(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板を収容するチャンバに高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材を配設する一方、この被エッチング部材と前記基板の温度とを温度制御手段で所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内のハロゲンを含有する原料ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングして金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行うように構成する一方、
前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成した金属膜作製装置において、
成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段は、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁部材からなる天井板の外方に、スパイラル状に成形して配設した成膜用プラズマアンテナを有するとともに、
被エッチング部材は、前記天井板の下方で、チャンバ内の上部に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分がチャンバの内周面側から中心側に向かって突出している高蒸気圧ハロゲン化物の金属で形成したことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項２】
内部に基板を収容するチャンバに高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材を配設する一方、この被エッチング部材と前記基板の温度とを温度制御手段で所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内のハロゲンを含有する原料ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングして金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行うように構成する一方、
前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成し、さらに成膜時の低温部分である基板近傍部分におけるチャンバの内周面に付着する前記金属及びこのハロゲン化物からなる付着物が臨むチャンバ内の基板近傍部分の空間に、クリーニング用の補助ガスプラズマを形成して前記付着物を除去するように構成した金属膜作製装置において、
成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段は、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁部材からなる天井板の外方に、スパイラル状に成形して配設した成膜用プラズマアンテナを有するとともに、
被エッチング部材は、前記天井板の下方で、チャンバ内の上部に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分がチャンバの内周面側から中心側に向かって突出している高蒸気圧ハロゲン化物の金属で形成したことを特徴とする金属膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属膜作製方法及び金属膜作製装置に関し、特に高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属の成膜を行う場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【背景技術】
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することにより基板に対する成膜を実施している。
【０００３】
これに対し、本発明者等は、基板を収容するチャンバ内の原料ガスプラズマ（例えばCl2 ガスプラズマ）でチャンバに配設する被エッチング部材をエッチングし、このエッチング金属を利用して前記基板に前記金属の薄膜を形成する金属膜作製方法に思い至った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如きエッチング法による新規な金属膜作製方法を実現する場合、チャンバ内に原料ガスを供給してこれをプラズマ化するか、又は外部で形成した原料ガスプラズマをチャンバ内に直接供給してエッチング用のプラズマガスを得る必要がある。ここで、チャンバは直接プラズマに晒されるため温度変化が激しく、チャンバが所定（例えば３００°Ｃ）の温度になるまでは、プラズマが安定しない。プラズマが安定しない間に形成された金属薄膜は膜質が悪く、製品として利用できない。すなわち、チャンバが所定の温度になるまでは、所定品質の金属膜を得る成膜を実質的に行うことができず、結果として生産効率の悪化を招来してしまう。図７に実線で示すように、チャンバの温度Ｔは、このチャンバ内のプラズマに加熱されて漸増し、所定温度Ｔ0 に達するが、この所定温度Ｔ0 に達するのに比較的長時間を要するからである。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、可及的速やかにプラズマを安定させ、良好な膜質の金属膜を装置の立ち上げ後、短時間で得ることができる金属膜作製方法及び金属膜作製装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１０】
１）  内部に基板を収容するチャンバに高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材を配設する一方、この被エッチング部材と前記基板の温度とを温度制御手段で所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内のハロゲンを含有する原料ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングして金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行うように構成する一方、
