JP3065039B2 - 成膜方法及び装置 - Google Patents

成膜方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の製造プロセス技術に関し、特に、有機金属を主成分と
して含有する液体（有機金属含有液体）を用いて成膜を
行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、微細
化は急速な進展をみせており、現在のサブハーフミクロ
ンからサブクォータミクロンへと着実に移行しようとし
ている。このような次世代の半導体デバイスの開発にお
いては、成膜プロセスが極めて重要となる。
【０００３】また、半導体デバイスの高集積化、微細化
の要請に対応し、配線材料をアルミニウム系から銅系に
転換することが考えられている。現在においても、例え
ば（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）のような有機金属
（常温、常圧下では液状）を気化して処理チャンバに導
入し、当該処理チャンバ内で保持された基板上で熱分解
反応させながら成膜を行うというＭＯＣＶＤ（有機金属
化学気相成長）法が実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＭＯＣ
ＶＤ法は、ステップカバレッジに優れた方法であり、超
薄膜を形成する場合には非常に有効である。しかしなが
ら、ＭＯＣＶＤ法は、コンタクトホールに埋込みを行う
とき等、十分な膜厚を確保する必要がある場合には、効
率があまり良くないという問題がある。これは、処理チ
ャンバが減圧されるため、処理チャンバ内に存在する有
機金属の量自体が少なく、一定時間に堆積される膜厚に
限界があり、ホールを完全に埋めるには長時間を要する
等の理由による。また、気化された有機金属は供給用配
管内で反応を生じて、管閉塞を起こすおそれがある。
【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、有機金属含有液体を用いる成膜方
法及び装置において、供給用配管の閉塞を起こすことな
く高効率で成膜を行うことのできるものを提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、有機金属含有液体は液状であっても
加熱することにより熱分解反応を生じ成膜が可能である
という知見に基づき、本発明を創案した。
【０００７】ここで、基板を加熱しながら有機金属含有
液体を塗布することも考えられるが、塗布した部分から
順次、熱分解反応が生ずるため、面内で均一な成膜を行
うことは困難である。
【０００８】そこで、本発明は、熱分解反応により成膜
材料を析出する有機金属を主成分とした有機金属含有液
体を用意する第１ステップと、前記有機金属の未反応領
域の温度において、被処理体上に有機金属含有液体を塗
布する第２ステップと、この後、被処理体を所定温度に
加熱し、被処理体上に塗布された有機金属含有液体中の
有機金属を熱分解反応させ膜を被処理体上に形成する第
３ステップとを含む成膜方法を特徴としている。
【０００９】この方法では、塗布が有機金属の未反応領
域の温度で行われるため、成膜材料の析出がなく、塗布
を均一に且つ均質に行うことができる。また、この後に
熱分解反応を単独で行わせるので、安定した反応を確保
することができ、膜厚及び膜質が均一な膜が形成され
る。
【００１０】ここで、有機金属含有液体中の有機金属
は、銅の金属錯体である（ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｍｖ
ｓ）又は（ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｅｏｖｓ）であり、
この錯体のみから成るものであっても、この錯体とその
溶剤とを混合した液体から成るものであってもよい。な
お、本明細書において、「混合した液体」と表現したの
は、有機金属が溶剤に完全に溶け込んだ場合の他、一部
がサスペンションの状態となっている場合もあるからで
ある。また、「塗布」という表現は、有機金属含有液体
に被処理体を浸漬した場合や噴霧状にとして付着させた
場合等を含む概念である。溶剤としてはヘプタデカン、
ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデカン等の脂肪族
飽和炭化水素を用いることができる。
【００１１】また、本発明は、第３ステップにおいて、
前記被処理体を加熱して熱分解反応を行う処理チャンバ
内の圧力を、有機金属含有液体の自然蒸発を抑制すべく
大気圧よりも高い圧力とすることを特徴としている。
【００１２】また、上記方法を実施するための成膜装置
としては、熱分解反応により成膜材料を析出する有機金
属を主成分とした有機金属含有液体を供給する供給手段
と、供給手段から供給された有機金属含有液体を被処理
体上に塗布する塗布手段と、塗布手段により有機金属含
有液体が塗布された被処理体を所定温度に加熱する加熱
手段とを備えるものが好適である。
【００１３】塗布手段及び加熱手段はそれぞれ別個の処
理チャンバに設けることが好ましく、その場合、加熱手
