(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にドライプロセスで配線用のバリア層を形成する第１の成膜工程と、
陽極として配置された材料蒸発源に向けてプラズマビームを供給することによって前記材料蒸発源に収容された配線用のシード層の膜材料を蒸発させて基板表面の前記バリア層上にシード層を付着させる第２の成膜工程と、
を備える基板処理方法。
【請求項２】
前記第１の成膜工程でスパッタリング成膜法及びＣＶＤ法のいずれか一方によって前記バリア層を形成し、前記バリア層を形成する前の基板の表面をクリーニングする前処理工程をさらに備える請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第１の成膜工程で、イオンプレーティング法によって前記バリア層を形成することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第２の成膜工程で、前記基板に所定のタイミングで所定のバイアス電圧を積極的に印加することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、基板上に配線用の成膜等の処理を行う成膜処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス等にＣｕ配線を形成するための方法として、まず半導体ウェハ上に絶縁膜パターンを形成した基板を準備し、この基板上にスパッタ成膜法やＣＶＤ法を利用してＴａＮの薄いバリア膜を形成し、さらに真空を破らずにバリア膜上に薄いＣｕシード層を形成し、このＣｕシード層を陰極として電気メッキ法で絶縁膜パターンの溝や穴を埋め込む方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして形成したＣｕ配線の性能は、Ｃｕシード層の膜質によって決定される。例えば、スパッタリングによって形成されたＣｕシード層は側壁のステップカバレージが低いため、またＣＶＤによって形成されたＣｕシード層は不純物が多いため、ボイドの発生や密着性に関して充分とは言えない。このような傾向は、幅の狭い溝や微小径の穴で顕著となり、デバイスのシュリンクに伴う配線の微細化を妨げている。
【０００４】
そこで、本発明は、ボイド等が形成されにくく、密着性が良い配線膜を形成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基板処理方法を実施するための基板処理装置は、基板上にドライプロセスで配線用のバリア層を形成する第１成膜ユニットと、プラズマビームを供給するプラズマ源と、配線用のシード層の膜材料を収容可能な材料蒸発源を有するとともにプラズマビームを導くハースと、ハースに対向して基板を保持する保持手段とを有し、第１成膜ユニットで形成したバリア層上に配線用のシード層を形成する第２成膜ユニットとを備える。
【０００６】
この場合、配線用のシード層を上記構成のイオンプレーティング型の第２成膜ユニットによって形成するので、加熱された材料蒸発源から出射する材料蒸気をプラズマビームでイオン化しつつ良好な電気的、機械的特性を有するシード層を得ることができる。すなわち、セルフバイアス電圧による基板表面のクリーニング効果によって、高い配向性と高い付着力を有するシード層を簡易に形成することができる。また、プラズマビームが主にハースに入射し基板が高密度のプラズマにさらされることがなく、しかも材料蒸発源から出射してプラズマ中で励起されるＣｕイオンやＡｒイオンが比較的低いエネルギーを有するので、基板表面のバリア層にプラズマダメージ等の欠陥が形成されにくい。さらに、比較的低圧で不純物の少ない清浄な環境でシード層を形成できる。つまり、上記基板処理装置によって得たシード層は、基板上であってバリア層の下地の絶縁膜パターンに形成されている溝や穴を一様に被覆するのみならず、高い導電性・密着性を有し、しかも不純物による汚染が少ない。
【０００７】
このようなシード層は、その後に下地の絶縁膜パターンに形成されている溝や穴を埋めるために配線本体層を形成する工程で、電解メッキの陰極として利用される。この際、このシード層が良好な導電性・密着性を有するとともにバリア層上に均一に形成された電極として作用するので、ボイド等が形成されることなく、高い付着力を有する配線本体層を形成できる。
【０００８】
上記基板処理装置の好ましい態様では、第１成膜ユニットが、スパッタリング成膜法によってバリア層を形成する。この場合、ドライプロセスによって付着力が良好なバリア層を形成することができる。
【０００９】
上記基板処理装置の好ましい態様では、第１成膜ユニットが、ＣＶＤ法によってバリア層を形成する。この場合、ドライプロセスによってコンフォーマルなバリア層を形成することができる。
【００１０】
上記基板処理装置の好ましい態様では、第１成膜ユニットが、イオンプレーティング法によってバリア層を形成する。この場合、前段として特別のクリーニング工程を設けることなく、ドライプロセスによって比較的良好な膜質のバリア層を形成することができる。
