(57)【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、
ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
原料ガスプラズマを発生させ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基板に成膜させる温度制御手段と、
原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項２】
請求項１において、
希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、
制御手段には、原料ガスの供給に応じて希ガスの量を調整する機能が備えられていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２において、
チャンバ内のプラズマ粒子を検出する検出手段を備え、
制御手段には、検出手段で検出されたプラズマ粒子の状況に基づいて原料ガスの供給状態を制御する機能が備えられている
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項４】
請求項１もしくは請求項２において、
制御手段には、予め設定された状態で原料ガスを間欠的に供給する状態に制御する機能が備えられていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項５】
請求項４において、
制御手段における予め設定された状態として、
原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない状態の時間ｔとの関係であるｔ／Ｔを、
０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０
に設定したことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
制御手段は、原料ガス供給手段からの原料ガスの供給を間欠的に制御する手段であることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
制御手段は、チャンバ内の排気状況を制御して原料ガスの供給を間欠的に供給した状態に制御する手段であることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項８において、
被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてＣｕｘＣｌｙを生成することを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１１】
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を含有する原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、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エッチング粒子の相対的な増加を抑制させながら前駆体の金属成分を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１２】
請求項１１において、
チャンバ内のプラズマ粒子を検出し、検出したプラズマ粒子の状況に基づいて原料ガスの供給状態を制御してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
成膜に寄与するプラズマ粒子が最大になった後に減少しはじめた時に原料ガスを非供給状態にすると共に、エッチング粒子が所定の減少状態になった時に原料ガスを供給状態にすることを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
予め設定された状態で原料ガスを間欠的に供給する状態に制御してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない状態の時間ｔとの関係であるｔ／Ｔを、
０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０
にしたことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてＣｕｘＣｌｙを生成することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１８】
請求項１１乃至請求項１６のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする金属膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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して基板に成膜を実施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００４】
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を密着性よく作製できる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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための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、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ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基板に成膜させる温度制御手段と、原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
そして、希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの供給に応じて希ガスの量を調整する機能が備えられていることを特徴とする。また、チャンバ内のプラズマ粒子を検出する検出手段を備え、制御手段には、検出手段で検出されたプラズマ粒子の状況に基づいて原料ガスの供給状態を制御する機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、予め設定された状態で原料ガスを間欠的に供給する状態に制御する機能が備えられていることを特徴とする。
