壁により仕切られた空間ごとにスパッタガスを供給する配管をさらに具備してもよい。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
第１のステージ上に載置された第１の半導体ウエハを、第１のスパッタリングターゲットに対向するように配置するとともに、第２のステージ上に載置された第２の半導体ウエハを、第２のスパッタリングターゲットに対向するように配置する工程と、
前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第２の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と、
前記第２のステージ及び前記第２の半導体ウエハを前記第２のスパッタリングターゲットに対向しない場所に移動させるとともに、前記第１のステージ及び前記第１の半導体ウエハを移動させて前記第２のスパッタリングターゲットに対向するように配置し、かつ第３のステージ及び前記第３のステージ上に配置された第３の半導体ウエハを、前記第１のスパッタリングターゲットに対向するように配置する工程と、
前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第３の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と
を具備する。

本発明にかかる他の半導体装置の製造方法は、
第１のスパッタリングターゲットを第１の半導体ウエハに対向するように配置するとともに、第２のスパッタリングターゲットを第２の半導体ウエハに対向するように配置する工程と、
前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第２の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と、
前記第１のスパッタリングターゲットを移動させて第３の半導体ウエハに対向するように配置するとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを移動させて前記第１の半導体ウエハに対向するように配置する工程と、
前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第３の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と
を具備する。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図であり、図２及び図４は半導体製造装置を構成する部材の平面配置を示す概略図である。図３は図２のＡ―Ａ断面に相当する縦断面概略図である。この半導体製造装置はシリコンウエハの上にＡｌ合金配線層を形成する装置である。

図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、円柱状のチャンバー１の内部には回転板４がチャンバー１の底面と略平行に設けられている。回転板４は円形であり、縁がチャンバー１の内側面に略沿っている。回転板４の下面には、回転板４の中心に位置する回転軸５が取り付けられており、回転板４の上面には、シリコンウエハ１０を載置するステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが回転軸５を中心とした円に沿って同一間隔すなわち９０°間隔で配置されている。なお回転軸５はチャンバー１の中心軸と重なっている。

チャンバー１の上内面には、Ｔｉターゲット６ａ，Ａｌ合金ターゲット６ｂ及びＴｉターゲット６ｃが配置されている。Ｔｉターゲット６ａ，Ａｌ合金ターゲット６ｂ及びＴｉターゲット６ｃはチャンバー１の中心軸を中心とした円に沿ってステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと同一の間隔すなわち９０°間隔で配置されている。なお各ターゲットが沿っている円と各ステージが沿っている円は径が同一である。
またＴｉターゲット６ａ，Ａｌ合金ターゲット６ｂ及びＴｉターゲット６ｃはそれぞれ円筒状の仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃによって囲われている。仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃの長さは同一であり、それぞれ上端がチャンバー１の上内面に接合し、下端がＴｉターゲット６ａ，Ａｌ合金ターゲット６ｂ及びＴｉターゲット６ｃの下面より下方に出ている。

回転板４はチャンバー１内部の気密性を保持したまま回転軸５を中心にモータ３０によって回転可能であり、かつ上下に移動可能である。なおモータ３０は、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃそれぞれに対向するステージを変更する変更手段の一例である。回転板４が上に移動したとき、仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃは下端が回転板４と接し、それぞれ内部の空間を外部から仕切る。このとき各空間は仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃによって密閉されるのが好ましい。回転板４が上に移動した状態において、仕切壁３ａ内部の空間では、ステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの一つ（図１（ｂ）及び図２においてはステージ４ａ）がＴｉターゲット６ａと対向している。同様に，仕切壁３ｂ内部の空間ではステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの他の一つ（図２においてはステージ４ｂ）がＡｌ合金ターゲット６ｂと対向しており、仕切壁３ｃ内部の空間ではステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのさらに他の一つ（図１（ｂ）及び図２においてはステージ４ｃ）がＴｉターゲット６ｃと対向している。

チャンバー１の上面には仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれの内側に位置する配管７ａ，７ｂ、７ｃ、及び各仕切壁の外部に位置する排気管１ａが接続している。配管７ａ，７ｂは仕切壁３ａ，３ｂによって仕切られた空間にスパッタガス（例えばＡｒ）を供給し、配管７ｃは仕切壁３ｃによって仕切られた空間にスパッタガス及び窒素を供給する。なお配管７ｃはスパッタガス及び窒素を混合した状態で供給することも可能であるが、これらを単独で供給することも可能である。排気管１ａは排気ポンプ２０に接続しており、チャンバー１の内部を排気している。