【００１１】
上記基板処理装置の好ましい態様では、第１及び第２成膜ユニットにおける成膜は、第１及び第２成膜室でそれぞれ行われ、複数の基板を収納するカートリッジを収容する予備室と、第１成膜室、第２成膜室、及び予備室に連通可能である搬送室を有するとともに第１成膜室、第２成膜室、及び予備室のいずれか１つの室中に収容された基板を他の室中に移送する搬送装置とをさらに備える。
【００１２】
この場合、クラスター型の基板処理装置として、バリア層の形成、シード層の形成を連続して効率的に行うことができ、汚染物質の混入を最小限に抑えることができる。
【００１３】
上記基板処理装置の好ましい態様では、第２成膜ユニットが、磁石及びコイルの少なくとも一方をハースの周囲に環状に配置してなるとともにハースの近接した上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備え、プラズマ源が、ＤＣアーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンであることを特徴とする。
【００１４】
この場合、磁場制御部材によってハースに入射するプラズマビームをカスプ状磁場で修正してより均一な厚みのシード層を形成することができる。
【００１５】
上記基板処理装置の好ましい態様では、バリア層を形成する前の基板の表面をクリーニングするクリーニングユニットをさらに備える。
【００１６】
スパッタリング成膜法やＣＶＤ法によってバリア層を形成する場合、上記のようなセルフサーフェスクリーニング効果が期待できないので、予め基板の表面をクリーニングすることによって不純物の混入が少なく付着性が良好なバリア層を得ることができる。なお、クリーニングユニットでは、基板をヒータや赤外線ランプで加熱したり、基板表面をスパッタリングすることによって、基板表面の浄化を達成する。
【００１７】
上記基板処理装置の好ましい態様では、クリーニングユニットでクリーニングを終了した基板を気密を保って第１成膜ユニットに搬送する搬送装置をさらに備える。
【００１８】
この場合、搬送装置を利用してクリーニング後の基板を第１成膜ユニットに迅速に汚染を回避しつつ搬送することができ、バリア層の特性を良好に保つことができる。
【００１９】
また、本発明の基板処理方法は、基板上にドライプロセスで配線用のバリア層を形成する第１の成膜工程と、陽極として配置された材料蒸発源に向けてプラズマビームを供給することによって材料蒸発源に収容された配線用のシード層の膜材料を蒸発させて基板表面のバリア層上にシード層を付着させる第２の成膜工程とを備える。
【００２０】
この場合、配線用のシード層をプラズマビームを利用したイオンプレーティング型の第２の成膜工程によって形成するので、加熱された材料蒸発源から出射する材料蒸気をプラズマビームで活性化しつつ良好な電気的、機械的特性を有するシード層を形成することができる。イオンプレーティング型の成膜工程では、例えばＤＣアーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンを用いることより、良好なシード膜を得ることができる。
【００２１】
上記基板処理方法の好ましい態様では、第１の成膜工程でスパッタリング成膜法及びＣＶＤ法のいずれか一方によってバリア層を形成し、バリア層を形成する前の基板の表面をクリーニングする前処理工程をさらに備える。
【００２２】
この場合、スパッタリング成膜法やＣＶＤ法によってバリア層を形成する前に基板の表面を予めクリーニングすることによって、不純物の混入が少なく付着性が良好なバリア層を得ることができる。
【００２３】
上記基板処理方法の好ましい態様では、第１の成膜工程で、イオンプレーティング法によってバリア層を形成する。
【００２４】
この場合、前段として特別のクリーニング工程を設けることなく、ドライプロセスによって比較的良好な特性のバリア層を形成することができる。イオンプレーティング法としては、例えばＤＣアーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンを用いることより、良好なバリア膜を得ることができる。
【００２５】
上記基板処理方法の好ましい態様では、第２の成膜工程で、基板に所定のタイミングで所定のバイアス電圧を積極的に印加する。
【００２６】
この場合、基板に形成された溝や穴の側壁にもステップカバレージの良好なシード層を形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置及び方法について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１は、第１実施形態の基板処理装置の全体構造を示す平面図である。この基板処理装置は、半導体ウェハ等の基板に一連の処理工程を一括して行うクラスタツールタイプの半導体処理装置であり、基板Ｗに所定の処理を施す複数の処理ユニットとして、搬送装置１０を中心に、基板Ｗの表面クリーニングをそれぞれ行う一対のクリーニングユニット１１と、基板Ｗにスパッタリング成膜法を利用してバリア層の成膜を行う第１成膜ユニットであるスパッタ成膜ユニット１２と、基板Ｗにイオンプレーティング法を利用してシード層の成膜を行う第２成膜ユニットであるイオンプレーティングユニット１３と、２つの搬出入室１５、１６とを備える。
