(57)【要約】【課題】酸化を防止して膜特性の劣化を防止することができる多層膜作製装置とする。【解決手段】表面にバリアメタルが施された基板１２を真空状態の搬送チャンバ装置４で酸化を防止した状態で金属膜作製装置３に搬送し、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チャンバ１１内に生成し、基板１２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。【選択図】        図１
2004197196.tif 000002
【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、チャンバ内に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、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少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とからなる金属膜作製装置を備え、
更に、自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバ系と、
基板の表面に処理を施す基板処理装置とを備え、
基板処理装置で処理された基板が搬送チャンバ系から金属膜作製装置に送られることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ系内を真空状態にする真空装置であることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内に希ガスを導入する希ガス導入手段で構成されることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内にハロゲンを含有するガスを導入する希ガス導入手段で構成されることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内に希ガスを導入する希ガス導入手段と、ハロゲンを含有するガスを導入する希ガス導入手段とで構成されることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、
金属膜作製装置のチャンバ内のハロゲンガスの搬送チャンバ内への逆流を阻止する逆流阻止手段を備えたことを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の多層膜処理装において、
逆流阻止手段は、金属膜作製装置のチャンバ内の残留ハロゲンガスの濃度を低減させる濃度低減手段であることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、
金属膜作製装置のチャンバ内の圧力よりも搬送チャンバ内の圧力を高く維持してチャンバ内のガスの搬送チャンバ内への流入を阻止する圧力調整手段を備えたことを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、
基板処理装置は、基板の表面にバリアメタル膜を作製するバリア層作製装置であることを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系には基板の収容チャンバ系が備えられると共に、金属膜作製装置が２設備備えられ、収容チャンバ系とバリア層作製装置との間及びバリア層作製装置と２設備の金属膜作製装置の間で基板を搬送する搬送装置を備えたことを特徴とする多層膜処理装置。
【請求項１１】
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、チャンバ内に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、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、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とから構成され、
チャンバ内には自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバ系から基板が搬送されることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１２】
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、チャンバ内に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、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、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とから構成される金属膜作製装置に基板を搬送する搬送チャンバであって、
自然酸化抑制手段を備えたことを特徴とする搬送チャンバ。
【請求項１３】
基板の表面に処理を施す基板処理装置からの基板を搬送する搬送チャンバであって、
自然酸化抑制手段を備えたことを特徴とする搬送チャンバ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の搬送チャンバにおいて、
基板の表面に処理を施す基板処理装置からの基板を金属膜作製装置に搬送することを特徴とする搬送チャンバ。
【請求項１５】
基板の表面に処理を施す基板処理装置であって、自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバで、表面処理を施した基板を搬送することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１６】