また図２に示すようにチャンバー１の側壁にはロードロック２がシャッター２１を介して取り付けられている。ロードロック２は内部が図示しないポンプにより排気されており、その位置はチャンバー１の中心軸を中心にＴｉターゲット６ａ及びＴｉターゲット６ｃそれぞれから９０°回った場所である。ロードロック２が取り付けられた部分を含む空間は、 仕切壁８によって他から仕切られている。図３に示すように仕切壁８の上辺はチャンバー１の上内面に接合しており、下辺は仕切壁３ａの下端と同じ高さに位置する。回転板４が上に移動したときに、仕切壁８の下辺は仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃの下端とともに回転板４の上面と接する。この状態において仕切壁８は、ロードロック２が取り付けられた部分を含む空間を仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃが位置する空間から気密に仕切る。

次に半導体製造装置の動作について図２及び図４を用いて説明する。以下に示す各動作は半導体製造装置の制御部（図示せず）によって行われる。また以下の動作中において排気ポンプ２０は常にチャンバー１内部を排気している。図２に示すようにステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄそれぞれの上、及びロードロック２の中にはそれぞれシリコンウエハ１０がある。ステージ４ａ上のシリコンウエハ１０にはいずれの層も形成されていない。ステージ４ｂ上のシリコンウエハ１０にはバリア層が形成されている。ステージ４ｃ上のシリコンウエハ１０にはバリア層及びＡｌ合金層がこの順に形成されている。ステージ４ｄ上のシリコンウエハ１０にはバリア層、Ａｌ合金層及び被覆層がこの順に形成されている。ロードロック２の中のシリコンウエハ１０にはバリア層、Ａｌ合金層及び被覆層のいずれも形成されていない。なおステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、いずれもヒーター（図示せず）によりＡｌ合金層を形成するために十分な温度、例えば３００℃〜３５０℃に維持されている。

まず制御部は、回転板４を上昇させて仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃ，８と接させる。この状態において仕切壁３ａの内部では、いずれの層も形成されていないシリコンウエハ１０がＴｉターゲット６ａと上下に対向しており、仕切壁３ｂの内部では、バリア層のみが形成されているシリコンウエハ１０がＡｌ合金ターゲット６ｂと上下に対向しており、仕切壁３ｃの内部では、バリア層及びＡｌ合金層がこの順に形成されているシリコンウエハ１０がＴｉターゲット６ａと上下に対向している。また仕切壁８の内側では、バリア層、Ａｌ合金層及び被覆層が形成されているシリコンウエハ１０がロードロック２と水平方向に対向している。

この状態において制御部は、配管７ａ，７ｂ，７ｃから仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃの内部にスパッタガスを供給して気圧を適切な値にし、ステージ４ａとＴｉターゲット６ａの間、ステージ４ｂとＡｌ合金ターゲット６ｂの間、Ｔｉターゲット６ｃとステージ４ｃの間それぞれに電圧を印加することにより、仕切壁３ａ,３ｂ,３ｃそれぞれの中でスパッタリングを行う。ここで仕切壁３ｃの内部には、途中から窒素ガスも供給する。これによりステージ４ａ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉからなるバリア層が形成され、ステージ４ｂ上に位置するシリコンウエハ１０にはＡｌ合金層がバリア層の上に形成される。またステージ４ｃ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉ／ＴｉＮ層からなる被覆層がＡｌ合金層の上に形成される。
なお各ターゲット、各ステージ及びシリコンウエハ１０は仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃによって他から仕切られているため、スパッタリングにより形成される膜には他のターゲットの成分は混入しない。

また仕切壁８の内側では、スパッタリングを行っている間にシャッター２１を開き、ロードロック２の内部に位置するシリコンウエハ１０とステージ４ｄ上に位置するシリコンウエハ１０を入れ替える。このときロードロック２の内部は常に排気されており、また仕切壁８がロードロック２及びステージ４ｄを他の空間から仕切っているため、シャッター２１を開いてもスパッタリングには影響しない。

スパッタリングが終了すると、制御部は回転板４を下降させてから９０°回転させる。これにより、図４に示すようにターゲットとステージの組み合わせが変更される。詳細には仕切壁３ａ及びＴｉターゲット６ａの下方にはステージ４ｄが位置し、仕切壁３ｂ及びＡｌ合金ターゲット６ｂの下方にはステージ４ａが位置し、仕切壁３ｃ及びＴｉターゲット６ｃの内側にはステージ４ｂが位置する。また仕切壁８の内側にはステージ４ｃが位置する。この間においてもステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄはＡｌ合金層を形成するために十分な温度に維持されるため、シリコンウエハ１０及びその上に形成された層は冷却されない。

