(57)【要約】【課題】アンダーバンプメタルのＣｕの膜質のバラツキを抑制してサイドエッチ量のバラツキを低減する半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、半導体ウエハに形成された半導体チップにアンダーバンプメタルを蒸着するスパッタ装置内の温度を判定する判定ステップと、前記スパッタ装置内の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上でないと判定したときに、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入するダミーウエハ投入ステップと、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入して前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上となったと判定したときに、前記半導体ウエハを前記スパッタ装置に投入する半導体ウエハ投入ステップと、を有する半導体装置の製造方法とした。【選択図】図２
2010103230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに形成された半導体チップにアンダーバンプメタルを蒸着するスパッタ装置内の温度を判定する判定ステップと、
前記スパッタ装置内の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上でないと判定したときに、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入するダミーウエハ投入ステップと、
前記スパッタ装置にダミーウエハを投入して前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上となったと判定したときに、前記半導体ウエハを前記スパッタ装置に投入する半導体ウエハ投入ステップと、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記判定ステップは、
前記スパッタ装置に前記半導体ウエハ又は前記ダミーウエハを投入し蒸着処理が終了してから次の前記半導体ウエハ又は前記ダミーウエハが投入されるまでの経過時間をタイマーで測定するステップと、
前記経過時間が所定時間に達したときに前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上でないと判定するステップと、を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記判定ステップは、
前記スパッタ装置内に設けられた温度計測部による計測結果に基づいて、前記スパッタ装置内の温度を判定する請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記スパッタ装置に投入する前の前記半導体ウエハをプリヒートチャンバー装置に投入して、前記半導体ウエハを特定温度になるように加温する加熱ステップと、を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記アンダーバンプメタルを前記投入した半導体ウエハに前記スパッタ装置により前記半導体チップに蒸着するステップと、
前記アンダーバンプメタル上にマスク膜を成膜するステップと、
前記マスク膜の所定箇所を開口して、当該開口を介してアンダーバンプメタルをエッチングするステップと、を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体ウエハに形成された半導体チップにアンダーバンプメタルを蒸着するスパッタ装置内の温度を判定する判定手段と、
前記スパッタ装置内の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上でないと前記判定手段により判定したときに、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入する第１投入手段と、
前記スパッタ装置にダミーウエハを投入して前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上となったと前記判定手段が判定したときに、前記半導体ウエハを前記スパッタ装置に投入する第２投入手段と、を備えた半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップにバンプを形成するにあたり、次のようにアンダーバンプを形成していた。
【０００３】
まず、半導体ウエハ上に形成された各半導体チップのバンプ形成領域に、例えば下地としてのＴｉを蒸着し、このＴｉ膜の上にアンダーバンプメタルとしてのＣｕを蒸着する（例えば、特許文献１参照）。さらに、Ｃｕ膜上にマスク膜としての例えばＳｎ−Ａｇ／Ｎｉ等を順に成膜している。
【０００４】
そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、マスク膜に開口が形成され、この開口を介しアンダーバンプメタルのＣｕ膜がウエットエッチング液でエッチング除去される。
【特許文献１】特開２００７−３１７９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したＣｕ膜は、マスク膜を介して、ウエットエッチング液により等方性エッチングされるためにサイドエッチが生じることとなる。そして、このサイドエッチ量は、微細なバンプを形成するマスクパターンになればなるほど大きくなり、それを原因とした接続不良を発生させる虞があった。このサイドエッチ量を制御するには、蒸着するＣｕの膜質を向上させる必要があることが分かってきた。
【０００６】
一般的に、ロットごとに管理された半導体ウエハにＣｕ膜を蒸着する場合には、収納部よりスパッタ装置のチャンバー内に搬送し、温度管理されたステージ上に載置する。
【０００７】
その後、スパッタ装置のチャンバー内において、半導体ウエハにターゲットとしてのＣｕが蒸着される。このとき、チャンバー内には、室温を調整する機構が備えられておらず、ステージにヒータが設けられているだけであった。
【０００８】
そのため、スパッタ装置は、蒸着処理する前ロットと後ロットとの間が一定期間ないようなアイドリング状態の際、チャンバー内の温度が低下してしまい、この冷えた室温状態でＣｕの蒸着を行っていた。他方、スパッタ装置は、１ロット内の複数の半導体ウエハを連続的に蒸着する際、チャンバー内の温度が上昇し、この所定の室温においてＣｕの蒸着を行っていた。結果的に、冷えた室温状態でＣｕ膜の蒸着する際とこの所定の室温でＣｕの蒸着する際とでは、チャンバー内の温度変化によりＣｕ膜質が変動してしまっていた。
【０００９】
このように、スパッタ装置は、温度管理されていないために各半導体ウエハのロット毎に異なる温度環境でＣｕ膜を蒸着していた。
【００１０】
このスパッタ装置内の温度変化により、各半導体ウエハのＣｕ膜は、グレインサイズが異なってしまい、例えば、グレインサイズが小さいＣｕ膜が形成された半導体ウエハをエッチング処理した場合に上述したサイドエッチ量が大きくなる虞があった。
【００１１】
そこで、本発明は、アンダーバンプメタルのＣｕの膜質のバラツキを抑制してサイドエッチ量のバラツキを低減する半導体装置の製造方法及び半導体製造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】
【００１２】
そこで、かかる目的を達成すべく、請求項１に記載の発明は、半導体ウエハに形成された半導体チップにアンダーバンプメタルを蒸着するスパッタ装置内の温度を判定する判定ステップと、前記スパッタ装置内の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上でないと判定したときに、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入するダミーウエハ投入ステップと、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入して前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上となったと判定したときに、前記半導体ウエハを前記スパッタ装置に投入する半導体ウエハ投入ステップと、を有する半導体装置の製造方法とした。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記判定ステップは、前記スパッタ装置に前記半導体ウエハ又は前記ダミーウエハを投入し蒸着処理が終了してから次の前記半導体ウエハ又は前記ダミーウエハが投入されるまでの経過時間をタイマーで測定するステップと、前記経過時間が所定時間に達したときに前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上でないと判定するステップと、を有することとした。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記判定ステップは、前記スパッタ装置内に設けられた温度計測部による計測結果に基づいて、前記スパッタ装置内の温度を判定することとした。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記スパッタ装置に投入する前の前記半導体ウエハをプリヒートチャンバー装置に投入して、前記半導体ウエハを特定温度になるように加温する加熱ステップと、を有することとした。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記アンダーバンプメタルを前記投入した半導体ウエハに前記スパッタ装置により前記半導体チップに蒸着するステップと、前記アンダーバンプメタル上にマスク膜を成膜するステップと、前記マスク膜の所定箇所を開口して、当該開口を介してアンダーバンプメタルをエッチングするステップと、を有することとした。