JPH08288219A - 半導体処理装置及び半導体処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタリング処理にて成膜される膜の膜質
劣化を引き起こすことなく、スパッタリング処理にかか
る時間を短縮させる。 【構成】 中央に設置されたセパレーションチャンバ１
と、該セパレーションチャンバ１の周囲に設置されたロ
ードチャンバ２、２つの高融点金属スパッタリング用の
第１及び第２のスパッタチャンバ３及び４、Ａｌ合金ス
パッタリング用の第３のスパッタチャンバ５、高周波
（ＲＦ）放電によりプラズマエッチング（スパッタエッ
チング）を行なうＲＦエッチングチャンバ６を有するマ
ルチチャンバ方式のスパッタリング装置において、これ
らプロセス用チャンバに加えてランプアニールチャンバ
７を設けて構成する。なお、ロードチャンバ２とセパレ
ーションチャンバ１との間には、セパレーションチャン
バ１やスパッタチャンバ（３，４，５）等のプロセス用
チャンバ内のガス脱の防止を目的としたロードロックチ
ャンバ８が設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体処理装置及び半
導体処理方法に関し、特に、高融点金属膜やＡｌを含む
金属膜等のスパッタリング処理を行なうスパッタリング
装置及びスパッタリング方法に適用して好適な半導体処
理装置及び半導体処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、スパッタリング装置は、半導体デ
バイスの高集積化に伴い、多層配線によるスパッタリン
グ工程の増加のほか、バリア膜、コンタクト膜、反射防
止膜のスパッタリング工程も加わり、該スパッタリング
装置の重要性が増している。

【０００３】配線の信頼性を向上させる目的で形成され
る例えばＷ，Ｔｉ，Ｍｏなどの高融点金属やＴｉの窒化
膜は、エレクトロマイグレーション耐性を上げるための
積層膜、バリア膜、あるいは異なった材料の接合界面を
安定化させるためのコンタクト膜としても機能する。

【０００４】また、上記高融点金属は、例えばＭＯＳ形
ＦＥＴ等のゲート電極の低抵抗化用材料としても使用さ
れ、上記ゲート電極の電気抵抗の低下に寄与させ、ゲー
ト電極を通じて流れる信号の減衰をなるべく抑えるよう
にしている。

【０００５】そして、スパッタによる成膜は、高純度の
薄膜を安定に、かつ再現性よく形成できるという特徴が
あり、量産用装置として適している。

【０００６】ここで、スパッタリングによる成膜原理を
簡単に説明すると、スパッタリングは、加速された粒子
が固体表面に衝突したとき相手の原子・分子を弾き飛ば
す現象をいうが、このスパッタリングを利用してグロー
放電中のＡｒイオンをターゲットに当て、出てきた粒子
を基板上に堆積して成膜を行なうものである。

【０００７】即ち、例えば１０^-8Ｔｏｒｒ台の超高真空
に排気された真空チャンバの中に、不活性ガスのＡｒを
導入し、１０^-3Ｔｏｒｒ台でプラズマ放電により生じた
Ａｒ ⁺ イオンを、負電位に保持されたカソードに取り付
けられたスパッタ材料、即ちターゲットに衝突させ、弾
き出された材料を対向位置にある基板ホルダ上のウェハ
に付着させて成膜するのがスパッタリングによる成膜原
理である。

【０００８】このスパッタリング装置の基本構成として
は、真空チャンバ，真空ポンプ及び真空計からなる真空
系、ガス配管，マスフローコントローラ及びバルブ等か
らなるガス導入系、カソード，基板ホルダ及びシールド
等からなるスパッタ電極系を有し、これらを組み合わせ
てスパッタチャンバが構成される。

【０００９】また、最近では、２〜３室の成膜用のスパ
ッタチャンバと、例えば高周波（ＲＦ）放電によりプラ
ズマエッチング（スパッタエッチング）を行なうＲＦエ
ッチングチャンバを組み合わせたマルチプロセスチャン
バ方式のスパッタリング装置が実用化されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スパッタリ
ング装置にてＡｌあるいはその合金による配線層又は高
融点金属を含む配線層を蒸着した際、配線層の配向性を
向上させる目的でランプアニール処理が行なわれる。こ
の処理は、ウェハを一旦スパッタリング装置から取り出
して、ランプアニール炉に投入して行なわれる。

【００１１】従って、上記配線層の形成からランプアニ
ール処理を行なうまでの作業においては、まず、スパッ
タリング装置内に真空度を大気レベルまで戻した後、搬
送機構にてウェハをスパッタリング装置から取り出す。
その後、ウェハをランプアニール炉に例えばバッジ方式
にて投入してランプアニール処理を行なう。

【００１２】再び、薄膜のスパッタリング蒸着を行なう
場合は、ウェハを搬送機構を用いてスパッタリング装置
に投入して行なう。

【００１３】具体的に、例えば、高融点金属を含む膜を
Ａｌあるいはその合金による配線層のバリア膜として使
用する場合、又は高融点金属を含む膜を例えばＭＯＳ形
ＦＥＴのゲート電極の低抵抗化膜として使用する場合を
例にとって説明すると、まず、ウェハ上に形成された例
えば下地ＳｉＯ₂ 膜上に高融点金属を含む膜をスパッタ
リング装置にて成膜した後、スパッタリング装置からウ
ェハを取り出すために、該装置内の真空度が大気レベル
まで戻される。

