JP3653038B2

JP3653038B2 - Metal film manufacturing method and metal film manufacturing apparatus

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Publication number: JP3653038B2
Application number: JP2001365890A
Authority: JP
Inventors: 仁志坂本; 直樹八幡; 竜一松田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003166061A

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal film production method and a metal film production apparatus, and is particularly useful when applied to the formation of a metal film for producing a high vapor pressure halide.
[0002]
[Background]
Conventionally, when a metal film, for example, a copper thin film, is produced by a vapor deposition method, a liquid organic metal complex such as copper, hexafluoroacetylacetonate, and trimethylvinylsilane is used as a raw material, and the solid raw material is dissolved in a solvent. The film is formed on the substrate by vaporizing using a thermal reaction.
[0003]
On the other hand, the present inventors have made a source gas plasma (for example, Cl₂The present inventors have come up with a metal film manufacturing method in which a member to be etched disposed in a chamber is etched with gas plasma, and the metal thin film is formed on the substrate by using the etched metal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When realizing a novel metal film manufacturing method by the etching method as described above, a raw material gas is supplied into the chamber and turned into plasma, or an externally formed raw material gas plasma is directly supplied into the chamber for etching. It is necessary to obtain a plasma gas for use. Here, since the chamber is directly exposed to the plasma, the temperature changes drastically, and the plasma is not stabilized until the chamber reaches a predetermined temperature (for example, 300 ° C.). The metal thin film formed while the plasma is not stable has poor film quality and cannot be used as a product. That is, until the chamber reaches a predetermined temperature, film formation for obtaining a metal film of a predetermined quality cannot be substantially performed, resulting in deterioration of production efficiency. As shown by a solid line in FIG. 7, the temperature T of the chamber is heated by the plasma in the chamber and gradually increases.₀The predetermined temperature T₀This is because it takes a relatively long time to reach this value.
[0005]
In view of the above prior art, the present invention provides a metal film production method and a metal film production apparatus capable of stabilizing a plasma as quickly as possible and obtaining a metal film having a good film quality in a short time after the apparatus is started up. The purpose is to provide.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The configuration of the present invention that achieves the above object is characterized by the following points.
[0010]
  1)  A member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide is disposed in a chamber that accommodates the substrate therein, and the temperature of the member to be etched and the substrate is set to a predetermined temperature and a temperature difference by temperature control means. By controlling, the member to be etched is etched with a source gas plasma containing halogen in the chamber to form a precursor of a metal component and a source gas, and the metal component of the precursor is deposited on the substrate. While configured to perform a predetermined film formation,
  The heating means for heating the inner peripheral surface of the chamber and a temperature sensor for detecting the temperature of the chamber. The heating means is used to heat and hold the temperature of the chamber detected by the temperature sensor at a predetermined temperature. Configured to heat the chamber throughIn the metal film manufacturing apparatus,
  The film forming plasma generating means for forming the source gas plasma from the source gas supplied into the chamber at the time of film formation has an opening at the top of the chamber so as to form the source gas plasma in the space to be etched in the chamber. While having a plasma antenna for film formation arranged in a spiral shape outside the ceiling plate made of an insulating member to be sealed,
  The member to be etched is divided into a plurality of portions in the circumferential direction below the ceiling plate and in the upper part of the chamber, and each divided portion protrudes from the inner peripheral surface side to the center side of the chamber. Formed with the metal of the chemicalabout.
[0011]
  2)  A member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide is disposed in a chamber that accommodates the substrate therein, and the temperature of the member to be etched and the substrate is set to a predetermined temperature and a temperature difference by temperature control means. By controlling, the member to be etched is etched with a source gas plasma containing halogen in the chamber to form a precursor of a metal component and a source gas, and the metal component of the precursor is deposited on the substrate. While configured to perform a predetermined film formation,
  The heating means for heating the inner peripheral surface of the chamber and a temperature sensor for detecting the temperature of the chamber. The heating means is used to heat and hold the temperature of the chamber detected by the temperature sensor at a predetermined temperature. Further, the chamber is heated through the substrate, and the portion in the vicinity of the substrate in the chamber where the metal adhering to the inner peripheral surface of the chamber in the vicinity of the substrate, which is a low temperature portion at the time of film formation, and the deposit made of the halide face the surface. In this space, an auxiliary gas plasma for cleaning is formed to remove the deposits.In the metal film manufacturing apparatus,
  The film forming plasma generating means for forming the source gas plasma from the source gas supplied into the chamber at the time of film formation has an opening at the top of the chamber so as to form the source gas plasma in the space to be etched in the chamber. While having a plasma antenna for film formation arranged in a spiral shape outside the ceiling plate made of an insulating member to be sealed,
  The member to be etched is divided into a plurality of portions in the circumferential direction below the ceiling plate and in the upper part of the chamber, and each divided portion protrudes from the inner peripheral surface side to the center side of the chamber. Formed with the metal of the chemicalabout.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The metal film manufacturing apparatus according to each embodiment described below etches a member to be etched made of a copper plate disposed in the chamber with chlorine gas plasma in a vacuum chamber that accommodates the substrate. As a common feature, a copper thin film is formed by depositing etched copper on the substrate by appropriately controlling the temperature relationship between the copper plate and the substrate. This is because the copper plate which is the member to be etched is in a high temperature (for example, 300 ° C. to 400 ° C.) and the substrate is in a low temperature (about 200 ° C.).₂If the copper plate that is the member to be etched is etched with gas plasma, copper and Cl₂This is based on a novel finding that a precursor with gas plasma is transferred to a substrate which is a low temperature portion in this case, and a copper thin film can be formed on the substrate. However, it is not necessarily limited to such a device. The present invention can be similarly applied to any apparatus that etches a member to be etched with source gas plasma in a chamber and forms a thin film of the etching metal on the substrate using the etching metal.
