JP3801548B2 - 金属膜作製装置のクリーニング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及びクリーニング方法に関する。
【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】
しかし、かかる従来技術は、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であり、また原料となる金属錯体が高価であり、しかも銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であるという欠点を有していた。
【０００４】
これに対し、今回、本発明者等は次の知見を得た。すなわち、基板を収容する真空のチャンバ内に塩素ガスを供給し、この塩素ガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化する一方、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、塩素ガスプラズマでエッチングした場合、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ことができる、すなわち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）にした場合、基板には銅薄膜を形成することができるというものである。
【０００５】
したがって、相対的な高温雰囲気を形成する塩素ガスプラズマに臨んで銅板を配設する一方、このプラズマ雰囲気を挟んで銅板に対向する相対的な低温雰囲気に基板を配設するとともに、両者の温度を適切に制御することにより容易にＣｕ薄膜の作製装置を提供することができる。ここで、被エッチング部材としては、Ｃｕの他に、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属であれば一般に用いることができ、また原料ガスとしてはＣｌ2 の他に、ハロゲンガスであれば一般に用いることができる。
【０００６】
かかる知見に基づく金属膜作製装置において、例えばCu薄膜を形成する場合には、先ずチャンバ内にＡｒガスを供給してこのプラズマを形成することによりＣｕで形成した被エッチング部材を所定の温度にまで予備加熱し、この被エッチング部材が所定温度になった時点で、Ｃｌ2 ガスを供給してそのプラズマを形成する。この結果、被エッチング部材はＣｌ2 ガスプラズマによりエッチングされてＣｕの前駆体（CuxCly）を発生する。この前駆体（CuxCly）は相対的な低温部である基板に搬送され、ＣｕＣｌとして基板の表面に吸着される。その後、基板に吸着された状態のＣｕＣｌにＣｌ* が作用してＣｌを引き抜き、基板の表面にCu薄膜を析出させる。
【０００７】
すなわち、上記金属膜作製装置においては次の様な反応が起こっていると考えられる。
▲１▼プラズマの解離反応；Ｃｌ2 →２Ｃｌ*
▲２▼エッチング反応；Ｃｕ＋Ｃｌ* →ＣｕＣｌ（ｇ）
▲３▼基板への吸着反応；ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
▲４▼成膜反応；ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
ここで、Ｃｌ* はＣｌのラジカルであることを、（ｇ）はガス状態であることを、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。
【０００８】
上述の如き成膜工程では、成膜条件によっては、被エッチング部材にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した被エッチング部材の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマによる被エッチング部材に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【０００９】
ここで、被エッチング部材にＣｕＣｌ膜が付着し易い成膜条件とは、原料ガスであるＣｌ2 ガスのガス圧が高い場合又は被エッチング部材の温度が低い場合に成立し易い。
【００１０】
ちなみに、低パワーで成膜している状態で、成膜の終了とともにパワーの供給を遮断した場合、パワーの遮断に伴い被エッチング部材の温度が低下するのに対してチャンバ内に残存するＣｌ2 ガスにより、被エッチング部材の温度が低く且つＣｌ2 ガスのガス圧が高いという条件が成立する。したがって、特に低パワーによる成膜工程の終了の際に被エッチング部材に対するＣｕＣｌの吸着反応が進行する。
【００１１】
そこで、上述の如き金属膜作製装置では、成膜工程で被エッチング部材の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングを実施する必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の如き金属膜作製装置を始め、プラズマ処理装置において従来より一般に実施されているクリーニング法は、チャンバの内壁や天井部に付着したＣｕＣｌ膜を除去するものであり、被エッチング部材の表面に付着するＣｕＣｌ膜のＣｌを除去する技術は確立されていないのが現状であった。
【００１３】
本発明は、上述の如き問題点に鑑み、金属膜作製装置における被エッチング部材のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができる金属膜作製装置及びクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置のクリーニング方法は、
チャンバの内部に配設した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、ハロゲンを含有する原料ガスのプラズマでエッチングして、被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、被エッチング部材の温度より低くした基板上に所定の金属膜を形成する金属膜作製装置のクリーニング方法において、
ハロゲンを含有するクリーニングガスを供給し、クリーニングガスのプラズマを発生させて、被エッチング部材の表面をエッチングする際、
供給したクリーニングガスそのものが直接被エッチング部材に接触しないように、供給したクリーニングガスがプラズマとなった後に該クリーニングプラズマを被エッチング部材に到達させて、被エッチング部材の表面に付着したハロゲンを除去することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の金属膜作製装置は、金属製（Cu製）の被エッチング部材が収容されたチャンバ内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスを供給し、塩素ガスプラズマを発生させ塩素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Cu成分と塩素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Cu成分を基板に成膜させるようにしたものである。
【００２６】
そして、成膜が進み被エッチング部材に前駆体のＣｕＣｌが吸着した場合に、クリーニングガスプラズマで被エッチング部材の表面をエッチングし、吸着したＣｕＣｌのＣｌを除去するようにしたものである。
【００２７】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明の金属膜作製装置及びクリーニング方法の実施例を説明する。
【００２８】
図１に基づいて本発明の金属膜作製装置及びクリーニング方法の第１実施例を説明する。
【００２９】
図１には本発明の第１実施形態例に係るクリーニング方法を実施する金属膜作製装置の概略側面、図２には図１中のII-II 線矢視、図３には図２中のIII-III 線矢視を示してある。
【００３０】
図１に示すように、円筒状に形成された、金属製（例えば、アルミ製）のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御されるようになっている。
【００３１】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の天井部材である円盤状の天井板７によって塞がれている。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【００３２】
チャンバ１の内部における支持台２の周囲には原料ガス供給手段及びクリーニングガス供給手段としてのガスノズル１２が設けられ、ガスノズル１２には流量制御装置１３を介して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）及びハロゲンとしての塩素を含有するクリーニングガス（He，Ar等で塩素濃度が原料ガスよりも高くされた、30% 程度に希釈されたCl2 ガス）が送られ、ガスノズル１２からは原料ガス及びクリーニングガスがチャンバ１の内部に供給される。
【００３３】
ハロゲンとしてCl2 ガスを含有する原料ガス及びクリーニングガスを用い、原料ガス及びクリーニングガスの供給系を同一にしたので、安価な原料を用い装置を簡単な構成とすることができる。尚、クリーニングガスのハロゲン濃度を原料ガスのハロゲン濃度と同じにし、希釈濃度の制御を省略することも可能である。
【００３４】
原料ガスとクリーニングガスの切替え（濃度の変更）は、クリーニング時に流量制御装置１３でハロゲンとしてのCl2 ガスの量が相対的に増量されることで実施される。尚、クリーニングガス供給手段は、原料ガス供給手段とは独立して設ける、即ち、クリーニングガスを専用に供給するノズルを設けることも可能である。
【００３５】
原料ガス及びクリーニング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。
【００３６】
尚、ガスノズル１２から供給される原料ガス及びクリーニングガスの角度は、上向きの９０度に設定したり、円周方向で角度を変更して種々の角度で設定することが可能である。これにより、原料ガス及びクリーニングガスの供給状況（プラズマの発生状況）を任意に設定することが可能である。
【００３７】
チャンバ１の上面の開口部と天井板７との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材１８が挟持されている。図１、図２に示すように、被エッチング部材１８は、チャンバ１の上部に挟持されるリング部１９が備えられ、リング部１９の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている棒部材としての突起部２０が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。
【００３８】
突起部２０は、リング部１９に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板７とチャンバ１の内部との間には突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部１９はアースされており、複数の突起部２０は電気的につながれて同電位に維持されている。
【００３９】
尚、突起部２０の間に突起部２０よりも径方向に短い第２突起部を配置することも可能であり、更に、突起部２０と第２突起部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。
