JP2005161185A - Metal film forming method and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板やFPD用ガラス基板などの塗布対象物の表面に金属膜を形成する方法及びその装置に関し、詳しくは、粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子が溶解した溶液をスプレーノズルから上記塗布対象物に向けて噴射することによって、該塗布対象物の表面の微細部分にも金属膜を形成可能とする金属膜形成方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for forming a metal film on the surface of an object to be coated such as a semiconductor substrate or a glass substrate for FPD, and more specifically, a solution in which metal fine particles having a particle surface covered with an antioxidant film are dissolved. The present invention relates to a metal film forming method and apparatus capable of forming a metal film on a fine portion of the surface of a coating object by spraying from a spray nozzle toward the coating object.
従来の半導体装置の配線には、アルミニウムの金属膜が使用されていた。アルミニウムは、スパッタリングや真空蒸着などの真空成膜装置を使用して容易に薄膜を形成できること、また、反応性ガスを使用したドライエッチング等により微細な配線パターンが精度良く形成できることから、配線用の金属膜として一般に使用されていた。 An aluminum metal film has been used for wiring of a conventional semiconductor device. Aluminum can be easily formed into a thin film by using a vacuum film forming apparatus such as sputtering or vacuum deposition, and a fine wiring pattern can be formed with high precision by dry etching using a reactive gas. It was generally used as a metal film.
しかし、近年の加工技術の高度化に伴って、半導体装置の高集積化及び高速化に対する要求がより高くなっているが、アルミニウムを配線用材料として用いた場合には、その導電率が低いために配線の微細化に伴って電気抵抗が増加し、発熱や信号遅延の発生、さらにはエレクトロマイグレーションによる断線などの不具合が発生するという問題点があった。そこで、最近では、アルミニウムに替わる配線用材料として、銅などの導電率の高い材料が検討され始めている。そして、銅を用いた薄膜形成は、一般に電解液中における電解液めっき法により行われていた(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、このような従来の電解液めっきによる銅の薄膜形成方法においては、図8に示すように、多層配線における半導体のゲート等の下層配線1と上層配線2とを接続するコンタクトホール3内に銅4を埋め込みするのが困難であった。特に、高集積化された多層配線の場合には、上記コンタクトホール3の幅が小さくなるので、めっき工程において電解液がコンタクトホール3内に浸入し難くなる。この場合、図8に示すように、コンタクトホール3内の空気が抜けずに気泡5として残ることがあったので、銅4のめっき膜がコンタクトホール3の途中で途切れてしまい、下層配線1と上層配線2との接続ができなくなることがあった。また、コンタクトホール3内に電解液が浸入できた場合でも、銅4のめっき膜はコンタクトホール3の内壁面から成長するため、図9に示すように、コンタクトホール3内に埋め込まれた銅4の配線の中心部に欠損部6を生じる場合があった。この場合、この欠損部6内に、例えば硫酸銅等の電解液が閉じ込められて残留するので、この残留した電解液により銅4が腐食し、配線が断線するという不具合が発生することがあった。
However, in such a conventional method for forming a copper thin film by electrolytic plating, as shown in FIG. 8, in a
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子が溶解した溶液をスプレーノズルから塗布対象物に向けて噴射することによって、塗布対象物の表面の微細部分にも金属膜を形成可能とする金属膜形成方法及びその装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention addresses such problems and sprays a solution in which metal fine particles whose particle surfaces are covered with an anti-oxidation film are dissolved from a spray nozzle toward the application object, thereby providing a coating object. An object of the present invention is to provide a metal film forming method and apparatus capable of forming a metal film on a fine portion of the surface.