段を有する処理チャンバには、被処理体上に塗布された
有機金属含有液体の自然蒸発を抑制すべく当該処理チャ
ンバ内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力とするため
の不活性ガス供給源が設けられる。また、両チャンバ間
の被処理体の搬送手段を適当な搬送手段が行うようにす
るとよい。
【００１４】塗布手段及び加熱手段が１つの処理チャン
バに設けた場合には、そこに不活性ガス供給源を設け、
また、塗布手段により塗布が行われるエリアから加熱手
段による加熱が行われるエリアに被処理体を移送する移
送手段を設けることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る複数の好適な実施形態について詳細に説明する。な
お、全図を通し、同一又は相当部分には同一符号を付
し、繰り返しとなる説明は省略する。また、以下の実施
形態では、膜原料として有機金属である（ｈｆａｃ）Ｃ
ｕ+1（ｔｍｖｓ）を用い、半導体基板の表面に銅の薄膜
を形成する場合を想定している。（ｈｆａｃ）Ｃｕ
+1（ｔｍｖｓ）の構造式は下の通りであり、常温、常圧
の環境では液状となっている。また、（ｈｆａｃ）Ｃｕ
+1（ｔｍｖｓ）は粘性が低く、そのままでも以下で述べ
る本発明の成膜方法に適用可能であるが、以下の実施形
態では、取扱性等を考慮して、ヘプタデカンを有機溶剤
として混合させている。以下、この（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1
（ｔｍｖｓ）を含む有機金属含有液体を「成膜液」と称
することとする。
【００１６】
【化１】
【００１７】図１は、本発明による成膜装置の第１実施
形態を示している。図示の成膜装置１０は、成膜液を被
処理体である半導体基板Ｗに塗布する処理が行われる第
１の処理チャンバ１２と、基板Ｗ上の有機金属すなわち
（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）を熱分解する処理が行
われる第２の処理チャンバ１４とを備えている。
【００１８】第１の処理チャンバ１２と第２の処理チャ
ンバ１４との間はトランスファチャンバ１６により連通
されており、適当な搬送手段（図示せず）により基板Ｗ
を処理チャンバ１２，１４間で受け渡すことが可能とな
っている。図中、符号１８，２０は、処理チャンバ１
２，１４とトランスファチャンバ１６との間を開閉する
スリットバルブである。
【００１９】第１の処理チャンバ１２内には、半導体基
板Ｗを支持するためのターンテーブル２２が配置されて
いる。このターンテーブル２２は、その上面に基板Ｗが
水平に載置され、図示しない真空チャック等の適当な固
定手段により固定されるようになっている。図示のター
ンテーブル２２の直径は基板Ｗの直径よりも小さいが、
これは、基板Ｗよりもターンテーブル２２が大きい場
合、成膜液が基板Ｗのみならずターンテーブル２２の露
出部分に付着し、次続の基板Ｗに対して悪影響を与える
からである。また、ターンテーブル２２は、第１の処理
チャンバ１２の外部に配置された駆動モータ２４により
比較的高速で回転されるよう構成されている。
【００２０】第１の処理チャンバ１２には、更に、成膜
液を基板Ｗの表面に塗布するための塗布装置（塗布手
段）２６が設けられている。塗布装置２６は、第１の処
理チャンバ１２の外部に配置された成膜液の供給系（供
給手段）２８からの成膜液が導入される供給用配管３０
と、この供給用配管３０の上端部から水平方向に延び先
端が下向きのノズル３２とを備えている。供給系２８
は、（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）の供給源３４と、
ヘプタデカンの供給源３６と、これらの供給源３４，３
６からの液体を混合して成膜液とする混合装置３８とを
主たる構成要素としている。供給用配管３０は、駆動モ
ータ等のアクチュエータ４０により正逆両方向に回転駆
動可能となっており、これによりノズル３２は供給用配
管３０の軸線を中心にして揺動可能になっている。供給
用配管３０の軸線からノズル３２の先端までの距離は、
供給用配管３０の軸線からターンテーブル２２の回転中
心までの距離とほぼ等しくされているため、ノズル３２
の先端はターンテーブル２２上に支持された基板Ｗの中
心の真上を通過することができる。
【００２１】ターンテーブル２２の近傍にはドレイン管
４２が配置されている。このドレイン管４２の上端の液
受けは、ノズル３２の先端がターンテーブル２２上から
退避された初期位置にあるとき、ノズル３２の先端の直
下となるよう位置決めされている。これにより、ノズル
３２から滴下する成膜液を未反応状態のままで回収系
（図示せず）に回収することが可能となる。また、ター
ンテーブル２２の周囲にはリング状の樋状部材４６が配
置されている。この樋状部材４６は、基板Ｗから飛散さ
れる成膜液を回収するために用いられる。（ｈｆａｃ）
Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）は高価な材料であるため、回収して
