金属膜作製装置及び金属膜作製方法
【課題】成膜速度が速く、コストを大幅に減少させて高品質なＣｕ薄膜１６を生成する。
【解決手段】チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射し、Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応を生じさせて前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５を生成し、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成され、成膜速度が速く、コストを大幅に減少させて高品質なＣｕ薄膜１６を生成する。
【解決手段】チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射し、Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応を生じさせて前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５を生成し、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成され、成膜速度が速く、コストを大幅に減少させて高品質なＣｕ薄膜１６を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化して基板に成膜を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８４２８５号公報
【特許文献２】国際公開第０１／０７３１５９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。また、原料となる金属錯体が高価であり、しかも、銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置及び金属膜作製方法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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置の構成は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間のチャンバの周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置の構成は、基板が一端面側に収容される円筒状のチャンバと、基板に対向する端面側におけるチャンバに設けられる絶縁部材製の蓋部材と、蓋部材に固定されチャンバの内部に突出して配される金属製の被エッチング部材と、チャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの筒部の周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間のチャンバの周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を成膜することができる金属膜作製装置とすることができる。
【００１０】
また、本発明の金属膜作製装置は、基板が一端面側に収容される円筒状のチャンバと、基板に対向する端面側におけるチャンバに設けられる絶縁部材製の蓋部材と、蓋部材に固定されチャンバの内部に突出して配される金属製の被エッチング部材と、チャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの筒部の周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたので、成膜速度が速く、安価な交換可能な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を成膜することができる金属膜作製装置とすることができる。
【００１１】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させるようにしたので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を成膜することができる金属膜作製方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】図２には銅板の底面視図。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図５】本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図６】成膜状況を表す基板表面の要部断面図。
【図７】本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図８】本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図９】本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施形態を示す。
【実施例１】
【００１４】
図１乃至図３に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面、図２には銅板の底面視、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視を示してある。
【００１５】
図に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）のチャンバ１（絶縁材料製）の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御される。
【００１６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材７によって塞がれている。銅板部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。銅板部材７のチャンバ１の内部側は、図２、図３に示すように、多数の溝１８が網目状に形成され、表面が凹側に不連続な状態になっている。溝１８が形成されることで、後述する原料ガスプラズマによりエッチングされて生成された前駆体から、銅板部材７のチャンバ１の内部側に銅が成長しても真下に成長することがない。尚、凹側に不連続な状態にする手段としては、多数の窪みや孔を形成することも可能である。銅板部材７に多数の孔を形成した場合、反応に関与しないガス及びエッチング生成物を排気するための孔としても使用することができる。
【００１７】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１により第１プラズマ発生手段が構成されている。
【００１８】
支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が≦５０％、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は銅板部材７に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、チャンバ１内で壁面側に沿って基板３側から銅板部材７側に送られる（第１原料ガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００１９】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。尚、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにする手段として、電源１１側の周波数を高くすることも可能である。