上記目的を達成するために、本発明による金属膜形成方法は、粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子が溶解した溶液を溶液チャンバ内に収容しておき、上記溶液チャンバ内の溶液をスプレーノズルから塗布対象物に向けて噴射し、上記スプレーノズルと塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面に上記金属微粒子の溶液を塗布して薄膜を形成するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the metal film forming method according to the present invention stores a solution in which fine metal particles whose particle surfaces are covered with an antioxidant film is dissolved in a solution chamber, and the solution in the solution chamber is stored in the solution chamber. By spraying the spray nozzle from the spray nozzle toward the application object, and moving the spray nozzle and the application object in a two-dimensional direction relatively, the metal fine particle solution is applied to the surface of the application object to form a thin film. Is formed.
このような方法の実施により、溶液チャンバ内の金属微粒子の溶液をスプレーノズルから塗布対象物に向けて噴射し、上記スプレーノズルと塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面の微細部分にも金属微粒子の溶液が塗布されて薄膜が形成される。 By carrying out such a method, the metal fine particle solution in the solution chamber is sprayed from the spray nozzle toward the application object, and the spray nozzle and the application object are relatively moved in a two-dimensional direction, A thin metal film is formed by applying a solution of metal fine particles to a fine portion of the surface of the object to be coated.
また、上記スプレーノズルから塗布対象物への溶液の噴射は、常圧雰囲気中で行うものである。これにより、真空成膜装置を使用せずに上記塗布対象物の表面に金属微粒子の薄膜が形成される。 Further, the spray of the solution from the spray nozzle onto the object to be applied is performed in a normal pressure atmosphere. Thereby, a thin film of metal fine particles is formed on the surface of the coating object without using a vacuum film forming apparatus.
さらに、上記塗布対象物を所定温度に加熱して、該塗布対象物の表面に塗布された金属微粒子を融合するようにしてもよい。これにより、上記塗布対象物の表面に塗布された金属微粒子が融合し、緻密な金属膜が形成される。 Further, the coating object may be heated to a predetermined temperature to fuse the metal fine particles applied to the surface of the coating object. Thereby, the metal microparticles | fine-particles apply | coated to the surface of the said application | coating target fuse | melt, and a precise | minute metal film is formed.
また、本発明による金属膜形成装置は、粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子が溶解した溶液を内部に収容する溶液チャンバと、この溶液チャンバにパイプで接続されて内部の溶液を塗布対象物に向けて噴射するスプレーノズルと、このスプレーノズルの下方に配置され上面に塗布対象物を載置するステージと、を備え、上記スプレーノズルと上記ステージ上に載置された塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面に上記金属微粒子の溶液を塗布して薄膜を形成するものである。 The metal film forming apparatus according to the present invention also includes a solution chamber for storing therein a solution in which metal fine particles whose particle surfaces are covered with an anti-oxidation film are dissolved, and a solution connected to the solution chamber by a pipe. A spray nozzle that sprays toward the object; and a stage that is disposed below the spray nozzle and places an application object on an upper surface thereof, the spray nozzle and an application object placed on the stage; Is moved in a two-dimensional direction relatively to apply a solution of the metal fine particles to the surface of the coating object to form a thin film.
このような構成により、溶液チャンバの内部に粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子が溶解した溶液を収容し、この溶液チャンバにパイプで接続されたスプレーノズルにより内部の溶液を塗布対象物に向けて噴射し、このスプレーノズルの下方に配置されたステージの載置面に塗布対象物を載置し、上記スプレーノズルと上記ステージ上に載置された塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面の微細部分にも上記金属微粒子の溶液が塗布されて薄膜が形成される。 With such a configuration, a solution in which fine metal particles whose particle surfaces are covered with an anti-oxidation film is stored inside the solution chamber, and the solution inside is applied by a spray nozzle connected to the solution chamber by a pipe. The spray target is placed on a mounting surface of a stage disposed below the spray nozzle, and the spray nozzle and the coating target placed on the stage are relatively separated from each other. By moving in the dimensional direction, the metal fine particle solution is also applied to the fine portions of the surface of the application object, thereby forming a thin film.