【００２９】
搬送装置１０を構成する搬送室の中央には、多関節型の搬送手段である搬送用真空ロボット２６が配置されている。この搬送用真空ロボット２６は、伸縮可能であるとともに紙面に垂直な鉛直軸の回りに回転可能であるアーム２６ａと、アーム２６ａの先端に固定されて基板Ｗを支持するハンド２６ｂとを備える。基板Ｗを支持するハンド２６ｂは、アーム２６ａに送られて、処理ユニット１１〜１３や搬出入室１５、１６の内部に基板Ｗを進退させることができる。
【００３０】
クリーニングユニット１１は、基板Ｗに前処理としてクリーニングを施すためのものであり、図示を省略するが、基板Ｗを支持して加熱する加熱プレート、基板Ｗを加熱プレートとともに収容するチャンバ、基板Ｗの周囲を真空に吸引する真空ポンプ等を備える。このクリーニングユニット１１は、熱処理するものに限定されない。例えば基板Ｗの表面をアルゴン等のイオン粒子でスパッタリングするクリーニング装置とすることもできる。さらに、赤外線ランプを利用したランプアニールによって、基板Ｗの表面の吸着物を脱離させるクリーニング装置とすることもできる。
【００３１】
スパッタ成膜ユニット１２は、後に詳細に説明するが、膜材料からなるターゲット電極をスパッタすることによってこのターゲット電極から出射する膜材料を基板Ｗ上に付着させて成膜を行うものである。
【００３２】
イオンプレーティングユニット１３は、後に詳細に説明するが、材料蒸発源に向けてプラズマビームを供給することによって材料蒸発源の膜材料を蒸発させ、蒸発した材料をプラズマビーム中でイオン化しつつ基板Ｗ上に付着させて成膜を行うものである。
【００３３】
搬出入室１５、１６は、基板処理装置の外部との間で基板Ｗをやりとりするためのもので、それぞれが複数の基板Ｗを収納するカートリッジＣＡを載置可能なカートリッジステージと、このカートリッジステージを収容する予備室と、カートリッジステージを昇降移動させるステージ駆動装置とを備える。
【００３４】
なお、搬送装置１０と各処理ユニット１１〜１３とは、真空気密を維持可能なゲート弁２４を介して開閉可能に接続されており、搬送装置１０と各搬出入室１５、１６も、真空気密を維持可能なゲート弁２５を介して搬送装置１０と開閉可能に接続されている。これにより、各処理ユニット１１〜１３や各搬出入室１５、１６との間で真空を破ることなく基板Ｗの受け渡しが可能になっている。
【００３５】
以下、図２を参照しつつ、図１に示す基板処理装置の動作の概要について説明する。予め半導体ウェハＳ上にＳｉＯ2からなる所望の絶縁膜パターンＩＰを形成した複数の基板Ｗを準備する（図２（ａ）参照）。この絶縁膜パターンＩＰは、例えばサブミクロン幅の溝ＴＲを有する。次に、これらの基板ＷをカートリッジＣＡに収納する。このカートリッジＣＡは、一旦搬出入室１５、１６のいずれか一方に搬入され、別に用意した空のカートリッジＣＡも、搬出入室１５、１６の他方に搬入される。次いで、両搬出入室１５、１６内部を減圧する。その後、搬送装置１０に設けた搬送用真空ロボット２６によって、搬出入室１５、１６中に配置したカートリッジＣＡ中の基板Ｗを一枚一枚搬送装置１０内部に取り込み、続いて各処理ユニット１１〜１３の内部に順次搬送する。これらの処理ユニット１１〜１３では、必要なクリーニングや成膜が所望の手順で進行する。
【００３６】
処理ユニット１１〜１３での具体的な処理手順について説明すると、まず、いずれかの搬出入室１５、１６に収容されたカートリッジＣＡからクリーニングユニット１１に基板Ｗを搬出し、ここで基板Ｗを加熱して基板Ｗ表面に吸着した汚染物質を脱離する。なお、スループットが優先される場合、２つのクリーニングユニット１１で並列処理を行って次の処理ユニット１２、１３における処理時間との整合をとることもできる。
【００３７】
次に、スパッタ成膜ユニット１２に基板Ｗを移送し、窒素雰囲気下で膜材料Ｔａからなるターゲット電極をスパッタすることによって基板Ｗ上にＴａＮのバリア膜ＢＦを薄く形成する（図２（ｂ）参照）。バリア膜ＢＦの厚さは、溝ＴＲの上部で２５０Å程度であり、溝ＴＲの側壁では５０Å程度であり、溝ＴＲの底部では１００Å程度である。
【００３８】
次に、イオンプレーティングユニット１３に基板Ｗを移送し、プラズマビームを利用して膜材料Ｃｕを蒸発させるとともにこのＣｕ蒸気をイオン化させて基板Ｗ上であってバリア膜ＢＦ上にＣｕのシード膜ＳＦを薄く形成する（図２（ｃ）参照）。シード膜ＳＦの厚さは、無バイアス下では溝ＴＲの上部で２０００Å程度であり、溝ＴＲの側壁では３００〜５００Å程度であり、溝ＴＲの底部では２０００Å程度である。つまり、このようにして得たシード膜ＳＦは溝ＴＲの側壁で十分な厚さを有し、さらに溝ＴＲの底部を厚くしたボトムアップ成膜となっている。よって、溝ＴＲにメッキ用の電極として良好な特性を有するシード膜ＳＦを形成することができる。なお、バイアス印加によって溝ＴＲ上部のみ薄くすることも可能であり、この場合、サイドカバレージが良くメッキ用の電極としてさらに良好な特性を有するシード膜ＳＦを形成することができる。