【００１４】その後、ウェハを搬送機構にてスパッタリ
ング装置から取り出して、スパッタリング装置とは別に
設置空間に設置されたランプアニール炉に投入する。そ
して、該炉においてランプアニール処理が行なわれて高
融点金属を含む膜の配向性の向上が図られる。

【００１５】その後、Ａｌあるいはその合金による配線
層を成膜するためにウェハをランプアニール炉から取り
出して再びスパッタリング装置に投入する。このとき、
スパッタリング装置内の真空度を例えば１０^-8Ｔｏｒｒ
台まで上げる。

【００１６】高真空度に保たれたスパッタリング装置内
にて上記高融点金属を含む膜上にＡｌあるいはその合金
による配線層がスパッタリング処理にて成膜される。そ
の後、再びウェハを取り出すために、スパッタリング装
置内の真空度を大気レベルまで戻す。その後、ウェハを
再び搬送機構にてスパッタリング装置から取り出してラ
ンプアニール炉内に投入して、ランプアニール処理を行
なう。このアニール処理にてＡｌあるいはその合金によ
る配線層の配向性が向上することになる。

【００１７】上記一連の工程にて、高融点金属を含む膜
及びＡｌあるいはその合金による配線層のスパッタリン
グが終了するが、この一連の工程においては、ランプア
ニール処理を行なうために、スパッタリングプロセスの
途中でウェハを大気中に開放することから、高融点金属
を含む膜及びＡｌあるいはその合金による配線層が酸化
されてその膜質劣化が生じるという問題がある。

【００１８】また、スパッタリング装置からウェハを取
り出すたびに、該スパッタリング装置内の真空度を大気
レベルまで戻すようにしているため、その後に薄膜をス
パッタリング装置にて成膜する際に、装置内を１０^-8Ｔ
ｏｒｒ台まで真空引きしなければならず、装置内を超高
真空にするまでの時間、即ち真空待ち時間が必要とな
り、このため、スパッタリング処理にかかる時間が長く
なり、スループットの向上に限界が生じるという不都合
がある。

【００１９】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、スパッタリング処理に
て成膜される膜の膜質劣化を引き起こすことがなく、し
かも、スパッタリング処理にかかる時間を短縮させるこ
とができる半導体処理装置及び半導体処理方法を提供す
ることにある。

【００２０】また、本発明の他の目的は、スパッタリン
グ処理により成膜された膜の配向性向上を目的としたラ
ンプアニール処理の効果を最大限に発揮させることがで
きる半導体処理装置及び半導体処理方法を提供すること
にある。

【００２１】また、本発明の他の目的は、ウェハ上に形
成された積層膜の段差部等に残留するガス（スパッタリ
ング処理にて発生した残留ガス（例えばＨ₂ Ｏ，Ｈ₂ ，
Ｏ₂，Ｎ₂ 等））をその後に行なわれるスパッタリング
処理前に有効に除去することができ、スパッタリング処
理による成膜特性を向上させることができる半導体処理
装置及び半導体処理方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体処理
装置は、被処理体に対する半導体処理時において真空状
態に保持されるスパッタリング装置本体に、少なくとも
１つのスパッタリング処理用のスパッタチャンバと、ラ
ンプアニール処理用のランプアニールチャンバとを設け
て構成する（請求項１記載の発明）。

【００２３】また、本発明に係る半導体処理装置は、半
導体処理工程において被処理体に対してランプアニール
処理を行なうランプアニールチャンバに真空系ポンプを
設けて構成する（請求項３記載の発明）。

【００２４】次に、本発明に係る半導体処理方法は、被
処理体に対して薄膜のスパッタリングを行なった後に大
気開放することなくランプアニール処理を行なう（請求
項４記載の発明）。

【００２５】また、本発明に係る半導体処理方法は、被
処理体に対する薄膜のスパッタリング処理前に、真空系
の環境下でランプアニール処理を行なう（請求項７記載
の発明）。

【００２６】

【作用】請求項１記載の本発明に係る半導体処理装置に
おいて、被処理体上に薄膜をスパッタリング処理にて成
膜する場合、まず、該スパッタリング処理を行なうスパ
ッタリング装置本体内が真空状態に保持されることにな
る。

【００２７】そして、この真空状態に保持されたスパッ
タリング装置本体におけるスパッタチャンバ内において
被処理体上に薄膜がスパッタリングにて成膜されること
になる。スパッタリングによる成膜が終了すると、被処
理体は、そのまま、スパッタリング装置本体内にあるラ
ンプアニールチャンバに投入されて上記薄膜の配向性向
上を目的としたランプアニール処理が行なわれる。

【００２８】被処理体のランプアニールチャンバへの投
入においては、真空状態に保持されたスパッタリング装
置本体内を通じて行なわれるため、被処理体を一旦大気
中に開放しなければならないという不都合が回避され、
スパッタリング処理にて成膜された薄膜の膜質劣化（酸
化）を防止することが可能となる。