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、半導体ウエハに形成された半導体チップにアンダーバンプメタルを蒸着するスパッタ装置内の温度を判定する判定手段と、前記スパッタ装置内の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上でないと前記判定手段により判定したときに、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入する第１投入手段と、前記スパッタ装置にダミーウエハを投入して前記スパッタ装置内の温度が前記所定温度以上となったと前記判定手段が判定したときに、前記半導体ウエハを前記スパッタ装置に投入する第２投入手段と、を備えた半導体製造装置とした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ロット間及びロット内の半導体ウエハにおいて、アンダーバンプメタルのＣｕの膜質のバラツキを抑制して半導体ウエハ上にグレインサイズの大きなＣｕ膜を成膜することができる。この所定範囲の温度で成膜されたＣｕ膜では、サイドエッチ量のバラツキを低減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態に係る半導体製造装置の概略を説明する構成図である。図２はスパッタ装置の温度管理を示すフローチャート図である。以下に説明する半導体装置は、半導体ウエハに形成した複数の半導体チップからダイシングして製品化したものである。半導体ウエハは製品となるもので、ダミーウエハはスパッタ装置内の温度調整のために用いるものである。
【００２０】
本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の特徴は、Ｃｕ膜を蒸着するスパッタ装置の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定範囲の温度でない場合にダミーウエハに蒸着処理を施し、スパッタ装置内の温度を所定温度以上とするようにしたことである。
【００２１】
本実施形態に係る半導体製造装置Ｋは、図１に示すように、半導体ウエハに形成された半導体チップにアンダーバンプメタルを蒸着するスパッタ装置１０と、ダミーウエハを収容するダミーウエハ収容装置１１と、を有する。さらに、半導体ウエハやダミーウエハを特定温度になるように加温するプリヒートチャンバー装置１３と、蒸着処理を施す半導体ウエハを格納する製品収容装置１２と、各装置の中央に設けた搬送部１４と、各装置を集中的に制御する制御装置１５とを有する。
【００２２】
スパッタ装置１０には、同スパッタ装置１０の温度を測定する温度計測部２３を備えている。さらに、スパッタ装置１０には、同スパッタ装置１０に半導体ウエハ又はダミーウエハを投入し蒸着処理が終了してから次の半導体ウエハ又はダミーウエハが投入されるまでの経過時間を測定するタイマー２４を備えている。さらにまた、スパッタ装置１０には、チャンバー２１とチャンバー２１内に半導体ウエハを載置するステージ２２とを備えており、ステージ２２には半導体ウエハを加温するヒータが設けられる。
【００２３】
温度計測部２３はスパッタ装置内１０に設けるようにしてもよいし、また、本実施形態のようにスパッタ装置１０の外側壁に設けるようにしてもよい。温度計測部２３で測定した温度の信号及びタイマー２４で測定した時間の信号は、各出力信号線３３，３４を介して制御装置１５へ送信される。
【００２４】
制御装置１５は、各制御線４０〜４３を介して各装置１０〜１３を集中的に制御して、判定手段として機能する。
【００２５】
搬送部１４には、半導体ウエハ又はダミーウエハを各装置に搬送する搬送機構（図示しない）を備えている。この搬送機構は、第１投入手段及び第２投入手段として機能する。
【００２６】
ここで、上記各装置を用いて、半導体ウエハにアンダーバンプメタルとしてのＣｕを蒸着し、さらに、Ｃｕ膜からなるアンダーバンプの形成する手順について説明する。
【００２７】
まず、製品収容装置１２から半導体ウエハを搬送部１４の搬送機構で取り出して、プリヒートチャンバー装置１３へ搬送する。
【００２８】
プリヒートチャンバー装置１３では、スパッタ装置に投入する前の半導体ウエハを特定温度になるように加温する（加熱ステップに相当する）。
【００２９】
次に、プリヒートチャンバー装置１３から半導体ウエハを搬送部１４の搬送機構で取り出して、この半導体ウエハをスパッタ装置１０へ搬送してステージ２２上に載置する。
【００３０】
スパッタ装置１０では、半導体ウエハにアンダーバンプメタルとしてのＣｕを蒸着する。
【００３１】
そして、スパッタ装置１０から半導体ウエハをエッチング装置（図示しない）へ搬送して、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、Ｃｕ膜からアンダーバンプを形成する。
【００３２】
このスパッタ装置１０は、プラズマによる蒸着処理により装置内の温度が上昇する機構であり、スパッタ装置１０が連続稼働している期間中はＣｕ膜の蒸着に適した所定温度以上を維持することができる。