前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成した金属膜作製装置において、
成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段は、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁部材からなる天井板の外方に、スパイラル状に成形して配設した成膜用プラズマアンテナを有するとともに、
被エッチング部材は、前記天井板の下方で、チャンバ内の上部に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分がチャンバの内周面側から中心側に向かって突出している高蒸気圧ハロゲン化物の金属で形成したこと。
【００１１】
２）  内部に基板を収容するチャンバに高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材を配設する一方、この被エッチング部材と前記基板の温度とを温度制御手段で所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内のハロゲンを含有する原料ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングして金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行うように構成する一方、
前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成し、さらに成膜時の低温部分である基板近傍部分におけるチャンバの内周面に付着する前記金属及びこのハロゲン化物からなる付着物が臨むチャンバ内の基板近傍部分の空間に、クリーニング用の補助ガスプラズマを形成して前記付着物を除去するように構成した金属膜作製装置において、
成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段は、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁部材からなる天井板の外方に、スパイラル状に成形して配設した成膜用プラズマアンテナを有するとともに、
被エッチング部材は、前記天井板の下方で、チャンバ内の上部に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分がチャンバの内周面側から中心側に向かって突出している高蒸気圧ハロゲン化物の金属で形成したこと。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。以下に説明する各実施の形態に係る金属膜作製装置は、基板を収容する真空のチャンバ内の塩素ガスプラズマで、前記チャンバに配設した銅板からなる被エッチング部材をエッチグするとともに、このときの銅板と基板との温度の関係を適切に制御することにより、エッチングされた銅を基板に析出させて銅の薄膜を形成する点を共通の特徴として有する。これは、被エッチング部材である銅板を高温（例えば３００°Ｃ〜４００°Ｃ）に、また基板を低温（２００°Ｃ程度）にした状態で、Cl2 ガスプラズマにより被エッチング部材である銅板をエッチングしてやれば、銅とCl2 ガスプラズマとの前駆体が、この場合の低温部である基板に搬送され、この基板に銅薄膜を形成することができるという新規な知見に基づくものである。ただ、必ずしもかかる装置に限る必要はない。チャンバ内の原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングし、このエッチング金属を利用して前記基板に前記エッチング金属の薄膜を形成する装置であれば、同様に適用できる。
【００１８】
また、上述の如き知見に基づく金属膜作製装置においても、これを用いて成膜した場合、当該成膜を行うチャンバの低温部である基板近傍の内周面には、エッチングされた銅及びこれの塩化物が付着し、成膜処理回数の増大に伴い成長する。したがって、適当な間隔でクリーニングを行って付着物を除去する必要がある。以下の実施の形態は何れも、このクリーニング機能を有するものである。本発明には、かかるクリーニング機能を有しないものも含まれる。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る金属膜作製装置の概略側面図である。同図に示すように、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。
【００２０】
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。
【００２１】
チャンバ１の筒部の銅板部材７側の周囲には、チャンバ１の軸方向に亘り巻回したコイル状の成膜用プラズマアンテナ９が配設されており、この成膜用プラズマアンテナ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。成膜用プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１で成膜用プラズマ発生手段を構成している。一方、チャンバ１の筒部の基板３側の周囲には、チャンバ１の軸方向に亘り巻回したコイル状のクリーニング用プラズマアンテナ２３が設けられ、このクリーニング用プラズマアンテナ２３には整合器２４及び電源２５が接続されて給電が行われる。クリーニング用プラズマアンテナ２３、整合器２４及び電源２５でクリーニング用プラズマ発生手段を構成している。
【００２２】
