(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容され上部が開口されたチャンバと、
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、
チャンバの上部の開口を密閉する絶縁材製の天井部材と、
天井部材の外方に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するためのアンテナ部材と、
基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、
被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、
アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることにより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】
基板が収容されると共に一端側が開口する円筒状のチャンバと、
チャンバの開口を密閉する絶縁材製の円盤状の天井部材と、
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、
天井部材の外方に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するための平面リング形状のアンテナ部材と、
基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、
被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、
アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることで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】
基板が収容されると共に一端側が開口する円筒状のチャンバと、
チャンバの開口を密閉する絶縁材製の外方側に湾曲した凸形状の天井部材と、
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、
天井部材の外方周囲に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するための円錐リング状のアンテナ部材と、
基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、
被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、
アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることで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４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段は棒部材に設けられる円盤状のフィンであ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、
円盤状のフィンはアンテナ部材との位置状況に応じて径が変更されていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項６】
請求項４もしくは請求項５において、
円盤状のフィンに小孔を形成した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３のいずれか一項において、
金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段は棒部材に設けられ棒部材の軸方向に平行な面を有する板材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７において、
板材はアンテナ部材との位置状況に応じて幅が変更されていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項７もしくは請求項８において、
板材は波状に形成されてい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３のいずれか一項において、
金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、棒部材にメッシュ部材が設けられていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、棒部材に凹凸部を形成したことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
凹凸部は棒部材の軸方向に延びる溝であることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１３】
請求項１１において、凹凸部は棒部材の周方向に延びる溝であることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１４】
請求項１１において、
凹凸部は棒部材の表面に設けられる多数のディンプルであることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内に配され板面が垂直方向となる板部材であることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
板部材は複数枚で構成されていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６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１８】
請求項１７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１９】
請求項１乃至請求項１７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２０】
アンテナ部材により基板が収容されたチャンバの内部を給電によりプラズマ化するに際し、
基板とチャンバの天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材を配置し、
アンテナ部材に給電を行い表面積が増加された被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることにより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して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。
【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、基板が収容され上部が開口されたチャンバと、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、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁材製の天井部材と、天井部材の外方に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するためのアンテナ部材と、基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることにより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。
【０００６】
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は、基板が収容されると共に一端側が開口する円筒状のチャンバと、チャンバの開口を密閉する絶縁材製の円盤状の天井部材と、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、天井部材の外方に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するための平面リング形状のアンテナ部材と、基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることで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は、基板が収容されると共に一端側が開口する円筒状のチャンバと、チャンバの開口を密閉する絶縁材製の外方側に湾曲した凸形状の天井部材と、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、天井部材の外方周囲に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するための円錐リング状のアンテナ部材と、基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることで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】
そして、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段は棒部材に設けられる円盤状のフィンであることを特徴とする。
【０００９】
また、円盤状のフィンはアンテナ部材との位置状況に応じて径が変更されていることを特徴とする。