再利用することが好ましく、ドレイン管４２や樋状部材
４６を用いる手段以外にも、処理チャンバ１２底面に回
収口を形成する等、色々な手段が考えられる。回収後の
成膜液は、そこから（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）を
再生成することも可能である。この場合、有機金属を低
価格で製造でき、原料コストの低減に寄与する。また、
成膜液の回収後、フィルタリング処理して、そのまま再
使用することも可能である。
【００２２】一方、第２の処理チャンバ１４内にも、基
板Ｗを回転可能に支持するためのターンテーブル４８が
配置されている。このターンテーブル４８は基本的には
第１の処理チャンバ１２におけるターンテーブル２２と
同様な機構であり、駆動モータ５０により回転され、真
空チャック等の適当な手段で基板Ｗを固定することがで
きる。しかしながら、ターンテーブル４８は、第１の処
理チャンバ１２におけるターンテーブル２２よりも低速
で回転される。また、ターンテーブル４８の直径は基板
Ｗの直径よりも大きくされている。このような違いは、
第２の処理チャンバ１２では、基板Ｗの表面で有機金属
を熱分解反応させるので、その反応を均一に行うため等
の理由による。
【００２３】ターンテーブル４８の上方には、ハロゲン
ランプ等の加熱用ランプ５２が石英ガラス板５４を介し
て多数配置されており、これにより、ターンテーブル４
８上で支持された基板Ｗの表面が加熱される。温度制御
は、ターンテーブル４８に取り付けられた熱電対或いは
処理チャンバ１４の天井部に配置されたパイロメータの
ような温度計（図示せず）の出力信号に基づき、マイク
ロコンピュータ等から成る制御装置５６が加熱用ランプ
５２のオンオフや入力電力を調整して行う。
【００２４】なお、図１において、符号５８は、窒素ガ
ス等の不活性ガスの供給源５８であり、第１及び第２の
処理チャンバ１２，１４のそれぞれに不活性ガスを供給
するようになっている。不活性ガス供給源５８からの配
管にはそれぞれ、供給流量を調整するための流量調整弁
６０，６２が配置されている。また、符号６４，６６は
排気ポンプであり、処理チャンバ１２，１４内の大気を
排出するために用いられる。この排気ポンプ６４，６６
及び流量調整弁６０，６２は前述の制御装置５６により
制御される。制御装置５６は、第１実施形態では、更に
ターンテーブル２２，４８の駆動モータ２４，５０、ノ
ズル３２の揺動用のアクチュエータ４０、成膜液の供給
系２８における開閉弁６８，７０，７２や混合装置３
８、質量流量調整装置７４，７６も制御するようになっ
ている。
【００２５】次に、上記構成の成膜装置１０を用いて銅
の成膜を行う工程について説明する。なお、特に述べな
いが、以下の工程は制御装置５６の管理化において自動
的に行われる。
【００２６】まず、第１の処理チャンバ１２内に基板Ｗ
を搬入して、ターンテーブル２２の上面の所定位置に基
板Ｗを配置し固定する。この際、基板Ｗ表面の酸化やそ
の他の反応を防止するために、排気ポンプ６４を駆動す
ると共に、不活性ガス供給源５８から窒素ガス等の不活
性ガスを供給し、第１の処理チャンバ１２内を不活性ガ
ス雰囲気にしておくことが好ましい。
【００２７】次いで、駆動モータ２４を駆動させてター
ンテーブル２２を所定の回転速度で回転させると共に、
ノズル３２の先端を基板Ｗの中心の真上に配置し、成膜
液を成膜液供給系２８から供給用配管３０、ノズル３２
を通して、基板Ｗの表面に流下させる。ターンテーブル
２２は比較的高速で回転するため、基板Ｗ上に供給され
た成膜液は遠心力で周囲に広がり、基板Ｗの表面に成膜
液が塗布される。ターンテーブル２２の回転速度は、成
膜液の粘度等の特性や供給量等によって適正な値に設定
される。また、これと同時に、アクチュエータ４０を駆
動させ、適当なサイクル及び揺動速度でノズル３２を揺
動させるため、基板Ｗの表面全域にわたり、成膜液が均
一な膜厚で且つ均質に塗布される。
【００２８】この間、第１の処理チャンバ１２の内部圧
力を大気圧よりも高く設定してある場合、ガス圧の押込
み効果により、カバレッジが改善され、埋込みを行う場
合には基板Ｗ表面に形成されている溝やコンタクトホー
ル等のホールに成膜液が確実に充填され、ボイドの発生
等の不具合が回避される。また、第１の処理チャンバ１
２内の温度は、有機金属である（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔ
ｍｖｓ）の未反応領域の温度、好ましくは常温としてい
る。
【００２９】基板Ｗ上に供給した成膜液の多くは、遠心
力で基板Ｗの周縁から更に外方に飛散される。これによ
り、基板Ｗの裏面の露出部分に成膜液が回り込むことは
なく、基板裏面での成膜が防止される。基板Ｗの裏面に
膜が形成されると、剥離してパーティクルとなる等の弊
害がある。また、第１実施形態では樋状部材４６が設け
られているため、飛散した成膜液は樋状部材４６を通
し、適当な回収系を経て回収され、再利用に供される。
【００３０】このような塗布工程が終了したならば、成
膜液の供給を停止し、ノズル３２の先端をドレイン管４
２の真上の初期位置に戻すと共に、ターンテーブル２２