【００２９】また、ランプアニール処理を行なう場合
に、スパッタリング装置本体内、特にスパッタチャンバ
内の真空度を大気レベルまで戻す必要がなくなるため、
ランプアニール処理後に再びスパッタリング処理を行な
う際、スパッタリング装置本体内の真空度を大気レベル
から高真空までもっていく真空引きのための時間、即ち
真空待ち時間が必要なくなる。そのため、ランプアニー
ル処理を含むスパッタリング処理にかかる処理時間を大
幅に短縮することが可能となり、スループットの向上を
効率よく達成させることができる。

【００３０】次に、請求項３記載の本発明に係る半導体
処理装置についての作用を説明する。通常、リフトオフ
を目的として形成されたレジストマスク上に薄膜をスパ
ッタリングにて形成する場合や、前回においてスパッタ
リング処理が行なわれた被処理体は、レジストマスクを
使用してのエッチング処理にて発生したガスや上記スパ
ッタリング処理にて発生したガスがレジストマスクの段
差部分やスパッタリングにより成膜された薄膜の例えば
凹部において残留する。

【００３１】残留ガスをそのままにしてその後にスパッ
タリング処理して薄膜を成膜した場合、薄膜中に残留ガ
スの構成分子や構成原子が混入して不純物として存在す
ることになり、スパッタリングにより成膜された薄膜が
例えば配線層であれば上記混入不純物により電気抵抗が
高くなるなど、成膜特性を著しく劣化させることにな
る。

【００３２】しかし、この請求項３記載の半導体処理装
置においては、ランプアニールチャンバに真空系ポンプ
が設けられているため、スパッタリング処理前に予め真
空の環境下においてランプアニール処理を施すことが可
能となり、これにより、被処理体に残留しているガスを
除去することができる。従って、その後のスパッタリン
グ処理における成膜特性を向上させることが可能とな
る。

【００３３】次に、請求項４記載の本発明に係る半導体
処理方法は、被処理体に対してスパッタリング処理によ
り薄膜を成膜した後に、該被処理体を大気中に開放させ
ることなくランプアニール処理を行なう。

【００３４】これにより、スパッタリング処理にて成膜
された薄膜が、ランプアニール処理の際に酸化されると
いうことがなくなり、薄膜の膜質の向上を図ることがで
き、しかも、ランプアニール処理の効果、即ち薄膜の配
向性の向上という効果を十分に発揮させることができ
る。

【００３５】次に、請求項７記載の本発明に係る半導体
処理方法においては、被処理体に対する薄膜のスパッタ
リング処理前に、真空系の環境下でランプアニール処理
を行なう。

【００３６】通常、リフトオフを目的として形成された
レジストマスク上に薄膜をスパッタリングにて形成する
場合や、前回においてスパッタリング処理が行なわれた
被処理体は、レジストマスクを使用してのエッチング処
理にて発生したガスや上記スパッタリング処理にて発生
したガスが、レジストマスクの段差部分やスパッタリン
グにより成膜された薄膜の例えば凹部において残留する
ことになるが、この発明では薄膜のスパッタリング処理
前に、真空系の環境下でランプアニール処理を行なうた
め、このアニール処理にて被処理体の上記残留ガスを除
去することができ、その後のスパッタリング処理による
成膜特性を向上させることができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明に係る半導体処理装置を、マル
チチャンバ方式のスパッタリング装置に適用した実施例
（以下、単に実施例に係るスパッタリング装置と記す）
を図１〜図６を参照しながら説明する。

【００３８】この実施例に係るスパッタリング装置は、
図１に示すように、中央に設置されたセパレーションチ
ャンバ１と、該セパレーションチャンバ１の周囲に設置
されたロードチャンバ２、２つの高融点金属スパッタリ
ング用の第１及び第２のスパッタチャンバ３及び４、Ａ
ｌ合金スパッタリング用の第３のスパッタチャンバ５、
高周波（ＲＦ）放電によりプラズマエッチング（スパッ
タエッチング）を行なうＲＦエッチングチャンバ６及び
ランプアニールチャンバ７を有して構成されている。

【００３９】また、ロードチャンバ２とセパレーション
チャンバ１との間には、セパレーションチャンバ１やス
パッタチャンバ（３，４，５）等のプロセス用チャンバ
内のガス脱の防止を目的としたロードロックチャンバ８
が設置されている。

【００４０】ロードチャンバ２は、その内部に未処理の
ウェハを収容するカセット１１と、処理済みのウェハを
収容するカセット１２が格納されている。また、ロード
ロックチャンバ８には、図示しない真空系ポンプ１３が
排気ライン１４を通じて接続されて、チャンバ８内を高
真空状態（１０^-3〜１０^-7Ｔｏｒｒ）から低真空状態
（７６０〜１Ｔｏｒｒ）まで制御できるようになってい
る。

【００４１】ロードチャンバ２とロードロックチャンバ
８との間には、開閉操作によってこれらチャンバ２及び
８間を連通あるいは遮蔽するゲートバルブＧ１と、ウェ
ハＷをロードロックチャンバ８側にあるいはロードチャ
ンバ２側に搬送するための図示しない搬送機構とが設置
されている。