表面に処理が施された基板を自然酸化が抑制された状態の搬送チャンバで金属膜作製装置のチャンバ内に搬送する一方、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チャンバ内に生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして少なくとも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多層膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に多層の金属膜、金属酸化膜、金属窒化膜（以下金属膜と総称する）を作製する多層膜作製装置及び多層膜作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な配線が施されている半導体では、スイッチングの速度や伝送損失の低減、高密度化等により、配線の材料として銅が用いられるようになってきている。銅の配線を施す場合、配線用の凹部を表面に有する基板に対して、気相成長法等により凹部を含む表面に銅の薄膜が作製されている。
【０００３】
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。
【０００４】
基板の表面に銅の薄膜を作製する際には、基板に対する銅の拡散をなくして銅の密度を保持するために、基板の表面には予めバリアメタル膜（例えば、タンタル、チタン、シリコン等の窒化物）が作製されている。
【０００５】
【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。
【０００６】
バリアメタル膜と銅の薄膜とは異なった装置で作製されているため、バリアメタル膜を作製した基板を銅の薄膜を作製する装置に搬送する必要があり、搬送中に大気に晒されて酸化する虞があった。このため、大気から遮断してバリアメタル膜を作製した基板を銅の薄膜を作製する装置として、従来から種々提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０６４２６８号公報
【０００８】
しかし、搬送中や成膜中における酸化をなくすことはできず、酸化の抑制を図り膜質の向上を図ることが望まれていた。
【０００９】
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、酸化を抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる多層膜処理装置及び多層膜処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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多層膜処理装置は、
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、チャンバ内に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、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少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とからなる金属膜作製装置を備え、
更に、自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバ系と、
基板の表面に処理を施す基板処理装置とを備え、
基板処理装置で処理された基板が搬送チャンバ系から金属膜作製装置に送られることを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ系内を真空状態にする真空装置であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内に希ガスを導入する希ガス導入手段で構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内にハロゲンを含有するガスを導入する希ガス導入手段で構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内に希ガスを導入する希ガス導入手段と、ハロゲンを含有するガスを導入する希ガス導入手段とで構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、
金属膜作製装置のチャンバ内のハロゲンガスの搬送チャンバ内への逆流を阻止する逆流阻止手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の多層膜処理装において、
逆流阻止手段は、金属膜作製装置のチャンバ内の残留ハロゲンガスの濃度を低減させる濃度低減手段であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、
金属膜作製装置のチャンバ内の圧力よりも搬送チャンバ内の圧力を高く維持してチャンバ内のガスの搬送チャンバ内への流入を阻止する圧力調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、
基板処理装置は、基板の表面にバリアメタル膜を作製するバリア層作製装置であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に記載の多層膜処理装置において、
搬送チャンバ系には基板の収容チャンバ系が備えられると共に、金属膜作製装置が２設備備えられ、収容チャンバ系とバリア層作製装置との間及びバリア層作製装置と２設備の金属膜作製装置の間で基板を搬送する搬送装置を備えたことを特徴とする。
【００２０】
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、チャンバ内に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、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、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とから構成され、チャンバ内には自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバ系から基板が搬送されることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明の搬送チャンバは、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、チャンバ内に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、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、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とから構成される金属膜作製装置に基板を搬送する搬送チャンバであって、自然酸化抑制手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するための本発明の搬送チャンバは、基板の表面に処理を施す基板処理装置からの基板を搬送する搬送チャンバであって、自然酸化抑制手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