【００３９】
処理ユニット１１〜１３での必要な処理が終了した基板Ｗは、搬送装置１０を経て一旦搬出入室１５、１６に搬入され、空のカートリッジＣＡに順次収納される。搬出入室１５、１６中の処理済みの基板Ｗを収容したカートリッジＣＡは、適当なタイミングで基板処理装置外に搬出される。
【００４０】
次に、図１に示す基板処理装置で形成したシード膜ＳＦ上に、このシード膜ＳＦを低抵抗電極として湿式の銅メッキを施して、シード膜ＳＦ上に厚いＣｕメッキ膜ＰＦを形成する（図２（ｄ）参照）。これにより、絶縁膜パターンＩＰの溝ＴＲが小さい幅から大きい幅までのワイドレンジにわたって、ボイドフリー、かつ、密着性よく埋め込まれる。
【００４１】
次に、基板Ｗの上層のＣｕメッキ膜ＰＦ、並びにバリア膜ＢＦ及びシード膜ＳＦをＣＭＰ(chemico-mechanical polishing)によって除去し、Ｃｕ配線形成を完了する（図２（ｅ）参照）。
【００４２】
図３は、図１に示すスパッタ成膜ユニット１２の具体的構造を説明する図である。
【００４３】
このスパッタ成膜ユニット１２は、真空気密を保ち得る密閉構造の成膜室３１で構成される。この成膜室３１の上部には、第１供給ポート３１ａが設けられている。この第１供給ポート３１ａには、スパッタ用のＡｒガスが所望の供給量で供給され、成膜室３１中をスパッタに必要なＡｒガスを導入する。第１供給ポート３１ａの下方には、バリア膜ＢＦの構成材料となるガスＮ2ガスを成膜室３１中に所望量だけ供給する第２供給ポート３１ｂが設けられている。さらに、成膜室３１の下部には、成膜室３１内の不要ガス等を廃棄して内部の真空度を維持するため、排気ポート３１ｃが形成されている。
【００４４】
成膜室３１内部の上方には、バリア膜ＢＦの膜材料であるＴａからなる平板状のターゲット電極３２が配置されている。このターゲット電極３２への電圧の印加は、直流電源装置３９ａによって制御されている。
【００４５】
成膜室３１内部の下方には、ターゲット電極３２に対向して基板Ｗを支持するためのホルダ３３が配置されている。このホルダ３３は、ヒータ３３ａを内蔵し、必要なタイミングで基板Ｗを加熱して所望の温度に設定することができる。また、このホルダ３３には、成膜室３１内外に基板Ｗを搬出入する際にホルダ３３上で基板Ｗを昇降させるためのピン等からなる昇降機構３３ｂも内蔵されている。なお、ヒータ３３ａや昇降機構３３ｂの動作は、駆動装置３７によって制御されている。また、ホルダ３３上の基板Ｗには、ホルダ３３（必要な場合には基板Ｗの表面に接触する電極）を介して適当な電位が供給される。基板Ｗに供給する電位は、電源装置３６によって制御されている。なお、基板Ｗすなわちホルダ３３は、成膜室３１と電気的に絶縁されている。
【００４６】
成膜室３１上部であってその内周には、高周波電力が供給される磁場形成用のＲＦコイル３４が配置されている。このＲＦコイル３４からの磁場は、成膜室３１内のプラズマ密度の向上を図っている。ＲＦコイル３４への給電は、ＲＦ電源装置３９ｂによって制御されている。
【００４７】
図３の装置によるバリア膜の形成は、成膜面を上向きとし所望のバイアス電位に調節された状態の基板Ｗに対して行われる。具体的な成膜について説明すると、まず成膜室３１に搬入口３１ｈを介して表面クリーニング後の基板Ｗを搬入し、ホルダ３３上に載置する。次に、第１及び第２供給ポート３１ａ、３１ｂからＡｒガスとＮ2ガスとをそれぞれ適量供給しつつ、ターゲット電極３２に負のＤＣ電圧（マイナス）を印加する。これにより、成膜室３１内のＡｒイオンが適当な速度に加速されてターゲット電極３２をたたくので、ターゲット電極３２からはＴａのスパッタ粒子が飛び出す。これと同時に、コイル３４に高周波電流を供給してターゲット電極３２の下方に高周波で変動する電磁場を形成する。これにより、イオン化が促進され、高密度プラズマＰが形成される。高密度プラズマＰを経たＴａやＮのイオンは、基板Ｗに印加するバイアス電圧によって指向性が高められ、ホルダ３３上の基板Ｗに入射する。この結果、基板Ｗ上には、ＴａＮバリア膜が形成される。
【００４８】
図４は、図１に示すイオンプレーティングユニット１３の具体的構造を説明する図である。なお、このイオンプレーティングユニット１３では、スパッタ成膜ユニット１２の場合と異なり、成膜面を下向きとした状態の基板Ｗに対して成膜が行われる。
【００４９】
イオンプレーティングユニット１３は、基板Ｗの受け渡し及び反転用に設けた上部の基板受渡室４０と、実際に成膜を行うための成膜室４１とを備える。基板受渡室４０と成膜室４１は、両者を一体として真空気密を保ち得る構造となっている。つまり、この気密容器中において、上側が基板Ｗを受け取って反転するための受渡空間Ｓ1となっており、下側が基板Ｗの表面に成膜を行う処理空間Ｓ2となっている。