ここで、上記ステージは、その上面に載置された塗布対象物を所定温度に加熱する加熱手段を備えている。これにより、上記ステージの加熱手段によって、載置面に載置された塗布対象物が所定温度に加熱される。 Here, the stage includes a heating unit that heats the application object placed on the upper surface thereof to a predetermined temperature. Thereby, the application | coating target object mounted on the mounting surface is heated to predetermined temperature by the heating means of the said stage.
そして、上記塗布対象物を載置したステージを固定しておき、上記スプレーノズルを二次元方向に移動するようにしてもよい。或いは、上記スプレーノズルを固定しておき、上記塗布対象物を載置したステージを二次元方向に移動するようにしてもよい。これにより、上記スプレーノズルとステージ上に載置された塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動させて、該塗布対象物の表面の全面にわたって上記金属微粒子の溶液が塗布されて薄膜が形成される。 The stage on which the application object is placed may be fixed, and the spray nozzle may be moved in a two-dimensional direction. Alternatively, the spray nozzle may be fixed and the stage on which the application target is placed may be moved in a two-dimensional direction. As a result, the spray nozzle and the application object placed on the stage are relatively moved in a two-dimensional direction, and the metal fine particle solution is applied over the entire surface of the application object to form a thin film. It is formed.
請求項1に係る金属膜形成方法によれば、溶液チャンバ内の金属微粒子の溶液をスプレーノズルから塗布対象物に向けて噴射し、上記スプレーノズルと塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面に金属微粒子の溶液を塗布して薄膜を形成することができる。したがって、塗布対象物の表面の微細部分にも金属膜を形成することができる。また、電解液を使わずに、塗布対象物の表面に金属膜を形成できるので、成膜時に腐食することもない。 According to the metal film forming method of the first aspect, the solution of the metal fine particles in the solution chamber is sprayed from the spray nozzle toward the application object, and the spray nozzle and the application object are relatively two-dimensionally aligned. By moving, a thin metal film can be formed by applying a solution of metal fine particles to the surface of the object to be coated. Therefore, a metal film can be formed also on a fine portion of the surface of the application target. In addition, since a metal film can be formed on the surface of the object to be coated without using an electrolytic solution, it does not corrode during film formation.
また、請求項2に係る発明によれば、上記スプレーノズルから塗布対象物への溶液の噴射は、常圧雰囲気中で行われることにより、真空成膜装置を使用せずに塗布対象物の表面に金属微粒子の薄膜を形成することができる。
According to the invention of
さらに、請求項3に係る発明によれば、上記塗布対象物を所定温度に加熱して、該塗布対象物の表面に塗布された金属微粒子を融合することにより、緻密な金属膜を形成することができる。このとき、上記金属微粒子は、該金属の融点より低い温度で融合するので、塗布対象物の表面に形成された金属膜を低温で焼成することができる。
Further, according to the invention according to
また、請求項4に係る金属膜形成装置によれば、溶液チャンバの内部に収容された粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子の溶液をスプレーノズルから塗布対象物に向けて噴射し、このスプレーノズルの下方に配置されたステージの上面に塗布対象物を載置し、上記スプレーノズルと上記ステージ上に載置された塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面に上記金属微粒子の溶液を塗布して薄膜を形成することができる。したがって、塗布対象物の表面の微細部分にも金属膜を形成することができる。また、電解液を使わずに、塗布対象物の表面に金属膜を形成できるので、成膜時に腐食することもない。 Further, according to the metal film forming apparatus according to claim 4, a solution of metal fine particles in which the particle surface accommodated in the solution chamber is covered with the antioxidant film is sprayed from the spray nozzle toward the application object, By placing an application object on the upper surface of the stage disposed below the spray nozzle, and relatively moving the spray nozzle and the application object placed on the stage in a two-dimensional direction, A thin film can be formed by applying the metal fine particle solution onto the surface of the object to be coated. Therefore, a metal film can be formed also on a fine portion of the surface of the application target. In addition, since a metal film can be formed on the surface of the object to be coated without using an electrolytic solution, it does not corrode during film formation.