【００４０】
天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ９にはプラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００４１】
ガスノズル１２からは天井板７に向けて、例えば、４５度の角度で原料ガス及びクリーニングガスが供給される。つまり、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に被エッチング部材１８に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっている。
【００４２】
被エッチング部材１８は、リング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられ、突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ９の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井部材との間に突起部２０が配置された状態になっている。
【００４３】
例えば、チャンバ１の下部には排気手段としての排気口２１が設けられ、排気口２１からは反応に関与しないガス及びエッチング生成物が排出される。
【００４４】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にガスノズル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（クリーニングガスプラズマ）が発生する。
【００４５】
プラズマアンテナ９の下部には導電体である被エッチング部材１８が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材１８と基板３との間、即ち、被エッチング部材１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００４６】
被エッチング部材１８に下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図３に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ９の電気の流れＡは突起部２０を横切る方向となり、このとき、突起部２０のプラズマアンテナ９との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材１８には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部２０の下面に流れてプラズマアンテナ９の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００４７】
このため、基板３側から被エッチング部材１８を見た場合、プラズマアンテナ９の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部１９がアースされて突起部２０が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材１８が存在していても、プラズマアンテナ９から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００４８】
尚、突起部２０をリング部１９につなげずに原料ガスの供給を制御することで電位の違いによるプラズマの不安定をなくすようにすることも可能である。
【００４９】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材１８にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材１８はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材１８よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００５０】
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２１から排気される。
【００５１】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、被エッチング部材１８のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。
【００５２】
また、被エッチング部材１８の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であるAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等になる。
【００５３】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を被エッチング部材１８よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００５４】
また、被エッチング部材１８は、リング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられ、突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材１８に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ９の電気の流れと同一方向の流れとなる。
【００５５】
これにより、導電体である被エッチング部材１８がプラズマアンテナ９の下に存在していても、プラズマアンテナ９から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００５６】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、被エッチング部材１８にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した被エッチング部材の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマ１４による被エッチング部材１８に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【００５７】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で被エッチング部材１８の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【００５８】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、プラズマアンテナ９に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスをガスノズル１２からチャンバ１内に供給する。
【００５９】
これにより、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により被エッチング部材１８の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが被エッチング部材１８の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【００６０】
従って、被エッチング部材１８の表面にＣｕＣｌが吸着されても、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させてＣｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、被エッチング部材１８の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて被エッチング部材１８の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における被エッチング部材１８のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【００６１】
また、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に被エッチング部材１８に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっているので、クリーニング時に生ガス（プラズマ化されていないガス）が被エッチング部材１８に接触してＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されることがない。従って、効率よく被エッチング部材１８の表面を清浄化することができる。
【００６２】
因みに、ＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されると、Cl2 ガスプラズマのＣｌ* によりＣｕＣｌ2 （ｓ）となって、被エッチング部材１８の表面からＣｌを除去することが困難になる。
【００６３】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく被エッチング部材１８の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【００６４】
図４に基づいて第２実施を説明する。
【００６５】
図４には本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材（同一機能部材）には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６６】
図４に示すように、被エッチング部材１８には直流電源であるバイアス電源２３が接続され、被エッチング部材１８はバイアス電源２３によりマイナス電位に偏位される。バイアス電源２３はスイッチ手段２４により銅製の被エッチング部材１８に接続され、例えば、クリーニングの時にのみ積極的に被エッチング部材１８をマイナス電位に偏位させる。
【００６７】
被エッチング部材１８をマイナス電位に偏位させることにより、Cl2 ガスプラズマ中のプラスイオンが被エッチング部材１８に電気的に吸引され、衝突エネルギーにより表面に吸着したＣｕＣｌを物理的にエッチングすることができ、クリーニングの時のエッチング反応を促進することができる。
【００６８】
尚、スイッチ手段２４を省略し、成膜時における被エッチング部材１８のエッチングの際にも被エッチング部材１８をバイアス電源２３によりマイナス電位に偏位させ、成膜時のエッチングを促進することも可能である。
【００６９】
チャンバ１は金属製であるため、バイアス電源２３を接続する際には被エッチング部材１８とチャンバ１は絶縁状態にされている。即ち、チャンバ１の被エッチング部材１８を保持する部位が絶縁円筒３１で形成されている。
【００７０】
従って、第２実施例の金属膜作製装置及びクリーニング方法では、第２実施例に加え、クリーニングの時のエッチング反応を促進することができ、より効率的に被エッチング部材１８のクリーニングを実施することが可能になる。
【００７１】
図５に基づいて第３実施を説明する。
【００７２】
図５には本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００７３】