[0018]
In addition, in the metal film manufacturing apparatus based on the above-described knowledge, when the film is formed using this, the etched copper and the inner peripheral surface in the vicinity of the substrate, which is the low temperature portion of the chamber in which the film is formed, are etched. The chloride adheres and grows as the number of film forming processes increases. Therefore, it is necessary to remove deposits by performing cleaning at appropriate intervals. Each of the following embodiments has this cleaning function. The present invention includes those that do not have such a cleaning function.
[0019]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic side view of a metal film manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a chamber 1 (made of an insulating material) formed in a cylindrical shape, for example, made of ceramics (made of an insulating material). Is placed. The support base 2 is provided with a temperature control means 6 including a heater 4 and a refrigerant flow means 5, and the support base 2 is set to a predetermined temperature (for example, a temperature at which the substrate 3 is maintained at 100 ° C. to 200 ° C.) by the temperature control means 6. ) Is controlled.
[0020]
The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a copper plate member 7 as a metal member to be etched. The inside of the chamber 1 closed by the copper plate member 7 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8.
[0021]
A coil-shaped film-forming plasma antenna 9 wound in the axial direction of the chamber 1 is disposed around the cylindrical portion of the chamber 1 on the copper plate member 7 side. The matching unit 10 and the power source 11 are connected to supply power. The film forming plasma antenna 9, the matching unit 10 and the power source 11 constitute a film forming plasma generating means. On the other hand, a coil-shaped cleaning plasma antenna 23 wound in the axial direction of the chamber 1 is provided around the cylindrical portion of the chamber 1 on the substrate 3 side. The cleaning plasma antenna 23 includes a matching unit 24 and A power source 25 is connected to supply power. The cleaning plasma antenna 23, the matching unit 24, and the power source 25 constitute cleaning plasma generating means.
[0022]
In the cylindrical part of the chamber 1 above the support 2, a source gas containing chlorine inside the chamber 1 (Cl having a chlorine concentration of ≦ 50%, preferably about 10% diluted with He, Ar, etc.)₂Nozzle 12 for supplying gas) is connected. The nozzle 12 opens toward the copper plate member 7. Further, a raw material gas is sent to the nozzle 12 via a flow rate controller 13. The source gas is sent from the substrate 3 side to the copper plate member 7 side along the wall surface in the chamber 1 during film formation. On the other hand, a nozzle 21 for supplying an auxiliary gas such as hydrogen gas and argon gas which is an inert gas is connected to the inside of the cylindrical portion of the chamber 1. The auxiliary gas is supplied into the chamber 1 through the nozzle 21 by adjusting the flow rate through the flow controller 22 during cleaning.
[0023]
A heater 18 for heating the peripheral surface of the chamber 1 is embedded in a portion of the chamber 1 corresponding to the film-forming plasma antenna 9. The embedded position of the heater 18 is Cl formed during film formation.₂A portion facing the gas plasma 14 and a portion between the film forming plasma antenna 9 and the cleaning plasma antenna 23. This is because the temperature of the relevant portion of the chamber 1 is heated to a predetermined temperature by the heater 18 prior to the film formation process, and the film formation plasma antenna 9 and the cleaning plasma antenna 23 are formed at the time of film formation. This is to prevent the etched copper from adhering to the portion as a high temperature portion. The heater 18 can be suitably configured as an electric heater that heats the chamber 1 by heating the chamber 18 by energizing it. The temperature of the chamber 1 at this time can be similarly detected by processing the output signal of the temperature sensor 19 embedded in the chamber 1 by the temperature detection unit 20. When the temperature detection unit 20 detects that the chamber 1 has reached a predetermined temperature, the energization of the heater 18 is stopped, and thereafter, the chamber 1 is controlled to be maintained at the predetermined temperature. Such control is performed via a control unit (not shown).
[0024]
The mode at the time of film formation in such a metal film manufacturing apparatus is as follows. In the film formation, only the film formation plasma antenna 9 is energized, and plasma is formed only in the space (upper space) on the copper plate member 7 side in the chamber 1.
[0025]
First, the chamber 1 is heated by energizing the heater 18 to cause the heater 18 to generate heat. When it is detected by processing the output signal of the temperature sensor 19 that the chamber 1 has reached a predetermined temperature, the energization to the heater 18 is stopped there, and thereafter the chamber 1 is controlled to be maintained at the predetermined temperature. To do. By such energization, not only the portion corresponding to the film forming plasma antenna 9 but also the portion between the film forming plasma antenna 9 and the cleaning plasma antenna 23 is heated. As a result, the temperature of the inner peripheral surface of the chamber 1 is quickly increased to a predetermined temperature T as shown by a one-dot chain line in FIG.₀To reach.
[0026]
In this state, the source gas is supplied from the nozzle 12 to the inside of the chamber 1, and electromagnetic waves are incident on the inside of the chamber 1 from the film forming plasma antenna 9.₂Gas ionizes and Cl₂A gas plasma (raw material gas plasma) 14 is generated. This Cl₂The gas plasma 14 is formed in a space adjacent to the film-forming plasma antenna 9 in the chamber 1, that is, a space on the copper plate member 7 side (upper part) of the chamber 1.