【０００７】
また、制御手段における予め設定された状態として、
原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない状態の時間ｔとの関係であるｔ／Ｔを、
０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０
に設定したことを特徴とする。
【０００８】
また、制御手段は、原料ガス供給手段からの原料ガスの供給を間欠的に制御する手段であることを特徴とする。また、制御手段は、チャンバ内の排気状況を制御して原料ガスの供給を間欠的に供給した状態に制御する手段であることを特徴とする。また、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてＣｕｘＣｌｙを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする。
【０００９】
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を含有する原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、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エッチング粒子の相対的な増加を抑制させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１０】
そして、チャンバ内のプラズマ粒子を検出し、検出したプラズマ粒子の状況に基づいて原料ガスの供給状態を制御してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたことを特徴とする。また、成膜に寄与するプラズマ粒子が最大になった後に減少しはじめた時に原料ガスを非供給状態にすると共に、エッチング粒子が所定の減少状態になった時に原料ガスを供給状態にすることを特徴とする。また、予め設定された状態で原料ガスを間欠的に供給する状態に制御してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない状態の時間ｔとの関係であるｔ／Ｔを、
０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０
にしたことを特徴とする。
【００１２】
また、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてＣｕｘＣｌｙを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面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を説明する。本発明の実施形態例の金属膜作製装置及び金属膜作製方法は、基板と金属製（Ｃｕ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しての塩素を含有する原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅板部材をエッチングすることにより銅板部材に含まれるＣｕ成分と塩素ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を銅板部材側の温度よりも低くすることでエッチング粒子の増加を抑制して前駆体のＣｕ成分を基板に成膜させるようにしたものである。
【００１４】
尚、原料ガスを間欠的に供給した状態にする手段は、原料ガスの供給を制御することや排気側の状態を制御することが適用できる。また、原料ガスを間欠的に供給する場合、予め設定された状態でパルス状態もしくは正弦波状態で原料ガスを間欠的に供給したり、成膜に寄与するプラズマ粒子もしくは成膜を阻害するプラズマ粒子を検出して成膜に寄与するプラズマ粒子が減少したときもしくは成膜を阻害するプラズマ粒子が増加したときに原料ガスの供給を停止して原料ガスを間欠的に供給することが適用できる。
【００１５】
原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない時間ｔとの関係は、
０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０
に設定することが好ましい。
【００１６】
これにより、成膜に寄与するプラズマ粒子が十分に存在する状態で原料ガスを供給することができ、また、エッチング粒子により成膜されたＣｕ膜がエッチングされることがない状態で原料ガスを供給することができ、成膜時間に対してＣｕ膜を確実に増加させて成膜速度を速くすることができる。従って、Ｃｕ配線プロセスが安定したものになる。
【００１７】
原料ガスを間欠的に供給する場合、希ガス（例えば、Ｈｅガス）を原料ガスの供給に応じて量を調整してプラズマを発生させておけば、ガス量を保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを間欠的に供給することができる。尚、希ガスの供給は省略することも可能である。
【００１８】
希ガスを原料ガスの供給に応じて調整して供給する場合、原料ガスの希釈ガスを希ガスとして用い、一つのノズルに混合タンクを介して希ガスと原料ガスを同時に供給することができる。この場合、配管が少なくてよいので、コストを低減することが可能になる。また、原料ガスと希ガスの供給系統を独立させ、２系統のノズルから希ガスと原料ガスを個別に供給することができる。この場合、原料ガスと希ガスの供給量を容易に制御することが可能になる。
【００１９】
図１乃至図４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実施例を説明する。図１には本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図２にはＣｕＣｌ濃度の経時変化、図３には原料ガス供給の経時変化、図４には膜厚の経時変化を示してある。
【００２０】
図１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。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によりプラズマ発生手段が構成されている。
【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。