【００１０】
また、円盤状のフィンに小孔を形成したことを特徴とする。
【００１１】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段は棒部材に設けられ棒部材の軸方向に平行な面を有する板材であることを特徴とする。
【００１２】
また、板材はアンテナ部材との位置状況に応じて幅が変更されていることを特徴とする。
【００１３】
また、板材は波状に形成されていることを特徴とする金属膜作製装置。
【００１４】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、棒部材にメッシュ部材が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、棒部材に凹凸部を形成したことを特徴とする。
【００１６】
また、凹凸部は棒部材の軸方向に延びる溝であることを特徴とする。
【００１７】
また、凹凸部は棒部材の周方向に延びる溝であることを特徴とする。
【００１８】
また、凹凸部は棒部材の表面に設けられる多数のディンプルであることを特徴とする。
【００１９】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内に配され板面が垂直方向となる板部材であることを特徴とする。
【００２０】
また、板部材は複数枚で構成されていることを特徴とする。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、アンテナ部材により基板が収容されたチャンバの内部を給電によりプラズマ化するに際し、基板とチャンバの天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材を配置し、アンテナ部材に給電を行い表面積が増加された被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることにより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して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。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１乃至図１５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実施形態例を説明する。
【００２６】
図１には本発明の一実施形態例に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略側面、図２には図１中のII-II 線矢視、図３には図２中のIII-III 線矢視、図４にはフィンが取り付けられている状況の拡大状態を示してある。また、図５には被エッチング部材の他の形状を表す平面視状況を示してある。また、図６乃至図１４には表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成を示してある。
【００２７】
図１乃至図４に基づいて一実施形態例を説明する。
【００２８】
図１に示すように、円筒状に形成された、金属製（例えば、アルミ製）のチャンバ１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）に制御されるようになっている。
【００２９】
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）の天井部材である円盤状の天井板７によって塞がれている。天井板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。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。
【００３０】
ノズル１２は天井板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。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。
【００３１】
尚、ノズル１２を円周方向に複数設け、円周方向でノズル１２の開口方向を２方向以上に変更して設け、開口方向が異なるノズル１２を使い分けることにより、原料ガスの供給状況（プラズマの発生状況）を制御することが可能である。また、ノズル１２を設ける場所は、チャンバ１の上部に水平方向に設けたり、チャンバ１の上下に２段に設ける等が可能であり、図示例の状態に限定されるものではない。
【００３２】
チャンバ１の上面の開口部と天井板７との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材１８が挟持されている。図１、図２に示すように、被エッチング部材１８は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部１９が備えられ、リング部１９の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている棒部材としての突起部２０が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。
【００３３】
突起部２０は、リング部１９に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板７とチャンバ１の内部との間には突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部１９はアースされており、複数の突起部２０は電気的につながれて同電位に維持されている。
【００３４】
尚、図５に示したように、突起部２０の間に突起部２０よりも径方向に短い第２突起部３６を配置することも可能であり、更に、突起部２０と第２突起部３６との間に短い突起部を配置することも可能である。このようにすると、誘導電流を抑制しつつエッチング対象となる銅の面積を確保することができる。
【００３５】
天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのアンテナ部材としてのプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９は天井板７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９にはプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００３６】
被エッチング部材１８は、リング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられ、突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ９の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井部材との間に突起部２０が配置された状態になっている。
【００３７】
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。プラズマアンテナ９の下部には導電体である被エッチング部材１８が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材１８と基板３との間、即ち、被エッチング部材１８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。
【００３８】
被エッチング部材１８に下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図３に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ９の電気の流れＡは突起部２０を横切る方向となり、このとき、突起部２０のプラズマアンテナ９との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材１８には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部２０の下面に流れてプラズマアンテナ９の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００３９】
このため、基板３側から被エッチング部材１８を見た場合、プラズマアンテナ９の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部１９がアースされて突起部２０が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材１８が存在していても、プラズマアンテナ９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１８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。
【００４０】
尚、突起部２０をリング部１９につなげずに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。