[0027]
Cl₂The gas plasma 14 causes an etching reaction in the copper plate member 7 to generate a precursor (CuxCly) 15. At this time, the copper plate member 7 is Cl.₂The gas plasma 14 maintains a predetermined temperature (for example, 200 ° C. to 400 ° C.) higher than the temperature of the substrate 3.
[0028]
The precursor (CuxCly) 15 generated inside the chamber 1 is transferred to the substrate 3 controlled to a temperature lower than that of the copper plate member 7. The precursor (CuxCly) 15 transported to the substrate 3 is reduced to Cu ions only by the reduction reaction and transported to the substrate 3. As a result, a Cu thin film 16 is generated on the surface of the substrate 3.
[0029]
The reaction at this time can be expressed by the following formula.
2Cu + Cl₂→ 2CuCl → 2Cu ↓ + Cl₂↑
Gases and etching products not involved in the reaction are exhausted from the exhaust port 17.
[0030]
As source gas, Cl diluted with He, Ar, etc.₂The gas was explained as an example, but Cl₂It is possible to use the gas alone or to apply HCl gas. When HCl gas is applied, HCl gas plasma is generated from the source gas plasma, but the precursor generated by etching the copper plate member 7 is CuxCly. Therefore, the source gas may be any gas containing chlorine, and HCl gas and Cl₂It is also possible to use a mixed gas with the gas. Further, although the nozzle 12 for supplying the source gas is disposed in the lower portion of the chamber 1, the position thereof is not particularly limited. The upper part of the chamber 1 may be used.
[0031]
The metal film manufacturing apparatus having the above-described configuration is Cl₂Since the gas plasma (raw material gas plasma) 14 is used, the reaction efficiency is greatly improved and the film forming speed is increased. In addition, as source gas Cl₂Since gas is used, the cost can be greatly reduced. Furthermore, since the substrate 3 is controlled to a temperature lower than that of the copper plate member 7 by using the temperature control means 6, the residue of impurities such as chlorine can be reduced in the Cu thin film 16, and the high-quality Cu thin film 16. Can be generated.
[0032]
Accompanying the film formation process as described above, the deposit 26 adheres to the inner peripheral surface on the substrate 3 side (lower part) in the chamber 1 which is a low temperature part during film formation, and grows every time the film formation process is repeated. Therefore, when the deposit 26 has grown to some extent, it is necessary to remove it. That is, it is necessary to perform a cleaning process. The mode at the time of cleaning in the metal film manufacturing apparatus according to this embodiment is as follows. In cleaning, only the cleaning plasma antenna 23 is energized, and plasma is formed only in the space (lower space) on the substrate 3 side in the chamber 1.
[0033]
As for the deposit | attachment 26, the copper plate member 7 side (upper part) is a chloride of the copper plate member 7, ie, CuCl or CuCl.₂In the mixture of Cu and Cu, the proportion of Cu increases toward the substrate 3 side (lower part). Therefore, first, a current is supplied from the power supply 25 to the cleaning plasma antenna 23 via the matching unit 24, and hydrogen gas whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 22 is supplied into the chamber 1 via the nozzle 21. Thereby, hydrogen gas plasma is formed in the space corresponding to the position of the cleaning plasma antenna 23 in the chamber 1, that is, the space on the substrate 3 side where the deposit 26 faces. This hydrogen gas plasma causes CuCl and CuCl.₂To produce Cu.
[0034]
Thereafter, Cl, which is a raw material gas whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 13₂A gas is supplied into the chamber 1 through the nozzle 12. As a result, the space facing the deposit 26 in the chamber 1 can be₂A gas plasma is formed. At the same time, the temperature of Cu as the deposit 26 is kept higher than the surroundings. However, Cu as the deposit 26 is Cl.₂Since it is heated by gas plasma, it is normally kept at a temperature sufficiently higher than the surroundings. In such a state, the deposit 26, Cu, is Cl.₂It is removed by etching with gas plasma. Cu removed by etching is discharged to the outside through the exhaust port 17.
[0035]
Subsequently, Cl 2 is supplied by supplying nitrogen gas into the chamber 1.₂The gas plasma atmosphere is replaced with nitrogen gas, and then hydrogen gas is supplied again into the chamber 1 to form hydrogen gas plasma in the lower space of the chamber 1, and the hydrogen gas plasma adheres to the inner peripheral surface of the chamber 1. Cl₂Is reduced and removed. Further, argon gas, which is an inert gas whose flow rate is adjusted by the flow rate controller 22, is supplied into the chamber 1 through the nozzle 21, and argon gas plasma is formed in the lower portion of the chamber 1. The argon gas plasma thus formed is made to collide with the inner peripheral surface of the chamber 1. Since the argon gas plasma has a relatively large mass, it has a large kinetic energy. Therefore, the inner peripheral surface of the chamber 1 is hit by this argon gas plasma, and the Cl₂It cannot be removed by the cleaning by the etching action of the gas plasma plasma, but the deposit 26 remaining firmly attached to the inner peripheral surface of the chamber 1 is completely removed.
[0036]
Finally, nitrogen gas is supplied again into the chamber 1 to replace the argon gas plasma atmosphere with nitrogen gas, and the cleaning process is completed.