そして制御部は、回転板４を上昇させて再び仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃ，８と接させる。この状態において配管７ａ，７ｂ，７ｃから仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃの内部にスパッタガスを供給して気圧を適切な値にし、仕切壁３ａ,３ｂ,３ｃそれぞれの中でスパッタリングを行う。ここで仕切壁３ｃの内部には、途中から窒素ガスも供給する。これによりステージ４ｄ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉからなるバリア層が形成され、ステージ４ａ上に位置するシリコンウエハ１０にはＡｌ合金層がバリア層の上に形成され、ステージ４ｂ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉ／ＴｉＮ層からなる被覆層がＡｌ合金層の上に形成される。
またスパッタリングを行っている間にシャッター２１を開き、ロードロック２の内部に位置するシリコンウエハ１０とステージ４ｃ上に位置するシリコンウエハ１０を入れ替える。
スパッタリングが終了すると、制御部は回転板４を下降させてから前回と同一方向に９０°回転させる。

上記した動作を繰り返すことにより、制御部はステージ４ａ,４ｂ,４ｃ,４ｄそれぞれの上に載置されているシリコンウエハ１０に順次バリア層、Ａｌ合金層及び被覆層をこの順に積層し、また積層が終わったシリコンウエハ１０をロードロック２中のシリコンウエハ１０と入れ替える。

このように本実施形態によれば、ステージ４ａ,４ｂ,４ｃ,４ｄそれぞれがＴｉターゲット６ａ、Ａｌ合金ターゲット６ｂ及びＴｉターゲット６ｃの下に順次移動し、それぞれのターゲットとの間でスパッタリングを行う。シリコンウエハ１０は、バリア層、Ａｌ合金層及び被覆層を形成している間は同一のステージ上に載置されたままである。従ってシリコンウエハ１０及びその上に形成された層は冷却しないため、Ａｌ合金膜は熱収縮せず、Ａｌ合金膜に表面荒れは生じない。

またチャンバー１の中にバリア層、Ａｌ合金層及び被覆層を形成する機構すなわち仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃ，８、回転板４、ステージ４ａ,４ｂ,４ｃ,４ｄ、Ｔｉターゲット６ａ、Ａｌ合金ターゲット６ｂ及びＴｉターゲット６ｃを設けたため従来の半導体製造装置と比べて小型化することができる。
さらに従来はトランスファーチャンバーと各スパッタリングチャンバーそれぞれに排気ポンプを設ける必要があったが、本実施形態によれば排気ポンプは１つでよい。このため従来と比べて排気ポンプの数を少なくすることができる。

次に第２の実施形態について図５〜図８を用いて説明する。第１の実施形態ではシリコンウエハを載置するステージが移動することによりステージとその上方に位置するターゲットの組み合わせを変更したが、本実施形態ではターゲットが移動することによりステージとターゲットの組み合わせを変更する。なお第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

図５（ａ）及び（ｂ）は本実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図であり、図６及び図８は半導体製造装置を構成する部品の平面配置を示す概略図である。図７は図６のＡ−Ａ断面に相当する縦断面図である。この半導体製造装置において、ステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄはチャンバー１の底面に固定されている。これらステージは、第１の実施形態と同様に、チャンバー１の中心を軸とする円に沿って同一間隔すなわち９０°間隔に配置されている。

チャンバー１の内部には回転板３がチャンバー１の底面と略平行に設けられている。回転板３は円形であり、その中心はチャンバー１の中心と重なるとともに側面がチャンバー１の内側面に沿っている。回転板３の下面には仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃ，８それぞれの上端が接合している。回転板３は回転軸９によって中心が支持されており、この回転軸９とともにモータ（図示せず）によって回転可能かつ上下に移動可能である。回転板３が下に移動したとき、仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃは下端はチャンバー１の底面と接し、内部の空間を他の空間から仕切る。このとき各内部の空間は仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃによって密閉されるのが好ましい。
また配管７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはチャンバー１の底面に接続している。配管７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはそれぞれ仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃと重なったときにこれらの内側に位置し、仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃにより仕切られた空間にスパッタリングガス及び窒素ガスを、単独または混合状態で供給することが可能である。