【００５０】
基板受渡室４０には、真空の受渡空間Ｓ1中に基板Ｗを収容したままでその反転を行うための基板取扱装置５１が設けられている。基板取扱装置５１は、端部で水平軸の回りに枢支されて片面に支持した基板Ｗとともに回転する支持部材５３を備える。この支持部材５３は、制御装置５６によって制御された駆動装置５４によって適当なタイミングで回転駆動され、図１の搬送用真空ロボット２６によって搬送されてきた基板Ｗを受渡空間Ｓ1側で受け取る受渡位置と、この基板Ｗを処理空間Ｓ2に対向させる処理位置との間で回動する。このように、支持部材５３が受渡位置から処理位置に移動すると、支持部材５３が裏返って受渡空間Ｓ1と処理空間Ｓ2とを連通している開口ＡＰが塞がれる。なお、支持部材５３は、成膜に際して処理空間Ｓ2に対向したときには、この下面に支持した基板Ｗの温度や表面の電位を調節できるようになっている。
【００５１】
成膜室４１の処理空間Ｓ2の下方には、蒸発物質を収容する凹部を有する蒸発物質源でありかつ陽極であるハース６１ａと、このハース６１ａを中心としてその周囲に環状に配置される環状補助陽極６１ｂとからなる陽極部材６１のほか、磁場制御部材として環状補助陽極６１ｂの直下に配置される環状磁石６２が配置されている。この環状磁石６２は、永久磁石と電磁石とからなり、ハース６１ａ上部や周辺の磁界を制御してハース６１ａに導かれるプラズマビームの均一性を保つ。なお、陽極部材６１や環状磁石６２の動作は、電源装置６７によって制御されている。
【００５２】
成膜室４１の下部側壁の一側面には、処理空間Ｓ2を臨むようにプラズマ源であるプラズマガン６３が設けられている。このプラズマガン６３は、特開平８−２３２０６０号公報等に開示されているＤＣアーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンであり、モリブデン製の外筒とＡｒ等のキャリアガスを導入するタンタル製の内パイプとからなる２重円筒の一端を円盤状の陰極で固定し他端にＬａＢ6製の円盤を配置することによって形成したガン本体６３ａと、ガン本体６３ａから出射するプラズマビームを引き出す電極としての役割とともにプラズマビームを収束させる役割を有する環状の電磁極部６３ｂと、電磁極部６３ｂを成膜室４１に連結する筒状部６３ｃとを備える。また、プラズマガン６３は、筒状部６３ｃの周囲にプラズマビームを成膜室４１内に導くための環状のステアリングコイル６３ｄを有している。なお、プラズマガン６３の動作は、ガン駆動装置６８によって制御されている。
【００５３】
プラズマガン６３の左側及び上方には、成膜室４１の処理空間Ｓ2、さらに基板受渡室４０の受渡空間Ｓ1を適当な真空度に維持する排気系６５が設けられている。この排気系６５は、成膜室４１との間にゲート弁（不図示）を有する排気室６５ａと、高真空排気用のクライオポンプ６５ｂ及びモレキュラターボポンプ６５ｃとを備える。
【００５４】
図４の装置によるＣｕシード成膜について具体的に説明すると、搬送用真空ロボット２６によって被処理面を上側にして搬送されてきた基板Ｗは、開口４０ａを介して基板受渡室４０中の受渡空間Ｓ1に搬入され、ここで基板取扱装置５１に設けた支持部材５３上に載置されて固定される。この支持部材５３は、基板Ｗを受け取る際には開口４０ａ側の受渡位置にあるが、その後駆動装置５４に駆動されて反転し、基板Ｗを膜形成面を下側にするとともにこの膜形成面を処理空間Ｓ2に対向させる処理位置に移動する。処理位置に移動した支持部材５３は、隣接する処理空間Ｓ2すなわち開口ＡＰを塞ぐ。成膜面を下向きとして配置された基板Ｗの上面（裏面）は、支持部材５３に一様に接しており、成膜中における基板Ｗの温度が適宜調節される。また、支持部材５３には電極が設けてあり、成膜中における基板Ｗの電位が適宜調節される。
【００５５】
イオンプレーティングによるＣｕシード膜の成膜は、このように成膜面を下向きとし所望の温度や電位に調節された状態の基板Ｗに対して行われる。具体的な成膜について説明すると、ハース６１ａの凹部には、蒸発物質であるＣｕが加熱され溶融状態で溜まっている。この状態で、プラズマガン６３からのプラズマビームＰＢを環状補助陽極６１ｂに入射させている待機状態からハース６１ａに入射させる成膜状態にスイッチする。これにより、基板Ｗの下面すなわち被処理面に金属被膜が形成され成長する。基板Ｗの被処理面に形成された膜が所定の膜厚になった段階で、プラズマビームを環状補助陽極６１ｂに入射さる待機状態にスイッチする。以上により、基板Ｗの被処理面への薄膜形成処理は終了する。なお、本実施形態のプラズマガン６３を用いることにより、強力なプラズマビームを連続的に安定して供給することができ、基板Ｗ上に高品質の膜が迅速に形成されることになる。また、環状磁石６２によってハース６１ａの上方にカスプ磁場を形成しハース６１ａに入射するプラズマビームを修正するので、基板Ｗ上により均一な厚さの膜が形成されることになる。この際、基板Ｗの表面の電位を調節するバイアス電圧の印加により、基板Ｗに形成された溝ＴＲ（図２（ｃ）参照）にボトムアップのサイドステップカバレージが良いＣｕシード膜を形成することができる。