ここで、請求項5に係る発明によれば、上記ステージに備えられた加熱手段によって、塗布対象物を所定温度に加熱することができる。したがって、上記塗布対象物を加熱して該塗布対象物の表面に塗布された金属微粒子を融合し、緻密な金属膜を形成することができる。このとき、上記金属微粒子は、該金属の融点より低い温度で融合するので、塗布対象物の表面に形成された金属膜を低温で焼成することができる。 Here, according to the invention which concerns on Claim 5, a coating target object can be heated to predetermined temperature with the heating means with which the said stage was equipped. Therefore, it is possible to form a dense metal film by heating the application object and fusing the metal fine particles applied to the surface of the application object. At this time, since the metal fine particles are fused at a temperature lower than the melting point of the metal, the metal film formed on the surface of the object to be coated can be fired at a low temperature.
そして、請求項6又は請求項7に係る発明によれば、上記塗布対象物を載置したステージを固定しておき、上記スプレーノズルを二次元方向に移動し、或いは、上記スプレーノズルを固定しておき、上記塗布対象物を載置したステージを二次元方向に移動するようにしたことにより、上記スプレーノズルとステージ上に載置された塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動させて、該塗布対象物の表面の全面にわたって上記金属微粒子の溶液を塗布して薄膜を形成することができる。 And according to the invention concerning Claim 6 or Claim 7, the stage which mounted the said application target object is fixed, the said spray nozzle is moved to a two-dimensional direction, or the said spray nozzle is fixed. By moving the stage on which the application object is placed in a two-dimensional direction, the spray nozzle and the application object placed on the stage are relatively moved in a two-dimensional direction. Thus, a thin film can be formed by applying the metal fine particle solution over the entire surface of the object to be coated.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明による金属膜形成方法及び金属膜形成装置の実施形態を示す構成概要図である。そして、金属膜形成装置は、本発明に係る金属膜形成方法の実施に直接使用するものである。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a metal film forming method and a metal film forming apparatus according to the present invention. The metal film forming apparatus is directly used for carrying out the metal film forming method according to the present invention.
まず、本発明による金属膜形成方法は、図1において、溶液チャンバ10内に粒子表面が酸化防止膜で覆われた金属微粒子が溶解した溶液11を収容しておき、上記溶液チャンバ10内の溶液11をスプレーノズル12から塗布対象物となるウェハ13に向けて噴射し、上記スプレーノズル12とステージ14上に載置されたウェハ13とを相対的に二次元方向に移動することにより、ウェハ13の表面に上記金属微粒子の溶液11を塗布して薄膜を形成するものである。