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に向けて開口している。また、このノズル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、成膜時に、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。一方、チャンバ１の筒部の上部には、チャンバ１の内部に水素ガス及び不活性ガスであるアルゴンガス等の補助ガスを供給するノズル２１が接続されている。補助ガスは、クリーニグ時に、流量制御器２２を介して流量を調整し、ノズル２１を介してチャンバ１内に供給される。
【００２３】
チャンバ１の成膜用プラズマアンテナ９に対応する部分にはチャンバ１の周面を加熱するヒータ１８が埋設してある。ヒータ１８の埋設位置は、成膜時に形成されるCl2 ガスプラズマ１４に臨む部分及び成膜用プラズマアンテナ９とクリーニング用プラズマアンテナ２３との間の部分である。これは、成膜処理に先立ち、ヒータ１８でチャンバ１の当該部分の温度を所定の温度にまで加熱しておくためであり、また成膜時に、成膜用プラズマアンテナ９とクリーニング用プラズマアンテナ２３との間の部分を高温部として当該部分にエッチングされた銅が付着することがないようにするためである。ヒータ１８は、これに通電することにより発熱してチャンバ１を加熱する電気ヒータで好適に構成することができる。このときのチャンバ１の温度は、同様にチャンバ１に埋設した温度センサ１９の出力信号を温度検出部２０で処理することにより検出し得る。温度検出部２０でチャンバ１が所定の温度に達したことが検知された場合には、ヒータ１８に対する通電を中止し、以後チャンバ１が所定の温度に維持されるよう制御する。かかる制御は、図示しない制御部を介して行う。
【００２４】
かかる金属膜作製装置における成膜時の態様は次の通りとなる。なお、成膜時には、成膜用プラズマアンテナ９にのみ通電し、チャンバ１内の銅板部材７側の空間（上部空間）のみにプラズマを形成する。
【００２５】
先ず、ヒータ１８に通電してこのヒータ１８を発熱させることによりチャンバ１を加熱する。温度センサ１９の出力信号を処理することによりチャンバ１が所定の温度に達したことが検出された場合、そこでヒータ１８への通電を中止し、以後チャンバ１が所定の温度に維持されるよう制御する。かかる通電によっては、成膜用プラズマアンテナ９に対応する部分のみならず、この成膜用プラズマアンテナ９とクリーニング用プラズマアンテナ２３との間の部分も加熱される。この結果、チャンバ１の内周面の温度は、図７に一点鎖線で示すように、速やかに所定温度Ｔ0 に達する。
【００２６】
かかる状態で、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、成膜用プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を発生させる。このCl2 ガスプラズマ１４は、チャンバ１内の成膜用プラズマアンテナ９に隣接する空間、すなわちチャンバ１の銅板部材７側（上部）の空間に形成される。
【００２７】
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。
【００２８】
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に搬送される。基板３に搬送される前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に搬送される。この結果、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００２９】
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。
【００３０】
なお、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマからはHCl ガスプラズマが生成されるが、銅板部材７のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。したがって、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、原料ガスを供給するノズル１２はチャンバ１の下部に配設したが、その位置に特別な限定はない。チャンバ１の上部でも良い。
【００３１】
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。さらに、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。
【００３２】
上述の如き成膜処理に伴い、成膜時の低温部であるチャンバ１における基板３側（下部）の内周面には、付着物２６が付着し、成膜処理を繰り返す毎に成長する。そこで、付着物２６がある程度成長した場合にはこれを除去してやる必要がある。すなわち、クリーニング処理を実施する必要がある。本形態に係る金属膜作製装置におけるクリーニング時の態様は次の通りである。なお、クリーニング時には、クリーニング用プラズマアンテナ２３にのみ通電し、チャンバ１内の基板３側の空間（下部空間）のみにプラズマを形成する。
【００３３】
付着物２６は、その銅板部材７側（上部）が銅板部材７の塩化物、すなわちＣｕＣｌ又はＣｕＣｌ2 とＣｕの混合物で、基板３側（下部）に行くほどＣｕの割合が増加する。そこで、先ず、電源２５から整合器２４を介してクリーニング用プラズマアンテナ２３に電流を供給するとともに、流量制御器２２で流量を調整した水素ガスをノズル２１を介してチャンバ１内に供給する。これにより、チャンバ１のクリーニング用プラズマアンテナ２３の位置に対応する空間、すなわち付着物２６が臨む空間である基板３側の空間に、水素ガスプラズマを形成する。この水素ガスプラズマによりＣｕＣｌ及びＣｕＣｌ2 を還元してＣｕを生成させる。
【００３４】
その後、流量制御器１３で流量を調整した原料ガスであるCl2 ガスをノズル１２を介してチャンバ１内に供給する。このことにより、チャンバ１内の付着物２６に臨む空間にCl2 ガスプラズマを形成する。同時に、付着物２６であるＣｕの温度を周囲よりも高温に保持する。ただ、付着物２６であるＣｕはCl2 ガスプラズマで加熱されるので、通常は、周囲よりも十分高温に保持される。かかる状態では、付着物２６であるＣｕがCl2 ガスプラズマでエッチングされて除去される。エッチングにより除去されたＣｕは、排気口１７を介して外部に排出する。