【００４２】また、ロードロックチャンバ８とセパレー
ションチャンバ１との間には、開閉操作によってこれら
チャンバ１及び８間を連通あるいは遮蔽するゲートバル
ブＧ２と、ウェハＷをロードロックチャンバ８側にある
いはセパレーションチャンバ１側に搬送するための図示
しない搬送機構とが設置されている。

【００４３】セパレーションチャンバ１内には、該セパ
レーションチャンバ１に搬送されたウェハＷを各プロセ
ス用チャンバ（第１〜第３のスパッタチャンバ（３〜
５），ＲＦエッチングチャンバ６及びランプアニールチ
ャンバ７）に個別に搬送する搬送機構１５が設置されて
いる。

【００４４】また、各プロセス用チャンバとセパレーシ
ョンチャンバ１との間にはゲートバルブＧ３，Ｇ４，Ｇ
５，Ｇ６，Ｇ７がそれぞれ開閉自在に設置されている。

【００４５】これら各ゲートバルブＧ１〜Ｇ７は、それ
ぞれ個別に設置されたゲートバルブ駆動機構Ａ１〜Ａ７
によって開閉動作するようになっている。各ゲートバル
ブ駆動機構Ａ１〜Ａ７への通電、各搬送機構への通電
は、図示しないプロセス制御コンピュータからの指示信
号に基づいて行なわれる。また、各チャンバ内でのウェ
ハＷに対する処理（各チャンバ内の真空引きを含む）も
コンピュータが実行するプロセス制御用プログラムに従
って行なわれる。

【００４６】ぞして、ＲＦエッチングチャンバ６は、図
３に示すように、その内部に、高周波電源（３００Ｗ）
２１と接続され、かつ上面にウェハＷが載置される電極
２２と、該電極２２に対向して設けられ、かつ接地電位
が印加される対向電極２３とを有する。また、このＲＦ
エッチングチャンバ６には、ガス配管、マスフローコン
トローラ及びバルブなどからなる不活性ガス（Ａｒガ
ス）の導入系が設置され、排気口にクライオポンプ等の
真空系ポンプＰ６（図１参照）が接続されている。

【００４７】第１〜第３のスパッタチャンバ（３〜５）
は、例えばマグネトロンスパッタ方式が採用され、図４
に示すように、その内部に、ウェハＷが載置される基板
ホルダ３１、負電位に保持されたカソード３２及びカソ
ード３２と基板ホルダ３１間に配されたシールド板３３
からなるスパッタ電極系が設置されている。スパッタ材
料であるターゲット３４は、カソード３２に取り付けら
れている。

【００４８】また、これら各スパッタチャンバ３，４及
び５は、クライオポンプ等からなる真空系ポンプＰ３，
Ｐ４及びＰ５と、ガス配管，マスフローコントローラ及
びバルブなどからなるガス導入系とを有する。なお、上
記シールド板３３は、パーティクルの低減と稼働率の向
上を目的として設置されるもので、飛散するスパッタ粒
子がチャンバ内壁等に付着しないように防護し、付着し
たスパッタ粒子を長時間保持させてパーティクルの発生
を抑制する機能を有する。

【００４９】ランプアニールチャンバ７は、ウェハＷに
対して例えば４００℃以上のランプアニール処理を施す
ものであり、代表的にハロゲンランプの光（波長０．４
〜４．０μｍ）を用いた数秒〜１００秒間の連続的照射
によるアニール方式と、キセノンフラッシュランプを用
いた照射時間数１０μｓ〜数ｍｓのアニール方式とがあ
るが、本実施例においては、両方式とも採用可能であ
る。

【００５０】具体的に、ハロゲンランプの光を用いたア
ニール方式のランプアニールチャンバ７について説明す
ると、このランプアニールチャンバ７は、図５に示すよ
うに、その内部に、ウェハＷが載置される基板ホルダ４
１と、該基板ホルダ４１の上方に配された石英板４２
と、この石英板４２上に多数配列されたハロゲンランプ
群４３を有して構成されている。

【００５１】また、このランプアニールチャンバ７に
は、クライオポンプ等からなる真空系ポンプＰ７と、ガ
ス配管，マスフローコントローラ及びバルブ等からなる
ガス導入系とを有する。このガス導入系にてチャンバ７
内に導入されるガスは、熱処理用のガスとして用いられ
る例えばＮ₂ ，Ｏ₂ 等である。

【００５２】次に、上記本実施例に係るスパッタリング
装置で、ウェハＷ上に高融点金属膜とＡｌ合金による配
線層を成膜する場合について図２の工程図も参照しなが
ら説明する。

【００５３】前提として、図２Ａに示すように、例えば
シリコン基板５１上に下地ＳｉＯ₂膜５２が形成されて
いる状態のウェハＷが未処理ウェハとして当該スパッタ
リング装置に投入される。即ち、ロードチャンバ２の一
方のカセット１１に当該未処理ウェハＷを収容する。