そして、請求項１３に記載の搬送チャンバにおいて、
基板の表面に処理を施す基板処理装置からの基板を金属膜作製装置に搬送することを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明の基板処理装置は、基板の表面に処理を施す基板処理装置であって、自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバで、表面処理を施した基板を搬送することを特徴とする。
【００２５】
上記目的を達成するための本発明の多層膜作製方法は、表面に処理が施された基板を自然酸化が抑制された状態の搬送チャンバで金属膜作製装置のチャンバ内に搬送する一方、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チャンバ内に生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして少なくとも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。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明は、表面に処理（例えば、バリアメタル膜作製）が施された基板を自然酸化が抑制された状態（例えば、真空状態や希ガス等が充填された状態）の搬送チャンバで金属膜（例えば、銅膜、合金膜、金属酸化膜、金属窒化膜等：以下単に金属膜と記載する）を作製するチャンバ内に搬送する一方、原料ガスプラズマ（例えば、ハロゲンを含有するガス）で被エッチング部材（例えば、銅部材、ハロゲン化銅部材、合金部材等）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チャンバ内に生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたものである。
【００２７】
これにより、表面に処理が施された基板の自然酸化が抑制されると共に、成膜速度が速く安価な材料を用いて酸化等膜中に不純物が残留しない金属膜を作製するとが可能になる。例えば、半導体の配線部材として銅を作製した場合、バリアメタル膜を作製した後の酸化が防止されると共に、銅膜を作製する際にも酸素を含有する有機金属を用いることがなく酸化物の残留がなくなり、電気抵抗が高くなる等の膜特性の劣化を防止することができ、多層膜の膜性能が飛躍的に向上する。
【００２８】
図１、図２に基づいて本発明の実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る多層膜作製装置の概略構成、図２には本発明の第２実施形態例に係る多層膜作製装置の概略構成を示してある。
【００２９】
＜第１実施形態例＞
図１に示すように、多層膜処理装置は、基板が多数保持される基板カセット１と、基板の表面に処理（例えば、バリアメタル膜作製）を施す基板処理装置としてのバリア層作製装置２と、バリアメタル膜が作製された基板の表面に金属膜（例えば、銅膜）を作製する金属膜作製装置３と、基板カセット１からバリア層作製装置２の間及びバリア層作製装置２から金属膜作製装置３の間で基板を搬送する搬送チャンバ系としての搬送チャンバ装置４とにより構成されている。
【００３０】
基板カセット１には基板１２が多数保持されている。バリア層作製装置２は、基板が収容されるチャンバ６を備え、チャンバ６には基板１２が収容され、例えば、処理ガスノズル７からの処理ガスの導入と温度制御により基板１２の表面に処理ガスの成分のバリア層が作製される。
【００３１】
金属膜作製装置３は、基板が収容されるチャンバ１１を備え、チャンバ１１には基板１２に対向する位置に金属製（例えば、銅製）の被エッチング部材１３が設けられている。基板１２の上方におけるチャンバ１１内にはにハロゲンを含有する原料ガス（塩素含有ガス）を供給する原料ガス供給手段としての原料ガスノズル１４が設けられている。
【００３２】
チャンバ１１の天井部には平面リング状のプラズマ発生手段としてのプラズマアンテナ１３が設けられ、プラズマアンテナ１３によりチャンバ１１の内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる。
【００３３】
金属膜作製装置３では、原料ガスプラズマで被エッチング部材１３をエッチングすることにより被エッチング部材１３に含まれる金属成分（銅成分）と原料ガスとの前駆体が生成され、前駆体の金属成分が基板１２に成膜される。
【００３４】
尚、被エッチング部材１３の材質は任意に設定することができ（例えば、合金製、ハロゲン化金属製等）、合金製の被エッチング部材１３を用いた場合には合金の膜を作製することが可能である。また、原料ガスの種類を適宜設定することが可能であり、酸化金属や窒化金属等の膜を作製することが可能である。
【００３５】
搬送チャンバ装置４は搬送手段等を有する搬送チャンバ１５が備えられ、搬送チャンバ１５の内部は自然酸化抑制手段としての真空装置１６により真空状態にされる。
【００３６】
また、金属膜作製装置３のチャンバ１１内の圧力が圧力検出手段１７で検出され、搬送チャンバ１５内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも高くなるように真空装置１６が制御される（逆流防止手段）。
【００３７】