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にはの底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御されるようになっている。
【００７４】
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金属部材（天井板）２５によって塞がれている。天井板２５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。
【００７５】
チャンバ１の内部における支持台２の周囲には原料ガス供給手段及びクリーニングガス供給手段としてのガスノズル１２が設けられ、ガスノズル１２には流量制御装置１３を介して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）及びハロゲンとしての塩素を含有するクリーニングガス（He，Ar等で塩素濃度が原料ガスよりも高くされた、30% 程度に希釈されたCl2 ガス）が送られ、ガスノズル１２からは原料ガス及びクリーニングガスがチャンバ１の内部に供給される。
【００７６】
尚、クリーニングガスのハロゲン濃度を原料ガスのハロゲン濃度と同じにし、希釈濃度の制御を省略することも可能である。
【００７７】
原料ガスとクリーニングガスの切替え（濃度の変更）は、クリーニング時に流量制御装置１３でハロゲンとしてのCl2 ガスの量が相対的に増量されることで実施される。尚、クリーニングガス供給手段は、原料ガス供給手段とは独立して設ける、即ち、クリーニングガスを専用に供給するノズルを設けることも可能である。
【００７８】
ガスノズル１２からは天井板２５に向けて、例えば、４５度の角度で原料ガスが供給される。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。
【００７９】
チャンバ１の筒部の外周には円筒コイル状のプラズマアンテナ２６が設けられ、プラズマアンテナ２６にはプラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００８０】
ガスノズル１２からは天井板２５に向けて、例えば、４５度の角度で原料ガス及びクリーニングガスが供給される。つまり、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に被エッチング部材１８に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっている。
【００８１】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にガスノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ２６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、銅製の天井板２５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、天井板２５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。
【００８２】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、天井板２５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。
【００８３】
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２１から排気される。
【００８４】
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、金属部材４７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。
【００８５】
また、金属部材４７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であるAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等になる。
【００８６】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を天井板２５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。
【００８７】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、天井板２５にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した天井板２５の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマ１４による天井板２５に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【００８８】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で天井板２５の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【００８９】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、プラズマアンテナ２６に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスをガスノズル１２からチャンバ１内に供給する。
【００９０】
これにより、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により天井板２５の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが天井板２５の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【００９１】
従って、天井板２５の表面にＣｕＣｌが吸着されても、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させてＣｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、天井板２５の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて天井板２５の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における天井板２５のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【００９２】
また、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に天井板２５に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっているので、クリーニング時に生ガス（プラズマ化されていないガス）が天井板２５に接触してＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されることがない。従って、効率よく天井板２５の表面を清浄化することができる。
【００９３】
因みに、ＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されると、Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により表面のＣｕＣｌ（ｓ）がＣｕＣｌ2 （ｓ）となって、天井板２５の表面からＣｌを除去することが困難になる。
【００９４】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく天井板２５の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【００９５】
図６に基づいて第４実施例を説明する。
【００９６】
図６には本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図５に示した金属膜作製装置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。
【００９７】
図６に示した第４実施例に係る金属膜作成装置は、図５に示した金属膜作成装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ２６が設けられておらず、天井板２５に整合器１０及び電源１１が接続されて天井板２５に給電が行われ、支持台２側が接地されている（プラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段）。
【００９８】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にガスノズル１２から原料ガスを供給し、天井板２５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、銅製の天井板２５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、天井板２５はCl2 ガスプラズマ１４（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００９９】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、天井板２５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。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２１から排出される。
【０１００】
上述した金属膜作製装置では、金属部材４７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４１の筒部の周囲にプラズマアンテナ４９等の部材が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【０１０１】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、天井板２５にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した天井板２５の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマ１４による天井板２５に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【０１０２】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で天井板２５の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【０１０３】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、天井板２５に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスをガスノズル１２からチャンバ１内に供給する。
【０１０４】