【００５６】
なお、イオンプレーティングユニット１３を利用したイオンプレーティングには、Ｃｕシード膜の成膜の開始に際して下地のＴａＮバリア膜の表面に付着した汚染物質を除去するセルフバイアスによるサーフェスクリーニング効果がある。このサーフェスクリーニングは、プラズマガン６３からのプラズマビームＰＢが一部支持部材５３側に拡散することによって、電圧を積極的に印加していない基板Ｗであってもその表面近傍に１０Ｖ程度のセルフバイアス電圧が形成されることを利用したものである。このセルフバイアスにより、基板Ｗの表面が主にＡｒイオンで弱くスパッタクリーニングされる。この際、基板表面の汚れに応じて積極的にバイアス電圧を印加することもできる。このようなサーフェスクリーニング効果を利用すれば、下地のＴａＮバリア膜との付着性が良く、高い（１１１）配向性を有するＣｕシード膜を形成することができる。また、このイオンプレーティングユニット１３は、プラズマビームＰＢが主にハース６１ａに入射し基板Ｗが高密度のプラズマにさらされることがなく、しかもハース６１ａから出射してプラズマを通過してイオン化されたＣｕイオンやＡｒイオンは比較的低いエネルギーを有するので、基板Ｗ表面のＴａＮバリア膜にプラズマダメージ等の欠陥が形成されにくい。また、ＣＶＤ等とは異なり、比較的低圧かつ不純物の少ない環境でＣｕシード膜を形成できるので、Ｃｕシード膜に不純物が混入することを防止できる。
【００５７】
以上のようにして得たＣｕシード膜は、下地である絶縁膜パターンＩＰやＴａＮバリア膜の凹凸（溝ＴＲ等）の有無に拘わらず一様に（良好なサイドステップカバレージで）被覆し、しかも高い導電性や密着性を有し、不純物による汚染が少ない。つまり、このＣｕシード膜をその後の工程である電解メッキ法を利用したＣｕメッキ膜ＰＦの形成に際して低抵抗電極膜として活用すれば、極微細な溝ＴＲ等をボイドフリーで埋め込むことができ、さらに埋め込んだＣｕメッキ膜ＰＦの付着性を高めることができる。
【００５８】
次に、支持部材５３を反転させ、基板Ｗを処理空間Ｓ2から受渡空間Ｓ1に移動させる。そして、基板Ｗのロックを解除して支持部材５３から図１の搬送用真空ロボット２６に基板Ｗが渡される。
【００５９】
図５は、支持部材５３の構造を拡大して示した側面図である。この支持部材５３は、成膜時に基板Ｗを裏面から支持する円板状の支持板５３ａと、搬送装置１０から移送されてきた基板Ｗを支持板５３ａ上面よりも突出した動作位置にて一時的に支持する４本の支持ピン５３ｂと、これら支持ピン５３ｂの降下に伴って支持板５３ａに渡された基板Ｗの周囲を支持板５３ａ側に付勢して保持する環状の保持部材５３ｃとを有する。
【００６０】
支持板５３ａは、これを水平軸ＨＡの回り回転可能に支持するヒンジ部５３ｄに連結されている。この支持板５３ａには、ヒンジ部５３ｄに設けた不図示のパイプを通じて冷却水等が供給され、ヒータも内蔵されている。支持板５３ａは、支持ピン５３ｂから渡された基板Ｗの裏面に接して基板Ｗの温度を適宜調節する。
【００６１】
各支持ピン５３ｂは、支持板５３ａの上面よりも突出した図示の動作位置と、支持板５３ａの上面よりも後退した待避位置との間で適宜往復移動できるようになている。支持部材５３が実線のように受渡位置にあるとき、支持ピン５３ｂが動作位置に移動して搬送用真空ロボット２６によって搬送されてきた基板Ｗを一時的に支持する。搬送用真空ロボット２６のハンド２６ｂが後退すると、支持ピン５３ｂが降下して待避位置に移動し、支持された基板Ｗが支持板５３ａの支持面ＳＳ上に載置される。
【００６２】
保持部材５３ｃは、一対の支柱５３ｆや水平方向に延びる連結部材５３ｇを介して各支持ピン５３ｂと連結されている。つまり、保持部材５３ｃと支持ピン５３ｂとは連動しており、支持ピン５３ｂが突出して動作位置にあるとき保持部材５３ｃの待避位置となって、基板Ｗの支持板５３ａへの固定が解除される。一方、支持ピン５３ｂが後退して待避位置にあるとき保持部材５３ｃの動作位置となって、基板Ｗが支持板５３ａに固定される。なお、連結部材５３ｇと支持板５３ａとの間には、連結部材５３ｇを支持面ＳＳに垂直な方向に相対的に滑らかに移動させるスライドガイドを設けている。
【００６３】