[0037]
Here, a portion of the chamber 1 between the film forming plasma antenna 9 and the cleaning plasma antenna 23 is heated at a predetermined temperature T by the heater 18 during the film forming process.₀Therefore, it is a high temperature part, and the deposit | attachment 26 does not adhere to this part. Incidentally, when the portion is not heated, the deposit 26 adheres to the low temperature portion during the film forming process, whereas the deposit on the portion is attached to the cleaning plasma gas formed by the cleaning plasma antenna 23. 26 cannot be removed by cleaning. Cl that is a film forming plasma during the film forming process, not the part where the film forming plasma antenna 9 is disposed.₂Since it is not the part facing the gas plasma 14, this Cl₂The gas plasma 14 is not heated so much and is not a portion where the cleaning plasma antenna 23 is disposed, and is not a portion facing the auxiliary gas plasma which is a cleaning plasma gas during the cleaning process. This is because it is a part where the action does not reach much.
[0038]
In the cleaning process as described above, Cl₂Treatment after removing the deposit 26 by the etching action of gas plasma, that is, Cl by hydrogen gas plasma after that₂These steps of reduction and physical cleaning with argon gas plasma are not necessarily required. Cl₂If cleaning by the etching action of the gas plasma is sufficient, the subsequent steps can be omitted. In the cleaning process, it is reasonable to intensively form plasma in the vicinity of the deposit 26. This is because by increasing the plasma density in the vicinity of the deposit 26, etching of the deposit 26 by plasma can be performed more quickly. Therefore, it is reasonable to use a power source 25 having a lower frequency than the power source 11. This is because the plasma for film formation is preferably distributed over a wide range as much as possible over the entire area of the copper plate member 7, whereas the plasma for cleaning is preferably distributed intensively in the vicinity of the deposit 26. Incidentally, the plasma is formed more concentrated in the vicinity of the plasma antenna as the current supplied to the plasma antenna becomes lower in frequency.
[0039]
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a schematic side view of a metal film manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the metal film manufacturing apparatus according to the present embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the plasma antenna and the configuration of related parts, but the same in many parts. It is the composition. Therefore, the same parts as those in FIG.
[0040]
As shown in FIG. 2, the chamber 31 is a cylindrical member made of metal (for example, aluminum), the upper surface is an opening, and the opening is an insulating member (for example, ceramic). It is blocked by a disk-shaped ceiling plate 37. The copper to-be-etched member 48 composed of the ring portion 49 and the projection portion 50 will be described in detail later with reference to FIG. 3. The protruding portion 50 is protruding from the inner peripheral surface side of the chamber 31 toward the center side. The film-forming plasma antenna 39 is formed in a spiral shape and disposed outside the ceiling plate 37, and forms an electric field by a current supplied from a power source 41 through a matching unit 40, and Cl which is a source gas supplied into the chamber 31 in the internal space on the etched member 48 side (upper part)₂Gas is turned into plasma and Cl₂A gas plasma 14 is formed. That is, the film forming plasma generating means is constituted by the film forming plasma antenna 39, the matching unit 40 and the power source 41.
[0041]
The cleaning plasma antenna 54 is for removing the deposits 26 adhering to the inner peripheral surface of the chamber 31, and is configured by winding it around the substrate 3 side of the chamber 31 in a coil shape in the axial direction. It is. The cleaning plasma antenna 54 forms an electric field by a current supplied from a power source 56 via a matching unit 55 and is a source gas supplied into the chamber 31, Cl.₂Gas and auxiliary gas, hydrogen gas and argon gas, are converted into plasma₂Gas plasma, hydrogen gas plasma and argon gas plasma are formed. That is, the cleaning plasma antenna 54, the matching unit 55, and the power source 56 constitute a cleaning plasma generating means. Here, since the chamber 31 is a conductive member, a portion around which the cleaning plasma antenna 54 is wound is formed by an insulating cylinder 53 which is an insulating member. Further, the deposit 26 mainly adheres to the inner peripheral surface of the insulating cylinder 53.
[0042]
Cl, which is a film forming plasma gas below the film forming plasma antenna 39 in the chamber 1₂A heater 32 for heating the peripheral surface of the chamber 1 is embedded in a portion where the gas plasma 14 is formed. The heater 32 is embedded in Cl formed during film formation.₂It is a portion between the portion facing the gas plasma 14 and the cleaning plasma antenna 54. This is because the temperature of the portion of the chamber 31 is heated to a predetermined temperature by the heater 32 prior to the film formation process.₂This is because a portion between the portion where the gas plasma 14 is formed and the cleaning plasma antenna 54 is a high temperature portion. That is, the heater 32 is for exhibiting the same function as that of the heater 18 shown in FIG. 1, and therefore it can also be suitably configured with an electric heater. Similarly, the temperature of the chamber 31 at this time can be detected by processing the output signal of the temperature sensor 33 embedded in the chamber 31 by the temperature detector 34. When the temperature detection unit 34 detects that the chamber 31 has reached a predetermined temperature, the energization to the heater 32 is stopped, and thereafter, the chamber 31 is controlled to be maintained at the predetermined temperature. Such control is performed via a control unit (not shown).
[0043]
As shown in detail in FIG. 3, a protruding portion 50 that extends to the vicinity of the central portion in the radial direction of the chamber 31 (see FIG. 2) has the same width on the inner peripheral side of the ring portion 49 of the member 48 to be etched. A plurality (12 in the illustrated example) are provided in the circumferential direction. The protrusion 50 is attached to the ring portion 49 integrally or detachably. Between the ceiling plate 37 (see FIG. 2) and the inside of the chamber 31, there is a notch 57 (space) formed between the protrusions 50. The ring portion 49 is grounded, and the plurality of protrusions 50 are electrically connected by the ring portion 49 and have the same potential.