【００３５】
続いて、窒素ガスをチャンバ１内に供給することによりCl2 ガスプラズマ雰囲気を窒素ガスで置換し、その後、再度チャンバ１内に水素ガスを供給してチャンバ１の下部空間に水素ガスプラズマを形成し、この水素ガスプラズマでチャンバ１の内周面に付着するCl2 を還元して除去する。さらに、流量制御器２２で流量を調整した不活性ガスであるアルゴンガスをノズル２１を介してチャンバ１内に供給してこのチャンバ１内の下部にアルゴンガスプラズマを形成する。かくして形成するアルゴンガスプラズマをチャンバ１の内周面に衝突させる。このアルゴンガスプラズマは比較的大きな質量を有するので、その分大きな運動エネルギーを持つ。そこで、このアルゴンガスプラズマによりチャンバ１の内周面を叩き、上述の如きCl2 ガスプラズマプラズマのエッチング作用によるクリーニングでは除去することができず、チャンバ１の内周面に強固に付着して残存する付着物２６を完全に除去する。
【００３６】
最後に、窒素ガスを、再度チャンバ１内に供給することによりアルゴンガスプラズマ雰囲気を窒素ガスで置換してクリーニング処理を終了する。
【００３７】
ここで、チャンバ１の成膜用プラズマアンテナ９とクリーニング用プラズマアンテナ２３との間の部分は、成膜処理中、ヒータ１８により所定温度Ｔ0 に保持されているので、高温部となっており、この部分に付着物２６が付着することはない。ちなみに、当該部分を加熱しない場合には、ここが成膜処理中の低温部となって付着物２６が付着するのに対し、クリーニング用プラズマアンテナ２３で形成するクリーニング用プラズガスでは当該部分の付着物２６をクリーニングにより除去することはできない。成膜用プラズマアンテナ９が配設された部分ではなく、成膜処理中に成膜用プラズマであるCl2 ガスプラズマ１４に臨む部分ではないため、このCl2 ガスプラズマ１４によってはあまり加熱されず、またクリーニング用プラズマアンテナ２３が配設された部分ではなく、クリーニング処理中にクリーニング用プラズマガスである補助ガスプラズマに臨む部分ではないため、補助ガスプラズマによるクリーニング作用があまり及ばない部分であるからである。
【００３８】
なお、上述の如きクリーニング処理において、Cl2 ガスプラズマのエッチング作用による付着物２６の除去処理を行った後の処理、すなわちその後の水素ガスプラズマによるCl2 の還元及びアルゴンガスプラズマによる物理的なクリーニングの各工程は必ずしも必要ではない。Cl2 ガスプラズマのエッチング作用によるクリーニングで十分な場合は、その後の工程は省略し得る。また、クリーニング処理においては付着物２６の近傍に集中的にプラズマを形成するのが合理的である。付着物２６近傍のプラズマ密度を高くすることにより、プラズマによる付着物２６のエッチング等をより速やかに行うことができるからである。そこで、電源２５は電源１１よりも低周波数の電源とするのが合理的である。成膜用のプラズマは銅板部材７の全域に亘りなるべく広い範囲に分布するのが好ましいのに対し、クリーニング用のプラズマは付着物２６の近傍部分に集中的に分布するのが好ましいからである。ちなみに、プラズマはプラズマアンテナに供給される電流が低周波数になる程、当該プラズマアンテナの近傍部分に集中して形成される。
【００３９】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る金属膜作製装置の概略側面図である。同図に示すように、本形態に係る金属膜作製装置は図１に示す第１の実施の形態に対し、プラズマアンテナの構成及びこれに伴う関連部分の構成が異なるが、多くの部分で同様の構成である。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図２に示すように、チャンバ３１は円筒状に形成された、金属製（例えば、アルミ製）の部材で、その上面は開口部とされ、開口部は絶縁部材（例えば、セラミックス製）である円盤状の天井板３７によって塞がれている。リング部４９及び突起部５０からなる銅製の被エッチング部材４８は、図３に基づき後に詳説するが、チャンバ３１内で基板３に対向する位置に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分である突起部５０がチャンバ３１の内周面側から中心側に向かって突出している。成膜用プラズマアンテナ３９は、スパイラル状に成形されて天井板３７の外方に配設されており、整合器４０を介して電源４１から供給される電流により、電界を形成し、チャンバ３１の被エッチング部材４８側（上部）の内部空間で、このチャンバ３１内に供給される原料ガスであるCl2 ガスをプラズマ化してCl2 ガスプラズマ１４を形成する。すなわち、成膜用プラズマアンテナ３９、整合器４０及び電源４１で成膜用プラズマ発生手段を構成している。
【００４１】
クリーニング用プラズマアンテナ５４は、チャンバ３１の内周面に付着した付着物２６を除去するためのものであり、チャンバ３１の基板３側の周囲にその軸方向に亘りコイル状に巻回して構成してある。このクリーニング用プラズマアンテナ５４は、整合器５５を介して電源５６から供給される電流により、電界を形成し、チャンバ３１内に供給される原料ガスであるCl2 ガス並びに補助ガスである水素ガス及びアルゴンガスをプラズマ化してCl2 ガスプラズマ、水素ガスプラズマ及びアルゴンガスプラズマを形成する。すなわち、クリーニング用プラズマアンテナ５４、整合器５５及び電源５６でクリーニング用プラズマ発生手段を構成している。ここで、チャンバ３１は導電部材であるため、クリーニング用プラズマアンテナ５４を巻回する部位は絶縁部材である絶縁筒５３で形成してある。また、付着物２６はこの絶縁筒５３の内周面に主に付着する。
【００４２】