【００２０】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００２１】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００２２】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2→２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2↑反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００２３】
尚、銅板部材７の材質は、銅（Ｃｕ）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等になる。
【００２４】
上記構成の金属膜作製装置は、Ｃｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてＣｌ2ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材７よりも低い温度に制御しているので、Ｃｕ薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なＣｕ薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２５】
また、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにしているので、高密度のＣｌ2ガスプラズマ１４を生成することができ、成膜速度を大幅に速くすることができると共に、大型のチャンバ１を用いても、即ち、大きな基板３に対してもＣｕ薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２６】
尚、上述した実施形態例では、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射するようにしているが、整合器１０及び電源１１を銅板部材７に直接接続して給電を行ない、電磁波をチャンバ１の内部に入射して第１プラズマ発生手段とすることも可能である。
【００２７】
図４に基づいて本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図４には発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２８】
図４に示した第２実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ１の下方のノズル１２及び流量制御器１３が設けられておらず、チャンバ１の上方にノズル２１及び流量制御器２２が設けられている。即ち、チャンバ１の銅板部材７の下側の筒部には、チャンバ１の内部に塩素を含有する原料ガス（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が≦５０％、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）を供給するノズル２１が接続されている。ノズル２１は水平に開口し、ノズル２１には流量制御器２２を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、チャンバ１内に銅板部材７側から供給される（第２原料ガス供給手段）。
【００２９】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部に上部のノズル２１から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）２３が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で略均一になるように低圧状態に設定されている。尚、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度をチャンバ１の内部で略均一になるようにする手段として、電源１１側の周波数を低くすることも可能である。
【００３０】
Ｃｌ2ガスプラズマ２３により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ２３により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されて、チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００３１】
上述した金属膜作製装置は、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度をチャンバ１の内部で略均一になるようにしているので、均一な密度分布のＣｌ2ガスプラズマ２３を生成することができ、均一な成膜ができ成膜精度を向上させることができる。本実施形態例の場合、比較的小さなチャンバ１で成膜精度が要求される（例えば、溝等に確実に成膜する必要がある等）基板３の成膜に適用して好適である。
【００３２】
尚、基板３が配されるチャンバ１を絶縁物の仕切部材で仕切り、仕切部材に多数の孔をあけて孔を介してエッチングにより生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５を基板３に運ぶようにすることも可能である。即ち、多数の孔があけられた仕切部材によってチャンバ１内をＣｌ2ガスプラズマ２３が発生する部位と基板３が設置される部位とに隔絶することも可能である。基板３をＣｌ2ガスプラズマ２３から隔絶することにより、基板３がＣｌ2ガスプラズマ２３に晒されることがなくなり、プラズマによる損傷が生じることがなくなる。
【００３３】
図５、図６に基づいて本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図５には本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面、図６には成膜状況を表す基板表面の要部断面を示してある。尚、図１及び図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３４】
図５に示した第３実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示したチャンバ１の下方のノズル１２及び流量制御器１３（第１原料ガス供給手段）と、図４に示したチャンバ１の上方のノズル２１及び流量制御器２２（第２原料ガス供給手段）とを備えている。そして、流量制御器１３及び流量制御器２２と真空装置８が制御手段２５により制御される。即ち、制御手段２５により真空装置８が制御されてチャンバ１の内部のプラズマの発生状況が調整されると共に（プラズマ状況制御手段）、制御手段２５により流量制御器１３及び流量制御器２２が制御されてノズル１２及びノズル２１から供給される原料ガスの流量が調整される（原料ガス流量制御手段）。
【００３５】
即ち、チャンバ１の内部を低圧力に制御して内部のプラズマ密度が略均一になるようにチャンバ１の内部をプラズマ化した際に、ノズル２１から原料ガスを供給してチャンバ１内で銅板部材７側から水平に原料ガスを送り、チャンバ１の内部を高圧力に制御して壁面側のプラズマ密度が高くなるようにチャンバ１の内部をプラズマ化した際に、ノズル１２から原料ガスを供給してチャンバ１内で壁面側に沿って基板３側から銅板部材７側に原料ガスを送る。
【００３６】
上述した金属膜作製装置での成膜方法の一例を図６を参照して説明する。図６に示すように、本実施例の金属膜作製装置で成膜される基板３の表面には配線等に適用される凹部３ａが設けられている。
【００３７】
制御手段２５により、チャンバ１の内部に上部のノズル２１から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）２３が発生する。制御手段２５により真空装置８で設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で略均一になるように低圧状態に制御されている。