これにより、搬送チャンバ１５の内部が真空状態にされると共に、金属膜作製装置３のチャンバ１１の内部に残留する原料ガス（塩素含有ガス）が搬送チャンバ１５内に流入することがなくなり、塩素含有ガスにより搬送チャンバ１５及び膜が作製された基板１２にダメージを与えることがなくなる。
【００３８】
尚、圧力検出手段１７を設けて圧力差を生じさせることに代えて、金属膜作製装置３のチャンバ１１の内部に残留する原料ガスを積極的に排出する手段を設け、チャンバ１１内の残留原料ガスを積極的に排出することで原料ガスの搬送チャンバ１５内への流入を阻止するようにすることも可能である。
【００３９】
上述した実施形態例の多層膜処理装置では、バリア層作製装置２で基板１２の表面にバリア層が作製され、バリア層が作製された基板１２が搬送チャンバ装置４から金属膜作製装置３に搬送され、バリア層が作製された基板１２の表面に銅等の金属膜が作製されて多層膜が作製される。
【００４０】
搬送チャンバ装置４の搬送チャンバ１５の内部は真空装置１６により真空状態にされているので、バリア層が作製された基板１２に自然酸化が生じることがなく表面の酸化が確実に抑制される。このため、金属膜を作製した際に界面に酸化の影響が及ばない。
【００４１】
また、搬送チャンバ１５内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも高く制御されているため、金属膜作製装置３の原料ガス（塩素含有ガス）が搬送チャンバ装置４の搬送チャンバ１５内に流入することがなくなり、塩素含有ガスにより搬送チャンバ１５及び膜が作製された基板１２にダメージを与えることがなくなる。
【００４２】
従って、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、酸化を確実に抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる多層膜処理装置とすることが可能になる。
【００４３】
＜第２実施形態例＞
図２に示すように、多層膜処理装置は、基板が多数保持される基板カセット１と、基板の表面に処理（例えば、バリアメタル膜作製）を施す基板処理装置としてのバリア層作製装置２と、バリアメタル膜が作製された基板の表面に金属膜（例えば、銅膜）を作製する金属膜作製装置３と、基板カセット１からバリア層作製装置２の間及びバリア層作製装置２から金属膜作製装置３の間で基板を搬送する搬送チャンバ系としての搬送チャンバ装置４とにより構成されている。
【００４４】
第２実施形態例では、搬送チャンバ装置４に備えられた自然酸化抑制手段が第１実施形態例と異なる。このため、第１実施形態例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】
搬送チャンバ装置４は搬送手段等を有する搬送チャンバ１５が備えられ、搬送チャンバ１５の内部は自然酸化抑制手段としての希ガス導入手段１９が備えられ、希ガス導入手段１９から搬送チャンバ１５の内部にアルゴン、ヘリウム等の希ガスが導入される。
【００４６】
また、金属膜作製装置３のチャンバ１１内の圧力が圧力検出手段２０で検出され、搬送チャンバ１５内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも高くなるように希ガス導入手段１９が制御される（逆流防止手段）。
【００４７】
これにより、搬送チャンバ１５の内部に希ガスが充填されると共に、金属膜作製装置３のチャンバ１１の内部に残留する原料ガス（塩素含有ガス）が搬送チャンバ１５内に流入することがなくなり、塩素含有ガスにより搬送チャンバ１５及び膜が作製された基板１２にダメージを与えることがなくなる。
【００４８】
尚、圧力検出手段２０を設けて圧力差を生じさせることに代えて、金属膜作製装置３のチャンバ１１の内部に残留する原料ガスを積極的に排出する手段を設け、チャンバ１１内の残留原料ガスを積極的に排出することで原料ガスの搬送チャンバ１５内への流入を阻止するようにすることも可能である。
【００４９】
上述した実施形態例の多層膜処理装置では、第１実施形態例と同様に、バリア層作製装置２で基板１２の表面にバリア層が作製され、バリア層が作製された基板１２が搬送チャンバ装置４から金属膜作製装置３に搬送され、バリア層が作製された基板１２の表面に銅等の金属膜が作製されて多層膜が作製される。
【００５０】
搬送チャンバ装置４の搬送チャンバ１５の内部には希ガス導入手段１９からの希ガスが充填されているので、バリア層が作製された基板１２は大気にさらされることがなくなり自然酸化が生じることがなく表面の酸化が抑制される。このため、金属膜を作製した際に界面に酸化の影響が及ばない。希ガスを充填して大気から基板１２を遮断したことにより、高価な装置を設けることなく自然酸化の防止を図ることができる。
【００５１】
また、搬送チャンバ１５内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも高く制御されているため、金属膜作製装置３の原料ガス（塩素含有ガス）が搬送チャンバ装置４の搬送チャンバ１５内に流入することがなくなり、塩素含有ガスにより搬送チャンバ１５及び膜が作製された基板１２にダメージを与えることがなくなる。
【００５２】
従って、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、高価な設備を付設することなく酸化を抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる多層膜処理装置とすることが可能になる。
【００５３】
第１実施形態例及び第２実施形態例では、基板カセット１と、バリア層作製装置２と、金属膜作製装置３とを１設備づつ備えた例を挙げて説明したが、少なくとも金属膜作製装置３を１設備備えたものであれば、表面に処理を施す基板処理装置としては、金属膜作製装置３や他のエッチング装置等多層膜を作製する設備となる構成であれば実施形態例に限定されることはない。また、各設備を複数設備づつ備えることも可能である。例えば、金属膜作製装置３を複数設備備え、アモルファス層と結晶金属層の膜を積層した多層膜を作製することも可能である。
【００５４】