【００２３】
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。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。
【００２４】
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は基板３に当てられ、還元反応（Ｃｌラジカルによるエッチング作用）によりＣｕイオンのみとされて基板３の表面にＣｕ薄膜１６が生成される。
【００２５】
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から排気手段１８を介して排気される。
【００２６】
尚、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。従って、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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
本実施例の金属膜作製装置には、原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段２１が備えられている。即ち、流量制御器１３によるＣｌ２  ガスの流量が制御手段２１の指令により制御される。また、原料ガスの間欠的な供給に応じて所定の流量の希ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給しＨｅガスプラズマを発生させるための希ガスノズル２２が設けられ、希ガスノズル２２には流量制御器２３を介してＨｅガスが送られる（希ガス供給手段）。流量制御器２３には制御手段２１からの指令が入力され、流量制御器２３によるＨｅガスの流量が制御される。Ｈｅガスを供給することにより、ガス量を保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを間欠的に供給することができる。
【００２９】
また、本実施例の金属膜作製装置には、チャンバ１内の成膜に寄与するプラズマ粒子であるＣｕＣｌプラズマ（発光強度）を検出する検出手段としてのプラズマ分光器２４が設けられ、プラズマ分光器２４の検出情報が制御手段２１に入力される。制御手段２１では、ＣｕＣｌプラズマが減少した時に（詳細は後述する）Ｃｌ２  ガスの供給を停止させると共にＨｅガスをＣｌ２  ガスの供給停止に応じて供給するように流量制御器１３及び流量制御器２３に制御指令を出力する。これにより、Ｃｌ２  ガスが間欠的に供給された状態になる。
【００３０】
尚、Ｃｌ２  ガスを間欠的に供給された状態にする手段としては、ノズル１２からのＣｌ２  ガスの供給を一定とし、排気手段１８による排気状況を制御することでＣｌ２  ガスを間欠的に供給された状態にすることも可能である。この場合、ガス量は一定に保たれるため、Ｈｅガスを供給するための希ガスノズル２２及び流量盛漁期２３を省略することができる。
【００３１】
ところで、上述した各実施例の成膜の機構としては、Ｃｌ２  ガスをプラズマ化して銅をエッチングしている。前駆体１５のＣｕＣｌが多く存在している間は成膜に寄与するＣｕも安定して基板３上に体積するが、Ｃｌ２  ガスをプラズマ化した場合、チャンバ１内では塩素ラジカルＣｌ＊  がＣｌと反応してＣｌ２  が生成されたり、塩素ラジカルＣｌ＊  がＣｕＣｌと反応してＣｕＣｌ２  が生成される。また、塩素ラジカルＣｌ＊  同士も衝突して減少する。これらの二次反応により、成膜が進むとＣｕＣｌが減少して成膜が進行しなくなると共に、生成されたＣｌ２  やＣｕＣｌ２  により一度成膜されたＣｕ薄膜１６がエッチングされてしまう現象が考えられる。
【００３２】
このため、ＣｕＣｌの増加のピークでＣｌ２  ガスの供給を停止して一度チャンバ１内を排気して塩素ラジカルＣｌ＊  を排出し、改めてＣｌ２  ガスを供給してプラズマ化することで、即ち、Ｃｌ２  ガスを間欠的に供給することで、二次反応によるＣｕＣｌ量の減少やエッチング反応を抑えて成膜効率の低下を抑制することができる。これにより、トータルの成膜時間に対して成膜の厚さを増加させることができ、成膜速度を速くすることが可能になる。
【００３３】
即ち、図２に示すように、ＣｕＣｌは時間とともに増加していき、成膜に寄与するＣｕも安定して基板３上に堆積する。時間の経過とともに塩素ラジカルＣｌ＊  がＣｌと反応してＣｌ２  が生成されたり、塩素ラジカルＣｌ＊  がＣｕＣｌと反応してＣｕＣｌ２  が生成される結果、ＣｕＣｌが減少する。ＣｕＣｌの量は膜厚と比例関係にあるため、ＣｕＣｌが減少すると時間が経過しても膜厚は増加しない（減少する）。
【００３４】
このため、ＣｕＣｌプラズマをプラズマ分光器２４で検出し、ＣｕＣｌプラズマがピークとなって減少しはじめたときにＣｌ２  ガスの供給を停止する。Ｃｌ２  ガスの供給を停止する場合、予めＣｕＣｌ濃度のしきい値を設定しておき、上側からしきい値を下回ったことが検出された時（ｔ１）にＣｌ２  ガスの供給を停止する。Ｃｌ２  ガスの供給再開は、例えば、停止から所定時間経過した後に再開したり、ＣｕＣｌプラズマの検出状況によりＣｕＣｌプラズマが減少した後に再開するようにすればよい。また、Ｃｌ２  ガスの供給を停止した後にＣｌプラズマの発光強度を検出し、Ｃｌプラズマが排気されて所定の減少量となった時にＣｌ２  ガスの供給を再開することもできる。
【００３５】
尚、ＣｕＣｌが減少する原因となるＣｌプラズマの発光強度（図２中二点鎖線で示してある）を検出し、Ｃｌプラズマの状況によりＣｌ２  ガスの供給を停止することも可能である。この場合、ＣｕＣｌプラズマの増加状況に時間遅れが生じた状態になることが考えられるので、時間遅れを加味してＣｌ２  ガスの供給停止時期が設定されることになる。Ｃｌプラズマの状況によりＣｌ２  ガスの供給停止を設定することで、Ｃｌ２  ガスの供給再開を同じ検出状況に基づいて制御することができる。
【００３６】
このように、ＣｕＣｌプラズマがピークとなって減少しはじめたときにＣｌ２  ガスの供給を停止し、その後Ｃｌ２  ガスの供給を再開することで、図３に示すように、Ｃｌ２  ガスの供給が間欠的に行なわれる。そして、ＣｕＣｌプラズマがピークとなる時点を保持することで、図４に示すように、Ｃｌ２  ガスを供給している間は膜厚が常に増加することになり、図２に示したように、成膜に寄与するＣｕＣｌが減少して時間が経過しても膜厚は増加しない（減少する）状況になることがなくなる。このため、ＣｕＣｌプラズマの状況を把握してトータルのＣｌ２  ガスの供給時間に対して膜厚を効率よく増加させることができ、成膜速度を向上させることが可能になる。