[0044]
At the time of film formation in such a metal film manufacturing apparatus, first, similarly to the first embodiment, the chamber 31 is heated by energizing the heater 32 and causing the heater 32 to generate heat. When it is detected that the chamber 31 has reached a predetermined temperature by processing the output signal of the temperature sensor 33, the energization to the heater 32 is stopped there, and thereafter the chamber 31 is controlled to be maintained at the predetermined temperature. To do. Depending on the energization, Cl, which is a plasma gas for film formation,₂This Cl as well as the part corresponding to the gas plasma 14₂A portion between the gas plasma 14 and the cleaning plasma antenna 23 is also heated. In this respect, the same operation and effect as in the first embodiment are obtained.
[0045]
Thereafter, the current is supplied to the film-forming plasma antenna 39 during film formation, and the current is supplied only to the cleaning plasma antenna 54 during cleaning. This is basically the same as the case of the metal film manufacturing apparatus shown in FIG.
[0046]
However, the mode of forming the film-forming plasma in this embodiment is slightly different from that of the metal film manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and this will be described with reference to FIG. As shown in FIG.₂When the gas plasma 14 (see FIG. 2) is generated, the current direction A of the film-forming plasma antenna 39 is a direction crossing the protrusion 50. As a result, the induced current B is generated in the direction shown in FIG. Here, since the notched portion 57 (space) exists in the member to be etched 38, the induced current B flows in the same direction a as the current direction A of the film-forming plasma antenna 39 on the lower surface side of each protrusion 50. As a result, when the member to be etched 48 is viewed from the substrate 3 side, the film-forming plasma antenna is effectively provided even if the protrusion 50 as a conductor exists below the film-forming plasma antenna 39, that is, on the substrate 3 side. As a result, there is no current in a direction to cancel the current 39, and an alternating electric field can be formed by the film-forming plasma antenna 39 below the protrusion 50. In addition, the ring portion 49 is grounded, and the protrusion 50 is maintained at the same potential. As a result, even if the member to be etched 48, which is a conductor, is present, the electromagnetic wave from the film forming plasma antenna 39 surely enters the chamber 31, and the ClCl is formed below the member to be etched 48.₂The gas plasma 14 can be formed stably.
[0047]
Note that in this embodiment, it is also possible to eliminate plasma instability due to a difference in potential by controlling the supply of the source gas without connecting the protrusion 50 to the ring portion 49.
[0048]
At the time of cleaning, the cleaning plasma antenna 54 is energized, and the same process as in the first embodiment is performed, so that the deposit 26 can be cleaned in the same manner. At this time, it is a natural premise that a predetermined temperature condition between the deposit 26 and the surroundings is established. In addition, what is not the part facing the auxiliary gas plasma by the cleaning plasma antenna 54, but the portion near the end of the cleaning plasma antenna 54 on the side of the member 48 to be etched is not the part facing the auxiliary gas plasma by the cleaning plasma antenna 54? There is no inconvenience. This is because, as in the first embodiment, this portion is heated by the heater 32 during film formation to become a high temperature portion, and the deposit 26 does not adhere during film formation.
[0049]
<Third Embodiment>
In the first embodiment, the film-forming plasma generating means is constituted by the film-forming plasma antenna 9. However, the function of the film-forming plasma antenna 9 may be combined with the member 7 to be etched. Such a metal film manufacturing apparatus will be described in detail with reference to FIG. As shown in the figure, the metal film production apparatus according to the present embodiment is significantly different from the metal film production apparatus according to the first embodiment shown in FIG. It has many common components. Therefore, the same parts as those in FIG.
[0050]
In this embodiment, the high frequency power from the power source 11 is supplied to the copper plate member 7 which is the member to be etched through the matching unit 10.
[0051]
The mode of film formation in such a metal film manufacturing apparatus is different from that of the first embodiment only in that only the copper plate member 7 is energized instead of energizing only the film-forming plasma antenna 9 of the first embodiment. Film formation is performed in the same manner as the form. The cleaning is performed in the same manner as in the first embodiment.
[0052]
<Fourth embodiment>
In the first to third embodiments, the source gas is supplied into the chambers 1 and 31 and converted into plasma. However, the source gas plasma may be supplied directly into the chamber. Such a metal film manufacturing apparatus will be described in detail with reference to FIG. As shown in the figure, the metal film production apparatus according to the present embodiment is different from the metal film production apparatus according to the first or second embodiment shown in FIG. It has many common components, although it differs greatly in that it does not have. Therefore, the same parts as those in FIG. 1 or FIG.
[0053]
As shown in FIG. 6, the upper surface of a chamber 61 made of, for example, ceramics (made of an insulating material) formed in a cylindrical shape is an opening, and the opening is formed by a ceiling plate 80 made of, for example, ceramics (made of an insulating material). It is blocked. A metal (copper: Cu) member to be etched 68 is provided on the lower surface of the ceiling plate 80, and the member to be etched 68 has a conical shape. In addition, slit-like openings 69 are formed in four places (only two places are shown in the figure) around the upper part of the tubular portion of the chamber 61, and one end of the tubular passage 70 is formed in the opening 69. Each is fixed. A cylindrical excitation chamber 75 made of an insulator is provided in the middle of the passage 70, and a coiled plasma antenna 71 is provided around the excitation chamber 75. The plasma antenna 71 is connected to a matching unit 72 and a power source 73. Connected to supply power. The plasma antenna 71, the matching unit 72, and the power source 73 constitute plasma generating means.