First, in the metal film forming method according to the present invention, in FIG. 1, a solution 11 in which metal particles whose particle surfaces are covered with an antioxidant film is dissolved in a solution chamber 10, and the solution in the solution chamber 10 is stored. 11 is sprayed from the
すなわち、上記溶液チャンバ10内には、図2に示す粒子表面が酸化防止膜15で覆われた金属微粒子16を揮発性の溶剤中で均一に溶解した溶液11が収容されている。この金属微粒子16は、例えば銅や金、銀などの導電率の高い金属をナノサイズにまで小さくしたナノパーティクルと呼ばれるもので、その平均粒径dが数10nm程度の大きさとされている。この金属微粒子16は、揮発性の溶剤中で安定に分散し、常温・常圧雰囲気中での耐酸化性もよく、またペースト時の分散性もよいので、図3に示すウェハ13の表面に配線用の金属薄膜を形成する材料としての性質に優れている。また、拡大部分Pに示されるように、ウェハ13の表面に形成された線幅wが1μm程度の配線用の溝13a内にも上記金属微粒子16を均一に埋め込むことができる。なお、上記金属微粒子16の材質は、銅や金、銀に限られず、用途に応じてアルミニウム、ニッケル、クロムでもよい。
That is, the solution chamber 10 contains a solution 11 in which the metal
そして、図1に示す溶液チャンバ10の底面に溶液供給パイプ17で接続されたスプレーノズル12から、上記金属微粒子16の溶液11を吸引すると共に該溶液11をウェハ13に向けて噴射する。ここで、上記スプレーノズル12からウェハ13への溶液11の噴射は、常温・常圧雰囲気中で行われ、スパッタリングや真空蒸着などの真空成膜装置を使用なくても、ウェハ13の表面に容易に薄膜が形成される。この状態で、上記スプレーノズル12とステージ14の載置面14a上に載置されたウェハ13とを相対的にX,Yの二次元方向に移動する。すなわち、図4に示すように、例えばウェハ13を載置したステージ14を固定しておき、スプレーノズル12を図1の紙面に平行な面内でX,X′方向に移動すると共に、図1の紙面に直交する面内でY,Y′方向(図示省略)に移動すればよい。なお、これとは逆に、上記スプレーノズル12を固定しておき、ウェハ13を載置したステージ14をX,Yの二次元方向に移動してもよい。
Then, from the
これにより、スプレーノズル12から噴射された金属微粒子16の溶液11は、ウェハ13の表面の全体に吹き付けられて塗布されるので、該ウェハ13の表面全体には、図5(a)に示すように、酸化防止膜15で覆われた金属微粒子16でできた薄膜が形成される。このとき、図3の拡大部分Pに示すウェハ13表面上の配線用の溝13a内にも、金属微粒子16の薄膜が形成される。
As a result, the solution 11 of the metal
そして、このようなスプレーノズル12からウェハ13への溶液11の塗布は、図1に示すステージ14の載置面14a側に設けられたヒータ18で、ウェハ13を所定温度に加熱しながら行う。このウェハ13の表面に塗布された金属微粒子16は、粒径dがナノサイズにまで小さくされているので、該金属の融点より低い温度で融合する。例えば、銅のナノパーティクルの場合は、銅の融点より低い温度である150℃程度で融合するようになる。したがって、ウェハ13を例えば200℃程度に加熱しながら、スプレーノズル12による溶液11の塗布を行うと、図5(b)に示すように、酸化防止膜15が燃焼して消滅し、金属微粒子16同士が融合した状態となる。これにより、ウェハ13の表面の微細部分にも銅の薄膜16′を焼成することができる。また、電解液を使わずに、ウェハ13の表面の全体に銅の薄膜16′を形成できるので、成膜時に該薄膜が腐食することもない。
The application of the solution 11 from the
次に、本発明による金属膜形成装置について説明する。この金属膜形成装置は、例えば半導体基板やFPD用ガラス基板などの塗布対象物の表面に金属膜を形成するもので、図1に示すように、溶液チャンバ10と、スプレーノズル12と、ステージ14とを備えて成る。
Next, a metal film forming apparatus according to the present invention will be described. This metal film forming apparatus forms a metal film on the surface of an object to be coated such as a semiconductor substrate or a glass substrate for FPD, for example. As shown in FIG. 1, a solution chamber 10, a