の回転を停止する。ノズル３２の先端からは成膜液が滴
下する可能性があるが、そのような成膜液はドレイン管
４２の液受け４４により受け取られ、回収される。
【００３１】次いで、スリットバルブ１８，２０を一時
的に開放し、図示しない搬送手段を用いて基板Ｗを第１
の処理チャンバ１２からトランスファチャンバ１６を経
て第２の処理チャンバ１４内に搬送し、ターンテーブル
４８上の所定位置に基板Ｗを配置、固定する。第２の処
理チャンバ１４の内部空気は、前述した塗布工程の間に
既に不活性ガス雰囲気に置換されており、また、内部圧
力は大気圧よりも高めに設定されている。なお、トラン
スファチャンバ１６内も不活性ガスに置換しておくこと
で、基板Ｗを大気に触れさせることなく一連のプロセス
を行うことができ、自然酸化等の弊害を防止することが
できる。
【００３２】基板Ｗが所定位置に配置されたならば、駆
動モータ５０を駆動させてターンテーブル４８を回転さ
せると共に、加熱用ランブ５２を制御して基板Ｗの表面
を所定温度、例えば１５０〜２５０℃に加熱する。これ
により、基板Ｗの表面に塗布された成膜液に含まれる
（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）は熱分解反応され、銅
が基板Ｗの表面にて析出し成膜が行われる。（ｈｆａ
ｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）の熱分解反応を次の通りであ
る。
【００３３】
【化２】
【００３４】この反応において、生成されるＣｕ+2（ｈ
ｆａｃ）2とｔｍｖｓは、熱分解反応時の第２の処理チ
ャンバ１４の内部温度においてはガス化されるため、排
気ポンプ６６により第２のチャンバ１４から排出され
る。有機溶剤であるヘプタデカンも熱により気化して排
出され、基板Ｗ上に残存することはない。
【００３５】前述したように、成膜液は基板Ｗの表面全
体にわたりほぼ一定の膜厚且つ膜質で塗布されているた
め、形成される銅膜の膜厚及び膜質も一定となる。ま
た、ターンテーブルは４８回転しているため、加熱用ラ
ンプ５２の設置位置に起因する温度分布の不均一が防止
され、加えて、基板Ｗの裏面全体がターンテーブル４８
に接しているで、ターンテーブル４８を通しての基板Ｗ
の放熱も全面にわたりほぼ一定となる。よって、熱分解
反応も基板表面の全体にわたり均一に行われることにな
り、これも面内膜厚や膜質の均一性向上に寄与してい
る。更に、この実施形態では、第２の処理チャンバ１４
内の圧力が大気圧よりも高くされているが、これにより
成膜液の沸点が高められている。このため、熱分解反応
中に成膜液の表面からの自然蒸発が抑制され、安定した
熱分解反応が行われる。熱分解反応工程が終了したなら
ば、第２の処理チャンバ１４から基板Ｗを搬出し、成膜
工程を完了する。
【００３６】このように、塗布工程と熱分解反応工程と
を分離して行うことで、膜厚及び膜質の面内均一性に優
れた銅の薄膜が得られることは上述した通りであるが、
この他にも、塗布工程が未反応領域の温度で行われるこ
とから、余剰の成膜液を回収することができ、経済性に
も優れている。更に、成膜液を液状のまま流すため、配
管系が閉塞するという問題も実際上ない。また、ＭＯＣ
ＶＤ法に比して成膜速度は著しく高く、特にホール埋込
みプロセスのように膜厚が厚い場合には有効となる。
【００３７】以上、第１実施形態について詳細に説明し
たが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形
や変更を行うことができる。
【００３８】例えば、上記実施形態ではノズル３２が揺
動可能な構成となっているが、図２に示すように、直動
機構８０により直線的に往復動させてもよい。
【００３９】また、ノズル３２から吐出される成膜液を
噴霧化（スプレー）してもよい。この場合、ノズル３２
自体を霧吹きノズルとし、微小孔から成膜液を噴射、飛
散させて噴霧化する手段や、図３に示すように不活性ガ
ス噴射用の管８２内に絞り部８４を形成し、この絞り部
８４に形成される負圧を利用して供給用配管８６内の成
膜液を吸引、霧化する手段、或いは、超音波により成膜
液を霧化する手段等、種々考えられる。成膜液を基板Ｗ
の表面に噴霧した場合、効率よく基板表面を濡らすこと
ができるので、成膜液の供給量を低減することができ
る。また、ターンテーブル２２を用いずに、固定式のサ
セプタ上に基板Ｗを配置した場合でも、ノズル３２ない
しは不活性ガス噴射管８２の先端を基板Ｗに対して適宜
走査することで、均一な膜厚、膜質で成膜液を塗布する
ことが可能である。なお、基板Ｗを回転させずに成膜液
を噴射させることにより、局所的な塗布も可能となる。
すなわち、基板Ｗの周縁のベベル部（面取り部）等に成
膜液を塗布せず、当該部分の成膜を回避したり、基板Ｗ
の表面の一部の膜厚を変えたりすることができる。
【００４０】ここで、基板Ｗのベベル部に対する成膜液
の塗布を防止する他の手段について述べる。基板Ｗのベ
ベル部での成膜を行わない理由は、この部分での膜は不
安定であり、剥離しやすくパーティクルの原因となる可
能性が高いためである。また、後にＣＭＰ（化学的機械
研磨）プロセスが行われる場合、残渣を生じる原因とな