【００５４】そして、このスパッタリング装置に対する
スタート指令によって、該スパッタリング装置のシーケ
ンス動作が開始される。

【００５５】まず、ゲートバルブ駆動機構Ａ１への通電
によってゲートバルブＧ１が開き、これにより、ロード
チャンバ２とロードロックチャンバ８とが連通すること
になる。その後、搬送機構によってカセット１１から未
処理ウェハＷが取り出され、更に、該未処理ウェハＷが
ロードロックチャンバ８内に搬送される。

【００５６】未処理ウェハＷがロードロックチャンバ８
内に搬送されると、再びゲートバルブ駆動機構Ａ１への
通電によってゲートバルブＧ１が閉り、ロードチャンバ
２とロードロックチャンバ８との連通が遮断される。

【００５７】次に、ロードロックチャンバ用の真空系ポ
ンプ１３が作動し、ロードロックチャンバ８内が例えば
１０^-3Ｔｏｒｒ台まで真空引きされる。

【００５８】次に、ゲートバルブ駆動機構Ａ２への通電
によってゲートバルブＧ２が開き、これによって、ロー
ドロックチャンバ８とセパレーションチャンバ１とが連
通することになる。その後、ロードロックチャンバ８内
の未処理ウェハＷが搬送機構によってセパレーションチ
ャンバ１内に搬送される。その後、再びゲートバルブ駆
動機構Ａ２への通電によってゲートバルブＧ２が閉じ、
ロードロックチャンバ８とセパレーションチャンバ１と
の連通が遮断される。

【００５９】次に、ゲートバルブ駆動機構Ａ３への通電
によって、ゲートバルブＧ３が開き、第１のスパッタチ
ャンバ３とセパレーションチャンバ１とが連通する。そ
の後、セパレーションチャンバ１内の搬送機構１５によ
る搬送操作によって、未処理ウェハＷが第１のスパッタ
チャンバ３内に搬送される。この第１のスパッタチャン
バ３内の真空度は、予め真空系ポンプＰ３によって例え
ば１０^-8Ｔｏｒｒ台となっている。その後、ゲートバル
ブ駆動機構Ａ３への通電によってゲートバルブＧ３が閉
じ、第１のスパッタチャンバ３とセパレーションチャン
バ１との連通が遮断される。

【００６０】そして、この第１のスパッタチャンバ３内
において、図２Ｂに示すように、下地ＳｉＯ₂ 膜５２上
に１層目の高融点金属膜５３、例えばＴｉ膜がスパッタ
リング処理によって成膜される。

【００６１】上記第１のスパッタチャンバ内での１層目
の高融点金属膜５３の成膜が終了すると、再びゲートバ
ルブ駆動機構Ａ３への通電によってゲートバルブＧ３が
開き、該第１のスパッタチャンバ３とセパレーションチ
ャンバ１とが連通する。その後、セパレーションチャン
バ１の搬送機構への通電によって上記１層目の高融点金
属膜５３が成膜されたウェハＷがセパレーションチャン
バ１内に搬送されることになる。その後、上記ゲートバ
ルブ駆動機構Ａ３への通電によって、ゲートバルブＧ３
が閉じ、第１のスパッタチャンバ３とセパレーションチ
ャンバ１との連通が遮断される。

【００６２】次に、今度はゲートバルブ駆動機構Ａ４へ
の通電によってゲートバルブＧ４が開き、第２のスパッ
タチャンバ４とセパレーションチャンバ１とが連通す
る。その後、セパレーションチャンバ１内の搬送機構１
５による搬送操作によって、上記ウェハＷが第２のスパ
ッタチャンバ４内に搬送される。この第２のスパッタチ
ャンバ４内の真空度は、予め真空系ポンプＰ４によって
例えば１０^-8Ｔｏｒｒ台となっている。その後、ゲート
バルブ駆動機構Ａ４への通電によってゲートバルブＧ４
が閉じ、第２のスパッタチャンバ４とセパレーションチ
ャンバ１との連通が遮断される。

【００６３】そして、この第２のスパッタチャンバ４内
において、図２Ｃに示すように、１層目の高融点金属膜
５３上に２層目の高融点金属膜５４、例えばＴｉＯＮ膜
がスパッタリング処理によって成膜される。

【００６４】上記第２のスパッタチャンバ４内での２層
目の高融点金属膜５４の成膜が終了すると、再びゲート
バルブ駆動機構Ａ４への通電によってゲートバルブＧ４
が開き、該第２のスパッタチャンバ４とセパレーション
チャンバ１とが連通する。その後、セパレーションチャ
ンバ１の搬送機構１５への通電によって上記２層目の高
融点金属膜５４が成膜されたウェハＷがセパレーション
チャンバ１内に搬送されることになる。その後、上記ゲ
ートバルブ駆動機構Ａ４への通電によって、ゲートバル
ブＧ４が閉じ、第２のスパッタチャンバ４とセパレーシ
ョンチャンバ１との連通が遮断される。

【００６５】次に、今度はゲートバルブ駆動機構Ａ７へ
の通電によってゲートバルブＧ７が開き、ランプアニー
ルチャンバ７とセパレーションチャンバ１とが連通す
る。その後、セパレーションチャンバ１内の搬送機構１
５による搬送操作によって、上記ウェハＷがランプアニ
ールチャンバ７内に搬送される。このランプアニールチ
ャンバ７内の真空度は、予め真空系ポンプＰ７によって
例えば１０^-3Ｔｏｒｒ台となっている。その後、ゲート
バルブ駆動機構Ａ７への通電によってゲートバルブＧ７
が閉じ、ランプアニールチャンバ７とセパレーションチ
ャンバ１との連通が遮断される。