【００３８】
Ｃｌ2ガスプラズマ２３により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ２３により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されて、チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、凹部３ａの内部を含む基板３の表面にＣｕ薄膜１６ａ（図６中点線で示してある）が低速で生成される。即ち、凹部３ａの底面部にもＣｕ薄膜１６ａが精度よく低速で生成される（第１工程）。
【００３９】
第１工程が終了した後、制御手段２５により、チャンバ１の内部に下部のノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。制御手段２５により、真空装置８で設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に制御されている。
【００４０】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されて、チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のＣｕ薄膜１６ａの表面にＣｕ薄膜１６ｂ（図６中実線で示してある）が高速で生成される。即ち、基板３の表面に短時間にＣｕ薄膜１６ｂが生成される（第２工程）。
【００４１】
上述した金属膜作製装置における金属膜作製方法では、第１工程で、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度をチャンバ１の内部で略均一になるようにしているので、均一な密度分布のＣｌ2ガスプラズマ２３を生成することができ、均一な成膜ができ成膜精度を向上させることができると共に、第２工程で、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにしているので、高密度のＣｌ2ガスプラズマ１４を生成することができ、成膜速度を大幅に速くして成膜能率を向上させることができる。従って、成膜精度と成膜能率の両立が可能になる。
【００４２】
図７に基づいて本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図７には本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４３】
図７に示した第４実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、銅板部材７が設けられておらず、チャンバ１の上部開口には絶縁材（セラミックス等）の天井板２７が固定されている。天井板２７の中心部には取付穴２８が形成され、取付穴２８には被エッチング部材としての円錐状の銅円錐２９が頂部をチャンバ１内に突出させて設けられている。そして、銅円錐２９の内部にはヒータ３０が設けられ、温度制御されるようになっている。尚、銅円錐２９として、完全な円錐型ではなくチャンバ１内にむかい漸次細くなる円筒状等の形状にすることも可能である。
【００４４】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。
【００４５】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅円錐２９にエッチング反応が生じ、銅円錐２９の周囲に前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅円錐２９はＣｌ2ガスプラズマ１４及びヒータ３０により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅円錐２９よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００４６】
尚、図４に示した金属膜作製装置と銅円錐２９とを組み合わせ、略均一なＣｌ2ガスプラズマを発生させるようにすることも可能である。
【００４７】
上述した金属膜作製装置は、銅円錐２９の形状に自由度があるため、ガスプラズマの発生状況に応じてエッチングに最適な形状とすることができる。このため、チャンバ１の形状やプラズマアンテナ９の形状に制約がなく、広範囲な形状の装置として適用することができる。また、銅円錐２９の内部にヒータ３０を設けているので、被エッチング部材の温度制御を行う手段として特別な設置スペースを必要としない。また、銅円錐２９は天井板２９の取付穴２８に固定されているので、外部からの交換が可能となっている。
【００４８】
図８に基づいて本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図８には本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４９】
図８に示した第５実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、銅板部材７が設けられておらず、チャンバ１の上部開口には絶縁材（セラミックス等）の天板３１が固定されている。天板３１のチャンバ１の内部側には被エッチング部材として複数の銅棒３２の一端が固定され、銅棒３２の他端はチャンバ１内に突出している。複数の銅棒３２は、円周状態に配置されている。
【００５０】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。
【００５１】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅棒３２にエッチング反応が生じ、銅円錐２９の周囲に前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅棒３２はＣｌ2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅棒３２よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００５２】
尚、図４に示した金属膜作製装置と銅棒３２とを組み合わせ、略均一なＣｌ2ガスプラズマを発生させるようにすることも可能である。
【００５３】
この場合、円周状態に配置された銅棒３２の内側にプラズマ密度の高いＣｌ2ガスプラズマ１４を発生させることになる。プラズマアンテナ９を流れる電気はスパイラル状となり、円周状態に配置された銅棒３２のプラズマアンテナ９側に対向部に逆向きの誘導電流が流れる。銅棒３２はプラズマアンテナ９を流れる電気の流れ方向で不連続となっているため、それぞれの銅棒３２の周囲を誘導電流が流れ、円周状態に配置された銅棒３２の内側からみた誘導電流の流れはプラズマアンテナ９を流れる電気の流れと同方向となる。
【００５４】
このため、プラズマアンテナ９に対向して導電体である銅棒３２が存在していても、円周状態に配置された銅棒３２の内側にＣｌ2ガスプラズマ１４を発生させることができる。従って、銅棒３２を天板３１の外周部のプラズマアンテナ９寄りに配置しても、所望のＣｌ2ガスプラズマ１４を発生させることができ、銅棒３２の本数を増加させることが可能となる。
【００５５】
上述した金属膜作製装置は、複数の銅棒３２により被エッチング部材が構成されているため、定期的に場所を移動させたり、エッチングにより交換が必要となった銅棒３２のみを交換することができる。このため、被エッチング部材を無駄なく使用することが可能となり、更にコストを低減することができる。
【００５６】
図９に基づいて本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図９には本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４に示した第２実施形態例の部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５７】