チャンバ１の成膜用プラズマアンテナ３９の下方の成膜用プラズマガスであるCl2 ガスプラズマ１４が形成される部分にはチャンバ１の周面を加熱するヒータ３２が埋設してある。ヒータ３２の埋設位置は、成膜時に形成されるCl2 ガスプラズマ１４に臨む部分及びクリーニング用プラズマアンテナ５４との間の部分である。これは、成膜処理に先立ち、ヒータ３２でチャンバ３１の当該部分の温度を所定の温度にまで加熱しておくためであり、また成膜時に、Cl2 ガスプラズマ１４が形成される部分とクリーニング用プラズマアンテナ５４との間の部分を高温部とするためである。つまり、ヒータ３２は、図１に示すヒータ１８と同様の機能を発揮するためものであり、したがってこれも電気ヒータで好適に構成することができる。このときのチャンバ３１の温度は、同様にチャンバ３１に埋設した温度センサ３３の出力信号を温度検出部３４で処理することにより検出し得る。温度検出部３４でチャンバ３１が所定の温度に達したことが検知された場合には、ヒータ３２に対する通電を中止し、以後チャンバ３１が所定の温度に維持されるよう制御する。かかる制御は、図示しない制御部を介して行う。
【００４３】
図３に詳細に示すように、被エッチング部材４８のリング部４９の内周側にはチャンバ３１（図２参照。）の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている突起部５０が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。突起部５０は、リング部４９に対して一体、若しくは取り外し自在に取り付けられている。天井板３７（図２参照。）とチャンバ３１の内部との間には突起部５０の間で形成される切欠部５７（空間）が存在した状態になっている。リング部４９はアースされており、複数の突起部５０はリング部４９で電気的に接続されて同電位となっている。
【００４４】
かかる金属膜作製装置における成膜時には、先ず、第１の実施の形態と同様に、ヒータ３２に通電してこのヒータ３２を発熱させることによりチャンバ３１を加熱する。温度センサ３３の出力信号を処理することによりチャンバ３１が所定の温度に達したことが検出された場合、そこでヒータ３２への通電を中止し、以後チャンバ３１が所定の温度に維持されるよう制御する。かかる通電によっては、成膜用プラズマガスであるCl2 ガスプラズマ１４に対応する部分のみならず、このCl2 ガスプラズマ１４とクリーニング用プラズマアンテナ２３との間の部分も加熱される。この点で、第１の実施の形態と全く同様の作用・効果を得る。
【００４５】
後は、成膜時に成膜用プラズマアンテナ３９に電流を供給するとともに、クリーニング時には、クリーニング用プラズマアンテナ５４に電流を供給するだけで、成膜処理及びクリーニング処理におけるその他の手順及び態様は図１に示す金属膜作製装置の場合と基本的に同様である。
【００４６】
ただ、本形態における成膜用プラズマの形成時の態様は、図１に示す金属膜作製装置とは、若干異なるので、これを図４に基づき説明しておく。同図に示すように、被エッチング部材４８の下方にCl2 ガスプラズマ１４（図２参照。）を発生する際、成膜用プラズマアンテナ３９の電流の方向Ａは突起部５０を横切る方向となる。この結果、突起部５０の成膜用プラズマアンテナ３９との対向面側では誘導電流Ｂが同図に示す方向に発生する。ここで、被エッチング部材３８には切欠部５７（空間）が存在するので、誘導電流Ｂは各突起部５０の下面側では成膜用プラズマアンテナ３９の電流の方向Ａと同方向ａに流れる。この結果、基板３側から被エッチング部材４８を見た場合、成膜用プラズマアンテナ３９の下方、すなわち基板３側に導電体である突起部５０が存在しても実効的に成膜用プラズマアンテナ３９の電流を打ち消す方向の電流が存在しない状態になり突起部５０の下方に成膜用プラズマアンテナ３９による交番電界を形成することができる。しかも、リング部４９がアースされて突起部５０が同電位に維持されている。この結果、導電体である被エッチング部材４８が存在していても、成膜用プラズマアンテナ３９からの電磁波がチャンバ３１内に確実に入射し、被エッチング部材４８の下方にCl2 ガスプラズマ１４を安定して形成することができる。
【００４７】
なお、本形態において突起部５０をリング部４９に接続せず、原料ガスの供給を制御することで電位の違いによるプラズマの不安定をなくすようにすることも可能である。
【００４８】
クリーニング時には、クリーニング用プラズマアンテナ５４に通電し、第１の実施の形態と同様の処理をすることにより、同様の態様で付着物２６のクリーニング処理を行うことができる。このとき、付着物２６と周囲との所定の温度条件の成立が当然の前提となる。また、クリーニング用プラズマアンテナ５４による補助ガスプラズマに臨む部分ではない、クリーニング用プラズマアンテナ５４の被エッチング部材４８側の端部近傍が  クリーニング用プラズマアンテナ５４による補助ガスプラズマに臨む部分ではないことは何の不都合ともならない。第１の実施の形態と同様に、当該部分は、成膜時にヒータ３２により加熱されて高温部となり、成膜時に付着物２６が付着することはないからである。
【００４９】
＜第３の実施の形態＞
上記第１の実施の形態では、成膜用プラズマ発生手段を成膜用プラズマアンテナ９で構成したが、この成膜用プラズマアンテナ９の機能を被エッチング部材７に兼備させても良い。かかる金属膜作製装置を図５に基づき詳説する。同図に示すように、本形態に係る金属膜作製装置は図１に示す第１の実施の形態にかかる金属膜作製装置に対し、成膜用プラズマアンテナ９を有しない点が大きく異なるが、多くの共通する構成部分を有する。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５０】
本形態では、電源１１からの高周波電力を整合器１０を介して被エッチング部材である銅板部材７に供給するように構成してある。
【００５１】
かかる金属膜作製装置における成膜時の態様は、第１の実施の形態の成膜用プラズマアンテナ９のみに通電する代わりに銅板部材７のみに通電する点が異なるだけで、第１の実施の形態と全く同様の態様で成膜を行なう。クリーニングは、第１の実施の形態と全く同様の態様で実施する。
【００５２】
＜第４の実施の形態＞