例えば、バリア層作製装置２によるバリア層の作製は、膜厚が薄いために短時間の処理となり、金属膜作製装置３での金属膜の作製は所定の膜厚を作製する必要があるためバリア層の作製よりも長時間の処理となる。このため、バリア層作製装置２を１設備備えると共に金属膜作製装置３を２設備備えることで、一方の金属膜作製装置３で金属膜を作製している間に他方の金属膜作製装置３に搬送する基板１２にバリア層作製装置２でバリア層の作製を行なうことができ、生産性の高い多層膜作製装置とすることができる。
【００５５】
以下、図面に基づいて多層膜作製装置及び多層膜作製装置の構成設備であるバリア層作製装置２及び金属膜作製装置３の具体的な実施例を説明する。図３には本発明の一実施例に係る多層膜作製装置の概略平面、図４には本発明の一実施例に係るバリア層作製装置の概略断面、図５には本発明の一実施例に係る金属膜作製装置の概略断面を示してある。尚、図３乃至図５に示した構成は、図１に示した第１実施形態例の具体的な例となっている。
【００５６】
＜多層膜作製装置の実施例＞
図３に示すように、搬送チャンバ装置４の搬送チャンバ１５は六角柱状態に構成され、搬送チャンバ１５の周囲には、基板カセット１及びバリア層作製装置２がそれぞれ１設備備えられている。また、搬送チャンバ１５の周囲には、金属膜作製装置３が２設備備えられている。そして、搬送チャンバ１５の内部は真空装置１６により真空状態にされ、圧力検出手段１７により真空装置１６が制御されて搬送チャンバ１５内の圧力が金属膜作製装置３のチャンバ１１内の圧力よりも高くされている。
【００５７】
＜バリア層作製装置の実施例＞
図４に基づいてバリア層作製装置の一例を説明する。以下に示した装置は一例であり、バリア層の作製は以下に示した装置以外の装置についても適用可能である。
【００５８】
図４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６（絶縁材料製）の底部近傍には支持台２１が設けられ、支持台２１には基板１２が載置される。支持台２１にはヒータ２２及び冷媒流通手段２３を備えた温度制御手段２４が設けられ、支持台２１は温度制御手段２４により所定温度（例えば、基板１２が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御される。
【００５９】
チャンバ６の上面は開口部とされ、開口部は金属部材２５（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）によって塞がれている。金属部材２５によって塞がれたチャンバ６の内部は真空装置２６により所定の圧力に維持される。チャンバ６の筒部の周囲にはプラズマアンテナ２７が設けられ、プラズマアンテナ２７には整合器２８及び電源２９が接続されて給電が行われる。
【００６０】
金属部材２５の下方におけるチャンバ６の筒部には、チャンバ６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３０が接続されている。ノズル３０には流量制御器３１を介して原料ガスが送られる。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。
【００６１】
一方、チャンバ６の筒部の下方の周囲の複数箇所（例えば、４箇所）には、スリット状の開口部３２が形成され、開口部３２には筒状の通路３３の一端がそれぞれ固定されている。通路３３の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３４が設けられ、励起室３４の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３５が設けられ、プラズマアンテナ３５は整合器３６及び電源３７に接続されて給電が行われる。通路３３の他端側には流量制御器３８が接続され、流量制御器３８を介して通路３３内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス（NH3 ガス）が供給される。
【００６２】
上述したバリア層作製装置２では、チャンバ６の内部にノズル３０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６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）３９が発生する。Cl2 ガスプラズマ３９により、金属部材２５にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）４０が生成される。
【００６３】
また、流量制御器３１を介して通路３３内にNH3 ガスを供給して励起室３４にNH3 ガスを送り込む。プラズマアンテナ３５から電磁波を励起室３４の内部に入射することで、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ４１が発生する。真空装置２６によりチャンバ６内の圧力と励起室３４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室３４のNH3 ガスプラズマ４１の励起アンモニアが開口部３２からチャンバ６内の前駆体（MxCly ）４０に送られる。
【００６４】
これにより、前駆体（MxCly ）４０の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される。このとき、金属部材２５及び励起室３４はプラズマにより基板１２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。
【００６５】
チャンバ６の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板１２に運ばれて、基板１２の表面にMN薄膜４２が生成される。MN薄膜４２が生成された後、NH3 ガス及び電源３７への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）４０が金属部材２５よりも低い温度に制御された基板１２に運ばれる。基板１２に運ばれる前駆体（MxCly ）４０は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板１２に当てられ、基板１２のMN薄膜４２の上にＭ薄膜４３が生成される。MN薄膜４２及びＭ薄膜４３によりバリアメタル膜４４（バリア層）が形成される。
【００６６】
MN薄膜４２が生成されるときの反応は、次式で表すことができる。
