JP3643807B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線用の凹部を表面に有する基板の表面に金属膜、例えば、銅膜を作製した際の凹部を覆う部位の銅膜をエッチングするエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な配線が施されている半導体では、スイッチングの速度や伝送損失の低減、高密度化等により、配線の材料として銅が用いられるようになってきている。銅の配線を施す場合、配線用の凹部を表面に有する基板に対し、気相成長法やメッキ等を用いて凹部を含む表面に銅を成膜し、成膜後に、凹部を覆う部位の銅を除去して凹部内にだけ銅が存在する状態にしている。従来、凹部を覆う部位の銅を除去する場合、銅を成膜した後に化学薬品を含んだ研磨液を供給しながら機械的に研磨を行い、凹部を覆う部位の銅を化学的・機械的な研磨により除去している。これにより、基板の表面に銅が埋め込まれた状態の配線が施される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
基板の表面に埋め込まれた状態の銅の配線を施す従来の技術では、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なっているので、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工となり、埋め込まれた状態の銅と基板の表面との境界に化学薬品の溶液が入り込む等して欠陥が生じる虞があった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、良好な環境で精度よく基板の表面に金属が埋め込まれた状態の配線にすることができるエッチング方法及びエッチング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のエッチング方法は、配線用の凹部を表面に有する基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材の金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を基板に成膜させると共に、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属成分をエッチングすることで基板の表面に埋め込まれた状態の金属製の配線部を形成することを特徴とする。
【０００７】
そして、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材は、銅製であることを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明のエッチング装置の構成は、配線用の凹部を表面に有する基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板の表面に成膜させる温度制御手段と、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属をエッチングさせる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、制御手段には、凹部を覆う部位の銅のエッチングが終了したことを検出する検出機能が備えられていることを特徴とする。また、プラズマ発生手段は、チャンバの周囲に配されるコイル状巻線アンテナを含むことを特徴とする。また、プラズマ発生手段は、チャンバの天井面の上に配される平面状巻線アンテナを含むことを特徴とする。また、プラズマ発生手段は、チャンバとは隔絶してプラズマを発生させる手段を含むことを特徴とする。また、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３に基づいて本発明のエッチング装置及びエッチング方法の第１実施形態例を説明する。本実施例のエッチング装置は、成膜機能を有したエッチング装置であり、具体的にはプラズマを用いた銅成膜装置でエッチングを可能にした装置となっている。図１には本発明の第１実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面、図２にはエッチング方法の工程説明、図３には検出機能を表す概略構成を示してある。
【００１２】
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。
【００１３】
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。銅板部材７にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００１４】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状巻線アンテナとしてのプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００１５】
銅板部材７の下方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50% 、好ましくは10% 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は水平に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００１６】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。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は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００１７】
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に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。基板３の表面には配線用の凹部が形成され、Cu薄膜１６は凹部及び凹部を覆う表面に生成される。
【００１８】
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。
【００１９】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、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。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、銅板部材７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ag,Au,Pt,Ta,Ti,W,Si 等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti,W,Si 等になる。
【００２０】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、銅板部材７側の温度制御手段（図示省略）及び支持台２側の温度制御手段６は制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が銅板部材７よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００２１】
この状態でチャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生しCl2 ガスプラズマ１４により、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ９への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。
【００２２】
図２に基づいてエッチング方法の状況を具体的に説明する。
【００２３】
図２(a) に示すように、基板３には配線用の凹部3aが形成され、基板３の表面には成膜されるCuが基板３に拡散しないようにバリアメタル層２０（例えば、Ta/TaN,Ti/TiN,W/WN等）が形成されている。バリアメタル層２０が形成された基板３に対して、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４により生じた前駆体（CuxCly）１５が運ばれ、還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００２４】
図２(b) に示すように、凹部3a及び凹部3aを覆う部位3bにCu薄膜１６が生成された後、基板３の温度が高くなるように制御された状態でCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を発生させると、基板３にエッチング反応が生じ凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６がエッチングされる。
【００２５】
図２(c) に示すように、検出装置２２により所定のエッチング状態が検出されると、凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６がエッチングされる。これにより、表面の凹部3aにのみにCu薄膜１６が埋め込まれて配線が形成された基板３とされる。検出装置２２による所定のエッチング状態は、エッチング経過時間、Cuプラズマ強度の変化、基板３表面の光強度の変化、基板３表面の光色の変化等により検出される。エッチングされたガスは排気口１７（図１参照）から排気される。
【００２６】
図３に基づいて検出装置２２の一例を説明する。
【００２７】