これにより、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により天井板２５の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが天井板２５の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【０１０５】
従って、天井板２５の表面にＣｕＣｌが吸着されても、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させてＣｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、天井板２５の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて天井板２５の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における天井板２５のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【０１０６】
また、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に天井板２５に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっているので、クリーニング時に生ガス（プラズマ化されていないガス）が天井板２５に接触してＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されることがない。従って、効率よく天井板２５の表面を清浄化することができる。
【０１０７】
因みに、ＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されると、Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により表面のＣｕＣｌ（ｓ）がＣｕＣｌ2 （ｓ）となって、天井板２５の表面からＣｌを除去することが困難になる。
【０１０８】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく天井板２５の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【０１０９】
図７に基づいて第５実施例を説明する。
【０１１０】
図７には本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図６に示した金属膜作製装置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。
【０１１１】
図７に示した第６実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１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７によって塞がれている。天井板７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、例えば、四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲には、スリット状の開口部４２が形成され、開口部４１には筒状の通路４３の一端がそれぞれ固定されている。
【０１１２】
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はプラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１に接続されて給電が行われる。通路４３の他端側には流量制御装置１３が接続され、流量制御装置１３を介して通路４３内に原料ガス及びクリーニングガスが供給される。
【０１１３】
尚、原料ガス及びクリーニングガスは、前述した第１乃至第４実施例と同一のものである。
【０１１４】
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（原料ガスプラズマもしくはクリーニングガスプラズマ）４６が発生する。つまり、原料ガス及びクリーニングガスをチャンバ１と隔絶した励起室４６で励起するようになっている。Cl2 ガスプラズマ３５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。
【０１１５】
上述した金属膜作製装置では、流量制御装置１３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）３５が発生する。真空装置８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３５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。
【０１１６】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は基板３に運ばれ、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。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２１から排出される。
【０１１７】
図７に示した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室４４で原料ガスプラズマ４６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。
【０１１８】
尚、励起室４４でCl2 ガスプラズマ４６を発生させる手段（励起手段）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る。また、図７に示した金属膜作製装置は、チャンバ１内でのプラズマの発生がないため、チャンバ１内のプラズマを安定させるために希ガスを供給する必要がない。
【０１１９】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、被エッチング部材４１にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した被エッチング部材４１の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、励起塩素による被エッチング部材４１に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【０１２０】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で被エッチング部材４１の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【０１２１】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、プラズマアンテナ４５に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスを励起室４４内に供給する。
【０１２２】
これにより、励起室４４にCl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生し、Cl2 ガスプラズマ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。励起塩素のＣｌ* により被エッチング部材４１の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが被エッチング部材４１の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【０１２３】
従って、被エッチング部材４１の表面にＣｕＣｌが吸着されても、励起室４４でCl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させて励起塩素をチャンバ１に送り、Ｃｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、被エッチング部材４１の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて被エッチング部材４１の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における被エッチング部材４１のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【０１２４】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく被エッチング部材４１の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【０１３３】
本発明の金属膜作製装置のクリーニング方法は、チャンバの内部に配設した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、ハロゲンを含有する原料ガスのプラズマでエッチングして、被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、被エッチング部材の温度より低くした基板上に所定の金属膜を形成する金属膜作製装置のクリーニング方法において、ハロゲンを含有するクリーニングガスを供給し、クリーニングガスのプラズマを発生させて、被エッチング部材の表面をエッチングする際、供給したクリーニングガスそのものが直接被エッチング部材に接触しないように、供給したクリーニングガスがプラズマとなった後に該クリーニングプラズマを被エッチング部材に到達させて、被エッチング部材の表面に付着したハロゲンを除去するので、前駆体の成分が被エッチング部材に付着した場合にクリーニングガスプラズマにより被エッチング部材の表面をエッチングすることで、前駆体のハロゲンの成分を除去することができる。
【０１３４】
この結果、被エッチング部材の表面のクリーニングを効率的かつ完全に行なうことができ、再現性のよい成膜特性を得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実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】図１中のII-II 線矢視図。
【図３】図２中のIII-III 線矢視図。
【図４】本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図５】本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図６】本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図７】本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 天井板
８ 真空装置
９，２６，４５ プラズマアンテナ
１０ 整合器
１１ 電源
１２ ガスノズル
１３ 流量制御装置
１４，４６ Cl2 ガスプラズマ
１６ Cu薄膜
１８，４１ 被エッチング部材
１９ リング部
２０ 突起部
２１ 排気口
２３ バイアス電源
２４ スイッチ手段
２５ 天井板
２６ プラズマアンテナ
３１ 絶縁円筒
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、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及びクリーニング方法に関する。