【００４１】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材１８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、被エッチング部材１８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、被エッチング部材１８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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、被エッチング部材１８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。
【００４４】
また、被エッチング部材１８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,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。
【００４５】
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を被エッチング部材１８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。
【００４６】
また、被エッチング部材１８は、リング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられ、突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材１８に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ９の電気の流れと同一方向の流れとなる。
【００４７】
これにより、導電体である被エッチング部材１８がプラズマアンテナ９の下に存在していても、プラズマアンテナ９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１８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】
ところで、上述した金属膜作製装置では、被エッチング部材１８はリング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられているため、被エッチング部材１８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っている。反面、基板３に対して形状が一様となっていないので、表面積を増大させて膜質及び膜厚の不均一性をなくす必要がある。この時、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことは避けなければならない。
【００４９】
このため、本実施形態例では、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下がない状態で被エッチング部材１８の表面積を増大させるための表面積増加手段が備えられている。
【００５０】
表面積増加手段を説明する。
【００５１】
図１、図２乃び図４に示すように、被エッチング部材１８の突起部２０にはCu製の円盤状のフィン４１が盤面が突起部２０の軸方向に直交する状態で多数設けられ、フィン４１は突起部２０の先端側に向かって径が漸減されている。即ち、突起部２０の先端側の直上にはプラズマアンテナ９が存在しないためにCl2 ガスプラズマ１４の密度が低くなっている。
【００５２】
このため、アンテナ部材であるプラズマアンテナ９との位置状況に応じてフィン４１の径が変更され、Cl2 ガスプラズマ１４の密度が高いプラズマアンテナ９の直下では大径のフィン４１が設けられてより表面積が増大されるようになっている。従って、励起塩素との接触面積が最大となるようにフィン４１が配置された状態になっている。
【００５３】
フィン４１の径は周方向で隣接するフィン４１と平面視で重ならない大きさに設定され、フィン４１の厚さは、例えば、０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍ程度に設定されている。尚、同一径の円盤状のフィン４１を適用することも可能である。
【００５４】
上述したように、円盤状のフィン４１を設けたことにより、被エッチング部材１８の表面積が増大し、励起塩素との接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。
【００５５】
しかも、円盤状のフィン４１を設けても平面視では被エッチング部材１８は不連続な状態が保たれているので、被エッチング部材１８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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことはない。
【００５６】
また、フィン４１が盤面が突起部２０の軸方向に直交する状態で設けられているため、電流の流れ方向に対してCl2 ガスプラズマ１４の均一性を保つことができる。更に、フィン４１は取り外しができるため、メンテナンスが簡単で、しかも、取り付け位置や数を任意に選定することができる。
【００５７】
図６乃至図１４に基づいて表面積増加手段の他の実施形態例を説明する。
【００５８】
図６に示した表面積増加手段は、上述したフィン４１に小孔４２が設けられているものである。小孔４２を設けたことにより、突起部２０の軸心寄りのCl2 ガスプラズマ１４も均一性を保つことができる。
【００５９】
図７に示した表面積増加手段は、被エッチング部材１８の突起部２０には、突起部２０の軸方向に平行な面を有するCu製の板材４３が上下に設けられている。板材４３の上下方向の幅は略等しくされている。
【００６０】
尚、図８に示すように、突起部２０の先端側に向かって板材４３の上下方向の幅を漸減させることも可能である。これにより、Cl2 ガスプラズマ１４の密度が高いプラズマアンテナ９の直下では板材４３の幅が広くなり表面積が増大され、励起塩素との接触面積が最大となるように板材４３が配置された状態になる。
【００６１】
上述したように、板材４３を設けたことにより、被エッチング部材１８の表面積が増大し、励起塩素との接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。
【００６２】
しかも、板材４３を設けても平面視では被エッチング部材１８は不連続な状態が保たれているので、被エッチング部材１８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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことはない。
【００６３】
また、板材４３は取り外しができるため、メンテナンスが簡単で、しかも、取り付け位置や数を任意に選定することができる。
【００６４】
尚、板材４３を上下に設けた例を挙げて説明したが、左右や斜めに任意の枚数を設けることが可能である。
【００６５】
図９に示した表面積増加手段は、被エッチング部材１８の突起部２０には、突起部２０の軸方向に延びて配設されるCu製の波状板材４４が上下に設けられている。
【００６６】
上述したように、波状板材４４を設けたことにより、被エッチング部材１８の表面積が大幅に増大し、励起塩素との接触面積が大幅に増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。
【００６７】
しかも、波状板材４４を設けても平面視では被エッチング部材１８は不連続な状態が保たれているので、被エッチング部材１８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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことはない。
【００６８】
また、波状板材４４は取り外しができるため、メンテナンスが簡単で、しかも、取り付け位置や数を任意に選定することができる。
【００６９】
図１０に示した表面積増加手段は、被エッチング部材１８の突起部２０には、三角形状のCu製のメッシュ部材４５が設けられている。
【００７０】
上述したように、メッシュ部材４５を設けたことにより、被エッチング部材１８の表面積が大幅に増大し、励起塩素との接触面積が大幅に増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。
【００７１】
しかも、メッシュ部材４５を設けても平面視では被エッチング部材１８は不連続な状態が保たれているので、被エッチング部材１８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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことはない。
【００７２】
また、メッシュ部材４５は取り外しができるため、メンテナンスが簡単で、しかも、取り付け位置や数を任意に選定することができる。
【００７３】
尚、プラズマアンテナ９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１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するような形状であれば、リング部１９の内側の全面にメッシュ部材４５を配置することも可能である。
【００７４】
図１１に示した表面積増加手段は、被エッチング部材１８の突起部２０には、凹凸部として軸方向に延びる溝としての長溝４６が複数設けられている。また、図１２に示した表面積増加手段は、被エッチング部材１８の突起部２０には、凹凸部として周方向に延びる溝としての円環溝４７が複数設けられている。更に、図１３に示した表面積増加手段は、被エッチング部材１８の突起部２０の表面には凹凸部としての多数のディンプル４８が設けられている。