り、更に、ベベル部の一点をＣＭＰプロセスのエンドポ
イントにした場合には、膜が形成されていると、エンド
ポイントが一定でなくなり、デバイス毎の膜厚が不均一
となるという理由もある。ベベル部の頂点部（周端面）
については、他の材料の膜も形成されていないため、こ
の部分に銅を成膜すると、そこから基板Ｗの下地（Ｓ
ｉ）に銅が拡散し、製造された半導体デバイスの特性が
不安定となる可能性もある。
【００４１】図４は、基板Ｗのベベル部Ｗｂに成膜液が
付着するのを回避する手段を示している。この手段は、
上述した図１の成膜装置１０に組み込んだ例であり、第
１の処理チャンバ１２におけるターンテーブル２２の外
周面に環状噴射溝ないしは多数の噴射孔８８を形成し、
そこから、不活性ガスを周方向に一様に噴射させる構成
を採っている。かかる構成において、噴射溝又は噴射孔
８８から不活性ガスを噴射させると、基板Ｗの裏面外周
部に不活性ガスが吹き付けられ、その一部がベベル部Ｗ
ｂを回り込んで、基板Ｗの表面外周部に至る。これによ
り、基板Ｗの表面上の成膜液Ｌはベベル部Ｗｂには達せ
ず、たとえベベル部Ｗｂに付着したとしても風圧で除去
される。勿論、ベベル部Ｗｂに不活性ガスを吹き付けて
成膜液の付着を防止する手段としては、基板Ｗの周囲に
不活性ガス吹付け専用のリング状ノズル（図４の点線の
部材）を別個に設けることも考えられる。更に、図５に
示すように、ターンテーブル２２の下部を覆うようなカ
バー部材９２を配置し、カバー部材９２とターンテーブ
ル２２との間に形成される隙間９４をガス流路とし、図
４の形態と同様に、不活性ガスを基板Ｗのベベル部Ｗｂ
に吹き付けるようにしてもよい。
【００４２】ベベル部Ｗｂの成膜を防止するという観点
からは、第２の処理チャンバ１４において、熱分解反応
を抑制するためのガスをベベル部Ｗｂに向けて吹き付け
てもよい。ガス吹付け手段としては、図４及び図５に示
す構成と同様なものが考えられる。本発明者らは、ｔｍ
ｖｓを熱分解反応中の成膜液に吹き付けると、その部分
では熱分解反応が抑制されることを見出したが、このｔ
ｍｖｓを反応抑制ガスとして供給した場合、基板Ｗの裏
面外周部、ベベル部Ｗｂ及び表面外周部に反応抑制ガス
が高濃度で存在するため、その部分での成膜が防止され
る。
【００４３】第１の処理チャンバ１２に設けられる塗布
装置２６についても、上記のノズル（スピンコーティン
グ）式や噴霧（スプレー）式に限られず、様々な型式の
ものが考えられる。例えば、図６に概略的に示した塗布
装置１２６はローラ式である。より詳細に述べるなら
ば、この塗布装置１２６は、ターンテーブル２２の上方
に配置されたスポンジ状のローラパッド１００を備えて
いる。ローラパッド１００は、その回転軸線が水平とな
るようにして、支持部材１０２により両端が回転可能に
支持されている。この支持部材１０２は、処理チャンバ
１２の天井部に設けられた駆動装置１０４により上下動
可能となっており、ターンテーブル２２により支持され
た基板Ｗに対して当接及び離間を行うことができる。更
に、支持部材１０２は水平方向にも往復動可能となって
いる。
【００４４】また、支持部材１０２には、成膜液を吐出
してローラパッド１００に含浸させるための吐出管１０
６が取り付けられている。この吐出管１０６の先端は、
ローラパッド１００の上方位置で、ローラパッド１００
のほぼ全長に沿って水平に延びており、この水平部分１
０７には吐出口が多数形成されている。従って、成膜液
をその供給系から吐出管１０６，１０７の吐出口を通し
て流下させると、ローラパッド１００に成膜液をほぼ均
一に含浸させることができる。
【００４５】このような構成において、成膜液を基板Ｗ
に塗布する場合、成膜液を吐出管１０６，１０７から連
続的に或いは間欠的に吐出させめと共に、駆動装置１０
４を制御してローラパッド１００を下降させて基板Ｗに
接触させ、水平方向にローラパッド１００を往復動させ
る。これと同時にターンテーブル２２を比較的低速で回
転させると、ローラパッド２２と接している部分に成膜
液が塗布され、ターンテーブル２２の回転とローラパッ
ド１００の往復動とを適宜制御することで、基板Ｗの表
面全体に均一に成膜液を塗布することができる。この場
合、ローラパッド１００が接した部分のみに塗布が行わ
れるため、無駄な成膜液が生ぜす、液だれも大幅に抑制
されるという効果がある。
【００４６】図７は、図６の塗布装置１２６の更なる変
形態様を示したものである。図７の塗布装置１２６は、
塗布不要部、すなわち基板Ｗの外周部（ベベル部）への
塗布を防止するためのマスク１０８を備えている点で、
図６に示す装置とは相違している。このマスク１０６
は、第１の処理チャンバ１２内で支持シャフト１１０に
より支持されている。支持シャフト１１０は、回転可能
に且つ上下動可能となっている。従って、支持シャフト
１１０の駆動装置１１２を制御することで、マスク１０
８を揺動させてターンテーブル２２上の基板Ｗの上方に
配置し、その後に下降させて基板Ｗの外周部に隣接して
当該部分をマスキングすることが可能となる。このマス
ク１０６によりカバーされた部分には、ローラパッド１
００が接しないため、その部分の塗布が防止される。マ