【００６６】そして、このランプアニールチャンバ７内
において、ウェハＷに対してランプアニール処理が施さ
れる。このとき、ウェハＷの温度が上昇することによっ
て、下地ＳｉＯ₂ 膜５２上に成膜された１層目及び２層
目における各高融点金属膜５３及び５４の配向性が向上
し、特に１層目の高融点金属膜５３と下地ＳｉＯ₂ 膜５
２との密着性が向上する。

【００６７】ところで、上記第１及び第２のスパッタチ
ャンバ３及び４内でのスパッタリング処理によって発生
したガス（例えばＨ₂ Ｏ，Ｈ₂ ，Ｏ₂ ，Ｎ₂ 等）は、ウ
ェハＷ上に形成された薄膜の凹部や段差部分等に残留す
ることになるが、このランプアニールチャンバ７でのラ
ンプアニール処理においては、真空系ポンプＰ７にてラ
ンプアニールチャンバ７内を排気しながら行なわれるた
め、スパッタリング処理にて発生した残留ガスが真空系
ポンプＰ７を通じて排気されることになる。

【００６８】上記ランプアニールチャンバ７内でのラン
プアニール処理が終了すると、再びゲートバルブ駆動機
構Ａ７への通電によってゲートバルブＧ７が開き、該ラ
ンプアニールチャンバ７とセパレーションチャンバ１と
が連通する。その後、セパレーションチャンバ１の搬送
機構１５への通電によって上記ランプアニール処理後の
ウェハＷがセパレーションチャンバ１内に搬送されるこ
とになる。その後、上記ゲートバルブ駆動機構Ａ７への
通電によって、ゲートバルブＧ７が閉じ、ランプアニー
ルチャンバ７とセパレーションチャンバ１との連通が遮
断される。

【００６９】次に、今度はゲートバルブ駆動機構Ａ５へ
の通電によってゲートバルブＧ５が開き、第３のスパッ
タチャンバ５とセパレーションチャンバ１とが連通す
る。その後、セパレーションチャンバ１内の搬送機構１
５による搬送操作によって、上記ウェハＷが第３のスパ
ッタチャンバ５内に搬送される。この第３のスパッタチ
ャンバ５内の真空度は、予め真空系ポンプＰ５によって
例えば１０^-8Ｔｏｒｒ台となっている。その後、ゲート
バルブ駆動機構Ａ５への通電によってゲートバルブＧ５
が閉じ、第３のスパッタチャンバ５とセパレーションチ
ャンバ１との連通が遮断される。

【００７０】そして、この第３のスパッタチャンバ５内
において、図２Ｄに示すように、シリコン基板５１上の
２層目の高融点金属膜５４上に、Ａｌ合金膜による配線
層５５がスパッタリング処理によって成膜される。

【００７１】上記第３のスパッタチャンバ５内でのＡｌ
合金配線層５５の成膜が終了すると、再びゲートバルブ
駆動機構Ａ５への通電によってゲートバルブＧ５が開
き、該第３のスパッタチャンバ５とセパレーションチャ
ンバ１とが連通する。その後、セパレーションチャンバ
１の搬送機構１５への通電によって上記Ａｌ合金配線層
５５が成膜されたウェハＷがセパレーションチャンバ１
内に搬送されることになる。その後、上記ゲートバルブ
駆動機構Ａ５への通電によって、ゲートバルブＧ５が閉
じ、第３のスパッタチャンバ５とセパレーションチャン
バ１との連通が遮断される。

【００７２】次に、今度はゲートバルブ駆動機構Ａ７へ
の通電によってゲートバルブＧ７が開き、ランプアニー
ルチャンバ７とセパレーションチャンバ１とが連通す
る。その後、セパレーションチャンバ１内の搬送機構１
５による搬送操作によって、上記ウェハＷがランプアニ
ールチャンバ７内に搬送される。その後、ゲートバルブ
駆動機構Ａ７への通電によってゲートバルブＧ７が閉
じ、ランプアニールチャンバ７とセパレーションチャン
バ１との連通が遮断される。

【００７３】そして、このランプアニールチャンバ７内
において、ウェハＷに対してランプアニール処理が施さ
れる。このとき、ウェハＷの温度が上昇することによっ
て、２層目の高融点金属膜５４上に成膜されたＡｌ合金
配線層５５の配向性が向上し、該Ａｌ合金配線層５５と
高融点金属膜５４との密着性が向上する。

【００７４】また、このランプアニール処理において、
Ａｌ合金配線層５５のスパッタリング処理にて発生した
残留ガスが排気される。

【００７５】上記ランプアニールチャンバ７内でのラン
プアニール処理が終了すると、再びゲートバルブ駆動機
構Ａ７への通電によってゲートバルブＧ７が開き、該ラ
ンプアニールチャンバ７とセパレーションチャンバ１と
が連通する。その後、セパレーションチャンバ１の搬送
機構１５への通電によって上記ランプアニール処理後の
ウェハＷ、即ち処理済みウェハＷがセパレーションチャ
ンバ１内に搬送されることになる。その後、上記ゲート
バルブ駆動機構Ａ７への通電によって、ゲートバルブＧ
７が閉じ、ランプアニールチャンバ７とセパレーション
チャンバ１との連通が遮断される。