また図６に示すようにチャンバー１には、ロードロック２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと対向する位置に取り付けられている。各ロードロック内部は図示しないポンプにより排気されている。
また図７に示すように仕切壁８は回転板３の下面に取り付けられている。このため仕切壁８により仕切られる空間は、回転板３が回転するたびに切り替わる。

次に本実施形態にかかる半導体装置の動作について図６及び図８を用いて説明する。図６に示すようにステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄそれぞれの上、及びロードロック２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれの中にはそれぞれシリコンウエハ１０がある。ステージ４ａ上のシリコンウエハ１０にはいずれの層も形成されていない。ステージ４ｂ上のシリコンウエハ１０にはバリア層が形成されている。ステージ４ｃ上のシリコンウエハ１０にはバリア層及びＡｌ合金層がこの順に形成されている。ステージ４ｄ上のシリコンウエハ１０にはバリア層、Ａｌ合金層及び被覆層がこの順に形成されている。ロードロック２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの中のシリコンウエハ１０にはバリア層、Ａｌ合金層及び被覆層が形成されていない。なおステージ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、いずれもヒーター（図示せず）によりＡｌ合金層を形成するために十分な温度、例えば３００℃〜３５０℃に維持されている。

まず制御部は、回転板３を下昇させて仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃ，８をチャンバー１の底面に接させる。このとき仕切壁３ａの内部では、いずれの層も形成されていないシリコンウエハ１０がＴｉターゲット６ａと上下に対向しており、仕切壁３ｂの内部では、バリア層のみが形成されているシリコンウエハ１０がＡｌ合金ターゲット６ｂと上下に対向しており、仕切壁３ｃの内部では、バリア層及びＡｌ合金層がこの順に形成されているシリコンウエハ１０がＴｉターゲット６ａと上下に対向している。また仕切壁８の下方では、バリア層、Ａｌ合金層及び被覆層が形成されているシリコンウエハ１０がロードロック２ｄと水平方向に対向している。

この状態において制御部は、第１の実施形態と同様にして、仕切壁３ａ,３ｂ,３ｃそれぞれの中でスパッタリングを行う。これによりステージ４ａ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉからなるバリア層が形成され、ステージ４ｂ上に位置するシリコンウエハ１０にはＡｌ合金層がバリア層の上に形成される。またステージ４ｃ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉ／ＴｉＮ層からなる被覆層がＡｌ合金層の上に形成される。
また仕切壁８の内側では、スパッタリングを行っている間にロードロック２ｄの内部に位置するシリコンウエハ１０とステージ４ｄ上に位置するシリコンウエハ１０を入れ替える。

スパッタリングが終了すると、制御部は図８に示すように回転板３を上昇させてから９０°回転する。これによりターゲットとステージの組み合わせが変更される。詳細には仕切壁３ａ及びＴｉターゲット６ａの下方にはステージ４ｄが位置し、仕切壁３ｂ及びＡｌ合金ターゲット６ｂの下方にはステージ４ａが位置し、仕切壁３ｃ及びＴｉターゲット６ｃの下方にはステージ４ｂが位置する。また仕切壁８の下方にはステージ４ｃが位置する。

そして制御部は、回転板３を下降させて再び仕切壁３ａ，３ｂ，３ｃ，８をチャンバー１の底面に接させる。この状態において第１の実施形態と同様に、仕切壁３ａ,３ｂ,３ｃそれぞれの中でスパッタリングを行う。これによりステージ４ｄ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉからなるバリア層が形成され、ステージ４ａ上に位置するシリコンウエハ１０にはＡｌ合金層がバリア層の上に形成され、ステージ４ｂ上に位置するシリコンウエハ１０にはＴｉ／ＴｉＮ層がＡｌ合金層の上に形成される。
またスパッタリングを行っている間にロードロック２ｃの内部に位置するシリコンウエハ１０とステージ４ｃ上に位置するシリコンウエハ１０を入れ替える。
スパッタリングが終了すると、制御部は回転板３を上昇させてから前回と同一方向に９０°回転する。

上記した動作を繰り返すことにより、制御部はステージ４ａ,４ｂ,４ｃ,４ｄそれぞれの上に載置されているシリコンウエハ１０にバリア層、Ａｌ合金層及び被覆層からなる配線層を順次形成し、またロードロック２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ中のシリコンウエハ１０と各ステージ上のシリコンウエハ１０を入れ替える。
この実施形態においても第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。