スク１０６を移動させる機構は、図示のものに限られな
いことは言うまでもない。
【００４７】このような塗布装置１２６におけるローラ
パッド１００を柔軟なブラシに置換しても、同等の作用
効果が得られる。また、前述したＣＭＰプロセスで用い
られるＣＭＰ装置（図示せず）は、プラテンのパッドに
研磨用のスラリーを含浸させ、基板の表面に対してプラ
テンを接触させ相対運動させる装置であるが、スラリー
に代えて成膜液をプラテンのパッドに供給すれば、ＣＭ
Ｐ装置をローラ式塗布装置として利用することができ
る。既存の半導体製造設備においては、複数のＣＭＰ装
置を有するマルチステージ型のものが広く採用されてい
るので、そのうちの一つのステージを塗布装置として利
用することは有効である。
【００４８】更に、塗布装置の別の形態としては、図８
に示すような浸漬型のものもある。図８の塗布装置２２
６は、供給系２８から供給される成膜液が貯蔵される液
槽２００を備えている。この液槽２００に対して基板Ｗ
を上方から降ろし、液槽２００内の成膜液に基板Ｗの表
面を浸す必要があるため、ターンテーブル２２は、上記
実施形態のものとは異なり、下向きに配置され、処理チ
ャンバ１２の天井部から上下動可能に垂下されている。
このターンテーブル２２はリング状のクランプ２０２を
有しており、クランプ２０２とターンテーブル２２の支
持面との間で基板Ｗの周縁部を挟持することができる。
クランプ２０２及びターンテーブル２２の基板Ｗに対す
る密着性を高めた場合には、接触部分に成膜液が浸透す
ることはなく、基板Ｗのベベル部及び裏面の成膜液付着
を防止することができる。なお、単に基板Ｗを下降させ
て成膜液に浸したとしても、塗布ないし付着の効率はあ
まり良好とは言えず、ターンテーブル２２を回転させる
ことが好ましい。また、ターンテーブル２２に代えて回
転しない基板支持手段を用いた場合には、振動を基板支
持手段に与えたり、成膜液に与えたりすることで、均一
な塗布や埋込み性を向上させることができる。
【００４９】成膜液の基板Ｗに対する密着性や浸潤性等
の塗布特性は、成膜液の粘性や下層の材質により大きく
依存するが、この浸漬型の塗布装置２２６を用いた場合
には、粘性等の依存要因を考慮せずとも、基板Ｗ上への
成膜液の塗布を効率よく行うことができる。また、基板
Ｗを引き上げた後、液槽２００に余剰の成膜液が戻るた
め、成膜液の使用量を低減することができる。
【００５０】一方、第２の処理チャンバ１４における熱
分解反応のための加熱手段も、加熱用ランプ５２に限ら
れない。例えば、抵抗電熱器、誘導加熱装置、オイルヒ
ータを基板支持手段たるターンテーブルや他のサセプタ
等に内蔵したものであってもよい。
【００５１】上述した第１実施形態及びその変形形態
は、２つの処理チャンバ１２，１４の一方で塗布工程を
行い、他方で熱分解反応工程を行うことしている。しか
しながら、１つの処理チャンバで、これらの２つの工程
を順に行うこともできる。図９及び図１０は本発明によ
る成膜装置３００の第２実施形態であり、処理チャンバ
が１つのタイプのものを示した概略図である。
【００５２】図９及び図１０において、符号は処理チャ
ンバ３０２であり、その天井部にハロゲンランプ等の加
熱用ランプ５２が多数配列されている。処理チャンバ３
０２の内部には、第１実施形態におけるターンテーブル
と同様なターンテーブル２２、及び、図２に示した直動
式の成膜液を吐出する直動式のノズルと同様なノズル３
２が設けられている。ターンテーブル２２の周囲には、
リング状の基板サポート３０４がターンテーブル２２と
同軸に配置されている。この基板サポート３０４はリフ
ト機構３０６により上下動可能となっている。基板サポ
ート３０４には、基板Ｗの直径よりもやや大きな直径の
凹部３０８が形成されており、この凹部３０８に基板Ｗ
が嵌まり込み、支持できるようになっている。また、リ
フト機構３０６は駆動モータ（図示せず）により回転可
能となっている。リフト機構３０６は基板サポート３０
４と一体となっているため、リフト機構３０６が回転さ
れると、基板サポート３０４も回転される。他の構成要
素については図１に示したものと同等であり、同一符号
を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】このような構成においては、上述した第１
実施形態の場合と同様、まず、処理チャンバ３０２内に
搬入された基板Ｗをターンテーブル２２の上に載置し固
定した後、 ターンテーブル２２を回転させると共に、
ノズル３２及び成膜液の供給系を動作させ、基板Ｗの表
面に成膜液を塗布する。この時、リフト機構３０６によ
り基板サポート３０４は、ターンテーブル２２の上面よ
りも下方に位置されている（図９）。
【００５４】成膜液の塗布が完了したならば、次に、タ
ーンテーブル２２による基板Ｗの固定を解除し、リフト
機構３０６により基板サポート３０４を上昇させる。こ
れにより、図１０に示すように、基板Ｗは基板サポート
３０４の凹部３０８に乗り移り、ターンテーブル２２か
ら離れ、加熱用ランプ５２の直下近傍の所定位置に配置
される。そして、加熱用ランプ５２を点灯し、基板Ｗを
加熱して成膜液中の（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）を