図に示すように、チャンバ１の筒部には入射窓２３及び出射窓２４が形成され、入射窓２３に対向してレーザ光発振装置２５が設けられると共に出射窓２４に対向してレーザ光受信装置２８が設けられている。凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６のエッチング中にレーザ光発振装置２５からレーザ光２６を基板３の表面に照射し、基板３からの反射レーザ光２７がレーザ光受信装置２８に送られる。レーザ光受信装置２８では反射レーザ光２７の強度を検出し、強度が変化した場合に凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６がエッチングされたとして所定のエッチング状態を導出する。
【００２８】
尚、ダミーの基板を基板３に隣接して配設し、ダミーの基板に対するCu薄膜１６のエッチング状況を検出することも可能である。
【００２９】
上記構成の銅成膜装置では、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材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。
【００３０】
そして、銅成膜装置を用いたエッチング方法では、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。
【００３１】
図４乃至図６に基づいて本発明の第２実施形態例に係るエッチング装置及びエッチング方法を説明する。図４には本発明の第２実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面、図５には図４中のV-V 線矢視、図６には図５中のVI-VI 線矢視を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３２】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の天井部材である円盤状の天井板３０によって塞がれている。支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（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は天井板３０に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。
【００３３】
チャンバ１の上面の開口部と天井板３０との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材３１が挟持されている。被エッチング部材３１は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部３２が備えられ、リング部３２の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている突起部３３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３３は、リング部３２に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板３０とチャンバ１の内部との間には突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部３２はアースされており、複数の突起部３３は電気的につながれて同電位に維持されている。被エッチング部材３１にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００３４】
尚、突起部３３の間に突起部３３よりも径方向に短い第２突起部を配置することも可能であり、更に、突起部３３と第２突起部との間に短い突起部を配置することも可能である。このようにすると、誘導電流を抑制しつつエッチング対象となる銅の面積を確保することができる。
【００３５】
天井板３０の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するための平面巻線状アンテナとしてのプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は天井板３０の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ３４には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。被エッチング部材３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ３４の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井板３０との間に突起部２０が配置された状態になっている。
【００３６】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ３４から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。プラズマアンテナ３４の下部には導電体である被エッチング部材３１が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材３１と基板３との間、即ち、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００３７】
被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図６に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ３４の電気の流れＡは突起部３３を横切る方向となり、このとき、突起部３３のプラズマアンテナ３４との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材３１には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部３３の下面に流れてプラズマアンテナ３４の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００３８】
このため、基板３側から被エッチング部材３１を見た場合、プラズマアンテナ３４の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部３２がアースされて突起部３３が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材３１が存在していても、プラズマアンテナ３４から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００３９】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材３１にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材３１はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材３１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれ、還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられて配線用の凹部が形成された基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００４０】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、被エッチング部材３１の温度制御手段（図示省略）及び支持台２側の温度制御手段６が制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が被エッチング部材３１よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００４１】
この状態でチャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ３４から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生しCl2 ガスプラズマ１４により、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ３４への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。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。
【００４２】
上述した銅成膜装置を用いたエッチング方法では、第１実施形態例と同様に、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。
【００４３】
また、被エッチング部材３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材３１に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ３４の電気の流れと同一方向の流れとなる。これにより、導電体である被エッチング部材３１がプラズマアンテナ３４の下に存在していても、プラズマアンテナ３４から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４４】
図７、図８に基づいて本発明の第３実施形態例に係るエッチング装置及びエッチング方法を説明する。図７には本発明の第３実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面、図８には図７中のVIII-VIII 線矢視を示してある。尚、図１及び図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４５】