２ＭＣｌ＋２ＮＨ3 →２ＭＮ↓＋ＨＣｌ↑＋２Ｈ2 ↑
また、Ｍ薄膜４３が生成されるときの反応は次式で表すことができる。
２ＭＣｌ→２Ｍ↓＋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４５から排気される。
【００６７】
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。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、金属部材７の材質は、Ag,Au,Pt,Si 等産業上適用可能な金属を用いることが可能である。
【００６８】
バリアメタル膜４４が形成された基板１２は、成膜装置でバリアメタル膜４４の上に銅（Cu）薄膜等（他の金属薄膜、合金薄膜、酸化金属薄膜、窒化金属薄膜等）が成膜される。バリアメタル膜４４が存在することにより、例えば、MN薄膜４２によりCuの基板１２への拡散がなくなり、Ｍ薄膜４３によりCuの密着性が確保される。
【００６９】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜４４としてＭ薄膜４３を省略することも可能である。また、温度差によって還元反応を生じさせるようにしているが、別途還元ガスプラズマを発生させて還元反応を生じさせるようにすることも可能である。
【００７０】
上記構成のバリア層作製装置２では、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜４４を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜４４を成膜することが可能になる。このため、基板１２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バリアメタル膜４４を成膜することが可能になる。
【００７１】
バリア層作製装置２の構成は一例であり、例えば、天井部を絶縁体で構成すると共にチャンバ６内に金属部材２５を配置し、天井部の上に平面コイル状のプラズマアンテナを設ける構成とすることも可能である。また、天井部を構成する金属部材２５に直接給電を行なってプラズマアンテナを兼ねる容量結合型の構成とすることも可能であり、更に、Cl2 ガスプラズマ３９をNH3 ガスプラズマ４１と同様に別途励起室で形成することも可能である。
【００７２】
＜金属膜作製装置の実施例＞
図５に基づいて金属膜作製装置の一例を説明する。以下に示した装置は一例であり、金属膜の作製は以下に示した装置以外の装置についても適用可能である。
【００７３】
図５に示すように、筒形状に形成された、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）のチャンバ１１の底部近傍には支持台５１が設けられ、支持台５１にはバリアメタル膜４４が成膜された基板１２が載置される。支持台５１にはヒータ５２及び冷媒流通手段５３を備えた温度制御手段５４が設けられ、支持台５１は温度制御手段５４により所定温度（例えば、基板１２が１００℃〜２００℃に維持される温度）に制御される。
【００７４】
チャンバ１１の上面は開口部とされ、開口部は開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の板状の天井板５５によって塞がれている。天井板５５によって塞がれたチャンバ１１の内部は真空装置５０によって所定の圧力に維持される。天井板５５の上方にはチャンバ１１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ５６が設けられ、プラズマアンテナ５６は天井板５５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５６には整合器５７及び電源５８が接続されて高周波電流が供給される。
【００７５】
チャンバ１１の筒部には、高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属（本実施形態では銅）で形成される被エッチング部材５９が挟持されている。被エッチング部材５９は、突起部６０とリング部６１とからなり、チャンバ１１内で基板１２に対向する位置に設置され、突起部６０はチャンバ１１の周方向に亘り複数に分割して配置され、円筒状のチャンバ１に設置されるリング部６１から中心側に向かって突出した構造となっている。
【００７６】
即ち、突起部６０は、チャンバ１１の内壁から径方向中心に向かうと共に円周方向に複数設けられ、突起部６０同士の間には空間が存在している。このため、突起部６０はプラズマアンテナ２７に流れる電流の流れ方向に対して不連続状態となるように基板３と天井板２５との間に配置されている。
【００７７】
被エッチング部材５９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るAg,Au,Pt,Ir,Ta,Ti,Ｗ等を用いることが可能である。
【００７８】
支持台５１に略対応するチャンバ１１の筒部にはノズル６２が接続され、ノズル６２からはハロゲンガスとしての塩素ガス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％程度に希釈された塩素ガス）がチャンバ１の内部に供給される。ノズル６２は被エッチング部材５９に向けて開口し、ノズル６２には流量制御器６３を介して原料ガスが送られる。
【００７９】
上述した金属膜作製装置３では、以下に詳説する方法で金属薄膜６４の成膜を行う。
【００８０】
まず、チャンバ１の内部にノズル６２から原料ガスを供給すると共に、プラズマアンテナ５６から電磁波をチャンバ１１の内部に入射することで、原料ガス中の塩素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ６５で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ2   →  ２Ｃｌ* ・・（１）
ここで、Ｃｌ* は塩素ガスラジカルを表す。
【００８１】
ガスプラズマ６５が被エッチング部材５９に作用することにより、被エッチング部材５９が加熱されると共に、被エッチング部材５９にエッチング反応が生じる。このときの反応は、次式で表される。