熱分解反応させ、銅を基板Ｗ上に成膜する。この間、リ
フト機構３０６及び基板サポート３０４、従って基板サ
ポート３０４上の基板Ｗは回転されており、基板Ｗ上の
温度分布が均一とされ、面内膜厚及び膜質の均一化に寄
与する。
【００５５】図１０及び図１１に示す実施形態では、リ
フト機構３０６及び基板サポート３０４（移送手段）に
より、基板Ｗを塗布エリアから加熱エリアに移送する
が、加熱用ランプ５２から発せられる熱量が十分である
ならば、熱分解反応時にも基板Ｗをターンテーブル２２
から移動させず、そのまま固定しておいてもよい。
【００５６】このようなシングルチャンバ型の成膜装置
であって、２つの工程を一つのチャンバ内で行うことの
できる成膜装置４００としては、図１１に概念的に示し
たように、抵抗電熱器等の加熱手段４０２を内蔵したサ
セプタ等の基板支持手段４０４に内蔵させ、そこからリ
フトピン４０６により基板Ｗを上昇させる構成を採用
し、リフトピン４０６で基板Ｗを上昇させた時に、ロー
ラ式の塗布装置１２６等で塗布を行い、基板Ｗを下降さ
せて基板支持手段４０４で支持した時に熱分解反応させ
るようにしたものも考えられる。
【００５７】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記の色々な実施形態に限定されな
いことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、
成膜液は、銅のケトナト系金属錯体の一つである（ｈｆ
ａｃ）Ｃｕ+1（ｔｍｖｓ）及び脂肪族飽和炭化水素の一
つであるヘプタデカンを混合した液体であるが、有機金
属は（ｈｆａｃ）Ｃｕ+1（ｔｅｏｖｓ）のような他の銅
のケトナト系金属錯体、その他の有機金属とすることが
できる。更に、銅のケトナト系金属錯体に対する有機溶
剤についても、ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデ
カン等の他の脂肪族飽和炭化水素を用いることができ、
銅のケトナト系金属錯体以外の有機金属に対しては、そ
の他の溶剤を使用することができる。更に、上述したよ
うに、成膜液は有機金属単独であってもよい。
【００５８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、有
機金属含有液体（成膜液）を基板に塗布する塗布工程
と、塗布した成膜液中の有機金属を熱分解反応させる熱
分解反応工程とを別々に行うことで、面内膜厚及び面内
膜質が均一となるように成膜液を塗布することができ。
そして、そのような成膜液に対して熱を後工程として加
えることで、面内膜厚及び面内膜質に優れた薄膜を形成
することができる。
【００５９】また、本発明では、成膜液を液状のまま扱
うので、ＣＶＤ法に比して成膜効率が格段に優れてお
り、特に埋込みプロセスにおいて有効である。更に、成
膜液供給系における配管の閉塞という問題も実質的に生
じない、という効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による成膜装置の第１実施形態を示す概
略説明図である。
【図２】図１の成膜装置における塗布装置の変形例を概
略的に示す断面部分図である。
【図３】図１の成膜装置における塗布装置の別の変形例
を概略的に示す断面部分図である。
【図４】基板のベベル部への成膜液付着を防止する手段
を概略的に示す断面部分図である。
【図５】基板のベベル部への成膜液付着を防止する別の
手段を概略的に示す断面部分図である。
【図６】図１の成膜装置における塗布装置の更に別の変
形例を概略的に示す要部の斜視図である。
【図７】図６の塗布装置の変形例を概略的に示す要部の
斜視図である。
【図８】図１の成膜装置における塗布装置の他の変形例
を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明による成膜装置の第２実施形態を概略的
に示す断面図であり、塗布工程の状態を示す図である。
【図１０】図９に示した成膜装置において、熱分解反応
工程の状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の変形例を示す概略断
面図である。
【符号の説明】
１０，３００，４００…成膜装置、１２…第１の処理チ
ャンバ、１４…第２の処理チャンバ、１６…トランスフ
ァチャンバ、２２…ターンテーブル、２６，１２６，２
２６…塗布装置、２８…成膜液供給系、３２…ノズル、
４２…ドレイン管、４６…樋状部材、４８…ターンテー
ブル、５２…加熱用ランプ、５６…制御装置、３０２…
処理チャンバ，３０４…基板サポート、３０６…リフト