【００７５】
上述したように、長溝４６もしくは円環溝４７もしくは多数のディンプル４８を設けたことにより、極めて簡単な構成で被エッチング部材１８の表面積が増大し、励起塩素との接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。
【００７６】
しかも、長溝４６もしくは円環溝４７もしくは多数のディンプル４８を設けたので隣接する突起部２０の間には部材が全く存在せず、被エッチング部材１８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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことは全くない。
【００７７】
図１４に示した表面積増加手段は、被エッチング部材としてリング部１９に板面が垂直方向となるCu製の板部材４９を配置して構成している。板部材４９は一枚もしくは複数枚設けられ、プラズマアンテナ９の直下に配されている。
【００７８】
上述したように、板部材４９をプラズマアンテナ９の直下に配して被エッチング部材を構成して表面積増加手段としたので、被エッチング部材の表面積が増大し、励起塩素との接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。
【００７９】
しかも、板面が垂直方向となる板部材４９を配置したので、平面視では被エッチング部材は不連続な状態が保たれ、被エッチング部材の下側に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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことはない。
【００８０】
尚、板部材４９を平面視で不連続となるように格子状態に配置したり、大きさの異なる板部材４９を並べて円環状態に配置する等して被エッチング部材を構成することも可能である。
【００８１】
図１５に基づいて上述した表面積増加手段を有する被エッチング部材を備えた本発明の他の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１５には本発明の他の実施形態例に係る金属膜作製方法を実施す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。
【００８２】
図１５に示した金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、天井部材、プラズマアンテナ及び被エッチング部材の形状が異なっている。即ち、チャンバ１の上部開口には絶縁材（セラミックス等）の外方に凸状となる碗型（ドーム形状）の天井部材２８が固定されている。
【００８３】
チャンバ１の上面の開口部と天井部材２８との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材２９が挟持されている。被エッチング部材２９は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部３０が備えられ、リング部３０の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び天井部材２８の内側の碗型形状に沿って延びる突起部３１が円周方向に複数設けられている。リング部３０はアースされており、複数の突起部３１は電気的につながれて同電位に維持されている。
【００８４】
一方、天井部材２８の上方周囲にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのアンテナ部材としてのプラズマアンテナ３２が設けられ、プラズマアンテナ３２は天井部材２８の碗型形状に沿って円錐リング状に形成されている。
【００８５】
プラズマアンテナ３２にはプラズマ発生手段としての整合器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２９は、リング部３０の内周側に突起部３１が天井部材２８の碗型形状に沿って円周方向に複数設けられ、突起部３１の間で形成される切欠部（空間）が存在する。
【００８６】
このため、プラズマアンテナ３２の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井部材２８との間に突起部３１が配置された状態になっている。
【００８７】
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３２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。
【００８８】
天井部材２８を挟んでプラズマアンテナ３２に対向するチャンバ１内には導電体である被エッチング部材２９が存在しているが、切欠部（空間）が存在している状態のため、第１実施形態例と同様に、基板３側から被エッチング部材２９を見た場合、プラズマアンテナ３２の電気の流れを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部３０がアースされて突起部３１が同電位に維持される。
【００８９】
これにより、導電体である被エッチング部材２９が存在していても、プラズマアンテナ３２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２９の内側に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。
【００９０】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材２９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、被エッチング部材２９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。
【００９１】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材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。
【００９２】
上記構成の金属膜作製装置は、天井部材２８が碗型に形成され、プラズマアンテナ３２が天井部材２８の碗型形状に沿って円錐リング状に形成されているので、天井部材２８の周囲から電磁波を入射してCl2 ガスプラズマ１４を発生させることができ、天井部材２８の内側のCl2 ガスプラズマ１４を安定させることが可能になる。このため、一つの電源によりチャンバ１の内部のCl2 ガスプラズマ１４の均一化を図ることができる。
【００９３】
そして、上述した金属膜作製装置の突起部３１にも、図１乃至図１４で示した表面積増加手段及び被エッチング手段を適用することができ、被エッチング部材の表面積が増大し、励起塩素との接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができる。しかも、被エッチング部材の下側に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っており、渦電流損の増大や励起塩素の基板３への到達率低下を起こすことはない。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容され上部が開口されたチャンバと、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、チャンバの上部の開口を密閉する絶縁材製の天井部材と、天井部材の外方に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するためのアンテナ部材と、基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることにより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作製装置とすることができる。
【００９５】
そして、被エッチング部材の表面積が増大し、励起ハロゲンとの接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができ、被エッチング部材の下側にプラズマを安定して発生させることができ、渦電流損の増大や励起ハロゲンの基板への到達率低下を起こすことはない。
【００９６】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されると共に一端側が開口する円筒状のチャンバと、チャンバの開口を密閉する絶縁材製の円盤状の天井部材と、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、天井部材の外方に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するための平面リング形状のアンテナ部材と、基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることで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作製装置とすることができる。
【００９７】