Ｃｕ（ｓ）＋２Ｃｌ* →  ＣｕＣｌ2 （ｇ）  ・・（２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。上記（２）式は、被エッチング部材５５のＣｕ成分がガスプラズマ６５によりエッチングされ、ガス化した状態を表す。前駆体６６は、ガス化したＣｕＣｌ2 及びこれと組成比が異なる物質（ＣｕX1ＣｌY1）である。
【００８２】
ガスプラズマ６５を発生させることにより被エッチング部材５９を加熱し、更に温度制御手段５４により基板１２の温度制御を行なうことにより、基板１２の温度は被エッチング部材５９の温度よりも低くなる。この結果、前駆体６６は基板１２に吸着される。このときの反応は、次式で表される。
ＣｕＣｌ2 （ｇ）  →  ＣｕＣｌ2 （ａｄ）  ・・（３）
ここで、ａｄは吸着状態を表す。
【００８３】
基板３に吸着したＣｕＣｌ2 は、塩素ガスラジカルにより還元されてＣｕ成分となることで、金属薄膜６４（Ｃｕ薄膜）の一部を形成する。このときの反応は、次式で表される。
ＣｕＣｌ2 （ａｄ）＋２Ｃｌ* →Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ2 ↑  ・・（４）
【００８４】
更に、上式（２）において発生したガス化したＣｕＣｌ2 の一部は、基板１２に吸着する（上式（３）参照）前に、塩素ガスラジカルにより還元されてガス状態のＣｕとなる。このときの反応は、次式で表される。
ＣｕＣｌ2 （ｇ）＋２Ｃｌ* →Ｃｕ（ｇ）＋２Ｃｌ2 ↑  ・・（５）
この後、ガス状態の銅（Ｃｕ）は、基板１２に成膜され、金属薄膜６４を形成する一部となる。
【００８５】
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口６７から排気される。
【００８６】
プラズマアンテナ５６の下部には導電体である被エッチング部材５９が存在しているが、上述したように、被エッチング部材５９はプラズマアンテナ５６に流れる電流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５９と基板１２との間、即ち、被エッチング部材５９の下側にもガスプラズマ６５が安定して発生するようになっている。また、前駆体６６も均一に基板１２に吸着される。
【００８７】
上記構成の金属膜作製装置３では、ガスプラズマ６５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 ガスを用いてるため、コストを大幅に減少させることができる。そして、原料に酸素を含んでいないため、成膜時に酸化雰囲気となることがなく、酸化が抑制されて不純物の残留を少なくすることができ、高品質な金属薄膜６４を作製することが可能となる。
【００８８】
金属膜作製装置３の構成は一例であり、例えば、天井部を金属製の被エッチング部材で構成すると共にチャンバ１１の筒部にコイル状のプラズマアンテナを配置する構成とすることも可能である。また、天井部を金属製の被エッチング部材で構成すると共に被エッチング部材に直接給電を行なってプラズマアンテナを兼ねる容量結合型の構成とすることも可能である。更に、ガスプラズマを別途励起室で形成して励起塩素をチャンバ内に供給する構成とすることも可能である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の多層膜処理装置は、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、チャンバ内に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、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少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とからなる金属膜作製装置を備え、更に、自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバ系と、基板の表面に処理を施す基板処理装置とを備え、基板処理装置で処理された基板が搬送チャンバ系から金属膜作製装置に送られるので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、酸化を抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる多層膜処理装置とすることが可能になる。
【００９０】
そして、請求項１に記載の多層膜処理装置において、搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ系内を真空状態にする真空装置であるので、酸化を確実に抑制るすことができる。
【００９１】
また、請求項１に記載の多層膜処理装置において、搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内に希ガスを導入する希ガス導入手段で構成されるので、特別な高価な設備を付設することなく酸化を抑制することができる。
【００９２】
また、請求項１に記載の多層膜処理装置において、搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内にハロゲンを含有するガスを導入する希ガス導入手段で構成されるので、特別な高価な設備を付設することなく酸化を抑制することができる。
【００９３】
また、請求項１に記載の多層膜処理装置において、搬送チャンバ系における自然酸化抑制手段は、搬送チャンバ内に希ガスを導入する希ガス導入手段と、ハロゲンを含有するガスを導入する希ガス導入手段とで構成されるので、特別な高価な設備を付設することなく酸化を抑制することができる。
【００９４】
また、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、金属膜作製装置のチャンバ内のハロゲンガスの搬送チャンバ内への逆流を阻止する逆流阻止手段を備えたので、搬送チャンバ内にハロゲンガスが逆流することがない。
【００９５】
また、請求項６に記載の多層膜処理装において、逆流阻止手段は、金属膜作製装置のチャンバ内の残留ハロゲンガスの濃度を低減させる濃度低減手段であるので、簡単な構成でハロゲンガスの逆流を防止することができる。