【００３３】
そこで、スパッタ装置１０の温度をＣｕ膜の蒸着に適した所定温度以上とするために、蒸着する半導体ウエハの次のロットがない場合には、ダミーウエハをダミーウエハ収容装置１１からスパッタ装置１０に搬送して、蒸着処理するようにしている。なお、ロットとは、スパッタ装置において、連続してスパッタ装置に投入できる半導体ウエハの所定枚数である。
【００３４】
ここで、スパッタ装置１０において、続けて蒸着する半導体ウエハの次のロットがない場合に、ダミーウエハを投入する図２（ａ），（ｂ）に示す各処理フローを実行することにより、スパッタ装置１０の温度を所定温度以上に維持できるようにしている。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、ステップＳ１において、制御装置１５は、スパッタ装置１０に蒸着処理する次のロットが準備されている場合には、本フロー処理を終了し、上述したように半導体ウエハをスパッタ装置１０内に投入してＣｕ膜の蒸着処理を実行する。
【００３６】
一方、ステップＳ１において、制御装置１５は、スパッタ装置１０に次に蒸着処理する半導体ウエハの次のロットが準備されてない場合には、ステップＳ２に処理を移す。
【００３７】
ステップＳ２において、制御装置１５は、スパッタ装置に設けた温度計測部２３による計測結果に基いて、スパッタ装置内１０の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上でない場合には、ステップＳ４に処理を移す（判定ステップに相当する）。そして、スパッタ装置内１０の温度がアンダーバンプメタルの蒸着に適した所定温度以上の場合には、本フローの処理が終了する。
【００３８】
ステップＳ４において、制御装置１５は、ダミーウエハ収容装置１１にダミーウエハがある場合には、ステップＳ５へ処理を移す。そして、ダミーウエハがない場合には、本フローの処理が終了する。
【００３９】
ステップＳ５において、制御装置１５は、ダミーウエハ収容装置１１より搬送部１４を介してプリヒートチャンバー装置内にダミーウエハを搬送する。そして、特定温度（例えば２００℃）に加温したダミーウエハ（加熱ステップに相当する）をスパッタ装置内１０に搬送し、スパッタ装置１０のステージ２２上にダミーウエハを載置する（ダミーウエハ投入ステップに相当する）。次に、このダミーウエハにＣｕ膜の蒸着処理を行う。プラズマによる蒸着処理によりスパッタ装置内１０の温度は、上昇してＣｕ膜の蒸着に適した所定温度以上となる。すなわち、グレインサイズの大きなＣｕ膜の蒸着に適した所定温度以上とすることが可能となる。
【００４０】
さらに、Ｃｕ膜の蒸着時に使用するスパッタ装置１０へのプロセスガスをＣｕ膜の蒸着に適した所定温度以上に加温し、Ｃｕ膜を蒸着するようにしてもよい。さらに、スパッタ装置１０は蒸着処理時において、Ｃｕ膜の蒸着に適した所定温度以上となるため、半導体ウエハ上にグレインサイズの大きなＣｕ膜を形成することができる。
【００４１】
図２（ａ）に示した処理終了後、スパッタ装置で蒸着する次のロットの半導体ウエハがある場合には、製品収容装置１２からプリヒートチャンバー装置１３に半導体ウエハを投入する。プリヒートチャンバー装置１３で半導体ウエハを特定温度になるまで加温した（加温ステップに相当する）のち、スパッタ装置１０に半導体ウエハを投入して、ステージ２２上に載置する（半導体ウエハ投入ステップに相当する）。Ｃｕ膜の蒸着に適した所定温度以上で半導体ウエハ上の半導体チップにアンダーバンプメタルとしてのＣｕ膜を蒸着する。
【００４２】
そして、半導体ウエハ上の半導体チップにアンダーバンプメタルとしてのＣｕ膜を蒸着した後、Ｃｕ膜上に、さらに、マスク膜としての、例えばメッキ法によりＳｎ−Ａｇ／Ｎｉ膜を順次成膜する。
【００４３】
次に、蒸着処理によりアンダーバンプメタルを蒸着した半導体ウエハをエッチング装置に搬送する。エッチング装置内における半導体ウエハのエッチング処理について説明する。
【００４４】
Ｔｉ膜，Ｃｕ膜，Ｓｎ−Ａｇ／Ｎｉ膜を順次成膜した半導体ウエハをエッチング装置へ搬送してエッチング装置内のステージ上に載置する。
【００４５】
次に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、パターニングを行いマスクとしてのＳｎ−Ａｇ／Ｎｉ膜の所定箇所を開口する。
【００４６】
次に、エッチング技術により、ウエットエッチング液によりＳｎ−Ａｇ／Ｎｉ膜の開口を介してＣｕ膜を等方性エッチングし、Ｃｕ膜よりなるアンダーバンプを形成する。このとき、スパッタ装置において、上記所定温度以上で成膜されたＣｕ膜は、グレインサイズが大きく形成されているため、サイドエッチ量が少なくなる。
【００４７】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ロット間及びロット内の半導体ウエハにおいて、アンダーバンプメタルのＣｕの膜質のバラツキを抑制しつつ半導体ウエハ上にグレインサイズの大きなＣｕ膜を成膜することができる。この所定温度以上で成膜されたＣｕ膜では、サイドエッチ量のバラツキを低減して安定したアンダーバンプを形成することができる。