【００３７】
従って、成膜に寄与するプラズマ粒子であるＣｕＣｌプラズマが十分に存在する状態でＣｌ２  ガスを供給することができ、また、エッチング粒子であるＣｌプラズマにより、成膜されたＣｕ薄膜１６（図１参照）がエッチングされることがない状態でＣｌ２  ガスを供給することができ、ＣｕＣｌプラズマの状況を正確に把握して成膜時間に対してＣｕ薄膜１６（図１参照）を確実に増加させて成膜速度を速くすることができる。
【００３８】
図５に基づいて本発明の第２実施例を説明する。図５には本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置に適用される制御手段のブロック構成を示してある。尚、本実施例は、図１に示した金属膜作製装置の制御手段２１に代えて図５に示した制御手段３７を設け、プラズマ分光器２４を省略した構成となっている。このため、制御手段２１の作用以外の金属膜作製装置の構成は同一であるので、図示及び説明は省略してある。
【００３９】
図５に示すように、本実施例の金属膜作製装置には、原料ガスをパルス状に供給することで原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段３７が備えられている。即ち、流量制御器１３によるＣｌ２  ガスの流量が制御手段３７の指令により制御される。また、原料ガスのパルス状の供給に応じて所定の流量の希ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給しＨｅガスプラズマを発生させるための希ガスノズル２２（図１参照）には流量制御器２３を介してＨｅガスが送られる（希ガス供給手段）。流量制御器２３には制御手段３７からの指令が入力され、流量制御器２３によるＨｅガスの流量が制御される。Ｈｅガスを供給することにより、ガス量を保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを間欠的に供給することができる。
【００４０】
制御手段３７にはパルス発生機能３８及びＣｌ２  ガスの供給時間と停止時間の割合を設定する設定機能３９とが備えられ、設定機能３９で設定された割合により流量制御器１３及び流量制御器２３を制御する。設定機能３９には予めＣｌ２  ガスを供給している時間（Ｔ：図３参照）とＣｌ２  ガスを供給していない時間（ｔ：図３参照）との割合であるｔ／Ｔが、
０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０
に設定されている。例えば、時間Ｔは３０秒から１８０秒の間に設定され、時間ｔは１秒から１０秒の間に設定されている。これにより、検出手段を用いることなく的確にＣｌ２  ガスの供給を間欠的に行なうことができる。
【００４１】
制御手段３７によりＣｌ２  ガスをパルス状に供給するように制御することで、
図３に示すように、Ｃｌ２  ガスの供給が間欠的に行なわれ、前述同様に、Ｃｌ２  ガスを供給している間は膜厚が常に増加することになり、成膜に寄与するＣｕＣｌが減少して時間が経過しても膜厚は増加しない（減少する）状況になることがなくなる。このため、簡単な制御でトータルのＣｌ２  ガスの供給時間に対して膜厚を効率よく増加させることができ、成膜速度を向上させることが可能になる。
【００４２】
従って、成膜に寄与するプラズマ粒子であるＣｕＣｌプラズマが十分に存在する状態でＣｌ２  ガスを供給することができ、また、エッチング粒子であるＣｌプラズマにより、成膜されたＣｕ薄膜１６（図１参照）がエッチングされることがない状態でＣｌ２  ガスを供給することができ、簡単な制御で成膜時間に対してＣｕ薄膜１６（図１参照）を確実に増加させて成膜速度を速くすることができる。
【００４３】
図６乃至図８に基づいて金属膜作製装置の第３実施例乃至第５実施例を説明する。以下に示した金属膜作製装置でも、制御手段２１（もしくは制御手段３７）により、基板と金属製（Ｃｕ製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ１内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスが間欠状態に供給される。これにより、トータルのＣｌ２  ガスの供給時間に対して膜厚を効率よく増加させることができ、成膜速度を向上させることが可能になる。
【００４４】
図６乃至図８には本発明の第３実施例乃至第５実施例に係る金属膜作製装置の概略構成を示してある。尚、図１に示した金属膜作製装置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。
【００４５】
図６に示した第３実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の円盤状の天井板２５によって塞がれている。チャンバ１の上面の開口部と天井板２５との間には金属製（Ｃｕ製）の被エッチング部材２６が挟持されている。天井板２５の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ２７が設けられ、プラズマアンテナ２７は天井板２５の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ２７には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。被エッチング部材２６は、リング部の内周側に突起部が円周方向に複数設けられ、突起部の間で形成される切欠部（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ２７の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井板２５との間に配置された状態になっている。
【００４６】
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２７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。プラズマアンテナ２７の下部には導電体である被エッチング部材２６が存在しているが、被エッチング部材２６はプラズマアンテナ２７の電気の流れ方向に対して不連続な状態で配置されているので、被エッチング部材２６と基板３との間、即ち、被エッチング部材２６の下側にＣｌ２  ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。そして、プラズマ分光器２４によりチャンバ１内のプラズマ粒子の状況が検出され、制御手段２１によってＣｌ２  ガスが間欠状態で供給される。