次に図９の部品の平面配置を示す概略図を用いて第３の実施形態にかかる半導体製造装置について説明する。この半導体製造装置は、シリコンウエハ１０の上にコバルト配線層すなわちコバルト膜及び窒化チタンからなる被覆層を形成する。この半導体製造装置の構成は、仕切壁３ａの内側にＴｉターゲット６ａを配置しない点、及び仕切壁３ｂの内側にＡｌ合金ターゲット６ｂの代わりにコバルトターゲット６ｄを配置する点を除いて第１の実施形態と同じである。仕切壁３ａの内側ではシリコンウエハ１０の上をクリーニングするための逆スパッタリングが行われる。
この半導体製造装置の動作は、仕切壁３ｃの内側には最初から窒素ガスが配管７ｃから供給される点を除いて第１の実施形態と概略同じである。
本実施形態においても第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
例えば第１及び第２の実施形態において、Ｔｉターゲット６ａ及びＡｌ合金ターゲット６ｂの代わりにバリア層を形成するためのターゲットを配置し、Ｔｉターゲット６ｃの代わりにＣｕターゲットを配置してもよい。このようにするとシリコンウエハ１０の上にＣｕ配線層を形成することができる。
また第２の実施形態において仕切壁３ａの内側にＴｉターゲット６ａを配置せず、また仕切壁３ｂの内側においてＡｌ合金ターゲット６ｂの代わりにコバルトターゲット６ｄを配置してもよい。この場合も第３の実施形態と同一の効果を得ることができる。

（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図。 半導体製造装置を構成する部品の平面配置を示す概略図。 図２のＡ―Ａ断面に相当する縦断面概略図。 半導体製造装置を構成する部品の平面配置を示す概略図。 （ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態にかかる半導体製造装置の縦断面概略図。 半導体製造装置を構成する部品の平面配置を示す概略図。 図６のＡ−Ａ断面に相当する縦断面概略図。 半導体製造装置を構成する部品の平面配置を示す概略図。 第３の実施形態にかかる半導体製造装置を構成する部品の平面配置を示す概略図。 従来の半導体製造装置の構成を示す平面概略図。

符号の説明

１…チャンバー、１ａ…排気管、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…ロードロック、３，４…回転板、３ａ，３ｂ，３ｃ，８…仕切壁、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…ステージ、５，９…回転軸、６ａ，６ｃ…Ｔｉターゲット、６ｂ…Ａｌ合金ターゲット、６ｄ…コバルトターゲット、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…配管、１０…シリコンウエハ、２０…排気ポンプ、２１…シャッター、３０…モータ、１０１…トランスファーチャンバー、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ…スパッタリングチャンバー、１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ…ステージ、１０４…ロードロック、１０５…搬送ブレード

Claims (13)