【００４８】
上述したプリヒートチャンバー装置１３で、半導体ウエハを特定温度まで加温することによりスパッタ装置のステージ上に半導体ウエハを載置した際に、急激な温度変化による半導体ウエハの特性の劣化を減少させることができる。
【００４９】
本実施形態に係る半導体製造装置によれば、ロット間及びロット内の半導体ウエハにおいて、アンダーバンプメタルのＣｕの膜質のバラツキを抑制しつつ半導体ウエハ上にグレインサイズの大きなＣｕ膜を成膜することができる。
【００５０】
［他の形態］
上述した図２（ａ）に示したフローチャートの処理に変えて、図２（ｂ）に示すフローチャートの処理を行うようにしても良い。図２（ｂ）は、図２（ａ）処理のステップＳ２の処理をステップＳ３に変更した点が異なる。以下の説明において、変更点のステップＳ３の処理について説明し、図２（ａ）と同様のステップＳ１、ステップＳ４〜Ｓ５の処理について説明を省略する。
【００５１】
図２（ｂ）に示すように、ステップＳ３において、制御装置１５は、スパッタ装置に前回ロットの半導体ウエハやダミーウエハを投入し蒸着処理が終了してから次のロットの半導体ウエハ又はダミーウエハが投入されるまでの経過時間をタイマー２４で測定する。そして、経過時間が所定時間に達したときにスパッタ装置内１０の温度が所定温度以上でないと判定する場合には、ステップＳ４に処理を移す（判定ステップに相当する）。そして、前回ロットの半導体ウエハ又はダミーウエハの蒸着処理が終了してから経過時間が所定時間に達したときにスパッタ装置内１０の温度が所定温度以上である場合には、本フローの処理が終了する。
【００５２】
図２（ｂ）に示した処理終了後、スパッタ装置で蒸着する次のロットの半導体ウエハがある場合には、製品収容装置１２からスパッタ装置１０に半導体ウエハを投入して、ステージ２２上に載置する。Ｃｕ膜の蒸着に適した所定温度以上で半導体ウエハ上の半導体チップにアンダーバンプメタルとしてのＣｕ膜が蒸着される。
【００５３】
そして、半導体ウエハ上の半導体チップにアンダーバンプメタルとしてのＣｕ膜を蒸着した後、Ｃｕ膜上に、さらに、マスク膜としての、例えばメッキ法によりＳｎ−Ａｇ／Ｎｉ膜が順次成膜される。
【００５４】
次に、蒸着処理によりアンダーバンプメタルを蒸着した半導体ウエハをエッチング装置に搬送する。エッチング装置内で半導体ウエハをエッチング処理して形成することによりＣｕ膜からなるアンダーバンプを形成する。
【００５５】
かかる製造方法によれば、ロット間及びロット内の半導体ウエハにおいて、スパッタ装置内の温度を所定温度以上に維持することができる。その結果、アンダーバンプメタルのＣｕの膜質のバラツキを抑制しつつ半導体ウエハ上にグレインサイズの大きなＣｕ膜を成膜することができる。この所定温度以上で成膜されたＣｕ膜では、サイドエッチ量のバラツキを低減して安定したアンダーバンプを形成することができる。
【００５６】
本実施形態の半導体ウエハの製造方法を実証するため、以下のような実験を行った。
【００５７】
［実施結果］
図３は、連続ロット処理でのＣｕ用のスパッタ装置、Ｔｉ用のスパッタ装置及びプリヒートチャンバー装置の温度変化を示すグラフである。横軸は各装置で連続ロット処理した半導体ウエハの連続枚数、縦軸（左側）はＣｕ用のスパッタ装置及びＴｉ用のスパッタ装置の温度（℃）、縦軸（右側）はプリヒートチャンバー装置の温度（℃）である。三角プロットはＣｕを蒸着した際のスパッタ装置内の温度、四角プロットはＴｉを蒸着した際のスパッタ装置内の温度、ひし形プロットはプリヒートチャンバー装置内の温度を示す。
【００５８】
Ｃｕ用のスパッタ装置では、前回ロットのＣｕ膜の蒸着処理を施した後、３時間経過すると同スパッタ装置内の温度は所定温度未満の２７度まで低下する。次に、第１ロットのダミーウエハ２５枚を連続してＣｕ膜の蒸着処理を施し、２５枚目のダミーウエハの蒸着処理終了後、同スパッタ装置内の温度は所定温度の３５度まで上昇する。そして、スパッタ装置は、第２ロットのダミーウエハの１枚目をＣｕ膜の蒸着処理するまで３１分待機状態となる。
【００５９】
次に、第２ロットのダミーウエハの１枚目をＣｕ膜の蒸着処理を行うにあたり、同スパッタ装置内の温度は所定温度未満の３２度まで低下する。第２ロットのダミーウエハ２５枚を連続してＣｕ膜の蒸着処理を施す。このとき２５枚目のダミーウエハの蒸着処理終了後、スパッタ装置内の温度は所定温度以上の３８度まで上昇する。さらに、スパッタ装置は、次の第３ロットのダミーウエハの１枚目をＣｕ膜の蒸着処理するまで１５分待機状態とする。
【００６０】
次に、第３ロットのダミーウエハの１枚目をＣｕ膜の蒸着処理を行うにあたり、同スパッタ装置内の温度は所定温度未満の３２度まで低下する。第３ロット分のダミーウエハ２５枚を連続してＣｕ膜の蒸着処理を施す。このとき２５枚目のダミーウエハの蒸着処理後、同スパッタ装置内の温度は所定温度以上の３９度まで上昇する。さらに、スパッタ装置は、次の第４ロットの半導体ウエハの１枚目をＣｕ膜の蒸着処理するまで２５分待機状態とする。