図９に示した第６実施形態例に係る金属膜作製装置は、図４に示した金属膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行なわれる（プラズマ発生手段）。
【００５８】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル２１から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５９】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。反応に寄与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００６０】
上記構成の金属膜作製装置では、第１実施形態例乃至第５実施形態例と同様に、プラズマにより前駆体を生じさせてＣｕ薄膜１６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にＣｕ薄膜１６を作製することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にＣｕ薄膜１６を成膜することが可能になる。
【００６１】
そして、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナ等の部材が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００６２】
尚、上述した実施形態例では、チャンバの天井側に被エッチング部材を配置し下側に基板を配置した例を挙げて説明したが、被エッチング部材と基板の上下関係は逆でもよく、場合によっては、左右に被エッチング部材と基板を配置することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８ 真空装置
９ プラズマアンテナ
１０ 整合器
１１ 電源
１２，２１ ノズル
１３，２２ 流量制御器
１４，２３ Ｃｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
１５ 前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）
１６ Ｃｕ薄膜
１７ 排気口
１８ 溝
２５ 制御手段
２７ 天井板
２８ 取付穴
２９ 銅円錐
３０ ヒータ
３１ 天板
３２ 銅棒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化して基板に成膜を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８４２８５号公報
【特許文献２】国際公開第０１／０７３１５９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。また、原料となる金属錯体が高価であり、しかも、銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置及び金属膜作製方法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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置の構成は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間のチャンバの周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置の構成は、基板が一端面側に収容される円筒状のチャンバと、基板に対向する端面側におけるチャンバに設けられる絶縁部材製の蓋部材と、蓋部材に固定されチャンバの内部に突出して配される金属製の被エッチング部材と、チャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの筒部の周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間のチャンバの周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を成膜することができる金属膜作製装置とすることができる。
【００１０】
また、本発明の金属膜作製装置は、基板が一端面側に収容される円筒状のチャンバと、基板に対向する端面側におけるチャンバに設けられる絶縁部材製の蓋部材と、蓋部材に固定されチャンバの内部に突出して配される金属製の被エッチング部材と、チャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの筒部の周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたので、成膜速度が速く、安価な交換可能な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を成膜することができる金属膜作製装置とすることができる。
【００１１】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させるようにしたので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を成膜することができる金属膜作製方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】図２には銅板の底面視図。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図５】本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図６】成膜状況を表す基板表面の要部断面図。
【図７】本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図８】本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図９】本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施形態を示す。
【実施例１】
【００１４】
図１乃至図３に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面、図２には銅板の底面視、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視を示してある。
【００１５】
図に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）のチャンバ１（絶縁材料製）の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御される。
【００１６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材７によって塞がれている。銅板部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。銅板部材７のチャンバ１の内部側は、図２、図３に示すように、多数の溝１８が網目状に形成され、表面が凹側に不連続な状態になっている。溝１８が形成されることで、後述する原料ガスプラズマによりエッチングされて生成された前駆体から、銅板部材７のチャンバ１の内部側に銅が成長しても真下に成長することがない。尚、凹側に不連続な状態にする手段としては、多数の窪みや孔を形成することも可能である。銅板部材７に多数の孔を形成した場合、反応に関与しないガス及びエッチング生成物を排気するための孔としても使用することができる。