【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】
しかし、かかる従来技術は、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であり、また原料となる金属錯体が高価であり、しかも銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であるという欠点を有していた。
【０００４】
これに対し、今回、本発明者等は次の知見を得た。すなわち、基板を収容する真空のチャンバ内に塩素ガスを供給し、この塩素ガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化する一方、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、塩素ガスプラズマでエッチングした場合、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ことができる、すなわち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）にした場合、基板には銅薄膜を形成することができるというものである。
【０００５】
したがって、相対的な高温雰囲気を形成する塩素ガスプラズマに臨んで銅板を配設する一方、このプラズマ雰囲気を挟んで銅板に対向する相対的な低温雰囲気に基板を配設するとともに、両者の温度を適切に制御することにより容易にＣｕ薄膜の作製装置を提供することができる。ここで、被エッチング部材としては、Ｃｕの他に、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属であれば一般に用いることができ、また原料ガスとしてはＣｌ2 の他に、ハロゲンガスであれば一般に用いることができる。
【０００６】
かかる知見に基づく金属膜作製装置において、例えばCu薄膜を形成する場合には、先ずチャンバ内にＡｒガスを供給してこのプラズマを形成することによりＣｕで形成した被エッチング部材を所定の温度にまで予備加熱し、この被エッチング部材が所定温度になった時点で、Ｃｌ2 ガスを供給してそのプラズマを形成する。この結果、被エッチング部材はＣｌ2 ガスプラズマによりエッチングされてＣｕの前駆体（CuxCly）を発生する。この前駆体（CuxCly）は相対的な低温部である基板に搬送され、ＣｕＣｌとして基板の表面に吸着される。その後、基板に吸着された状態のＣｕＣｌにＣｌ* が作用してＣｌを引き抜き、基板の表面にCu薄膜を析出させる。
【０００７】
すなわち、上記金属膜作製装置においては次の様な反応が起こっていると考えられる。
▲１▼プラズマの解離反応；Ｃｌ2 →２Ｃｌ*
▲２▼エッチング反応；Ｃｕ＋Ｃｌ* →ＣｕＣｌ（ｇ）
▲３▼基板への吸着反応；ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
▲４▼成膜反応；ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
ここで、Ｃｌ* はＣｌのラジカルであることを、（ｇ）はガス状態であることを、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。
【０００８】
上述の如き成膜工程では、成膜条件によっては、被エッチング部材にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した被エッチング部材の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマによる被エッチング部材に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【０００９】
ここで、被エッチング部材にＣｕＣｌ膜が付着し易い成膜条件とは、原料ガスであるＣｌ2 ガスのガス圧が高い場合又は被エッチング部材の温度が低い場合に成立し易い。
【００１０】
ちなみに、低パワーで成膜している状態で、成膜の終了とともにパワーの供給を遮断した場合、パワーの遮断に伴い被エッチング部材の温度が低下するのに対してチャンバ内に残存するＣｌ2 ガスにより、被エッチング部材の温度が低く且つＣｌ2 ガスのガス圧が高いという条件が成立する。したがって、特に低パワーによる成膜工程の終了の際に被エッチング部材に対するＣｕＣｌの吸着反応が進行する。
【００１１】
そこで、上述の如き金属膜作製装置では、成膜工程で被エッチング部材の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングを実施する必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の如き金属膜作製装置を始め、プラズマ処理装置において従来より一般に実施されているクリーニング法は、チャンバの内壁や天井部に付着したＣｕＣｌ膜を除去するものであり、被エッチング部材の表面に付着するＣｕＣｌ膜のＣｌを除去する技術は確立されていないのが現状であった。
【００１３】
本発明は、上述の如き問題点に鑑み、金属膜作製装置における被エッチング部材のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができる金属膜作製装置及びクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置のクリーニング方法は、
チャンバの内部に配設した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、ハロゲンを含有する原料ガスのプラズマでエッチングして、被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、被エッチング部材の温度より低くした基板上に所定の金属膜を形成する金属膜作製装置のクリーニング方法において、
ハロゲンを含有するクリーニングガスを供給し、クリーニングガスのプラズマを発生させて、被エッチング部材の表面をエッチングする際、
供給したクリーニングガスそのものが直接被エッチング部材に接触しないように、供給したクリーニングガスがプラズマとなった後に該クリーニングプラズマを被エッチング部材に到達させて、被エッチング部材の表面に付着したハロゲンを除去することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の金属膜作製装置は、金属製（Cu製）の被エッチング部材が収容されたチャンバ内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスを供給し、塩素ガスプラズマを発生させ塩素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Cu成分と塩素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Cu成分を基板に成膜させるようにしたものである。
【００２６】
そして、成膜が進み被エッチング部材に前駆体のＣｕＣｌが吸着した場合に、クリーニングガスプラズマで被エッチング部材の表面をエッチングし、吸着したＣｕＣｌのＣｌを除去するようにしたものである。
【００２７】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明の金属膜作製装置及びクリーニング方法の実施例を説明する。
【００２８】
図１に基づいて本発明の金属膜作製装置及びクリーニング方法の第１実施例を説明する。
【００２９】
図１には本発明の第１実施形態例に係るクリーニング方法を実施する金属膜作製装置の概略側面、図２には図１中のII-II 線矢視、図３には図２中のIII-III 線矢視を示してある。
【００３０】
図１に示すように、円筒状に形成された、金属製（例えば、アルミ製）のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御されるようになっている。
【００３１】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の天井部材である円盤状の天井板７によって塞がれている。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【００３２】
チャンバ１の内部における支持台２の周囲には原料ガス供給手段及びクリーニングガス供給手段としてのガスノズル１２が設けられ、ガスノズル１２には流量制御装置１３を介して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）及びハロゲンとしての塩素を含有するクリーニングガス（He，Ar等で塩素濃度が原料ガスよりも高くされた、30% 程度に希釈されたCl2 ガス）が送られ、ガスノズル１２からは原料ガス及びクリーニングガスがチャンバ１の内部に供給される。
【００３３】
ハロゲンとしてCl2 ガスを含有する原料ガス及びクリーニングガスを用い、原料ガス及びクリーニングガスの供給系を同一にしたので、安価な原料を用い装置を簡単な構成とすることができる。尚、クリーニングガスのハロゲン濃度を原料ガスのハロゲン濃度と同じにし、希釈濃度の制御を省略することも可能である。
【００３４】
原料ガスとクリーニングガスの切替え（濃度の変更）は、クリーニング時に流量制御装置１３でハロゲンとしてのCl2 ガスの量が相対的に増量されることで実施される。尚、クリーニングガス供給手段は、原料ガス供給手段とは独立して設ける、即ち、クリーニングガスを専用に供給するノズルを設けることも可能である。
【００３５】
原料ガス及びクリーニング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。
【００３６】
尚、ガスノズル１２から供給される原料ガス及びクリーニングガスの角度は、上向きの９０度に設定したり、円周方向で角度を変更して種々の角度で設定することが可能である。これにより、原料ガス及びクリーニングガスの供給状況（プラズマの発生状況）を任意に設定することが可能である。
【００３７】
チャンバ１の上面の開口部と天井板７との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材１８が挟持されている。図１、図２に示すように、被エッチング部材１８は、チャンバ１の上部に挟持されるリング部１９が備えられ、リング部１９の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている棒部材としての突起部２０が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。
【００３８】
突起部２０は、リング部１９に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板７とチャンバ１の内部との間には突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部１９はアースされており、複数の突起部２０は電気的につながれて同電位に維持されている。
【００３９】
尚、突起部２０の間に突起部２０よりも径方向に短い第２突起部を配置することも可能であり、更に、突起部２０と第２突起部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。
【００４０】