【００６１】
そして、第４ロットの半導体ウエハの１枚目をＣｕ膜の蒸着処理を行うにあたり、同スパッタ装置内の温度は、Ｃｕ膜の蒸着に適した所定温度の３５度となる。１ロット分の半導体ウエハ２５枚を連続してＣｕ膜の蒸着処理を施し、２５枚目の半導体ウエハの蒸着処理終了後、同スパッタ装置内の温度は所定温度以上の４３度まで上昇する。
【００６２】
結果としては、Ｃｕ用のスパッタ装置は、前回ロットのＣｕ膜の蒸着処理終了後（スタンバイ状態）、３ロット分のダミーウエハを蒸着処理する。このとき、同スパッタ装置内の温度をＣｕ膜の蒸着に適した所定温度以上（例えば３９度：第３ロットの２５枚目の温度）に加温し、２５分待機後、所定温度（例えば、３５度）を維持することができる。各ロット間の空き時間が長くなることにより、スパッタ装置内の温度の低下も大きくなる。各ロット間の空き時間を短くすることにより、スパッタ装置内の温度の低下も小さくでき、ダミーウエハを投入するロット数を減らすこともできる。
【００６３】
また、Ｔｉ用のスパッタ装置は、第１ロットから第４ロットまで連続して蒸着することにより、スパッタ装置内の温度が所定温度以上に上昇する。プリヒートチャンバー装置は、ヒータを加温して、ステージ上の半導体ウエハを加温する。また、プリヒートチャンバー装置内の温度は、Ｃｕ用のスパッタ装置と同様に、各ロット間に空き時間が生じると低下する。すなわち、各装置は、各ロット間に空き時間が生じると装置内の温度は低下することとなる。
【００６４】
図４は、所定膜厚のＣｕを蒸着したロットとスパッタ装置内の温度との関係において良品・不良品を示すグラフである。縦軸はＣｕを蒸着した際のスパッタ装置内の温度、横軸は所定膜厚の各ロットの処理ＮＯを示す。三角プロットはＣｕの膜厚１５０００Å、四角プロットはＣｕの膜厚６０００Å、ひし形プロットはＣｕの膜厚３０００Åである。なお、良品品とは、半導体ウエハを図４に示すスパッタ装置内の温度でアンダーバンプメタルとしてのＣｕを蒸着処理した後、エッチング処理を行い、Ｃｕ膜からなるアンダーバンプを形成し、このＣｕ膜のアンダーバンプの接続状態が良好なものをいう。一方、不良品とは、このＣｕ膜のアンダーバンプの接続状態が不良なものをいう。
【００６５】
横軸のロット処理ＮＯが例えばＧ０２３（ひし形プロット）において、スパッタ装置内の温度が３５度でない状態でＣｕを蒸着した半導体ウエハは不良品となる。一方、スパッタ装置内の温度が所定温度の３５度以上の状態でＣｕを蒸着した半導体ウエハは良品となることが判明した。
【００６６】
そして、ロット処理ＮＯがＤ１（図中の点線四角内のひし形プロット）において、４ロット分の半導体ウエハにＣｕ膜の蒸着処理を行っている。３ロット目にＣｕ膜の蒸着処理を行うと、４ロット目の開始時のスパッタ装置内の温度は、Ｃｕ膜の蒸着に適した所定温度以上、例えば３５度以上となる。スパッタ装置内の温度が所定温度の３５℃以上でＣｕ膜を蒸着した場合には、全て良品となる。
【００６７】
また、Ｃｕ膜の膜厚６０００Åのロット処理ＮＯがＳ００４（四角形プロット）においても、スパッタ装置内の温度が所定温度の３５度を境として良品、不良品となる。
【００６８】
さらに、Ｃｕ膜の膜厚１５０００Åのロット処理ＮＯがＳ１０４（三角形プロット）においても、スパッタ装置内の温度が所定温度の３５度を境として良品、不良品となる。
【００６９】
結果としては、Ｃｕの膜厚に関係なく、スパッタ装置内の温度が所定温度の３５度を境に良品となり、所定温度の３５℃未満となると不良品となることが分かる。
【００７０】
また、Ｃｕ膜の膜厚１５０００Åの場合は、膜厚が厚いため、スパッタ装置内の最高温度も例えば、約７３度と高くなる傾向がある。一方、Ｃｕ膜の膜厚３０００Åの場合は、スパッタ装置内の最高温度、例えば、約６２度ほどである。なお、上記スパッタ装置内の温度がＣｕ膜の蒸着に適した所定温度の３５℃以上とは、例えば、Ｃｕ膜の膜厚３０００Åの場合に３５℃以上６２℃以下となる。また、Ｃｕ膜の膜厚１５０００Åの場合に３５℃以上７３℃以下である。
【００７１】
図５は、各スパッタ装置内の温度、プリヒートチャンバー装置内の温度及び半導体ウエハの温度と各装置で処理した各半導体ウエハとの関係を示すグラフである。横軸はスパッタ装置内で連続して処理した半導体ウエハの枚数、縦軸（左側）をプリヒートチャンバー装置内の半導体ウエハの温度（℃）及びスパッタ装置内の半導体ウエハの温度（℃）、縦軸（右側）はＣｕ用及びＴｉ用の各スパッタ装置内の温度（℃）である。
【００７２】
三角プロットの折れ線グラフは、Ｔｉを蒸着した際、スパッタ装置内の温度と連続して蒸着処理した各半導体ウエハとの関係を示している。また、四角プロットの折れ線グラフは、プリヒートチャンバー装置内の温度と連続して処理した各半導体ウエハとの関係を示している。また、ひし形プロットの折れ線グラフは、スパッタ装置で蒸着処理した場合の半導体ウエハの温度と各半導体ウエハとの関係を示している。この半導体ウエハの温度は、半導体ウエハに温度で変化するヒートラベルを添付し測定している。また、バツ形プロットの折れ線グラフは、Ｃｕを蒸着した際、スパッタ装置内の温度と連続して蒸着処理した各半導体ウエハとの関係を示している。