【００４７】
図６に示した金属膜作製装置では、導電体である被エッチング部材２６がプラズマアンテナ２７の下に存在していても、プラズマアンテナ２７から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材２６の下側にＣｌ２  ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４８】
図７に示した第４実施例の金属膜作製装置は、図１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に給電が行われる。
【００４９】
チャンバ１の内部にノズル１２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の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。そして、プラズマ分光器２４によりチャンバ１内のプラズマ粒子の状況が検出され、制御手段２１によってＣｌ２  ガスが間欠状態で供給される。
【００５０】
図７に示した金属膜作製装置では、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９が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００５１】
図８に示した第５実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１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２９によって塞がれている。天井板２９の下面には金属製（銅製：Ｃｕ製）の被エッチング部材３０が設けられ、被エッチング部材３０は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲には、スリット状の開口部３１が形成され、開口部３１には筒状の通路３２の一端がそれぞれ固定されている。
【００５２】
通路３２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３が設けられ、励起室３３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は整合器１０及び電源１１に接続されて給電が行われる。通路３２の他端側には流量制御器１３が接続され、流量制御器１３を介して通路３２内に原料ガスが供給される。
【００５３】
プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３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）３５が発生する。つまり、原料ガスをチャンバ１と隔絶した励起室３３で励起するようになっている。Ｃｌ２  ガスプラズマ３５の発生により励起塩素が開口部３１からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材３０が励起塩素によりエッチングされる。そして、プラズマ分光器２４により励起室３３内のプラズマ粒子の状況が検出され、制御手段２１によってＣｌ２  ガスが間欠状態で供給される。
【００５４】
流量制御器１３を介して通路３２内に原料ガスを供給して励起室３３に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３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）３５が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と励起室３３の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室３３のＣｌ２  ガスプラズマ３５の励起塩素が開口部３１からチャンバ１内の被エッチング部材３０に送られる。励起塩素により被エッチング部材３０にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で前駆体（ＣｕｘＣｌｙ）１５が生成される。
【００５５】
図８に示した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室３３でＣｌ２  ガスプラズマ３５を発生させるようにしているので、基板３がプラズマに晒されることがなくなり、基板３にプラズマによる損傷が生じることがない。例えば、前工程で別材料の膜が成膜された基板３では、前工程で成膜された材料の膜に損傷が生じることがなくなる。尚、励起室３３でＣｌ２  ガスプラズマ３５を発生させる手段（励起手段）としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。また、図８に示した金属膜作製装置は、チャンバ１内でのプラズマの発生がないため、チャンバ１内のプラズマを安定させるために希ガスを供給する必要がない。
【００５６】
上述した図６乃至図８に示した金属膜作製装置でも、チャンバ１内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスが間欠状態に供給される。これにより、トータルのＣｌ２  ガスの供給時間に対して膜厚を効率よく増加させることができ、成膜速度を向上させることが可能になる。
【００５７】
尚、Ｃｌ２  ガスを間欠的に供給する場合、図９に示したように、成膜開始時にＣｌ２  ガスを漸増させると共に、Ｃｌ２  ガスを２段階に増加させるようにすることも可能である。成膜開始時にＣｌ２  ガスを漸増させることで、成膜開始時におけるＣｕ粒子を小さくしてその後所定の大きさにすることができ、密着性を向上させることができる。Ｃｌ２  ガスを２段階に増加させることで、基板３に配線形成用の溝が設けられていた場合に、溝内にＣｕ粒子を確実に積層させることができ、埋め込み姓を向上させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