上記溶液チャンバ10は、粒子表面が酸化防止膜15で覆われた金属微粒子16が揮発性の溶剤内に均一に溶解した溶液11を内部に収容しておくもので、所定の大きさの容器状に形成され、上面に蓋をして密閉可能とされている。そして、溶液チャンバ10内には負圧空間となる内部空間Sが形成されるようになっている。なお、溶液チャンバ10の上面には、該溶液チャンバ10の内部に上記溶液11を供給するためのパイプライン19が接続されている。また、符号V1は上記パイプライン19の途中に設けられた開閉バルブを示している。
The solution chamber 10 contains therein a solution 11 in which metal
上記溶液チャンバ10の例えば底面には溶液供給パイプ17が接続され、この溶液供給パイプ17の先端にスプレーノズル12が接続されている。なお、上記溶液供給パイプ17の途中には、スプレーノズル12への供給路を開閉する開閉バルブV2が設けられている。上記スプレーノズル12は、外部からの高圧気体の送気により内部に発生する負圧を利用して上記溶液チャンバ10からの溶液11を負圧吸引して該溶液11を噴射するもので、該スプレーノズル12の側面部に上記溶液供給パイプ17の先端が接続されている。また、このスプレーノズル12の軸心部には高圧気体供給パイプ20が接続されており、該高圧気体供給パイプ20の後端に設けられたコンプレッサ21から、上記スプレーノズル12の軸芯部に高圧気体を供給して内部に負圧を発生するようになっている。
A
図6及び図7は、上記スプレーノズル12の具体的な構造の一例を示す断面図である。図6は上記溶液供給パイプ17が接続される面を含む縦断面図であり、図7は図6の断面と直交する縦断面図である。図6において、スプレーノズル12の側面部には溶液送入口24が形成され、この溶液送入口24に上記溶液供給パイプ17の先端が接続される。また、スプレーノズル12の軸心部の後端には高圧気体送入口25が形成され、この高圧気体送入口25に上記高圧気体供給パイプ20の先端が接続される。
6 and 7 are sectional views showing an example of a specific structure of the
この状態で、図1に示すコンプレッサ21の運転により高圧気体供給パイプ20を介して送られた高圧気体は、図6に示す高圧気体送入口25からスプレーノズル12内の軸心部に流入し、小口径の一次気体噴出口26を通って高速噴射し、内部混合室27に入る。このとき、図1に示す溶液供給パイプ17が接続された溶液送入口24の位置にベンチュリ管の原理により負圧を生じ、上記溶液供給パイプ17からの溶液11を内部混合室27内に吸引する。上記一次気体噴出口26から噴出する高速気体は、溶液送入口24より吸引する溶液11を破砕し、広くなった内部混合室27の中で溶液11と混合され、流速を落としてノズル先端の噴出口28から噴射される。
In this state, the high-pressure gas sent through the high-pressure
一方、図7に示すように、上記高圧気体送入口25からスプレーノズル12内に流入した高圧気体は、スプレーノズル12内の軸心部の外側に形成された二次気体通路29を通って、スプレーノズル12の先端部にスパイラル状に形成された二次気体噴出溝30に至り、高速な旋回流となって噴射される。このとき、上記噴出口28から噴射される溶液11を二次混合しながら破砕微粒化して前方に噴射する。なお、図6及び図7では、旋回流を発生して噴射するスプレーノズル12の例を示したが、本発明はこれに限られず、旋回流を発生しない通常のノズルであってもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the high-pressure gas that has flowed into the
また、図1に示す溶液チャンバ10の例えば上面には、開閉バルブV3を介して正圧供給手段22が接続されている。この正圧供給手段22は、上記溶液チャンバ10内に形成された負圧空間となる内部空間Sに対し任意圧力の正圧ガスを供給するもので、基端部に1〜2気圧の不活性ガス、例えば窒素ガス(N2)を供給する窒素ガスボンベなどが接続されたパイプラインから成る。そして、上記正圧供給手段22と溶液チャンバ10との間には、圧力コントローラ23が設けられている。この圧力コントローラ23は、溶液チャンバ10に供給する正圧ガスの圧力を調整する圧力制御手段となるもので、上記窒素ガスボンベから供給される窒素ガスの圧力を制御するようになっている。なお、上記正圧供給手段22としてのパイプラインの途中には、溶液チャンバ10への正圧供給路を開閉する開閉バルブV3が設けられている。そして、上記正圧供給手段22により溶液チャンバ10の正圧ガスを供給し、圧力コントローラ23により正圧ガスの圧力を調整することによって、上記スプレーノズル12への溶液の供給流量を制御するようになっている。