そして、被エッチング部材の表面積が増大し、励起ハロゲンとの接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができ、被エッチング部材の下側にプラズマを安定して発生させることができ、渦電流損の増大や励起ハロゲンの基板への到達率低下を起こすことはない。
【００９８】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されると共に一端側が開口する円筒状のチャンバと、チャンバの開口を密閉する絶縁材製の外方側に湾曲した凸形状の天井部材と、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、天井部材の外方周囲に設けられチャンバの内部を給電によりプラズマ化するための円錐リング状のアンテナ部材と、基板と天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材と、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段と、アンテナ部材に給電を行い被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることで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作製装置とすることができる。
【００９９】
そして、被エッチング部材の表面積が増大し、励起ハロゲンとの接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができ、被エッチング部材の下側にプラズマを安定して発生させることができ、渦電流損の増大や励起ハロゲンの基板への到達率低下を起こすことはない。
【０１００】
そして、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段は棒部材に設けられる円盤状のフィンであるので、簡単な構成により被エッチング部材の表面積を増大して電流の流れ方向のプラズマを均一に保つことができる。
【０１０１】
また、円盤状のフィンはアンテナ部材との位置状況に応じて径が変更されているので、プラズマ密度に応じて被エッチング部材の表面積を増大させることができる。
【０１０２】
また、円盤状のフィンに小孔を形成したので、棒部材の軸心近傍のプラズマも均一に保つことができる。
【０１０３】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、被エッチング部材に設けられる表面積増加手段は棒部材に設けられ棒部材の軸方向に平行な面を有する板材であるので、簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１０４】
また、板材はアンテナ部材との位置状況に応じて幅が変更されているので、プラズマ密度に応じて被エッチング部材の表面積を増大させることができる。
【０１０５】
また、板材は波状に形成されているので、簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１０６】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、棒部材にメッシュ部材が設けられているので、簡単な構成により被エッチング部材の表面積を増大することができる。
【０１０７】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内で半径方向に延びる複数の棒部材であり、棒部材に凹凸部を形成したので、極めて簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１０８】
また、凹凸部は棒部材の軸方向に延びる溝であるので、極めて簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１０９】
また、凹凸部は棒部材の周方向に延びる溝であるので、極めて簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１１０】
また、凹凸部は棒部材の表面に設けられる多数のディンプルであるので、極めて簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１１１】
また、金属製の被エッチング部材はアンテナ部材の直下におけるチャンバ内に配され板面が垂直方向となる板部材であるので、簡単な構成により被エッチング部材の表面積を大幅に増大することができる。
【０１１２】
また、板部材は複数枚で構成されているので、簡単な構成により被エッチング部材の表面積を更に大幅に増大することができる。
【０１１３】
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し、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Cu膜を作製することができる。
【０１１４】
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タンタルもしくはタングステンもしくはチタンの膜を作製することができる。
【０１１５】
本発明の金属膜作製方法は、アンテナ部材により基板が収容されたチャンバの内部を給電によりプラズマ化するに際し、基板とチャンバの天井部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に周方向に複数配置されアンテナ部材の電気の流れ方向に対して不連続状態となる金属製の被エッチング部材を配置し、アンテナ部材に給電を行い表面積が増加された被エッチング部材の基板側にアンテナ部材の電気の流れ方向と同一方向の電気の流れを生じさせることにより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して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、膜中に不純物が残留しない金属膜作製方法とすることができる。
【０１１６】
そして、被エッチング部材の表面積が増大し、励起ハロゲンとの接触面積が増加して膜質及び膜厚の不均一性をなくすことができ、被エッチング部材の下側にプラズマを安定して発生させることができ、渦電流損の増大や励起ハロゲンの基板への到達率低下を起こすことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】図１中のII-II 線矢視図。
【図３】図２中のIII-III 線矢視図。
【図４】フィンが取り付けられている状況の拡大図。
【図５】被エッチング部材の他の形状を表す平面図。
【図６】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図７】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図８】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図９】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図１０】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図１１】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図１２】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図１３】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図１４】表面積増加手段の実施形態例を表す概略構成図。
【図１５】本発明の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【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  天井板
８  真空装置
９，３２  プラズマアンテナ
１０  整合器
１１  電源
１２  ノズル
１３  流量制御器
１４  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
１８，２９  被エッチング部材
１９，３０  リング部
２０３１  突起部
２８  天井部材
３５  切欠部
４１  フィン
４２  小孔
４３  板材
４４  波状板材
４５  メッシュ部材
４６  長溝
４７  円環溝
４８  ディンプル
【図１】
0003771864.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003771864.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003771864.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003771864.tif 000008
【図８】
0003771864.tif 000009
【図９】
0003771864.tif 000010
【図１０】
0003771864.tif 000011
【図１１】
0003771864.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003771864.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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