【００１７】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１により第１プラズマ発生手段が構成されている。
【００１８】
支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が≦５０％、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は銅板部材７に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、チャンバ１内で壁面側に沿って基板３側から銅板部材７側に送られる（第１原料ガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００１９】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。尚、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにする手段として、電源１１側の周波数を高くすることも可能である。
【００２０】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００２１】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００２２】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2→２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2↑反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００２３】
尚、銅板部材７の材質は、銅（Ｃｕ）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等になる。
【００２４】
上記構成の金属膜作製装置は、Ｃｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてＣｌ2ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材７よりも低い温度に制御しているので、Ｃｕ薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なＣｕ薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２５】
また、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにしているので、高密度のＣｌ2ガスプラズマ１４を生成することができ、成膜速度を大幅に速くすることができると共に、大型のチャンバ１を用いても、即ち、大きな基板３に対してもＣｕ薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２６】
尚、上述した実施形態例では、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射するようにしているが、整合器１０及び電源１１を銅板部材７に直接接続して給電を行ない、電磁波をチャンバ１の内部に入射して第１プラズマ発生手段とすることも可能である。
【００２７】
図４に基づいて本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図４には発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２８】
図４に示した第２実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ１の下方のノズル１２及び流量制御器１３が設けられておらず、チャンバ１の上方にノズル２１及び流量制御器２２が設けられている。即ち、チャンバ１の銅板部材７の下側の筒部には、チャンバ１の内部に塩素を含有する原料ガス（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が≦５０％、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）を供給するノズル２１が接続されている。ノズル２１は水平に開口し、ノズル２１には流量制御器２２を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、チャンバ１内に銅板部材７側から供給される（第２原料ガス供給手段）。
【００２９】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部に上部のノズル２１から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）２３が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で略均一になるように低圧状態に設定されている。尚、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度をチャンバ１の内部で略均一になるようにする手段として、電源１１側の周波数を低くすることも可能である。
【００３０】
Ｃｌ2ガスプラズマ２３により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ２３により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されて、チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００３１】
上述した金属膜作製装置は、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度をチャンバ１の内部で略均一になるようにしているので、均一な密度分布のＣｌ2ガスプラズマ２３を生成することができ、均一な成膜ができ成膜精度を向上させることができる。本実施形態例の場合、比較的小さなチャンバ１で成膜精度が要求される（例えば、溝等に確実に成膜する必要がある等）基板３の成膜に適用して好適である。
【００３２】
尚、基板３が配されるチャンバ１を絶縁物の仕切部材で仕切り、仕切部材に多数の孔をあけて孔を介してエッチングにより生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５を基板３に運ぶようにすることも可能である。即ち、多数の孔があけられた仕切部材によってチャンバ１内をＣｌ2ガスプラズマ２３が発生する部位と基板３が設置される部位とに隔絶することも可能である。基板３をＣｌ2ガスプラズマ２３から隔絶することにより、基板３がＣｌ2ガスプラズマ２３に晒されることがなくなり、プラズマによる損傷が生じることがなくなる。
【００３３】
図５、図６に基づいて本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図５には本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面、図６には成膜状況を表す基板表面の要部断面を示してある。尚、図１及び図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３４】
図５に示した第３実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示したチャンバ１の下方のノズル１２及び流量制御器１３（第１原料ガス供給手段）と、図４に示したチャンバ１の上方のノズル２１及び流量制御器２２（第２原料ガス供給手段）とを備えている。そして、流量制御器１３及び流量制御器２２と真空装置８が制御手段２５により制御される。即ち、制御手段２５により真空装置８が制御されてチャンバ１の内部のプラズマの発生状況が調整されると共に（プラズマ状況制御手段）、制御手段２５により流量制御器１３及び流量制御器２２が制御されてノズル１２及びノズル２１から供給される原料ガスの流量が調整される（原料ガス流量制御手段）。