Further, a positive pressure supply means 22 is connected to, for example, the upper surface of the solution chamber 10 shown in FIG. 1 via an open / close valve V 3 . The positive pressure supply means 22 supplies a positive pressure gas of an arbitrary pressure to the internal space S which is a negative pressure space formed in the solution chamber 10, and has an inertness of 1 to 2 atmospheres at the base end. It consists of a pipeline connected to a gas cylinder such as a nitrogen gas cylinder for supplying nitrogen gas (N 2 ). A
また、上記スプレーノズル12から溶液11が噴射される方向、例えばノズル先端の噴出口28の下方に、ステージ14が設けられている。このステージ14は、載置面14aに塗布対象物となるウェハ13を載置するもので、該載置面14aに載置されたウェハ13を所定温度に加熱する加熱手段としてのヒータ18を備えている。
A
次に、このように構成された金属膜形成装置の動作について説明する。まず、図1において、溶液チャンバ10の底面に接続された溶液供給パイプ17の途中の開閉バルブV2を閉じる。次に、パイプライン19の途中の開閉バルブV1を開いて溶液チャンバ10の内部に溶液11を所定量だけ供給する。その後、上記開閉バルブV1を閉じると共に、正圧供給手段22の途中の開閉バルブV3を閉じて、上記溶液チャンバ10内を密閉状態とする。
Next, the operation of the metal film forming apparatus configured as described above will be described. First, in FIG. 1, the open / close valve V 2 in the middle of the
この状態で、図1に示すコンプレッサ21から高圧気体供給パイプ20を介してスプレーノズル12へ高圧気体を送る。すると、前述のように、スプレーノズル12内の溶液送入口24の位置に負圧(例えば0.1〜0.4気圧)が発生して溶液供給パイプ17からの溶液11を吸引し、スプレーノズル12の噴出口28(図6,7参照)から溶液11を噴射する。このとき、溶液チャンバ10の内部空間Sは上述のように負圧とされているので、スプレーノズル12内に発生する負圧(P1)と、上記内部空間Sの負圧(P2)とが等しくなるように調整する。ここで、開閉バルブV2よりも下流側の溶液供給パイプ17に圧力P1を計測する圧力計(図示省略)を取付け、また溶液チャンバ10の内部空間Sの圧力P2を計測する圧力計(図示省略)を取り付けてもよい。
In this state, high-pressure gas is sent from the
この状態では、P1=P2となって溶液11は流れず、溶液供給パイプ17内で溶液11が安定して停止する。そして、この状態をもって溶液供給の初期状態とし、ここから溶液供給の工程がスタートする。なお、このとき、溶液11は図6に示すスプレーノズル12内の溶液送入口24の付近で停止することとなるので、スプレーノズル12へ至る経路が乾くことがない。したがって、その後において、上記スプレーノズル12から溶液11をすぐに噴射することができる。
In this state, P 1 = P 2 and the solution 11 does not flow, and the solution 11 stably stops in the
次に、スプレーノズル12の噴出口25を溶液11の塗布対象物に向けて、すなわちステージ14の載置面14aに載置されたウェハ13に向けてセットし、上記と同様にコンプレッサ21から高圧気体供給パイプ20を介してスプレーノズル12内に高圧気体を送る。しかし、この状態ではP1=P2であるので、溶液11はスプレーノズル12から噴射されない。そこで、図1に示す正圧供給手段22の途中の開閉バルブV3を開き、圧力コントローラ23を適宜調整して、溶液チャンバ10内に供給する正圧ガスの圧力を調整する。すると、上記溶液チャンバ10の内部空間Sの圧力が変化して圧力P2が、スプレーノズル12内の圧力P1より大きくなって、P2とP1との差が生じてこの差圧により溶液チャンバ10からスプレーノズル12に溶液11が供給される。これにより、上記スプレーノズル12からミスト状の溶液11が噴射してウェハ12に塗布され、該ウェハ12の表面に金属微粒子の溶液11の薄膜が形成される。
Next, the
このとき、圧力コントローラ23による圧力調整を細かく行うことにより、圧力P2とP1との差を微細に調整して、スプレーノズル12への溶液11の供給流量を微少に制御することができる。例えば、従来は不可能であった1ml/min程度、或いはそれ以下のレベル(例えば0.1〜0.9ml/min程度)で溶液11の流量制御が可能となる。また、スプレーノズル12へ至る溶液供給パイプ17の途中には、従来のようなニードルバルブ等の流量調整バルブが設けられていないので、この部分に異物が詰まることはなく、スムーズに溶液11がスプレーノズル12に供給される。さらに、溶液11が粘度の高いものであっても、スプレーノズル12の負圧及び圧力P2とP1との差圧により溶液11が供給される。