チャンバ１の上部の開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板３０によって塞がれている。天井板３０の下面には金属製（銅製：Cu製）の被エッチング部材４１が設けられ、被エッチング部材４１は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲の４箇所には、スリット状の開口部４２が形成され、開口部４２には筒状の通路４３の一端がそれぞれ固定されている。通路４３の途中部には絶縁体製の筒状の励起室４４が設けられ、励起室４４の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ４５が設けられ、プラズマアンテナ４５には整合器４８及び電源４９に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ４５、整合器４８及び電源４９によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００４６】
通路４３の他端側には流量制御器４６が接続され、流量制御器４６を介して通路４３内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）が供給される。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室４４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）４７が発生する。つまり、塩素を含有する原料ガスをチャンバ１と隔絶した励起室４４で励起する励起手段が構成されている。Cl2 ガスプラズマ４７の発生により励起塩素が開口部４２からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材４１が励起塩素によりエッチングされる。
【００４７】
上述した銅成膜装置では、流量制御器４６を介して通路４３内に原料ガスを供給して励起室４４に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室４４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）１６が発生する。真空装置１７によりチャンバ１内の圧力と励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室４４のCl2 ガスプラズマ４７の励起塩素が開口部４２からチャンバ１内の被エッチング部材４１に送られる。励起塩素により被エッチング部材４１にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材４１は天井板７に設けられたヒータ５０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。
【００４８】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材４１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれ、還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、配線用の凹部が形成された基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００４９】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、被エッチング部材４１のヒータ５０及び支持台２側の温度制御手段６が制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が被エッチング部材４１よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００５０】
この状態で流量制御器４６を介して通路４３内に原料ガスを供給して励起室４４に原料ガスを送り込み、プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室４４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）１６が発生する。真空装置１７によりチャンバ１内の圧力と励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室４４のCl2 ガスプラズマ４７の励起塩素が開口部４２からチャンバ１内に送られ、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ４５への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。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。
【００５１】
上述した銅成膜装置を用いたエッチング方法では、第１、第２実施形態例と同様に、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御しているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。
【００５２】
また、チャンバ１と隔絶した励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７を発生させるようにしているので、基板３がプラズマに晒されることがなくなり、基板３にプラズマによる損傷が生じることがない。例えば、前工程で別材料の膜（バリアメタル層等）が成膜された基板３では、前工程で成膜された材料の膜に損傷が生じることがなくなる。
【００５３】
尚、励起室４４でCl2 ガスプラズマ１５を発生させる手段、即ち、原料ガスを励起して励起原料とする手段としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能であり、銅フィラメントを高温に加熱して前駆体を生成することも可能である。また、Cl2 ガスプラズマ１５を基板３と隔絶する構成は、通路４３に励起室４４を設ける構成の他に、例えば、チャンバ１を隔絶する等、他の構成とすることも可能である。
【００５４】
図９に基づいて本発明のエッチング装置及びエッチング方法の第４実施形態例を説明する。図９には本発明の第４実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面を示してある。本実施例のエッチング装置は、図１に示した銅成膜装置に対して銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用した例である。このため、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５５】
図に示すように、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行われる。
【００５６】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。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は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５７】
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に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。基板３の表面には配線用の凹部が形成され、Cu薄膜１６は凹部及び凹部を覆う表面に生成される。
【００５８】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、銅板部材７側の温度制御手段（図示省略）及び支持台２側の温度制御手段６は制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が銅板部材７よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００５９】
この状態でチャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生しCl2 ガスプラズマ１４により、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ９への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。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。
【００６０】
上記構成の銅成膜装置では、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材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。
【００６１】
そして、銅成膜装置を用いたエッチング方法では、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。また、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナ９が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００６２】
尚、上述した実施形態例では、成膜機能を有する銅成膜装置で基板３の凹部を覆う部位のCu薄膜１６をエッチングする例を挙げて説明したが、成膜装置とエッチング装置とを別の装置とすることも当然可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明のエッチング方法は、配線用の凹部を表面に有する基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材の金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を基板に成膜させると共に、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属成分をエッチングすることで基板の表面に埋め込まれた状態の金属製の配線部を形成するようにしたので、金属の成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ内で実施することができ、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなく原料ガスプラズマにより配線部を覆った部位の金属を除去することができる。この結果、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく、しかも効率良く基板の表面に金属が埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。