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、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ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基板に成膜させる温度制御手段と、原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたので、成膜に寄与するプラズマ粒子が十分に存在する状態で原料ガスを供給することができ、また、エッチング粒子により成膜された金属膜がエッチングされることがない状態で原料ガスを供給することができる。この結果、成膜時間に対して金属膜を確実に増加させて成膜速度を速くすることができ、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密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００５９】
そして、希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの供給に応じて希ガスの量を調整する機能が備えられているので、ガス量を保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを間欠的に供給した状態にすることが可能になる。
【００６０】
また、チャンバ内のプラズマ粒子を検出する検出手段を備え、制御手段には、検出手段で検出されたプラズマ粒子の状況に基づいて原料ガスの供給状態を制御する機能が備えられているので、成膜に寄与するプラズマ粒子の状況を正確に把握して成膜速度を速くすることが可能になる。
【００６１】
また、制御手段には、予め設定された状態で原料ガスを間欠的に供給する状態に制御する機能が備えられているので、簡単な構成で成膜速度を速くすることが可能になる。
【００６２】
また、制御手段における予め設定された状態として、原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない状態の時間ｔとの関係であるｔ／Ｔを、０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０に設定したので、的確に原料ガスを間欠的に供給する状態に制御することが可能になる。
【００６３】
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を含有する原料ガスを間欠的に供給した状態にしてエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、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エッチング粒子の相対的な増加を抑制させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、成膜に寄与するプラズマ粒子が十分に存在する状態で原料ガスを供給することができ、また、エッチング粒子により成膜された金属膜がエッチングされることがない状態で原料ガスを供給することができる。この結果、成膜時間に対して金属膜を確実に増加させて成膜速度を速くすることができ、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密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００６４】
そして、チャンバ内のプラズマ粒子を検出し、検出したプラズマ粒子の状況に基づいて原料ガスの供給状態を制御してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたので、成膜に寄与するプラズマ粒子の状況を正確に把握して成膜速度を速くすることが可能になる。
【００６５】
また、成膜に寄与するプラズマ粒子が最大になった後に減少しはじめた時に原料ガスを非供給状態にすると共に、エッチング粒子が所定の減少状態になった時に原料ガスを供給状態にするようにしたので、成膜に寄与するプラズマ粒子の状況を正確に把握して成膜速度を速くすることが可能になる。
【００６６】
また、予め設定された状態で原料ガスを間欠的に供給する状態に制御してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたので、簡単な制御で成膜速度を速くすることが可能になる。
【００６７】
また、原料ガスを供給している状態の時間Ｔと原料ガスを供給していない状態の時間ｔとの関係であるｔ／Ｔを、０．０３≦ｔ／Ｔ≦０．１０にしたので、的確に原料ガスを間欠的に供給する状態に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】ＣｕＣｌ濃度の経時変化を表すグラフ。
【図３】原料ガス供給の経時変化を表すグラフ。
【図４】膜厚の経時変化をを表すグラフ。
【図５】本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置に適用される制御手段のブロック構成図。
【図６】本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図７】本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図８】本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図９】原料ガス供給の経時変化の他の例を表すグラフ。
【符号の説明】
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
９，３４  プラズマアンテナ
１０  整合器
１１  電源
１２  ノズル
１３，２３  流量制御器
１４，３５  Ｃｌ２  ガスプラズマ
１５  前駆体
１６  Ｃｕ薄膜
１７  排気口
１８  排気手段
２１，３７  制御手段
２２  希ガスノズル
２４  プラズマ分光器
２５，２９  天井板
２６，３０  被エッチング部材
３１  開口部
３２  通路
３３  励起室
３８  パルス発生機能
３９  設定機能
【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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【図８】
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【図９】
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