At this time, by performing fine pressure adjustment by the
そして、このようにスプレーノズル12の噴出口25からミスト状の溶液11を噴出しながら、図4に示すように、スプレーノズル12をウェハ13に対してX,Yの二次元方向に相対的に移動させることにより、上記ウェハ13の表面全体にミスト状の溶液11を噴射して塗布する。このとき、ミスト状の溶液11は、図3の拡大部分Pに示される配線用の溝13a内にも到達するので、該配線用の溝13a内に金属微粒子16が埋め込まれる。そして、ステージ14に設けられたヒータ18によって、ウェハ13を所定温度に加熱すると、図5(b)に示すように、酸化防止膜15が燃焼して消滅し、金属微粒子16同士が融合した状態となる。これにより、ウェハ13の表面の微細部分にも緻密な銅の薄膜16′を焼成することができる。また、電解液を使わずに、塗布対象物の表面に金属膜を形成できるので、成膜時に金属膜が腐食することもない。
Then, while the mist-like solution 11 is jetted from the
次に、図示省略したが、銅の薄膜が焼成されたウェハ13の表面にCMP加工を施し、不要な銅の薄膜を除去する。このようにして、ウェハ13の表面に形成された配線用の微細な溝13a内に金属膜が完全に埋め込まれて配線パターンが形成される。したがって、例えば銅や金、銀などの導電率の高い金属を配線材料として用いた微細配線を形成できるので、発熱が抑制される共に、高速応答性が高く、高集積化された半導体装置の提供が可能となる。
Next, although not shown, the surface of the
なお、以上の説明においては、上記スプレーノズル12から金属微粒子16が溶解した溶液11を塗布してウェハ13の表面に金属膜を形成するものとしたが、本発明はこれに限られず、他の塗布対象物に向けて上記溶液11を塗布するものでもよい。例えば、FPDの製造に用いるガラス基板や不導通金属ミラー、フィルタ、各種ディスプレー金属膜に向けて、上記スプレーノズル12から溶液11を塗布することもできる。
In the above description, the solution 11 in which the metal
10…溶液チャンバ
11…溶液
12…スプレーノズル
13…ウェハ
13a…溝
14…ステージ
14a…載置面
15…酸化防止膜
16…金属微粒子
17…溶液供給パイプ
18…ヒータ
19…パイプライン
20…高圧気体供給パイプ
21…コンプレッサ
22…正圧供給手段
23…圧力コントローラ
24…溶液送入口
25…高圧気体送入口
26…一次気体噴出口
27…内部混合室
28…噴出口
29…二次気体通路
30…二次気体噴出溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Solution chamber 11 ...
Claims (7)
この溶液チャンバにパイプで接続されて内部の溶液を塗布対象物に向けて噴射するスプレーノズルと、
このスプレーノズルの下方に配置され上面に塗布対象物を載置するステージとを備え、
上記スプレーノズルと上記ステージ上に載置された塗布対象物とを相対的に二次元方向に移動することにより、該塗布対象物の表面に上記金属微粒子の溶液を塗布して薄膜を形成することを特徴とする金属膜形成装置。 A solution chamber containing therein a solution in which metal fine particles whose particle surfaces are covered with an antioxidant film are dissolved;
A spray nozzle connected to the solution chamber by a pipe and spraying an internal solution toward an application target;
A stage that is disposed below the spray nozzle and places an application object on the upper surface;
A thin film is formed by applying the metal fine particle solution to the surface of the coating object by relatively moving the spray nozzle and the coating object placed on the stage in a two-dimensional direction. A metal film forming apparatus.
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