【００３５】
即ち、チャンバ１の内部を低圧力に制御して内部のプラズマ密度が略均一になるようにチャンバ１の内部をプラズマ化した際に、ノズル２１から原料ガスを供給してチャンバ１内で銅板部材７側から水平に原料ガスを送り、チャンバ１の内部を高圧力に制御して壁面側のプラズマ密度が高くなるようにチャンバ１の内部をプラズマ化した際に、ノズル１２から原料ガスを供給してチャンバ１内で壁面側に沿って基板３側から銅板部材７側に原料ガスを送る。
【００３６】
上述した金属膜作製装置での成膜方法の一例を図６を参照して説明する。図６に示すように、本実施例の金属膜作製装置で成膜される基板３の表面には配線等に適用される凹部３ａが設けられている。
【００３７】
制御手段２５により、チャンバ１の内部に上部のノズル２１から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）２３が発生する。制御手段２５により真空装置８で設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で略均一になるように低圧状態に制御されている。
【００３８】
Ｃｌ2ガスプラズマ２３により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ２３により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されて、チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、凹部３ａの内部を含む基板３の表面にＣｕ薄膜１６ａ（図６中点線で示してある）が低速で生成される。即ち、凹部３ａの底面部にもＣｕ薄膜１６ａが精度よく低速で生成される（第１工程）。
【００３９】
第１工程が終了した後、制御手段２５により、チャンバ１の内部に下部のノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。制御手段２５により、真空装置８で設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に制御されている。
【００４０】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７はＣｌ2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されて、チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のＣｕ薄膜１６ａの表面にＣｕ薄膜１６ｂ（図６中実線で示してある）が高速で生成される。即ち、基板３の表面に短時間にＣｕ薄膜１６ｂが生成される（第２工程）。
【００４１】
上述した金属膜作製装置における金属膜作製方法では、第１工程で、Ｃｌ2ガスプラズマ２３のプラズマ密度をチャンバ１の内部で略均一になるようにしているので、均一な密度分布のＣｌ2ガスプラズマ２３を生成することができ、均一な成膜ができ成膜精度を向上させることができると共に、第２工程で、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにしているので、高密度のＣｌ2ガスプラズマ１４を生成することができ、成膜速度を大幅に速くして成膜能率を向上させることができる。従って、成膜精度と成膜能率の両立が可能になる。
【００４２】
図７に基づいて本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図７には本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４３】
図７に示した第４実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、銅板部材７が設けられておらず、チャンバ１の上部開口には絶縁材（セラミックス等）の天井板２７が固定されている。天井板２７の中心部には取付穴２８が形成され、取付穴２８には被エッチング部材としての円錐状の銅円錐２９が頂部をチャンバ１内に突出させて設けられている。そして、銅円錐２９の内部にはヒータ３０が設けられ、温度制御されるようになっている。尚、銅円錐２９として、完全な円錐型ではなくチャンバ１内にむかい漸次細くなる円筒状等の形状にすることも可能である。
【００４４】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。
【００４５】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅円錐２９にエッチング反応が生じ、銅円錐２９の周囲に前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅円錐２９はＣｌ2ガスプラズマ１４及びヒータ３０により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅円錐２９よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００４６】
尚、図４に示した金属膜作製装置と銅円錐２９とを組み合わせ、略均一なＣｌ2ガスプラズマを発生させるようにすることも可能である。
【００４７】
上述した金属膜作製装置は、銅円錐２９の形状に自由度があるため、ガスプラズマの発生状況に応じてエッチングに最適な形状とすることができる。このため、チャンバ１の形状やプラズマアンテナ９の形状に制約がなく、広範囲な形状の装置として適用することができる。また、銅円錐２９の内部にヒータ３０を設けているので、被エッチング部材の温度制御を行う手段として特別な設置スペースを必要としない。また、銅円錐２９は天井板２９の取付穴２８に固定されているので、外部からの交換が可能となっている。
【００４８】
図８に基づいて本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図８には本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４９】
図８に示した第５実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、銅板部材７が設けられておらず、チャンバ１の上部開口には絶縁材（セラミックス等）の天板３１が固定されている。天板３１のチャンバ１の内部側には被エッチング部材として複数の銅棒３２の一端が固定され、銅棒３２の他端はチャンバ１内に突出している。複数の銅棒３２は、円周状態に配置されている。
【００５０】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Ｃｌ2ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。
【００５１】
Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅棒３２にエッチング反応が生じ、銅円錐２９の周囲に前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅棒３２はＣｌ2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅棒３２よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００５２】
尚、図４に示した金属膜作製装置と銅棒３２とを組み合わせ、略均一なＣｌ2ガスプラズマを発生させるようにすることも可能である。
【００５３】