[0054]
A flow rate controller 74 is connected to the other end side of the passage 70, and a raw material gas containing chlorine as halogen in the passage 70 via the flow rate controller 74 (He, Ar, etc., the chlorine concentration is ≦ 50%, preferably Is about 10% diluted Cl₂Gas). By making electromagnetic waves enter the inside of the excitation chamber 75 from the plasma antenna 71, Cl₂The gas is ionized and Cl₂Gas plasma (raw material gas plasma) 76 is generated. That is, the excitation means is configured to excite the source gas containing chlorine in the excitation chamber 75 isolated from the chamber 61. Cl₂Due to the generation of the gas plasma 76, excited chlorine is supplied from the opening 69 to the etched member 68 side (upper part) in the chamber 61, and the etched member 68 is Cl₂Etching is performed by the gas plasma 76.
[0055]
The cleaning plasma antenna 87 is for removing the deposits 26 adhering to the inner peripheral surface of the chamber 61, and is configured by winding it around the substrate 3 side of the chamber 61 in a coil shape in the axial direction. It is. The cleaning plasma antenna 87 forms an electric field by a current supplied from a power source 89 via a matching unit 88 and is a source gas supplied into the chamber 61, Cl.₂Gas and auxiliary gas, hydrogen gas and argon gas, are converted into plasma₂Gas plasma, hydrogen gas plasma and argon gas plasma are formed. That is, the cleaning plasma antenna 87, the matching unit 88, and the power source 89 constitute a cleaning plasma generating means.
[0056]
  From the vicinity of the opening 69 of the chamber 61, the cleaning plasma antenna 87 isOpening 69A heater 62 for heating the peripheral surface of the chamber 1 is embedded in a portion reaching the end portion on the side. The heater 62 performs the same function as that of the first and second embodiments, and can be suitably configured with an electric heater that heats the chamber 61 by energizing it to heat the chamber 61. Similarly, the temperature of the chamber 61 can be detected by processing the output signal of the temperature sensor 63 embedded in the chamber 61 by the temperature detector 64. When the temperature detection unit 64 detects that the chamber 61 has reached a predetermined temperature, the energization of the heater 62 is stopped, and thereafter, the chamber 61 is controlled to be maintained at the predetermined temperature.
[0057]
The mode at the time of film formation in such a metal film manufacturing apparatus is as follows. First, the chamber 61 is heated by energizing the heater 62 to cause the heater 62 to generate heat. When it is detected that the chamber 61 has reached a predetermined temperature by processing the output signal of the temperature sensor 63, the energization to the heater 62 is stopped there, and thereafter the chamber 61 is controlled to be maintained at the predetermined temperature. To do. Depending on the energization, Cl for film formation₂Not only a portion near the opening 69 to which the gas plasma 76 is supplied, but also a portion between this portion and the cleaning plasma antenna 87 is heated.
[0058]
Cl formed in the excitation chamber 75 in such a state₂The gas plasma 76 is introduced through the opening 69 into the chamber 61 in which the temperature conditions between the member to be etched 68 and the substrate 3 are adjusted as prescribed. As a result, the member to be etched 68 is etched as in the case of the metal film manufacturing apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and the Cu thin film 16 can be formed on the substrate 3.
[0059]
On the other hand, at the time of cleaning, the cleaning plasma antenna 87 is energized, and the same process as in the first embodiment is performed, whereby the deposit 26 can be cleaned in the same manner. At this time, it is a natural premise that a predetermined temperature condition between the deposit 26 and the surroundings is established.
[0060]
In each of the above embodiments, the source gas is Cl diluted with He, Ar, or the like.₂The gas was explained as an example, but Cl₂It is possible to use the gas alone or to apply HCl gas. When HCl gas is applied, HCl gas plasma is generated as the source gas plasma, but the precursor generated by etching the copper member to be etched is CuxCly. Therefore, the source gas may be any gas containing chlorine, and HCl gas and Cl₂It is also possible to use a mixed gas with the gas. Furthermore, in general, not only chlorine but any halogen gas can be used as the raw material gas of the present invention.
[0061]
The member to be etched is not limited to copper, and any metal that can make a high vapor pressure halide such as Ta, Ti, or W can be used similarly. In this case, the precursor is a chloride (halide) such as Ta, Ti, W, and the thin film generated on the surface of the substrate 3 is Ta, Ti, W, or the like.
[0062]
Further, the heaters 18, 32, and 62 are integrated with a portion that heats the portion of the chambers 1, 31, and 61 that faces the film-forming plasma atmosphere and an intermediate portion between this portion and the portion that faces the cleaning plasma atmosphere. However, it may be configured such that heaters corresponding to these portions are individually formed and controlled independently.
[0063]
In the cleaning method according to the present invention, the etching gas plasma may be applied to this portion in the state where the temperature of the deposit 26 is kept at the highest temperature. It can also be realized by directly supplying a cleaning plasma gas.
[0064]
【The invention's effect】
Specific description with the above embodimentStreet, chaThe source gas is supplied into the chamber to form source gas plasma, or the source gas plasma formed outside is supplied into the chamber to etch the member to be etched disposed in the chamber, and the metal obtained by this etching In the metal film manufacturing method in which a metal film is deposited on a substrate housed in a chamber, first, heat is supplied to the chamber by a heating means to heat the chamber to a predetermined temperature, and thereafter, formation by a source gas plasma is performed. Perform membrane treatmentin case of,
  The temperature of the inner peripheral surface of the chamber can be quickly raised to a predetermined temperature, and the film forming process can be performed while the plasma in the chamber is stable. As a result, a metal film having a uniform and good film quality can be formed quickly and easily.