天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ９にはプラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００４１】
ガスノズル１２からは天井板７に向けて、例えば、４５度の角度で原料ガス及びクリーニングガスが供給される。つまり、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に被エッチング部材１８に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっている。
【００４２】
被エッチング部材１８は、リング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられ、突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ９の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井部材との間に突起部２０が配置された状態になっている。
【００４３】
例えば、チャンバ１の下部には排気手段としての排気口２１が設けられ、排気口２１からは反応に関与しないガス及びエッチング生成物が排出される。
【００４４】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にガスノズル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（クリーニングガスプラズマ）が発生する。
【００４５】
プラズマアンテナ９の下部には導電体である被エッチング部材１８が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材１８と基板３との間、即ち、被エッチング部材１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００４６】
被エッチング部材１８に下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図３に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ９の電気の流れＡは突起部２０を横切る方向となり、このとき、突起部２０のプラズマアンテナ９との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材１８には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部２０の下面に流れてプラズマアンテナ９の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００４７】
このため、基板３側から被エッチング部材１８を見た場合、プラズマアンテナ９の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部１９がアースされて突起部２０が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材１８が存在していても、プラズマアンテナ９から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００４８】
尚、突起部２０をリング部１９につなげずに原料ガスの供給を制御することで電位の違いによるプラズマの不安定をなくすようにすることも可能である。
【００４９】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材１８にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材１８はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材１８よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００５０】
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２１から排気される。
【００５１】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、被エッチング部材１８のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。
【００５２】
また、被エッチング部材１８の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であるAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等になる。
【００５３】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を被エッチング部材１８よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００５４】
また、被エッチング部材１８は、リング部１９の内周側に突起部２０が円周方向に複数設けられ、突起部２０の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材１８に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ９の電気の流れと同一方向の流れとなる。
【００５５】
これにより、導電体である被エッチング部材１８がプラズマアンテナ９の下に存在していても、プラズマアンテナ９から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材１８の下側にCl2 ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００５６】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、被エッチング部材１８にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した被エッチング部材の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマ１４による被エッチング部材１８に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【００５７】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で被エッチング部材１８の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【００５８】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、プラズマアンテナ９に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスをガスノズル１２からチャンバ１内に供給する。
【００５９】
これにより、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により被エッチング部材１８の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが被エッチング部材１８の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【００６０】
従って、被エッチング部材１８の表面にＣｕＣｌが吸着されても、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させてＣｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、被エッチング部材１８の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて被エッチング部材１８の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における被エッチング部材１８のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【００６１】
また、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に被エッチング部材１８に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっているので、クリーニング時に生ガス（プラズマ化されていないガス）が被エッチング部材１８に接触してＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されることがない。従って、効率よく被エッチング部材１８の表面を清浄化することができる。
【００６２】
因みに、ＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されると、Cl2 ガスプラズマのＣｌ* によりＣｕＣｌ2 （ｓ）となって、被エッチング部材１８の表面からＣｌを除去することが困難になる。
【００６３】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく被エッチング部材１８の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【００６４】
図４に基づいて第２実施を説明する。
【００６５】
図４には本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材（同一機能部材）には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６６】
図４に示すように、被エッチング部材１８には直流電源であるバイアス電源２３が接続され、被エッチング部材１８はバイアス電源２３によりマイナス電位に偏位される。バイアス電源２３はスイッチ手段２４により銅製の被エッチング部材１８に接続され、例えば、クリーニングの時にのみ積極的に被エッチング部材１８をマイナス電位に偏位させる。
【００６７】
被エッチング部材１８をマイナス電位に偏位させることにより、Cl2 ガスプラズマ中のプラスイオンが被エッチング部材１８に電気的に吸引され、衝突エネルギーにより表面に吸着したＣｕＣｌを物理的にエッチングすることができ、クリーニングの時のエッチング反応を促進することができる。
【００６８】
尚、スイッチ手段２４を省略し、成膜時における被エッチング部材１８のエッチングの際にも被エッチング部材１８をバイアス電源２３によりマイナス電位に偏位させ、成膜時のエッチングを促進することも可能である。
【００６９】
チャンバ１は金属製であるため、バイアス電源２３を接続する際には被エッチング部材１８とチャンバ１は絶縁状態にされている。即ち、チャンバ１の被エッチング部材１８を保持する部位が絶縁円筒３１で形成されている。
【００７０】
従って、第２実施例の金属膜作製装置及びクリーニング方法では、第２実施例に加え、クリーニングの時のエッチング反応を促進することができ、より効率的に被エッチング部材１８のクリーニングを実施することが可能になる。
【００７１】
図５に基づいて第３実施を説明する。
【００７２】
図５には本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００７３】