【００６６】
本発明のエッチング装置は、配線用の凹部を表面に有する基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板の表面に成膜させる温度制御手段と、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属をエッチングさせる制御手段とを備えたので、金属の成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ内で実施することができ、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなく原料ガスプラズマにより配線部を覆った部位の金属を除去することができる。この結果、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく、しかも効率良く基板の表面に金属が埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【図２】エッチング方法の工程説明図。
【図３】検出機能を表す概略構成図。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【図５】図４中のV-V 線矢視図。
【図６】図５中のVI-VI 線矢視図。
【図７】本発明の第３実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【図８】図７中のVIII-VIII 線矢図。
【図９】本発明の第４実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
3a 凹部
3b 部位
４，５０ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８ 真空装置
９，３４，４５ プラズマアンテナ
１０，４８ 整合器
１１，４９ 電源
１２ ノズル
１３，４６ 流量制御器
１４，４７ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
１５ 前駆体（CuxCly）
１６ Cu薄膜
１７ 排気口
２０ バリアメタル層
２１ 制御手段
２２ 検出装置
２３ 入射窓
２４ 出射窓
２５ レーザ光発振装置
２６ レーザ光
２７ 反射レーザ光
２８ レーザ光受信装置
３０ 天井板
３１，４１ 被エッチング部材
３２ リング部材
３３ 突起部
３５ 切欠部
４２ 開口部
４３ 通路
４４ 励起室
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線用の凹部を表面に有する基板の表面に金属膜、例えば、銅膜を作製した際の凹部を覆う部位の銅膜をエッチングするエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な配線が施されている半導体では、スイッチングの速度や伝送損失の低減、高密度化等により、配線の材料として銅が用いられるようになってきている。銅の配線を施す場合、配線用の凹部を表面に有する基板に対し、気相成長法やメッキ等を用いて凹部を含む表面に銅を成膜し、成膜後に、凹部を覆う部位の銅を除去して凹部内にだけ銅が存在する状態にしている。従来、凹部を覆う部位の銅を除去する場合、銅を成膜した後に化学薬品を含んだ研磨液を供給しながら機械的に研磨を行い、凹部を覆う部位の銅を化学的・機械的な研磨により除去している。これにより、基板の表面に銅が埋め込まれた状態の配線が施される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
基板の表面に埋め込まれた状態の銅の配線を施す従来の技術では、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なっているので、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工となり、埋め込まれた状態の銅と基板の表面との境界に化学薬品の溶液が入り込む等して欠陥が生じる虞があった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、良好な環境で精度よく基板の表面に金属が埋め込まれた状態の配線にすることができるエッチング方法及びエッチング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のエッチング方法は、配線用の凹部を表面に有する基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材の金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を基板に成膜させると共に、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属成分をエッチングすることで基板の表面に埋め込まれた状態の金属製の配線部を形成することを特徴とする。
【０００７】
そして、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材は、銅製であることを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明のエッチング装置の構成は、配線用の凹部を表面に有する基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板の表面に成膜させる温度制御手段と、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属をエッチングさせる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、制御手段には、凹部を覆う部位の銅のエッチングが終了したことを検出する検出機能が備えられていることを特徴とする。また、プラズマ発生手段は、チャンバの周囲に配されるコイル状巻線アンテナを含むことを特徴とする。また、プラズマ発生手段は、チャンバの天井面の上に配される平面状巻線アンテナを含むことを特徴とする。また、プラズマ発生手段は、チャンバとは隔絶してプラズマを発生させる手段を含むことを特徴とする。また、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３に基づいて本発明のエッチング装置及びエッチング方法の第１実施形態例を説明する。本実施例のエッチング装置は、成膜機能を有したエッチング装置であり、具体的にはプラズマを用いた銅成膜装置でエッチングを可能にした装置となっている。図１には本発明の第１実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面、図２にはエッチング方法の工程説明、図３には検出機能を表す概略構成を示してある。
【００１２】
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。
【００１３】
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。銅板部材７にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００１４】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状巻線アンテナとしてのプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００１５】
銅板部材７の下方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50% 、好ましくは10% 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は水平に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００１６】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。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は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００１７】
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に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。基板３の表面には配線用の凹部が形成され、Cu薄膜１６は凹部及び凹部を覆う表面に生成される。
【００１８】
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。
【００１９】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、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。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、銅板部材７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ag,Au,Pt,Ta,Ti,W,Si 等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti,W,Si 等になる。