[0065]
  Also,The source gas is supplied into the chamber to form source gas plasma, or the source gas plasma formed outside is supplied into the chamber to etch the member to be etched and the metal obtained by this etching. In the metal film manufacturing method of depositing a metal film as a metal film on a substrate accommodated in the chamber, first, heat is supplied to the chamber by a heating means to heat the chamber to a predetermined temperature, and then the halogen is placed in the chamber. A material to be etched is formed of a metal that forms a source gas plasma by supplying a source gas containing nitrogen or a source gas plasma containing a halogen to form a high vapor pressure halide disposed in the chamber The temperature of the member to be etched and the substrate is controlled to a predetermined temperature and temperature difference. Accordingly, the raw material gas plasma to form a precursor of a metal component and a source gas of the etched member is etched, the metal component of the precursor is precipitated on the substrate performs a predetermined deposition in the chamberin case of,
  The temperature of the inner peripheral surface of the chamber can be quickly raised to a predetermined temperature, and the film forming process can be performed while the plasma in the chamber is stable. As a result, even when a predetermined film is formed by controlling the temperature of the member to be etched and the substrate to a predetermined temperature and temperature difference, a uniform and good quality metal film can be formed quickly and easily. Can do.
[0066]
  Also,The source gas is supplied into the chamber to form source gas plasma, or the source gas plasma formed outside is supplied into the chamber to etch the member to be etched and the metal obtained by this etching. In a metal film manufacturing apparatus that deposits a metal film as a metal film on a substrate housed in the chamber, and includes a heating means for heating the inner peripheral surface of the chamber, and a temperature sensor for detecting the temperature of the chamber. The chamber is heated via the heating means so as to heat and maintain the temperature of the chamber detected at the predetermined temperature.in case of,
  The temperature of the inner peripheral surface of the chamber can be quickly raised to a predetermined temperature, and the film forming process can be performed while the plasma in the chamber is stable. As a result, a metal film having a uniform and good film quality can be formed quickly and easily.
[0067]
  The invention described in [Claim 1]A member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide is disposed in a chamber that accommodates the substrate therein, and the temperature of the member to be etched and the substrate is set to a predetermined temperature and a temperature difference by temperature control means. By controlling, the member to be etched is etched with a source gas plasma containing halogen in the chamber to form a precursor of a metal component and a source gas, and the metal component of the precursor is deposited on the substrate. The apparatus is configured to perform predetermined film formation, and has a heating unit that heats the inner peripheral surface of the chamber and a temperature sensor that detects the temperature of the chamber, and the temperature of the chamber detected by the temperature sensor is predetermined. The chamber is heated via the heating means so as to be heated and maintained at a temperature ofIn the metal film manufacturing apparatus,
  The film forming plasma generating means for forming the source gas plasma from the source gas supplied into the chamber at the time of film formation has an opening at the top of the chamber so as to form the source gas plasma in the space to be etched in the chamber. While having a plasma antenna for film formation arranged in a spiral shape outside the ceiling plate made of an insulating member to be sealed,
  The member to be etched is divided into a plurality of portions in the circumferential direction below the ceiling plate and in the upper part of the chamber, and each divided portion protrudes from the inner peripheral surface side to the center side of the chamber. Formed with the metal of the chemicalSo
  The temperature of the inner peripheral surface of the chamber can be quickly raised to a predetermined temperature, and the film forming process can be performed while the plasma in the chamber is stable. As a result, even when a predetermined film is formed by controlling the temperature of the member to be etched and the substrate to a predetermined temperature and temperature difference, a uniform and good quality metal film can be formed quickly and easily. Can do.
  Furthermore, the operation and effect can be obtained with a so-called TCP-type metal film manufacturing apparatus.
[0068]
  The invention described in [Claim 2]A member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide is disposed in a chamber that accommodates the substrate therein, and the temperature of the member to be etched and the substrate is set to a predetermined temperature and a temperature difference by temperature control means. By controlling, the member to be etched is etched with a source gas plasma containing halogen in the chamber to form a precursor of a metal component and a source gas, and the metal component of the precursor is deposited on the substrate. While configured to perform a predetermined film formation,
  The heating means for heating the inner peripheral surface of the chamber and a temperature sensor for detecting the temperature of the chamber. The heating means is used to heat and hold the temperature of the chamber detected by the temperature sensor at a predetermined temperature. Further, the chamber is heated through the substrate, and the portion in the vicinity of the substrate in the chamber where the metal adhering to the inner peripheral surface of the chamber in the vicinity of the substrate, which is a low temperature portion at the time of film formation, and the deposit made of the halide face the surface. In this space, an auxiliary gas plasma for cleaning is formed to remove the deposits.In the metal film manufacturing apparatus,
  The film forming plasma generating means for forming the source gas plasma from the source gas supplied into the chamber at the time of film formation has an opening at the top of the chamber so as to form the source gas plasma in the space to be etched in the chamber. While having a plasma antenna for film formation arranged in a spiral shape outside the ceiling plate made of an insulating member to be sealed,
  The member to be etched is divided into a plurality of portions in the circumferential direction below the ceiling plate and in the upper part of the chamber, and each divided portion protrudes from the inner peripheral surface side to the center side of the chamber. Formed with the metal of the chemicalSo
  Invention described in [Claim 1]In addition to the above actions and effects, the deposits can be removed well by cleaning.
  Furthermore, the operation and effect can be obtained with a so-called TCP-type metal film manufacturing apparatus.