【００７６】次に、ゲートバルブ駆動機構Ａ２への通電
によってゲートバルブＧ２が開き、ロードロックチャン
バ８とセパレーションチャンバ１とが連通する。その
後、ロードロックチャンバ８の搬送機構への通電によっ
て、セパレーションチャンバ１内にある処理済みウェハ
Ｗがロードロックチャンバ８内に搬送されることにな
る。その後、上記ゲートバルブ駆動機構Ａ２への通電に
よってゲートバルブＧ２が閉じ、ロードロックチャンバ
８とセパレーションチャンバ１との連通が遮断される。

【００７７】その後、真空系ポンプ１３を制御してロー
ドロックチャンバ８内の真空度を低真空まで落す。その
後、ゲートバルブ駆動機構Ａ１への通電によってゲート
バルブＧ１が開き、ロードチャンバ２とロードロックチ
ャンバ８とが連通する。その後、ロードチャンバ２内の
搬送機構への通電によってロードロックチャンバ８内の
処理済みウェハＷがロードチャンバ２内に搬送され、更
に処理済み用のカセット１２内に収容されることにな
る。

【００７８】このように、この実施例に係るスパッタリ
ング装置においては、第１〜第３のスパッタチャンバ
（３〜５）に加えてランプアニールチャンバ７を備えて
いるため、ウェハＷをランプアニールチャンバ７に投入
する場合、真空状態に保持されたセパレーションチャン
バ１を通じて行なわれることになる。

【００７９】従って、ウェハＷに対してランプアニール
処理を行なう場合、ウェハＷを一旦大気中に開放しなけ
ればならないという不都合が回避され、スパッタリング
処理にて成膜された高融点金属膜５３及び５４やＡｌ合
金配線層５５の膜質劣化（酸化等）を防止することが可
能となる。

【００８０】しかも、スパッタリング処理とランプアニ
ール処理において共通する工程（例えば真空引きや雰囲
気ガスの導入処理等）を統一化することができ、工程の
削減化を図ることができる。

【００８１】また、ランプアニール処理を行なう場合
に、スパッタリング装置本体内、特にスパッタチャンバ
（３〜５）内の真空度を大気レベルまで戻す必要がなく
なるため、ランプアニール処理後に再びスパッタリング
処理を行なう際、スパッタリング装置本体内の真空度を
大気レベルから高真空までもっていく真空引きのための
時間、即ち真空待ち時間が必要なくなる。そのため、ラ
ンプアニール処理を含むスパッタリング処理にかかる処
理時間を大幅に短縮することが可能となり、スループッ
トの向上を効率よく達成させることができる。

【００８２】また、Ａｌ合金配線層５５の成膜後に、ウ
ェハＷをランプアニール処理するようにしているため、
図６に示すように、Ａｌ合金配線層５５が熱流動し、こ
れにより、下地ＳｉＯ₂ 膜５２における深い段差部や下
地ＳｉＯ₂ 膜５２に形成された深いコンタクト部に対す
るＡｌ合金配線層５５の埋め込み率が向上する。これ
は、配線の断線防止等につながり高歩留まりを達成させ
る上で有利になる。

【００８３】また、ランプアニールチャンバ７に真空系
ポンプＰ７を設置するようにして、ランプアニール処理
中においてチャンバ７内を排気するようにしたので、前
処理であるスパッタリング処理にて発生した残留ガスを
ランプアニール処理にて同時に除去することができる。

【００８４】通常、残留ガスをそのままにしてその後に
スパッタリング処理して薄膜を成膜した場合、薄膜中に
残留ガスの構成分子や構成原子が混入して不純物として
存在することになり、スパッタリングにより成膜された
薄膜が例えば配線層であれば上記混入不純物により電気
抵抗が高くなるなど、成膜特性を著しく劣化させること
になる。

【００８５】しかし、この実施例に係るスパッタリング
装置におけるランプアニールチャンバ７においては、上
述したように、同時に残留ガスを除去することができる
ため、その後のスパッタリング処理における成膜特性を
向上させることが可能となる。

【００８６】上記実施例においては、ロードロックチャ
ンバ８からセパレーションチャンバ１に搬送された未処
理ウェハＷに対し、最初に第１のスパッタチャンバ３に
おいて１層目の高融点金属膜５３を成膜するようにした
が、その他、この１層目の高融点金属膜５３の成膜に先
立って、ランプアニールチャンバ７内にてランプアニー
ル処理を行なうようにしてもよい。

【００８７】この場合、前工程（例えばエッチング処理
等）において発生し、ウェハＷに残留することとなった
ガスを除去することができるため、このスパッタリング
装置にて成膜される薄膜すべての成膜特性を向上するこ
とが可能となる。