支持板５３ａの裏面と、連結部材５３ｇに設けた支持体５３ｈとの間には、内部の気圧を調整可能なベローズ５３ｉが挟まれて両端を固定されている。この結果、ベローズ５３ｉに供給する気圧を調整すれば、支持ピン５３ｂを動作位置や待避位置に任意のタイミングで移動させることができる。例えば、ベローズ５３ｉ内部をある程度高圧にすると、ベローズ５３ｉが相対的に伸び、支持ピン５３ｂを待避位置に移動させことができるとともに保持部材５３ｃを付勢して動作位置に移動させることができる。一方、ベローズ５３ｉ内部をある程度低圧にすると、保持部材５３ｃによる支持板５３ａへの基板Ｗの固定を解除することがかできるとともに支持ピン５３ｂを動作位置に固定することができる。ただし、そのままでは、保持部材５３ｃ等の自重によって支持ピン５３ｂが動作位置まで上昇しない可能性もあるので、支持体５３ｈの下面を上昇させるシリンダ装置５５を設けて強制的に基板Ｗの固定を解除した保持部材５３ｃを上昇させることとしている。これにより、保持部材５３ｃと支持板５３ａとの間に一定の隙間を形成することができ、基板Ｗを保持部材５３ｃ下方に挿入して安全かつ確実に各支持ピン５３ｂ上に載置することができる。なお、シリンダ装置５５は、基板受渡室４０の外部に配置されており、シリンダ５５ｄから延びるロッド５５ａは、ベローズ５５ｂでシールされた状態で基板受渡室４０内部に進退可能となっている。必要なタイミングで適当量だけ上下に移動するロッド５５ａの先端は、支持体５３ｈの下面に当接してこれを適当な高さ位置に調整する。この際、支持板５３ａはロックされて回転しない。
【００６４】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置及び方法について説明する。なお、第２実施形態の基板処理装置は、第１実施形態の装置を変形したものであり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００６５】
図６は、第２実施形態の基板処理装置の全体構造を示す平面図である。この基板処理装置も、半導体ウェハ等の基板に一連の処理工程を一括して行うクラスタツールタイプの半導体処理装置であり、基板Ｗに所定の処理を施す複数の処理ユニットとして、搬送装置１０を中心に、基板Ｗにイオンプレーティングを利用してシード層の成膜を行うための第１及び第２成膜ユニットである一対のイオンプレーティングユニット１３、１１３と、２つの搬出入室１５、１６とを備える。つまり、第１実施形態の装置のスパッタ成膜ユニット１２に代えて別のイオンプレーティングユニット１１３を追加し、イオンプレーティングユニット１３、１１３の前処理として不要なクリーニングユニット１１を省略したものである。ここで、一対のイオンプレーティングユニット１３、１１３の構造は、図４に示すもので、両者は同一の構造を有する。ただし、イオンプレーティングユニット１１３のハース６１ａには、バリア層の材料となるＴａが収容されている。
【００６６】
図６に示す基板処理装置の動作について説明する。予め半導体ウェハＳ上にＳｉＯ2からなる所望の絶縁膜パターンＩＰを形成した複数の基板Ｗを準備し、これらの基板ＷをカートリッジＣＡに収納する。
【００６７】
このカートリッジＣＡは、一旦搬出入室１５、１６のいずれか一方に搬入され、別に用意した空のカートリッジＣＡも、搬出入室１５、１６の他方に搬入される。次いで、両搬出入室１５、１６内部を減圧する。
【００６８】
次に、いずれかの搬出入室１５、１６に収容されたカートリッジＣＡからイオンプレーティングユニット１１３に基板Ｗを移送し、窒素雰囲気下でプラズマビームを利用して膜材料Ｔａを蒸発させるとともにこのＴａ蒸気をイオン化させて基板Ｗ上にＴａＮのバリア膜ＢＦを薄く形成する（第１実施形態の図２（ｂ）参照）。
【００６９】
次に、イオンプレーティングユニット１３に基板Ｗを移送し、プラズマビームを利用して膜材料Ｃｕを蒸発させるとともにこのＣｕ蒸気をイオン化させて基板Ｗ上であってバリア膜ＢＦ上にＣｕのシード膜ＳＦを薄く形成する（第１実施形態の図２（ｃ）参照）。
【００７０】
両イオンプレーティングユニット１３、１１３での必要な処理が終了した基板Ｗは、搬送装置１０を経て一旦搬出入室１５、１６に搬入され、カートリッジＣＡに順次収納される。搬出入室１５、１６中の処理済みの基板Ｗを収容したカートリッジＣＡは、適当なタイミングで基板処理装置外に搬出される。
【００７１】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係る基板処理装置及び方法について説明する。なお、第３実施形態の基板処理装置は、第１実施形態の装置を変形したものであり、第１実施形態の装置のスパッタ成膜ユニット１２（図１参照）に代えてＣＶＤ法を用いてバリア層を形成するＣＶＤユニットを組み込んでいる。
【００７２】
図７は、この実施形態で用いられるバリア膜形成用のＣＶＤユニット２１２の構造を示す図である。このＣＶＤユニット２１２は、密閉構造の成膜室８１で構成される。この成膜室８１の上部には、バリア膜ＢＦの構成材料となる反応ガスを所望の温度にして成膜室８１内部に供給するためのシャワーヘッド８２が設けられている。このシャワーヘッド８２は、配管８３を介して、図示を省略する反応ガス源とこれからの反応ガスの供給量を調節する流量制御機構とに連結されている。配管８３のうち、シャワーヘッド８２との接続部分は、高周波印加用のコイル８４に包まれており、反応ガスをプラズマ化してシャワーヘッド８２に供給する。コイル８４への給電は、電源装置８６によって制御されている。
【００７３】