[0069]
  Also,Heating meansTheThe inner circumference of the chamber facing the space between the space to be etched in the chamber where the source gas plasma for film formation can exist and the space on the substrate side in the chamber where auxiliary gas plasma for cleaning can exist The surface can also be heatedin case of,
  The chamber portion facing the space between the space to be etched in the chamber and the space on the substrate side in the chamber where the auxiliary gas plasma for cleaning can exist is heated to a predetermined temperature by the heating means during the film forming process. The deposit is not attached to this portion. By the way, when the portion is not heated, the deposit becomes a low temperature portion during the film forming process and the deposit adheres thereto, whereas the deposit in the portion cannot be removed by cleaning with the cleaning plasma gas.
[0070]
  Also,Deposition plasma generating means for forming source gas plasma from source gas supplied into the chamber during film formationBut,A coil-shaped film-forming plasma antenna is wound around the etched member side of the chamber around the axial direction so as to form source gas plasma in the space of the etched member side in the chamber.in case of,
  With so-called ICP type metal film production equipmentthe aboveGet the same actions and effects as the inventionbe able to.
[0072]
  Also,Deposition plasma generating means for forming source gas plasma from source gas supplied into the chamber during film formationTheConsists of members to be etched configured to supply powerin case of,
  A metal film production apparatus in which the member to be etched is also used as a plasma generating means for film formation.the aboveGet the same actions and effects as the inventionbe able to.
[0073]
  Also,Source gas plasmaTheIt is formed outside the chamber, and this source gas plasma is supplied into the chamber to etch the member to be etched.in case of,
  In so-called remote plasma supply type metal film production equipmentthe aboveGet the same actions and effects as the inventionbe able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing a metal film manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing a metal film manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view taken in the direction of arrows II in FIG. 2;
4 is a view taken along the line II-II in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic side view showing a metal film manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic side view showing a metal film manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the temperature characteristics of the chamber of the metal film manufacturing apparatus, where the solid line is for the prior art and the one-dot chain line is for the metal film manufacturing apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 chamber
3 Substrate
6 Temperature control means
7 Copper plate member
9 Plasma antenna for film formation
12 nozzles
14 Cl₂Gas plasma
15 Precursor
16 Cu thin film
18 Heater
19 Temperature sensor
20 Temperature detector
21 nozzles
26 Deposits
27a Plasma antenna for film formation
27b Plasma antenna for cleaning
28a Plasma antenna for film formation
28b Plasma antenna for cleaning
29 Shield material
31 chambers
32 Heater
33 Temperature sensor
34 Temperature detector
37 Ceiling
39 Plasma antenna for film formation
48 Member to be etched
49 Ring part
50 Protrusion
54 Plasma antenna for cleaning
61 chamber
62 Heater
63 Temperature sensor
64 Temperature detector
75 Excitation room
76 Cl₂Gas plasma
87 Plasma antenna for cleaning

Claims

A member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide is disposed in a chamber that accommodates the substrate therein, and the temperature of the member to be etched and the substrate is set to a predetermined temperature and a temperature difference by temperature control means. By controlling, the member to be etched is etched with a source gas plasma containing halogen in the chamber to form a precursor of a metal component and a source gas, and the metal component of the precursor is deposited on the substrate. While configured to perform a predetermined film formation,
The heating means for heating the inner peripheral surface of the chamber and a temperature sensor for detecting the temperature of the chamber. The heating means is used to heat and hold the temperature of the chamber detected by the temperature sensor at a predetermined temperature. In the metal film manufacturing apparatus configured to heat the chamber via
The film forming plasma generating means for forming the source gas plasma from the source gas supplied into the chamber at the time of film formation has an opening at the top of the chamber so as to form the source gas plasma in the space to be etched in the chamber. While having a plasma antenna for film formation arranged in a spiral shape outside the ceiling plate made of an insulating member to be sealed,
The member to be etched is divided into a plurality of portions in the circumferential direction below the ceiling plate and in the upper part of the chamber, and each divided portion protrudes from the inner peripheral surface side to the center side of the chamber. An apparatus for producing a metal film, characterized in that the apparatus is made of a compound metal.

A member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide is disposed in a chamber that accommodates the substrate therein, and the temperature of the member to be etched and the substrate is set to a predetermined temperature and a temperature difference by temperature control means. By controlling, the member to be etched is etched with a source gas plasma containing halogen in the chamber to form a precursor of a metal component and a source gas, and the metal component of the precursor is deposited on the substrate. While configured to perform a predetermined film formation,
The heating means for heating the inner peripheral surface of the chamber and a temperature sensor for detecting the temperature of the chamber. The heating means is used to heat and hold the temperature of the chamber detected by the temperature sensor at a predetermined temperature. Further, the chamber is heated through the substrate, and the portion in the vicinity of the substrate in the chamber where the metal adhering to the inner peripheral surface of the chamber in the vicinity of the substrate, which is a low temperature portion at the time of film formation, and the deposit made of the halide face the surface. In the metal film manufacturing apparatus configured to form the auxiliary gas plasma for cleaning in the space to remove the deposits ,
The film forming plasma generating means for forming the source gas plasma from the source gas supplied into the chamber at the time of film formation has an opening at the top of the chamber so as to form the source gas plasma in the space to be etched in the chamber. While having a plasma antenna for film formation arranged in a spiral shape outside the ceiling plate made of an insulating member to be sealed,
The member to be etched is divided into a plurality of portions in the circumferential direction below the ceiling plate and in the upper part of the chamber, and each divided portion protrudes from the inner peripheral surface side to the center side of the chamber. An apparatus for producing a metal film, characterized in that the apparatus is made of a compound metal.