【００７３】
Ｃｕ用のスパッタ装置において、１枚目の半導体ウエハにＣｕ膜の蒸着処理する際、スパッタ装置内の温度は所定温度未満の約２３度となる。２５枚の半導体ウエハに連続してＣｕ膜の蒸着処理を施した後のスパッタ装置の温度は所定温度の約３５度に上昇する。また、スパッタ装置において、半導体ウエハにヒートラベルを貼付して測定した１枚目の半導体ウエハの温度は約１８２度となり、２５枚目の半導体ウエハの温度は約１８９度となる。
【００７４】
結果として、Ｃｕ用のスパッタ装置内の温度は、２５枚の半導体ウエハを連続してＣｕを蒸着することで、Ｃｕ膜の蒸着処理の温度を成膜に適した所定温度以上に加温することができる。また、スパッタ装置内の温度とヒートラベルを用いて測定した半導体ウエハの温度の変化が一致していることがわかる。
【００７５】
図６は、連続ロット処理での各スパッタ装置内及びプリヒートチャンバー装置内の温度変化を示すグラフである。横軸は各装置で連続して処理した半導体ウエハの枚数、縦軸（左側）はプリヒートチャンバー装置内の温度（℃）、縦軸（右側）はＣｕ用及びＴｉ用のスパッタ装置内の温度（℃）である。
【００７６】
三角プロットの折れ線グラフは、Ｃｕを蒸着した際、スパッタ装置内の温度と各半導体ウエハとの関係を示している。また、四角プロットの折れ線グラフは、Ｔｉを蒸着した際、スパッタ装置内の温度と各半導体ウエハとの関係を示している。また、ひし形プロットの折れ線グラフは、プリヒートチャンバー装置内の温度と各半導体ウエハとの関係を示している。
【００７７】
結果として、各スパッタ装置において連続して蒸着処理を行うと同各スパッタ装置内の温度が上昇することが再現される。そして、プリヒートチャンバー装置において、各ロットの１枚目の半導体ウエハは、ロット内においても温度が低い（２００℃前後の温度）状態であることが分かる。
【００７８】
図７は、各ロットの処理間隔と各スパッタ装置内及びプリヒートチャンバー装置内の温度低下を示すグラフである。横軸を各ロット間の処理までの時間（ｈｒ）、縦軸（左側）を各スパッタ装置内及びプリヒートチャンバー装置内の温度低下（℃）である。
【００７９】
三角プロットは、Ｃｕを蒸着した際、スパッタ装置内の温度低下と各ロット処理間の時間との関係を示している。また、四角プロットは、Ｔｉを蒸着した際、スパッタ装置内の温度低下度とロット処理間の時間との関係を示している。また、ひし形プロットは、プリヒートチャンバー装置内の温度低下とロット処理間の時間との関係を示している。
【００８０】
結果としては、各ロット間の蒸着処理までの間隔が最短時間、約２８分のとき、各スパッタ装置内の温度が５度低下して、各スパッタ装置内が冷却していることがわかる。また、プリヒートチャンバー装置内の温度が３０度低下して、プリヒートチャンバー装置内が冷却していることがわかる。すなわち、上記図２（ｂ）に示すフロー処理を行うことで、スパッタ装置内の温度を所定温度以上とすることに有効である。
【００８１】
なお、各ロットの処理間隔とは、第１ロットの最終の半導体ウエハに処理を施してから第２ロットの最初の半導体ウエハに処理を施すまでの期間である。
【００８２】
［スパッタ装置内の温度変化による影響について］
スパッタ装置内の温度変化によってＣｕ膜の膜質が変化することについて、次のように確認実験を行ったので、以下にその結果を述べる。
【００８３】
なお、実験の条件として、プリヒートチャンバー装置内の温度（２００℃）、半導体ウエハ表面をＲＦエッチング（２００Å  エッチング）、Ｔｉ膜厚（１８００Å）、Ｃｕ膜厚（３０００Å）とする。Ｃｕのプラズマ処理時間を４１ｓｅｃとする。Ｃｕ用のスパッタ装置において、ステージのヒータで半導体ウエハを加温した際、そのステージの設定温度を（１）０℃（ヒータ稼働なし）、（２）１００℃、（３）１５０℃、（４）２００℃として加温処理を行った。なお、（１）の蒸着処理は、蒸着前１０ｓｅｃ待機、（２）から（４）の加温処理は、ヒータを加温するため５０ｓｅｃ待機している。
【００８４】
図８は、スパッタ装置で蒸着した膜厚結果を示す一覧である。一覧の各項目は、Ｓｌｏｔ：ロット番号、Ｃｕ  ｔｅｍｐ［℃］：ステージの温度、処理温度［℃］：スパッタ装置内の温度、Ｃｕ膜厚［Å］、Ｔｉ膜厚［Å］、Ｃｕ膜厚＋Ｔｉ膜厚［Å］、シート抵抗Ｒｓ［ｏｈｍ／ｓｑ］、比抵抗［ｏｈｍ・ｃｍ］及びスパッタレート［Å／ｓｅｃ］である。図９は、図８に示す一覧を基に各ロットとＣｕ膜厚との関係を示したグラフである。図１０は、図８に示す一覧を基にスパッタレートとＣｕ成膜温度との関係を示したグラフである。
【００８５】
図９に示すように、Ｃｕ膜厚は成膜するときスパッタ装置内の処理温度に依存しないことがわかる。
【００８６】
図１０に示すように、スパッタレートは成膜するときスパッタ装置内の処理温度に依存してないことがわかる。