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にはの底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御されるようになっている。
【００７４】
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金属部材（天井板）２５によって塞がれている。天井板２５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。
【００７５】
チャンバ１の内部における支持台２の周囲には原料ガス供給手段及びクリーニングガス供給手段としてのガスノズル１２が設けられ、ガスノズル１２には流量制御装置１３を介して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）及びハロゲンとしての塩素を含有するクリーニングガス（He，Ar等で塩素濃度が原料ガスよりも高くされた、30% 程度に希釈されたCl2 ガス）が送られ、ガスノズル１２からは原料ガス及びクリーニングガスがチャンバ１の内部に供給される。
【００７６】
尚、クリーニングガスのハロゲン濃度を原料ガスのハロゲン濃度と同じにし、希釈濃度の制御を省略することも可能である。
【００７７】
原料ガスとクリーニングガスの切替え（濃度の変更）は、クリーニング時に流量制御装置１３でハロゲンとしてのCl2 ガスの量が相対的に増量されることで実施される。尚、クリーニングガス供給手段は、原料ガス供給手段とは独立して設ける、即ち、クリーニングガスを専用に供給するノズルを設けることも可能である。
【００７８】
ガスノズル１２からは天井板２５に向けて、例えば、４５度の角度で原料ガスが供給される。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。
【００７９】
チャンバ１の筒部の外周には円筒コイル状のプラズマアンテナ２６が設けられ、プラズマアンテナ２６にはプラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。
【００８０】
ガスノズル１２からは天井板２５に向けて、例えば、４５度の角度で原料ガス及びクリーニングガスが供給される。つまり、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に被エッチング部材１８に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっている。
【００８１】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にガスノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ２６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、銅製の天井板２５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、天井板２５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。
【００８２】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、天井板２５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。
【００８３】
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２１から排気される。
【００８４】
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、金属部材４７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。
【００８５】
また、金属部材４７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であるAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等になる。
【００８６】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を天井板２５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。
【００８７】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、天井板２５にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した天井板２５の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマ１４による天井板２５に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【００８８】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で天井板２５の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【００８９】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、プラズマアンテナ２６に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスをガスノズル１２からチャンバ１内に供給する。
【００９０】
これにより、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により天井板２５の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが天井板２５の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【００９１】
従って、天井板２５の表面にＣｕＣｌが吸着されても、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させてＣｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、天井板２５の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて天井板２５の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における天井板２５のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【００９２】
また、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に天井板２５に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっているので、クリーニング時に生ガス（プラズマ化されていないガス）が天井板２５に接触してＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されることがない。従って、効率よく天井板２５の表面を清浄化することができる。
【００９３】
因みに、ＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されると、Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により表面のＣｕＣｌ（ｓ）がＣｕＣｌ2 （ｓ）となって、天井板２５の表面からＣｌを除去することが困難になる。
【００９４】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく天井板２５の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【００９５】
図６に基づいて第４実施例を説明する。
【００９６】
図６には本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図５に示した金属膜作製装置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。
【００９７】
図６に示した第４実施例に係る金属膜作成装置は、図５に示した金属膜作成装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ２６が設けられておらず、天井板２５に整合器１０及び電源１１が接続されて天井板２５に給電が行われ、支持台２側が接地されている（プラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段）。
【００９８】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にガスノズル１２から原料ガスを供給し、天井板２５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、銅製の天井板２５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、天井板２５はCl2 ガスプラズマ１４（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００９９】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、天井板２５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。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２１から排出される。
【０１００】
上述した金属膜作製装置では、金属部材４７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４１の筒部の周囲にプラズマアンテナ４９等の部材が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【０１０１】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、天井板２５にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した天井板２５の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、Ｃｌ2 ガスプラズマ１４による天井板２５に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【０１０２】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で天井板２５の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【０１０３】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、天井板２５に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスをガスノズル１２からチャンバ１内に供給する。
【０１０４】