この場合、円周状態に配置された銅棒３２の内側にプラズマ密度の高いＣｌ2ガスプラズマ１４を発生させることになる。プラズマアンテナ９を流れる電気はスパイラル状となり、円周状態に配置された銅棒３２のプラズマアンテナ９側に対向部に逆向きの誘導電流が流れる。銅棒３２はプラズマアンテナ９を流れる電気の流れ方向で不連続となっているため、それぞれの銅棒３２の周囲を誘導電流が流れ、円周状態に配置された銅棒３２の内側からみた誘導電流の流れはプラズマアンテナ９を流れる電気の流れと同方向となる。
【００５４】
このため、プラズマアンテナ９に対向して導電体である銅棒３２が存在していても、円周状態に配置された銅棒３２の内側にＣｌ2ガスプラズマ１４を発生させることができる。従って、銅棒３２を天板３１の外周部のプラズマアンテナ９寄りに配置しても、所望のＣｌ2ガスプラズマ１４を発生させることができ、銅棒３２の本数を増加させることが可能となる。
【００５５】
上述した金属膜作製装置は、複数の銅棒３２により被エッチング部材が構成されているため、定期的に場所を移動させたり、エッチングにより交換が必要となった銅棒３２のみを交換することができる。このため、被エッチング部材を無駄なく使用することが可能となり、更にコストを低減することができる。
【００５６】
図９に基づいて本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図９には本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４に示した第２実施形態例の部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５７】
図９に示した第６実施形態例に係る金属膜作製装置は、図４に示した金属膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行なわれる（プラズマ発生手段）。
【００５８】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル２１から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガスがイオン化されてＣｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Ｃｌ2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。このとき、銅板部材７は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５９】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５は還元反応によりＣｕイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。反応に寄与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００６０】
上記構成の金属膜作製装置では、第１実施形態例乃至第５実施形態例と同様に、プラズマにより前駆体を生じさせてＣｕ薄膜１６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にＣｕ薄膜１６を作製することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にＣｕ薄膜１６を成膜することが可能になる。
【００６１】
そして、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナ等の部材が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００６２】
尚、上述した実施形態例では、チャンバの天井側に被エッチング部材を配置し下側に基板を配置した例を挙げて説明したが、被エッチング部材と基板の上下関係は逆でもよく、場合によっては、左右に被エッチング部材と基板を配置することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８ 真空装置
９ プラズマアンテナ
１０ 整合器
１１ 電源
１２，２１ ノズル
１３，２２ 流量制御器
１４，２３ Ｃｌ2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
１５ 前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）
１６ Ｃｕ薄膜
１７ 排気口
１８ 溝
２５ 制御手段
２７ 天井板
２８ 取付穴
２９ 銅円錐
３０ ヒータ
３１ 天板
３２ 銅棒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
基板と被エッチング部材との間のチャンバの周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項２】
基板が一端面側に収容される円筒状のチャンバと、
基板に対向する端面側におけるチャンバに設けられる絶縁部材製の蓋部材と、
蓋部材に固定されチャンバの内部に突出して配される金属製の被エッチング部材と、
チャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの筒部の周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項３】
基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させることを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１】
基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
基板と被エッチング部材との間のチャンバの周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項２】
基板が一端面側に収容される円筒状のチャンバと、
基板に対向する端面側におけるチャンバに設けられる絶縁部材製の蓋部材と、
蓋部材に固定されチャンバの内部に突出して配される金属製の被エッチング部材と、
チャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの筒部の周囲に設けられチャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項３】
基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンと希ガスからなる原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分をハロゲンの還元により基板に成膜させることを特徴とする金属膜作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１７４０５７（Ｐ２００９−１７４０５７Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６８３５０（Ｐ２００９−６８３５０）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【分割の表示】特願２００５−１３３９６１（Ｐ２００５−１３３９６１）の分割
【原出願日】平成１４年３月１４日（２００２．３．１４）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【分割の表示】特願２００５−１３３９６１（Ｐ２００５−１３３９６１）の分割
【原出願日】平成１４年３月１４日（２００２．３．１４）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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