【００２０】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、銅板部材７側の温度制御手段（図示省略）及び支持台２側の温度制御手段６は制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が銅板部材７よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００２１】
この状態でチャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生しCl2 ガスプラズマ１４により、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ９への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。
【００２２】
図２に基づいてエッチング方法の状況を具体的に説明する。
【００２３】
図２(a) に示すように、基板３には配線用の凹部3aが形成され、基板３の表面には成膜されるCuが基板３に拡散しないようにバリアメタル層２０（例えば、Ta/TaN,Ti/TiN,W/WN等）が形成されている。バリアメタル層２０が形成された基板３に対して、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４により生じた前駆体（CuxCly）１５が運ばれ、還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００２４】
図２(b) に示すように、凹部3a及び凹部3aを覆う部位3bにCu薄膜１６が生成された後、基板３の温度が高くなるように制御された状態でCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を発生させると、基板３にエッチング反応が生じ凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６がエッチングされる。
【００２５】
図２(c) に示すように、検出装置２２により所定のエッチング状態が検出されると、凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６がエッチングされる。これにより、表面の凹部3aにのみにCu薄膜１６が埋め込まれて配線が形成された基板３とされる。検出装置２２による所定のエッチング状態は、エッチング経過時間、Cuプラズマ強度の変化、基板３表面の光強度の変化、基板３表面の光色の変化等により検出される。エッチングされたガスは排気口１７（図１参照）から排気される。
【００２６】
図３に基づいて検出装置２２の一例を説明する。
【００２７】
図に示すように、チャンバ１の筒部には入射窓２３及び出射窓２４が形成され、入射窓２３に対向してレーザ光発振装置２５が設けられると共に出射窓２４に対向してレーザ光受信装置２８が設けられている。凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６のエッチング中にレーザ光発振装置２５からレーザ光２６を基板３の表面に照射し、基板３からの反射レーザ光２７がレーザ光受信装置２８に送られる。レーザ光受信装置２８では反射レーザ光２７の強度を検出し、強度が変化した場合に凹部3aを覆う部位3bのCu薄膜１６がエッチングされたとして所定のエッチング状態を導出する。
【００２８】
尚、ダミーの基板を基板３に隣接して配設し、ダミーの基板に対するCu薄膜１６のエッチング状況を検出することも可能である。
【００２９】
上記構成の銅成膜装置では、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材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。
【００３０】
そして、銅成膜装置を用いたエッチング方法では、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。
【００３１】
図４乃至図６に基づいて本発明の第２実施形態例に係るエッチング装置及びエッチング方法を説明する。図４には本発明の第２実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面、図５には図４中のV-V 線矢視、図６には図５中のVI-VI 線矢視を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３２】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の天井部材である円盤状の天井板３０によって塞がれている。支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（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は天井板３０に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。
【００３３】
チャンバ１の上面の開口部と天井板３０との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材３１が挟持されている。被エッチング部材３１は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部３２が備えられ、リング部３２の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている突起部３３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３３は、リング部３２に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板３０とチャンバ１の内部との間には突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部３２はアースされており、複数の突起部３３は電気的につながれて同電位に維持されている。被エッチング部材３１にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００３４】
尚、突起部３３の間に突起部３３よりも径方向に短い第２突起部を配置することも可能であり、更に、突起部３３と第２突起部との間に短い突起部を配置することも可能である。このようにすると、誘導電流を抑制しつつエッチング対象となる銅の面積を確保することができる。
【００３５】
天井板３０の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するための平面巻線状アンテナとしてのプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は天井板３０の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ３４には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。被エッチング部材３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ３４の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井板３０との間に突起部２０が配置された状態になっている。
【００３６】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ３４から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。プラズマアンテナ３４の下部には導電体である被エッチング部材３１が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材３１と基板３との間、即ち、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００３７】
被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図６に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ３４の電気の流れＡは突起部３３を横切る方向となり、このとき、突起部３３のプラズマアンテナ３４との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材３１には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部３３の下面に流れてプラズマアンテナ３４の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００３８】
このため、基板３側から被エッチング部材３１を見た場合、プラズマアンテナ３４の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部３２がアースされて突起部３３が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材３１が存在していても、プラズマアンテナ３４から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００３９】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材３１にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材３１はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材３１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれ、還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられて配線用の凹部が形成された基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００４０】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、被エッチング部材３１の温度制御手段（図示省略）及び支持台２側の温度制御手段６が制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が被エッチング部材３１よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００４１】