これにより、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により天井板２５の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが天井板２５の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【０１０５】
従って、天井板２５の表面にＣｕＣｌが吸着されても、Cl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させてＣｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、天井板２５の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて天井板２５の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における天井板２５のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【０１０６】
また、クリーニングガスは、クリーニングガスプラズマ発生手段でプラズマ化された後に天井板２５に到達する位置に向けてクリーニングガスを供給するようになっているので、クリーニング時に生ガス（プラズマ化されていないガス）が天井板２５に接触してＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されることがない。従って、効率よく天井板２５の表面を清浄化することができる。
【０１０７】
因みに、ＣｕＣｌ（ｓ）が表面に生成されると、Cl2 ガスプラズマのＣｌ* により表面のＣｕＣｌ（ｓ）がＣｕＣｌ2 （ｓ）となって、天井板２５の表面からＣｌを除去することが困難になる。
【０１０８】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく天井板２５の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【０１０９】
図７に基づいて第５実施例を説明する。
【０１１０】
図７には本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図６に示した金属膜作製装置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。
【０１１１】
図７に示した第６実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１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７によって塞がれている。天井板７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、例えば、四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲には、スリット状の開口部４２が形成され、開口部４１には筒状の通路４３の一端がそれぞれ固定されている。
【０１１２】
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はプラズマ発生手段及びクリーニングガスプラズマ発生手段としての整合器１０及び電源１１に接続されて給電が行われる。通路４３の他端側には流量制御装置１３が接続され、流量制御装置１３を介して通路４３内に原料ガス及びクリーニングガスが供給される。
【０１１３】
尚、原料ガス及びクリーニングガスは、前述した第１乃至第４実施例と同一のものである。
【０１１４】
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（原料ガスプラズマもしくはクリーニングガスプラズマ）４６が発生する。つまり、原料ガス及びクリーニングガスをチャンバ１と隔絶した励起室４６で励起するようになっている。Cl2 ガスプラズマ３５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。
【０１１５】
上述した金属膜作製装置では、流量制御装置１３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）３５が発生する。真空装置８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３５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。
【０１１６】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は基板３に運ばれ、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。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２１から排出される。
【０１１７】
図７に示した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室４４で原料ガスプラズマ４６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。
【０１１８】
尚、励起室４４でCl2 ガスプラズマ４６を発生させる手段（励起手段）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る。また、図７に示した金属膜作製装置は、チャンバ１内でのプラズマの発生がないため、チャンバ１内のプラズマを安定させるために希ガスを供給する必要がない。
【０１１９】
上述した金属膜作製装置では、成膜工程で、成膜条件によっては、被エッチング部材４１にもＣｕＣｌが吸着され、これが固化してＣｕＣｌ膜が形成される。かかる現象が繰り返され、例えばＣｕで形成した被エッチング部材４１の表面の全域がＣｕＣｌで覆われるような状態になると、励起塩素による被エッチング部材４１に対するエッチング反応が進行しなくなる。
【０１２０】
そこで、上述した金属膜作製装置では、成膜工程で被エッチング部材４１の表面に付着するＣｕＣｌ膜からＣｌを各成膜工程毎又は所定回数の成膜工程を経た後に除去する、いわゆるクリーニングが実施される。
【０１２１】
クリーニングを実施する場合、真空装置８によりチャンバ１内を成膜とは異なる高い圧力に制御し、プラズマアンテナ４５に通電すると共に流量制御装置１３の制御により塩素濃度が原料ガスよりも高くされたクリーニングガスを励起室４４内に供給する。
【０１２２】
これにより、励起室４４にCl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）が発生し、Cl2 ガスプラズマ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。励起塩素のＣｌ* により被エッチング部材４１の表面に吸着されたＣｕＣｌ（ａｄ）がエッチングされ、ＣｌがCl2 として揮発されてＣｕが被エッチング部材４１の表面に残る。
この時の反応は、
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑
で表すことができる。
【０１２３】
従って、被エッチング部材４１の表面にＣｕＣｌが吸着されても、励起室４４でCl2 ガスプラズマ（クリーニングガスプラズマ）を発生させて励起塩素をチャンバ１に送り、Ｃｌ* によりＣｌをCl2 として排出することで、被エッチング部材４１の表面に付着したＣｕＣｌがＣｕとされて被エッチング部材４１の表面を均一に清浄化することができる。このため、金属膜作製装置における被エッチング部材４１のクリーニング作業を容易且つ高効率で行うことができ、再現性のよい成膜特性を得ることが可能になる。
【０１２４】
また、原料ガスの塩素濃度に比べてクリーニングガスの塩素濃度を高くしたので、クリーニング時にCl2 ガスプラズマのＣｌ* が多く確保され、効率よく被エッチング部材４１の表面からＣｌを除去することが可能になる。
【０１３３】
本発明の金属膜作製装置のクリーニング方法は、チャンバの内部に配設した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、ハロゲンを含有する原料ガスのプラズマでエッチングして、被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、被エッチング部材の温度より低くした基板上に所定の金属膜を形成する金属膜作製装置のクリーニング方法において、ハロゲンを含有するクリーニングガスを供給し、クリーニングガスのプラズマを発生させて、被エッチング部材の表面をエッチングする際、供給したクリーニングガスそのものが直接被エッチング部材に接触しないように、供給したクリーニングガスがプラズマとなった後に該クリーニングプラズマを被エッチング部材に到達させて、被エッチング部材の表面に付着したハロゲンを除去するので、前駆体の成分が被エッチング部材に付着した場合にクリーニングガスプラズマにより被エッチング部材の表面をエッチングすることで、前駆体のハロゲンの成分を除去することができる。
【０１３４】
この結果、被エッチング部材の表面のクリーニングを効率的かつ完全に行なうことができ、再現性のよい成膜特性を得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実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】図１中のII-II 線矢視図。
【図３】図２中のIII-III 線矢視図。
【図４】本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図５】本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図６】本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図７】本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 天井板
８ 真空装置
９，２６，４５ プラズマアンテナ
１０ 整合器
１１ 電源
１２ ガスノズル
１３ 流量制御装置
１４，４６ Cl2 ガスプラズマ
１６ Cu薄膜
１８，４１ 被エッチング部材
１９ リング部
２０ 突起部
２１ 排気口
２３ バイアス電源
２４ スイッチ手段
２５ 天井板
２６ プラズマアンテナ
３１ 絶縁円筒
３５ 切欠部
４２ 開口部
４３ 通路
４４ 励起室
Claims (1)
- チャンバの内部に配設した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、ハロゲンを含有する原料ガスのプラズマでエッチングして、被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、被エッチング部材の温度より低くした基板上に所定の金属膜を形成する金属膜作製装置のクリーニング方法において、
ハロゲンを含有するクリーニングガスを供給し、クリーニングガスのプラズマを発生させて、被エッチング部材の表面をエッチングする際、
供給したクリーニングガスそのものが直接被エッチング部材に接触しないように、供給したクリーニングガスがプラズマとなった後に該クリーニングプラズマを被エッチング部材に到達させて、被エッチング部材の表面に付着したハロゲンを除去することを特徴とする金属膜作製装置のクリーニング方法。
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