【００８７】
結果としては、Ｃｕ膜厚及びスパッタレートは、成膜するときスパッタ装置内の処理温度に依存していないことが確認できる。
【００８８】
図１１は、スパッタ装置内の処理温度とシート抵抗を示す一覧である。一覧の項目は、Ｓｌｏｔ：ロット番号、Ｃｕ  ｔｅｍｐ［℃］：ステージの温度、処理温度［℃］：スパッタ装置内の温度、シート抵抗Ｒｓ［ｏｈｍ／ｓｑ］、ｓｉｇ：シート抵抗バラツキ、ｓｉｇ％：シート抵抗バラツキ率である。図１２は、図１１の一覧を基に各ロットのシート抵抗及びシート抵抗バラツキ率を示すグラフである。図１３は、図１１の一覧を基にスパッタ装置内のＣｕ膜の処理温度とシート抵抗の関係を示すグラフである。
【００８９】
図１２に示すように、Ｃｕ膜を成膜する処理温度により、シート抵抗は低下し、面内のバラツキは一定であることが確認できる。
【００９０】
図１３に示すように、Ｃｕ膜を成膜する処理温度とシート抵抗とは、リニアリティな関係であることが確認できる。
【００９１】
結果として、各シート抵抗はＣｕ膜を成膜する処理温度に依存性があることが確認できる。
【００９２】
図１４は、スパッタ装置内の各処理温度と熱的ストレス定数を示す一覧である。一覧の項目は、Ｓｌｏｔ：ロット番号、Ｃｕ  ｔｅｍｐ［℃］：ステージの温度、処理温度［℃］：スパッタ装置内の温度、ｂｅｆｏｒｅ［μｍ］：加温前の半導体ウエハの反り値、ａｆｔｅｒ［μｍ］：加温後の半導体ウエハの反り値、Δ［μｍ］：反り量、Ｓｔｒｅｓｓ［ｘ１０ｅ９ｄｙｎｅ／ｃｍ＾２］：熱的ストレス定数である（なお、Ｔｉ膜厚１８００Å及びＣｕ膜厚３０００Åを１層として算出する）。図１５は、図１４の一覧を基に各ロットの熱的ストレス定数を示すグラフである。図１６は、図１４の一覧を基にスパッタ装置内のＣｕ膜の処理温度と熱的ストレス定数を示すグラフである。
【００９３】
図１６に示すように、Ｃｕ膜を成膜する処理温度と熱的ストレス定数は、リニアリティな関係となることが確認できる。
【００９４】
結果として、各熱的ストレス定数はＣｕ膜を成膜する処理温度に依存性があることが確認できる。
【００９５】
上記実験の結果として、スパッタ装置において、Ｃｕ膜を成膜する処理温度はシート抵抗及び熱的ストレス定数が変化することにより、Ｃｕ膜のグレインサイズ（結晶の大きさ）に変化を及ぼしている可能性がある。
【００９６】
このため過去の運用の仕方にて、スパッタ装置内の処理温度が不安定な領域で蒸着処理した半導体ウエハでは、ロット間での膜質の差が発生していたことと一致する。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本実施形態に係る半導体製造装置の概略を説明する構成図である。
【図２】スパッタ装置の温度管理を示すフローチャート図である。
【図３】連続ロット処理でのＣｕ用のスパッタ装置、Ｔｉ用のスパッタ装置及びプリヒートチャンバー装置の温度変化を示すグラフである。
【図４】所定膜厚のＣｕを蒸着したロットとスパッタ装置内の温度との関係において良品・不良品を示すグラフである。
【図５】各スパッタ装置内の温度、プリヒートチャンバー装置内の温度及び半導体ウエハの温度と各装置で処理した各半導体ウエハとの関係を示すグラフである。
【図６】連続ロット処理での各スパッタ装置内及びプリヒートチャンバー装置内の温度変化を示すグラフである。
【図７】各ロットの処理間隔と各スパッタ装置内及びプリヒートチャンバー装置内の温度低下を示すグラフである。
【図８】スパッタ装置で蒸着した膜厚結果を示す一覧である。
【図９】図８に示す一覧を基に各ロットとＣｕ膜厚との関係を示したグラフである。
【図１０】図８に示す一覧を基にスパッタレートとＣｕ成膜温度との関係を示したグラフである。
【図１１】スパッタ装置内の処理温度とシート抵抗を示す一覧である。
【図１２】図１１の一覧を基に各ロットのシート抵抗及びシート抵抗バラツキ率を示すグラフである。
【図１３】図１１の一覧を基にスパッタ装置内のＣｕ膜の処理温度とシート抵抗の関係を示すグラフである。
【図１４】スパッタ装置内の各処理温度と熱的ストレス定数を示す一覧である。
【図１５】図１４の一覧を基に各ロットの熱的ストレス定数を示すグラフである。
【図１６】図１４の一覧を基にスパッタ装置内のＣｕ膜の処理温度と熱的ストレス定数を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１０  スパッタ装置
１１  ダミーウエハ収容装置
１２  製品収容装置
１３  プリヒートチャンバー装置
１４  搬送部
１５  制御装置
２１  チャンバー
２２  ステージ
２３  温度計測部
２４  タイマー
【図１】
2010103230.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010103230.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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