この状態でチャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ３４から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生しCl2 ガスプラズマ１４により、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ３４への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。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。
【００４２】
上述した銅成膜装置を用いたエッチング方法では、第１実施形態例と同様に、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。
【００４３】
また、被エッチング部材３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材３１に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ３４の電気の流れと同一方向の流れとなる。これにより、導電体である被エッチング部材３１がプラズマアンテナ３４の下に存在していても、プラズマアンテナ３４から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４４】
図７、図８に基づいて本発明の第３実施形態例に係るエッチング装置及びエッチング方法を説明する。図７には本発明の第３実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面、図８には図７中のVIII-VIII 線矢視を示してある。尚、図１及び図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４５】
チャンバ１の上部の開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板３０によって塞がれている。天井板３０の下面には金属製（銅製：Cu製）の被エッチング部材４１が設けられ、被エッチング部材４１は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲の４箇所には、スリット状の開口部４２が形成され、開口部４２には筒状の通路４３の一端がそれぞれ固定されている。通路４３の途中部には絶縁体製の筒状の励起室４４が設けられ、励起室４４の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ４５が設けられ、プラズマアンテナ４５には整合器４８及び電源４９に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ４５、整合器４８及び電源４９によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００４６】
通路４３の他端側には流量制御器４６が接続され、流量制御器４６を介して通路４３内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）が供給される。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室４４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）４７が発生する。つまり、塩素を含有する原料ガスをチャンバ１と隔絶した励起室４４で励起する励起手段が構成されている。Cl2 ガスプラズマ４７の発生により励起塩素が開口部４２からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材４１が励起塩素によりエッチングされる。
【００４７】
上述した銅成膜装置では、流量制御器４６を介して通路４３内に原料ガスを供給して励起室４４に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室４４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）１６が発生する。真空装置１７によりチャンバ１内の圧力と励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室４４のCl2 ガスプラズマ４７の励起塩素が開口部４２からチャンバ１内の被エッチング部材４１に送られる。励起塩素により被エッチング部材４１にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材４１は天井板７に設けられたヒータ５０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。
【００４８】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材４１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれ、還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、配線用の凹部が形成された基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００４９】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、被エッチング部材４１のヒータ５０及び支持台２側の温度制御手段６が制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が被エッチング部材４１よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００５０】
この状態で流量制御器４６を介して通路４３内に原料ガスを供給して励起室４４に原料ガスを送り込み、プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室４４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）１６が発生する。真空装置１７によりチャンバ１内の圧力と励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室４４のCl2 ガスプラズマ４７の励起塩素が開口部４２からチャンバ１内に送られ、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ４５への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。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。
【００５１】
上述した銅成膜装置を用いたエッチング方法では、第１、第２実施形態例と同様に、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御しているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。
【００５２】
また、チャンバ１と隔絶した励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７を発生させるようにしているので、基板３がプラズマに晒されることがなくなり、基板３にプラズマによる損傷が生じることがない。例えば、前工程で別材料の膜（バリアメタル層等）が成膜された基板３では、前工程で成膜された材料の膜に損傷が生じることがなくなる。
【００５３】
尚、励起室４４でCl2 ガスプラズマ１５を発生させる手段、即ち、原料ガスを励起して励起原料とする手段としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能であり、銅フィラメントを高温に加熱して前駆体を生成することも可能である。また、Cl2 ガスプラズマ１５を基板３と隔絶する構成は、通路４３に励起室４４を設ける構成の他に、例えば、チャンバ１を隔絶する等、他の構成とすることも可能である。
【００５４】
図９に基づいて本発明のエッチング装置及びエッチング方法の第４実施形態例を説明する。図９には本発明の第４実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面を示してある。本実施例のエッチング装置は、図１に示した銅成膜装置に対して銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用した例である。このため、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５５】
図に示すように、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行われる。
【００５６】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。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は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５７】