上記第１乃至第３の実施の形態では、原料ガスをチャンバ１、３１内に供給し、これをプラズマ化したが、チャンバ内に直接原料ガスプラズマを供給するようにしても良い。かかる金属膜作製装置を図６に基づき詳説する。同図に示すように、本形態に係る金属膜作製装置は図１又は図２に示す第１又は第２の実施の形態にかかる金属膜作製装置に対し、成膜用プラズマアンテナ９、３９を有しない点が大きく異なるが、多くの共通する構成部分を有する。そこで、図１又は図２と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５３】
図６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６１の上面は開口部とされ、開口部は、例えばセラミックス製（絶縁材料製）の天井板８０によって塞がれている。天井板８０の下面には金属製（銅製：Cu製）の被エッチング部材６８が設けられ、被エッチング部材６８は錐形状となっている。また、チャンバ６１の筒部の上部の周囲４箇所（図には２箇所のみを示す。）には、スリット状の開口部６９が形成され、開口部６９には筒状の通路７０の一端がそれぞれ固定されている。通路７０の途中部には絶縁体製の筒状の励起室７５が設けられ、励起室７５の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ７１が設けられ、プラズマアンテナ７１には整合器７２及び電源７３に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ７１、整合器７２及び電源７３によりプラズマ発生手段を構成している。
【００５４】
通路７０の他端側には流量制御器７４が接続され、流量制御器７４を介して通路７０内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）が供給される。プラズマアンテナ７１から電磁波を励起室７５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）７６が発生する。つまり、塩素を含有する原料ガスをチャンバ６１と隔絶した励起室７５で励起する励起手段が構成されている。Cl2 ガスプラズマ７６の発生により励起塩素が開口部６９からチャンバ６１内の被エッチング部材６８側（上部）に供給され、被エッチング部材６８がCl2 ガスプラズマ７６によりエッチングされる。
【００５５】
クリーニング用プラズマアンテナ８７は、チャンバ６１の内周面に付着した付着物２６を除去するためのものであり、チャンバ６１の基板３側の周囲にその軸方向に亘りコイル状に巻回して構成してある。このクリーニング用プラズマアンテナ８７は、整合器８８を介して電源８９から供給される電流により、電界を形成し、チャンバ６１内に供給される原料ガスであるCl2 ガス並びに補助ガスである水素ガス及びアルゴンガスをプラズマ化してCl2 ガスプラズマ、水素ガスプラズマ及びアルゴンガスプラズマを形成する。すなわち、クリーニング用プラズマアンテナ８７、整合器８８及び電源８９でクリーニング用プラズマ発生手段を構成している。
【００５６】
チャンバ６１の、開口部６９の近傍部分からクリーニング用プラズマアンテナ８７の開口部６９側の端部に至る部分には、チャンバ１の周面を加熱するヒータ６２が埋設してある。ヒータ６２は、第１及び第２の実施の形態と全く同様の機能を果たすもので、これに通電することにより発熱してチャンバ６１を加熱する電気ヒータで好適に構成することができ、このときのチャンバ６１の温度は、同様にチャンバ６１に埋設した温度センサ６３の出力信号を温度検出部６４で処理することにより検出し得る。温度検出部６４でチャンバ６１が所定の温度に達したことが検知された場合には、ヒータ６２に対する通電を中止し、以後チャンバ６１が所定の温度に維持されるよう制御する。
【００５７】
かかる金属膜作製装置における成膜時の態様は次の通りとなる。先ず、ヒータ６２に通電してこのヒータ６２を発熱させることによりチャンバ６１を加熱する。温度センサ６３の出力信号を処理することによりチャンバ６１が所定の温度に達したことが検出された場合、そこでヒータ６２への通電を中止し、以後チャンバ６１が所定の温度に維持されるよう制御する。かかる通電によっては、成膜用のCl2 ガスプラズマ７６が供給される開口部６９の近傍部分のみならず、この部分とクリーニング用プラズマアンテナ８７との間の部分も加熱される。
【００５８】
かかる状態で励起室７５で形成したCl2 ガスプラズマ７６を、被エッチング部材６８と基板３との温度条件を所定通りに調整したチャンバ６１内に開口部６９を介して導入する。このことにより、図１及び図２に示す金属膜作製装置の場合と同様に被エッチング部材６８がエッチングされ、基板３にCu薄膜１６を形成することができる。
【００５９】
一方、クリーニング時には、クリーニング用プラズマアンテナ８７に通電し、第１の実施の形態と同様の処理をすることにより、同様の態様で付着物２６のクリーニング処理を行うことができる。このとき、付着物２６と周囲との所定の温度条件の成立が当然の前提となる。
【００６０】
なお、上記各実施の形態においては、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、銅製の被エッチング部材のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。したがって、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。さらに、一般的には塩素に限らず、ハロゲンガスであれば、本発明の原料ガスとして利用することができる。
【００６１】
また、被エッチング部材は銅に限らず、Ta,Ti,Ｗ等の高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属であれば同様に用いることができる。この場合、前駆体はTa,Ti,Ｗ等の塩化物（ハロゲン化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はTa,Ti,Ｗ等となる。
【００６２】
さらに、ヒータ１８、３２、６２は、チャンバ１、３１、６１の成膜用プラズマ雰囲気に臨む部分を加熱する部分と、この部分とクリーニング用プラズマ雰囲気に臨む部分との中間部分とを一体のもので加熱するように構成したが、これらの各部分に対応するヒータを個別に形成し、独立して制御するように構成しても良い。