成膜室４１内部の下方には、シャワーヘッド８２に対向して基板Ｗを支持するためのホルダ８５が配置されている。このホルダ８５は、ヒータ８５ａを内蔵し、必要なタイミングで基板Ｗを加熱して所望の温度に設定することができる。また、このホルダ８５には、成膜室８１内外に基板Ｗを搬出入する際にホルダ８５上で基板Ｗを昇降させるためのピン等からなる昇降機構８５ｂも内蔵されている。なお、ヒータ８５ａや昇降機構８５ｂの動作は、駆動装置８７によって制御されている。
【００７４】
図７の装置によるバリア膜の成膜は、成膜面を上向きとした状態の基板Ｗに対して行われる。具体的な成膜について説明すると、まず成膜室８１に搬入口８１ｈを介して表面クリーニング後の基板Ｗを搬入し、ホルダ８５上に載置する。次に、配管８３からＴａ系の有機ガスと窒素ガスとを適量供給しつつ、コイル８４に適当な高周波電流を供給する。これにより、配管８３を通過するガスが分解されてプラズマ化する。プラズマ化したガスＰＧは、シャワーヘッド８２を経て下方に均一に供給される。ガスＰＧ中のイオンや活性原子は、ホルダ８５上の基板Ｗに入射し、基板Ｗ表面にＴａＮからなるバリア膜が堆積される。
【００７５】
なお、第３実施形態に係る基板処理装置を用いた全体的な処理は、図２に示すものと同様であるので説明を省略する。
【００７６】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、スパッタ成膜ユニット１２、イオンプレーティングユニット１１３等によりバリア膜としてＴａＮを形成する場合について説明したが、スパッタ成膜ユニット１２のターゲット電極３２の材料や成膜室３１に導入するガスを変更すること等により、他の材料例えばＴａ、ＴｉＮ等からなるバリア膜を形成することもできる。
【００７７】
また、以上の説明では、イオンプレーティングユニット１３によりシード膜としてＣｕを形成する場合について説明したが、イオンプレーティングユニット１３のハース６１ａに収容する蒸発金属を変更することにより、他の材料例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等からなるシード膜を形成することもできる。
【００７８】
また、スパッタ成膜ユニット１２やＣＶＤユニット２１２で採用される具体的な成膜方式は、上記実施形態に開示のものに限らず、各種の工夫や改良を組み込んだスパッタ成膜法やＣＶＤ法を実施する装置とすることができる。
【００７９】
以上の説明から明らかなように、本発明の基板処理方法を実施するための基板処理装置によれば、配線用のシード層を上記構成のイオンプレーティング型の第２成膜ユニットによって形成するので、加熱された材料蒸発源から出射する材料蒸気をプラズマビームでイオン化しつつ良好な電気的、機械的特性を有するシード層を形成することができる。
【００８０】
【発明の効果】
また、本発明の基板処理方法によれば、配線用のシード層をプラズマビームを利用したイオンプレーティング型の第２の成膜工程によって形成するので、加熱された材料蒸発源から出射する材料蒸気をプラズマビームで活性化しつつ良好な電気的、機械的特性を有するシード層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の基板処理装置の構造を示す平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、図１の装置を用いた配線の形成方法を説明する図である。
【図３】図１の装置を構成するスパッタ成膜ユニットの構造を説明する図である。
【図４】図１の装置を構成するイオンプレーティングユニットの構造を説明する図である。
【図５】図４のイオンプレーティングユニットに設けた反転機構の構造を説明する部分拡大図である。
【図６】第２実施形態の基板処理装置の構造を示す平面図である。
【図７】第３実施形態の基板処理装置に組み込まれるＣＶＤユニットの構造を説明する図である。
【符号の説明】
１０  搬送装置
１１  クリーニングユニット
１１〜１３  処理ユニット
１２  スパッタ成膜ユニット
１３,１１３  イオンプレーティングユニット
１５,１６  搬出入室
２６  搬送用真空ロボット
３１  成膜室
３２  ターゲット電極
３３  ホルダ
３４  コイル
４０  基板受渡室
４１  成膜室
４３  プラズマガン
５１  基板取扱装置
５３  支持部材
６１  陽極部材
６１ａ  ハース
６１ｂ  環状補助陽極
６２  環状磁石
６３  プラズマガン
８１  成膜室
８２  シャワーヘッド
８４  コイル
８５  ホルダ
２１２  ＣＶＤユニット
ＢＦ  バリア膜
ＣＡ  カートリッジ
ＩＰ  絶縁膜パターン
Ｐ  プラズマ
ＰＢ  プラズマビーム
ＰＦ  メッキ膜
ＳＦ  シード膜
ＴＲ  溝
Ｗ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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