【００８８】また、上記実施例においては、１層目及び
２層目の高融点金属膜５３及び５４を成膜した後に、一
旦ランプアニール処理を施すようにしたが、各高融点金
属膜５３及び５４の成膜後においてそれぞれランプアニ
ール処理を施すようにしてもよい。

【００８９】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る半導体処理
装置によれば、被処理体に対する半導体処理時において
真空状態に保持されるスパッタリング装置本体に、少な
くとも１つのスパッタリング処理用のスパッタチャンバ
と、ランプアニール処理用のランプアニールチャンバと
を設けるようにしたので、スパッタリング処理にて成膜
される膜の膜質劣化を引き起こすことがなく、しかも、
スパッタリング処理にかかる時間を短縮させることがで
きる。更に、スパッタリング処理により成膜された膜の
配向性向上を目的としたランプアニール処理の効果を最
大限に発揮させることができる。

【００９０】また、本発明に係る半導体処理装置によれ
ば、半導体処理工程において被処理体に対してランプア
ニール処理を行なうランプアニールチャンバに真空系ポ
ンプを設けるようにしたので、被処理体上に形成された
積層膜の段差部等に残留するガス（スパッタリング処理
にて発生した残留ガス（例えばＨ₂ Ｏ，Ｈ₂ ，Ｏ₂ ，Ｎ
₂ 等））をその後に行なわれるスパッタリング処理前に
有効に除去することができ、スパッタリング処理による
成膜特性を向上させることができる。

【００９１】次に、本発明に係る半導体処理方法によれ
ば、被処理体に対して薄膜のスパッタリングを行なった
後に大気開放することなくランプアニール処理を行なう
ようにしたので、スパッタリング処理にて成膜される膜
の膜質劣化を引き起こすことがなく、しかも、スパッタ
リング処理にかかる時間を短縮させることができる。更
に、スパッタリング処理により成膜された膜の配向性向
上を目的としたランプアニール処理の効果を最大限に発
揮させることができる。

【００９２】また、本発明に係る半導体処理方法によれ
ば、被処理体に対する薄膜のスパッタリング処理前に、
真空系の環境下でランプアニール処理を行なうようにし
たので、被処理体上に形成された積層膜の段差部等に残
留するガス（スパッタリング処理にて発生した残留ガス
（例えばＨ₂ Ｏ，Ｈ₂ ，Ｏ₂ ，Ｎ₂ 等））をその後に行
なわれるスパッタリング処理前に有効に除去することが
でき、スパッタリング処理による成膜特性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体処理装置を、マルチチャン
バ方式のスパッタリング装置に適用した実施例（以下、
単に実施例に係るスパッタリング装置と記す）を示す構
成図である。

【図２】本実施例に係るスパッタリング装置による薄膜
の成膜工程を示す製造工程図である。

【図３】本実施例に係るスパッタリング装置に設置され
るＲＦエッチングチャンバの構成を示す模式図である。

【図４】本実施例に係るスパッタリング装置に設置され
る第１〜第３のスパッタチャンバの構成を示す模式図で
ある。

【図５】本実施例に係るスパッタリング装置に設置され
るランプアニールチャンバの構成を示す模式図である。

【図６】本実施例に係るスパッタリング装置の効果（Ａ
ｌ合金配線層の埋め込み率の向上）を説明するための断
面図である。

【符号の説明】

１ セパレーションチャンバ ２ ロードチャンバ ３〜５ 第１〜第３のスパッタチャンバ ６ ＲＦエッチングチャンバ ７ ランプアニールチャンバ ８ ロードロックチャンバ Ａ１〜Ａ７ ゲートバルブ駆動機構 Ｇ１〜Ｇ７ ゲートバルブ Ｐ３〜Ｐ７ 真空系ポンプ ５１ シリコン基板 ５２ 下地ＳｉＯ₂ 膜 ５３及び５４ 第１及び第２の高融点金属膜 ５５ Ａｌ合金配線層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体に対する半導体処理時において
   真空状態に保持されるスパッタリング装置本体に、少な
   くとも１つのスパッタリング処理用のスパッタチャンバ
   と、ランプアニール処理用のランプアニールチャンバと
   を有することを特徴とする半導体処理装置。
2. 【請求項２】 上記スパッタチャンバ及び上記ランプア
   ニールチャンバにそれぞれ真空系ポンプが設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
3. 【請求項３】 半導体処理工程において被処理体に対し
   てランプアニール処理を行なうランプアニールチャンバ
   に真空系ポンプが設けられていることを特徴とする半導
   体処理装置。
4. 【請求項４】 被処理体に対して薄膜のスパッタリング
   を行なった後に大気開放することなくランプアニール処
   理を行なうことを特徴とする半導体処理方法。
5. 【請求項５】 上記薄膜がＡｌを含む金属膜であること
   を特徴とする請求項４記載の半導体処理方法。
6. 【請求項６】 上記Ａｌを含む金属膜は、下地ＳｉＯ₂
   膜上に形成された高融点金属膜上に形成されることを特
   徴とする請求項５記載の半導体処理方法。
7. 【請求項７】 被処理体に対する薄膜のスパッタリング
   処理前に、真空系の環境下でランプアニール処理を行な
   うことを特徴とする半導体処理方法。