【００６３】
また、本発明に係るクリーニング方法は、付着物２６の温度を最も高温に保持した状態で、この部分にエッチングガスプラズマを作用させれば良いので、クリーニング用プラズマアンテナを有する装置でなく、チャンバ内にクリーニング用のプラズマガスを直接供給する方式によっても実現し得る。
【００６４】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、チャンバ内に原料ガスを供給して原料ガスプラズマを形成するか、又は外部で形成した原料ガスプラズマを前記チャンバ内に供給してチャンバに配設する被エッチング部材をエッチングし、このエッチングにより得る金属を、チャンバ内に収容する基板に金属膜として析出させる金属膜作製方法において、先ず、前記チャンバに加熱手段で熱を供給してこのチャンバを所定の温度に加熱し、その後、原料ガスプラズマによる成膜処理を行う場合には、
チャンバの内周面の温度を所定の温度まで速やかに上昇させ、チャンバ内のプラズマが安定した状態で成膜処理を行うことができる。この結果、均質で良好な膜質の金属膜を迅速且つ容易に形成することができる。
【００６５】
また、チャンバ内に原料ガスを供給して原料ガスプラズマを形成するか、又は外部で形成した原料ガスプラズマを前記チャンバ内に供給してチャンバに配設する被エッチング部材をエッチングし、このエッチングにより得る金属を、チャンバ内に収容する基板に金属膜として析出させる金属膜作製方法において、先ず、前記チャンバに加熱手段で熱を供給してこのチャンバを所定の温度に加熱し、その後、前記チャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給して原料ガスプラズマを形成するか、又はハロゲンを含有する原料ガスプラズマを供給して、前記チャンバに配設する高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材をエッチングするとともに、この被エッチング部材と前記基板の温度とを所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内に原料ガスプラズマでエッチングした被エッチング部材の金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行う場合には、
チャンバの内周面の温度を所定の温度まで速やかに上昇させ、チャンバ内のプラズマが安定した状態で成膜処理を行うことができる。この結果、被エッチング部材と前記基板の温度とを所定の温度及び温度差に制御することにより所定の成膜を行う場合においても、均質で良好な膜質の金属膜を迅速且つ容易に形成することができる。
【００６６】
また、チャンバ内に原料ガスを供給して原料ガスプラズマを形成するか、又は外部で形成した原料ガスプラズマを前記チャンバ内に供給してチャンバに配設する被エッチング部材をエッチングし、このエッチングにより得る金属を、チャンバ内に収容する基板に金属膜として析出させる金属膜作製装置において、前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成した場合には、
チャンバの内周面の温度を所定の温度まで速やかに上昇させ、チャンバ内のプラズマが安定した状態で成膜処理を行うことができる。この結果、均質で良好な膜質の金属膜を迅速且つ容易に形成することができる。
【００６７】
〔請求項１〕に記載する発明は、内部に基板を収容するチャンバに高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材を配設する一方、この被エッチング部材と前記基板の温度とを温度制御手段で所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内のハロゲンを含有する原料ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングして金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行うように構成する一方、前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成した金属膜作製装置において、
成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段は、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁部材からなる天井板の外方に、スパイラル状に成形して配設した成膜用プラズマアンテナを有するとともに、
被エッチング部材は、前記天井板の下方で、チャンバ内の上部に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分がチャンバの内周面側から中心側に向かって突出している高蒸気圧ハロゲン化物の金属で形成したので、
チャンバの内周面の温度を所定の温度まで速やかに上昇させ、チャンバ内のプラズマが安定した状態で成膜処理を行うことができる。この結果、被エッチング部材と前記基板の温度とを所定の温度及び温度差に制御することにより所定の成膜を行う場合においても、均質で良好な膜質の金属膜を迅速且つ容易に形成することができる。
更に、いわゆるＴＣＰ方式の金属膜作製装置で当該作用・効果を得ることができる。
【００６８】
〔請求項２〕に記載する発明は、内部に基板を収容するチャンバに高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属で形成した被エッチング部材を配設する一方、この被エッチング部材と前記基板の温度とを温度制御手段で所定の温度及び温度差に制御することにより、前記チャンバ内のハロゲンを含有する原料ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングして金属成分と原料ガスとの前駆体を形成し、この前駆体の金属成分を基板に析出させて所定の成膜を行うように構成する一方、