1. 第１の半導体ウエハを載置するための第１のステージと、
   第２の半導体ウエハを載置するための第２のステージと、
   第３の半導体ウエハを載置するための第３のステージと、
   第４の半導体ウエハを載置するための第４のステージと、
   前記第１のステージに対向して配置される第１のスパッタリングターゲットと、
   前記第２のステージに対向して配置される第２のスパッタリングターゲットと、
   前記第３のステージに対向して配置される第３のスパッタリングターゲットと、
   前記第１のスパッタリングターゲットと前記第１のステージとの間の空間と、前記第２のスパッタリングターゲットと前記第２のステージとの間の空間と、前記第３のスパッタリングターゲットと前記第３のステージとの間の空間と、前記第４のステージ上の空間と、を互いに仕切る仕切壁と、
   前記第１乃至第４のステージを移動させることにより、前記第１乃至第３のスパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段と、
   を具備する半導体製造装置。
2. 第１の半導体ウエハを載置するための第１のステージと、
   第２の半導体ウエハを載置するための第２のステージと、
   第３の半導体ウエハを載置するための第３のステージと、
   第４の半導体ウエハを載置するための第４のステージと、
   前記第１のステージに対向して配置される第１のスパッタリングターゲットと、
   前記第２のステージに対向して配置される第２のスパッタリングターゲットと、
   前記第３のステージに対向して配置される第３のスパッタリングターゲットと、
   前記第１のスパッタリングターゲットと前記第１のステージとの間の空間と、前記第２のスパッタリングターゲットと前記第２のステージとの間の空間と、前記第３のスパッタリングターゲットと前記第３のステージとの間の空間と、前記第４のステージ上の空間と、を互いに仕切る仕切壁と、
   前記仕切壁及び前記第１乃至第３のスパッタリングターゲットを移動させることにより、該第１乃至第３のスパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段と、
   を具備する半導体製造装置。
3. 複数の半導体ウエハそれぞれを載置するためのステージと、
   前記ステージそれぞれに対向して配置されるスパッタリングターゲットと、
   前記ステージそれぞれと該ステージそれぞれに対向するスパッタリングターゲットとの間の空間を互いに仕切る仕切壁と、
   前記仕切壁及び前記スパッタリングターゲットを前記ステージに対して相対的に移動させることにより、前記スパッタリングターゲットそれぞれに対向するステージを変更する変更手段と、
   を具備する半導体製造装置。
4. 前記ステージそれぞれは同一間隔で円周に沿って配置されており、
   前記スパッタリングターゲットそれぞれは、前記ステージと略同一の円周に沿って前記ステージと同一の間隔で配置されており、
   前記変更手段は、前記ステージを前記仕切壁及び前記スパッタリングターゲットに対して回転移動させることにより、前記スパッタリングターゲットそれぞれに対向する前記ステージを変更する請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 前記スパッタリングターゲットの数は前記ステージの数より少なく、
   いずれの前記スパッタリングターゲットにも対向していない前記ステージの上の空間を他から気密に仕切る第２の仕切壁と、
   前記第２の仕切壁によって気密に仕切られた前記ステージ上の空間に繋がるロードロックをさらに具備する請求項４に記載の半導体製造装置。
6. 前記ステージは同一間隔で円周に沿って配置されており、
   前記スパッタリングターゲットは、前記ステージと略同一の円周に沿って前記ステージと同一間隔で配置されており、
   前記変更手段は、前記スパッタリングターゲット及び前記仕切壁を前記ステージに対して回転させることにより、前記スパッタリングターゲットそれぞれに対向する前記ステージを変更する請求項３に記載の半導体製造装置。
7. 前記スパッタリングターゲットの数は前記ステージの数より少なく、
   いずれの前記スパッタリングターゲットにも対向していない前記ステージ上の空間を他から気密に仕切る第２の仕切壁と、
   前記ステージそれぞれごとに設けられたロードロックをさらに具備する請求項６に記載の半導体製造装置。
8. 前記スパッタリングターゲットは、配線を形成するための金属ターゲット及び前記配線を被覆する被覆層を形成するための被覆用ターゲットを含む請求項１〜７のいずれかに記載の半導体製造装置。
9. 前記金属ターゲットはＡｌ合金ターゲットであり、前記被覆用ターゲットはチタンターゲットである請求項８に記載の半導体製造装置。
10. 前記仕切り壁によって仕切られた空間のうち前記チタンターゲットを含む空間に窒素ガスを供給する配管をさらに具備する請求項９に記載の半導体製造装置。
11. 前記仕切壁により仕切られた空間ごとにスパッタガスを供給する配管をさらに具備する請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体製造装置。
12. 第１のステージ上に載置された第１の半導体ウエハを、第１のスパッタリングターゲットに対向するように配置するとともに、第２のステージ上に載置された第２の半導体ウエハを、第２のスパッタリングターゲットに対向するように配置する工程と、
    前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第２の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と、
    前記第２のステージ及び前記第２の半導体ウエハを前記第２のスパッタリングターゲットに対向しない場所に移動させるとともに、前記第１のステージ及び前記第１の半導体ウエハを移動させて前記第２のスパッタリングターゲットに対向するように配置し、かつ第３のステージ及び前記第３のステージ上に配置された第３の半導体ウエハを、前記第１のスパッタリングターゲットに対向するように配置する工程と、
    前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第３の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と
    を具備する半導体装置の製造方法。
13. 第１のスパッタリングターゲットを第１の半導体ウエハに対向するように配置するとともに、第２のスパッタリングターゲットを第２の半導体ウエハに対向するように配置する工程と、
    前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第２の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と、
    前記第１のスパッタリングターゲットを移動させて第３の半導体ウエハに対向するように配置するとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを移動させて前記第１の半導体ウエハに対向するように配置する工程と、
    前記第１のスパッタリングターゲットを用いて前記第３の半導体ウエハにスパッタリングを行うとともに、前記第２のスパッタリングターゲットを用いて前記第１の半導体ウエハにスパッタリングを行う工程と
    を具備する半導体装置の製造方法。
    
    

Images