【００９６】
また、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、金属膜作製装置のチャンバ内の圧力よりも搬送チャンバ内の圧力を高く維持してチャンバ内のガスの搬送チャンバ内への流入を阻止する圧力調整手段を備えたので、確実にハロゲンガスの逆流を防止することができる。
【００９７】
また、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の多層膜処理装置において、基板処理装置は、基板の表面にバリアメタル膜を作製するバリア層作製装置であるので、酸化が抑制されたバリア層を備えた多層膜を作製するとができる。
【００９８】
また、請求項９に記載の多層膜処理装置において、搬送チャンバ系には基板の収容チャンバ系が備えられると共に、金属膜作製装置が２設備備えられ、収容チャンバ系とバリアメタル膜作製装置との間及びバリアメタル膜作製装置と２設備の金属膜作製装置の間で基板を搬送する搬送装置を備えたので、効率よく酸化が抑制された多層膜を作製することができる。
【００９９】
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、チャンバ内に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、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、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とから構成され、チャンバ内には自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバ系から基板が搬送されるので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、酸化を抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【０１００】
本発明の搬送チャンバは、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、チャンバ内に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、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、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段とから構成される金属膜作製装置に基板を搬送する搬送チャンバであって、自然酸化抑制手段を備えたので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、酸化を抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる搬送チャンバとすることが可能になる。
【０１０１】
上記目的を達成するための本発明の搬送チャンバは、基板の表面に処理を施す基板処理装置からの基板を搬送する搬送チャンバであって、自然酸化抑制手段を備えたので、表面に処理がほどこされた基板の酸化を防止する搬送チャンバとすることができる。
【０１０２】
そして、請求項１３に記載の搬送チャンバにおいて、基板の表面に処理を施す基板処理装置からの基板を金属膜作製装置に搬送するので、酸化のない基板を金属膜作製装置に搬送することが可能になる。
【０１０３】
本発明の基板処理装置は、基板の表面に処理を施す基板処理装置であって、自然酸化抑制手段を備えた搬送チャンバで、表面処理を施した基板を搬送するので、表面処理が施された基板の酸化が防止される。
【０１０４】
本発明の多層膜作製方法は、表面に処理が施された基板を自然酸化が抑制された状態の搬送チャンバで金属膜作製装置のチャンバ内に搬送する一方、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チャンバ内に生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして少なくとも前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、酸化を抑制して膜中に不純物が残留しない多層膜を作製することができる多層膜処理方法と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実施形態例に係る多層膜作製装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る多層膜作製装置の概略構図。
【図３】本発明の一実施例に係る多層膜作製装置の概略平面図。
【図４】本発明の一実施例に係るバリア層作製装置の概略断面図。
【図５】本発明の一実施例に係る金属膜作製装置の概略断面図。
【符号の説明】
１  基板カセット
２  バリア層作製装置
３  金属膜作製装置
４  搬送チャンバ装置
６，１１  チャンバ
７  処理ガスノズル
１２  基板
１３，２７，３５，５６  プラズマアンテナ
１４  原料ガスノズル
１５  搬送チャンバ
１６，２６，５０  真空装置
１７，２０  圧力検出手段
１９  希ガス導入手段
２１，５１  支持台
２２，５２  ヒータ
２３，５３  冷媒流通手段
２４，５４  温度制御手段
２５  金属部材
２８，３６，５７  整合器
２９，３７，５８  電源
３０  ノズル
３１，３８，６３  流量制御器
３２  開口部
３３  通路
３４  励起室
３９  Cl2 ガスプラズマ
４０，６６  前駆体
４１  NH3 ガスプラズマ
４２  MN膜
４３  Ｍ膜
４４  バリアメタル膜
５０  真空装置
５５  天井板
５９  被エッチング部材
６０  突起
６１  リング部
６２  ノズル
６４  金属薄膜
６５  ガスプラズマ
【図１】
2004197196.tif 000003
【図２】
2004197196.tif 000004
【図３】
2004197196.tif 000005
【図４】
2004197196.tif 000006
【図５】
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