前記チャンバの内周面を加熱する加熱手段と、前記チャンバの温度を検出する温度センサとを有し、この温度センサで検出するチャンバの温度を所定の温度に加熱・保持すべく前記加熱手段を介してチャンバを加熱するように構成し、さらに成膜時の低温部分である基板近傍部分におけるチャンバの内周面に付着する前記金属及びこのハロゲン化物からなる付着物が臨むチャンバ内の基板近傍部分の空間に、クリーニング用の補助ガスプラズマを形成して前記付着物を除去するように構成した金属膜作製装置において、
成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段は、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁部材からなる天井板の外方に、スパイラル状に成形して配設した成膜用プラズマアンテナを有するとともに、
被エッチング部材は、前記天井板の下方で、チャンバ内の上部に、周方向に亘り複数に分割するとともに各分割部分がチャンバの内周面側から中心側に向かって突出している高蒸気圧ハロゲン化物の金属で形成したので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果に加え、付着物のクリーニングによる除去も良好に行うことができる。
更に、いわゆるＴＣＰ方式の金属膜作製装置で当該作用・効果を得ることができる。
【００６９】
また、加熱手段を、成膜用の原料ガスプラズマが存在し得るチャンバ内の被エッチング部材側の空間と、クリーニング用の補助ガスプラズマが存在し得るチャンバ内の基板側の空間との間の空間に臨むチャンバの内周面も加熱することができるように構成した場合には、
チャンバ内の被エッチング部材側の空間と、クリーニング用の補助ガスプラズマが存在し得るチャンバ内の基板側の空間との間の空間に臨むチャンバ部分は、成膜処理中、加熱手段により所定温度に保持されており、この部分に付着物が付着することはない。ちなみに、当該部分を加熱しない場合には、ここが成膜処理中の低温部となって付着物が付着するのに対し、クリーニング用プラズガスでは当該部分の付着物をクリーニングにより除去することはできない。
【００７０】
また、成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段が、チャンバ内の被エッチング部材側の空間に原料ガスプラズマを形成するよう、チャンバの被エッチング部材側の周囲にその軸方向に亘り巻回されたコイル状の成膜用プラズマアンテナを有する場合には、
いわゆるＩＣＰ方式の金属膜作製装置で上記発明と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７２】
また、成膜時にチャンバ内に供給される原料ガスから原料ガスプラズマを形成する成膜用プラズマ発生手段を、電力を供給するように構成した被エッチング部材で構成した場合には、
被エッチング部材を成膜用プラズマ発生手段と兼用するようにした金属膜作製装置で上記発明と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７３】
また、原料ガスプラズマを、チャンバの外部で形成し、この原料ガスプラズマをチャンバ内に供給して被エッチング部材のエッチングを行うように構成した場合には、
いわゆる遠隔プラズマ供給方式の金属膜作製装置で上記発明と同様の作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属膜作製装置を示す概略側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る金属膜作製装置を示す概略側面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線矢視図である。
【図４】図３のII−II線矢視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る金属膜作製装置を示す概略側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る金属膜作製装置を示す概略側面図である。
【図７】金属膜作製装置のチャンバの温度特性を示す特性図で、実線が従来技術、一点鎖線が本願発明に係る金属膜作製装置のものである。
【符号の説明】
１        チャンバ
３        基板
６        温度制御手段
７        銅板部材
９        成膜用プラズマアンテナ
１２        ノズル
１４        Cl2 ガスプラズマ
１５        前駆体
１６        Cu薄膜
１８        ヒータ
１９        温度センサ
２０        温度検出部
２１        ノズル
２６        付着物
２７ａ        成膜用プラズマアンテナ部
２７ｂ        クリーニング用プラズマアンテナ部
２８ａ        成膜用プラズマアンテナ部
２８ｂ        クリーニング用プラズマアンテナ部
２９        シールド部材
３１        チャンバ
３２        ヒータ
３３        温度センサ
３４        温度検出部
３７        天井板
３９        成膜用プラズマアンテナ
４８        被エッチング部材
４９        リング部
５０        突起部
５４        クリーニング用プラズマアンテナ
６１        チャンバ
６２        ヒータ
６３        温度センサ
６４        温度検出部
７５        励起室
７６        Cl2 ガスプラズマ
８７        クリーニング用プラズマアンテナ
【図１】
0003653038.tif 000002
【図２】
0003653038.tif 000003
【図３】
0003653038.tif 000004
【図４】
0003653038.tif 000005
【図５】
0003653038.tif 000006
【図６】
0003653038.tif 000007
【図７】
0003653038.tif 000008