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に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。基板３の表面には配線用の凹部が形成され、Cu薄膜１６は凹部及び凹部を覆う表面に生成される。
【００５８】
基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、凹部だけにCu薄膜１６を残して配線を形成するために、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングにより除去されるようになっている。即ち、銅板部材７側の温度制御手段（図示省略）及び支持台２側の温度制御手段６は制御手段２１により制御され、基板３の凹部及び凹部を覆う表面にCu薄膜１６が成膜された後、基板３の温度が銅板部材７よりも高くなるように（例えば、２００℃乃至４００℃）制御される。
【００５９】
この状態でチャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生しCl2 ガスプラズマ１４により、基板３にエッチング反応が生じ凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされる。エッチング状態は検出装置２２で検出され、所定の状態になると、即ち、凹部を覆う部位のCu薄膜１６がエッチングされると原料ガスの供給及びプラズマアンテナ９への給電が停止される。これにより、凹部だけにCu薄膜１６が存在して配線が形成された基板３とされる。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。
【００６０】
上記構成の銅成膜装置では、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材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。
【００６１】
そして、銅成膜装置を用いたエッチング方法では、基板３の表面に埋め込まれた状態のCuの配線を施す際にも、同一の雰囲気中で基板３の温度を周囲の温度より高く制御してCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなくなる。これにより、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく基板３の表面にCuが埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。また、Cuの成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ１内で実施することができるので、効率良い作業が可能となる。また、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナ９が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００６２】
尚、上述した実施形態例では、成膜機能を有する銅成膜装置で基板３の凹部を覆う部位のCu薄膜１６をエッチングする例を挙げて説明したが、成膜装置とエッチング装置とを別の装置とすることも当然可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明のエッチング方法は、配線用の凹部を表面に有する基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材の金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を基板に成膜させると共に、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属成分をエッチングすることで基板の表面に埋め込まれた状態の金属製の配線部を形成するようにしたので、金属の成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ内で実施することができ、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなく原料ガスプラズマにより配線部を覆った部位の金属を除去することができる。この結果、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく、しかも効率良く基板の表面に金属が埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。
【００６６】
本発明のエッチング装置は、配線用の凹部を表面に有する基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板の表面に成膜させる温度制御手段と、成膜後に基板側の温度を高くして、同一の原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属をエッチングさせる制御手段とを備えたので、金属の成膜と配線のためのエッチングとを一つのチャンバ内で実施することができ、化学薬品を含んだ研削液を用いて機械的に研削を行なう必要がなく原料ガスプラズマにより配線部を覆った部位の金属を除去することができる。この結果、環境が悪い状況（化学薬品等に晒される）の中での加工が必要なくなり、欠陥が生じることがなく良好な環境で精度よく、しかも効率良く基板の表面に金属が埋め込まれた状態の配線を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【図２】エッチング方法の工程説明図。
【図３】検出機能を表す概略構成図。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【図５】図４中のV-V 線矢視図。
【図６】図５中のVI-VI 線矢視図。
【図７】本発明の第３実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【図８】図７中のVIII-VIII 線矢図。
【図９】本発明の第４実施形態例に係る銅成膜装置の概略側面図。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
3a 凹部
3b 部位
４，５０ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８ 真空装置
９，３４，４５ プラズマアンテナ
１０，４８ 整合器
１１，４９ 電源
１２ ノズル
１３，４６ 流量制御器
１４，４７ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
１５ 前駆体（CuxCly）
１６ Cu薄膜
１７ 排気口
２０ バリアメタル層
２１ 制御手段
２２ 検出装置
２３ 入射窓
２４ 出射窓
２５ レーザ光発振装置
２６ レーザ光
２７ 反射レーザ光
２８ レーザ光受信装置
３０ 天井板
３１，４１ 被エッチング部材
３２ リング部材
３３ 突起部
３５ 切欠部
４２ 開口部
４３ 通路
４４ 励起室
Claims (12)
- 配線用の凹部を表面に有する基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材の金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を基板に成膜させると共に、
成膜後に基板側の温度を高くして、同一の前記原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属成分をエッチングすることで基板の表面に埋め込まれた状態の金属製の配線部を形成することを特徴とするエッチング方法。 - 請求項１において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とするエッチング方法。 - 請求項１において、
被エッチング部材は、銅製であることを特徴とするエッチング方法。 - 請求項１において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンもしくはシリコンであることを特徴とするエッチング方法。 - 配線用の凹部を表面に有する基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板の表面に成膜させる温度制御手段と、
成膜後に基板側の温度を高くして、同一の前記原料ガスプラズマにより凹部を覆う部位に成膜された金属をエッチングさせる制御手段とを備えたことを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５において、
制御手段には、凹部を覆う部位の銅のエッチングが終了したことを検出する検出機能が備えられていることを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５において、
プラズマ発生手段は、チャンバの周囲に配されるコイル状巻線アンテナを含むことを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５において、
プラズマ発生手段は、チャンバの天井面の上に配される平面状巻線アンテナを含むことを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５において、
プラズマ発生手段は、チャンバとは隔絶してプラズマを発生させる手段を含むことを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５乃至請求項１０のいずれか一項において、
被エッチング部材を銅製とすることにより前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。 - 請求項５乃至請求項１０のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンもしくはシリコンであることを特徴とする金属成膜機能を有するエッチング装置。
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