機構、Ｗ…半導体基板（被処理体）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎗田 弘行 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (72)発明者 相田 恒 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (72)発明者 吉田 尚美 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−53132（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−45773（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−302471（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−140352（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−135154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−125681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−120475（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−80363（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−267621（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/288 C23C 18/02 H01L 21/3205

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｍｖｓ）及び
    （ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｅｏｖｓ）からなる群から選
    択された有機金属を主成分とした有機金属含有液体を用
    意する第１ステップと、 前記有機金属の未反応領域の温度において、被処理体上
    に前記有機金属含有液体を塗布する第２ステップと、 前記第２ステップの後、前記被処理体を所定温度に加熱
    し、前記被処理体上に塗布された前記有機金属含有液体
    中の前記有機金属を熱分解反応させ銅膜を前記被処理体
    上に形成する第３ステップと、 を備え、 前記第３ステップにおいて、前記被処理体を加熱して熱
    分解反応を行う処理チャンバ内の圧力を、前記有機金属
    含有液体の自然蒸発を抑制すべく大気圧よりも高い所定
    の圧力とすることを特徴とする成膜方法。
  2. 【請求項２】 前記有機金属含有液体が、前記有機金属
    とその溶剤として脂肪属飽和炭化水素を混合した液体か
    ら成る請求項１に記載の成膜方法。
  3. 【請求項３】 （ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｍｖｓ）及び
    （ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｅｏｖｓ）からなる群から選
    択された有機金属を主成分とした有機金属含有液体を供
    給する供給手段と、 前記供給手段から供給された前記有機金属含有液体を被
    処理体上に塗布する塗布手段と、 前記塗布手段が設けられた第１の処理チャンバと、 前記塗布手段により前記有機金属含有液体が塗布された
    前記被処理体を所定温度に加熱する加熱手段と、 前記加熱手段が設けられた第２の処理チャンバと、 前記第２の処理チャンバ内に配置された前記被処理体上
    に塗布された前記有機金属含有液体の自然蒸発を抑制す
    べく前記第２の処理チャンバ内の圧力を大気圧よりも高
    い所定の圧力とするための不活性ガス供給源と、 前記第１の処理チャンバから前記第２の処理チャンバに
    前記被処理体を搬送する搬送手段と、 を備える成膜装置。
  4. 【請求項４】 （ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｍｖｓ）及び
    （ｈｆａｃ）Ｃｕ＋1（ｔｅｏｖｓ）からなる群から選
    択された有機金属を主成分とした有機金属含有液体を供
    給する供給手段と、 前記供給手段から供給された前記有機金属含有液体を被
    処理体上に塗布する塗布手段と、 前記塗布手段により前記有機金属含有液体が塗布された
    前記被処理体を所定温度に加熱する加熱手段と、 前記塗布手段及び前記加熱手段が設けられた処理チャン
    バと、 前記処理チャンバ内に配置された前記被処理体上に塗布
    された前記有機金属含有液体の自然蒸発を抑制すべく前
    記処理チャンバ内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力
    とするための不活性ガス供給源と、 を備える成膜装置。
  5. 【請求項５】 前記塗布手段により塗布が行われる前記
    処理チャンバ内のエリアから前記加熱手段による加熱が
    行われる前記処理チャンバ内のエリアに前記被処理体を
    移送する移送手段を備える請求項４に記載の成膜装置。
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